DE10103602A1

DE10103602A1 - Verfahren zur Verwertung kohlenstoffhaltiger pastöser, staubförmiger und feinkörniger Abfälle in Festbettdruckvergasungsreaktoren

Info

Publication number: DE10103602A1
Application number: DE2001103602
Authority: DE
Inventors: Heinz Polensky; Thomas Krause; Volker Schimmeier; Joerg Buchholz; Wolfgang Buettner; Andreas Jochmann
Original assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Current assignee: Energiewerke Schwarze Pumpe AG
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-22
Also published as: ZA200107098B; CN1367229A; CN1169922C

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abfallvergasung nach dem Verfahren der Festbettdruckvergasung, wobei die Abfälle separat oder im Gemisch mit anderen Abfällen oder im Gemisch mit anderen kohlenstoffhaltigen Stoffen vergast werden sollen. Auf zusätzliche Aufbereitungsstufen der einzusetzenden kohlenstoffhaltigen pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfälle soll verzichtet werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zum herkömmlichen Betrieb des Festbettdruckvergasers mit üblicher Beschickung desselben über Zuführungseinrichtungen von oben kohlenstoffhaltige pastöse, staubförmige und feinkörnige Abfälle mit Korngrößen zwischen 0 und 4 mm direkt der Vergasungszone, das heißt, dem Bereich der höchsten Temperaturen innerhalb des Festbettdruckvergasungsreaktors zugegeben werden. Dazu werden die genannten Abfallstoffe unter Betriebsdruck über vorteilhafterweise 2 oder 3 am Reaktorumfang versetzt angeordnete Zuführungsstutzen dem Reaktor in Höhe des genannten Bereiches der höchsten Temperaturen zugegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abfallvergasung, speziell der Abfallvergasung in Festbettdruckvergasungsanlagen. Die zu vergasenden Abfälle sind kohlenstoffhaltig und von pastöser, staubförmiger und feinkörniger Konsistenz, die einzeln oder in Form von Gemischen aus diesen Stoffen eingesetzt werden können.

In der Vergangenheit sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, um pastöse, staubförmige oder feinkörnige Abfallstoffe separat oder als Gemisch aus diesen Varianten in einen Festbettdruckvergaser einzubringen. Alle bekannt gewordenen Vorschläge gehen davon aus, die oben genannten Abfallstoffe auf die Schüttung im Oberteil des Festbettdruckvergasungsreaktors aufzubringen. So wurde im DD 241 609 vorgeschlagen, im Verfahren der Festbettdruckvergasung von Kohle angefallene Teer-Öl-Feststoff-Wasser-Gemische, die in der Regel als untrennbare stabile Emulsion anfallen, über eine Zuführeinrichtung innerhalb eines mittig im Reaktoroberteil angeordneten Rohgasabganges auf die Oberfläche der Vergasungsstoffschüttung aufzubringen. Diese Art der Zuführung von Teer-Öl- Feststoff-Wasser-Gemischen hat sich in der Praxis nicht bewährt, besonders wenn der Reaktor aus Leistungsgründen mit einer abgesenkten Schüttung betrieben wird. Es haben sich dabei in Verbindung mit den maschinentechnischen Einbauten und der zyklischen Beschickung mit Vergasungsstoffen Nachteile, wie thermische Unregelmäßigkeiten, Versetzungen von Düsenöffnungen und besonders Ver setzungen der Vergasungsstoffschüttung ergeben. Bekanntermaßen wird gerade in Festbettdruckvergasungsanlagen zur Sicherung guter und gleichmäßiger Strömungsverhältnisse und eines geringen Staubaustrages eine körnige Struktur des Vergasungsgutes angestrebt.

Versuchsfahrten nach DD 241 609 bestätigen, dass durch lokale Unterkühlungen und Versetzungen Kanalströmungen entstanden, die erhöhten Staubaustrag mit dem Rohgas mit sich brachten. Als besonders negativ mußte bei den Versuchen mit dieser Lösung festgestellt werden, dass eine Menge von ca. 60% des eingebrachten Teer-Öl-Feststoff-Wasser-Gemisches erneut als gleiches Gemisch nach dem Vergasungsprozess anfiel, was zusätzlich die dem Reaktor nachge schalteten Anlagen belastete.

Ein weiterer Vorschlag zum Einsatz eines relativ wasserfreien pastösen Teer-Staub- Gemisches wird im DD 236 343 vorgestellt. Dieses relativ wasserfreie Teer-Staub- Gemisch, das im Abhitzkessel, der dem Festbettdruckvergasungsreaktor nachge schaltet ist, gewonnen wird, wird mittels Prozessdruck der Vergasungsstoffzu führungsschleuse des Festbettdruckvergasungsreaktors zugegeben. Von dort gelangt dieser Stoff zusammen mit dem Vergasungsstoff in den Reaktor. Versuche zeigten, dass schon in der Vergasungsstoffzuführungsschleuse undefinierbare Verhältnisse entstehen, die sich nach Einschleusung in den Reaktor in den oberen Schichten der Vergasungsstoffschüttung fortsetzen.

In einer neueren Lösung nach DE 197 17 978 C1 wird vorgeschlagen, ein pastöses Teer-Öl-Feststoff-Wasser-Gemisch im Unterteil einer Eintragschleuse eines Fest bettvergasers in den Strom des Kohle-Abfallstoff-Gemisches zuzugeben und die Zugabe maximal für den Zeitraum der Befüllung und Entleerung der Eintrag schleuse bei Normaldruck und/oder unter Prozessdruck in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad der Eintragsschleuse dosiert erfolgen zu lassen und die Befüllung des Reaktors ausschließlich mit festem Vergasungsstoff zu beenden. Zur Sicherung der Pumpfähigkeit des Teer-Öl-Feststoff-Wasser-Gemisches nach dieser Lösung hat sich im praktischen Betrieb ergeben, dass es erforderlich ist, höhere Öl- bzw. Wassergehalte zu fahren und Feststoffgehalte, die kleiner als 30% des genannten Gemisches sind. Dadurch kam es jedoch zum lokalen Ablöschen der Feststoff schüttung und der Nichtumsetzung der eingebrachten Vergasungsstoffe in diesem oberen Bereich der Feststoffschüttung durch fehlende Vergasungsbedingungen.

Weitere bekannte Lösungen sehen vor, pastöse, staubförmige oder feinkörnige Abfallstoffe durch zusätzliche Aufbereitungsstufen wie Pelletierung oder Brikettierung in feste Stoffe umzusetzten, wozu teilweise weitere Abfallstoffe oder auch Kohle zugesetzt werden müssen, um diese pastösen, staubförmigen oder fein körnigen Abfallstoffe in Verbrennungs- oder Vergasungsanlagen wirtschaftlich verwerten zu können. Zusätzliche Aufbereitungsstufen verteuern jedoch jeden Verwertungsprozess.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, kohlenstoffhaltige pastöse, staub förmige und feinkörnige Abfälle, insbesondere Sonderabfälle, separat oder im Gemisch dem Vergasungsprozess im Festbettdruckvergasungsreaktor ohne zu sätzliche Auf- oder Vorbereitungsstufen zuzuführen und damit wirtschaftlich zu verwerten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die kohlenstoffhaltigen pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfallstoffe, die eine Korngröße zwischen 0 und 4 mm aufweisen können, nach ihrer Anlieferung in einer Siloanlage gesammelt werden. Diese Siloanlage ist mit einer Inertgasbeflutung und einer Ab luftreinigung ausgestattet. Aus dieser Siloanlage werden die genannten Abfallstoffe, besonders die staubförmigen und feinkörnigen, einer Gleitmittelstrecke zugeführt. Von einer dieser Gleitmittelstrecke nachgeordneten Feststoffpumpe werden die genannten Abfallstoffe mit Prozessdruck von 25 bar (Ü) in Höhe der Vergasungs zone, die Temperaturen zwischen 1000°C und 1300°C aufweist, in den Reaktor gedrückt. Daurch wird eine zusätzliche Bewegung der Vergasungsstoffschütttung bewirkt, wodurch sich die Durchströmbarkeit dieser Schüttung verbessert.

Die Feststoffpumpe ist mit einem Frequenzumformer ausgestattet, mit dessen Hilfe Leistungsanpassungen je nach gefahrener Reaktorleistung vorgenommen werden können. Die Zuführungseinrichtung einschließlich Feststoffpumpe ist ab Siloanlage bis zum Stutzen im Festbettdruckvergasungsreaktor doppelt, günstiger dreifach ausgelegt, wobei die Stutzen je nach Auslegung um 180° oder 120° versetzt sind. Durch über und unter, sowie seitwärts zu den Zuführungsstutzen versetzt ange ordnete Temperaturmessungen wird der Vergasungsprozess überwacht und die Zufuhr der pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfälle von ca. 1 bis 4 t/h gesteuert. Bei einem üblichen Vergasungsstoffdurchsatz von ca. 12 t/h und Fest bettdruckvergasungsreaktor erfolgt das Einbringen der pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfälle als Anteil bis zu ca. 33% von der dem Festbettdruckver gasungsprozess über die Eintragsschleuse eingebrachten Abfällen und kohlen stoffhaltigen Vergasungsstoffen. Die Rohrleitungen sind mit Spül- und Entleerungs stutzen ausgerüstet, die eine Spülung des Rohrleitungssystems zu Reparatur zwecken in ein geschlossenes Behältersystem ermöglicht.

Die Vorteile dieser Lösung liegen darin, dass

- auch bei Reaktorfahrweise mit abgesenkter Vergasungsstoffschüttung eine Verwertung kohlenstoffhaltiger pastöser, staubförmiger und feinkörniger Abfall stoffe, insbesondere Sonderabfallstoffe, im geschlossenen System möglich ist,
- der Vergasung keine aufwendigen zusätzlichen Aufbereitungsstufen vorge schaltet werden müssen,
- die zu vergasenden pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfallstoffe einzeln oder im Gemisch direkt der Vergasungszone des Reaktors im Bereich der höchsten Vergasungstemperaturen zugeführt werden können,
- eine dosierte Zuführung entsprechend der gefahrenen Reaktorleistung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung soll im Folgenden anhand der zugehörigen Fig. 1 näher erläutert werden.

Mittels Straßenfahrzeugen 1 wird ein feinkörniger Abfallstoff angeliefert, mit welchem die Siloanlage 3 befüllt wird. Die Siloanlage 3 ist mit Inertgas 4 beflutet und mit einer Inertgas- und Luftreinigungsanlage ausgerüstet. Die Entleerung der Siloanlage 3 erfolgt über eine Zellenradschleuse 5 in eine Unterdruckleitung, die das Austragsgut einer Feststoffpumpe 7 zuführt. Zwischen der Zellenradschleuse 5 und der Feststoffpumpe 7 ist eine Gleitmittelstrecke 6 zwischengeschaltet, die der Verbesserung des Gleitvermögens des Austragsgutes aus der Siloanlage 3 gegebenenfalls durch Zusatz von zusätzlichen Gleitmitteln, die auch Abfallstoffe sein können, dient. Die Feststoffpumpe 7 fördert das Gut unter einem Druck, der mindestens dem Prozessdruck in der Vergasungsanlage von 25 bar (Ü) entspricht, in die Vergasungszone 9 des Festbettdruckvergasers. Die Zufuhr des zu ver gasenden Gutes in die Vergasungszone 9 erfolgt über die Druckleitung 8. Alle Rohr leitungen des Systems sind mit entsprechenden Sicherheitseinrichtungen ausge stattet. Der Feststoffpumpe 7 ist ein Frequenzumformer zugeordnet, mit dessen Hilfe Leistungsanpassungen je nach gefahrener Reaktorleistung vorgenommen werden. Aus Sicherheitsgründen ist ein Zweipumpenbetrieb installiert.

Claims

1. Verfahren zur Verwertung kohlenstoffhaltiger pastöser, staubförmiger und feinkörniger Abfälle in Festbettdruckvergasungsreaktoren, wobei diese Fest bettdruckvergasungsreaktoren auf herkömmliche Art von oben mit festen Abfall stoffen oder Gemischen von festen Abfallstoffen und anderen festen kohlenstoff haltigen Stoffen beschickt werden, gekennzeichnet dadurch, dass zusätzlich kohlenstoffhaltige pastöse, staubförmige und feinkörnige Abfälle mit einer Korngröße zwischen 0 und 4 mm einzeln oder im Gemisch aus diesen Stoffen direkt der Vergasungszone des Festbettdruckvergasungsreaktors im Bereich der höchsten Temperaturen zugeführt werden und dort zusammen mit den festen Abfallstoffen oder dem Gemisch von festen Abfallstoffen und anderen kohlen stoffhaltigen Stoffen vergast werden, und dass der Anteil der zusätzlich zuge führten kohlenstoffhaltigen pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfällen bis zu 33% der gesamten Vergasungsstoffmenge betragen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich zugeführten kohlenstoffhaltigen pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfälle einzeln oder im Gemisch in einer Siloanlage gestapelt werden, von dort über Sicherheitsaustragseinrichtungen über ein Rohrsystem, in das eine Gleit mittelstrecke installiert ist, einer Feststoffpumpe zugeführt werden, die die ge nannten Abfälle unter Prozessdruck über weitere Druckleitungen direkt der Vergasungszone des Festbettdruckvergasungsreaktors zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der kohlenstoffhaltigen pastösen, staubförmigen und feinkörnigen Abfälle vor teilhafterweise über zwei um 180° oder drei um 120° versetzt am Reaktorum fang angeordnete Zuführungsstutzen erfolgt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der zusätzlich zugeführten Abfallmenge an kohlenstoffhaltigen pastösen, staub förmigen und feinkörnigen Abfällen durch Temperaturmessungen am Festbett druckvergasungsreaktor und einen Frequenzumformer, der mit der Feststoff pumpe verbunden ist, erfolgt.