DE19807988B4 - Process for the separation of volatile components from solid fuels - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Bestandteile aus festen Brennstoffen durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in flüchtige Bestanteile sowie Koks, wobei man die Brennstoffe in einem Reaktor einer Teilvergasung bei Betriebstemperaturen von 350–800°C und unter Drücken von 1–100 bar unterzieht und dabei in Koks, Gas und Dämpfe thermisch zerlegt und diese einem Koksbett bei diesen Betriebstemperaturen zumischt, wobei der Koks aus dem Koks des Brennstoffs besteht und man so viel Sauerstoff in Form von Luft und/oder als Mischung mit Wasserdampf und/oder CO2 zuführt, dass die Kokstemperatur bei der Betriebstemperatur gehalten wird und gleichzeitig Koks einerseits und Gas-/Dampfgemisch andererseits aus dem Reaktor abzieht.Method of separating volatile constituents from solid fuels by thermal decomposition of the fuels into volatile constituents and coke, subjecting the fuels in a reactor to partial gasification at operating temperatures of 350-800 ° C. and under pressures of 1-100 bar, in coke, Thermally decomposed gas and vapors and this mixes a coke bed at these operating temperatures, wherein the coke from the coke of the fuel is and one supplies as much oxygen in the form of air and / or as a mixture with water vapor and / or CO 2 , that the coking temperature at the operating temperature is maintained and at the same time coke on the one hand and gas / vapor mixture on the other hand withdraws from the reactor.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen Brennstoffen, wie Kohlen aller Art, nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere Holz, aber auch aus Müll und anderen Abfällen mit organischen Bestandteilen, so, wie diese in Kommunen, im Gewerbe und in der industriellen Produktion anfallen.The The invention relates to a process for the separation of volatile Constituents of solid fuels, such as coal of all kinds, renewable raw materials, especially wood, but also from garbage and other waste with organic components, such as these in municipalities, in trade and in industrial production.

Die Erfindung kann angewandt werden zur stofflich-energetischen Verwertung dieser Brennstoffe, zur Entsorgung und Verwertung von Müll und Abfällen mit Hilfe großer zentraler und kleiner dezentraler Anlagen, aber auch zur Aktivierung von Kohle, vor deren energetischer Weiterverwertung.The Invention can be used for material-energy recovery of these fuels, for the disposal and recycling of waste and garbage Help big central and small decentralized systems, but also for activation of coal, prior to its energetic reuse.

Der Stand der Technik verfügt über eine außerordentlich große Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur stofflich-energetischen Verwertung von festen fossilen und nachwachsenden Roh- und Brennstoffen sowie von Müll und Abfällen.Of the The prior art has one extraordinarily size Number of processes and devices for material-energetic Recovery of solid fossil and renewable raw materials and fuels as well as garbage and waste.

Beim Stand der Technik stehen für die Abspaltung der flüchtigen Bestandteile aus den Brennstoffen somit die Entgasungs-, Pyrolyse- und Thermolyseverfahren zur Verfügung, die wegen der Zuführung der notwendigen Prozeßwärme von außen einen hohen apperativen Aufwand haben.At the State of the art stand for the splitting off of the volatile Components from the fuels thus the degassing, pyrolysis and thermolysis process available, because of the feeder the necessary process heat from outside one have high apperativen effort.

Der der vorliegendenden Erfindung nächstkommende Stand der Technik offenbart ein Verfahren zur Schwelung oder Crackung von Brennstoffen und ist auf dem Markt als „Lurgi-Ruhrgas-Sandcracker" bekannt geworden. Bei diesem Verfahren werden die zu schwelenden Brennstoffe mit Hilfe von Schneckenförderern mit heißem Sand vermischt. Der heiße Sand erwärmt die Brennstoffe auf 300 bis 800°C, also auf die für die Abtrennung der flüchtigen Bestandteile oder deren Crackung erforderliche Temperatur. Der bei der Schwelung anfallende Koks verbleibt weitgehend im abgekühlten Sand und bildet ein Sand-Koks-Gemisch, während das entstandene Schwelgas aus der Sand-Koks-Schüttung abgeleitet und einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Das Sand-Koks-Gemisch, das auch die Brennstoffasche enthält, wird über ein Schleusensystem einer aufsteigenden pneumatischen Förderung zugeführt. Das Fördergas kann ein Verbrennungsgas sein, das auch Sauerstoff enthalten kann. In diesem Falle verbrennt der Sauerstoff des Fördergases den Koks des Gemisches, was den Sand erneut aufheizt, bevor dieser wieder dem Schneckenförderer zugeführt und dort erneut mit Brennstoff beladen wird. Abgesehen vom hohen Materialverschleiß, den der Transport von heißem Sand im Scheckenförderer und in der pneumatische Förderung verursacht, erfordert dieses Verfahren die Begrenzung der Verbrennungstemperatur in der pneumatischen Förderung unter den Ascheschmelzpunkt, weil erweichende Brennstoffasche zu Sandagglomeraten führt, die die Materialförderung sowohl im Schneckenförderer als auch in der pneumatische Förderung erschwert, bis hin zum Stillstand der Anlage. Da die Asche des Brennstoffes „Roggenstroh" bereits zwischen 700 und 800°C erweichen kann, kann dieses Verfahren für die Schwelung solcher Brennstoffe praktisch nicht eingesetzt werden, oder für die erforderliche Erwärmung der Brennstoffe ist ein unwirtschaftliches Sand/Brennstoff-Masseverhältnis erforderlich.Of the closest to the present invention The prior art discloses a method of carbonization or cracking of fuels and has become known on the market as "Lurgi-Ruhrgas-Sandcracker". In this process, the fuels to be smoldered with help from screw conveyors with hot Sand mixed. The hot sand heated the fuels at 300 to 800 ° C, ie on the for the separation of the volatile Constituents or their cracking required temperature. The at The carbonization produced by the carbonization largely remains in the cooled sand and forms a sand-coke mixture while the resulting carbonization gas from the sand-coke-bed derived and used for further use. The sand-coke mixture, which also contains the fuel ash, is a lock system one ascending pneumatic conveying fed. The conveying gas may be a combustion gas that may also contain oxygen. In this case, the oxygen of the delivery gas burns the coke of the mixture, which reheats the sand before it is fed back to the screw conveyor and recharged with fuel there. Apart from the high material wear, the Transportation of hot Sand in the piebald conveyor and in pneumatic conveying caused, this method requires the limitation of the combustion temperature in pneumatic conveying under the ash melting point, because softening fuel ash to sand agglomerates leads, the material promotion both in the screw conveyor as well as in pneumatic conveying difficult, until the plant is at a standstill. Since the ashes of the fuel "rye straw" already between 700 and 800 ° C This process can be used for the carbonization of such fuels practically not be used, or for the required heating of the Fuels require an uneconomic sand / fuel mass ratio.

Nachteilig sind an dieser Vorgehensweise insbesondere die hohe Betriebstemperatur, der hohe Verschleiß und die großen umlaufenden Masseströme.adversely are in particular the high operating temperature, the high wear and tear the big ones circulating mass flows.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu finden, das bei tiefen Temperaturen arbeitet, geringen Verschleiß ermöglicht und kleinere Masseströme ermöglicht.The The present invention is therefore based on the object, a method to find that works at low temperatures, low wear and allows smaller mass flows allows.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.The solution This object is achieved by a method according to the main claim. advantageous Embodiments can be found in the subclaims.

Im Rahmen eigener experimenteller Untersuchungen wurde gefunden, daß die erfindungsrelevanten Brennstoffe mit Sauerstoff, in Form von Luft oder in Mischung, vorzugsweise mit Wasserdampf und Kohlendioxid bei Umgebungs- und erhöhtem Druck bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen stabil exotherm reagieren, als bei Vergasungsverfahren des Standes der Technik erforderlich.in the Within the framework of our own experimental investigations, it has been found that the invention-relevant Fuels with oxygen, in the form of air or in mixture, preferably with water vapor and carbon dioxide at ambient and elevated pressure react stably exothermically even at significantly lower temperatures, as required in gasification processes of the prior art.

Darauf aufbauend, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die flüchtigen Bestandteile der Brennstoffe durch Teilvergasung im Niedertemperaturbereich von 350 bis 800°C und unter Drücken von 1 bis 100 bar in Reaktoren abzutrennen und die Brennstoffe auf diese Art in Koks, Gas und Dämpfe thermisch zu zerlegen, wobei die Brennstoffe vorzugsweise in ein mechanisch oder pneumatisch bewegtes Koksbett, einen Koksförderstrom oder eine Koksflugwolke eingemischt werden, welche im wesentlichen aus dem Koks des Brennstoffes bestehen und denen so viel Sauerstoff, in Form von Luft und/oder in Mischung mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid zugeführt wird, daß die Temperatur des Kokses dem vorgegebenen Bereich entspricht, bei gleichzeitiger getrennter Abführung von Koks einerseits und von Gas-/Dampf-Gemisch andererseits aus den Reaktoren.Thereon building up, the invention proposes the fleeting ones Components of the fuels by partial gasification in the low temperature range from 350 to 800 ° C and under pressure from 1 to 100 bar in reactors separate and the fuels This species is thermal in coke, gas and vapors to disassemble, the fuels preferably in a mechanical or pneumatically moved coke bed, a coke feed stream or a coke flying cloud are mixed, which consists essentially of the coke of the fuel exist and which so much oxygen, in the form of air and / or is supplied in admixture with steam and / or carbon dioxide, that the Temperature of the coke corresponds to the specified range, at the same time separate discharge of coke on the one hand and of gas / steam mixture on the other hand from the Reactors.

Erfindungsgemäß werden die Temperaturgradienten im Koksbett, in der Flugwolke oder im Förderstrom unter 500 K eingestellt, durch großflächigen, ggf. zyklischen Eintrag des Sauerstoffes in den Koks, durch den Anteil von Wasserdampf und Kohlendioxid in Sauerstoff oder der Luft und durch die Intensität der mechanischen und/oder pneumatischen Vermischung des eingetragenen Brennstoffes mit dem Koks und des Kokses selbst.According to the invention, the temperature gradients in the coke bed, in the cloud or in the flow under 500 K are set by large-scale, possibly cyclic entry of oxygen into the coke, by the proportion of water vapor and carbon dioxide in oxygen or air and by the intensity of the mechanical and / or pneumatic Mixing of the injected fuel with the coke and coke itself.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß die festen Brennstoffe, den Müll oder die Abfälle vor der Teilvergasung mit flüssigen und/oder gasförmigen Abfällen und/oder Schadstoffen zu beladen.It is furthermore according to the invention the solid fuels, the garbage or the waste before partial gasification with liquid and / or gaseous Waste and / or To load pollutants.

Der wirtschaftliche und technische Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Vermeidung der Zuführung der Prozeßwärme von außen der apparative Aufwand für die Abtrennung der flüchtigen Bestandteile aus den Brennstoffen durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in Koks, Gas und Dämpfe um annähernd 50 % sinkt. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für die weitere Durchsetzung neuer Konzepte für die stofflich-energetische Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen und für die Integration leistungsfähigerer Kohlevergasungverfahren in GuD-Kraftwerke und für die Abfallverwertung.Of the economic and technical advantage of the invention is that by avoiding the feeder the process heat of Outside the equipment required for the separation of the volatiles from the fuels by thermal decomposition of the fuels in coke, gas and vapors around nearly 50% sinks. That is an essential condition for the further Enforce new concepts for the material-energetic utilization of renewable raw materials and for the integration of more efficient Coal gasification process in combined cycle power plants and for waste recycling.

Die Ausführung der Erfindung soll nachstehend mit zwei Beispielen beschrieben werden.The execution The invention will be described below with two examples.

1. Beispiel1st example

Die technische Aufgabe dieses Beispiels ist die Abtrennung der flüchtigen Bestandteile aus Holzspänen, die stofflich und energetisch verwertet werden sollen. Die Beschreibung des Beispieles erfolgt mit Hilfe 1, die eine geeignete Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.The technical task of this example is the separation of the volatiles from wood shavings, which are to be recycled materially and energetically. The description of the example is done with help 1 , which represents a suitable device for carrying out the method according to the invention.

Die für die Verwertung zur Verfügung stehenden trockenen Holzspäne werden mit einer Stopfschnecke 1, die die Vorrichtung luftdicht von der Umgebung abschließt, in den Füllschacht 2 eines stationären zylindrischen Reaktors 3 gefördert. Im Reaktor 3 befindet sich eine 500°C heiße Holzkohleschüttung 4, die ca. die Hälfte des Zylindervolumens des Reaktors 3 ausfüllt und mit Wendeelementen 5, die auf der Welle 6 befestigt sind, umgewälzt wird. Die Einstellung der Wendeelemente 5 ist so, daß die Holzkohle teilweise gegenläufig transportiert wird. Die Welle wird mit 1 bis 30 Umdrehungen pro Minute in Abhängigkeit des Temperaturprofiles in der Holzkohleschüttung 4 bewegt. Gleichzeitig wird so viel Sauerstoff, im Beispiel bei 50°C wasserdampfgesättigte Luft, über Kammern 7, die von der Reaktorwand 8 und einer gasdurchlässigen Sinterplatte 9 gebildet werden, in die Holzkohleschüttung 4 eingeblasen, daß die mittlere Temperatur der Holzkohleschüttung der vorgegebenen Reaktionstemperatur von 500°C entspricht. Das aus der Holzkohleschüttung austretende Gas, das die flüchtigen Bestandteile des Holzes, also auch Teer enthält, wird über den Gasaustritt 10 und die ausgegarte Holzkohle über das in der Höhe verstellbare Wehr 11 und den Austrittsstutzen 12 aus dem Reator abgeleitet und der weiteren Verwendung, z.B. einer Vergasung zugeführt, in der das teerhaltige Gas in einer ersten Prozeßstufe zu heißem Vergasungsmittel verbrannt wird, welches in einer zweiten Prozeßstufe mit der Holzkohle endotherm zu teerfreiem Brenngas für Gasturbinen und -motoren reagiert.The dry wood shavings available for recycling are filled with a stuffing screw 1 , which seals the device airtight from the environment, in the hopper 2 a stationary cylindrical reactor 3 promoted. In the reactor 3 is a 500 ° C hot charcoal pile 4 , which is about half the cylinder volume of the reactor 3 filled in and with turning elements 5 that on the shaft 6 are fixed, is circulated. The adjustment of the turning elements 5 is such that the charcoal is partially transported in opposite directions. The wave is at 1 to 30 revolutions per minute depending on the temperature profile in the charcoal bed 4 emotional. At the same time as much oxygen, in the example at 50 ° C steam-saturated air over chambers 7 coming from the reactor wall 8th and a gas-permeable sintered plate 9 be formed into the charcoal bed 4 blown that the average temperature of the charcoal bed corresponds to the predetermined reaction temperature of 500 ° C. The gas leaving the charcoal bed, which contains the volatile constituents of the wood, including tar, is released via the gas outlet 10 and the cooked charcoal on the height adjustable weir 11 and the outlet nozzle 12 derived from the Reator and the further use, for example, fed to a gasification in which the tar-containing gas is burned in a first process stage to hot gasification agent which reacts in a second process stage with the charcoal endothermic to tar-free fuel gas for gas turbines and engines.

2. Beispiel2nd example

Die technische Aufgabe dieses Beispiels ist die Abtrennung flüchtiger Bestandteile aus Brennstaub, der aus Gasflammkohle hergestellt wurde. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß, indem der Brennstaub und 500°C heißer Feinkoks, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, über eine pneumatische Fördereinrichtung 1 vermischt und mit Hilfe eines Luft-Wasserdampf-Gemisches in einen Zyklon 2 eingeblasen werden. Der Brennstaub und der Feinkoks reagieren mit dem Sauerstoff der Luft und dem Wasserdampf so, daß bei annähernd isothermer Prozeßführung bei 500°C die flüchtigen Bestandteile aus dem Brennstaub ausgetrieben werden und Feinkoks sowie staub- und teerhaltiges Gas entstehen. Das staub- und teerhaltige Gas wird über den Austritt 3 z.B. einer Hochtemperaturvergasung zugeführt und dort exotherm zu 1.500°C heißem Vergasungsmittel vergast, wobei die Teere vollständig in Gas umgewandelt werden. Der Feinkoks aus dem Zyklon fließt in das Sammelgefäß 4 und von dort über die Schleuse 5 zur pneumatischen Förderstation 6. Ein Teil des heißen Feinkokses wird aus der Förderstation 6 der Fördereinrichtung 1 zugeführt und damit im Kreise gefahren, während der überschüssige Anteil des Feinkokses ebenfalls pneumatisch aus der Förderstation 6 entnommen wird und, z.B., einem Reaktor zugeführt wird, indem das aus dem staub- und teerhaltigen Gas hergestellte Vergasungsmittel mit dem Feinkoks endotherm zu teerfreiem Brenngas reagiert, das z.B. als Gasturbinenbrennstoff verwendet werden kann.The technical problem of this example is the separation of volatile constituents from combustible dust produced from gas flame coal. The object is achieved according to the invention by the fuel dust and 500 ° C hot fine coke, which was prepared by the process according to the invention, via a pneumatic conveyor 1 mixed and with the help of an air-water vapor mixture in a cyclone 2 be blown. The fuel dust and the fine coke react with the oxygen of the air and water vapor so that at approximately isothermal process control at 500 ° C, the volatile components are expelled from the fuel dust and fine coke and dust and tar-containing gas. The dust and tar-containing gas is released via the outlet 3 For example, fed to a high-temperature gasification and there gassed exothermic to 1,500 ° C hot gasification agent, the tars are completely converted into gas. The fine coke from the cyclone flows into the collecting vessel 4 and from there over the lock 5 to the pneumatic conveying station 6 , Part of the hot fine coke gets out of the conveyor station 6 the conveyor 1 supplied and thus driven in circles, while the excess portion of fine coke also pneumatically from the conveyor station 6 is removed and, for example, fed to a reactor by the gasification agent prepared from the dust and tar-containing gas reacts with the fine coke endothermic to tar-free fuel gas, which can be used for example as a gas turbine fuel.

Claims (3)

Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Bestandteile aus festen Brennstoffen durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in flüchtige Bestanteile sowie Koks, wobei man die Brennstoffe in einem Reaktor einer Teilvergasung bei Betriebstemperaturen von 350–800°C und unter Drücken von 1–100 bar unterzieht und dabei in Koks, Gas und Dämpfe thermisch zerlegt und diese einem Koksbett bei diesen Betriebstemperaturen zumischt, wobei der Koks aus dem Koks des Brennstoffs besteht und man so viel Sauerstoff in Form von Luft und/oder als Mischung mit Wasserdampf und/oder CO2 zuführt, dass die Kokstemperatur bei der Betriebstemperatur gehalten wird und gleichzeitig Koks einerseits und Gas-/Dampfgemisch andererseits aus dem Reaktor abzieht.Method of separating volatile constituents from solid fuels by thermal decomposition of the fuels into volatile constituents and coke, subjecting the fuels in a reactor to partial gasification at operating temperatures of 350-800 ° C. and under pressures of 1-100 bar, in coke, Thermally decomposed gas and vapors and this mixes a coke bed at these operating temperatures, wherein the coke from the coke of the fuel is and one supplies as much oxygen in the form of air and / or as a mixture with water vapor and / or CO 2 , that the coking temperature at the operating temperature is maintained and at the same time coke on the one hand and gas / vapor mixture on the other hand withdraws from the reactor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koksbett ein mechanisch oder pneumatisch bewegtes Koksbett, eine Koksflugwolke oder ein Koksförderstrom ist.A method according to claim 1, characterized in that the coke bed is a mechanical or pneumatically moved coke bed, a coke flying cloud or a coke feed stream. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffe vor ihrer Vermischung mit dem Koks mit flüssigen und/oder gasförmigen Abfällen und/oder Schadstoffen beladen werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the fuels before being mixed with the coke with liquid and / or gaseous waste and / or pollutants are loaded.
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