DE19936972C1 - Mehrstufiges Beschickungsverfahren für stückiges Einsatzgut und Stoffgemische in Druckräume - Google Patents
Mehrstufiges Beschickungsverfahren für stückiges Einsatzgut und Stoffgemische in DruckräumeInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrstufiges Verfahren zur Einbringung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen in einen Behandlungsraum, vorzugsweise einen Druckvergasungsreaktor nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfahrens. Hierbei wird das Einsatzgut in einer ersten Stufe zunächst unter Verwendung von Konusmischern förderbar gemacht und gleichzeitig mit Druck beaufschlagt. In einer zweiten Stufe wird das Einsatzgut unter Verwendung von Konusmischern homogenisiert und in geregelter Weise in den Behandlungsraum eingebracht.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Einbringung von kohlenstoffhaltigem Einsatzgut, das in ei
nem Behandlungsraum, vorzugsweise einem Druckvergasungsre
aktor nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfah
rens zum Einsatz kommt.
Im Betrieb von Druckvergasungsreaktoren ist die
Aufgabe fester Einsatzstoffe in den Vergasungsreaktor ein
zentrales Problem: Zum einen herrschen am Reaktoreintritt
in der Regel hoher Druck und hohe Temperatur, was hohe An
forderungen an die Dichtungskonstruktion und die dabei zum
Einsatz kommenden Materialien an der Aufgabestelle des Ein
satzgutes stellt, zum anderen bedingt die Betriebsweise ei
nes Vergasungsreaktors unter Sauerstoffabschluß, daß die
Zugabe des Einsatzgutes gleichförmig bei gleichzeitig hohem
Durchsatz erfolgen muß und Gasdichtheit erfordert. Bei in
sich inhomogenem Einsatzgut mit wechselndem Kohlenstoff-,
Sauerstoff- und Feuchtegehalt kommt erschwerend hinzu, daß
die Zugabe in geregelter Weise entsprechend der Messungen
der Reaktorzustandsgrößen erfolgen muß. Ein solches, über
wiegend kohlenstoffhaltiges Einsatzgut, welches mit Stück
größen von bis zu 100 mm zweidimensional, eine Dimension
kann größer sein, vorgelegt wird, einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0% bis höchstens 50% bezogen auf die Trockenmasse be
sitzt und als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil
von mindestens 30% aufweist, ergibt sich zum Beispiel als
Reststoff aus Shredder-Leichtgut der Altautoverwertung, aus
Kunststoffabfällen, zerkleinerten Altreifen, entwässerten
Klärschlämmen, Braun- und Steinkohle, zerkleinertem Haus
haltsmüll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorstehend
genannten Probleme zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen
Probleme durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, näm
lich durch ein mehrstufiges Verfahren für die Beschickung
eines gas- und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbe
sondere für die Beschickung eines Reaktors für einen Druck
vergasungsprozess nach dem Hochtemperatur-Winkler Verfahren
(HTW-Verfahren) mit einem überwiegend stückigen, kohlen
stoffhaltigen Einsatzgut oder Stoffgemisch, wobei:
- - in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird,
- - in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck stehende Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behand lungsraum, also beispielsweise in den Vergasungsreaktor des HTW-Verfahrens übergeleitet wird,
und in den beiden Verfahrensstufen konische Behälter mit je
einer mechanischen Auflockerungsvorrichtung, die als rotie
rende, im Behälter umlaufende Schnecke ausgeführt ist, ver
wendet werden, im folgenden als Konusmischer bezeichnet.
Üblicherweise werden zum Eintrag von den oben be
schriebenen Brennstoffen in unter Überdruck betriebene Be
handlungsräume entweder Schrägrohre oder Eintragsschnecken
oder pneumatisch betriebene Eintragsorgane verwendet, wie
die DE 195 48 324 A1 lehrt. Dies begründet sich darin, daß hi
storisch vorwiegend Kohle als Einsatzstoff für Druckverga
sungen eingesetzt wurde, für die die in atmosphärisch be
triebenen Feuerungsanlagen bewährten Eintragssysteme in
leicht modifizierter Form übernommen wurden. Diese Kohle
wurde entweder mit einem Maximalkorn von 2 bis 6 mm ge
bracht, dann in einen Schleusenbehälter geschüttet, der Be
hälter wurde druckdicht verschlossen, mit Inertgas unter
Druck gesetzt, und die Schüttung wurde mit Eintragsschnec
ken und/oder Zellenradschleusen in den druckaufgeladenen
Behandlungsraum eingebracht. Aufgrund des Chargierbetriebs
des einzelnen Systems bei der Druckbeaufschlagung sind für
eine kontinuierliche Betriebsweise mehrere sich abwech
selnde, schleusenartige Systeme erforderlich. Oder die
Kohle wurde analog zur traditionellen Staubfeuerung feinge
mahlen und pneumatisch unter Druck in den Reaktionsraum
eingebracht.
Üblicherweise liegen die Kohlenstoffgehalte und
Heizwerte von Reststoffen aus Shredder-Leichtgut der Altau
toverwertung, aus Kunststoffabfällen, zerkleinerten Altrei
fen, entwässerten Klärschlämmen, zerkleinertem Haushalts
müll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh deutlich unter
den Kohlenstoffgehalten und Heizwerten von Steinkohle. Des
weiteren läßt sich ein Maximalkorn von 2 bis 6 mm aufgrund
betrieblicher Probleme bei der Zerkleinerung nur schwer er
reichen und erfordern einen größeren Aufwand an Energie und
Investitionen, weswegen üblicherweise entweder eine Korn
größe von 40 mm gewählt wird oder eine Pyrolysestufe der
eigentlichen Druckvergasung vorangeschaltet werden muß, wie
z. B. die DE 41 23 406 A1 lehrt. Letzteres gilt insbesondere
für den Fall, daß eine Feinmahlung erfolgen soll. Schüttun
gen mit größeren Korngrößen besitzen aber die unangenehme
Eigenschaft, daß sie in der Regel ein größeres Lückenvolu
men aufweisen. Wenn außerdem bei der Zerkleinerung Formen
erzeugt werden, die von der Idealform der starren Kugel
deutlich abweichen, also z. B. Splitter, Fadengewirre, Floc
ken, Schnipsel, Schaumstoff und dergleichen, verschlechtern
sich die Transport- und Fördereigenschaften der Schüttung
erheblich.
Überraschenderweise zeigte sich aber in Versuchen,
daß die unangenehmen Transport- und Fördereigenschaften des
Einsatzgutes in ihr Gegenteil verkehrt werden können, wenn
das Einsatzgut zunächst in geeigneter Weise vorgelegt und
förderbar gemacht wird. Hierbei bewirkt die Art der Vorbe
handlung, daß sich aus der lockeren Schüttung ein selbst
tragendes und sich selbst zusammenhaltendes, förderbares
Gefüge herausbildet. Hierbei kann sich schon bei der Vorbe
handlung das Hohlraumvolumen deutlich verkleinern.
Die Vorbehandlung des Einsatzgutes erfolgt in min
destens zwei wechselweise betriebenen Schleusenbehältern,
die erfindungsgemäß als Konusmischer ausgeführt werden, wo
bei die im Konus mitrotierende Schnecke wie ein Knethaken
wirkt und auf diese Weise eine gute Vermengung, ein geeig
netes Gefüge und dadurch eine Verringerung des Hohlrauman
teils bewirkt. Hierbei zeigte es sich in Versuchen wider
Erwarten als günstig, die mitrotierende Schnecke rückwärts
laufen zu lassen, so daß sich eine Aufwärtsbewegung des
Einsatzgutes in der Nähe der Schnecke einstellt, was die
Vermengung und die Gefügebildung unterstützt. Die interne
Förderschnecke des Konusmischers wird dabei mit einer Dreh-
und Wirkrichtung betrieben, die das Einsatzgut unmittelbar
an der Schnecke entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben
fördert.
Sobald einer der als Schleusenbehälter betriebenen
Konusmischer befüllt ist, wird er aufgabeseitig verschlos
sen und mit Inertgas bespannt bis in etwa der gleiche Druck
herrscht wie im Behandlungsraum. Während des Bespannungs
vorgangs läuft die im Konus mitrotierende Schnecke weiter.
Sobald der Enddruck erreicht ist, beginnt eine am Boden des
Konusmischers befindliche Austragsschnecke mit dem Austrag
zur Homogenisierung. Die als Schleusenbehälter genutzten
Konusmischer arbeiten zweckmäßigerweise mit versetztem
Takt. Dadurch ist es auch möglich, das beim Entspannungs
vorgang anfallende, möglicherweise verunreinigte Inertgas
wenigstens teilweise zum Bespannen während eines darauffol
genden Bespannungsvorgangs in einem anderen Konusmischer zu
nutzen.
Die wechselnden Eigenschaften des Einsatzgutes
hinsichtlich der Vergasungseigenschaften sowie des erzeug
ten Gases und der erzeugten Aschen verlangen Homogenisie
rung und Dosierbarkeit. Hierzu wird ein weiterer Konusmi
scher vorgesehen, der ausgangsseitig nach anderen Trans
port- und Absperrvorrichtugen mit einer Eintragsschnecke
herkömmlicher Bauart verbunden ist. Der weitere Konusmi
scher dient als Zwischenlager und Homogenisator des Ein
satzgutes und wird wie die Eintragsschnecke bei etwa dem
Druck des Behandlungsraums betrieben, so daß keine Gasströ
mung gegen die Förderrichtung auftritt. Er wird mit der re
versierbaren Austragsschnecke des Schleusensystems einlaß
seitig verbunden und vermischt das Einsatzgut. Daher sieht
die Erfindung vor, daß das Einsatzgut aus den als Schleusen
dienenden Konsumischern in einen, weiteren, druckdicht aus
geführten Konusmischer gefördert wird, der die Pulsation
des Schleusensystems vergleichmäßigt, einen Zwischenspei
cher bildet und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zu
führt, die es direkt in den Behandlungsraum fördert.
Die Erfindung wird am folgenden Ausführungsbei
spiel in der Figur näher erläutert:
Das wechselnde Einsatzgut 1 wird mittels eines Trogketten
förders 2 in eine Abwurfstation 3, die mit dem Einfüll
trichter einer Reversierschnecke 4 verbunden ist, geför
dert. Die Reversierschnecke 4 fördert das Einsatzgut im
zeitlichen Wechsel in jeweils einen der beiden Konusmi
scher 5a und 5b, die als Schleusenbehälter dienen. Sobald
einer der Konusmischer 5a oder 5b gefüllt ist, wird seine
Eintrittsöffnung verschlossen und er wird mit unter Druck
befindlichem Inertgas aus dem Pufferbehälter 6 bespannt,
bis im jeweiligen Konusmischer 5a oder 5b der gleiche Druck
wie im Behandlungsraum 7 herrscht. Über die Austragsschnec
ken 8a oder 8b wird das Einsatzgut aus den als Schleusenbe
hältern betriebenen, weiteren Konusmischern 5a und 5b in
die Reversierschnecke 9 gegeben, die den als Vorlagebehäl
ter betriebenen, weiteren Konusmischer 10 befüllt, in dem
eine Homogenisierung und Zwischenspeicherung stattfindet.
Im Anschluß daran wird das Einsatzgut aus dem Konusmi
scher 10 über die Austragsschnecke 11, die regelbare Zel
lenradschleuse 12 und der mit Kühlwasser 14 gekühlten, Ein
tragsschnecke 13 durch die Behälterwandung in den Behand
lungsraum 7 in dosierter und geregelter Weise eingebracht.
Die beiden als Schleusenbehälter betriebenen Ko
nusmischer 5a und 5b werden alternierend nach Art eines
herkömmlichen Druckschleusensystems betrieben. Sobald der
eine entleert ist, kann er entspannt und wieder befüllt
werden. Zur Entspannung steht eine Druckausgleichleitung 17
und ein Abluftsystem mit einem Abluftfilter 15 zur Verfü
gung, welches auch die Förderungseinrichtungen für das Ein
satzgut bedient. Der Filterkuchen des Abluftfilters 15 wird
über eine Zellenradschleuse 16 wieder dem Einsatzgut 1 zu
gemischt. Alle Behälter können mit Inertgas 18 gespült und
inertisiert werden.
1
Einsatzgut
2
Trogkettenförderer
3
Abwurfbehälter
4
Reversierschnecke
5a/b Konusmischer
5a/b Konusmischer
6
Inertgasbehälter
7
Behandlungsraum (angedeutet)
8a/b Austragsschnecke
8a/b Austragsschnecke
9
Reversierschnecke
10
Konusmischer
11
Reversierschnecke
12
Zellenradschleuse
13
Eintragsschnecke
14
Kühlwasser
15
Abluftfilter
16
Zellenradschleuse
17
Druckausgleichsleitung
18
Inertgas
Claims (4)
1. Mehrstufiges Verfahren für die Beschickung eines gas-
und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbesondere
für die Beschickung eines Reaktors für einen Druckverga
sungsprozess nach dem Hochtemperatur-Winkler Verfahren
(HTW Verfahren) mit einem nicht fließfähigen, überwie
gend stückigen, kohlenstoffhaltigen Einsatzgut oder
wahlweise einem Stoffgemisch, welches:
- a) mit Stückgrößen von bis zu 100 mm zweidimensional, eine Dimension kann größer sein, vorgelegt wird;
- b) einen Feuchtigkeitsgehalt von 0% bis höchstens 50% bezogen auf die Trockenmasse besitzt und
- c) als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil von mindestens 30% aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird,
- - in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck ste hende Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behandlungsraum, also beispielsweise in den Vergasungs reaktor des HTW-Verfahrens übergeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in der ersten Verfahrensstufe die Förderbarkeit durch
mindestens einen Konusmischer erreicht wird und das Ein
satzgut durch die untere enge Konusmischer-Öffnung mit
tels eines Austragsorgans dem Auslaß dieser ersten Ver
fahrensstufe zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die interne Förderschnecke des Konusmischers mit einer
Dreh- und Wirkrichtung betrieben wird, die das Einsatz
gut unmittelbar an der Schnecke entgegen der Schwer
kraftrichtung nach oben fördert und daß sich in der un
mittelbaren Umgebung der Förderschnecke eine Aufwärts
strömung des zu fördernden Gutes einstellt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Verfahrens
stufe das Einsatzgut in einen druckdicht ausgeführten,
weiteren Konusmischer gefördert wird, der die Pulsation der
Förderung vergleichmäßigt, einen Zwischenspeicher bil
det, und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zuführt,
die es direkt in den Behandlungsraum fördert.
Priority Applications (3)
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