DE19936972C1 - Multi-stage loading process for lumpy material and mixtures in pressure rooms - Google Patents

Abstract

The invention relates to a two-stage method for loading carbonated feed materials into a treatment chamber, preferably a pressurized gasification reactor, according to the High temperature Winkler method. The first stage involves using cone mixers to make the material transportable and subjecting said material to pressure. In the second stage, the material is homogenized using the cone mixers and fed into the treatment chamber in a regulated manner.

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.The invention relates to a method for Introduction of carbon-containing input material, which in egg nem treatment room, preferably a Druckvergasungsre Actuator based on the principle of the high-temperature Winkler process rens is used.

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.In the operation of pressure gasification reactors Feed solid feedstocks into the gasification reactor The central problem: On the one hand, there is a reactor inlet usually high pressure and high temperature, what high An demands on the seal construction and the Use incoming materials at the drop-off point of the Ein sets good, on the other hand, the mode of operation nes gasification reactor with exclusion of oxygen that the The feed is added uniformly and at the same time high Throughput must take place and gas tightness is required. At in inhomogeneous feed with changing carbon, The oxygen and moisture content is aggravated by the fact that the addition in a controlled manner according to the measurements the reactor state variables must take place. Such, about weighing carbon-containing feed material, which with piece sizes up to 100 mm two-dimensional, one dimension may be larger, is submitted to a moisture content from 0% to a maximum of 50% based on the dry weight sits and as a bulk a gaseous void fraction of at least 30% results, for example, as Residual material from shredder light material from the recycling of used cars Plastic waste, shredded old tires, dewatered Sewage sludge, brown and hard coal, crushed house household waste, shredded wood waste and straw.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden.The object of the invention is therefore the above to overcome the problems mentioned.

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:
The present invention solves the problems described by the features specified in claim 1, namely by a multi-stage process for charging a gas and / or pressure-tight treatment room, in particular for charging a reactor for a pressure gasification process according to the high-temperature Winkler process (HTW process) with a predominantly lumpy, carbon-containing feed or mixture of substances, whereby:

• - 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 a first stage of the process, the feed into one gas and / or pressure-tight filling space added, with Covering gas pressurized, and thereby conveyable is held
• - 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,- In a second stage of the process, the pressurized Feed material homogenized and portioned in the treatment lungsraum, so for example in the gasification reactor the HTW process is transferred,

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.and in the two process stages conical containers with each a mechanical loosening device called a rotie rende screw running in the container, ver are used, hereinafter referred to as cone mixer.

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.Usually, for the entry of the above be written fuels in pressurized Be action rooms either inclined pipes or feed screws or pneumatically operated entry organs used, such as DE 195 48 324 A1 teaches. This is because hi Storic mainly coal as a feedstock for Druckverga solutions were used for which the atmospheric driven firing systems proven entry systems in slightly modified form. That coal was either with a maximum grain of 2 to 6 mm brought, then poured into a lock container, the Be container was sealed pressure-tight, with inert gas under Pressure was applied, and the fill was filled with entry ken and / or rotary feeders in the pressure-charged Treatment room introduced. Due to the charging operation of the individual system when pressurized are for  one continuous mode of operation several times stale, sluice-like systems required. Or the Coal became fine in the same way as traditional dust firing grind and pneumatically under pressure into the reaction space brought in.

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.The carbon contents are usually and Calorific values of residues from shredder light goods from the Altau recycling, from plastic waste, shredded waste fen, dewatered sewage sludge, shredded household garbage, crushed wood waste and straw well below the carbon content and calorific values of hard coal. Of furthermore, a maximum grain size of 2 to 6 mm can be achieved operational problems with shredding difficult rich and require a greater expenditure of energy and Investments, which is why usually either a grain size of 40 mm is selected or a pyrolysis level of actual pressure gasification must be preceded, such as e.g. B. teaches DE 41 23 406 A1. The latter applies in particular in the event that a fine grinding should take place. Pouring genes with larger grain sizes have the uncomfortable Characteristic that they usually have a larger gap volume men. If also forms during crushing are generated by the ideal shape of the rigid ball differ significantly, e.g. B. splinters, threads, floc ken, snippets, foam and the like, deteriorate the transport and conveying properties of the fill considerably.

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.Surprisingly, experiments showed that the unpleasant transport and conveying properties of the Commodities can be reversed, if the feed is first presented in a suitable manner and is made eligible. Here, the type of Vorbe act that from the loose fill a self  load-bearing and self-holding, conveyable Structure develops. This can already be the case action significantly reduce the void volume.

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.The pretreatment of the input material takes place in min at least two alternately operated lock containers, which are designed according to the invention as a cone mixer, where with the screw rotating in the cone like a dough hook works and in this way a good mixture, a suitable nice structure and thereby a reduction in the void partly caused. This was shown in tests Expect to be cheap, the co-rotating screw backwards to let it run, so that an upward movement of the Commodity near the snail sets what the Mixing and microstructure support. The internal The screw conveyor of the conical mixer is turned with a and direction of action operated, the input material immediately on the screw against the direction of gravity upwards promotes.

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. As soon as one of the operated as a lock container Cone mixer is filled, it is closed on the feed side sen and covered with inert gas until about the same pressure rules like in the treatment room. During stringing the screw, which rotates in the cone, continues to run. As soon as the final pressure is reached, one begins at the bottom of the Conical mixer discharge screw with the discharge for homogenization. The used as lock container Cone mixers expediently work with an offset Clock. This also makes it possible to relax process, possibly contaminated inert gas at least partially for stringing during a subsequent one stringing process in another cone mixer use.  

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.The changing properties of the input material with regard to the gasification properties and the generation ten gases and the ashes produced require homogenization and dosage. For this, another Konusmi provided that the output side after other trans port and shut-off devices with an entry screw conventional design is connected. The further Konusmi sher serves as an intermediate storage and homogenizer of the one sentence good and is like the entry snail at about that Pressure of the treatment room operated so that no gas flows against the direction of conveyance occurs. He is with the right adjustable discharge screw of the lock system inlet connected on the side and mixes the feed. Therefore looks the invention that the feed from the as locks serving consumer mixers in one, another, pressure-tight guided cone mixer is promoted, the pulsation equalized the lock system, a spit cher forms and feeds a feed screw leads it directly into the treatment room.

Die Erfindung wird am folgenden Ausführungsbei­ spiel in der Figur näher erläutert:The invention is illustrated in the following game explained in more detail in the figure:

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.The changing feedstock 1 is white- water in a discharge station 3, which is connected to the filling funnel of a Reversierschnecke 4 by means of a drag chain förders. 2 The reversing screw 4 promotes the feed in alternation in one of the two Konusmi shear 5 a and 5 b, which serve as a lock container. As soon as one of the cone mixers 5 a or 5 b is filled, its inlet opening is closed and it is covered with pressurized inert gas from the buffer tank 6 until the same pressure as in the treatment room 7 prevails in the respective cone mixer 5 a or 5 b. About the Austragschnec ken 8 a or 8 b, the feed from the container locks operated, further cone mixers 5 a and 5 b are given in the reversing screw 9 , which fills the cone mixer 10 operated as storage container, in which homogenization and intermediate storage takes place. Subsequently, the feed from the Konusmi shear 10 via the discharge screw 11 , the adjustable Zel lenradschleuse 12 and the cooled with cooling water 14 , a screw conveyor 13 through the container wall in the treatment room 7 introduced in a metered and controlled manner.

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. The two cone mixers 5 a and 5 b operated as lock containers are operated alternately in the manner of a conventional pressure lock system. As soon as one is emptied, it can be relaxed and refilled. For relaxation, a pressure equalization line 17 and an exhaust system with an exhaust air filter 15 are available, which also serves the conveying devices for the input material. The filter cake of the exhaust air filter 15 is mixed again with the feed material 1 via a cellular wheel sluice 16 . All containers can be flushed with inert gas 18 and rendered inert.

BezugszeichenlegendeLegend of reference symbols

11

Einsatzgut
Commodity

22nd

Trogkettenförderer
Trough chain conveyor

33rd

Abwurfbehälter
Dumpster

44th

Reversierschnecke
5a/b Konusmischer
Reversing screw
5a / b cone mixer

66

Inertgasbehälter
Inert gas container

77

Behandlungsraum (angedeutet)
8a/b Austragsschnecke
Treatment room (indicated)
8a / b discharge screw

99

Reversierschnecke
Reversing screw

1010th

Konusmischer
Cone mixer

1111

Reversierschnecke
Reversing screw

1212th

Zellenradschleuse
Cell wheel lock

1313

Eintragsschnecke
Entry snail

1414

Kühlwasser
cooling water

1515

Abluftfilter
Exhaust filter

1616

Zellenradschleuse
Cell wheel lock

1717th

Druckausgleichsleitung
Pressure equalization line

1818th

Inertgas
Inert gas

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.

1. Multi-stage process for the loading of a gas and / or pressure-tight treatment room, in particular for the loading of a reactor for a pressure transfer process according to the high-temperature Winkler process (HTW process) with a non-flowable, predominantly lumpy, carbon-containing feedstock or optionally one Substance mixture, which:

• a) two-dimensional with piece sizes of up to 100 mm, one dimension can be larger, submitted;
• (b) has a moisture content of 0% to a maximum of 50% of the dry matter; and
• c) has a gaseous void fraction of at least 30% as bulk material, characterized in that

• - in a first process step, the feed is placed in a gas- and / or pressure-tight filling chamber, pressurized with covering gas, and is kept conveyable,
• - In a second process stage, the feed material under pressure is homogenized and portioned into the treatment room, that is, for example, transferred to the gasification reactor of the HTW process.

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.2. The method according to claim 1, characterized in that eligibility in the first stage of the process  at least one cone mixer is reached and the on through the lower narrow cone mixer opening means of a discharge organ the outlet of these first ver level is fed. 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.3. The method according to claim 2, characterized in that the internal screw conveyor of the cone mixer with a Direction of rotation and direction of operation is used well directly on the snail against the heavy Direction of force promotes upward and that in the un indirect environment of the screw conveyor upwards flow of the material to be conveyed. 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.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that in a second process stage the feed into a pressure-tight, another cone mixer is promoted, the pulsation of the Promotion equalized, a temporary storage bil det, and feeds the feed to a feed screw, which it conveys directly into the treatment room.