EP0625562B1 - Process for gasification of solid substances and gasification reactor - Google Patents
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- EP0625562B1 EP0625562B1 EP94107008A EP94107008A EP0625562B1 EP 0625562 B1 EP0625562 B1 EP 0625562B1 EP 94107008 A EP94107008 A EP 94107008A EP 94107008 A EP94107008 A EP 94107008A EP 0625562 B1 EP0625562 B1 EP 0625562B1
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- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
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- C10J2300/00—Details of gasification processes
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- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
Definitions
- the invention relates to a method for gasification and Burning of solids, especially residues, with the features of the preamble of claim 1 and a gasification reactor with the features of the preamble of claim 8.
- the invention has for its object a method and a gasification reactor of the type described above Art to train so that with a more compact design Period of gasification significantly shortened and at the same time the gasification yield can be optimized.
- a method according to claim serves to solve this problem 1.
- a gasification reactor according to the invention stands out by the features of claim 8.
- the unburned residual portions are in a negligible size. Surrender therefore no environmental problems, because only completely from Free carbon and polluting ingredients Ash is to be disposed of.
- a first embodiment of the method according to Invention is the fluidizing chamber or a fluidized bed in the Shaft designed in-house, namely in the ash bed.
- a fluidization chamber is a second embodiment of the invention separately below or next to the shaft educated.
- the shaft is through a wall of separated from the fluidizing chamber, which run horizontally can and then represents a partition, or vertically can be formed by a side wall of the shaft, then a passage for connecting the in sub-rooms divided fluidizing space is left.
- the gasification reactor shown in Fig. 1 has a vertical shaft 1 with an upper one Opening 3, through which, for example, by means of a rotary valve 5-piece, carbon-containing solids such as wood, plastic, rubber, paper and textile waste and the like can be introduced.
- the solids form a solid bed 7 in the upper Part of the shaft 1 up to a support 9 in the form a prism which is pivotable about a pivot axis 11 and in the middle of its prismatic roof 13 has a rigid sheet metal plate 15, which for loosening the solid bed 7 and for the closure of any in the gas channels formed in the bed at one Pivoting movement of the prism 9 about the pivot axis 11 serves.
- the prism 9 forms bottlenecks on both sides 17, 19 to the shaft inner walls 21, 23, so that with an oscillating pivoting movement of the prism 13 Solid content through the narrow points 17, 19 down can be transported into a chamber 25 in the shaft 1.
- the gasification of the solid bed above the bottlenecks 17, 19 is by supplying fresh air through nozzles 18, 20 required, and in an amount that one substoichiometric proportion of oxygen based on the corresponds to the amount of gas generated in the solid bed.
- the nozzles 18, 20 penetrate the shaft side walls at different heights in the upper part of the Shaft and can shape the shaft circumference in each case of nozzle rings with equally spaced nozzles surround.
- the chamber 25 becomes a side tube 27 the gas generated together with dust or ash parts withdrawn and fed to a cyclone, not shown, where Dust and ash are separated off centrifugally while the gas of a combustion in a separate process is supplied to generate useful heat.
- An ash bed forms in the lower area of the shaft 29, in which also not fully gassed Solid particles fall into it.
- This ashes or Fluidizing bed 29 opens laterally from a feed pipe 31, by means of which a screw conveyor 33 first a basic filling with a fine-grained inert Material, such as sand or ash, and that in operation the cyclone mentioned is deposited material, and if necessary, additional organic fine-grained material is conveyed into it becomes.
- a fine-grained inert Material such as sand or ash
- the proportion of organic material should preferably be overall not more than 3%.
- each nozzle tube 37 is formed by a piece of tube, which is closed at the top by a lid 39.
- Nozzle holes 41 are provided in the part of the Pipe piece 37.
- the nozzle bores 41 are thus directed downward into the fluidizing bed 29. Because of this construction of the nozzle tube there is an outflow of inert material from the fluidizing bed 29 in a arranged under the floor 35 Gas chamber 43 avoided, which is below the shaft 1 on Floor 35 is attached.
- the gas chamber 43 has a lateral one Gas inlet 45 for an oxygen-containing fluidizing gas, which in the direction of arrow f into the chamber 43 is pushed or sucked in.
- This fluidizing gas flows over the nozzle tubes 37 and the nozzle bores 41 in the bed 29 and fluidized the existing there inert material, so that from the fluidizing bed Fluidized bed is formed.
- the differential pressure between the chamber 25 and the gas chamber 43 measured and in entered a controller 51.
- a control deviation is activated by pressing the Drive motor for a rotary valve 55 on the Output signal line 53 of controller 51 corrected.
- the Cell wheel lock 55 locks depending on the duration of the operation, which are matched to the desired pressure difference is a predetermined amount of inert material from the fluidized bed 29 via a discharge pipe 57, which penetrates the bottom 35 and the chamber 43 vertically.
- the temperature in the fluidized bed 29 is determined by means of a Temperature sensor 59 detected and fed to a controller 61, which is a rule comparison with a given one Temperature setpoint in the order of 850 ° C and a control signal in the event of a control deviation via the control signal line 63 to a control valve 62 delivers.
- the control valve 62 is in a branch line 60 for oxygen-rich gas, e.g. Air, turned on, which in line 46 downstream from one to one Set flow valve 65 opens.
- oxygen-rich gas e.g. Air
- control loops with the controllers 51 and 61 are only shown in Fig. 1, but can also be other versions in the same or modified Form should be provided.
- a control valve in line 46 instead of a control valve in line 46 also a control the oxygen content in a pressure source for oxygen-containing Fluidizing gas may be provided.
- Fig. 2 in the same parts not described again differs essentially in that the bottom 35 funnel-like to the central discharge pipe 57 is inclined.
- the fluidized bed height is greater in the middle as outside. So that the entire fluidized bed is even is fluidized, these different fluid bed heights accounted for by the fact that the nozzle bores 41 of the lower-lying nozzle pipes 37a larger are dimensioned higher than the nozzle bores 41 located nozzle pipes 37b, so that through the lower Nozzle tubes 37a flow larger amounts of gas than through the higher-lying nozzle tubes 37b.
- FIG. 2 Another difference in the embodiment according to FIG. 2 exists in that instead of a rotary valve 55 a Screw conveyor 56 for the lateral discharge of the Discharge pipe 57 ash to be extracted from the fluidized bed 29 is provided.
- the screw 56 can be placed in an ash container (not shown) then request the ashes fed back into the fluidized bed 29 via the screw 33 becomes.
- the bottom 35 funnel-like towards The shaft center is inclined upwards. So it favors that heavy or large parts, such as metal parts, that cannot be suspended due to their gravity and due to the movement in the Get the fluidizing bed into the discharge pipe 57.
- the ash is here over a surrounding the outer edge of the bottom 35 Ring channel 58 discharged through vertical pipes 59 below the chamber 43 with the central discharge pipe 57 communicates.
- the nozzles 37a are included larger nozzle bores on the outside and the nozzle tubes 37b arrange smaller nozzle bores on the inside.
- the highest central nozzle tube 37c expediently the smallest nozzle bores so that there is the least flows out oxygen-containing fluidizing gas.
- the chamber 25 tapers below the prism 9 in the shaft 1 downwards.
- the left shaft wall 1a lets you down to the floor Passage 67 free.
- the gas chamber 43 is through a partition 44 divided into two chamber halves 43a and 43b, both of which have their own gas inlets 45a and 45b are.
- a fluidized bed is formed here on the left and to the right of the wall la leaving the passage 67 Shaft in subspaces 29a, 29b, with the fluidized bed height in the fluidized bed part 29a in the shaft considerably is higher than the fluidized bed height in a closed Chamber part 69 containing the fluidized bed part 29b.
- introduced amount of fluidizing gas may be considerably larger than the amount of fluidizing gas supplied through the nozzles 37e.
- the nozzles 37e and 37d mentioned are correspondingly to dimension or the inlets 45a and 45b metered quantities of fluidizing gas supplied.
- fluidizing chamber 75 is the fluidized bed 29 containing fluidizing chamber 75 from chamber 25 completely separated by a horizontal wall 73, so that a completely closed by the chamber 25 Fluidizing chamber 75 is formed. That in this fluidizing room 75 generated fluidized bed 29 is made with inert and material to be gasified as in the execution 1 to 3 via a screw conveyor 33 and an inlet 31, wherein the screw conveyor 33rd via a vertical pipe section 81 and a discharge screw 77 with drive motor 79 with from chamber 25 discharged ash and only partially gasified solids is fed.
- FIG. 7 shows a further variant of a gasification reactor according to the invention.
- the arrangement is with this Gasification reactor similar to that of Figure 4, and the same reference symbols are used for identical or similar components used.
- the shaft wall la lowers to the bottom a side passage 67 free.
- the gas chamber is separated by a partition 44 divided into two chamber halves 43a and 43b, both of which provided with their own gas inlets, not shown here are.
- Fluid bed parts 29a and 29b are formed in each case over the two chamber halves 43a and 43b, the Bottom of the fluidized bed part 29 inclined towards the partition 44 is.
- nozzles 37m, 37n provided, as in the models according to 4 and 5 all end at the same level.
- the nozzles have a length of 37m.
- the partition 44 enables the pressures in FIG the chamber halves 43a, 43b independently of one another, in particular a variation in chamber half 43b. This allows different clearance speeds in the chamber parts 29a, 29b. Thereby and due to the slope of the floor in the chamber half 43a is the mass transfer for discharge into the chamber half 43b guaranteed.
- the generated mixes Gas with the gaseous and solid substances in the fluidized beds intensive.
- the dwell time is the Gases and dust particles in a zone of higher temperature extended. This leads to a more intense fabric and Heat exchange so that the gas quality of the through the outlet 27a withdrawn gas especially with regard to the energetic use in a downstream gas engine is improved (cracking of long-chain hydrocarbons, like tars).
- FIG. 7 additionally shows one in the chamber 69 shortly before the gas outlet 27a arranged heat exchanger 90.
- This Heat exchanger enables energy extraction in Form of heat from the heat transfer medium flowing in the heat exchanger 90, like water or thermal oil. With that heat obtained can preheat gasification air, Pre-degassed fuel before it is introduced into the bed 7 or hot water.
- Hot gas filter 92 made of ceramic material in the chamber part 69a used, which ensure dust-free clean gas.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen und
Verbrennen von Feststoffen, insbesondere Reststoffen,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie
einen Vergasungsreaktor mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 8.The invention relates to a method for gasification and
Burning of solids, especially residues,
with the features of the preamble of
Verfahren dieser Art sind dadurch erschwert, daß die Vergasung der zu verbrennenden Feststoffe, normalerweise stückige organische Feststoffe, wie Holz-, Kunststoff-, Gummi-, Verpackungsmaterial-, Textil-, Papierabfälle, z.B. in Form von Häckseln, Pellets, Briketts oder dgl., sehr lange dauert, im Vergleich zur vorherigen Entgasung um das Vielfache. Zu dieser Schwierigkeit kommt hinzu, daß teilweise vergaste Feststoffanteile, welche über die Engstelle in die Kammer zur weiteren Vergasung gelangt sind, teilweise in das am Boden der Kammer sich ausbildende Aschebett fallen und von dort unvollständig verbrannt mit der Asche ausgetragen werden. Dies verschlechtert die Gasausbeute. Wenn sich der Vergasungsprozeß nach dem Austrag der Asche außerhalb des Vergasungsreaktors fortsetzt, entstehen Gase, die aufgrund der bestehenden Umweltschutzvorschriften nicht ohne weiteres in die Umgebung abgelassen werden können. Methods of this kind are complicated by the fact that Gasification of the solids to be burned, usually lumpy organic solids, such as wood, plastic, Rubber, packaging material, textile, paper waste, e.g. in the form of chops, pellets, briquettes or the like, takes a long time compared to the previous degassing many times over. In addition to this difficulty that partially gasified solids, which over the Narrowed into the chamber for further gasification are, partly in the developing at the bottom of the chamber Ash bed fall and from there burned incompletely are carried out with the ashes. This worsens the gas yield. If the gasification process after the ash has been discharged outside the gasification reactor continues, gases are formed which are due to the existing environmental protection regulations are not easy can be drained into the environment.
Außerdem muß nach diesen Vorschriften dafür gesorgt werden, daß organische Bestandteile in zu deponierenden Rückständen weniger als 5% betragen.In addition, these regulations must ensure that that organic matter to be deposited in Residues less than 5%.
Bei einem bekannten Verfahren und einem bekannten Vergasungsreaktor gemäß DE 39 24 626 C2 wird zur Vermeidung dieser Nachteile zusätzlich Luft in den Bereich des Aschebettes eingeleitet, welches ebenfalls von einer beweglichen Abstützung in Form eines um eine horizontale Achse schwenkbaren Prismas gebildet ist. Auf diese Weise soll in der Kammer unterhalb der Engstelle eine vollständige Verbrennung von nur teilweise vergasten und verbrannten Feststoffanteilen erzielt werden. Die lange Vergasungszeit kann durch diese Maßnahmen aber kaum abgekürzt werden, und die Gasausbeute verbessert sich in der Regel nicht, weil das aus den Feststoffen ausgetriebene Gas nicht abgeführt wird sondern an Ort und Stelle verbrennt. Außerdem ist bei einem solchen bekannten "absteigend" arbeitenden Verfahren, bei dem die Feststoffe und die eingeleitete Luft von oben nach unten strömen, ein schlechter "Ausbrand" bekannt, so daß in der abgeführten Asche immer noch unverbrannte Restanteile des Feststoffes enthalten sind, die auf eine Deponie entsorgt werden müssen.In a known method and a known gasification reactor according to DE 39 24 626 C2 is to be avoided of these disadvantages additionally air in the range of Ash bed initiated, which is also from a movable support in the form of a horizontal Axis pivotable prism is formed. In this way a complete should be in the chamber below the narrow point Combustion of only partially gasified and burned solids can be achieved. The length Gasification time can hardly be shortened by these measures and the gas yield improves in usually not because that which is driven out of the solids Gas is not discharged but on the spot burns. In addition, in such a known "descending" working process in which the solids and the introduced air flows from top to bottom, a bad "burnout" is known, so that in the removed Ash still unburned residual portions of the Solid matter is included, which is disposed of at a landfill Need to become.
Auch fordert die bekannte Konstruktion sowohl hinsichtlich des Raumbedarfs als auch der konstruktiven Ausgestaltung beträchtlichen Aufwand.The known construction also calls for both the space requirement as well as the structural design considerable effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Vergasungsreaktor der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß bei kompakterer Konstruktion die Zeitdauer der Vergasung erheblich abgekürzt und gleichzeitig die Ausbeute der Vergasung optimiert werden können. The invention has for its object a method and a gasification reactor of the type described above Art to train so that with a more compact design Period of gasification significantly shortened and at the same time the gasification yield can be optimized.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1.A method according to claim serves to solve this
Ein Vergasungsreaktor gemäß der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 aus.A gasification reactor according to the invention stands out by the features of claim 8.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird erreicht, daß in das Bett gefallene, noch nicht vollständig vergaste bzw. verbrannte Feststoffanteile mittels des Fluidisier- und Reaktionsgases in dem erfindungsgemäß gebildeten Wirbelbett in Schwebezustand gebracht und dabei allseitig von Gas eingehüllt werden. Durch das Reaktionsgas, welches Sauerstoffanteile enthält, werden solche Feststoffanteile in einer um ein Vielfaches verkürzten Zeitdauer vollständig vergast, die bis an die (kurze) Entgasungszeit heranreicht, als wenn die Feststoffanteile in einer festen Schüttung bzw. im Aschebett liegen würden. Die Vergasungsrate und die Ausbeute an Gasen ist also entscheidend verbessert. Die produzierten Gase werden aus dem Vergasungsreaktor abgeführt und in einem getrennten Verbrennungsprozeß zur Erzeugung von Nutzwärme verbrannt. Alternativ können sie zumindest teilweise wieder in den Schacht zur Unterstützung der Ent- und Vergasung der Feststoffe eingeführt werden.With the method according to the invention it is achieved that fallen into bed, not yet fully gassed or burned solids by means of the fluidizing and reaction gas in the formed according to the invention Fluidized bed brought into suspension and on all sides be enveloped by gas. Through the reaction gas, which contains oxygen components become such solid components in a much shorter time period completely gasified up to the (short) degassing time as if the solids content in a solid bed or in the ash bed. So the gasification rate and the yield of gases is significantly improved. The gases produced are removed from the gasification reactor and in a separate Combustion process to generate useful heat burned. Alternatively, they can be at least partially back in the shaft to support the Ent- and Gasification of the solids are introduced.
Bei der Erfindung sind die unverbrannten Restanteile in einer vernachlässigbaren Größenordnung. Es ergeben sich daher keine Umweltprobleme, weil lediglich völlig von Kohlenstoff und umweltschädlichen Bestandteilen freie Asche zu entsorgen ist.In the invention, the unburned residual portions are in a negligible size. Surrender therefore no environmental problems, because only completely from Free carbon and polluting ingredients Ash is to be disposed of.
Bei einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Fluidisierraum bzw. ein Wirbelbett im Schacht selbst ausgebildet, nämlich im Aschebett. Bei einer zweiten Ausführung der Erfindung wird der Fluidisierraum gesondert unterhalb des Schachtes oder daneben ausgebildet. In einem Vergasungsreaktor gemäß der Erfindung ist in diesem Fall der Schacht durch eine Wand von dem Fluidisierraum getrennt, die horizontal verlaufen kann und dann eine Trennwand darstellt, oder vertikal von einer Seitenwand des Schachtes gebildet sein kann, wobei dann ein Durchlaß zur Verbindung des in Teilräume unterteilten Fluidisierraumes belassen wird.In a first embodiment of the method according to Invention is the fluidizing chamber or a fluidized bed in the Shaft designed in-house, namely in the ash bed. At A fluidization chamber is a second embodiment of the invention separately below or next to the shaft educated. In a gasification reactor according to the invention in this case the shaft is through a wall of separated from the fluidizing chamber, which run horizontally can and then represents a partition, or vertically can be formed by a side wall of the shaft, then a passage for connecting the in sub-rooms divided fluidizing space is left.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.Further embodiments of the invention are in the subclaims put under protection.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 bis 5
- fünf Varianten des Vergasungsreaktors gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt, wobei der Einfachheit halber für gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Baugruppen gleiche Bezugszahlen verwendet sind und
- Fig. 6
- einen Längsschnitt durch ein Düsenrohr in einem Boden eines Vergasungsreaktors gemäß der Erfindung und
- Fig. 7
- eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors.
- 1 to 5
- five variants of the gasification reactor according to the invention in vertical section, the same reference numbers being used for the same or equivalent components or assemblies for the sake of simplicity and
- Fig. 6
- a longitudinal section through a nozzle tube in a bottom of a gasification reactor according to the invention and
- Fig. 7
- a further variant of a gasification reactor according to the invention.
Der in Fig. 1 gezeigte Vergasungsreaktor gemäß der Erfindung
hat einen vertikalen Schacht 1 mit einer oberen
Öffnung 3, über die beispielsweise mittels einer Zellenradschleuse
5 stückige, kohlenstoffhaltige Feststoffe
wie Holz-, Kunststoff-, Gummi-, Papier- und Textilabfälle
und dergleichen eingebracht werden können.The gasification reactor shown in Fig. 1 according to the invention
has a
Die Feststoffe bilden eine feste Schüttung 7 im oberen
Teil des Schachtes 1 bis zu einer Abstützung 9 in Form
eines Prismas, welches um eine Schwenkachse 11 schwenkbar
ist, und in der Mitte seines prismatischen Daches 13
eine starre Blechplatte 15 hat, welche zur Auflockerung
der festen Schüttung 7 und zur Schließung von eventuell
bei der in der Schüttung gebildeten Gaskanäle bei einer
Schwenkbewegung des Prismas 9 um die Schwenkachse 11
dient. Das Prisma 9 bildet auf seinen beiden Seiten Engstellen
17, 19 zu den Schachtinnenwänden 21, 23, so daß
bei einer oszillierenden Schwenkbewegung des Prismas 13
Feststoffanteile durch die Engstellen 17, 19 nach unten
in eine Kammer 25 im Schacht 1 transportiert werden.The solids form a
Die Vergasung der festen Schüttung oberhalb der Engstellen
17, 19 wird durch Zuführen von Frischluft über Düsen
18, 20 gefordert, und zwar in einer Menge, die einem
unterstöchiometrischen Sauerstoffanteil bezogen auf die
in der Feststoffschüttung entstehende Gasmenge entspricht.
Die Düsen 18, 20 durchsetzen die Schachtseitenwände
in unterschiedlichen Höhen im oberen Teil des
Schachtes und können den Schachtumfang jeweils in Form
von Düsenkränzen mit gleichmäßig beabstandeten Düsen
umgeben.The gasification of the solid bed above the
In der Kammer 25 wird die Entgasung von über die Engstellen
17, 19 durchgefallene Feststoffanteile fortgesetzt.
Aus der Kammer 25 wird über ein seitliches Rohr
27 das erzeugte Gas zusammen mit Staub- bzw. Ascheteilen
abgezogen und einem nicht gezeigten Zyklon zugeführt, wo
Staub und Asche zentrifugal abgeschieden werden, während
das Gas einer Verbrennung in einem gesonderten Prozeß
zur Erzeugung von Nutzwärme zugeführt wird.In the
Im unteren Bereich des Schachtes bildet sich ein Aschebett
29 aus, in welches auch noch nicht vollständig vergaste
Feststoffanteile hineinfallen. In dieses Ascheoder
Fluidisierbett 29 mündet seitlich ein Zuführrohr
31, über welches mittels eines Schneckenförderers 33
zunächst eine Grundfüllung mit einem feinkörnigen inerten
Material, wie Sand oder Asche und im Betrieb das aus
dem erwähnten Zyklon abgeschiedene Material ist, und
ggf. zusätzliches organisches feinkörniges Material hineingefördert
wird.An ash bed forms in the lower area of the
Der Anteil an organischem Material soll dabei vorzugsweise insgesamt nicht mehr als 3% betragen.The proportion of organic material should preferably be overall not more than 3%.
Der Boden 35 des Fluidisierbettes 29 ist von Düsenrohren
37 durchsetzt, von denen eines im einzelnen im größeren
Maßstab in Fig. 6 im Längsschnitt dargestellt ist. Gemäß
Fig. 6 ist jedes Düsenrohr 37 von einem Rohrstück gebildet,
das oben durch einen Deckel 39 abgeschlossen ist.
In dem aus dem Boden nach oben vorkragenden Teil des
Rohrstückes 37 sind von innen nach außen abwärts geneigte
Düsenbohrungen 41 vorgesehen. Die Düsenbohrungen 41
sind also nach unten in das Fluidisierbett 29 hineingerichtet.
Aufgrund dieser Konstruktion des Düsenrohres
wird ein Ausströmen von inertem Material aus dem Fluidisierbett
29 in eine unter dem Boden 35 angeordnete
Gaskammer 43 vermieden, die unterhalb des Schachtes 1 am
Boden 35 befestigt ist. Die Gaskammer 43 hat einen seitlichen
Gaseinlaß 45 für ein sauerstoffhaltiges Fluidisiergas,
welches in Richtung des Pfeiles f in die Kammer
43 hineingedrückt oder -gesaugt wird. Dieses Fluidisiergas
strömt über die Düsenrohre 37 und die Düsenbohrungen
41 in das Bett 29 ein und fluidisiert das dort vorhandene
inerte Material, so daß aus dem Fluidisierbett ein
Wirbelbett gebildet wird.The
Über Örtliche Druckentnahmeöffnungen 47 in der Schachtwand
und 49 in der Kammer wird der Differenzdruck zwischen
der Kammer 25 und der Gaskammer 43 gemessen und in
einen Regler 51 eingegeben. Dort findet ein Vergleich
mit einem vorgegebenen Sollwert für die Druckdifferenz
statt. Eine Regelabweichung wird durch Betätigen des
Antriebsmotors für eine Zellenradschleuse 55 über die
Ausgangssignalleitung 53 des Reglers 51 korrigiert. Die
Zellenradschleuse 55 schleust je nach Dauer der Betätigung,
die auf den gewünschten Druckunterschied abgestimmt
ist, eine vorbestimmte Menge an inertem Material
aus dem Wirbelbett 29 über ein Abführrohr 57 aus, welches
den Boden 35 und die Kammer 43 vertikal durchsetzt.Via local
Die Temperatur in dem Wirbelbett 29 wird mittels eines
Temperaturaufnehmers 59 erfaßt und einem Regler 61 zugeführt,
welcher einen Regelvergleich mit einem vorgegebenen
Temperatursollwert in der Größenordnung von 850°C
durchführt und bei einer Regelabweichung ein Stellsignal
über die Regelsignalleitung 63 an ein Regelventil 62
abgibt. Das Regelventil 62 ist in eine Zweigleitung 60
für sauerstoffreiches Gas, z.B. Luft, eingeschaltet,
welche in die Leitung 46 stromabwärts von einem auf einen
Soll-Durchfluß eingestellten Ventil 65 mündet.The temperature in the fluidized
Die beiden Regelkreise mit den Reglern 51 und 61 sind
nur in Fig. 1 dargestellt, könnenjedoch auch bei den
übrigen Ausführungsvarianten in gleicher oder abgewandelter
Form vorgesehen sein. Beispielsweise kann statt
eines Regelventils in der Leitung 46 auch eine Regelung
des Sauerstoffgehaltes in einer Druckquelle für sauerstoffhaltiges
Fluidisiergas vorgesehen sein.The two control loops with the
Die Variante nach Fig. 2, in der gleiche Teile nicht
nochmals beschrieben sind, unterscheidet sich im wesentlichen
dadurch, daß der Boden 35 trichterartig zu dem
mittigen Abführrohr 57 hin geneigt ist. Dies bedeutet,
daß im Wirbelbett 29 unterschiedliche Wirbelschichthöhen
herrschen: die Wirbelschichthöhe ist in der Mitte größer
als außen. Damit die gesamte Wirbelschicht gleichmäßig
fluidisiert wird, wird diesen unterschiedlichen Wirbelschichthöhen
dadurch Rechnung getragen, daß die Düsenbohrungen
41 der tiefergelegenen Düsenrohre 37a größer
dimensioniert sind als die Düsenbohrungen 41 der höher
gelegenen Düsenrohre 37b, so daß durch die tiefer gelegenen
Düsenrohre 37a größere Gasmengen strömen als durch
die höher gelegenen Düsenrohre 37b.The variant of Fig. 2, in the same parts not
described again differs essentially
in that the
Ein weiterer Unterschied der Ausführung nach Fig. 2 besteht
darin, daß anstatt einer Zellenradschleuse 55 eine
Förderschnecke 56 zum seitlichen Austragen der über das
Abführrohr 57 aus dem Wirbelbett 29 abzuziehenden Asche
vorgesehen ist. Die Schnecke 56 kann in einen Aschenbehälter
(nicht gezeigt) fordern, aus dem dann die Asche
über die Schnecke 33 wieder in das Wirbelbett 29 zurückgeführt
wird.Another difference in the embodiment according to FIG. 2 exists
in that instead of a rotary valve 55 a
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist unterschiedlich lediglich,
daß der Boden 35 trichterartig in Richtung zur
Schachtmitte hin nach oben geneigt ist. So wird begünstigt,
daß schwere oder große Teile, wie Metallteile,
die nicht in Schwebezustand gebracht werden können, aufgrund
ihrer Schwerkraft und aufgrund der Bewegung im
Fluidisierbett in das Abführrohr 57 gelangen. Die Asche
wird hier über einen den Außenrand des Bodens 35 umgebenden
Ringkanal 58 abgeführt, der über vertikale Rohre
59 unterhalb der Kammer 43 mit dem zentralen Abführrohr
57 kommuniziert. In diesem Fall sind die Düsen 37a mit
größeren Düsenbohrungen außen und die Düsenrohre 37b mit
kleineren Düsenbohrungen innen anzuordnen. Das höchstgelegene
zentrale Düsenrohr 37c hat zweckmäßigerweise
die kleinsten Düsenbohrungen, so daß dort am wenigsten
sauerstoffhaltiges Fluidisiergas ausströmt.3 is only different,
that the bottom 35 funnel-like towards
The shaft center is inclined upwards. So it favors
that heavy or large parts, such as metal parts,
that cannot be suspended due to
their gravity and due to the movement in the
Get the fluidizing bed into the
Bei der Variante nach Fig. 4 verjüngt sich die Kammer 25
unterhalb des Prismas 9 im Schacht 1 nach unten hin. Die
linke Schachtwand 1a läßt nach unten zum Boden einen
Durchlaß 67 frei. Die Gaskammer 43 ist durch eine Trennwand
44 in zwei Kammerhälften 43a und 43b unterteilt,
welche beide mit eigenen Gaseinlässen 45a und 45b versehen
sind. Ein Wirbelbett bildet sich hier links und
rechts von der den Durchlaß 67 freilassenden Wand la des
Schachtes in Teilräumen 29a, 29b aus, wobei die Wirbelschichthöhe
im Wirbelbetteil 29a im Schacht erheblich
höher ist als die Wirbelschichthöhe in einem abgeschlossenen
Kammerteil 69 enthaltend den Wirbelbetteil 29b.
Demgemäß muß die über die Düsen 37d in den Wirbelbetteil
29a eingeführte Fluidisiergasmenge erheblich größer sein
als die über die Düsen 37e zugeführte Fluidisiergasmenge.
Entsprechend sind die genannten Düsen 37e bzw. 37d
zu dimensionieren bzw. die über die Einlässe 45a und 45b
zugeführten Fluidisiergasmengen zu dosieren.In the variant according to FIG. 4, the
Aus dem geschlossenen Raum 69 oberhalb des Wirbelbetteiles
29b wird gewonnenes Gas über eine Gasleitung 71 in
den oberen Bereich des Schachtes oberhalb der Engstellen
17, 19 zur Förderung der Entgasung und Vergasung in diesem
Schachtteil zurückgeführt. Alternativ kann das aus
dem geschlossenen Raum 69 abgeführte Gas auch einer anderweitigen
Verwendung zugeführt werden, beispielsweise
einem gesonderten Verbrennungsprozeß zur Gewinnung von
Nutzwärme.From the
Bei der Variante nach Fig. 5 ist der das Wirbelbett 29
enthaltende Fluidisierraum 75 von der Kammer 25 vollständig
durch eine horizontale Wand 73 abgetrennt, so
daß ein von der Kammer 25 vollstandig abgeschlossener
Fluidisierraum 75 ausgebildet ist. Das in diesem Fluidisierraum
75 erzeugte Wirbelbett 29 wird mit inertem
und zu vergasendem Material wie bei der Ausführung nach
den Fig. 1 bis 3 über einen Schneckenförderer 33 und
einen Einlaß 31 gespeist, wobei der Schneckenförderer 33
über ein vertikales Rohrstück 81 und eine Austragsschnecke
77 mit Antriebsmotor 79 mit aus der Kammer 25
ausgetragenen Aschen- und nur teilweise vergasten Feststoffanteilen
gespeist wird.5 is the
Auch in diesem Fall führt wie bei der Ausführung nach
Fig. 4 aus dem Fluidisierraum 75 eine Gasleitung 71 zurück
in den oberen Bereich des Schachtes.In this case, too, as in the execution
Fig. 4 from the fluidizing chamber 75 a
Im übrigen ist die Ausgestaltung gleich wie bei der Ausführung nach Fig. 1.Otherwise, the design is the same as in the execution according to Fig. 1.
Figur 7 zeigt eine weitere Variante eines Vergasungsreaktors gemäß der Erfindung. Die Anordnung ist bei diesem Vergasungsreaktor ähnlich derjenigen nach Figur 4, und für gleiche oder ähnliche Bauteile sind gleiche Bezugszeichen verwendet.FIG. 7 shows a further variant of a gasification reactor according to the invention. The arrangement is with this Gasification reactor similar to that of Figure 4, and the same reference symbols are used for identical or similar components used.
Ähnlich wie in Figur 4 läßt die Schachtwand la nach unten
zum Boden hin einen seitlichen Durchlaß 67 frei.
Auch hier ist die Gaskammer durch eine Trennwand 44 in
zwei Kammerhälften 43a und 43b unterteilt, welche beide
mit eigenen, hier nicht gezeigten Gaseinlässen versehen
sind. Es bilden sich Wirbelbetteile 29a und 29b jeweils
über den beiden Kammerhälften 43a und 43b, wobei der
Boden des Wirbelbetteiles 29 zur Trennwand 44 hin geneigt
ist. In diesen Wirbelbetteilen 29a, 29b sind Düsen
37m, 37n vorgesehen, die wie bei den Ausführungen nach
den Fig. 4 und 5 sämtlich auf gleichem Niveau enden.
Dabei haben die Düsen 37m unterschiedliche Länge.Similar to Figure 4, the shaft wall la lowers
to the bottom a
Anders als bei der Ausführung nach Figur 4 gibt es keinen
Gasauslaß 27, der Gas unmittelbar aus der Kammer 25
unterhalb der Engstellen 17, 19 ableitet, sondern einen
Gasauslaß 27a aus dem abgeschlossenen Kammerteil 69
oberhalb des Wirbelbetteiles 29b. Somit wird sämtliches
erzeugte Gas im Gleichstrom über den Auslaß 27a abgezogen.
Dies bedeutet, daß das im Schacht 1 erzeugte Gas
über den Wirbelbetteil 29a, den Durchlaß 67 und den Wirbelbetteil
29b strömen muß, bevor es dem Auslaß 27a im
Gleichstrom zugeführt wird. Im Gegensatz dazu wurde das
erzeugte Gas bei der Ausführung nach Figur 4 zu einem
wesentlichen Anteil im Gegenstrom über das Rohr 27 abgezogen. In contrast to the embodiment according to FIG. 4, there is
Die Trennwand 44 ermöglicht eine Variation der Drücke in
den Kammerhälften 43a, 43b unabhängig voneinander, insbesondere
eine Variation in der Kammerhälfte 43b. Dies
ermöglicht es, unterschiedliche Freiraumgeschwindigkeiten
in den Kammerteilen 29a, 29b einzustellen. Dadurch
und aufgrund der Neigung des Bodens in der Kammerhälfte
43a ist der Stofftransport zum Austrag in die Kammerhälfte
43b gewährleistet.The
Bei der Variante nach Fig. 7 vermischt sich das erzeugte
Gas mit den gasförmigen und festen Stoffen in den Wirbelschichten
intensiv. Dabei ist die Verweilzeit der
Gase und Staubpartikel in einer Zone höherer Temperatur
verlängert. Dies führt zu einem intensiveren Stoff- und
Wärmeaustausch, so daß die Gasqualität des über den Auslaß
27a abgezogenen Gases vor allem in Hinblick auf die
energetische Nutzung in einem nachgeschalteten Gasmotor
verbessert ist (Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen,
wie Teeren).In the variant according to FIG. 7, the generated mixes
Gas with the gaseous and solid substances in the fluidized beds
intensive. The dwell time is the
Gases and dust particles in a zone of higher temperature
extended. This leads to a more intense fabric and
Heat exchange so that the gas quality of the through the
Die Gleichgewichtsreaktionen (Boudouard- und/oder Methangleichgewicht) und damit die Gasqualität bezüglich der Konzentration von Wasserstoff oder Kohlenmonoxid läßt sich durch die Temperaturregelung der Wirbelschicht verbessern.The equilibrium reactions (Boudouard and / or Methane equilibrium) and thus the gas quality in relation the concentration of hydrogen or carbon monoxide can be controlled by temperature control of the fluidized bed improve.
Figur 7 zeigt zusätzlich einen in der Kammer 69 kurz vor
dem Gasauslaß 27a angeordneten Wärmetauscher 90. Dieser
Wärmetauscher ermöglicht eine Energieauskoppelung in
Form von Wärme durch im Wärmetauscher 90 strömendes Wärmeträgermedium,
wie Wasser oder Thermoöl. Mit der so
gewonnenen Wärme können Vergasungsluft vorgewärmt,
Brennstoff vor dem Einführen in die Schüttung 7 vorentgast
oder Warmwasser bereitet werden. FIG. 7 additionally shows one in the
Vor dem Wärmetauscher 90 und dem Gasauslaß 27a sind
Heißgasfilter 92 aus keramischem Material im Kammerteil
69a eingesetzt, die für staubfreies Reingas sorgen.In front of the
Claims (19)
- Method of gasifying solids, especially residual matter, with which the solids are filled into a shaft (1), gasified at least partly with a controlled, substoichiometric supply of fresh air (18, 20), and the solid proportions not yet fully gasified and gases are fed through at least one bottleneck (17, 19) in the shaft into a chamber (25) in which the solid proportions are regasified and from which gases are withdrawn (27), a bed (29, 29a, 29b) being formed from which ash (57) is withdrawn,
characterized in that into the bed (29, 29a, 29b) an inert, fluidizable material (31) as well as a fluidizing and reaction gas (45, 45a, 45b) in a quantity sufficient to create a fluidized bed is introduced. - Method as claimed in claim 1,
characterized in that the fluidized bed is formed in the shaft (Fig. 1). - Method as claimed in claim 1,
characterized in that the fluidized bed is formed below the shaft (Fig. 5) or beside the shaft (Fig. 7). - Method as claimed in any one of the preceding claims,
characterized in that the height of the fluidized bed is controlled in response to a predetermined pressure difference above and below the fluidized bed. - Method as claimed in any one of the preceding claims,
characterized in that as the fluidizing and reaction gas a mixture of air or oxygen and flue gas of the combustion process is used. - Method as claimed in any one of the preceding claims,
characterized in that the temperature in the fluidized bed is kept at a predetermined value, preferably at about 850°C, by controlling the quantity of the fluidizing and reaction gas or the oxygen content thereof. - Method as claimed in any one of claims 3 to 6,
characterized in that the fluidized bed is divided into a first fluidized bed portion (29a) at the bottom of the shaft (1) and a second fluidized bed portion (29b) beside the shaft, and the resulting gases are passed across the fluidized layers of both fluidized bed portions (29a, 29b) and withdrawn as a cocurrent from a gas outlet (71, 71a) above the second fluidized bed portion. - Gasification reactor with a shaft (1) to receive a fill of solids (7) for at least partial gasification thereof, with at least one support (9) for the fill of solids (7) defining at least one bottleneck (17, 19) for the passage of solids and gases, with fresh air conduits (18, 20) which open into the area above the bottleneck to introduce a controlled, substoichiometric quantity of fresh air, and with a chamber (25) disposed below the bottleneck with an outlet (27) for gases,
characterized in that a gas chamber (43) separate from the chamber (25) is provided which includes a gas inlet (45) for a fluidizing and reaction gas, that the gas chamber (43) is closed at the top by a bottom (35) through which nozzles (37) pass, that a fluidizing space (29; 75) containing inert, fluidizable material is formed above the bottom (35), and that the fluidizing space includes an inlet (31) for the introduction of the fluidizable material and is in gas conductive communication with the chamber (25). - Gasification reactor as claimed in claim 8,
characterized in that the fluidizing space (29) is formed in the bottom area of the chamber (25). - Gasification reactor as claimed in claim 8,
characterized in that the fluidizing space (29a, 29b; 75) is separated from the chamber (25) by a wall (1a; 73) and includes a flue gas conduit (71) which may be connected to the shaft (1) above the bottleneck (17, 19). - Gasification reactor as claimed in claim 10,
characterized in that the fluidizing space (75) is located below the shaft (1) and the horizontally extending wall (73) closes the shaft (1) at its lower end. - Gasification reactor as claimed in claim 10,
characterized in that the fluidizing space is divided into two partial spaces (29a, 29b), one (29a) of which is disposed in the bottom area of the shaft (1) and the other one (29b) next to it, that the wall (1a) defines the lower end of a vertical, lateral limiting wall of the shaft (1) and leaves open a lateral passage (67) to establish a connection between the two partial spaces (29a, 29b), that the gas chamber (43) is divided by a partition wall (44) into two part chambers (43a, 43b) and that each part chamber has its own gas inlet (45a, 45b) for different admissions of fluidizing and reaction gas. - Gasification reactor as claimed in any one of claims 8 to 12,
characterized in that a conveyor means (33) is provided to feed fluidizable material into the inlet (31) of the fluidizing space (29) above the bottom (35). - Gasification reactor as claimed in any one of claims 8 to 13,
characterized in that a discharge pipe (57) for inert material extends through the bottom (35) and the gas chamber (43), a controllable discharge means (55) for inert material being arranged inside the discharge pipe. - Gasification reactor as claimed in claim 14,
characterized in that the bottom (35) is inclined towards the discharge pipe (57). - Gasification reactor as claimed in claim 15,
characterized in that those nozzles (37a) which extend through the lower parts of the bottom (35) have greater discharge flow cross sections (41) than the nozzles (37b) at the higher parts of the bottom (35). - Gasification reactor as claimed in any one of claims 13 to 16,
characterized in that a level control means is provided to control the height (h) of the fluidized bed formed on the bottom (35), comprising pressure sensors (47, 49) to detect the pressure difference between the fluidizing space (29) and the gas chamber (43) and a controller (51) to control said pressure difference to a desired value by controlled discharge of fluidizable material through the discharge means (55). - Gasification reactor as claimed in any one of claims 8 to 17,
characterized in that a temperature control means (61) is provided for the temperature in the fluidizing space (29), comprising a temperature sensor (59) to detect the temperature and control if to a desired temperature value by adjusting the quantity of fluidizing and reaction gas introduced through the gas inlet (45) or the oxygen content thereof. - Gasification reactor as claimed in any one of claims 12 to 18,
characterized in that a chamber (69) disposed above the fluidized bed portion above the other partial space (29b) includes an outlet (27a) for gases so that the gas produced is withdrawn through the passage (67) and the fluidized beds above the two partial spaces (29a, 29b) in cocurrent through the outlet (27a).
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