WO2016040969A1 - Method and device for the production of synthesis gas from carbon-containing waste materials - Google Patents

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WO2016040969A1
WO2016040969A1 PCT/AT2015/000116 AT2015000116W WO2016040969A1 WO 2016040969 A1 WO2016040969 A1 WO 2016040969A1 AT 2015000116 W AT2015000116 W AT 2015000116W WO 2016040969 A1 WO2016040969 A1 WO 2016040969A1
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synthesis gas
conveyor
waste materials
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PCT/AT2015/000116
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Markus Primavesi
Paul Primavesi
Jean Jacques WEILAND
Pierre Holzschuh
Faker LEVIEV
Johannes Stari
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Ame Handelsgesellschaft M.B.H.
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    • F23G2203/801—Furnaces with other means for moving the waste through the combustion zone using conveyors
    • F23G2203/8013—Screw conveyors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing synthesis gas from carbonaceous waste materials, in which the carbonaceous waste materials are fed to a reaction chamber in which the waste materials, optionally with external energy supply, are subjected to pyrolysis at temperatures of 600-1,300 ° C. wherein the resulting syngas and the solid residues are discharged from the reaction chamber.
  • pyrolysis or synthesis gases produced by such processes can be burnt off after discharge, in particular used as engine gas in a gas engine, used as synthesis gases for the chemical industry or in the metal-producing industry, liquefied, used for gas turbines or as natural gas substitution.
  • the synthesis gas consists mainly of CH 4 .
  • Anoxic conditions are understood here as conditions in which free oxygen is not added. Anoxic conditions are thus characterized by the fact that hot air or oxygen does not enter the reactor in which the gasification is carried out.
  • oxygen compounds such as water vapor
  • CO2 are well implemented in such a gasification process, wherein in the case of CO2 in the presence of carbon at correspondingly high temperatures, the equilibrium is quantitatively on the side of carbon monoxide and when injecting water on the side of synthesis gas, namely carbon monoxide and hydrogen.
  • the present invention includes both autothermal high temperature gasification processes in which pyrolysis is independent of external heat input because the glowing waste supplies the energy for gasification, as well as allothermal gasification processes which require external energy input.
  • a disadvantage of autothermal gasification processes is that high demands are placed on the calorific value of the waste materials used.
  • the invention is based on a pyrolysis process in which the thermal decomposition of the starting materials takes place at temperatures of 600-1,300 ° C. Such temperatures are in allothermal gasification processes by combustion of primary energy sources in the reaction chamber or by an external heat input, such. achievable by electrical heating of the reaction chamber.
  • biomass and various carbonaceous wastes including e.g. contaminated soils, sewage sludge, cellulose slurries, filter residues and the like. , proposed.
  • the synthesis gas may still contain unwanted substances such as toxic substances (eg tars, dioxins, furans) and / or minerals in conventional gasification processes.
  • toxic substances eg tars, dioxins, furans
  • the solid residues usually contain carbon that has not been converted. The present invention therefore aims to develop a method and a device of the type mentioned in that the disadvantages mentioned above can be at least partially avoided.
  • the invention provides in a method of the type mentioned above, that the solid residues and / or the synthesis gas for further decomposition or decomposition are exposed to a plasma.
  • a plasma the residual carbon contained in the solid residues can be converted to CO, so that the calorific value of the resulting synthesis gas can be increased.
  • the mineral components which may be contained in the synthesis gas can thereby be vitrified and discharged as slag. In the slag possibly existing heavy metals and other substances such. Sulfur are bound.
  • plasma it is possible to crack open the undesired substances contained in the synthesis gas so that synthesis gas which has been freed of pollutants can be made available.
  • temperatures are significantly higher than in the first stage. Preference is given to proceeding in such a way that the solid residues and, if appropriate, the synthesis gas in the reaction zone of the plasma are brought to at least 1500 ° C., preferably at least 2400 ° C., preferably at least 4000 ° C. In this case, temperatures of up to 15,000 ° C. prevail in the reaction zone.
  • the organic constituents of the residual substances remaining from the first stage, in particular the residual carbon, are thereby completely converted and mineral and metallic constituents of the residues left over from the first stage sinter into a glassy ash.
  • the plasma is preferably generated by application of electrostatic fields.
  • the procedure is such that a sufficiently high electrical DC voltage is applied between two electrodes, with a suitable combination of voltage, electrode spacing and gas pressure causing a flashover and the ignition of a discharge between the electrodes.
  • a gas is passed through which is ionized to a plasma.
  • the recombination of the ionized atoms occurs and thus a considerable increase in temperature. through the also inert compounds obtained for a complete implementation activation energy.
  • plasma gas in this case can air, 0 2 , H0, C0 2 od. Like. to be used.
  • a plasma injector suitable for the preparation of a cantilevered plasma is characterized in that it manages without counter electrode.
  • a Plasmain ector is characterized in that it manages without counter electrode.
  • the thermal decomposition of the waste materials in the reaction chamber preferably takes place in such a way that the reaction chamber comprises a first section and a second section connected thereto, wherein the waste passes through the first section under anoxic conditions and is pyrolyzed there, then into The second section is spent and that in the second section substoichiometric oxygen, water vapor and / or C0 2 is introduced to ensure a conversion of the residual carbon to CO or CH 4 .
  • the actual pyrolysis, ie the thermal decomposition with exclusion of oxygen thus occurs only in said first section, whereas in the second section a substoichiometric oxygen, C0 2 and / or water vapor introduction takes place.
  • the pyro ⁇ lysis causes a splitting of the water content contained in the waste materials in 0 2 and H 2 .
  • the 0 2 portion reacts with part of the carbon contained in the waste to CO.
  • the substoichiometric blowing of 0 2 causes a conversion of remaining in the waste residual carbon in CO. If alternatively or additionally superheated steam is injected, the remainder of the carbon in CO and CH 4 implemented.
  • CO2 When CO2 is injected, it is split into CO and O, with the free oxygen oxidizing with the residual carbon of the waste to CO (C0 2 + C -> 2C0).
  • the reaction chamber comprises a heatable conveying device, in particular a screw conveyor, with which the waste materials in the reaction chamber, in particular by this, are transported.
  • the conveyor is thus responsible for both the transport of the starting materials and for the heat input.
  • a particularly preferred embodiment provides that the first section and optionally the second section of the reaction chamber is formed by the heatable conveyor, in particular the screw conveyor.
  • the reaction space is thus cylindrical, wherein the cylinder is penetrated in the axial direction of the screw conveyor.
  • the auger ensures a continuous transport and at the same time a constant circulation of the feed material. When the auger itself is heated, this also causes the constant renewal of the material in contact with the heated surface.
  • the conveyor is electrically heated, in particular inductive, conductive or capacitive. With such heating, the atmosphere in the first section of the reaction chamber can be kept reliably anoxic.
  • the heating of the conveyor does not have to extend over the entire length of the conveyor, but can also concern only a subarea.
  • the heating may be restricted to the first section of the reaction chamber in which the pyrolysis is carried out.
  • the following second section may be waived due to the possibly exiting exothermic oxidation reactions to a heating under certain circumstances.
  • the inductive heating of the conveyor is advantageous not only in the case of a screw conveyor, but also in differently designed conveyors with metallic entrainment elements, because the energy can be introduced directly into those elements of the conveyor, which is in contact with the feed, so that an efficient heat transfer can take place ,
  • the contactless heat input can also be realized independently of the conveyor.
  • an inductively heated bed of elements which can be excited to inductive coupling in particular steel balls
  • the inductive heating by lumpy elements, such as steel balls, which couple to an induction field applied to the outside of the reaction chamber, ensures a particularly uniform heat input in the entire cross section of the reaction chamber.
  • the process is preferably carried out so that the waste in the first section of the reaction chamber are heated to a temperature of 500-1,000 ° C.
  • the waste materials are preferably brought to a higher temperature than the first section, in particular to a temperature of 800-1,200 ° C.
  • the procedure according to the invention can be such that a partial amount of the synthesis gas produced is burned in the reaction chamber to achieve the gasification temperature. As a result, the temperature in the reaction chamber can be increased.
  • the solution of the problem underlying the invention is also a device for the production of synthesis gas from carbonaceous waste materials comprising a heatable reaction onshunt to subject the carbonaceous waste under external energy pyrolysis, with at least one discharge opening for discharging the resulting synthesis gas and the solid residues , which is characterized in that the at least one discharge opening is connected to a plasma reactor, in which the solid residues and / or the synthesis gas for further decomposition or decomposition can be acted upon by a plasma.
  • the device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the fact that the reaction chamber is connected to the plasma reactor via a discharge opening does not necessarily mean that the plasma reactor is spatially separated from or separate from the reaction chamber. It is also conceivable that the plasma reactor is formed in a separate section of the reaction chamber.
  • a preferred embodiment provides that the inventionskam ⁇ mer a heatable conveyor, in particular a Screw conveyor, comprises, with which the waste materials in the reaction chamber, in particular by these, are transportable.
  • reaction chamber comprises a first section and a second section connected thereto, wherein the first section forms a pyrolysis chamber and at least one line for introducing oxygen and / or water vapor opens into the second section.
  • the first section and possibly the second section of the reaction chamber can be formed by the heatable conveyor, in particular a screw conveyor.
  • the second section directly adjoins the first section of the reaction chamber.
  • the conveyor to an electric heating, in particular for inductive, conductive or capacitive heating of the conveyor.
  • the invention is suitable for the utilization of biomass, plastic waste, waste from the paper industry (cellulose sludge), sewage sludge, hospital waste, waste from the pharmaceutical industry, pharmacy waste, contaminated railway sleepers, waste from the oil / gas industry and the like.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a modified one Training
  • Fig. 3 shows a further modified embodiment of the device.
  • Fig. 1 shows a cylindrical reactor 1 with a funnel-shaped Materialaufgäbe 2.
  • the cylindrical wall of the reactor 1 forms together with a coaxial with the wall conveyor screw 3 from a screw conveyor, the material discontinued on the material 2 material in the direction of arrow 4 by the reaction chamber 5 transports.
  • a coil 6 which can be connected to a power source surrounds the reactor jacket and forms an inductive heater for the screw conveyor 3.
  • the screw conveyor is therefore formed from a stimulable for inductive coupling material, in particular steel.
  • the reactor shell does not consist of a stimulable for inductive coupling material.
  • a feed line 9 opens in the interior of the reactor 1, via which reaction gases, such as air, 0 2 / C0 2 and / or H 2 0 can be introduced.
  • the screw conveyor 3 extends through both the first section 7 and the second section 8 of the reactor 1.
  • a discharge line 10 flows through the bottom, via which the reaction products are discharged from the reactor 1 and be introduced into a plasma reactor 11.
  • a För ⁇ Dersch corner 12 is disposed, with which the on Abzugslei- tung 10 material coming one plasma injector is supplied.
  • an upward-directed synthesis gas outlet 14 and in the bottom an ash / slag discharge 15 are provided.
  • the temperature in the reactor 1 can, however, be ⁇ vorzugt to about 1,000 ° C are limited, with higher temperature ⁇ temperatures (> 1500 ° C) until the following plasma reactor 11 be ⁇ sets.
  • the higher temperatures increase the conversion rate and allow the thermal decomposition of any undesirable substances present in the feedstock, such as tar-forming compounds and toxic substances, which is ensured only in this temperature range.
  • Fig. 2 is a comparison with the Fig. 1 modified embodiment is shown, wherein the same reference numerals are used for the same or corresponding parts as in Fig. 1.
  • the plasma reactor 11 is not a structurally separate unit but is formed in an end portion of the reaction chamber 5.
  • the training corresponds substantially to the embodiment of FIG. 1, wherein the drive of the screw 3 of the screw conveyor is denoted by 16.
  • the induction coil 6 in the embodiment according to FIG. 2 extends only over the first section 7 of the reaction chamber 5.
  • the induction coil 6 is not in this case Outside of the reactor 1 arranged, but on the inner wall.
  • the reaction chamber 1 together with the integrated plasma reactor 11 is designed as a stationary fall reactor with a rotary grate 19 arranged in the floor area (rotary grate actuator).
  • the feedstock is fed via the Materialaufgäbe 2 with a gas-tight rotary valve 17 and will expand due to the gravity effect in downwards ⁇ moves the reactor down.
  • the reactor wall and the material are heated inductively, wherein the induction coil is again denoted by 6.
  • the induction coil is again denoted by 6.
  • the lower third of the reactor opens a blowing device 9 in the reactor, with which Reak ⁇ tion gases, such as O2, water vapor and / or C0 2 are introduced into the second section 8 of the reactor.
  • a plasma in ⁇ ector 13 is arranged so that in the lower region of the reactor that is above the rotary grate 19, a plasma reactor 11 is formed directly.
  • the solid residues falling through the rotary lattice 19 are removed via an ash / slag outlet 15 provided with a screw conveyor 21. carried.
  • the synthesis gas is discharged upwards via the line 14.
  • the fill level of the reactor 1 can be detected with the aid of level sensors 20, wherein the measured values of the level meter 20 are fed to a control device (not shown) with which the material input is controlled as a function of the fill level.

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Abstract

The invention relates to a method and device for producing synthesis gas from carbon-containing waste materials, the carbon-containing waste materials being delivered to a reaction chamber (5), in which the waste materials, optionally under external energy supply, are subjected to a pyrolysis at temperatures of 600-1300 °C, wherein the resulting synthesis gas and the solid residues are discharged from the reaction chamber (5). The solid residues and/or the synthesis gas are subsequently exposed to a plasma for further reaction or decomposition.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen Process and apparatus for producing synthesis gas from carbonaceous waste
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen, bei welchem die kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe einer Reaktionskammer aufgegeben werden, in der die Abfallstoffe, ggf. unter externer Energiezufuhr, einer Pyrolyse bei Temperaturen von 600 - 1.300°C unterworfen werden, wobei das entste- hende Synthesegas und die festen Reststoffe aus der Reaktionskammer ausgetragen werden. The invention relates to a method and a device for producing synthesis gas from carbonaceous waste materials, in which the carbonaceous waste materials are fed to a reaction chamber in which the waste materials, optionally with external energy supply, are subjected to pyrolysis at temperatures of 600-1,300 ° C. wherein the resulting syngas and the solid residues are discharged from the reaction chamber.
Verfahren zur pyrolytischen Aufbereitung von Biomasse und industriellen Abfällen zur Erzeugung von Synthesegas wurden in unterschiedlicher Ausbildung bereits vorgeschlagen. Dadurch, dass bei solchen Verfahren keine Verbrennung, sondern eine Pyrolyse bei anoxischen Bedingungen durchgeführt wird, wird sichergestellt, dass das entstehende Gas einen möglichst geringen Anteil an C02 aufweist. Die bei solchen Verfahren entstehenden Pyrolyse- bzw. Synthesegase können nach dem Austragen verbrannt, insbesondere als otorgas in einem Gasmotor verwendet werden, als Synthesegase für die chemische Industrie oder in der metallerzeugenden Industrie Verwendung finden, verflüssigt werden, für Gasturbinen oder als Erdgassubstitution verwendet werden. Im Falle der Erdgassubstitution besteht das Synthesegas hauptsächlich aus CH4. Processes for the pyrolytic treatment of biomass and industrial waste for the production of synthesis gas have already been proposed in various forms. The fact that in such methods no combustion, but a pyrolysis is carried out at anoxic conditions, it is ensured that the resulting gas has the lowest possible proportion of C0 2 . The pyrolysis or synthesis gases produced by such processes can be burnt off after discharge, in particular used as engine gas in a gas engine, used as synthesis gases for the chemical industry or in the metal-producing industry, liquefied, used for gas turbines or as natural gas substitution. In the case of natural gas substitution, the synthesis gas consists mainly of CH 4 .
Unter anoxischen Bedingungen werden hier Bedingungen verstanden, bei welchen freier Sauerstoff nicht zugefügt wird. Anoxi- sehe Bedingungen zeichnen sich somit dadurch aus, dass heiße Luft oder Sauerstoff nicht in den Reaktor gelangt, in welchem die Vergasung vorgenommen wird. Demgegenüber können naturgemäß aber SauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Wasserdampf oder CO2 durchaus in einem derartigen Vergasungsverfahren umgesetzt werden, wobei im Falle von CO2 in Anwesenheit von Kohlenstoff bei entsprechend hohen Temperaturen das Gleichgewicht quantitativ auf der Seite von Kohlenmonoxid und bei Eindüsen von Wasser auf der Seite von Synthesegas, nämlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff, liegt. Anoxic conditions are understood here as conditions in which free oxygen is not added. Anoxic conditions are thus characterized by the fact that hot air or oxygen does not enter the reactor in which the gasification is carried out. On the other hand, oxygen compounds, such as water vapor, can of course be used or CO2 are well implemented in such a gasification process, wherein in the case of CO2 in the presence of carbon at correspondingly high temperatures, the equilibrium is quantitatively on the side of carbon monoxide and when injecting water on the side of synthesis gas, namely carbon monoxide and hydrogen.
Die vorliegende Erfindung umfasst sowohl autotherme Hochtempe- raturvergasungsverfahren, bei welchen die Pyrolyse unabhängig von äußerer Wärmezufuhr ist, weil die glühenden Abfallstoffe die Energie zur Vergasung liefern, als auch allotherme Vergasungsprozesse, bei denen eine externe Energiezufuhr erforderlich ist. Nachteilig bei autothermen Vergasungsprozessen ist, dass hohe Anforderungen an den Heizwert der eingesetzten Abfallstoffe gestellt werden. Die Erfindung geht von einem Pyrolyseverfahren aus, bei dem die thermische Zersetzung der Einsatzstoffe bei Temperaturen von 600 - 1.300 °C stattfindet. Solche Temperaturen sind bei allothermen Vergasungsverfahren durch Verfeuerung von Primärenergieträgern in der Reaktionskammer oder durch eine externe Wärmeeinbringung, wie z.B. durch eine elektrische Beheizung der Reaktionskammer erzielbar. The present invention includes both autothermal high temperature gasification processes in which pyrolysis is independent of external heat input because the glowing waste supplies the energy for gasification, as well as allothermal gasification processes which require external energy input. A disadvantage of autothermal gasification processes is that high demands are placed on the calorific value of the waste materials used. The invention is based on a pyrolysis process in which the thermal decomposition of the starting materials takes place at temperatures of 600-1,300 ° C. Such temperatures are in allothermal gasification processes by combustion of primary energy sources in the reaction chamber or by an external heat input, such. achievable by electrical heating of the reaction chamber.
Als Einsatzmaterial für Vergasungsprozesse wurden unter anderem Biomasse und verschiedene kohlenstoffhaltige Abfallstoffe, wie z.B. kontaminierte Böden, Klärschlämme, Zelluloseschlämme, Filterrückstände und dgl . , vorgeschlagen. As feedstock for gasification processes, biomass and various carbonaceous wastes including e.g. contaminated soils, sewage sludge, cellulose slurries, filter residues and the like. , proposed.
Abhängig vom Einsatzmaterial kann das Synthesegas bei herkömmlichen Vergasungsprozessen noch unerwünschte Substanzen, wie z.B. giftige Substanzen (z.B. Teere, Dioxine, Furane) und/oder mineralische Stoffe enthalten. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Vergasungsprozesse ist, dass die festen Reststoffe in der Regel noch Kohlenstoff enthalten, der nicht umgesetzt wurde. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die oben genannten Nachteile zumindest teilweise vermieden werden können. Depending on the feedstock, the synthesis gas may still contain unwanted substances such as toxic substances (eg tars, dioxins, furans) and / or minerals in conventional gasification processes. Another disadvantage of conventional gasification processes is that the solid residues usually contain carbon that has not been converted. The present invention therefore aims to develop a method and a device of the type mentioned in that the disadvantages mentioned above can be at least partially avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass die festen Reststoffe und/oder das Synthesegas zur weiteren Um- bzw. Zersetzung einem Plasma ausgesetzt werden. Dadurch, dass ein Plasma zum Einsatz gelangt, kann der in den festen Reststoffen enthaltene Restkohlenstoff zu CO umgesetzt werden, sodass der Brennwert des erhaltenen Synthesegases erhöht werden kann. Weiters können dadurch die im Synthesegas ggf. enthaltenden mineralischen Bestandteile verglast und als Schlacke ausgetragen werden. In der Schlacke können ggf. vorhandene Schwermetalle und andere Stoffe wie z.B. Schwefel gebunden werden. Schließlich gelingt es durch die Verwendung von Plasma, die im Synthesegas ggf. enthaltenen unerwünschten Substanzen aufzucracken, sodass ein von Schadstoffen befreites Synthesegas zur Verfügung gestellt werden kann . To solve this problem, the invention provides in a method of the type mentioned above, that the solid residues and / or the synthesis gas for further decomposition or decomposition are exposed to a plasma. The fact that a plasma is used, the residual carbon contained in the solid residues can be converted to CO, so that the calorific value of the resulting synthesis gas can be increased. Furthermore, the mineral components which may be contained in the synthesis gas can thereby be vitrified and discharged as slag. In the slag possibly existing heavy metals and other substances such. Sulfur are bound. Finally, by using plasma, it is possible to crack open the undesired substances contained in the synthesis gas so that synthesis gas which has been freed of pollutants can be made available.
Obwohl die Verwendung von Plasma zur thermischen Zersetzung von Abfallstoffen grundsätzlich bereits bekannt ist, findet es in der Praxis kaum Verwendung, weil seine Herstellung äußert energieintensiv ist und weil der erzielbare Materialdurchsatz sehr gering ist. Dadurch, dass erfindungsgemäß nun eine zweistufige Vergasung stattfindet, nämlich eine herkömmliche pyrolytische Zersetzung bei Temperaturen von 600 - 1.300°C in einer ersten Stufe und eine thermische Zersetzung mittels Plasma bei im Vergleich zur ersten Stufe wesentlich höheren Temperaturen in einer zweiten Stufe, kann in jeder Stufe der Vorteil des jeweiligen Vergasungsverfahrens optimal genutzt werden. In der ersten Stufe wird der Vorteil des hohen Durchsatzes des thermischen Zersetzungsvorganges genutzt, sodass in der zweiten Stufe nur mehr ein geringer Anteil der Zersetzungsarbeit geleistet werden muss. In der zweiten Stufe wiederum wird der Vorteil genutzt, dass mit dem Plasmaverfahren der Restkohlenstoff der festen Bestandteile umgesetzt und die unerwünschten Substanzen aus dem Synthesegas entfernt werden können, wobei der Nachteil des geringen Durchsatzes nicht mehr ins Gewicht fällt. Although the use of plasma for the thermal decomposition of waste materials is already known in principle, it is hardly used in practice because its production is extremely energy-intensive and because the achievable material throughput is very low. The fact that according to the invention now takes place a two-stage gasification, namely a conventional pyrolytic decomposition at temperatures of 600 - 1,300 ° C in a first stage and a thermal decomposition by means of plasma at a much higher compared to the first stage temperatures in a second stage, can in each Level of advantage of each gasification process can be optimally used. In the first Stage, the advantage of the high throughput of the thermal decomposition process is used, so that in the second stage only a small proportion of the decomposition work must be done. In turn, the advantage in the second stage is that the residual carbon of the solid constituents can be converted by means of the plasma process and the undesired substances can be removed from the synthesis gas, the disadvantage of the low throughput no longer being significant.
Wie bereits erwähnt, entstehen im Rahmen der in der zweiten Stufe vorgesehenen Plasmavergasung Temperaturen, die deutlich höher sind als in der ersten Stufe. Bevorzugt wird hierbei so vorgegangen, dass die festen Reststoffe und ggf. das Synthesegas in der Reaktionszone des Plasmas auf mindestens 1.500 °C, bevorzugt mindestens 2.400°C, bevorzugt mindestens 4.000°C gebracht werden. Dabei können in der Reakt.ionszone Temperaturen von bis zu 15.000°C vorherrschen. Die organischen Bestandteile der aus der ersten Stufe verbliebenen Reststoffe, insbesondere der Restkohlenstoff, werden dadurch vollständig umgesetzt und mineralische und metallische Bestandteile der aus der ersten Stufe verbliebenen Reststoffe versintern zu einer glasartigen Asche . As already mentioned, in the context of the plasma gasification provided in the second stage, temperatures are significantly higher than in the first stage. Preference is given to proceeding in such a way that the solid residues and, if appropriate, the synthesis gas in the reaction zone of the plasma are brought to at least 1500 ° C., preferably at least 2400 ° C., preferably at least 4000 ° C. In this case, temperatures of up to 15,000 ° C. prevail in the reaction zone. The organic constituents of the residual substances remaining from the first stage, in particular the residual carbon, are thereby completely converted and mineral and metallic constituents of the residues left over from the first stage sinter into a glassy ash.
Das Plasma wird vorzugsweise durch Anwendung elektrostatischer Felder erzeugt. Insbesondere wird hierbei so vorgegangen, dass zwischen zwei Elektroden eine ausreichend hohe elektrische Gleichspannung angelegt wird, wobei eine geeignete Kombination von Spannung, Elektrodenabstand und Gasdruck einen Überschlag und das Zünden einer Entladung zwischen den Elektroden bewirkt. Zwischen den Elektroden lässt man ein Gas durchströmen, das zu einem Plasma ionisiert wird. Beim Auftreffen des Plasmas auf die Einsatzstoffe kommt es zur Rekombination der ionisierten Atome und damit zu einem erheblichen Temperaturanstieg, durch den auch reaktionsträge Verbindungen die für eine vollständige Umsetzung notwendige Aktivierungsenergie erhalten. The plasma is preferably generated by application of electrostatic fields. In particular, in this case the procedure is such that a sufficiently high electrical DC voltage is applied between two electrodes, with a suitable combination of voltage, electrode spacing and gas pressure causing a flashover and the ignition of a discharge between the electrodes. Between the electrodes, a gas is passed through which is ionized to a plasma. Upon impact of the plasma on the starting materials, the recombination of the ionized atoms occurs and thus a considerable increase in temperature. through the also inert compounds obtained for a complete implementation activation energy.
Als Plasmagas kann hierbei Luft, 02, H0, C02 od. dgl . zum Ein- satz gelangen. As plasma gas in this case can air, 0 2 , H0, C0 2 od. Like. to be used.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Plasmainjektors, der zur Herstellung eines freitragenden Plasmas geeignet ist. Ein solcher Plasmain ektor zeichnet sich dadurch aus, dass er ohne Gegenelektrode auskommt. Beispielhaft wird auf die AT 507629 AI verwiesen. Particularly preferred is the use of a plasma injector suitable for the preparation of a cantilevered plasma. Such a Plasmain ector is characterized in that it manages without counter electrode. For example, reference is made to AT 507629 AI.
In der ersten Stufe erfolgt die thermische Zersetzung der Abfallstoffe in der Reaktionskammer bevorzugt so, dass die Reak- tionskammer einen ersten Abschnitt und einen mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt umfasst, wobei die Abfallstoffe den ersten Abschnitt unter anoxischen Bedingungen durchlaufen und dort pyrolysiert werden, danach in den zweiten Abschnitt verbracht werden und dass in den zweiten Abschnitt unterstöchio- metrisch Sauerstoff, Wasserdampf und/oder C02 eingebracht wird, um eine Umsetzung des Restkohlenstoffs zu CO bzw. CH4 zu gewährleisten. Die eigentliche Pyrolyse, d.h. die thermische Zersetzung unter Sauerstoffabschluss , erfolgt somit lediglich in dem genannten ersten Abschnitt, wohingegen im zweiten Abschnitt eine unterstöchiometrische Sauerstoff-, C02- und/oder Wasserdampfeinbringung erfolgt. Im ersten Abschnitt bewirkt die Pyro¬ lyse eine Aufspaltung des in den Abfallstoffen enthaltenen Wasseranteils in 02 und H2. Der 02-Anteil reagiert mit einem Teil des in den Abfallstoffen enthaltenen Kohlenstoffs zu CO. Im zweiten Abschnitt bewirkt das unterstöchiometrische Zublasen von 02 eine Umsetzung des in den Abfallstoffen noch verbleibenden Restkohlenstoffs in CO. Wenn alternativ oder zusätzlich Heißdampf eingeblasen wird, wird der Rest kohlenstoff in CO und CH4 umgesetzt. Wenn CO2 eingeblasen wird, erfolgt eine Aufspaltung in CO und 0, wobei der freie Sauerstoff mit dem Restkohlenstoff der Abfallstoffe zu CO oxidiert (C02 + C -> 2C0) . Die Einbringung der für die thermische Zersetzung der Abfallstoffe erforderlichen Energie erfolgt bevorzugt dadurch, dass die Reaktionskammer eine beheizbare Fördereinrichtung, insbesondere einen Schneckenförderer, umfasst, mit welcher die Abfallstoffe in der Reaktionskammer, insbesondere durch diese, transportiert werden. Die Fördereinrichtung ist somit sowohl für den Transport der Einsatzstoffe als auch für die Wärmeeinbringung verantwortlich. In the first stage, the thermal decomposition of the waste materials in the reaction chamber preferably takes place in such a way that the reaction chamber comprises a first section and a second section connected thereto, wherein the waste passes through the first section under anoxic conditions and is pyrolyzed there, then into The second section is spent and that in the second section substoichiometric oxygen, water vapor and / or C0 2 is introduced to ensure a conversion of the residual carbon to CO or CH 4 . The actual pyrolysis, ie the thermal decomposition with exclusion of oxygen, thus occurs only in said first section, whereas in the second section a substoichiometric oxygen, C0 2 and / or water vapor introduction takes place. In the first section, the pyro ¬ lysis causes a splitting of the water content contained in the waste materials in 0 2 and H 2 . The 0 2 portion reacts with part of the carbon contained in the waste to CO. In the second section, the substoichiometric blowing of 0 2 causes a conversion of remaining in the waste residual carbon in CO. If alternatively or additionally superheated steam is injected, the remainder of the carbon in CO and CH 4 implemented. When CO2 is injected, it is split into CO and O, with the free oxygen oxidizing with the residual carbon of the waste to CO (C0 2 + C -> 2C0). The introduction of the energy required for the thermal decomposition of the waste materials preferably takes place in that the reaction chamber comprises a heatable conveying device, in particular a screw conveyor, with which the waste materials in the reaction chamber, in particular by this, are transported. The conveyor is thus responsible for both the transport of the starting materials and for the heat input.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass der erste Abschnitt und ggf. der zweite Abschnitt der Reaktionskammer von der beheizbaren Fördereinrichtung, insbesondere dem Schneckenförderer, gebildet ist. Im Falle eines Schneckenförderers ist der Reaktionsraum somit zylindrisch ausgebildet, wobei der Zylinder in axialer Richtung von der Förderschnecke durchsetzt wird. Die Förderschnecke stellt einen kontinuierlichen Transport und gleichzeitig eine ständige Umwälzung des Einsatzmaterials sicher. Wenn die Förderschnecke selbst beheizt ist, wird dadurch auch die ständige Erneuerung des mit der beheizten Fläche in Kontakt stehenden Materials bewirkt. A particularly preferred embodiment provides that the first section and optionally the second section of the reaction chamber is formed by the heatable conveyor, in particular the screw conveyor. In the case of a screw conveyor, the reaction space is thus cylindrical, wherein the cylinder is penetrated in the axial direction of the screw conveyor. The auger ensures a continuous transport and at the same time a constant circulation of the feed material. When the auger itself is heated, this also causes the constant renewal of the material in contact with the heated surface.
Mit Vorteil ist hierbei vorgesehen, dass die Fördereinrichtung elektrisch beheizt wird, insbesondere induktiv, konduktiv oder kapazitiv. Bei einer solchen Beheizung kann die Atmosphäre im ersten Abschnitt der Reaktionskammer zuverlässig anoxisch ge- halten werden. Advantageously, it is provided that the conveyor is electrically heated, in particular inductive, conductive or capacitive. With such heating, the atmosphere in the first section of the reaction chamber can be kept reliably anoxic.
Die Beheizung der Fördereinrichtung muss sich nicht über die gesamte Länge der Fördereinrichtung erstrecken, sondern kann auch lediglich einen Teilbereich betreffen. Insbesondere kann die Beheizung auf den ersten Abschnitt der Reaktionskammer beschränkt sein, in dem die Pyrolyse vorgenommen wird. Im darauffolgenden zweiten Abschnitt kann unter Umständen auf Grund der ggf. ablaufenden exothermen Oxidationsreaktionen auf eine Beheizung verzichtet werden. The heating of the conveyor does not have to extend over the entire length of the conveyor, but can also concern only a subarea. In particular, the heating may be restricted to the first section of the reaction chamber in which the pyrolysis is carried out. In the following second section may be waived due to the possibly exiting exothermic oxidation reactions to a heating under certain circumstances.
Besonders von Vorteil ist die induktive Beheizung der Fördereinrichtung, weil hierdurch eine kontaktlose Energieübertragung in einfacher Weise gelingt. Die induktive Beheizung ist nicht nur im Falle eines Schneckenförderers, sondern auch bei anders ausgebildeten Fördereinrichtungen mit metallischen Mitnehmerelementen von Vorteil, weil die Energie unmittelbar in jene Elemente der Fördereinrichtung eingebracht werden kann, die mit dem Einsatzmaterial in Kontakt steht, sodass eine effiziente Wärmeübertragung erfolgen kann. Particularly advantageous is the inductive heating of the conveyor, because in this way a contactless energy transfer succeeds in a simple manner. The inductive heating is advantageous not only in the case of a screw conveyor, but also in differently designed conveyors with metallic entrainment elements, because the energy can be introduced directly into those elements of the conveyor, which is in contact with the feed, so that an efficient heat transfer can take place ,
Die kontaktlose Wärmeeinbringung kann aber auch unabhängig von der Fördereinrichtung realisiert sein. So ist es beispielsweise denkbar, dass in der Reaktionskammer ein induktiv beheiztes Bett aus zur induktiven Kopplung anregbaren Elementen, insbesondere Stahlkugeln angeordnet ist. Die induktive Beheizung durch stückige Elemente, wie beispielsweise Stahlkugeln, welche an ein an der Außenseite der Reaktionskammer angelegtes Induktionsfeld ankoppeln, gewährleistet eine besonders gleichmäßige Wärmeeinbringung in den gesamten Querschnitt der Reaktionskammer . The contactless heat input can also be realized independently of the conveyor. For example, it is conceivable for an inductively heated bed of elements which can be excited to inductive coupling, in particular steel balls, to be arranged in the reaction chamber. The inductive heating by lumpy elements, such as steel balls, which couple to an induction field applied to the outside of the reaction chamber, ensures a particularly uniform heat input in the entire cross section of the reaction chamber.
Die Verfahrensführung erfolgt bevorzugt so, dass die Abfallstoffe im ersten Abschnitt der Reaktionskammer auf eine Temperatur von 500-1.000°C erwärmt werden. Im zweiten Abschnitt der Reaktionskämmer werden die Abfallstoffe bevorzugt auf eine gegenüber dem ersten Abschnitt höhere Temperatur gebracht, insbesondere auf eine Temperatur von 800- 1.200°C. The process is preferably carried out so that the waste in the first section of the reaction chamber are heated to a temperature of 500-1,000 ° C. In the second section of the reaction chamber, the waste materials are preferably brought to a higher temperature than the first section, in particular to a temperature of 800-1,200 ° C.
Sofern erforderlich oder erwünscht, kann im Rahmen der Erfindung so vorgegangen werden, dass eine Teilmenge des hergestellten Synthesegases zur Erzielung der Vergasungstemperatur in der Reaktionskämmer verbrannt wird. Dadurch kann die Temperatur in der Reaktionskammer erhöht werden. If necessary or desired, the procedure according to the invention can be such that a partial amount of the synthesis gas produced is burned in the reaction chamber to achieve the gasification temperature. As a result, the temperature in the reaction chamber can be increased.
Der Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe dient auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen umfassend eine beheizbare Reakti- onskammer, um die kohlenstoffhaltigen Abfallstoffe unter externer Energiezufuhr einer Pyrolyse zu unterwerfen, mit wenigstens einer Austragsöffnung zum Austragen des entstehenden Synthesegases und der festen Reststoffe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die wenigstens eine Austragsöffnung mit einem Plasma- reaktor verbunden ist, in dem die festen Reststoffe und/oder das Synthesegas zur weiteren Um- bzw. Zersetzung mit einem Plasma beaufschlagbar sind. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Der Umstand, dass die Reaktionskammer über eine Austragsöffnung mit dem Plasmareaktor verbunden ist, bedeutet nicht notwendigerweise, dass der Plasmareaktor räumlich von der Reaktionskammer getrennt ist bzw. von dieser gesondert ausgebildet ist. Es ist auch denkbar, dass der Plasmareaktor in einem eigenen Ab- schnitt der Reaktionskammer ausgebildet ist. The solution of the problem underlying the invention is also a device for the production of synthesis gas from carbonaceous waste materials comprising a heatable reaction onskammer to subject the carbonaceous waste under external energy pyrolysis, with at least one discharge opening for discharging the resulting synthesis gas and the solid residues , which is characterized in that the at least one discharge opening is connected to a plasma reactor, in which the solid residues and / or the synthesis gas for further decomposition or decomposition can be acted upon by a plasma. The device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. The fact that the reaction chamber is connected to the plasma reactor via a discharge opening does not necessarily mean that the plasma reactor is spatially separated from or separate from the reaction chamber. It is also conceivable that the plasma reactor is formed in a separate section of the reaction chamber.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Reaktionskam¬ mer eine beheizbare Fördereinrichtung, insbesondere einen Schneckenförderer, umfasst, mit welcher die Abfallstoffe in der Reaktionskammer, insbesondere durch diese, transportierbar sind . A preferred embodiment provides that the Reaktionskam ¬ mer a heatable conveyor, in particular a Screw conveyor, comprises, with which the waste materials in the reaction chamber, in particular by these, are transportable.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Reaktionskammer einen ersten Abschnitt und einen mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt eine Pyrolysekammer ausbildet und in den zweiten Abschnitt wenigstens eine Leitung zum Einbringen von Sauerstoff und/oder Wasserdampf mündet. A further preferred embodiment provides that the reaction chamber comprises a first section and a second section connected thereto, wherein the first section forms a pyrolysis chamber and at least one line for introducing oxygen and / or water vapor opens into the second section.
Hierbei kann der erste Abschnitt und ggf. der zweite Abschnitt der Reaktionskammer von der beheizbaren Fördereinrichtung, insbesondere einem Schneckenförderer, gebildet sein. Insbesondere schließt der zweite Abschnitt unmittelbar an den ersten Abschnitt der Reaktionskammer an. In this case, the first section and possibly the second section of the reaction chamber can be formed by the heatable conveyor, in particular a screw conveyor. In particular, the second section directly adjoins the first section of the reaction chamber.
Mit Vorteil weist die Fördereinrichtung eine elektrische Beheizung auf, insbesondere zum induktiven, konduktiven oder kapazitiven Beheizen der Fördereinrichtung. Advantageously, the conveyor to an electric heating, in particular for inductive, conductive or capacitive heating of the conveyor.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es, auch stark kontaminierte Abfallstoffe einer energetischen Verwertung zuzuführen. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Verwertung von Biomasse, Kunststoffabfallen, Abfällen aus der Papierindustrie (Zelluloseschlamm) , Klärschlamm, Spitalsmüll, Abfällen aus der Pharmaindustrie, Apothekenabfall, kontaminierten Bahnschwellen, Abfällen aus der Erdöl-/Erdgasindustrie und dgl. With the present invention, it is possible to supply even highly contaminated waste materials for energy recovery. In particular, the invention is suitable for the utilization of biomass, plastic waste, waste from the paper industry (cellulose sludge), sewage sludge, hospital waste, waste from the pharmaceutical industry, pharmacy waste, contaminated railway sleepers, waste from the oil / gas industry and the like.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine abgewandelte Ausbildung und Fig. 3 eine weitere abgewandelte Ausbildung der Vorrichtung. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown schematically in the drawing. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention, FIG. 2 shows a modified one Training and Fig. 3 shows a further modified embodiment of the device.
Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Reaktor 1 mit einer trichter- förmigen Materialaufgäbe 2. Die zylindrische Wand des Reaktors 1 bildet gemeinsam mit einer koaxial zur Wand angeordneten Förderschnecke 3 eine Schneckenförderer aus, der das über die Materialaufgabe 2 aufgegebene Material in Richtung des Pfeils 4 durch die Reaktionskammer 5 transportiert. Eine mit einer Stromquelle verbindbare Spule 6 umgibt den Reaktormantel und bildet eine induktive Heizung für die Förderschnecke 3 aus. Die Förderschnecke ist daher aus einem zur induktiven Kopplung anregbaren Material, insbesondere Stahl, gebildet. Der Reaktormantel hingegen besteht nicht aus einem zur induktiven Kopplung anregbaren Material. Fig. 1 shows a cylindrical reactor 1 with a funnel-shaped Materialaufgäbe 2. The cylindrical wall of the reactor 1 forms together with a coaxial with the wall conveyor screw 3 from a screw conveyor, the material discontinued on the material 2 material in the direction of arrow 4 by the reaction chamber 5 transports. A coil 6 which can be connected to a power source surrounds the reactor jacket and forms an inductive heater for the screw conveyor 3. The screw conveyor is therefore formed from a stimulable for inductive coupling material, in particular steel. The reactor shell, however, does not consist of a stimulable for inductive coupling material.
In einem ersten Abschnitt 7 des Reaktors 1 ist die Reaktionskammer 5 gegenüber der Umgebung im Wesentlichen luftdicht. In einem unmittelbar darauffolgenden zweiten Abschnitt 8 der Reak- tors 1 mündet eine Zuführleitung 9 im Inneren des Reaktors 1, über welche Reaktionsgase, wie z.B. Luft, 02/ C02 und/oder H20 eingebracht werden können. Die Förderschnecke 3 erstreckt sich hierbei sowohl durch den ersten Abschnitt 7 als auch durch den zweiten Abschnitt 8 des Reaktors 1. In dem der Materialaufgäbe 2 gegenüberliegenden Endbereich des Reaktors 1 mündet im Boden eine Abzugsleitung 10, über welche die Reaktionsprodukte aus dem Reaktor 1 ausgebracht und in einen Plasmareaktor 11 eingebracht werden. Im Inneren des Plasmareaktors 11 ist eine För¬ derschnecke 12 angeordnet, mit welcher das über die Abzugslei- tung 10 kommende Material einem Plasmainjektor 13 zugeführt wird. Im Bereich der Reaktionszone des Plasmainjektors 13 ist ein nach oben führender Synthesegasabzug 14 sowie im Boden ein Asche-/Schlackeaustrag 15 vorgesehen. Vereinfacht dargestellt läuft die Vergasung im Reaktor 1 in Anwesenheit des in den aufgegebenen Abfallstoffen enthaltenen Wasserdampfs nach der Gleichung CHxOy + (l-y)H20 -> CO + (l+x/2- y)H2 und in Anwesenheit von Kohlendioxidgas nach der Gleichung CHxOy + (l-y)C02 -> (2-y)C0 + (x/2)H2 ab. Diese Gleichungen sind allerdings eine grobe Vereinfachung der tatsächlich vorherrschenden Bedingungen, wobei hier im einzelnen folgende Reaktionen von besonderer Bedeutung sind: Die Dampf ergasung nach der Gleichung C + H20 = CO + H2 ist naturgemäß überlagert von dem Boudouard-Gleichgewicht nach der Gleichung 2 CO = C + C02 sowie Nebenreaktionen, bei welchen aus Kohlenstoff beispielsweise Methan nach der Gleichung C + 2H2 = CH4 gebildet wird. Eine Reformierreaktion verläuft nach der Gleichung CH4 + H20 = CO + 3H2, wobei schließlich eine Verschiebung des CO/C02- Gleichgewichts auch mit Wasserdampf erzielt werden kann, wofür die nachfolgende Gleichung CO + H20 = C02 + H2 charakteristisch ist. Bei Temperaturen unter 550° C sind Graphit, Methan, C02 und H20 thermodynamisch stabil. Erst bei wesentlich höheren Tempera- turen lässt sich eine im Wesentlichen einheitliche Phase aus H2 und CO erzielen. Temperaturen von 900-1.000°C und darüber, ins¬ besondere bis 1.300°C sind dabei bevorzugt. In a first section 7 of the reactor 1, the reaction chamber 5 is substantially airtight to the environment. In an immediately following second section 8 of the reactor 1, a feed line 9 opens in the interior of the reactor 1, via which reaction gases, such as air, 0 2 / C0 2 and / or H 2 0 can be introduced. In this case, the screw conveyor 3 extends through both the first section 7 and the second section 8 of the reactor 1. In the end region of the reactor 1 opposite the material inlet 2, a discharge line 10 flows through the bottom, via which the reaction products are discharged from the reactor 1 and be introduced into a plasma reactor 11. Inside the plasma reactor 11 is a För ¬ Dersch corner 12 is disposed, with which the on Abzugslei- tung 10 material coming one plasma injector is supplied. 13 In the area of the reaction zone of the plasma injector 13, an upward-directed synthesis gas outlet 14 and in the bottom an ash / slag discharge 15 are provided. In simple terms, the gasification in the reactor 1 in the presence of the water vapor contained in the abandoned waste materials according to the equation CH x O y + (ly) H 2 0 -> CO + (l + x / 2 y) H 2 and in the presence of Carbon dioxide gas according to the equation CH x O y + (ly) C0 2 -> (2-y) C0 + (x / 2) H 2 from. These equations, however, are a gross simplification of the actual prevailing conditions, with the following particular reactions being of particular importance: The vapor gasification according to the equation C + H 2 O = CO + H 2 is naturally superimposed on the Boudouard equilibrium according to the equation 2 CO = C + C0 2 and side reactions in which carbon, for example, methane according to the equation C + 2H 2 = CH 4 is formed. A reforming reaction proceeds according to the equation CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 , whereby finally a shift of the CO / CO 2 equilibrium can also be achieved with water vapor, for which the following equation CO + H 2 O = CO 2 + H 2 is characteristic. At temperatures below 550 ° C graphite, methane, C0 2 and H 2 0 are thermodynamically stable. Only at much higher temperatures can a substantially uniform phase of H 2 and CO be achieved. Temperatures of 900-1,000 ° C and above, in ¬ particular to 1300 ° C are preferred.
Um den Energiebedarf für die im Reaktor 1 stattfindende Verga- sung zu minimieren, kann die Temperatur im Reaktor 1 aber be¬ vorzugt auf ca. 1.000°C begrenzt werden, wobei höhere Tempera¬ turen (> 1.500°C) erst im nachfolgenden Plasmareaktor 11 einge¬ stellt werden. Die höheren Temperaturen erhöhen die Umsatzrate und ermöglichen die thermische Zersetzung von allenfalls im Einsatzmaterial vorhandenen unerwünschten Substanzen, wie z.B. teerbildene Verbindungen und toxische Substanzen, die erst in diesem Temperaturbereich sichergestellt ist. In Fig. 2 ist eine gegenüber der Fig. 1 abgewandelte Ausbildung gezeigt, wobei für gleiche bzw. entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in Fig. 1. Im Unterschied zur Ausbildung gemäß Fig. 1 ist der Plasmareaktor 11 nicht als baulich getrennte Einheit realisiert, sondern ist in einem Endabschnitt der Reaktionskammer 5 ausgebildet. Andernfalls entspricht die Ausbildung im Wesentlichen der Ausführung gemäß Fig. 1, wobei der Antrieb der Schnecke 3 des Schneckenförderers mit 16 bezeichnet ist. Der Materialeinlass und der Austrag der festen Reststoffe erfolgt jeweils über eine Zellradschleuse 17 bzw. 18. Schließlich erstreckt sich die Induktionsspule 6 bei der Ausführung gemäß Fig. 2 nur über den ersten Abschnitt 7 der Reaktions kämmer 5. Die Induktionsspule 6 ist hierbei nicht an der Außenseite der Reaktors 1 angeordnet, son- dern an der Innenwand. In order to minimize the energy requirement for the taking place in the reactor 1 gasification solution, the temperature in the reactor 1 can, however, be ¬ vorzugt to about 1,000 ° C are limited, with higher temperature ¬ temperatures (> 1500 ° C) until the following plasma reactor 11 be ¬ sets. The higher temperatures increase the conversion rate and allow the thermal decomposition of any undesirable substances present in the feedstock, such as tar-forming compounds and toxic substances, which is ensured only in this temperature range. In Fig. 2 is a comparison with the Fig. 1 modified embodiment is shown, wherein the same reference numerals are used for the same or corresponding parts as in Fig. 1. In contrast to the embodiment of FIG. 1, the plasma reactor 11 is not a structurally separate unit but is formed in an end portion of the reaction chamber 5. Otherwise, the training corresponds substantially to the embodiment of FIG. 1, wherein the drive of the screw 3 of the screw conveyor is denoted by 16. Finally, the induction coil 6 in the embodiment according to FIG. 2 extends only over the first section 7 of the reaction chamber 5. The induction coil 6 is not in this case Outside of the reactor 1 arranged, but on the inner wall.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist die Reaktionskammer 1 samt integriertem Plasmareaktor 11 als stehender Fallreaktor mit im Bodenbereich angeordnetem Drehrost 19 ausgebildet (Drehrostre- aktor) . Das Einsatzmaterial wird über die Materialaufgäbe 2 mit einer gasdichten Zellradschleuse 17 aufgegeben und wird auf Grund der Schwerkraftwirkung im sich nach unten hin erweitern¬ den Reaktor nach unten bewegt. Dabei werden die Reaktorwand sowie das Material induktiv erwärmt, wobei die Induktionsspule wiederum mit 6 bezeichnet ist. Im unteren Drittel des Reaktors mündet eine Einblasvorrichtung 9 im Reaktor, mit welcher Reak¬ tionsgase, wie z.B. O2, Wasserdampf und/oder C02 in den zweiten Abschnitt 8 des Reaktors eingebracht werden. Im unteren Ab¬ schnitt ist ein Plasmain ektor 13 angeordnet, sodass im unteren Bereich des Reaktors, d.h. unmittelbar oberhalb des Drehrosts 19 ein Plasmareaktor 11 ausgebildet wird. Das durch den Dreh¬ rost 19 fallenden festen Reststoffe werden über einen mit einem Schneckenförderer 21 versehenen Asche-/Schlackeaustrag 15 aus- getragen. Das Synthesegas wird nach oben über die Leitung 14 ausgetragen. In the embodiment according to FIG. 3, the reaction chamber 1 together with the integrated plasma reactor 11 is designed as a stationary fall reactor with a rotary grate 19 arranged in the floor area (rotary grate actuator). The feedstock is fed via the Materialaufgäbe 2 with a gas-tight rotary valve 17 and will expand due to the gravity effect in downwards ¬ moves the reactor down. The reactor wall and the material are heated inductively, wherein the induction coil is again denoted by 6. In the lower third of the reactor opens a blowing device 9 in the reactor, with which Reak ¬ tion gases, such as O2, water vapor and / or C0 2 are introduced into the second section 8 of the reactor. From the lower section is a plasma in ¬ ector 13 is arranged so that in the lower region of the reactor that is above the rotary grate 19, a plasma reactor 11 is formed directly. The solid residues falling through the rotary lattice 19 are removed via an ash / slag outlet 15 provided with a screw conveyor 21. carried. The synthesis gas is discharged upwards via the line 14.
Der Füllstand des Reaktors 1 kann mit Hilfe von Füllstandsmes- sern 20 erfasst werden, wobei die Messwerte der Füllstandsmesser 20 einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt sind, mit welcher der Materialeintrag in Abhängigkeit vom Füllstand gesteuert wird. The fill level of the reactor 1 can be detected with the aid of level sensors 20, wherein the measured values of the level meter 20 are fed to a control device (not shown) with which the material input is controlled as a function of the fill level.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoff- haltigen Abfallstoffen, bei welchem die kohlenstoffhaltigen1. A process for the production of synthesis gas from carbonaceous waste materials, wherein the carbonaceous
Abfallstoffe einer Reaktionskammer aufgegeben werden, in der die Abfallstoffe, ggf. unter externer Energiezufuhr, einer Pyrolyse bei Temperaturen von 600 - 1.300°C unterworfen werden, wobei das entstehende Synthesegas und die festen Reststoffe aus der Reaktionskämmer ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Reststoffe und/oder das Synthesegas zur weiteren Um- bzw. Zersetzung einem Plasma ausgesetzt werden. Waste materials are placed in a reaction chamber in which the waste materials, optionally under external energy supply, a pyrolysis at temperatures of 600 - are subjected to 1,300 ° C, wherein the resulting synthesis gas and the solid residues are discharged from the reaction chambers, characterized in that the solid Residues and / or the synthesis gas for further decomposition or decomposition are exposed to a plasma.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer einen ersten Abschnitt und einen mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt umfasst, wobei die Abfallstoffe den ersten Abschnitt unter anoxischen Bedingungen durchlaufen und dort pyrolysiert werden, danach in den zweiten Abschnitt verbracht werden und dass in den zweiten Abschnitt unterstöchi- ometrisch Sauerstoff, Wasserdampf und/oder C02 eingebracht wird, um eine Umsetzung des Restkohlenstoffs zu CO bzw. CH4 zu gewährleisten . 2. A method according to claim 1, characterized in that the reaction chamber comprises a first section and a second section connected thereto, wherein the waste passes through the first section under anoxic conditions where it is pyrolyzed, thereafter placed in the second section, and in that the second section is substoichiometrically oxygen, water vapor and / or C0 2 introduced to ensure a conversion of the residual carbon to CO or CH 4 .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer eine beheizbare Fördereinrichtung, insbesondere einen Schneckenförderer, umfasst, mit welcher die Abfallstoffe in der Reaktionskammer, insbesondere durch diese, transportiert werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction chamber comprises a heatable conveyor, in particular a screw conveyor, with which the waste materials in the reaction chamber, in particular by this, are transported.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt und ggf. der zweite Abschnitt der Reakti¬ onskammer von der beheizbaren Fördereinrichtung, insbesondere dem Schneckenförderer, gebildet ist. 4. The method according to claim 3, characterized in that the first portion and possibly the second portion of the reaction ¬ onskammer of the heatable conveyor, in particular the screw conveyor, is formed.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung elektrisch beheizt wird, insbesondere induktiv, konduktiv oder kapazitiv. 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the conveyor is electrically heated, in particular inductive, conductive or capacitive.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfallstoffe im ersten Abschnitt der Reaktionskammer auf eine Temperatur von 500-1.000 °C, insbesondere 600-1.000 °C, erwärmt werden. 6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the waste materials in the first section of the reaction chamber to a temperature of 500-1,000 ° C, in particular 600-1,000 ° C, are heated.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Abfallstoffe im zweiten Abschnitt der Reaktionskammer auf eine Temperatur von 800-1.200°C gebracht werden . 7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized ge ¬ indicates that the waste materials are brought in the second section of the reaction chamber to a temperature of 800-1,200 ° C.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge des hergestellten Synthesegases zur Erzielung der Vergasungstemperatur in der Reaktionskammer verbrannt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a partial amount of the synthesis gas produced is burned to achieve the gasification temperature in the reaction chamber.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch Ionisierung von Luft, 02, H20 und/oder C02 erzeugt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the plasma by ionization of air, 0 2 , H 2 0 and / or C0 2 is generated.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Reststoffe und ggf. das Synthese¬ gas in der Reaktionszone des Plasmas auf mindestens 2.400°C gebracht werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the solid residues and optionally the synthesis ¬ gas in the reaction zone of the plasma are brought to at least 2,400 ° C.
11. Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoff¬ haltigen Abfallstoffen, insbesondere zur Durchführung des Ver¬ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine be¬ heizbare Reaktionskammer, um die kohlenstoffhaltigen Abfall- Stoffe unter externer Energiezufuhr einer Pyrolyse zu unterwerfen, mit wenigstens einer Austragsöffnung zum Austragen des entstehenden Synthesegases und der festen Reststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austragsöffnung mit einem Plasmareaktor (11) verbunden ist, in dem die festen Reststoffe und/oder das Synthesegas zur weiteren Um- bzw. Zersetzung mit einem Plasma beaufschlagbar sind. 11. An apparatus for producing synthesis gas from carbon ¬ containing waste, particularly for performing the Ver ¬ driving according to one of claims 1 to 10, comprising a ¬ be heated reaction chamber to the carbonaceous waste Substances under external energy supply to undergo pyrolysis, with at least one discharge opening for discharging the resulting synthesis gas and the solid residues, characterized in that the at least one discharge opening with a plasma reactor (11) is connected, in which the solid residues and / or the synthesis gas for further conversion or decomposition can be acted upon by a plasma.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (5) eine beheizbare Fördereinrichtung (3), insbesondere einen Schneckenförderer, umfasst, mit welcher die Abfallstoffe in der Reaktionskammer (5), insbesondere durch diese, transportierbar sind. 12. The device according to claim 11, characterized in that the reaction chamber (5) comprises a heatable conveyor (3), in particular a screw conveyor, with which the waste materials in the reaction chamber (5), in particular by these, are transportable.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (5) einen ersten Abschnitt (7) und einen mit diesem verbundenen zweiten Abschnitt (8) umfasst, wobei der erste Abschnitt (7) eine Pyrolysekammer ausbildet und in den zweiten Abschnitt (8) wenigstens eine Leitung (9) zum Einbringen von Sauerstoff und/oder Wasserdampf mündet. 13. Device according to claim 11 or 12, characterized in that the reaction chamber (5) comprises a first section (7) and a second section (8) connected thereto, wherein the first section (7) forms a pyrolysis chamber and into the second Section (8) opens at least one line (9) for introducing oxygen and / or water vapor.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (7) und ggf. der zweite Abschnitt (8) der Reaktionskämmer (5) von der beheizbaren Fördereinrichtung (3) , insbesondere einem Schneckenförderer, gebildet ist. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the first section (7) and possibly the second section (8) of the reaction chamber (5) of the heated conveyor (3), in particular a screw conveyor is formed.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (8) unmittelbar an den ersten Abschnitt (7) der Reaktionskammer (5) anschließt. 15. Device according to claim 13 or 14, characterized in that the second section (8) directly adjoins the first section (7) of the reaction chamber (5).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (3) eine elektrische Beheizung aufweist, insbesondere zum induktiven, konduktiven oder kapazitiven Beheizen der Fördereinrichtung (3) . 16. Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the conveyor (3) has an electrical Has heating, in particular for inductive, conductive or capacitive heating of the conveyor (3).
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