DE4125518C1

DE4125518C1 - Disposal of solid and liq. waste by gasification - by combusting crude combustion gas at high temp. in solid bed gasifier

Info

Publication number: DE4125518C1
Application number: DE19914125518
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. O-7702 Bernsdorf De Rabe; Karl Dipl.-Ing. O-7701 Doergenhausen De Sowka; Manfred Dipl.-Ing. O-7700 Hoyerswerda De Duerlich; Herbert O-7582 Bad Muskau De Haehne; Hermann Dipl.-Ing. Graf; Dieter Mergemeier; Reinhard Dipl.-Metallurge Skoddow; Werner Hoffmann; Joachim O-7700 Hoyerswerda De Mueller
Original assignee: ENERGIEWERKE SCHWARZE PUMPE AG O-7610 SCHWARZE PUMPE DE
Current assignee: SEKUNDAERROHSTOFF-VERWERTUNGSZENTRUM SCHWARZE PUMP
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1992-11-05
Anticipated expiration: 2011-08-02

Abstract

Solid and liq. wastes are disposed of by gasification with (A) gasifying 1-70% of the waste as solid S and/or hydrocarbons and/or PCB and/or dioxin in a solid bed gasifier, (B) passing the crude combustion gas (CCG) contg. harmful substances and dust via a burner heating the CCG above 1,000 deg.C by combustion with an O2 contg. gas into a post gasifier in which (C) is reacted liq. waste contg. hydrocarbons and/or PCB and having a calorific value above 20,000 kj/kg and heated above 1,000 deg.C by another burner. The construction of the post gasifier is such, that the dwelling time of the total amt. of gas is less than 2 sec. ADVANTAGE - An economical and environmentally friendly process for the disposal of the waste materials.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Vergasung und insbesondere auf die Festbettdruckvergasung. Die Festbettdruckvergasung wird mit den unterschiedlichsten Einsatzstoffen wie Rohbraunkohle, Braunkohlenbriketts, Hartbraunkohle und Steinkohle betrieben. Die Qualität dieser Einsatzstoffe hinsichtlich des Asche- und Wassergehaltes kann in weiten Grenzen schwanken. Der Aufbereitungsaufwand für den Vergasungsstoff ist gering.The invention relates to the field of gasification and in particular to the Fixed bed pressure gasification. The fixed-bed pressure gasification comes with a variety of Feedstocks such as lignite, lignite briquettes, hard lignite and hard coal operated. The quality of these feedstocks with respect to the ash and water content can in wide limits vary. The treatment effort for the gasification substance is low.

Das u. a. in W. Peters "Kohlevergasung", Verlag Glückauf GmbH, Essen, beschriebene Grundprinzip der Festbettdruckvergasung ist in vielen Modifikationen weiterentwickelt worden. Bekannt sind daher Weiterentwicklungen nach DE-PS 26 40 180 und 27 32 544, in denen eine Kombination mit der Wirbelschicht vorgeschlagen wurde. In weiteren Lösungen, so u. a. in den DD-PS 38 791, 1 10 297, 1 19 814, 1 21 796, 1 32 980, 1 33 818 und DE-PS 27 05 558 werden Wege und Möglichkeiten zur Leistungssteigerung, zum Flüssigschlackenabzug, zur Absenkung des Staubgehaltes im Rohgas und zur Vermeidung von Verschlackungen im Festbettdruckvergaser vorgeschlagen.The U. a. in W. Peters "coal gasification", Verlag Glückauf GmbH, Essen, described The basic principle of fixed bed pressure gasification has been developed in many modifications. Therefore, further developments according to DE-PS 26 40 180 and 27 32 544 are known in which a Combination with the fluidized bed was proposed. In other solutions, so u. a. in the DD-PS 38 791, 1 10 297, 1 19 814, 1 21 796, 1 32 980, 1 33 818 and DE-PS 27 05 558 are ways and Possibilities to increase performance, to liquid slag extraction, to lower the Dust content in the raw gas and to avoid slagging in fixed bed pressure carburetor proposed.

Der grundsätzliche Nachteil aller bisher praktizierten Lösungen besteht darin, daß im Rohgas Staub, höher- und niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe und wasserlösliche organische Verbindungen wie Alkohole und Aromaten sowie deren Derivate enthalten sind und aufwendige Nebenanlagen zur Gewinnung und Verwertung einzelner Produkte sowie zur Vermeidung von Umweltgefährdungen erfordern.The fundamental disadvantage of all previously practiced solutions is that in the raw gas Dust, high- and low-boiling hydrocarbons and water-soluble organic Compounds such as alcohols and aromatics and their derivatives are included and consuming Ancillary facilities for the extraction and recycling of individual products and for the avoidance of Environmental hazards require.

Nach DD-PS 2 59 875 ist ein Vorschlag bekannt geworden, nach welchem zur Vermeidung von Abprodukten die Brennstoffschütthöhe im Festbettdruckvergaser extrem abgesenkt wird und durch die dadurch erreichten Temperaturen im Gasraum von ca. 1000°C die im Rohgas enthaltenen Teere, Öle und Staubpartikel im Gasraum in Rohgas umgewandelt werden sollen. Dieses Verfahren ist sicherheitstechnisch nicht beherrschbar, da durch die extrem niedrige Festbettschüttung Sauerstoffdurchbrüche provoziert werden, die in nachgeschalteten Anlagen zu Gasexplosionen führen können. Bekannt ist weiterhin ein Vorschlag nach DD-PS 43 253, bei dem die im Gas enthaltenen flüssigen und festen Bestandteile beim Verlassen des Gaserzeugers autoxydativ unter Zuführung von Vergasungsmittel in Gas umgewandelt werden sollen. Dieses Verfahren ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, da ein Teil des erzeugten Gases verbrannt wird. Ein sicherer definierter Umsatz der flüssigen und festen Bestandteile ist bei der Durchführung dieses Verfahrens nicht garantiert. Da der Vorschlag weiterhin keine sichere nacharbeitbare Lehre beinhaltet, ist bei dem dargestellten Verfahren mit Gasexplosionen zu rechnen. After DD-PS 2 59 875 a proposal has become known, according to which to avoid Abprodukten the fuel storage height in fixed bed pressure carburetor is extremely lowered and by the temperatures achieved in the gas space of about 1000 ° C in the raw gas contained tars, oils and dust particles in the gas space to be converted into raw gas. This method is not technically controllable because of the extremely low Fixed bed oxygen breakthroughs are provoked, which in downstream plants too Gas explosions can lead. Also known is a proposal according to DD-PS 43 253, in which the liquid and solid components contained in the gas leaving the gas generator should be converted into gas autoxidatively under supply of gasification agent. This Method is not economically useful, since a part of the gas generated is burned. On Safer defined conversion of the liquid and solid components is in the implementation of this Procedure not guaranteed. Since the proposal continues to be no safe nacharbeitbare teaching includes, is to be expected in the illustrated method with gas explosions.

In der DD-PS 1 50 475 ist eine Lösung aufgezeigt, nach der unter Einsatz eines Hydrierkatalysators bei einer Nachvergasung von Festbettdruckvergasungsrohgas höhere Kohlenwasserstoffe durch Hydrocracken umgesetzt werden sollen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Eintrittstemperatur des Rohgases im Nachvergaser auf die Arbeitstemperatur des Katalysators eingestellt werden muß. Dies ist bei Einsatz von Braunkohle im Vergasungsprozeß nur mit komplizierter Steuer- und Verfahrenstechnik realisierbar. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist die rasche Verschmutzung des Katalysators mit Kohlenstaub- und Ascheteilchen, welche mit dem Rohgas mitgeführt werden und die damit entstehenden hohen Betriebskosten. Weiterhin sind in den DE-OS 25 32 197 und 25 32 198 Vorschläge aufgezeigt, zur Nachvergasung von Kohlenwasserstoffen aus Festbettdruckvergasungsrohgas dieses bei Zugabe von Sauerstoff in einen Nachvergaser, welcher ein Festbett aus inerten oder Katalysatormaterial enthält, einzuleiten, wodurch infolge von Temperaturerhöhungen Vergasungs- und Crackreaktionen eintreten sollen.In DD-PS 1 50 475 a solution is shown, after using a hydrogenation catalyst at a gasification of Festbettdruckvergasungsrohgas higher hydrocarbons by Hydrocracking should be implemented. This method has the disadvantage that the Inlet temperature of the raw gas in the afterburner to the working temperature of the catalyst must be set. This is when using lignite in the gasification process only with complicated control and process technology feasible. Another disadvantage of the process is the rapid contamination of the catalyst with coal dust and ash particles, which with be entrained in the raw gas and the resulting high operating costs. Farther are shown in DE-OS 25 32 197 and 25 32 198 proposals for the gasification of Hydrocarbons from Festbettdruckvergasungsrohgas this with the addition of oxygen in a Nachvergaser containing a fixed bed of inert or catalyst material, initiate gasification and cracking reactions due to temperature increases to enter.

Dieses Verfahren ist dahingehend von Nachteil, da hier eine Steuerung der Rohgaszusammensetzung sowie der Rohgasmenge im Nachvergaser nicht möglich ist und die Festbettschüttung im Nachvergaser durch Verschmutzung infolge von Staub- und Ascheeintrag zur Leistungseinsenkung bzw. zur Abstellung des Vergasungsprozesses führen kann.This process is disadvantageous in that it controls the raw gas composition and the amount of raw gas in the gasifier is not possible and the fixed bed in the Post-carburettor due to contamination due to dust and ash entry for power reduction or can lead to the shutdown of the gasification process.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, flüssige und feste Abfallstoffe über den Prozeß der Vergasung auf wirtschaftliche und umweltrelevante Weise zu entsorgen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, indem in einen Festbettdruckvergaser 1-70% des Vergasungsstoffes als fester Abfallstoff, welcher Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder PCB und/oder Dioxin und/oder Schwermetalle enthält, eingesetzt wird. Diese festen Abfallstoffe wie beispielsweise beladener Aktivkoks, kontaminierte Erde, Altreifenschnitzel, Shredderleichtgut, ölverschmutzte Textilabfälle oder Kunststoffabfälle können entweder in die Kohlematrix durch Brikettierung eingebunden sein oder im Gemisch mit Kohle in den Festbettdruckvergaser eingebracht werden. Enthaltene Schwermetalle werden überwiegend in die entstehende Schlacke eingebunden, welche als Baustoff genutzt werden kann.The object and the object of the invention are liquid and solid waste materials via the process gasification in an economical and environmentally relevant manner. According to the invention the object of the invention is achieved by adding 1-70% to a fixed bed pressure carburetor of the gasification substance as a solid waste, which is sulfur and / or hydrocarbons and / or PCB and / or dioxin and / or heavy metals is used. This solid Waste materials such as loaded activated coke, contaminated earth, waste tires, Shredder lightweight, oil-contaminated textile waste or plastic waste can either in the Carbon matrix may be incorporated by briquetting or mixed with coal in the Fixed-bed pressure carburettors are introduced. Contained heavy metals are predominantly in involved the resulting slag, which can be used as a building material.

Das entstehende schadstoff- und staubhaltige Festbettdruckvergasungsrohgas wird in einen unmittelbar nachgeschalteten Nachvergaser ohne Zwischenkühlung über einen separaten Brenner, welcher mit einem sauerstoffhaltigen Gas durch Teilverbrennung des Festbettdruckvergasungsrohgases dieses auf <1000°C aufheizt, eingeleitet. Über einen zweiten Brenner wird ein flüssiger Abfallstoff, der einen Heizwert von größer 20 000 kJ/kg aufweist und welcher Kohlenwasserstoffe und/oder PCB enthält bei größer 1000°C umgesetzt. The resulting polluted and dust-containing Festbettdruckvergasungsrohgas is in a immediately downstream Nachvergaser without intercooling on a separate Burner, which with an oxygen-containing gas by partial combustion of Festbettdruckvergasungsrohgases this heats up to <1000 ° C initiated. About one second burner is a liquid waste, which has a calorific value of greater than 20 000 kJ / kg and which contains hydrocarbons and / or PCB at greater than 1000 ° C implemented.

Die Gesamtgasmenge bei der Durchführung des Verfahrens wird über die Menge des flüssigen Abfallstoffes eingestellt. Als flüssige Abfallstoffe können beispielsweise Altöle oder Produkte aus Emulsionsspaltanlagen mittels des vorgeschlagenen Verfahrens entsorgt werden. Der Nachvergaser ist in seiner geometrischen Form so ausgeführt, daß die Verweilzeit der Gesamtgasmenge im Nachvergaser <2 sec beträgt. Nach Verlassen des Nachvergasers wird das Entsorgungsgas schockartig auf kleiner 200°C abgekühlt.The total amount of gas in carrying out the process is about the amount of liquid Waste material set. For example, waste oils or products can be used as liquid waste Emulsion slitting plants are disposed of by the proposed method. The Nachvergaser is designed in its geometric shape so that the residence time of the Total amount of gas in the afterburner <2 sec. After leaving the Nachvergasers is the waste gas was shockingly cooled to less than 200 ° C.

Erfindungsgemäß kann bei der Durchführung des Verfahrens der Nachvergaser mit Festbettdruckvergasungsrohgas oder zur Entsorgung von flüssigen Abfallstoffen betrieben werden.According to the invention in the implementation of the method, the Nachvergaser with Fixed Bed Gasification Gas or for the disposal of liquid waste.

Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Inhaltsstoffe des Festbettdruckvergasungsrohgases, deren Aufbereitung bzw. Beseitigung aufwendige Nebenanlagen erfordert und die wie Phenol und andere im Normalzustand flüssige Kohlenwasserstoffe sowie polychlorierte Benzole, Dioxine und Furane, die Umwelt belasten, sowie Kohlenstaub, sicher in Rohgas umgewandelt werden.The advantage of the process is that the ingredients of the fixed bed gasification raw gas, their treatment or disposal requires complex ancillary equipment and how Phenol and other normally liquid hydrocarbons and polychlorinated benzenes, Dioxins and furans pollute the environment, as well as coal dust, safely converted into raw gas become.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In einen Festbettdruckvergaser 1, der unter einem Druck von 25 bar betrieben wird, werden stündlichAn embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. In a Festbettdruckvergaser 1 , which is operated under a pressure of 25 bar, hourly

13,7 t Braunkohlenbriketts 2 (Wassergehalt 18,5%,
Teergehalt 8%, Aschegehalt 8%)
3,1 t kontaminierte Erde 3 mit einem Kohlenwasserstoffgehalt von 5%
1,7 t Altreifen 3
1,7t Shredderleichtgut 3 13.7 t of brown coal briquettes 2 (water content 18.5%,
Tar content 8%, ash content 8%)
3.1 tonnes of contaminated soil 3 with a hydrocarbon content of 5%
1.7 t used tires 3
1.7t shredder light material 3

eingeschleust. Über den Drehrost 4 werden als Gemisch 5 2500 m³i.N. Sauerstoff/h und 16,4 t Vergasungsdampf/h in den Reaktor eingebracht. Über den Drehrost 4 wird ein inertes Asche/Schlackegemisch 6 in einer Gesamtmenge von 4 t/h ausgebracht, das als Bauzuschlagsstoff oder Verfüllmasse genutzt werden kann oder gefahrlos zu deponieren ist. Im Festbettdruckvergaser werden die in der kontaminierten Erde enthaltenen Kohlenwasserstoffe abdestilliert, aufgespalten oder vergast. Die Altreifen- und Shredderleichtgutanteile werden zu 40-70% in Gasbestandteile und zu 20 bis 50% zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt. 3-12% gehen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung in die Asche/Schlackefraktion. Die Restbestandteile werden als Asche/Schlackegemisch über den Drehrost ausgetragen. introduced. About the rotary grate 4 are used as a mixture 5 2500 m³i.N. Oxygen / h and 16.4 t gasification steam / h introduced into the reactor. About the rotary grate 4 , an inert ash / slag mixture 6 is applied in a total amount of 4 t / h, which can be used as Bauzuschlagsstoff or filling compound or is safe to deposit. In the fixed-bed pressure carburetor, the hydrocarbons contained in the contaminated soil are distilled off, split up or gasified. The used tires and shredder light goods components are converted into 40-70% gas components and 20 to 50% hydrocarbons. 3-12% go into the ash / slag fraction depending on the composition. The remaining components are discharged as ash / slag mixture over the rotary grate.

Über den Rohgassammelraum 7 werden 20 700 m³i.N. trockenes Rohgas und 13 800 m³i.N. Wasserdampf/h mit einer Temperatur von ca. 450°C über die Rohgassammelleitung 8 über den Brenner 18 in den Nachvergaser 9, welcher ebenfalls mit 25 bar betrieben wird, geleitet. Dieses Rohgas wird bei in Betrieb befindlichem Nachvergaser mit 3400 m³ Sauerstoff/h 12 autotherm umgesetzt.About the Rohgassammelraum 7 20 700 m³i.N. dry raw gas and 13 800 m³i.N. Water vapor / h at a temperature of about 450 ° C via the raw gas manifold 8 via the burner 18 in the Nachvergaser 9 , which is also operated at 25 bar, passed. This raw gas is autothermally reacted with 3400 m³ oxygen / h 12 in befindlicher after-gasifier.

Das eingeleitete trockene Rohgas weist vor dem Brenner folgende Zusammensetzung auf.The introduced dry raw gas has the following composition in front of the burner.

CO₂|33,5%CO₂ | 33.5% COCO 15,0%15.0% H₂H₂ 36,0%36.0% CH₄CH₄ 12,5%12.5% N₂N₂ 0,9%0.9% O₂O₂ 0,1%0.1% C₁-C₄C₁-C₄ 2,0%2.0%

Weiterhin enthält das Rohgas ca. 90 g cyclische und aliphatische Kohlenwasserstoffe/m³i.N. und 10 g Staub/m³i.N., der etwa 20% Aschebestandteile enthält.Furthermore, the crude gas contains about 90 g of cyclic and aliphatic hydrocarbons / m³i.N. and 10 g of dust / m³i.N., Containing about 20% ash constituents.

Im Nachvergaser werden über den Brenner 10 11 t Altöl 11 mit einem Heizwert von 32 000 kJ/kg und mit einem PCB-Gehalt von 100 mg/kg bei einem Sauerstoffeinsatz 12 von 7600 m³i.N./h einer autothermen Vergasung mit hohem Stoffumsatz unterzogen. Im ausgemauerten Reaktor mit einem Volumen von 75 m³ erfolgt bei einer Temperatur von 1350°C die Altölvergasung. Die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe des Rohgases des Festbettdruckvergasers sowie der Inhaltsstoffe des Nachvergasers erfolgt durch direkten Kontakt mit den Flammen der Brenner, durch Strahlungswärme sowie durch Kontakt mit dem heißen Innenmantel des Nachvergasers. Das entstehende Entsorgungsgas 13 von 62 000 m³i.N./h verläßt mit 1350°C nach einer mittleren Verweilzeit den Nachvergaser mit folgender Zusammensetzung bezogen auf den trockenen Zustand:In the gasifier 10 11 t waste oil 11 with a calorific value of 32 000 kJ / kg and with a PCB content of 100 mg / kg at an oxygen input 12 of 7600 m³i.N. / H of an autothermal gasification with high material turnover are subjected to the burner , In the walled reactor with a volume of 75 m³, the waste oil gasification takes place at a temperature of 1350 ° C. The conversion of the hydrocarbons of the raw gas of Festbettdruckvergasers and the contents of the Nachvergasers done by direct contact with the flames of the burner, by radiant heat and by contact with the hot inner jacket of the Nachvergasers. The resulting disposal gas 13 of 62 000 m³i.N. / H leaves after 1350 ° C after a mean residence time the Nachvergaser with the following composition based on the dry state:

CO₂|18,6CO₂ | 18.6 COCO 33,5%33.5% H₂H₂ 46,6%46.6% CH₄CH₄ 0,3%0.3% N₂N₂ 1,0%1.0% O₂O₂ 0,1%0.1%

Das entstehende Entsorgungsgas 13 ist frei von PCB und Kohlenwasserstoffen und wird einer direkten Kühlung 14 auf <200°C oder einer zwischengeschalteten Abhitzegewinnung 15 zur Nutzung des Wärmepotentials bis ca. 500°C unterzogen. Das entstehende Entsorgungsgas 13 kann nach Durchlaufen einer konventionellen Gasreinigung stofflich oder energetisch genutzt werden. Die im Rußwasserbehälter 17 anfallenden Kondensate 16 sind teer-, öl-, phenol- und PCB-frei und bedürfen nur einer einfachen Aufbereitung.The resulting disposal gas 13 is free of PCB and hydrocarbons and is subjected to direct cooling 14 to <200 ° C or an intermediate waste heat recovery 15 to use the heat potential to about 500 ° C. The resulting disposal gas 13 can be used materially or energetically after passing through a conventional gas purification. The accumulating in the soot tank 17 condensates 16 are tar, oil, phenol and PCB-free and require only a simple treatment.

Verzeichnis der verwendeten BezugszeichenList of reference numbers used

1 Festbettdruckvergaser
2 Kohle
3 Feste Entsorgungsprodukte (kontaminierte Erde,
Altreifenschnitzel, Shredderleichtgut
4 Drehrost
5 Vergasungsmittel
6 Asche/Schlacke
7 Rohgassammelraum
8 Rohgasabzugsrohr
9 Nachvergaser
10 Brenner 2
11 Flüssige Entsorgungsprodukte (Altöl)
12 Sauerstoff
13 Entsorgungsgas
14 Quenchung
15 Abhitzegewinnung
16 Rußwasser
17 Rußwassersammelbehälter
18 Brenner 1 1 fixed-bed pressure carburetor
2 coal
3 solid disposal products (contaminated soil,
Scrap tires, Shredderleichtgut
4 rotary grate
5 gasification agent
6 ash / slag
7 raw gas collection room
8 raw gas exhaust pipe
9 afterburner
10 burners 2
11 Liquid disposal products (used oil)
12 oxygen
13 disposal gas
14 quenching
15 waste heat recovery
16 soot water
17 soot water tank
18 burners 1

Claims

1. A process for the disposal of solid and liquid waste in the gasification process in the fixed bed pressure gasification and the fixed bed pressure carburetor downstream gas afterglow, the total amount of gas after leaving the Nachvergasers is shockingly cooled to <200 ° C, characterized in that in fixed bed pressure carburetor 1-70% of Gasification substance as solid waste, which contains sulfur and / or hydrocarbons and / or PCB and / or dioxin and / or heavy metals is used, and that the resulting polluted and dust-containing Festbettdruckvergasungsrohgas via a separate burner, which with an oxygen-containing gas by partial combustion of Festbettdruckvergasungsrohgases heats up to <1000 ° C, is introduced in a Nachvergaser in which via a second burner, a liquid waste having a calorific value of greater than 20 000 kj / kg and which contains hydrocarbons and / or PCB at greater than 1000 ° C umg Isetzt, wherein the total amount of gas is adjusted via the amount of liquid waste and the Nachvergaser is carried out so that the residence time of the total amount of gas in the afterburner <2 sec.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Nachvergaser is operated with Festbettdruckvergasungsrohgas or disposal of liquid waste.