[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Spaltung von bei der Vergasung
von kohlenstoffhaltigen Massen, insbesondere Biomassen und Klärschlamm, in einer Wirbelschicht
bei Temperaturen von 700 bis 1200°C, vorzugsweise 850 bis 950°C, und einem stöchiometrischen
Luftfaktor λ, bezogen auf den C- und H-Gehalt der kohlenstoffhaltigen Massen, von
0,28 bis 0,60 anfallenden, im Rohgas enthaltenen flüchtigen höheren, vorzugsweise
aromatischen Kohlenwasserstoffen der C
6- bis C
22-Bindungssysteme.
[0002] Das bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Massen, wie Bioabfällen, Müll, Klärschlamm,
Kohlen und dergleichen in einer Wirbelschicht unter Sauerstoffmangel bei Temperaturen
von 700 bis 1200°C entstehende Rohgas enthält bis zu 20 g/Nm
3 höhere, vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe der C
6-bis C
22-Bindungssysteme.
[0003] Das Rohgas muß in der Regel vor der der Vergasung nachgeschalteten Weiterverwertung,
beispielsweise in Drehrohröfen, Kesselanlagen für Energieerzeugung, Strommaschinen,
Kolbenmaschinen oder dergleichen einer Gasreinigung unterworfen werden. Die dabei
häufig auskondensierenden höheren aromatischen Kohlenwasserstoffe behindern die Gasreinigung
erheblich.
[0004] Üblicherweise wird der Teergehalt des Rohgases durch Waschen erniedrigt. Die dabei
eintretende Bildung von Aerosolen erschwert die Teerentfernung. Diesem Nachteil versucht
mittels einem aus der EP-B 0 310 584 bekannten Verfahren zur Reinigung von aus einem
kohlenstoffhaltigen Material durch Vergasung hergestellten Rohgas abzuhelfen. Bei
diesem Verfahren wird das in einer ersten Stufe erzeugten Rohgas in einer zweiten,
aus einer zirkulierenden Wirbelschicht gebildeten Stufe in Gegenwart von Magnesium-Calciumcarbonat
enthaltendem Material einer katalytischen Behandlung unterworfen. Dabei wird der Teergehalt
im Rohgas auf weniger als 500 mm/Nm
3 gesenkt. Ein solch niedriger Teergehalt erlaubt in aller Regel die Reinigung des
Rohgases mittels Schlauchfiltern, da die niedrigen Teergehalte an den noch vorhandenen
kohlenstoffreichen Flugstaubpartikeln absorbiert sind, so daß die Partikel rieselfähig
bleiben und die Schlauchfilter nicht verkleben.
[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur weitgehenden
Entfernung der in den durch die Vergasung von kohlenstoffhaltigen Massen in einer
Wirbelschicht erzeugten Rohgas enthaltenen höheren, vorzugsweise aromatischen Kohlenwaserstoffen
der C
6- bis C
22-Bindungssysteme bereitzustellen.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe geschieht in der Weise, daß die das Wirbelbett bildenden
Partikel aus wenigstens einem der Stoffe, ausgewählt aus Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten
des Calciums, Aluminiums, Siliciums, Nickels, Magnesiums, Titans, Eisens, Cobalts
und Molybdäns bestehen und, bezogen auf den Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Rohgas,
in stöchiometrischem Überschuß eingesetzt sind. Durch diese Maßnahme wird eine beachtliche
Senkung des Gehalts an höheren aromatischen Kohlenstoffen, insbesondere der C
6- bis C
22-Bindungssysteme auf Gehalte < 500 mg/Nm
3 erreicht. Durch die das Wirbelbett bildenden Stoffe wird während der Vergasung der
kohlenstoffhaltigen Massen eine "in-situ"-Spaltung, d. h. eine Spaltung der höheren
aromatischen Kohlenwasserstoffe bereits während der Vergasung der kohlenstoffhaltigen
Massen erreicht.
[0007] Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 7 stellen Ausgestaltungen der Merkmale des Anspruchs
1 dar.
[0008] Eine besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß
das die Wirbelschicht verlassende Rohgas nach einer Vorentstaubung, d. h. nach dem
Abscheiden der aus dem Wirbelbett stammenden Flugstaubpartikel, einer katalytischen
Nachbehandlung unterworfen wird, bei der die Restgehalte an höheren Kohlenwasserstoffen
nahezu vollständig gespalten werden.
[0009] Zweckmäßigerweise wird das die Wirbelschicht verlassende und vorentstaubte Rohgas
über Wabenkatalysatoren oder Schüttgutkatalysatoren geleitet. Dabei werden die noch
vorhandenen höheren Kohlenwasserstoffe bei den dort vorherrschenden Vergasungstemperaturen
katalytisch in bei Umgebungstemperaturen nicht kondensierbare Gaskomponenten gespalten.
Auf derartige Katalysatoren kann jedoch verzichtet werden, wenn bis zu 15 % der die
Wirbelschicht bildenden Partikel aus einem üblichen Cobalt/Molybdän- und/oder Nickel-Katalysator
bestehen.
[0010] Eventuell vorhandener oder sich am Katalysator bildender Ruß wird durch gezielte
Sauerstoff- und/oder Dampfzugabe vor dem Katalysator vermieden. Darüber hinaus besitzt
das Rohgas am Eintritt in den Katalysator eine so hohe Flugstaubkonzentration, daß
dadurch ein Reinigungseffekt eintritt.
[0011] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung (Fig. 1) dargestellten
Fließbilds und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In Fig. 2 ist der Einfluß
unterschiedlicher Stoffe der das Wirbelbett bildenden Partikel auf die Teerreduktion
im Rohgas als Säulendiagramm wiedergegeben.
[0012] Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer zirkulierenden
Wirbelschichteinrichtung mit vertikalem Reaktor (1), dem über Leitung (3) ein Gemisch
aus 100 kg Aluminiumoxid und 600 kg Rohbauxit mit einer mittleren Korngröße d
50 von 1,5 mm zur Ausbildung des Wirbelbetts zugeführt wird. Über Leitung (4) wird dem
Reaktor (1) 300 kg Holz aufgegeben, das bei einer Temperatur von 910°C und einem stöchiometrischen
Luftfaktor von λ = 0,39 und einer Gasgeschwindigkeit von 3,0 m/sec vergast wird. Die
Luft wird über Leitung (5) in den Reaktor (1) eingeleitet. Die Rückstände aus der
Vergasung werden aus dem Reaktor (1) über Leitung (7) entfernt. Das durch die Vergasung
gebildete, aus dem Reaktor in einer Menge von 800 m
3/Stunde austretende Rohgas enthält noch 0,329 g/Nm
3 Kohlenwasserstoffe, die zu 0,012 g/Nm
3 aus Naphthalin und zu 0,285 g/Nm
3 aus BTX-Aromaten bestehen.
[0013] Das Naphthalin ist in den flüchtigen höheren aromatischen Kohlenwasserstoffen dominierend
vorhanden und kann als Leitgröße für die Spaltung der Kohlenwasserstoffe angesehen
werden, d. h., wenn es gelingt, den Naphthalingehalt auf < 50 mg/Nm
3 zu senken, ist davon auszugehen, daß das Rohgas hinsichtlich des Gehalts an Kohlenwasserstoffen
so rein ist, daß es für die Weiterverwertung in Kesselanlagen, Gasturbinen, Gasmotoren
oder dergleichen problemlos geeignet ist.
[0014] Das Rohgas wird unmittelbar in dem dem Wirbelschichtreaktor (1) nachgeschalteten
Rückführzyklon (2) von den das Wirbelbett bildenden Partikeln vorentstaubt und die
abgeschiedenen Partikel dem Wirbelschichtreaktor (1) über Leitung (11) wieder zugeführt.
Für den Fall, daß nahezu vollkommene Freiheit von flüchtigen höheren aromatischen
Kohlenwasserstoffen im Rohgas verlangt wird, wird das Rohgas über einen im Tauchrohr
(9) des Rückführzyklons (2) angeordneten Wabenkatalysator (10) geleitet. Das den Wabenkatalysator
(10) über Leitung (8) verlassende Rohgas ist nahezu mit < 0,05 g/Nm
3 frei von höheren aromatischen Kohlenwasserstoffen und kann somit der weiteren Gasreinigung
ohne Einsatz besonderer Abscheiderstufen zugeführt werden. Das entstaubte Rohgas wird
einer Kesselanlage (12) mit Wärmeaustauscher aufgegeben und verläßt diese über Leitung
(16). Das Rohgas wird in einem nachgeschalteten Schlauchfilter (13) gereinigt und
dann über Leitung (15) einer thermischen Verwertung zugeführt. Aus dem aus dem Rückführzyklon
(2) austretenden Rohgas werden die noch darin enthaltenen Flugasche- und Abriebteilchen
der das Wirbelbett bildenden Partikel entfernt, über Leitung (17) ausgetragen, agglomeriert
und in den Wirbelschichtreaktor zurückgeleitet.
[0015] Das in Fig. 2 dargestellte Säulendiagramm zeigt die Wirkung unterschiedlicher das
Wirbelbett bildenden Stoffe mit einer Körnung von 0,03 bis 3 mm auf im Rohgas enthaltene
höhere Kohlenwasserstoffe. Der Wert von 100 % entspricht dabei einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen
von 3 bis 20 g/Nm
3.
1. Verfahren zur katalytischen Spaltung von bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen
Massen, insbesondere Biomassen und Klärschlamm, in einer Wirbelschicht bei Temperaturen
von 700 bis 1200°C, vorzugsweise 850 bis 950°C und einem stöchiometrischen Luftfaktor
λ, bezogen auf den C- und H-Gehalt der kohlenstoffhaltigen Massen, von 0,28 bis 0,60
anfallenden im Rohgas enthaltenen flüchtigen, höheren, vorzugsweise aromatischen Kohlenwasserstoffen
der C6- bis C22-Bindungssysteme, dadurch gekennzeichnet, daß die das Wirbelbett bildenden Partikel
aus wenigstens einem der Stoffe, ausgewählt aus Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten
des Calciums, Aluminiums, Siliciums, Nickels, Magnesiums, Titans, Eisens, Cobalts
und Molybdäns bestehen und, bezogen auf den Gehalt an Kohlenwasserstoffen im Rohgas,
im stöchiometrischen Überschuß eingesetzt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Wirbelbett bildenden
Partikel aus wenigstens einem der Stoffe, ausgewählt aus Sand, Dolomit, Zeolith, Tonerde,
Laterit und nickelhaltigen Materialien bestehen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere
Korngröße d50 der das Wirbelbett bildenden Partikel 0,03 bis 3,0 mm beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit
1,0 bis 7,0 m/sec beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverweilzeit
2,0 bis 15,0 sec beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem vorentstaubten
Rohgas die darin enthaltenen Flugasche- und Abriebteilchen der das Wirbelbett bildenden
Partikel abgetrennt und in die Wirbelschicht zurückgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugasche- und Abriebteilchen
nach der Abtrennung agglomeriert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wirbelschicht
verlassende anschließend vorentstaubte Rohgas einer katalytischen Nachbehandlung unterzogen
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas über einen Wabenkatalysator
strömt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas über einen Schüttgutkatalysator
strömt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 15
% der die Wirbelschicht bildenden Partikel aus einem herkömmlichen Cobalt/Molybdän-Katalysator
und/oder einem Nickel-Katalysator mit einer mittleren Korngröße d50 von 0,5 bis 3,0 mm bestehen.