AT507068B1

AT507068B1 - APPENDIX FOR THE PRODUCTION OF WOODEN GAS

Info

Publication number: AT507068B1
Application number: AT13642008A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Berger
Original assignee: Rudolf Berger; Berger Manfred Dipl Ing Dr Tec
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-02-15
Also published as: AT507068A4; DE102009039845A1

Description

österreichisches Patentamt AT507 068B1 2010-02-15Austrian Patent Office AT507 068B1 2010-02-15

Beschreibungdescription

Einführung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Erzeugung von Holzgas aus Holzhackgut. Kernstück ist ein Gasreaktor ausgeführt als Festbettreaktor auf dem Querstromprinzip. Im Anschluss daran befindet sich eine Aufbereitungsanlage bestehend aus den Komponenten Zyklon, Gebläse mit Zentrifugalwirkung, Nassreiniger und Feinfilter.Introduction The invention relates to a plant for the production of wood gas from wood chips. The core is a gas reactor designed as a fixed bed reactor on the cross flow principle. This is followed by a treatment plant consisting of the components cyclone, fan with centrifugal action, wet scrubber and fine filter.

Stand der Technik [0002] Seitens der Möglichkeiten zur Vergasung unterscheidet man prinzipiell Festbettvergasung und Wirbelschichtvergasung. Bei der konstruktiven Gestaltung des Vergasers ist daraufzu achten, dass sich die 4 Prozesszonen der Trocknung, Pyrolyse, Reduktion und Oxidation ausbilden können. In der Trocknungszone erfolgt durch Verdampfung eine Reduzierung des Feuchteanteils des Brennstoffes. In der Pyrolysezone läuft ein chemischer Prozess ab, in dem bei Zuführung thermischer Energie und unter Luftabschluss der Brennstoff zersetzt wird. Im Bereich der Primärluftzufuhr bildet sich die Oxidationszone aus. Hier wird autotherm der Energiebedarf für Vergasung, Zersetzung und Reduktion zur Verfügung gestellt. In der Reduktionszone reagieren die Oxidationsprodukte am Kohlenstoffbett zum eigentlichen Brenngas (Kohlenmonoxid, Wasserstoffund Methan).PRIOR ART [0002] In terms of possibilities for gasification, a distinction is in principle made between fixed bed gasification and fluidized bed gasification. When constructing the carburettor, make sure that the 4 process zones of drying, pyrolysis, reduction and oxidation can be formed. In the drying zone by evaporation, a reduction of the moisture content of the fuel. In the pyrolysis zone, a chemical process takes place in which the supply of thermal energy and the exclusion of air decompose the fuel. In the area of the primary air supply, the oxidation zone forms. Here the autothermal energy demand for gasification, decomposition and reduction is provided. In the reduction zone, the oxidation products on the carbon bed react to the actual fuel gas (carbon monoxide, hydrogen and methane).

[0003] Die Wirbelschichtvergasung ist durch den hohen konstruktiven und betrieblichen Aufwand nur im höheren Leistungsbereich (> 10MW) sinnvoll einsetzbar. Bei der Festbettvergasung unterscheidet man grob zwischen Gegenstrom- und Gleichstromvergasung.The fluidized bed gasification is useful due to the high constructional and operational costs only in the higher power range (> 10MW). In fixed-bed gasification, a distinction is made roughly between countercurrent and direct-current gasification.

[0004] Bei der Gegenstromvergasung wird das Brenngas gegen die Füllrichtung des Brennstoffes abgeführt. Wird das Brenngas dabei aufsteigend abgeführt, so spricht man genaugenommen von aufsteigender Gegenstromvergasung. Die Vorteile liegen in der hohen Toleranz des Vergasungsprozesses bezüglich Feuchte und Körnung beziehungsweise Beschaffenheit des Brennstoffes. Die Ausbildung einer räumlich ausgedehnten Oxidationszone zieht nachteilig einen hohen Anteil an Kondensaten wie Teer und Essigsäure mit sich.In the countercurrent gasification, the fuel gas is discharged against the filling direction of the fuel. If the fuel gas is discharged in ascending order, then one speaks precisely of ascending countercurrent gasification. The advantages are in the high tolerance of the gasification process with respect to moisture and grain or consistency of the fuel. The formation of a spatially extended oxidation zone draws disadvantageously a high proportion of condensates such as tar and acetic acid with it.

[0005] Bei der Gleichstromvergasung durchwandern Brennstoff und Brenngas den Gasreaktor in gleicher Richtung. Dieser Vergasungstyp ist nach derzeitigem Stand der zumeist angewandte. Das Brenngas wird dabei durch das heiße Glutbett geleitet, sodass Teere und Kohlewasserstoff-Verbindungen überwiegend gespalten werden können. Dies mündet vorteilhafterweise in einem niedrigen Teergehalt des Rohbrenngases. Die Wärmeübertragung zur Bereitstellung der thermischen Reaktionsenergie für Vergasung, Zersetzung und Reduktion ist nicht so gut wie bei der Gegenstromvergasung. Dies resultiert in einem schlechteren Vergasungswirkungsgrad und höheren Anforderungen an die Brennstoffqualität.In DC gasification, fuel and fuel gas pass through the gas reactor in the same direction. This type of gasification is currently the most commonly used. The fuel gas is passed through the hot ember bed, so that tars and hydrocarbon compounds can be split predominantly. This advantageously leads to a low tar content of the raw combustion gas. The heat transfer to provide the thermal reaction energy for gasification, decomposition and reduction is not as good as for countercurrent gasification. This results in a lower gasification efficiency and higher fuel quality requirements.

Aufgabe der Erfindung [0006] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht einen Holzgasreaktor konstruktiv so zu gestalten, dass dieser einfach im Aufbau ist und die thermische Materialbeanspruchung im Betrieb in Grenzen gehalten wird. Damit der Holzgasreaktor breite Anwendung im untersten Leistungsbereich finden kann, soll dieser geringe Anforderungen an die Brennstoffqualität stellen und das abgeleitete Holzrohgas soll möglichst geringe Mengen an Staub, Asche, Kondensate und Teer mit sich bringen. Die nachgeschaltete mehrstufige Aufbereitungsanlage bestehend aus Zyklon, Gebläse mit Zentrifugalwirkung, Nassreiniger und Feinfilter hat die Aufgabe das Holzgas für den Betrieb eines Verbrennungsmotors zu reinigen und abzukühlen. Lösung [0007] Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Gliederung des Holzgasreaktors in Brennstoffraum, Fließtrichter mit Glutbettzone und Gasraum. Die trichterförmige Gestaltung des Brennraumes im Bereich der Oxidationszone und die Zuführung der Primärluft von 3 Seiten in die 1/4 österreichisches Patentamt AT507 068 B1 2010-02-15OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to make a wood gas reactor structurally so that it is simple in construction and the thermal material stress during operation is kept within limits. In order for the wood gas reactor can be widely used in the lowest power range, this should make low demands on the fuel quality and the derived wood raw gas should bring as small amounts of dust, ash, condensates and tar with it. The downstream multistage treatment plant consisting of cyclone, fan with centrifugal effect, wet scrubber and fine filter has the task to clean and cool the wood gas for the operation of an internal combustion engine. Solution The invention achieves the object by the division of the wood gas reactor into fuel space, flow funnel with ember bed zone and gas space. The funnel-shaped design of the combustion chamber in the area of the oxidation zone and the supply of primary air from 3 sides in the 1/4 Austrian Patent Office AT507 068 B1 2010-02-15

Glutbettzone gewähren einen reibungslosen Brennstofffluss und eine räumlich begrenzte Hochtemperaturzone, sodass die Materialbeanspruchung in Grenzen gehalten werden kann. An der Seite ohne Primärluftzuführung aus der heißen Glutbettzone erfolgt die Ableitung der Oxidationsprodukte durch ein Fenster in der Trennwand zwischen Brennstoffraum und Gasraum. Durch die räumliche Gestaltung der heißen Glutbettzone ist dieser Gasreaktor unempfindlich gegenüber schwankende Hackgutqualität, es können auch Äste und Rindenteile verarbeitet werden. Die räumlich begrenzte Glutbettzone und der ausgedehnte Gasraum ermöglichen eine durchwegs vollständige Ausbildung der Reduktionsprozesse, sodass das den Gasreaktor verlassende Holzrohgas nur geringe Mengen an Staub, Teer und Kondensaten beinhaltet. Die Aufbereitung des Holzrohgases für den Betrieb eines Verbrennungsmotors wird durch eine mehrstufige Aufbereitungsanlage gelöst. Diese besteht aus einem üblichen Massenträgheitsabscheider (Zyklon) zur Staubabscheidung, einem Gebläse mit Zentrifugalwirkung, einem Nassreiniger und einem Feinfilter. Das Gebläse saugt das Holzrohgas aus dem Gasreaktor und drückt es durch die folgenden Reinigungsstufen und scheidet gleichzeitig Mithilfe der Zentrifugalkraft grob Teer und Kondensate ab. Im Nassreiniger erfolgt eine abschließende Reinigung und Abkühlung des Holzgases. Im Feinfilter erfolgt noch eine Entfeuchtung, sodass das Holzgas bereit für den Betrieb eines Verbrennungsmotors ist.Ember bed zones provide a smooth fuel flow and a spatially limited high-temperature zone, so that the material stress can be limited. At the side without primary air supply from the hot ember bed zone, the derivation of the oxidation products takes place through a window in the partition between the fuel chamber and the gas space. Due to the spatial design of the hot ember bed zone, this gas reactor is insensitive to fluctuating wood chips quality, it can also be processed branches and bark parts. The spatially limited ember bed zone and the extended gas space allow for a complete education of the reduction processes, so that the raw wood gas leaving the gas reactor contains only small amounts of dust, tar and condensates. The processing of the wood raw gas for the operation of an internal combustion engine is solved by a multi-stage treatment plant. This consists of a conventional inertia separator (cyclone) for dust separation, a fan with centrifugal action, a wet cleaner and a fine filter. The blower sucks the raw wood gas out of the gas reactor and pushes it through the following purification stages and at the same time deposits coarse tar and condensates with the aid of centrifugal force. In the wet cleaner, a final cleaning and cooling of the wood gas takes place. In the fine filter is still a dehumidification, so that the wood gas is ready for the operation of an internal combustion engine.

Figurenbeschreibung [0008] Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung des Holzgasreaktors auf dem Prinzip der Querstromvergasung, wobei das Holzgas quer zur Bewegungsrichtung des Brennstoffes (Hackgut) strömt. Die Skizze ist nicht maßstäblich und entspricht der ausgeführten Anlage. Fig. 2 zeigt die Holzgasaufbereitung der ausgeführten Anlage, welche in mehreren Stufen erfolgt.FIG. 1 shows the schematic representation of the wood gas reactor on the principle of cross-flow gasification, the wood gas flowing transversely to the direction of movement of the fuel (wood chips). The sketch is not to scale and corresponds to the executed installation. Fig. 2 shows the wood gas treatment of the running system, which takes place in several stages.

Ausführungsbeispiel [0009] Der Holzgasreaktor ist ein auf Stellfüße 11 gestellter, geschlossener Hohlzylinder. Dieser ist unterteilt in einen Brennstoffraum 1 und in einen Gasraum 2. Die Aufteilung des Volumens zwischen Brennstoffraum und Gasraum ist ca. 2/3 zu 1/3. An der oberen Stirnseite des Zylinders befindet sich auf der Seite des Brennstoffraumes ein Deckel zur Brennstoffzufuhr 6. In der ausgeführten Anlage erfolgt die Brennstoffzufuhr manuell. Eine Nachbefüllung während dem laufenden Betrieb ist dabei möglich, wobei darauf zu achten ist, dass der Vergasungsprozess durch den während der Befüllung offenen Deckel 6 nicht gestört wird (zeitliche Beschränkung der Deckelöffnungszeit). Die Anlage könnte auch mit einer automatischen Brennstoffzufuhr ausgestattet werden. Am unteren Ende des Brennstoffraumes verjüngt sich dieser im Fließtrichter 3 zum Rost 8. Dadurch ist ein reibungsloser Brennstofffluss gewährleistet. Die ausgeführte Anlage besitzt eine Förderschnecke 7 um Störungen im Brennstofffluss aufzulösen. Diese Förderschnecke wurde jedoch im Betrieb in keinem Fall benötigt. Die Maschenweite des Rostes ist an die Körnung des Brennstoffes anzupassen. Unter dem Rost befindet sich die Aschenlade 9, welche luftdicht ausgeführt ist.Exemplary Embodiment [0009] The wood gas reactor is a closed hollow cylinder placed on adjustable feet 11. This is subdivided into a fuel space 1 and a gas space 2. The distribution of the volume between the fuel space and the gas space is approximately 2/3 to 1/3. At the upper end of the cylinder is located on the side of the fuel chamber, a lid for fuel supply 6. In the running system, the fuel supply is done manually. A refilling during operation is possible, it should be ensured that the gasification process is not disturbed by the lid 6 open during filling (time limitation of the lid opening time). The system could also be equipped with an automatic fuel supply. At the lower end of the fuel chamber, this tapers in the flow funnel 3 to the grate 8. This ensures a smooth fuel flow. The executed plant has a screw conveyor 7 to dissolve disturbances in the fuel flow. However, this auger was required in operation in any case. The mesh size of the grate must be adapted to the grain size of the fuel. Under the grate is the ash tray 9, which is made airtight.

[0010] Die heiße Glutbettzone des Oxidationsprozesses befindet sich am unteren Ende des Fließtrichters über dem Rost. Die Primärluftzufuhr 4 für den Oxidationsprozess erfolgt von zwei Seiten. Auf der einen Seite gelangt die Primärluft direkt in die Glutbettzone 14. Auf der anderen Seite gelangt die Primärluftzuleitung in den Gasraum, teilt sich dort und führt die Primärluft jeweils von beiden Seiten von der Längsseite an den Rost. Beim Durchgang durch den Gasraum wird dabei die Primärluft vorgewärmt. Die Primärluftzuleitungen sind etwas Richtung Rost geneigt, damit keine Kondensate über die Zuleitungen nach außen gelangen können (Brandgefahr!). In der Glutbettzone wird die thermische Energie für die Oxidationsprozesse bereitgestellt. Durch die Gestaltung des Fließtrichters samt Rost und Primärluftzufuhr kann die räumliche Ausdehnung der birnenförmigen, heißen Oxidationszone gut gesteuert und begrenzt werden. Von der heißen Glutbettzone gelangen die Oxidationsprodukte über ein Fenster 10 in der Trennwand zwischen Brennstoffraum 1 und Gasraum 2 in den Gaszwischenraum 12 und von hier aus in den Gasraum 2. Das Fenster 10 hat in der ausgeführten Anlage eine Größe von ca. 100 x 150mm. Die Öffnung zwischen Gaszwischenraum und Gasraum ist etwas kleiner. Im 2/4The hot ember bed zone of the oxidation process is located at the bottom of the flow funnel over the grate. The primary air supply 4 for the oxidation process takes place from two sides. On the other hand, the primary air supply line enters the gas space, divides there and guides the primary air from both sides of the long side to the grate. When passing through the gas space while the primary air is preheated. The primary air supply lines are inclined somewhat in the direction of rust, so that no condensates can escape to the outside via the supply lines (risk of fire!). In the ember bed zone the thermal energy is provided for the oxidation processes. The design of the flow funnel with grate and primary air supply, the spatial extent of the pear-shaped, hot oxidation zone can be well controlled and limited. From the hot ember bed zone, the oxidation products pass through a window 10 in the partition wall between the fuel chamber 1 and gas chamber 2 in the gas gap 12 and from here into the gas space 2. The window 10 has in the running system a size of about 100 x 150mm. The opening between gas gap and gas space is slightly smaller. In 2/4

Claims

Austrian Patent Office AT507 068B1 2010-02-15 Gas interspace and gas space are running off the reduction processes. The gas gap is to prevent a reignition of the reducing gases on the primary air supply lines at sampling stop. At the upper end of the gas space is the sampling port 5 for the wood crude gas. In the ash tray of the wood gas reactor, which must be made airtight as the entire reactor, collect only very small amounts of ash due to the complete combustion. The largest proportion of tar and condensates is already separated in the blower with centrifugal action, so that the water of the wet cleaning is only slightly loaded. The pear-shaped ember bed zone adapts in the spatial spread to the gas extraction. At higher gas extraction, a higher amount of primary air is sucked in and the oxidation zone continues to spread. For the use of wood gas to drive a gasoline engine, a gas treatment is necessary. This consists of a cooling to increase the energy density and a cleaning of dust and ash particles and condensates. From the wood gas reactor, the raw wood gas enters a cyclone, where the gas is freed by means of centrifugal force of dust particles. This is followed by a fan with centrifugal action. On the one hand, this blower draws the wood gas out of the gas reactor and pushes it through the following treatment stages. After the blower is the wet cleaning. In the wet cleaner, the wood gas is blown through a water bath, this has a cleansing and cooling effect. In the final cleaning stage of the fine filter, a dehumidification and final separation of condensates. The fine filter is in the running plant filled with wood wool container. 1. Plant for the production of wood gas, wherein a wood gas reactor is used, which is characterized in that a stationary hollow cylinder is made airtight and is divided by a partition in the fuel chamber (1) and gas space (2), wherein the volume ratio of about

2/3 to 1/3 and in the lower part of the fuel chamber this funnel-shaped converges to the ember bed zone (3) with grate (8) and ash tray (9) and the primary air supply (4) on the one hand directly into the ember bed zone (14) and the other Supply line over the gas space divided in each case on the longitudinal side of the ember bed zone (13) is guided and the derivative of the oxidation products through a window (10) in the partition between the fuel chamber and gas space, the attachment of a gas gap (12) and the gas discharge (5) at the top End of the gas space. 1 sheet of drawings 3/4