AT515030A1 - Vorrichtung und Verfahren zur vollständigen Vergasung von organischem Rohmaterial - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung (1) zur Vergasung eines Rohmaterials (2), mit einer Pyrolyseeinheit (3), welche einen Reaktionsraum (4) zur Umsetzung des Rohmaterials (2) in ein Produktgas (5) aufweist, mit einer Zuführeinrichtung (6), mit welcher das Rohmaterial (2) in die Pyrolyseeinheit (3) zuführbar ist, mit einer Abführeinrichtung (7), mit welcher das Produktgas (5) aus der Pyrolyseeinheit (3) abführbar ist, und mit einer Vorwärmereinrichtung (8) zum Vorwärmen des Rohmaterials (2) in der Zuführeinrichtung (6) mit Wärmeenergie des Produktgases (5), wobei die Vorwärmereinrichtung (8) eine mit der Abführeinrichtung (?)verbundene Wärmeaufuahmeeinheit (9) zur Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Produktgas (5) und eine mit der Zuführeinrichtung (6) verbundene Wärmeabgabeeinheit (10) zur Abgabe von Wärmeenergie an das Rohmaterial(2) in der Zuführeinrichtung (6) aufweist, wobei zwischen der Wärmeaufnahmeeinheit (9) und der Wärmeabgabeeinheit (10) ein geschlossener Kreislauf(12) für ein Wärmeaustauschmedium (12') derart gebildet ist, dass das Wärmeaustauschmedium (12') in der Wärmeaufnahmeeinheit (9) durch Wärmeaustausch mit dem Produktgas (5) verdampft wird und das Wärmeaustauschmedium (12') in der Wärmeabgabeeinheit (10) durch Wärmeaustausch mit dem Rohmaterial (2) zumindest teilweise kondensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur vollständigen Vergasung eines Rohmaterials, mit einer erstenPyrolyseeinheit, welche einen Reaktionsraum zur Umsetzung des Rohmaterials in ein Produktgasaufweist, mit einer Zufuhreinrichtung, mit welcher das Rohmaterial in die zweite Pyrolyseeinheitzufuhrbar ist, mit einer Abführeinrichtung, mit welcher das Produktgas aus der Pyrolyseeinheitabführbar ist, und mit einer Vorwärmereinrichtung zum Vorwärmen des Rohmaterials in derZufuhreinrichtung mit Wärmeenergie des Produktgases.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung eines Rohmaterials, wobei das Rohmaterialin einen Reaktionsraum einer Pyrolyseeinheit zugeführt wird, wobei das Rohmaterial in derPyrolyseeinheit in ein Produktgas umgesetzt wird, wobei das Produktgas aus der Pyrolyseeinheitabgeführt wird, wobei das zugeführte Rohmaterial mit Wärmeenergie des Produktgases vorgewärmtwird.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind im Stand der Technik in verschiedensten Ausführungenbekannt.

In der WO 2005/028595 werden Verfahren und Vorrichtungen geoffenbart, mit deren Hilfe Gase ausorganischem Material hergestellt werden können. Dabei wird das organische Material mithilfe einerBeschickungsvorrichtung in einen Pyrolysereaktor eingebracht. Das in diesem Reaktor erzeugte Gaswird schließlich über ein Ausgangsrohr und einen Wärmetauscher aus dem Reaktor herausgebracht undeiner Verwertung zugeführt. Der Wärmetauscher dient dazu, die dem Reaktor über die Zuleitungzugeführte Luft vorzuheizen. Somit wird bei diesem Stand der Technik lediglich die für die Vergasungzugeführte Luft mithilfe des aus dem Reaktor austretenden Gases erwärmt. Nachteiligerweise ist hieftirein großer Energieaufwand erforderlich, da das Produktgas mit Stickstoffballast verdünnt wird.

Die WO 2012/068252 betrifft eine zweistufige Pyrolysevorrichtung, mit deren Hilfe Synthesegas ausbiologischem Material gewonnen werden kann. Die Vorrichtung weist an mehreren StellenWärmetauscher auf. Die Wärmetauscher können eingesetzt werden, um die im erzeugten Gasbefindlichen Partikel, die in einem ersten Teil des Reaktors befindlichen Partikel vor deren Überführungin einen zweiten Teil und/oder die Biomasse vor deren Einbringung in den Reaktor zu temperieren.

Auch diese Form der Temperierung kann den Kaltgaswirkungsgrad des Verfahrens nicht wesentlicherhöhen.

In der AT 11 742 U1 wird eine Pyrolyseanlage für Biomasse beschrieben, bei der die bei der Gaskühlungentzogene Wärme über einen Wärmetauscher für Beheizungszwecke eingesetzt werden kann. DieBeheizungszwecke umfassen hierbei auch das Erhitzen der Biomasse innerhalb der beschriebenen Vorrichtung. Dieses Vorwärmverfahren ist zwar einfach, kann jedoch den Wirkungsgradnicht wesentlich verbessern, da bei der Pyrolyse Stickstoffballast zugeführt wird.

Die DE 601 20 957 offenbart unter anderem ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Vergasung vonBiomasse, wie zum Beispiel Holzschnitzel oder Holzpellets, ln diesem Dokument wird beschrieben,dass biologische Brennstoffe vor dem Einbringen in Vergasungsreaktoren vorgetrocknetwerden müssen. Hiefür kann der Brennstoff mithilfe von überhitztem Dampf getrocknet werden. DerZirkulationsdampf, der für die Trocknung verwendet wird, kann durch Wärmeaustausch mit demproduzierten Produktgas und/oder durch Wärmeaustausch mit Abgasen aus der Verbrennungseinheitüberhitzt werden. Mit diesem Verfahren kann zwar der Brennstoff getrocknet werden, ein wesentlicherTeil der Abwärme geht jedoch für eine autotherme Nutzung verloren.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und einVerfahren, wie eingangs angegeben, zu schaffen, mit welchem der Kaltgaswirkungsgrad bei derVergasung des Rohmaterials durch größtenteils autotherme Pyrolyse gesteigert werden kann.

Das Patent US 2013230815-A1 führt aus, dass im sogenannten geschlossenen Kreislauf überhitzterWasserdampf dem Pyrolysereaktor mit dem getrockneten Pyrolysegut zugeführt wird und dort einePyrolysereaktion auslöst. Dabei werden gasförmige organische Verbindungen ffeigesetzt wodurch desPartialdruck des Wasserdampfs herabgesetzt wird. Die Kondensation des Wasserdampfs findet dadurchnur bei niedriger Temperatur statt und die Reaktionsbedingungen reichen nicht zur vollständigenVergasung des Pyrolysegutes aus. Der Kreislauf ist auch nicht geschlossen, da dem Pyrolysereaktorlaufend kondensiertes bzw. festes Material aus dem Vorprozess zugefuhrt wird, und andererseits dasgasförmige Produkt ausgeschleust wird, während die zurückbleibenden Stoffe, bestehend aus Kondensatund Feststoffen dem Pyrolysereaktor wieder zugeführt werden.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass dieVorwärmeinrichtung eine mit der Abführeinrichtung verbundene Wärmeaufnahmeeinheit zur Aufnahmevon Wärmeenergie aus dem Produktgas und eine mit der Zuführeinrichtung verbundeneWärmeabgabeeinheit zur Abgabe von Wärmeenergie an das Rohmaterial in der Zuführeinrichtungaufweist, wobei zwischen der Wärmeaufnahmeeinheit und der Wärmeabgabeeinheit ein geschlossenerKreislauf für ein Wärmeaustauschmedium derart gebildet ist, dass das Wärmeaustauschmedium in derWärmeaufhahmeeinheit durch Wärmeaustausch mit dem Produktgas zumindest teilweise verdampftwird und das Wärmeaustauschmedium in der Wärmeabgabeeinheit durch Wärmeaustausch mit demRohmaterial zumindest teilweise kondensiert wird.

Die Erfindung beruht daher darauf, dass die Wärmeenergie des Produktgases zur Aufheizung desRohmaterials genutzt wird, indem ein Wärmeaustauschmedium in einem geschlossenen Kreislaufzwischen einer Wärmeaufnahmeeinheit zur Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Produktgas und einerWärmeabgabeeinheit zur Abgabe dieser Wärmeenergie an das Rohmaterial geführt wird. Dafür weist dergeschlossene Kreislauf zumindest zwei Leitungen zwischen der Wärmeaufnahmeeinheit und derWärmeabgabeeinheit auf, wobei das Wärmeaustauschmedium über diese Leitungen im Kreis geführtwird. Wesentlich ist hierbei, dass das Wärmeaustauschmedium beim Durchströmen des geschlossenenKreislaufes abwechselnd verdampft bzw. kondensiert wird, wobei die Verdampfungswärme zurAufnahme von Wärmeenergie aus dem Produktgas bzw. die Kondensationswärme zur Abgabe vonWärmeenergie an das Rohmaterial verwendet wird. Der geschlossene Kreislauf für dasWärmeaustauschmedium ist hierbei getrennt von der Strömung des Produktgases, welches denPrimärstrom der Anlage bildet. Vorteilhafterweise kann hiermit die zur Aufbereitung des Rohmaterialserforderliche Energie in besonders effizienter Weise rückgewonnen werden. Der Kaltgaswirkungsgradkann gegenüber den bekannten Anlagen wesentlich gesteigert werden, wodurch auch dieWirtschaftlichkeit der Vergasung, insbesondere von Biomasse, verbessert werden kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Zuführeinrichtung mittels derVorwärmereinrichtung als Vorpyrolysestufe ausgebildet, in welcher das Rohmaterial imWärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschmedium einer Vorpyrolyse, insbesondere bei einerTemperatur zwischen 200°C und 800°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 600°C, unterzogen wird.

Die Zuführeinrichtung weist dabei einen Reaktor in Form einer beheizbaren Druckschnecke auf, inwelcher die Vorpyrolyse des Rohmaterials stattfindet. Am Ausgang dieses Reaktors kann dasRohmaterial bereits mehrheitlich als Gemisch verschiedener Gase, enthaltend beispielsweiseKohlenmonoxid, Wasserstoff, verschiedene organische Verbindungen und Wasserdampf, vorliegen,wobei jedoch noch Reste von festen bzw. flüssigen Stoffen, beispielsweise Aerosole, Kohlenstaub undAsche, vorhanden sein können. Die Vorpyrolyse wird erfolgt autotherm ohne Zufuhr von Luft oderSauerstoff. In der Pyrolyseeinheit wird das vorpyrolysierte Rohmaterial bei vergleichsweise hohenTemperaturen in das Produktgas umgesetzt. Hierbei werden insbesondere die organischen Verbindungenund Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt werden. Die Pyrolysetemperatur kann beispielsweise ca. 1400°C betragen.

Lim das Rohmaterial in Richtung der Pyrolyseeinheit zu fördern, ist es günstig, wenn dieZuführeinrichtung eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Förderschnecke, aufweist, welche mit derWärmeabgabeeinheit der Vorwärmereinrichtung gekoppelt ist. Die Wärmeabgabeeinheit kann hierbeiden Heizmantel der Förderschnecke bilden. Die Förderschnecke kann zudem als Druckschleuseausgebildet sein.

Zum Vorwärmen bzw. Vorpyrolysieren des Rohmaterials ist es günstig, wenn dasWärmeaustauschmedium, vorzugsweise Wasser, in der Wärmeabgabeeinheit der Vorwärmereinrichtungim Gegenstrom zum Rohmaterial führbar ist. Beim Durchströmen der Wärmeabgabeeinheit entgegender Strömungsrichtung des Rohmaterials gibt das Wärmeaustauschmedium Wärme an das Rohmaterial ab. Die Strömung desWärmeaustauschmediums ist hierbei darauf ausgelegt, dass in der Wärmeabgabeeinheit einPhasenübergang vom dampfförmigen in den flüssigen Zustand stattfindet. Durch die Übertragung derKondensationswärme kann eine rasche Pyrolyse des Rohmaterials sichergestellt werden.

Zur Umsetzung des Rohmaterials in das Produktgas ist zudem bevorzugt eine Dampfzufuhr zumEinleiten eines Vergasungsmittels im dampfförmigen Zustand, insbesondere Wasserdampf, in denReaktionsraum der Pyrolyseeinheit vorgesehen.

Zur Kompensation der Wärmeverluste im Wärmetauscher und Wand ist es günstig, wenn derReaktionsraum der Pyrolyseeinheit mit einer Sauerstoffzufuhr verbunden ist. Damit können die Verlusteam Wärmetauscher durch Oxidation geringer Mengen des Produktgases kompensiert und auf dieseWeise das Temperatumiveau der notwendigen Pyrolysetemperatur gehalten werden.

Eine besonders energieeffiziente Ausführung kann erzielt werden, wenn der zumindest eineWärmetauscher zur Rückgewinnung von Wärme des Produktgases mit der Abfuhreinrichtung verbundenist. Demnach ist der Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Produktgas und demVergasungsmittel eingerichtet. Bei dieser Ausführung wird daher die Wärmeenergie desProduktgases einerseits für das Wärmeaustauschmedium der Vörwärmereinrichtung und andererseits fürdas Vergasungsmittel, vorzugsweise Wasser, genutzt. Der geschlossene Kreislauf für dasWärmeaustauschmedium, vorzugsweise Wasser, ist hierbei von dem Strömungsweg desVergasungsmittels getrennt.

Zur Bereitstellung des Vergasungsmittels im dampfförmigen Zustand ist es besonders günstig, wenn dieZuleitung für das Vergasungsmittel einen ersten bzw. zweiten Wärmetauscher in Strömungsrichtung desProduktgases gesehen nach bzw. vor der Wärmeaufnahmeeinheit der Vorwärmereinrichtungaufweist. Das Produktgas weist vor der Wärmeaufnahmeeinheit der Vorwärmereinrichtung eine höhereTemperatur als nach der Wärmeaufnahmeeinheit auf.

Um den Reaktionsraum der Pyrolyseeinheit mit überhitztem Wasserdampf zu versorgen, ist esvorteilhaft, wenn der erste Wärmetauscher als Verdampfer zum Verdampfen des Vergasungsmittels undder zweite Wärmetauscher als Überhitzer zum Überhitzen des Veigasungsmittels imdampfförmigen Zustand ausgebildet ist. Der überhitzte Wasserdampf kann beim Eintritt in denReaktionsraum der Pyrolyseeinheit eine Temperatur von mehr als 600°C aufweisen.

Im Hinblick auf das eingangs angeführte Verfahren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabedadurch gelöst, dass Wärmeenergie des Produktgases von einem Wärmeaustauschmedium,vorzugsweise Wasser, aufgenommen und anschließend an das Rohmaterial abgegeben wird, wobei dasWärmeaustauschmedium zwischen der Wärmeaufnahme und der Wärmeabgabe in einem geschlossenen

Kreislauf geführt wird, wobei das Wärmeaustauschmedium durch Wärmeaustausch mit dem Produktgas verdampft und durch Wärmeaustausch mit dem Rohmaterial zumindest teilweise kondensiert wird.

Damit können dieselben Vorteile und technischen Effekte wie bei der oben beschriebenenVergasungsanlage erzielt werden, so dass auf die Ausführungen in diesem Zusammenhang verwiesenwerden kann.

Zur effizienten Umsetzung des Rohmaterials in das Produktgas ist es günstig, wenn das Rohmaterialdurch Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschmedium einer Vorpyrolyse, insbesondere bei einerTemperatur zwischen 200°C und 800°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 600°C, unterzogen wird.

Um das Rohmaterial auf die für die Vorpyrolyse notwendige Temperaturen zu bringen, ist es von Vorteil,wenn das Wärmeaustauschmedium im Gegenstrom zum Rohmaterial geführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Druck des Wärmeaustauschmediums in demgeschlossenen Kreislauf höher als der Druck des Produktgases. Dadurch kann der Wärmeaustauschzwischen dem Wärmeaustauschmedium und dem Rohmaterial besonders effizient gestaltet werden.

Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn der Druck des Wärmeaustauschmediums in dem geschlossenenKreislauf zwischen 15 und 100 bar beträgt. Der Druck im geschlossenen Kreislauf im stationärenBetriebszustand ist hierbei im Wesentlichen vom Ort unabhängig. Geringfügige Druckunterschiedekönnen sich allerdings durch Strömungsverluste ergeben.

Zur Umsetzung der Pyrolysegase ist es günstig, wenn dem Reaktionsraum der Pyrolyseeinheit einVergasungsmittel im dampfförmigen Zustand,insbesondere Wasserdampf, zugeführt wird.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Druck des dampfförmigen Vergasungsmittels imWesentlichen zwischen 5 bar und 30 bar, beträgt. Der Anlagendruck wird insbesondere von baulichenÜberlegungen und der Verwendung des Produktgases bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als Rohmaterial festeBiomasse, insbesondere Holzabfälle, Stroh, oder anderer organischer Abfall, vorgesehen.

In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn das Rohmaterial im feuchten Zustand zugefuhrt und durchWärmeaustausch mit Abwärme aus der Energieverwertung, beispielsweise Motor-Generator, getrocknetwird. Demnach kann vorteilhafterweise feuchtes Rohmaterial verwendet werden, wobei auf eineaufwändige Vortrockung durch eine gesonderte Vorrichtung verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise wird daher die zumAufheizen des Rohmaterials erforderliche Wärmeenergie im Wesentlichen vollständig rückgewonnen.Damit können die Energieverluste der Vergasung wesentlich reduziert werden.

Alternativ kann als Rohmaterial aber auch ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugtenAusführungsbeispiels, auf das sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnenzeigt in der Zeichnung:

Fig. 1 ein Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vergasung eines Rohmaterials.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Vergasung eines Rohmaterials 2, wobei als Rohmaterial ein festerBrennstoff, beispielsweise Holz, vorgesehen ist. Die Vorrichtung 1 weist weiters eine Pyrolyseeinheit 3auf, welche einen Reaktionsraum 4 zur Umsetzung des Rohmaterials 2 in ein Produktgas5, insbesondere ein Synthese- oder Brenngas, aufweist. Zudem weist die Vorrichtung 1 eineZufUhreinrichtung 6 auf, welcher das Rohmaterial 2 mit einer Temperatur Tho-1 zugeführt wird. Bei derTemperatur Tho-1 kann es sich um Umgebungstemperatur, beispielsweise ca. 15°C, handeln. Alternativkann bei Umgebungsdruck vorgewärmtes Holz verwendet werden, wobei die Temperatur so gewähltwird, dass gerade noch keine flüchtigen Bestandteile austreten, beispielsweise ca. 90°C. DasRohmaterial 2 wird mittels der Zuführeinrichtung 6 in die Pyrolyseeinheit 3 gefördert, in welcher eineReihe von an sich bekannten chemischen Reaktionen zur Herstellung des Produktgases 5 stattfinden.Das fertige Produktgas 5 wird schließlich mit einer Abfuhreinrichtung 7 aus der Pyrolyseeinheit 3abgezogen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Vorrichtung 1 weiters eine Vorwärmereinrichtung 8 zum Vorwärmenbzw. Vorpyrolisieren des Rohmaterials 2 beim Durchtritt durch die Zufuhreinrichtung 6 auf, welche mitWärmeenergie des Produktgases 5 versorgt wird. Dadurch wird das Rohmaterial 2 von der TemperaturTho-1 auf eine höhere Temperatur Tho-2 von beispielsweise ca. 500 bis 600°C vor dem Eintritt in diePyrolyseeinheit 3 erhöht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Vorwärmereinrichtung 8 eine mit der Abfuhreinrichtung 7verbundene Wärmeaufhahmeeinheit 9 zur Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Produktgas 5 und einemit der Zuführeinrichtung 6 verbundene Wärmeabgabeeinheit 10 zur Abgabe von Wärmeenergie an dasRohmaterial 2 in der Zufuhreinrichtung 6 auf. Die Wärmeaufhahmeeinheit 9 ist über Leitungen 11,11'mit der Wärmeabgabeeinheit 10 verbunden. Die Wärmeaufnahmeeinheit 9 und die Wärmeabgabeeinheit 10 sind als Wärmetauscher ausgebildet. Die Leitungen 11,11' bilden einen geschlossenen Kreislauf 12,in welchem ein Wärmeaustauschmedium 12' im Kreis geführt wird. Zu diesem Zweck kann eine Pumpe(nicht gezeigt) vorgesehen sein. Alternativ kann der geschlossene Kreislauf 12 nach demNaturumlaufprinzip arbeiten. Als Wärmeaustauschmedium 12' kann Wasser vorgesehen sein. In derWärmeaufhahmeeinheit 9 wird das Wärmeaustauschmedium 12' durch Wärmeaustausch mit demProduktgas 5 zumindest teilweise verdampft, wobei das Wärmeaustauschmedium 12' über die Leitung 11 zu der Wärmeabgabeeinheit 10 geführt wird. Durch Wärmeaustausch mit dem Rohmaterial 2 wirddas Wärmeaustauschmedium in der Wärmeabgabeeinheit 10 zumindest teilweise kondensiert, wobei die Kondensationswärme frei wird,welche vom Rohmaterial 2 aufgenommen wird. Dabei wird das Wärmeaustauschmedium 12' in derWärmeabgabeeinheit 10 der Vorwärmereinrichtung 8 im Gegenstrom zum Rohmaterial 5 geführt.Anschließend wird das Wärmeaustauschmedium 12' über die Leitung 11' in die Wärmeaufhahmeeinheit9 rückgeführt. Demnach kann der Phasenübergang zwischen dem gasförmigenund dem flüssigen Zustand beim Durchlaufen des geschlossenen Kreislaufes 12 zur effizientenRückgewinnung der Wärmeenergie des Produktgases 5 für die Vorpyrolyse des Rohmaterials 2 genütztwerden. Die Vorpyrolyse in der Zuführeinrichtung 6 findet bei Temperaturen zwischen 200°C und600°C statt.

Wie aus Fig 1 schematisch ersichtlich, weist die Zuführeinrichtung 6 eine Fördereinrichtung 6' zumFördern des Rohmaterials 2 in Richtung der Pyrolyseeinheit 3 auf, welche in der gezeigten Ausführungdurch eine Förderschnecke gebildet ist. Die Förderschnecke ist mit der Wärmeabgabeeinheit 10 derVorwärmereinrichtung 8 derart gekoppelt, dass ein Wärmeaustausch zwischen demWärmeaustauschmedium und dem Rohmaterial 2 erfolgen kann.

Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, ist der Reaktionsraum 4 der Pyrolyseeinheit 3 mit einerSauerstoffzufuhr 17 verbunden, mit welcher eine Teiloxidation des Rohmaterials 2 in derPyrolyseeinheit 3 bewirkt wird. Die Sauerstoffzufuhr dient der Energiezufuhr, um Verlusteauszugleichen.

Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, weist die Vorrichtung 1 zudem eine Dampfzufuhr 13 zum Einleiteneines Vergasungsmittels 13' im dampfförmigen Zustand, insbesondere Wasserdampf, in denReaktionsraum 4 der Pyrolyseeinheit 3 auf. Die Dampfzufuhr 13 ist mit einer Zuleitung 14 für dasVergasungsmittel 13' im flüssigen Zustand verbunden. Die Zuleitung 14 für das Vergasungsmittel 13'weist einen ersten Wärmetauscher 15, welcher in Strömungsrichtung des Produktgases 5 gesehen nachder Wärmeaufnahmeeinheit 9 der Vorwärmereinrichtung 8 angeordnet ist, und einen zweitenWärmetauscher 16, welcher in Strömungsrichtung des Produktgases 5 gesehen vor derWärmeaufhahmeeinheit 9 der Vorwärmereinrichtung 8 angeordnet ist, auf. Der erste Wärmetauscher 15ist hierbei als Verdampfer zum Verdampfen des Vergasungsmittels 13' und der zweite Wärmetauscher 16als Überhitzer zum Überhitzen des Vergasungsmittels 13' im dampfförmigen Zustand ausgebildet. DasVergasungsmittel 13' wird daher als überhitzter Dampf mit einer Temperatur Tueh von beispielsweise ca.600°C in den Reaktionsraum 4 der Pyrolyseeinheit 3 eingebracht.

Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, verlässt das Produktgas 5 die Pyrolyseeinheit 3 mit einer TemperaturTgas-1 von beispielsweise ca. 1400°C, bevor das Produktgas 5 in dem zweiten Wärmetauscher 16 einenTeil seiner Wärmeenergie an das Vergasungsmittel 13' abgibt. Anschließend wirddas Produktgas 5 mit einer Temperatur Tgas-2 von beispielsweise ca.l000°C in dieWärmeaufhahmeeinheit 9 der Vorwärmereinrichtung 8 geführt, in welcher das Produktgas 5 einenweiteren Teil seiner Wärmeenergie an das Wärmeaustauschmedium 12' innerhalb des geschlossenenKreislaufes 12 abgibt. Das Produktgas 5 verlässt die Wärmeaufnahmeeinheit 9 mit einer TemperaturTgas-3 von beispielsweise ca. 500°C. Anschließend wird das Produktgas 5 in den ersten Wärmetauscher15 geführt, mit welchem das Vergasungsmittel 13' verdampft wird.

Wie aus Fig. 1 weiters schematisch ersichtlich, wird das Wärmeaustauschmedium 12' in demgeschlossenen Kreislauf 12 mit einem Druck pic geführt, welcher im stationären Betriebszustand höherals ein Druck pmf im Hauptstrom (Strömung des Rohmaterials 2 durch die Zuführeinrichtung, Strömungdes Produktgases 5, Strömung des Vergasungsmittels 13') ist. Nur beim Anfahrvorgang, wenn imSekundärkreislauf ein Teilvakuum herrschen kann, während im HauptstromNormaldruck vorliegt, kann der Druck pic im Kreislauf 12 auch kleiner sein als der Druck pmf imPrimärkreislauf. Insbesondere beträgt der Druck des Wärmeaustauschmediums in dem geschlossenenKreislauf 12 zwischen 15 und 100 bar. Bei jedem Wärmeaustauschmedium ist der Druck hierbei stets an die Siedetemperatur gekoppelt. Bei Verwendung von Wasser als Wärmeaustauschmedium ergibt sich füreine Temperatur von 270°C ein Druck von etwa 55 bar. Der tatsächliche Betriebspunkt ist einKompromiss zwischen dem apparativen Aufwand für den Wärmeübergang und der Druckfestigkeit,wobei die Erfordernisse der chemischen Reaktionen imPrimärstrom zu berücksichtigen sind.

Claims (18)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung (1) zur Vergasung eines Rohmaterials (2), mit einer Pyrolyseeinheit (3), welche einenReaktionsraum (4) zur Umsetzung des Rohmaterials (2) in ein Produktgas (5) aufweist, mit einerZufuhreinrichtung (6), mit welcher das Rohmaterial (2) in die Pyrolyseeinheit (3) zufuhrbar ist, miteiner Abführeinrichtung (7), mit welcher das Produktgas (5) aus der Pyrolyseeinheit (3) abführbar ist,und mit einer Vorwärmereinrichtung (8) zum Vorwärmen des Rohmaterials (2) in der Zufuhreinrichtung (6) mit Wärmeenergie des Produktgases (5), dadurch gekennzeichnet, dass dieVorwärmereinrichtung (8) eine mit der Abführeinrichtung (7) verbundene Wärmeaufnahmeeinheit (9)zur Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Produktgas (5) und eine mit der Zuführeinrichtung (6)verbundene Wärmeabgabeeinheit (10) zur Abgabe von Wärmeenergie an das Rohmaterial (2) in derZuführeinrichtung (6) aufweist, wobei zwischen der Wärmeaufnahmeeinheit (9) und derWärmeabgabeeinheit (10) ein geschlossener Kreislauf (12) für ein Wärmeaustauschmedium (12') derartgebildet ist, dass das Wärmeaustauschmedium (12') in der Wärmeaufnahmeeinheit (9) durchWärmeaustausch mit dem Produktgas (5) zumindest teilweise verdampft wird und dasWärmeaustauschmedium (12') in der Wärmeabgabeeinheit (10) durch Wärmeaustausch mit demRohmaterial (2) zumindest teilweise kondensiert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (6) mittels derVorwärmereinrichtung (8) als Vorpyrolysestufe ausgebildet ist, in welcher das Rohmaterial (2) imWärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschmedium (12') einer Vorpyrolyse, insbesondere bei einerTemperatur zwischen 200°C und 600°C, vorzugsweise zwischen 250°C und 450°C, unterzogen wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschmedium (12')in der Wärmeabgabeeinheit (10) der Vorwärmereinrichtung (8) im Gegenstrom zum Rohmaterial (2)führbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung(6) eine Fördereinrichtung (6'), insbesondere eine Förderschnecke, aufweist, welche mit derWärmeabgabeeinheit (10) der Vorwärmereinrichtung (8) gekoppelt ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4)der Pyrolyseeinheit (3) mit einer Sauerstoffzufuhr (17) verbunden ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dampfzufuhr (13)zum Einleiten eines Vergasungsmittels (13') im dampfförmigen Zustand, insbesondere Wasserdampf, inden Reaktionsraum (4) der Pyrolyseeinheit (3) vorgesehen ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfzufuhr (13) mit einerZuleitung (14) für das Vergasungsmittel (13') im flüssigen Zustand verbunden ist, wobei dieZuleitung(14) zumindest einen Wärmetauscher (15, 16) zum Verdampfen des Vergasungsmittels (13')aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wärmetauscher (15,16) zur Rückgewinnung von Wärme des Produktgases (5) mit der Abfuhreinrichtung (7) verbunden ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (14) für dasVergasungsmittel (13') einen ersten (15) bzw. zweiten Wärmetauscher (16) in Strömungsrichtung desProduktgases (5) gesehen nach bzw. vor der Wärmeaufnahmeeinheit (9) der Vorwärmereinrichtung (8)aufweist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (15) alsVerdampfer zum Verdampfen des Vergasungsmittels (13') und der zweite Wärmetauscher (16) alsÜberhitzer zum Überhitzen des Vergasungsmittels (13') im dampfförmigen Zustand ausgebildet ist.
11. 11. Verfahren zur Vergasung eines Rohmaterials, wobei das Rohmaterial (2) in einen Reaktionsraum (4)einer Pyrolyseeinheit (3) zugeführt wird, wobei das Rohmaterial (2) in der Pyrolyseeinheit (3) in einProduktgas (5) umgesetzt wird, wobei das Produktgas (5) aus der Pyrolyseeinheit (3) abgeführt wird,wobei das zugeführte Rohmaterial (2) mit Wärmeenergie des Produktgases (5) vorgewärmt wird,dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie des Produktgases (5) von einem Wärmeaustauschmedium(12') aufgenommen und anschließend an das Rohmaterial (2) abgegeben wird, wobei dasWärmeaustauschmedium (12') zwischen der Wärmeaufnahme und der Wärmeabgabe in einemgeschlossenen Kreislauf (12) geführt wird, wobei das Wärmeaustauschmedium (12') durchWärmeaustausch mit dem Produktgas (5) verdampft und durch Wärmeaustausch mit dem Rohmaterial(2) zumindest teilweise kondensiert wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (2) durchWärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschmedium (12') einer Vorpyrolyse, insbesondere bei einerTemperatur zwischen 200°C und 800°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 600°C, unterzogen wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschmedium(12') im Gegenstrom zum Rohmaterial (2) geführt wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck desWärmeaustauschmediums (12') in dem geschlossenen Kreislauf (12) höher als der Druck desProduktgases (5) ist.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck desWärmeaustauschmediums (12') in dem geschlossenen Kreislauf (12) zwischen 15 und 100 bar beträgt.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsraum(4) der Pyrolyseeinheit (3) ein Vergasungsmittel (13') im dampfförmigen Zustand, insbesondereWasserdampf, zugeführt wird.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck desdampfförmigen Vergasungsmittels (13') im Wesentlichen zwischen 5 bar und 30 bar, beträgt.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohmaterial (2)feste Biomasse, insbesondere Holz, Stroh, oder organischer Abfall, vorgesehen ist.