AT521210A1 - Kohlendioxid und Wasserdampf Plasma Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether - Google Patents

Kohlendioxid und Wasserdampf Plasma Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether Download PDF

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Abstract

Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(54) für die Herstellung von Dirnethylether (DME) (124) umfassend einen Reaktor (37) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(38), einem Kohlenstoffaustrag(48), einem Zyklon(43) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) für Schwachgase(2) und Restgase(5), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereichertem Kohlendioxid(C02) zu Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H20)(13) oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(56), in dem flüssiges Kohlendioxid(C02) mit Hilfe von Mikrowellen(59,60,61,63,64) vorgewärmt wird und so für die induktive Erzeugung von Kohlendioxidplasma (75) den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(16), in dem flüssiges Wasser zur Erzeugung von Wasserdampf(H20) auf der Basis der Nutzung von Mikrowellen(20,21,22,25,26) erzeugt wird und für die induktive Erzeugung von Wasserdampfplasma(83) zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(84) in dem Vergasungsprozess im Reaktor mit Hilfe von Mikrowellen( 98,99,1 00,1 03), wie die Reinigung des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases( 51) und einen Verdichter(53) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas(42) aus dem Reaktor(37) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(117,122) zugeführt wird. Das Offgas(125) aus dem Dimethyletherprozess(117,122) wird in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H20) mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids (C02) oxidiert. Zudem kann das Offgas(4) zusammen mit den biogenen Gasen(84) dem Reaktor(37) zugeführt werden. Das im Dimethyletherprozess anfallende Prozesswasser(126) wird dem Wassertank(16) zugeführt. Das aus dem Dimethyletherprozess gewonnene verflüssigte Kohlendioxid (C02)(115) wird dem Kohlendioxidtank(56) zugeführt und wiederverwertet

Description

Zusammenfassung
Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(54) für die Herstellung von Dimethylether (DME) (124) umfassend einen Reaktor (37) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(38), einem Kohlenstoffaustrag(48), einem Zyklon(43) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) für Schwachgase(2) und Restgase(5), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereichertem Kohlendioxid(C02) zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O)(13) oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(56), in dem flüssiges Kohlendioxid(CO2) mit Hilfe von Mikrowellen(59,60,61,63,64) vorgewärmt wird und so für die induktive Erzeugung von Kohlendioxidplasma (75) den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(16), in dem flüssiges Wasser zur Erzeugung von Wasserdampf(H2O) auf der Basis der Nutzung von Mikrowellen(20,21,22,25,26) erzeugt wird und für die induktive Erzeugung von Wasserdampfplasma(83) zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(84) in dem Vergasungsprozess im Reaktor mit Hilfe von Mikrowellen( 98,99,100,103), wie die Reinigung des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases(51) und einen Verdichter(53) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas(42) aus dem Reaktor(37) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(117,122) zugeführt wird. Das Offgas(125) aus dem Dimethyletherprozess(117,122) wird in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids (CO2) oxidiert. Zudem kann das Offgas(4) zusammen mit den biogenen Gasen(84) dem Reaktor(37) zugeführt werden. Das im Dimethyletherprozess anfallende Prozesswasser(126) wird dem Wassertank(16) zugeführt. Das aus dem Dimethyletherprozess gewonnene verflüssigte Kohlendioxid (CO2)(115) wird dem Kohlendioxidtank(56) zugeführt und wiederverwertet.
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Kohlendioxid- und Wasserdampf-Plasma Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether
Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(54) für die Herstellung von Dimethylether (DME) (124) umfassend einen Reaktor (37) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(38), einem Kohlenstoffaustrag(48), einem Zyklon(43) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) für Schwachgase(2) und Restgase(5), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereichertem Kohlendioxid(CO2) zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O)(13) oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(56), in dem flüssiges Kohlendioxid(CO2) mit Hilfe von Mikrowellen(59,60,61,63,64) vorgewärmt wird und so für die induktive Erzeugung von Kohlendioxidplasma (75) den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(16), in dem flüssiges Wasser zur Erzeugung von Wasserdampf(H2O) auf der Basis der Nutzung von Mikrowellen(20,21,22,25,26) erzeugt wird und für die induktive Erzeugung von Wasserdampfplasma(83) zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(84) in dem Vergasungsprozess im Reaktor mit Hilfe von Mikrowellen( 98,99,100,103), wie die Reinigung des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases(51) und einen Verdichter(53) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas(42) aus dem Reaktor(37) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(117,122) zugeführt wird. Das Offgas(125) aus dem Dimethyletherprozess(117,122) wird in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids (CO2) oxidiert. Zudem kann das Offgas(4) zusammen mit den biogenen Gasen(84) dem Reaktor(37) zugeführt werden. Das im Dimethyletherprozess(117,122) anfallende Prozesswasser(126) wird dem Wassertank(16) zugeführt. Das aus dem Dimethyletherprozess(117,122) gewonnene verflüssigte Kohlendioxid (CO2)(115) wird dem Kohlendioxidtank(56) zugeführt und wiederverwertet.
Kohlendioxid(C02) ist als Treibhausgas bekannt. In der Regel entsteht bei der Oxidation von karbonhaltigen Stoffen Kohlendioxid(CO2) als ein Stoffbestandteil im Abgas. Einmal an die Umgebung abgegeben verdünnst sich der Anteil von Kohlendioxid(CO2) in der Luft von einem Wert an 12Vol% im Abgas auf wenige ppm in der Luft. Die Rückgewinnung ist zwar technisch mittels Membranen oder Absorption möglich, doch energetisch sehr aufwendig. Der einzige energetisch verfolgbare Weg ist die Verflüssigung von Kohlendioxid(C02) und die damit verbundene Wiederverwertung in energetischen Prozessen. Die Verflüssigung von Kohlendioxid(C02) erfolgt bekannterweise in einem Druckbereich von 50 bar bis 70 bar mit anschließender Lagerung in einem Druckbehälter. Das so gespeicherte Kohlendioxid(C02) steht nun für die weitere Verwertung als Rohstoff zur Verfügung.
Besonderes Augenmerk wird auf die Eigenfrequenzen des Kohlendioxidmoleküls (CO2) gelegt, die in Rotationschwingungen und Normalschwingungen unterteilt wird. Die Anregung der Eigenfrequenzen im Zuge der Überführung in den Plasmazustand ist eine wichtige Eigenschaft und ein Vorteil der hier vorliegenden Erfindung.
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Wasser ist seit je her als Rohstoff in energetischen Prozessen im Einsatz und Verwendung. In der dampfförmigen Phase ist es als Wasserdampf(H2O) seit Jahrhunderten bekannt. In energetischen Prozessen spricht man von Prozesswasser, das bei Umwandlungsprozessen und Verfahrensprozessen in Verwendung ist. Die Nutzung von Wasserdampf(H2O) in Kreisprozessen, wie dem Clausius Rankine Prozess ist bekannt.
Das Verfahren der Vergasung von biogenen Stoffen und Reststoffen ist in vielen Varianten untersucht und dargestellt worden. Unter biogenen Stoffen versteht man das weithin bekannte Waldhackgut, das aus der Waldwirtschaft gewonnen wird. Biogene Reststoffe umfassen aber auch den weithin bekannten Begriff des Altholzes sowie der Reststoffe in der Landwirtschaft und Abfallwirtschaft, also ein weit umfassender begriff, sich im großen Masse auf bereits in Verwendung gewesene Stoffe, Objekte und Produkte bezieht. Der Vorteil der Vergasung biogener Reststoffe liegt darin, dass bei sehr hohen Temperaturen T > 800°C bis T = 1600°C die molekularen Strukturen aufgelöst und zu Kohlenstoff als Feststoff und gasförmigen Bestandteilen umgewandelt und reduziert werden.
Neben den biogenen Reststoffen gibt es in vielen Prozessen Restgase, Schwachgase mit einem Heizwert von 1.3 kWh/Nm3 bis 5,0 kWh/Nm3, die in der Prozessindustrie abgefackelt werden, da sich eine weitere Nutzung aus wirtschaftlichen Gründen nicht lohnt. Bekannt ist das Abfackeln mit Hilfe von Gasfackeln in vielen Produktionsprozessen und Gewinnungsprozessen in Gewerbe und Industrie. Als Beispiel sei hier nur angeführt die Stahlproduktion, die Gewinnung von Shalegasen, die Gewinnung von Rohstoffen in der Minenindustrie für Industrie und Gewerbe.
Um Wasser zu verdampfen und zu überhitzen, um Kohlendioxid(CO2) zu verdampfen und zu überhitzen braucht man große Mengen an Wärme, die aus den Restgasen gewonnen werden müssen. In der Regel ist jedoch der Gasvolumenstrom an restgasen und Schwachgasen zu gering, um diesen notwendigen Wärmebedarf abdecken zu können.
Die Aufgabenstellung besteht nun darin, ein Verfahren zu erfinden, dass die Nutzung von biogenen Restoffen zusammen mit biogenen Restgasen, Restgasen aus Prozessen unter Verwendung von Wasserdampfplasma und Kohlendioxidplasma ein hochwertiges synthetisches Gas ergibt, das für die Verwertung und Umwandlung zu Dimethylether (DME) genutzt werden kann, und das Offgas(126) aus dem Dimethyletherprozess(117,122) wiederverwerten kann.
Das Verfahren in dem Patent DE 601 15 109 T2 beschreibt eine Plasmavergasung in einem Reaktor mit Hilfe eines Lichtbogenverfahrens. Bei einem Lichtbogenverfahren werden Kohleektroden verwendet über die Ströme mit einem sehr hohen Spannungspotenzial eines Gleichstromkreislaufes geleitet werden, sodass es zu einem überschlag von einer Elektrode zu der anderen Elektrode kommt. In diesem Lichtbogen kann man Feststoffe in einen gasförmigen ionisierten Zustand überführen. Der Nachteil ist der hohe Verschleiß und Verbrauch der Elektroden und der geringe Umsetzungswirkungsgrad.
Das in dem Patent DE 10 2006 007 458 A1 beschrieben Verfahren verwendet Mikrowellenbestrahlung um Kohlenstoffhaltige Feststoffe zu erwärmen und dann in einen Pyrolysereaktor einzubringen. Der Nachteil der Mikrowellenbestrahlung von Festkörpern sind die niedrigen Temperaturen und bei Kohlenstoff die hohe Reaktivität mit Luftsauerstoff und der geringe Umsetzungswirkungsgrad.
Das in dem Patent EP 0 202 428 B1 dargestellte Verfahren der Kohlevergasung erfolgt in einem Wirbelschichtbett in dem neben der gemahlenen Steinkohle auch Luft eingedüst wird.
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Das Verhältnis von Luftsauerstoff zu Kohlenstoff im Reaktor wird jedoch unterstöchiometrisch gefahren, wodurch nur ein Teil des Kohlenstoffes verbrannt wird, der restliche Kohlenstoff wird zu einem Schwachgas umgewandelt. Dieses Schwachgas ist auch als Stadtgas oder Leuchtgas bekannt. Der Nachteil ist der hohe Methangehalt und der sehr hohe Anteil an Teer, sowie der geringe Ausbrand und Umsetzungsgrad im Reaktor.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Verwendung von biogenen Stoffen und Reststoffen deren Eigenschaften und Zusammensetzung in der folgenden Tabelle beschrieben werden:
Parameter Altholz Stroh Schalen Plastik
C 50,25 49,16 57,56 82,91 %
H 6,09 6,36 6,10 12,29 %
N 0,20 0,63 2,17 0,71 %
S 0,10 0,13 0,24 0,14 %
0 43,35 43,73 33,88 2,54 %
CI 0,00 0 0,04 1,41 %
H2O 20,00 6,29 9,40 1,00 %
Asche 0,8 8,51 16,87 28,20 %
Heizwert 14,26 15,45 15,77 28,89 MJ/kg
O2(Vergasung) 9,2 129,5 133 755 g/kg
O2(Verbrennung) 1101 1174 1202 2235 g/kg
Tabelle 1: Elementare Zusammensetzung von biogenen Stoffen und Reststoffen
Neben der Erwärmung von Wasser durch Mikrowellen bei einer Frequenz von 2,45 GHz, spielen auch die Eigenfrequenzen von Wasser eine Rolle, wenn man Wasserdampf effizient Wasserdampfplasma erzeugt werden soll. Dabei spielen die ersten Normalschwingungen und Biegeschwingungen eine Rolle. Die Eigenfrequenzen von Wasser ergeben sich aus den Messungen zu:
Wasser
Ä(m) F(GHZ)
1643 0.06086427 3000000000 49.29
1711 0.05844535 3000000000 51.33
2127 0.04701457 3000000000 63.81
3730 0.02680965 3000000000 111.9
3404 0.0293772 3000000000 102.12
3851 0.02596728 3000000000 115.53
Tabelle 2: Eigenfrequenzen eines Wassermoleküls
Neben der Erwärmung von Kohlendioxid(C02) durch Mikrowellen bei einer Frequenz von 2,45 GHz, spielen auch die Eigenfrequenzen von Kohlendioxid(CO2) eine Rolle, wenn am Kohlendioxid effizient Kohlendioxiddampfplasma erzeugen will. Dabei spielen die ersten Normalschwingungen und Biegeschwingungen eine Rolle. Die Eigenfrequenzen von Kohlendioxid(CO2) ergeben sich aus den Messungen zu:
Kohlendioxid(CO2)
X(m) F(GHZ)
526 0.19011407 3000000000 15.78
641 0.15600624 3000000000 19.23
2438 0.04101723 3000000000 73.14
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2565 0.03898635 3000000000 76.95
1373 0.07283321 3000000000 41.19
1480 0.06756757 3000000000 44.4
Tabelle 3: Eigenfrequenzen eines Kohlendioxidmoleküls
Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, die mit Hilfe eines Magnetron, Klystron oder Gyrotron erzeugt werden. Mikrowellen sind Streuschwingungen, die von Elektronen durch Hohlraumresonanz erzeugt wird. Zum Unterschied von den Anwendungen in der Konsumgüterindustrie unterscheiden sich die Mikrowellengeneratoren durch die Regelbarkeit der Frequenzen und damit die Anpassung an die Eigenfrequenzen der unterschiedlichen Medien wie Wasser(H2O), Wasserdampf(H2O), Kohlendioxid(CO2) und Kohlendioxiddampf(CO2).
Die Erwärmung durch Mikrowellen hat eine andere Wirkweise als die Erwärmung mit Hilfe von Wärme, die durch Wärmeleitung übertragen wird. Durch Mikrowellen werden die Moleküle zum Schwingen angeregt, man spricht daher auch von einer Erwärmung von innen heraus.
Die Wärme ergibt sich aus dem Volumen (V), dem elektrischen Feld ( E ), der Frequenz (Hz) und der Eindringtiefe und der Durchstrahlungstiefe,
P = 2ίπε'εΕ2ν [W]
F = Frequenz in Hz
E = elektrisches Feld
V =Volumen ε* = Dielektrizitätskonstante ε“ = Dielektrizitätskonstante
Und folgende Eindringtiefe λ Vs'
2π ε’ [m] λ = Wellenlänge
Bei Mikrowellen unterscheidet man zudem die Durchdringtiefe(s) und Eindringtiefe(s). Typische Werte sind:
Medium ε' ε“ T(°C) S (cm)
Wasser 69,4 4,9 50 3,3
Kohlendioxid(CO2) 62,4 2,5 25 5,9
Glas 4 0,0016 25 2794
Tabelle 4: Eigenschaften der Medien unter Mikrowellen
Wie man aus der Eigenschaften der Medien ersieht ist Glas für Mikrowellen durchlässig und eignet sich daher als Fenster um Mikrowellen in den Reaktor zu leiten. Beim Verdampfen ist auch zu beachten, dass es einen Temperaturverzug gibt, der bedeutet, dass Wasser auch noch bei einer Temperatur von 105°C in flüssiger Phase auftritt. Kommt es dann zu einer Erschütterung dann erfolgt eine schlagartige Verdampfung.
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Um ein kontinuierliches Verdampfen zu erreichen, werden Keramikkugeln im Verdampfer (27) verwendet. Das Wasser(17) strömt zwischen den Kugeln durch den Verdampfer (27) und wird so in Bewegung versetzt. Durch die Turbulenz der Strömung wird ein eingefrorener Zustand beim Verdampfen vermieden. Die Keramikkugeln aus AluminiumoxidfAhOa) haben zudem den Vorteil, dass diese die Wärme speichern. Durch die Kombination von Wärme speichernden Kugeln kann beim Verdampfen und Überhitzen der Anteil an notwendiger Wärme reduziert werden.
Der Einsatz von Mikrowellen stellt erfindungsgemäß eine Möglichkeit dar, Flüssigkeiten zu verdampfen, Gase und Flüssigkeiten zu erwärmen, ohne dabei Brennstoffe, Treibgase zu verbrennen (= oxidieren ). Für die Mikrowelle wird elektrische Energie benötigt. Der Wirkungsgrad der Mikrowelle in der Umsetzung von elektrischer Energie hat in der Regel einen Wert von 93% bis 95%. An der thermodynamischen Relation in Bezug auf Verdampfungsenthalpie und damit verbundener elektrischer Energie kann man ansetzen:
Wasser: Verdampfungsentahlpie hv = 2560 kJ/kg (p=1023mbar, T=298°K) Wirkungsgrad Verdampfer: 0.90
Wirkungsgrad Mikrowelle: 0.95
Für 1 kg/sec Wasser werden 2560 kJ/sec(=kWh) an thermischer Verdampfungsenthalpie benötigt. Damit ergibt sich eine Leistung von 2995 kWh an elektrischer Energie, und somit ein Wirkungsgrad von 85%. Industrielle Mikrowellengeneratoren haben üblicherweise eine Leistung von 100kW bis 500kW. Aus diesen Kenndaten ergibt sich die Anzahl der Generatoren, die für die Verdampfung von Wasser(H2O) verwendet werden müssen.
Die Erfindung löst die Aufgabe der Nutzung von Restgasen(5), biogenen Gasen(84), und dem Offgas(125) aus dem Dimethyletherprozess(117,122) durch die Erwärmung der Gase mit Hilfe von Mikrowellen und die Ausnutzung des Heißgases in einem Dampfvergasungsreaktor (37).
Name CO H2 H2O CH4 C3H8 C2H4 CO2 Hu
Vol% kWh/Nm3
Biogas 0 0 1 50 0 0 49 5,00
Holzgas 1 18.1 16.4 0 0.8 0 0 12 1.30
Holzgas 2 20 10 0 3 1 1 15 1.90
Holzgas 3 23 20 0.1 0.5 1 1 12 2.0
Shalegas 0 0 0 87.7 4.2 0 8.1 9.60
Offgas(DME) 5 5 0 3 2 2 Rest 0.5
Tabelle 5: Schwachgase und Restgase
Das Offgas(125), das in dem Dimethyletherprozess(117,122) entsteht, weist folgende Charakteristik und Zusammensetzung auf:
Offgas CO H2 CO2 CH4 C2H2 Hu
% % % % % Kwh/Nm3
Min 5 5 Rest 1 1 0.63
Max 7 7 Rest 4 5 1.81
Tabelle 6: Zusammensetzung des Offgases(125) aus dem Dimethy etherprozess (117,122)
Die Erfindung löst die Aufgabe der Verwendung von biogener festen Stoffen mit biogenen Restgasen, Restgasen aus Prozessen und Offgasen aus der Umwandlung in einem Dampfvergasungsreaktor, bei dem die notwendige Wärme um die Vergasungsreaktionen zu
6/32 ermöglichen durch das Heißgas, durch überhitzten Wasserdampf(H2O)(94) und überhitztes Kohlendioxid(CO2)(94) erreicht wird. Der Reaktor wird erfindungsgemäß bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C betrieben. Der Vorteil der Dampfvergasung besteht darin, dass keine Oxidationszone verwendet werden muss, sodass bei der Vergasung von Biogenen Stoffen(38) kein Stickstoff eingetragen wird, zudem auch keine Asche entsteht und der weitere Vorteil besteht darin, dass kein biogener Stoff(38) verbrannt werden muss, um die für den Prozess notwendig Wärme zu erzeugen.
Die Bauform des Reaktors(38) ist so ausgeformt, dass der Reaktor einen Düsenboden(49,105) besitzt, über den das Heißgas, der Wasserdampf(H2O) und der Kohlendioxiddampf(C02) eingetragen wird. Dabei wird das Prinzip der stationären Wirbelschicht verwendet. Um eine Wirbelschicht erreichen zu können, hat das Substrat eine Stückigkeit aufzuweisen die einen mittleren Durchmesser von dp ~ 3mm bis 5mm aufweist, einen Wassergehalt von 10%. Der Vorteil der Dampfvergasung besteht auch darin, dass Kohle in Form von gemahlener Biokohle, gemalenen Kohlepellets verwertet werden kann. Durch die Verwendung von Kohlendioxid(CO2) kann unter Verwendung eines Katalysators auch die Umwandlung von Kohlenstoff zu Generatorgas verwendet werden.
Das thermodynamische Prinzip der Dampfvergasung basiert auf der Wassergasreaktion von Kohlenstoff / C) mit Wasserdampf(H2O). Daher nennt man das so erzeugte Gas auch Wassergas. Wird zudem auch Kohlendioxiddampf mit Kohlenstoff verwertet ( Bouduradreaktion), dann erzeugt man zudem Generatorgas. Einfindungsgemäß eignet sich für eine reaktive Dampfvergasung die Eindüsung von Wasserdampfplasma:
C6H9O„ + 5H2O —-3CO + 3CO2 + 9.5H2 (CO:H2 = 1:3)
Diese ideale chemische Reaktion mit Wasserdampfplasma ergibt ein molares Verhältnis von CO:H2 = 1:3. In der praktischen Umsetzung bedingt durch Asymmetrien und Imperfektionen im Reaktor ergeben sich die molaren Zusammensetzungen des Produktgases nach Tabelle
6.
Die Bouduardreaktion ist sehr träge und stark endotherm. Die Wassergasreaktion ist schwach endotherm. Daher muss bei der Dampfvergasung mit Kohlendioxid(C02) zusätzlich thermische Energie eingetragen werden, um so die Reaktortemperatur von 600°C bis 1000°C aufrecht zu erhalten. Erfindungsgemäß eignet sich daher die Eindüsung von Kohlendioxidplasma(75).
Die Verwendung des Wasserdampfplasmas(83) und des Kohlendioxidplasmas(75) ergibt eine Gaszusammensetzung des Produktgases
H2 CO2 CO CH4 Hu
% % % % kWh/Nm3
Holz 57,8 17,9 22,5 1,2 2.96
Tabelle 7: Gaszusammensetzung bei Holz mit Wasserdampfplasma(83)
Der erfindungsgemäße Vorteil dieser Gaszusammensetzung ergibt sich bei der Methanolsynthese zu:
CO + 2H2 —CH3OH (CO:H2 = 1:2)
Gemäß der Erfindung ergibt sich ein molares Verhältnis von Kohlenmonoxid(CO) zu Wasserstoff(H2) von 1 : 2, somit ist eine zusätzliche Erzeugung von Wasserstoff(H2)
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Figure AT521210A1_D0001
Nicht notwendig.
Um den Anteil an elektrischer Energie für das Erzeugen von Wasserdampf(H2O)(30) und Kohlendioxiddampf(CO2)(87) zu reduzieren, wird erfindungsgemäß Wasserdampfplasma(H2O) und Kohlendioxidplasma(C02) in den Reaktor eingetragen. Die Verwendung von Plasma bedeutet, dass man ein hochreaktives ionisiertes und damit energiereiches Gas in Form eines Plasmas mit den biogenen Stoffen in Kontakt bringt.
Unter Plasma versteht man einen ionisierten Zustand eines Dampfes oder Gases, in dem Elektronen, Ionen, Radikale in getrennter Form vorliegen. Technisch gesehen kann man Plasma mit Hilfe einer Kathode und Anode und einer zwischen beiden Elektroden angelegten Hochspannung erzeugen. Durch den elektrischen Lichtbogen zwischen Kathode und Anode kann ein Gas ionisiert werden. Übliche Elektroden sind Tungstenelektroden. Doch der Nachteil dieser Lichtbogenplasmen liegt in dem hohen Verschleiß an Elektroden und dem geringen Wirkungsgrad in der Umsetzung von elektrischer Energie in den Plasmazustand eines Gases oder Dampfes, man spricht daher von einer Teilionisierung.
Erfindungsgemäß wird ein induktiv erzeugtes Plasma (75,83) eingesetzt. Durch ein induktiv erzeugtes Magnetfeld kann elektromagnetische Energie in den Dampf übertragen werden. Das Plasma wird in dielektrischen Rohren (hochtemperaturbeständige Keramiken) mit Magnetspulen geführt und so in den Reaktor eingetragen. Dieses Verfahren ist sehr verschleißarm und hat einen hohen Umsetzungswirkungsgrad, da das Gas über eine längere Zeit in einem elektromagnetischen Feld ionisiert werden kann. Zudem kann man die elektromagnetischen Spulen sehr gut mit Wasser oder Kohlendioxid(CO2) kühlen und es gibt keinerlei Elektroden die als Verschleißteile auftreten können.
Die Reaktion von biogenen Stoffen mit Wasserdampfplasma(H2O) ergibt folgende energetischen Eigenschaften:
E(MJ/kg) O(kg/kg) SG(m3/kg) H2 CO CO2 n2 CE(MJ/kg) HC(MJ/kg)
H2O 13,3 2,66 2,08 61,0 19,8 19,2 0,07 17,3 96,0
H2O 7,35 0,38 1,79 54,6 39,2 6,02 0,08 17,8 54,4
E = Energieverbrauch
O = Sauerstoffbedarf definiert den Anteil an Wasserdampf(H2O) oder Kohlendioxid(CO2) SG = trockenes synthetisches Gas
CE = Heizwert des trockenen Syngas
HC = Energie für die Erzeugung des Wasserstoffanteiles
Die Reaktion von biogenen Stoffen mit Kohlendioxidplasma(C02) ergibt folgende energetischen Eigenschaften:
E(MJ/kg) O(kg/kg) SG(m3/kg) H2 CO CO2 Ν2 CE(MJ/kg) HC(MJ/kg)
CO2 10,1 2,02 2,31 16,4 56,3 27,3 0,08 18,8 73,0
CO2 7,35 0,37 1,75 41,8 54,5 3,60 0,08 18,2 52,9
E = Energieverbrauch
O = Sauerstoffbedarf definiert den Anteil an Wasserdampf(H2O) oder Kohlendioxid(CO2) SG = trockenes synthetisches Gas
CE = heizwert des trockenen Syngas
HC = Energie für die Erzeugung des Wasserstoffanteiles
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Die Verwendung von Plasmageneratoren(75,83) wird es erfindungsgemäß ermöglicht Energie in den Reaktor(37) direkt zu einzubringen. Damit kann man verfahrenstechnisch die Brennkammer weglassen und verlagert so die Oxidationsprozesse in den Reaktor und vereinfacht so den anlagentechnischen und verfahrenstechnischen Aufwand erheblich. Auch unter Verwendung von Wasserdampfplasma(H2O) und Kohlendioxidplasma(CO2) wird der Reaktor mit einer Temperatur von 600°C bis 1000°C betrieben.
Die Erfindung nutzt auch die Möglichkeit Kohlenstoff in Form von Kohle, Holzkohle aus anderen Prozessen zu verwerten. Mit Hilfe der Dampfvergasung erhält man
Hu (kJ/Nm3) C (% Umwandlung) H(% Umwandlung)
Holzkohle 4,75 88,7 85,2
Altholz 5,88 81,1 85,4
Tabelle 8: Vergleich der Dampfvergasung von Kohle zu Altholz in der Umwandlung und dem Heizwert t
Ein Vorteil dieser Erfindung ist die Skalierbarkeit des Reaktors, in einem thermischen Bereich von 500 kW bis hin zu 5 MW. Zudem weist der Reaktor den flexiblen angepassten und regelbaren Einsatz von Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) auf, und ermöglicht die Nutzung von biogenen Restgasen zusammen mit biogenen Reststoffen. Diese Eigenschaften sind für dezentralen Anlagen von Bedeutung und ermöglichen so, die Nutzung regionaler Stoffaufkommen im gasförmigen Bereich und im Feststoffbereich.
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Abbildungen
Abbildung 1
Die Abbildung 1 zeigt den Reaktor, in dem das heiße Abgas aus der Brennkammer bestehend aus Kohlendioxid(C02) und WasserdampfihhO) über einen Düsenboden eingedüst wird. Schwachgas (1) wird über eine Verdichter (2) und eine Druck und Volumenstromregler (3) in eine Brennkammer (4) eingedüst und zusammen mit angereichtertem Sauerstoff aus der Druckwechselabsorption (10), die Luft (9) in Sauerstoff und Stickstoff (11) auftrennt, über eine druck und Volumenstromregler (12) in die Brennkammer (4) eingebracht. Das heiße Abgas (13) aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2Ö) wird über einen Düsenboden (49) im Reaktor (22) eingebracht. Wasser in einem Wassertank(16) wird über eine Pumpe (18) über einem Druck und Volumenstromregler (19) einem Mikrowellenverdampfer zu geführt. Die Wärme zum Verdampfen von Wasser erfolgt mit Hilfe eines Mikrowellengenerators bestehend aus einem Magnetron (22) einem Isolator (21) und Isolator (21), der Wärmeübertragung im Verdampfer (23), dem Regler in Form eines Kolben (26). Das Gemisch aus Wasserdampf(H2O) und Kondensat (28) wird der Dampftrommel zugeführt in den Sattdampf (30) getrennt und das heiße Kondensat (15) dem Tank rückgeführt. Der Sattdampf wird über einen Mikrowellengenerator (31,32,34,35) der als Überhitzer (33) wirkt als überhitzter Dampf (36) dem Reaktor zugeführt. Der Reaktor (22) besitzt am Boden einen Gleichrichter (45), der die Austragsschnecke (46) mit einer gasdichten Armatur (47) die Kohle(48) austrägt. In den Reaktor (22) wird biogene Stoffe (38) über die Klappe (39) und die gasdichte und druckfeste Klappe (40) über die Schnecke (41) in den Reaktor eingetragen. Am Reaktorkopf wird das Rohgas (42) über einen Zyklon (43) ausgetragen, dann mit einem Gaswäscher (51) gereinigt. Das Rohgas wird aus dem Reaktor (22) mit dem Verdichter (53) ausgesaugt und als verdichtetes Produktgas (53) zur weiteren Verwertung zur Verfügung gestellt. Neben dem Schwachgas (1), besteht die Möglichkeit, dass Restgase (5) über einen Verdichter (6) und einem Druck und Volumenstromregler in die Brennkammer eingedüst werden.
Abbildung 2
Die Abbildung 2 zeigt den Reaktor, in dem das heiße Abgas aus der Brennkammer bestehend aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) über einen Düsenboden eingedüst wird. Schwachgas (1) wird über eine Verdichter (2) und eine Druck und Volumenstromregler (3) in eine Brennkammer (4) eingedüst und zusammen mit angereichertem Sauerstoff aus der Druckwechselabsorption (10), die Luft (9) in Sauerstoff und Stickstoff (11) auftrennt, über eine druck und Volumenstromregler (12) in die Brennkammer (4) eingebracht. Das heiße Abgas (13) aus Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H2O) wird über einen Düsenboden (49) im Reaktor (22) eingebracht. Wasser in einem Wassertank(16) wird über eine Pumpe (18) über einem Druck und Volumenstromregler (19) einem Mikrowellenverdampfer zu geführt. Die Wärme zum Verdampfen von Wasser erfolgt mit Hilfe eines Mikrowellengenerators bestehend aus einem Magnetron (22) einem Isolator (21) und Isolator (21), der Wärmeübertragung im Verdampfer (23), dem Regler in Form eines Kolben (26). Das Gemisch aus Wasserdampf(H2O) und Kondensat (28) wird der Dampftrommel zugeführt in den Sattdampf (30) getrennt und das heiße Kondensat (15) dem Tank rückgeführt. Der Sattdampf wird übereinen Mikrowellengenerator (31,32,34,35) der als Überhitzer (33) wirkt als überhitzter Dampf (36) einem Plasmagenerator zugeführt. Der Plasmagenerator besteht aus einer Druck und Volumenstromregelarmatur (76), einem induktiven Plasmagenerator (77, 78, 79) einer Düse (80) und einer Absperrarmatur, über die das Wasserdampfplasma (83) in den Reaktor eingebracht wird. Neben dem Wasserdampf(H2O)plasma wird auch ein Kohlendioxidplasma (75) dem Reaktor zugeführt. Das Kohlendioxid(CO2) (55) wird in einem Tank (56)
10/32 gespeichert mit einer Pumpe (57) piner Druck und Volumenstromregler (58) zugeführt und mit Hilfe eines Mikrowellenverdampfers bestehend aus dem einem Magnetron, Isolator und Dämpfer (59,60,61,64), sowie dem Kolbenregler und der Verdampfungsraum (62) in einen dampfförmigen und überhitzten Phasenzustand gebracht. Ein Teil des dampfförmigen Kohlendioxids (CO2) (66) wird mit dem angereicherten Sauerstoff (12) gemischt und in die Brennkammer(4) eingebracht, der andere Teil wird über den Druck und Volumenstromregler (68) dem induktiven Plasmagenerator (69,70,71,72) zugeführt, über die Düse 73 beschleunigt und durch die Absperrarmatur (74) als Plasma (75) dem Reaktor (22) zugeführt.
Der Reaktor (22) besitzt am Boden einen Gleichrichter (45), der die Austragsschnecke (46) mit einer gasdichten Armatur (47) die Kohle (48) austrägt. In den Reaktor (22) wird biogene Stoffe (38) über die Klappe (39) und die gasdichte und druckfeste Klappe (40) über die Schnecke (41) in den Reaktor eingetragen. Am Reaktorkopf wird das Rohgas (42) über einen Zyklon (43) ausgetragen, dann mit einem Gaswäscher (51) gereinigt. Das Rohgas wird aus dem Reaktor (22) mit dem Verdichter (53) ausgesaugt und als verdichtetes Produktgas (53) zur weiteren Verwertung zur Verfügung gestellt. Neben dem Schwachgas (1), besteht die Möglichkeit, dass Restgase (5) über einen Verdichter (6) und einem Druck und Volumenstromregler in die Brennkammer eingedüst werden.
Abbildung 3
Die Abbildung 3 zeigt den Reaktor(37), in dem ein heißes Dampfgemisch aus Kohlendioxid(C02) überden Druck und Volumenstromregler (91) nach dem Mikrowellenüberhitzer (85,85,87,90) und der überhitzte Wasserdampf(H2O) über die Druck und Volumenstromregler (93) nach dem Mikrowellenüberhitzer (31,32,33,35) als Dampfgemisch (94) dem Düsenboden (49) im Reaktor (22) zugeführt. Wasser in einem Wassertank(16) wird über eine Pumpe (18) über einem Druck und Volumenstromregler (19) einem Mikrowellenverdampfer zu geführt. Die Wärme zum Verdampfen von Wasser erfolgt mit Hilfe eines Mikrowellengenerators bestehend aus einem Magnetron (22) einem Isolator (21) und Isolator (21), der Wärmeübertragung im Verdampfer (23), dem Regler in Form eines Kolben (26). Das Gemisch aus Wasserdampf(H2O) und Kondensat (28) wird der Dampftrommel zugeführt in den Sattdampf (30) getrennt und das heiße Kondensat (15) dem Tank rückgeführt. Der Sattdampf wird über einen Mikrowellengenerator (31,32,34,35) der als Überhitzer (33) wirkt als überhitzter Dampf (36) einem Plasmagenerator zugeführt. Der Plasmagenerator besteht aus einer Druck und Volumenstromregelarmatur (76), einem induktiven Plasmagenerator (77, 78, 79) einer Düse (80) und einer Absperrarmatur, über die das Wasserdampfplasma (83) in den Reaktor eingebracht wird. Neben dem Wasserdampfplasma wird auch ein Kohlendioxidplasma (75) dem Reaktor zugeführt. Das Kohlendioxid(C02) (55) wird in einem Tank (56) gespeichert mit einer Pumpe (57) einer Druck und Volumenstromregler (58) zugeführt und mit Hilfe eines Mikrowellenverdampfers bestehend aus dem einem Magnetron, Isolator und Dämpfer (59,60,61,64), sowie dem Kolbenregler und der Verdampfungsraum (62) in einen dampfförmigen und überhitzten Phasenzustand gebracht. Das überhitzte Kohlendioxid(CO2) wird über den Druck und Volumenstromregler (68) dem induktiven Plasmagenerator (69,70,71,72) zugeführt, über die Düse 73 beschleunigt und durch die Absperrarmatur (74) als Plasma (75) dem Reaktor (22) zugeführt.
Der Reaktor (22) besitzt am Boden einen Gleichrichter (45), der die Austragsschnecke (46) mit einer gasdichten Armatur (47) die Kohle (48) austrägt. In den Reaktor (22) wird biogene Stoffe (38) über die Klappe (39) und die gasdichte und druckfeste Klappe (40) über die Schnecke (41) in den Reaktor eingetragen. Am Reaktorkopf wird das Rohgas (42) über einen Zyklon (43) ausgetragen, dann mit einem Gaswäscher (51) gereinigt. Das Rohgas wird aus dem Reaktor (22) mit dem Verdichter (53) ausgesaugt und als verdichtetes Produktgas
11/32 (53) zur weiteren Verwertung zur Verfügung gestellt. Neben dem Schwachgas (1), besteht die Möglichkeit, dass Restgase (5) über einen Verdichter (6) und einem Druck und Volumenstromregler in die Brennkammer eingedüst werden.
Abbildung 4
Die Abbildung 4 zeigt den Reaktor(37), in dem ein heißes Dampfgemisch aus Kohlendioxid(CO2) über den Druck und Volumenstromregler (91) nach dem Mikrowellenüberhitzer (85,85,87,90) und der überhitzte Wasserdampf(H2O) über den Druck und Volumenstromregler (93) nach dem Mikrowellenüberhitzer (31,32,33,35) als Dampfgemisch (94) dem Düsenboden (49) im Reaktor (22) zugeführt. Wasser in einem Wassertank(16) wird über eine Pumpe (18) über einem Druck und Volumenstromregler (19) einem Mikrowellenverdampfer zu geführt. Die Wärme zum Verdampfen von Wasser erfolgt mit Hilfe eines Mikrowellengenerators bestehend aus einem Magnetron (22) einem Isolator (21) und Isolator (21), der Wärmeübertragung im Verdampfer (23), dem Regler in Form eines Kolben (26). Das Gemisch aus Wasserdampf(H2O) und Kondensat (28) wird der Dampftrommel zugeführt in den Sattdampf (30) getrennt und das heiße Kondensat (15) dem Tank rückgeführt. Der Sattdampf wird über einen Mikrowellengenerator (31,32,34,35) der als Überhitzer (33) wirkt als überhitzter Dampf (36) einem Plasmagenerator zugeführt. Der Plasmagenerator besteht aus einer Druck und Volumenstromregelarmatur (76), einem induktiven Plasmagenerator (77, 78, 79) einer Düse (80) und einer Absperrarmatur, über die das Wasserdampfplasma (83) in den Reaktor eingebracht wird. Neben dem Wasserdampfplasma wird auch ein Kohlendioxidplasma (75) dem Reaktor zugeführt. Das Kohlendioxid(CO2) (55) wird in einem Tank (56) gespeichert mit einer Pumpe (57) einer Druck und Volumenstromregler (58) zugeführt und mit Hilfe eines Mikrowellenverdampfers bestehend aus dem einem Magnetron, Isolator und Dämpfer (59,60,61,64), sowie dem Kolbenregler und der Verdampfungsraum (62) in einen dampfförmigen und überhitzten Phasenzustand gebracht. Das überhitzte Kohlendioxid(CO2) wird über den Druck und Volumenstromregler (68) dem induktiven Plasmagenerator (69,70,71,72) zugeführt, über die Düse 73 beschleunigt und durch die Absperrarmatur (74) als Plasma (75) dem Reaktor (22) zugeführt.
Der Reaktor (22) besitzt am Boden einen Gleichrichter (45), der die Austragsschnecke (46) mit einer gasdichten Armatur (47) die Kohle(48) austrägt. In den Reaktor (22) wird biogene Stoffe (38) über die Klappe (39) und die gasdichte und druckfeste Klappe (40) über die Schnecke (41) in den Reaktor eingetragen. Am Reaktorkopf wird das Rohgas (42) über einen Zyklon (43) ausgetragen, dann mit einem Gaswäscher (51) gereinigt. Das Rohgas wird aus dem Reaktor (22) mit dem Verdichter (53) ausgesaugt und als verdichtetes Produktgas (53) zur weiteren Verwertung zur Verfügung gestellt. Neben dem Schwachgas (1), besteht die Möglichkeit, dass Restgase (5) über einen Verdichter (6) und einem Druck und Volumenstromregler in die Brennkammer eingedüst werden.
Restgas bestehend aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und Kohlendioxid(CO2) wird über einen Verdichter(95) und einer Druck und Volumenstromregler (96) einem Mikrowellenüberhitzer (98,99,100,103) und dem-Überhitzer (101) als Heißgas (104) in den Reaktor (22) über den Düsenboden(105) eingebracht.
Abbildung 5
Die Abbildung 5 zeigt die Verwertung des hochwertigen energiereichen Schwachgases (106) wird dem Verdichter (107) zugeführt. Das verdichtete Gas wird über den Wärmetauscher (108) rückgekühlt und dem zweiten Verdichter (109) zugeführt. Das verdichtete Gas wird über den Wärmetauscher (110) rückgekühlt, über den Kondensator (111) wird flüssiges Kohlendioxid(CO2) abgeschieden, und das Restgas bestehend aus Wasserstoff(H2) und
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Kohlenmonoxid(CO) wird über den Wärmetauscher (112) erwärmt. Das flüssige Kohlendioxid(C02) wird im Tank (113) gespeichert, und über die Pumpe (114) als flüssiges Kohlendioxid(C02) (115) zur Wiederverwertung rückgeführt. Das synthetische Gas (116) wird dem Methanolprozess (117) zugeführt, das flüssige Methanol (121) wird dem Dimethyletherprozess (122) zugeführt, wo Dimethylether (124) gewonnen wird, das unverbrauchte Methanol (120) rückgeführt wird, das Wasser(123) aus dem Dimethyletherprozess (122) und das Wasser aus dem Methanolprozess (119) wird zusammen (126) dem Prozess als Prozesswasser rückgeführt. Das unverbrauchte Offgas (118) aus dem Methanolprozess (117) wird der Brennkammer (4) oder dem biogenen Gas (95) zugeführt, und so die Umsetzungseffizienz des Reaktors (22) verbessert.
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Bezeichnungen und Symbole
Schwachgas
Verdichter
Druck und Volumenstromregler
Brennkammer
Offgas
Verdichter
Druck und Volumenstromregler
Offgas
Luft
Druckwechselabsorption
Stickstoff
Druck und Volumenstromregler
Abgas aus Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H2O)
Wasser
Heißwasser
Wassertank
Wasser
Pumpe
Druck und Volumenstromregler
Magnetron
Isolator
Dämpferstäbe
Verdampfer
Verdampfer - Fenster
Resonator
Kolben
Verdampfer
Sattdampf
Dampftrorrimel
Sattdampf
Magnetron
Isolator + Dämpfer
Fenster + Überhitzer
Fenster
Resonator + Kolben überhitzter Wasserdampf(H2O)
Reaktor biogene Stoffe
Klappe
Klappe
Eintragschnecke
Rohgas
Zyklon
Kohle
Rückführschnecke
Austragschnecke mit Gleichrichter gasdichte Armatur
Kohle
Düsenboden
Rohgas
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Gaswäscher
Reingas
Verdichter
Reingas
Kohlendioxid(CO2)
Kohlendioxid(C02) Tank
Pumpe
Druck und Volumenstromregler
Magnetron
Isolator
Dämpfer
Verdampfer und MW Fenster
Koben und Resonator
Kolben
Kohlendioxid(CO2)
Kohlendioxid(CO2)
Kohlendioxid(CO2)
Druck und Volumenstromregler
Plasmagenerator
Plasmagenerator
Plasmagenerator
Plasmagenerator
Düse
Absperrarmatur
Plasmarohr
Druck und Volumenstromregler
Plasmagenerator
Plasmagenerator
Plasmagenerator
Düse
Absperrarmatur
Plasma
Plasmarohr biogene Gase, Restgase
Magnetron
Isolator
Dämpfer
Überhitzer + Fenster
Fenster
Resonator + Kolben
Druck und Volumenstromregler
Mischer
Druck und Volumenstromregler
Wasserdampf(H2O) und Kohlendioxid(CO2)
Verdichter
Druck und Volumenstromregler biogene Restgase, Offgase Magnetron
Isolator
Dämpfer
Fenster + Überhitzer
Fenster
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103 Resonator + Kolben
104 Heißgas
105 Düsenboden
106 Synthetisches Gas
107 Verdichter
108 Rückkühler
109 Verdichter
110 Rückkühler
111 Kondensator Kohlendioxid(CO2)
112 Überhitzer
113 Kohlendioxid tank
114 Pumpe
115 Kohlendioxid(CO2)
116 Synthetisches Gas
117 Methanolanlage
118 Offgas
119 Wasser
120 Methanol
121 Methanol
122 Dimethyletheranlage
123 Wasser (H2O)
124 Dimethylether (DME)
125 Offgas
126 Wasser aus Methanolprozess und Dimethyletherprozess
127 Druck und Volumenstromregler
Abkürzungen
PSA Druckwechselabsorption zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff BK Brennkammer
DV Dampfvergasung
SG synthetisches Gas
PG Pyrolysegas
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Claims (6)

  1. Ansprüche
    1. Verfahren zur Erzeugung eines synthetischen Gases umfassend einen Wassertank(16), eine Pumpe(18), einen Verdampfer(27) mit einem Mikrowellengenerator(20,21,22,25,26), eine Dampftrommel(29), einen Überhitzer(33) mit einem Mikrowellengenerator(31,32,34,45), einen Plasmagenerator(53) mit einem Regler(75), mit einer Düse(80,81), mit einem Plasmarohr(83), einem Reaktor(37), mit einem Düsenboden(49), einer Eintragsschnecke(41), mit einer Doppelklappe(39,40), mit einer Austragsschnecke(46), mit einem Zyklon(43), mit einer Gasreinigung(51), mit einem Verdichter(53), mit einer Rückführschnecke(45) dadurch gekennzeichnet, dass
    - Wasser(16) in flüssiger Phase in einem Tank(16) bei einem Druck von minimal 50 bar, maximal 80 bar, bevorzugt 50 bar gespeichert wird
    In einem Wasserverdampfer(27) das Wasser(H2O) auf eine Temperatur von minimal 85°C, maximal 150°C, bevorzug 120°C verdampft wird
    Das Wasser(16) auf einen Druck von minimal 1,5 bar, maximal 5 bar, bevorzugt 3 bar mit einer Pumpe(16) verdichtet wird
    - Der Wasserverdampfer(27) mit einer Schüttung aus Keramikkugeln aus Aluminiumoxid(AI2O3) ausgestattet ist, sodass die Strömung des Wassers in den Zwischenräumen der heißen Keramikkugeln erfolgt
    Die Porosität der Kugelschüttung minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    - Die Wärme im Wasserverdampfer(27) über die Oberfläche der Keramikkugeln auf das Wasser übertragen wird und es so zu einer Verdampfung kommt,
    - Die Keramikkugeln aus Aluminiumoxid(AI2O3) eine Temperatur von minimal 90°C, maximal 160°C, bevorzugt 130°C aufweisen
    - Die Wärme in den Keramikkugeln über Mikrowellen eines Mikrowellengenerators (20,21,22,24,25,26) erzeugt wird
    Die Frequenz des Mikrowellengenerators (20,21,22,24,25,26) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (20,21,22,24,25,26)minimal 50kW, maximal 600kW, bevorzugt 500kW beträgt
    - Das Gemisch aus Wasser und Wasserdampf(28) in einer Dampftrommel(29) in einen trockenen Sattdampf(30) und einem rückgeführten heißem flüssigen Wasser( 15) getrennt wird
    - Der Wasserdampf(30) als trockener Sattdampf in einem Überhitzer(33) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C überhitzt wird
    - Der Wasserdampfüberhitzer(33) mit einer Kugelschüttung aus keramischen Kugeln ausgestattet ist, sodass die Strömung des Kohlendioxid in den Zwischenräumen der heißen Keramikkugeln erfolgt
    - Die Porosität der Kugelschüttung minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt, Die Wärme im Wasserdampfüberhitzer(33) über die Oberfläche der Keramikkugeln auf den Sattdampf(30) übertragen wird
    Die Keramikkugeln eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C, bevorzugt 500°C aufweisen
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    Die Wärme in den Keramikkugeln über Mikrowellen des Mikrowellengenerators (31,32,34,35) erzeugt wird
    - Die Frequenz des Mikrowellengenerators (31,32,34,35) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    Der heiße Wasserdampf in einem Plasmagenerator(73) induktiv in Form von Spulen vom dampfförmigen Zustand in einen ionisierten Zustand umgewandelt wird.
    - Der Plasmagenerator eine elektrische Leistung von minimal 50 kW, maximal 600kW, bevorzugt 500 kW aufweist
    Die Regelung des Druckes und Volumenstromes an heißem Kohlendioxid über einen Volumenstromregler(76) erfolgt, sodass die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse (73) geregelt werden kann
    Das Plasma mit einer Düse (80,81) auf eine Geschwindigkeit von einer minimalen Schallgeschwindigkeit von 1 Mach, maximal von 7 M, bevorzugt von 2,5 Mach beschleunigt wird
    - Das Wasserdampfplasma über ein induktives Plasmarohr(83) in den Reaktor(37) eingetragen wird
    Der Reaktor(37) im Unterdrück mit einem Druck minimal von 0.4 bar, maximal 0.9bar, bevorzugt 0.75 bar betrieben wird
    Das Rohgas(42) aus dem Reaktor(37) herausgesaugt wird
    Der ausgesaugte Partikelanteil im Rohgas(42) über einen Zyklon(43) abgeschieden wird
    Der Zyklon(43) einen Abscheidegrad an Feststoffen minimal 75%, maximal 99%, bevorzugt zu 90% aufweist
    Der abgeschiedene Stoffanteil aus Kohlenstoff und biogenen Stoffen besteht und über eine Rückführschnecke(45) dem Reaktor(37) zugeführt wird
    Die Rückführschnecke gasdicht und druckfest ist, sodass der Reaktor(37) im Unterdrück betrieben werden kann
    Das Rohgas(50) über eine Gaswäsche(51) gereinigt wird, und einen Teeranteil von minimal 0.1%, maximal von 5%, bevorzugt von 1% aufweist
    Das Rohgas(50) über eine Gaswäsche(51) gereinigt wird und einen Partikelanteil von minimal 0.5 mg/Nm3, maximal 10 mg/Nm3 und bevorzugt 5mg/Nm3 aufweist Der Verdichter(53) das Rohgas(42) aus dem Reaktor(37) mit einem Unterdrück minimal 0.4 bar, maximal 0.9 bar, bevorzugt 0.75 bar heraussaugt und auf einen Druck von minimal 1.5, maximal 3.0, bevorzugt 2.5 bar verdichtet
    Das Rohgas(42) eine Gaszusammensetzung aus Kohlenmonoxid(CO), Wasserstoff^), Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H2O) aufweist, mit der Eigenschaft, dass der Volumenanteil an Kohlendioxid minimal 1%, maximal 15%, bevorzugt 5% , der Volumenanteil an Wasserdampf minimal 1%, maximal 10%, bevorzugt 5%, der Volumenanteil an Kohlenmonoxid(CO) minimal 20%, maximal 40%, bevorzugt 30% beträgt, der Volumenanteil an Wasserstoff minimal 35%, maximal 78%, bevorzugt 60% beträgt
    Der unverbrauchte Kohlenstoff aus dem Reaktor(37) mit einer Austragsschnecke(46) ausgetragen wird und einen Anteil von minimal 0.5%, maximal 25%, bevorzugt 10% der Masse des eingebrachten Kohlenstoffes und biogenen Stoffes beträgt Die Austragsschnecke(6) gasdicht und druckfest ist, sodass der Reaktor(37) im Unterdrück betrieben werden kann
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    - Der Eintrag des Kohlenstoffes(38) und des biogenen Stoffes(38) über eine gasdichte und druckfeste Eintragsschnecke erfolgt, sodass der Reaktor (37) im Unterdrück betrieben werden kann
    - Der Kohlenstoff(38) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 0.1mm, maximal 5mm, bevorzugt 1.0 mm aufweist
    - Der biogene Stoffe(38) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 1mm, maximal 10mm, bevorzugt 3mm aufwiest
    - Der biogene Stoff(38) einen Wassergehalt von minimal 9%, maximal 15%, bevorzugt 10% aufweist
    - Der Eintrag in die Schnecke(41) über hydraulisch betätigte Klappen erfolgt, die wechselseitig geöffnet und geschlossen werden, um so den Eintrag an Stickstoff(N2) über den Luftsauerstoff zu minimieren, sodass minimal 0.1%, maximal 1%, bevorzugt 0.5% an Stickstoff in den Reaktor (37) eingetragen wird
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Kohlendioxidtank(56), eine Pumpe(57), einen Kohlendioxidverdampfer(62) mit Mikrowellengenerator(59,60,61,63,64), einem Kohlendioxidüberhitzer(68) mit'einem Mikrowellengenerator(85,86,87,89,90), einem Plasmagenerator(73) mit einem Regler(68), mit einer Düse(73), mit einem Plasmarohr(75), dadurch gekennzeichnet, dass
    - Kohlendioxid(56) in flüssiger Phase in einem Tank(56) bei einem Druck von minimal 50 bar, maximal 80 bar, bevorzugt 50 bar gespeichert wird
    In dem Kohlendioxidverdampfer(62) das Kohlendioxid auf eine Temperatur von minimal 85°C, maximal 150°C, bevorzug 120°C verdampft wird
    - Der Kohlendioxidverdampfer(62) mit einer Kugelschüttung ausgestattet ist, sodass die Strömung des Kohlendioxid in den Zwischenräumen der heißen Keramikkugeln erfolgt
    - Die Wärme im Kohlendioxidverdampfer(62) über die Oberfläche der Keramikkugeln auf das dampfförmige Kohlendioxid übertragen wird
    - Die Keramikkugeln eine Temperatur von minimal 90°C, maximal 160°C, bevorzugt 130°C aufweisen
    - Die Wärme in den Keramikkugeln über Mikrowellen des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) erzeugt wird
    - Die Porosität der Kugelschüttung minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    - Die Frequenz des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) minimal 50 kW, maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    - Das Kohlendioxid(67) in einem Überhitzer(68) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C überhitzt wird
    - Der Kohlendioxidüberhitzer(68) mit einer Kugelschüttung aus keramischen Kugeln ausgestattet ist, sodass die Strömung des Kohlendioxid in den Zwischenräumen der heißen Keramikkugeln erfolgt
    - Die Porosität der Kugelschüttung minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    19/32
    - Die Wärme im Kohlendioxidüberhitzer(68) über die Oberfläche der Keramikkugeln auf das dampfförmige Kohlendioxid(67) übertragen wird
    - Die Keramikkugeln eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C, bevorzugt 500°C aufweisen
    - Die Wärme in den Keramikkugeln über Mikrowellen eines Mikrowellengenerators (85,86,87,89,90) erzeugt wird
    Die Frequenz des Mikrowellengenerators (85,86,87,89,90) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) minimal 50 kW, maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    - Das heiße Kohlendioxid in einem Plasmagenerator(73) induktiv in Form von elektromagnetischen Spulen vom dampfförmigen Zustand in einen ionisierten Zustand umgewandelt wird.
    - Der Plasmagenerator eine elektrische Leistung von minimal 50 kW, maximal 600kW, bevorzugt 500 kW aufweist
    - Die Regelung des Druckes und Volumenstromes an heißem Kohlendioxid über einen Volumenstromregler(68) erfolgt, sodass die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse (73) geregelt werden kann
    - Das Plasma mit einer Düse (73,74) auf eine Geschwindigkeit von einer minimalen Schallgeschwindigkeit von 1 Mach, maximal von 7 M, bevorzugt von 2,5 Mach beschleunigt wird
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Regler(93) für Wasserdampf, einen Regler(91) für Kohlendioxiddampf, einen Mischer(92), einem Düsenboden (49) dadurch gekennzeichnet, dass
    - Überhitzer Wasserdampf mit einem Volumenstromregler(93) in den Mischer (92) eingebracht wird, wobei der Volumenstrom minimal 0%, maximal 75%, bevorzugt 50% der erzeugten überhitzten Wasserdampfes beträgt
    Überhitzer Kohlendioxiddampf mit einem Volumenstromregler(91) in den Mischer (92) eingebracht wird, wobei der Volumenstrom minimal 0%, maximal 75%, bevorzugt 50% der erzeugten überhitzten Kohlendioxiddampfes beträgt
    - Die Temperatur des überhitzten Kohlendioxiddampfes minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C beträgt
    - Die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C beträgt
    - Das Gemisch(94) aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) einen volumetrischen Anteil von Kohlendioxid(CO2) mit minimal 10%, maximal 75%, bevorzugt 50%, und einen volumetrischen Anteil an Wasserdampf(H2O) mit minimal 10%, maximal 75%, bevorzugt 50% besitzt
    - Das Gemisch(94) aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) über einen Düsenboden(49) gleichverteilt über den Reaktorquerschnitt in den Reaktor(37) eingetragen wird
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Verdichter(95) für biogene Gase, einen Überhitzer(101) mit einem Mikrowellengenerator( 98,99,100,102,103), mit einem Düsenboden (105)
    20/32 dadurch gekennzeichnet, dass
    Biogene Gase(84) über einen Verdichter(95) angesaugt werden und auf einen Druck minimal 1.1 bar, maximal 3.0 bar, bevorzugt 1.75 bar verdichtet werden
    - Biogene Gase(84) einen volumetrischen Anteil an Methan(CH4) minimal von 5%, maximal 75%, bevorzugt mit 50% aufweisen
    Die biogenen Gase über einen Überhitzer(101) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C erwärmt werden
    - Die Erwärmung in dem Überhitzer(101) über Keramikkugeln aus AluminiumoxidiAfeOs) erfolgt, die eine heiße Oberfläche haben und eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C, bevorzugt 500°C aufweisen
    - Die Keramikkugeln im Überhitzer(101) eine Porosität von minimal 0.1, maximal 0.5, bevorzugt 0.3 aufweisen, und so eine turbulente Durchmischung des biogenen Gases mit der Oberfläche der Keramikkugeln ermöglichen
    - Die Erwärmung der Keramikkugeln mit Hilfe von Mikrowellen erfolgt, die mit Hilfe eines Mikrowellengenerators (98,99,100,102,103) erfolgt
    - Die Frequenz des Mikrowellengenerators (98,99,100,102,103) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (98,99,100,102,103) minimal 50 kW, maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    - Die Mikrowellen in einem Magnetron erzeugt werden, das eine Leistung von minimal 5 kW, maximal 600kW, bevorzugt 500kW aufweist
    - Das erhitzte biogene Gas über einen Düsenboden(105) gleichverteilt im Querschnitt des Reaktors(37) eingetragen wird
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Verdichter(2), eine Brennkammer(4), einer Druckwechseladsorption(10), Düsenboden(105), Kohlendioxid(66) dadurch gekennzeichnet, dass
    - Das Schwachgas(1,5) über einen Verdichter(2) angesaugt und auf einen Druck minimal 1.5bar, maximal 5bar, bevorzugt 1.75 bar verdichtet wird
    - Das Schwachgas(1,5) neben Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2), einen Anteil an Kohlenstoffpartikel minimal 0.1%, maximal 10%, bevorzugt 5% besitzt
    - Das Schwachgas(1,5) neben Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2), einen Anteil an Kohlenstoffpartikel minimal 0.1%, maximal 10%, bevorzugt 5% besitzt
    Der für die Oxidation des Schwachgases(1,5) notwendige Sauerstoff aus der Luft mit Hilfe einer Druckwechseladsorption(10) gewonnen wird, und einen Volumetrischen Anteil von minimal 95%, maximal 99%, bevorzugt 98% aufweist.
    - Das dem aus der Druckwechseladsorption(10) gewonnenen Sauerstoff
    Kohlendioxid(66) beigemischt wird, und so eine volumetrische Konzentration des Kohlendioxides (66) minimal 10%, maximal 80%, bevorzugt 50% beträgt,
    - Die Oxidation in der Brennkammer(4) über die Oberfläche an heißen Keramikkörpern erfolgt, die in Form von Kugeln eine Porosität aufweisen, sodass der Sauerstoff und das Gas turbulent hindurchströmen können
    - Die Porosität der Kugelschüttung einen minimalen Wert von 0.1, einen maximalen Wert von 0.5, bevorzugt einen Wert von 0.3 aufweist
    - Die Temperatur in der Brennkammer(4) einen minimalen Wert von 600°C, einen maximalen Wert von 1600°C, bevorzugt einen Wert von 1000°C aufweist
    21/32
    Das Abgas aus der Brennkammer(4) aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) bestehen, minimal einen volumetrischen Anteil an 95%, maximal an 99%, bevorzugt einen Anteil an 98% aufweisen,
    Das Abgas(9) aus der Brennkammer(4) wird über einen Düsenboden(105) gleichverteilt im Reaktor(37) im Querschnitt eingebracht
    22/32
    Figure AT521210A1_C0001
    23/32
    Figure AT521210A1_C0002
    Figure AT521210A1_C0003
    24/32
    WDV
    Figure AT521210A1_C0004
    Abbildung 3
    25/32
    Figure AT521210A1_C0005
    Abbildung 4
    WDV
    26/32
    Figure AT521210A1_C0006
    Abbildung 5
    27/32
    Figure AT521210A1_C0007
    Klassifikation des Anmeldungsgegenstands gemäß IPC: C10J 3/46 (2006.01) Klassifikation des Anmeldungsgegenstands gemäß CPC: C10J 3/463 (2013.01); Cl0J 2300/0916 (2013.01); C10J 2300/123 (2013.01); Cl0J 2300/1238 (2013.01); C10J 2300/1656 (2013.01) Recherchierter Prüfstoff (Klassifikation): C10J Konsultierte Online-Datenbank: EPODOC, WPIAP, Volltext-Patentdatenbanken EN und DE Dieser Recherchenbericht wurde zu den am 18.04.2018 eingereichten Ansprüchen 1-5 erstellt. Kategorie*· Bezeichnung der Veröffentlichung: Ländercode, Veröffentlichungsnummer, Dokumentart (Anmelder), Veröffentlichungsdatum, Textstelle oder Figur soweit erforderlich Betreffend Anspruch A A A A WO 2017003066 Al (WINTECH ENERGY CO., LTD. [KR]) 05. Januar 2017 (05.01.2017) & WO 2017003066 Al (WINTECH ENERGY CO., LTD. [KR]) 05. Januar 2017 (05.01.2017) (Zusammenfassung) [online] [abgerufen am 17.04.2019]. Abgerufen von EPOQUE: EPODOC und WPI Zusammenfassung; Figuren DE 102008032166 Al (TETZLAFF KARL-HEINZ [DE]) 14. Januar 2010 (14.01.2010) Das ganze Dokument EP 2597138 Al (SUNSHINE KAIDI NEW ENERGY GROUP CO., LTD. [CN]) 29. Mai 2013 (29.05.2013) Ansprüche, Figur EP 3075817 Al (WUHAN KAIDI ENG. TECH. RES. INST. CO., LTD. [CN]) 05. Oktober 2016 (05.10.2016) Ansprüche; Figur 1-5 1-5 1-5 1-5 Datum der Beendigung der Recherche: ς t 1 1 Prüfer(in): 17.04.2019 beite 1 von 1 ENGLISCH Julia *) Kategorien der angeführten Dokumente: A Veröffentlichung, die den allgemeinen Stand der Technik definiert. X Veröffentlichung von besonderer Bedeutung: der Anmeldungs- P Dokument, das von Bedeutung ist (Kategorien X oder Y), jedoch nach gegenstand kann allein aufgrund dieser Druckschrift nicht als neu bzw. auf dem Prioritätstag der Anmeldung veröffentlicht wurde, erfinderischer Tätigkeit beruhend betrachtet werden. E Dokument, das von besonderer Bedeutung ist (Kategorie X), aus dem Y Veröffentlichung von Bedeutung: der Anmeldungsgegenstand kann nicht ein „älteres Recht“ hervorgehen könnte (früheres Anmeldedatum, jedoch als auf erfinderischer Tätigkeit beruhend betrachtet werden, wenn die nachveröffentlicht, Schutz ist in Österreich möglich, würde Neuheit in Frage Veröffentlichung mit einer oder mehreren weiteren Veröffentlichungen stellen), dieser Kategorie in Verbindung gebracht wird und diese Verbindung für & Veröffentlichung, die Mitglied der selben Patentfamilie ist. einen Fachmann naheliegend ist.
    28/32
    Ansprüche
    1. Verfahren zur Erzeugung eines synthetischen Gases umfassend ein Wassertank (16), eine Pumpe (18), einen Verdampfer (27) mit einem Mikrowellengenerator (20,21,22,25,26), eine Dampftrommel(29), einen Überhitzer(33) mit einem Mikrowellengenerator (31,32,34,45), einen Plasmagenerator (77) mit einem Regler (75), mit einer Düse (80,81), mit einem Plasmarohr(83), einem Reaktor (37), mit einem Düsenboden (49), einer Eintragsschnecke(41), mit einer Doppelklappe (39,40), mit einer Austragsschnecke (46), mit einem Zyklon (43), mit einer Gasreinigung (51), mit einem Verdichter (53), mit einer Rückführschnecke (46) dadurch gekennzeichnet, dass
    - Wasser (16) in flüssiger Phase in einem Tank (16) bei einem Druck von minimal 50 bar, maximal 80 bar, bevorzugt 50 bar gespeichert wird
    In einem Wasserverdampfer (27) das Wasser (H2O) auf eine Temperatur von minimal 85°C, maximal 150°C, bevorzug 120°C verdampft wird
    - Das Wasser (16) auf einen Druck von minimal 1,5 bar, maximal 5 bar, bevorzugt 3 bar mit einer Pumpe (16) verdichtet wird
  6. 7 Die Porosität der Kugelschüttung im Wasserverdampfer (27) minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    - Die Keramikkugeln aus Aluminiumoxid (AI2O3) im Wasserverdampfer (27) eine Temperatur von minimal 90°C, maximal 160°C, bevorzugt 130°C aufweisen
    - Die Frequenz des Mikrowellengenerators (20,21,22,24,25,26) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (20,21,22,24,25,26) minimal 50kW, maximal 600kW, bevorzugt 500kW beträgt
    - Der Wasserdampf (30) als trockener Sattdampf in einem Überhitzer (33) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C überhitzt wird
    - Die Porosität der Kugelschüttung im Wasserdampfüberhitzer (33) minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    Die Keramikkugeln AI2O3 im Wasserdampfüberhitzer (33) eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C, bevorzugt 500°C aufweisen
    - Die Frequenz des Mikrowellengenerators (31,32,34,35) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    - Der Plasmagenerator (73) eine elektrische Leistung von minimal 50 kW, maximal 600kW, bevorzugt 500 kW aufweist
    Das Plasma mit einet Düse (80,81) auf eine Geschwindigkeit von einer minimalen Schallgeschwindigkeit von 1 Mach, maximal von 7 Mach, bevorzugt von 2,5 Mach beschleunigt wird
    - Der Reaktor (37) im Unterdrück mit einem Druck minimal von 0.4 bar, maximal 0.9bar, bevorzugt 0.75 bar betrieben wird
    - Das Rohgas (50) über eine Gaswäsche (51) gereinigt wird, und einen Teeranteil von minimal 0.1%, maximal von 5%, bevorzugt von 1% aufweist
    29/32
    ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
    Figure AT521210A1_C0008
    Das Rohgas (50) über eine Gaswäsche (51) gereinigt wird und einen Partikelanteil von minimal 0.5 mg/Nm3, maximal 10 mg/Nm3 und bevorzugt 5mg/Nm3 aufweist
    Der Verdichter (53) das Rohgas (42) aus dem Reaktor (37) mit einem Unterdrück minimal 0.4 bar, maximal 0.9 bar, bevorzugt 0.75 bar heraussaugt und auf einen Druck von minimal 1.5, maximal 3.0, bevorzugt 2.5 bar verdichtet
    Das Rohgas (42) eine Gaszusammensetzung aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) aufweist, mit der Eigenschaft, dass der Volumenanteil an Kohlendioxid minimal 1%, maximal 15%, bevorzugt 5% , der Volumenanteil an Wasserdampf minimal 1%, maximal 10%, bevorzugt 5%, der Volumenanteil an Kohlenmonoxid(CO) minimal 20%, maximal 40%, bevorzugt 30% beträgt, der Volumenanteil an Wasserstoff minimal 35%, maximal 78%, bevorzugt 60% beträgt
    Der Kohlenstoff (38) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 0.1mm, maximal 5mm, bevorzugt 1.0 mm aufweist
    Die biogenen Stoffe (38) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 1mm, maximal 10mm, bevorzugt 3mm aufweisen
    Der biogene Stoff (38) einen Wassergehalt von minimal 9%, maximal 15%, bevorzugt 10% aufweist
    Der Eintrag in die Schnecke (41) über hydraulisch betätigte Klappen erfolgt, die wechselseitig geöffnet und geschlossen werden, um so den Eintrag an Stickstoff (N2) über den Luftsauerstoff zu minimieren, sodass minimal 0.1%, maximal 1%, bevorzugt 0.5% an Stickstoff in den Reaktor (37) eingetragen wird
    2. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Kohlendioxidtank (56), eine Pumpe (57), einen Kohlendioxidverdampfer (62) mit Mikrowellengenerator (59,60,61,63,64), einem Kohlendioxidüberhitzer (68) mit einem Mikrowellengenerator (85,86,87,89,90), einem Plasmagenerator (73) mit einem Regler (68), mit einer Düse (73) mit einem Plasmarohr (75), dadurch gekennzeichnet, dass
    Kohlendioxid (56) in flüssiger Phase in einem Tank (56) bei einem Druck von minimal 50 bar, maximal 80 bar, bevorzugt 50 bar gespeichert wird
    In dem Kohlendioxidverdampfer (62) das Kohlendioxid auf eine Temperatur von minimal 85°C, maximal 150°C, bevorzug 120°C verdampft wird
    Die Keramikkugeln im Kohlendioxidverdampfer (62) eine Temperatur von minimal 90°C, maximal 160°C, bevorzugt 130°C aufweisen
    Die Porosität der Kugelschüttung minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    Die Frequenz des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) minimal 50 kW maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    Das Kohlendioxid (67) in einem Überhitzer (68) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C überhitzt wird
    30 / 32 [ ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
    Figure AT521210A1_C0009
    Die Porosität der Kugelschüttung im Kohlendioxidüberhitzer (68) minimal 0.1, maximal 0.9, bevorzugt 0.5 beträgt,
    Die Keramikkugeln eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C bevorzuot 500°C aufweisen
    Die Frequenz des Mikrowellengenerators (85,86,87,89,90) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (59,60,61,63,64) minimal 50 kW maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    Der Plasmagenerator (73) eine elektrische Leistung von minimal 50 kW, maximal 600kW, bevorzugt 500 kW aufweist
    Das Plasma mit einer Düse (73,74) auf eine Geschwindigkeit von einer minimalen Schallgeschwindigkeit von 1 Mach, maximal von 7 Mach, bevorzugt von 2,5 Mach beschleunigt wird
    3. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Regler (93) für-Wasserdampf, einen Regler (91) für Kohlendioxiddampf, einen Mischer (92), einem Düsenboden (49) dadurch gekennzeichnet, dass
    - Überhitzer Wasserdampf mit einem Volumenstromregler (93) in den Mischer (92) eingebracht wird, wobei der Volumenstrom minimal 0%, maximal 75%, bevorzugt 50% der erzeugten überhitzten Wasserdampfes beträgt
    - Überhitzer Kohlendioxiddampf mit einem Volumenstromregler (91) in den Mischer (92) eingebracht wird, wobei der Volumenstrom minimal 0%, maximal 75%, bevorzugt 50% der erzeugten überhitzten Kohlendioxiddampfes beträgt
    Die Temperatur des überhitzten Kohlendioxiddampfes minimal 300°C, maximal 500°C bevorzugt 400°C beträgt
    Die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes minimal 300°C, maximal 500°C bevorzugt 400°C beträgt ’
    Das Gemisch (94) aus Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) einen volumetrischen Anteil von Kohlendioxid (CO2) mit minimal 10%, maximal 75%, bevorzugt 50%, und einen volumetrischen Anteil an Wasserdampf (H2O) mit minimal 10%, maximal 75%, bevorzugt 50% besitzt
    Das Gemisch (94) aus Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) über einen Düsenboden (49) gleichverteilt über den Reaktorquerschnitt in den Reaktor (37) eingetragen wird
    4. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Verdichter (95) für biogene Gase, einen Überhitzer (101) mit einem Mikrowellengenerator (98,99,100,102,103), mit einem Düsen boden (105) dadurch gekennzeichnet, dass
    Biogene Gase (84) über einen Verdichter (95) angesaugt werden und auf einen Druck minimal 1.1 bar, maximal 3.0 bar, bevorzugt 1.75 bar verdichtet werden
    31/ 32 i ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
    Figure AT521210A1_C0010
    Biogene Gase (84) einen volumetrischen Anteil an Methan (CH4) minimal von 5% maximal 75%, bevorzugt mit 50% aufweisen
    Die biogenen Gase über einen Überhitzer (101) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C erwärmt werden
    Die Erwärmung in dem Überhitzer (101) über Keramikkugeln aus Aluminiumoxid (AI2O3) erfolgt, die eine heiße Oberfläche haben und eine Temperatur von minimal 400°C, maximal 600°C, bevorzugt 500°C aufweisen
    Die Keramikkugeln im Überhitzer (101) eine Porosität von minimal 0.1, maximal 0.5, bevorzugt 0.3 aufweisen, und so eine turbulente Durchmischung des biogenen Gases mit der Oberfläche der Keramikkugeln ermöglichen
    Die Frequenz des Mikrowellengenerators (98,99,100,102,103) zwischen minimal 900 MHz und 4500 Mhz, bevorzugt bei 2450 MHz liegt
    Die elektrische Leistung des Mikrowellengenerators (98,99,100,102 103) minimal 50 kW, maximal 600 kW, bevorzugt 500 kW beträgt
    Das erhitzte biogene Gas über einen Düsenboden (105) gleichverteilt im Querschnitt des Reaktors (37) eingetragen wird
    5. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Verdichter (2), eine Brennkammer (4) einer Druckwechseladsorption (10), Düsenboden (105), Kohlendioxid (66) dadurch gekennzeichnet, dass
    Das Schwachgas (1,5) über einen Verdichter (2) angesaugt und auf einen Druck minimal 1,5bar, maximal 5bar, bevorzugt 1.75 bar verdichtet wird
    - Das Schwachgas (1,5) neben Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff(H2), einen Anteil an Kohlenstoffpartikel minimal 0.1%, maximal 10%, bevorzugt 5% besitzt
    - Das Schwachgas (1,5) neben Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff(H2), einen Anteil an Kohlenstoffpartikel minimal 0.1%, maximal 10%, bevorzugt 5% besitzt
    Der für die Oxidation des Schwachgases (1,5) notwendige Sauerstoff aus der Luft mit Hilfe einer Druckwechseladsorption (10) gewonnen wird, und einen Volumetrischen Anteil von minimal 95%, maximal 99%, bevorzugt 98% aufweist.
    - Das dem aus der Druckwechseladsorption (10) gewonnenen Sauerstoff Kohlendioxid (66) beigemischt wird, und so eine volumetrische Konzentration des Kohlendioxids (66) minimal 10%, maximal 80%, bevorzugt 50% beträgt,
    Die Porosität der Kugelschüttung in der Brennkammer (4) einen minimalen Wert von 0.1, einen maximalen Wert von 0.5, bevorzugt einen Wert von 0.3 aufweist
    Die Temperatur in der Brennkammer (4) einen minimalen Wert von 600°C, einen maximalen Wert von 1600°C, bevorzugt einen Wert von 1000°C aufweist
    - Das Abgas aus der Brennkammer (4) aus Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) bestehen, minimal einen volumetrischen Anteil an 95%, maximal an 99%, bevorzugt einen Anteil an 98% aufweisen,
    Das Abgas (9) aus der Brennkammer (4) wird über einen Düsenboden (105) gleichverteilt im Reaktor (37) im Querschnitt eingebracht
    32 / 32 ( ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE^
AT1092018A 2018-04-18 2018-04-18 Kohlendioxid und Wasserdampf Plasma Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether AT521210A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008032166A1 (de) * 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse
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