AT521211A1 - Kohlendioxid und Wasserdampf Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(38) für die Herstellung von Dirnethylether (DME) umfassend einen Reaktor(22) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(23), einem Kohlenstoffaustrag(31), einem Zyklon(35) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) für Schwachgase(1) und Restgase(1), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereicherter Kohlendioxid(C02)(7,44) zu Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(40), in dem flüssiges Kohlendioxid(C02) für den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(19), in dem flüssiges Wasser(H20) zur Erzeugung von Wasserdampf zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(47) für die Verwertung in dem Vergasungsprozess im Reaktor(22), wie die Reinigung(36) des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases(38) und einen Verdichter(37) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas aus dem Reaktor(22) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(65, 70) zugeführt wird. Das Offgas(73) aus dem Dimethyletherprozess(65, 70) wird entweder in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids(C02)(7,44) oxidiert. Die Erfindung umfasst auch die Rückführung des Offgases aus dem Dimethyletherprozess zusammen mit biogenen Gasen(47) in den Reaktor(22), die Rückführung des Prozesswasser(H20) (74) aus dem Dimethyletherprozess(65, 70) in den Wassertank(19) und die Rückführung von Kohlendioxid(C02)(63) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) in den Kohlendioxidtank(40).
Description
Zusammenfassung
Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(38) für die Herstellung von Dimethylether (DME) umfassend einen Reaktor(22) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(23), einem Kohlenstoffaustrag(31), einem Zyklon(35) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) für Schwachgase(l) und Restgase(1), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereicherter Kohlendioxid(CO2)(7,44) zu Kohlendioxid(CC>2) und Wasserdampf oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(40), in dem flüssiges Kohlendioxid(CO2) für den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(19), in dem flüssiges Wasser(H2O) zur Erzeugung von Wasserdampf zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(47) für die Verwertung in dem Vergasungsprozess im Reaktor(22), wie die Reinigung(36) des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases(38) und einen Verdichter(37) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas aus dem Reaktor(22) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(65,70) zugeführt wird. Das Offgas(73) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) wird entweder in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids(CO2)(7,44) oxidiert. Die Erfindung umfasst auch die Rückführung des Offgases aus dem Dimethyletherprozess zusammen mit biogenen Gasen(47) in den Reaktor(22), die Rückführung des Prozesswasser(H2O) (74) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) in den Wassertank(19) und die Rückführung von Kohlendioxid(CO2)(63) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) in den Kohlendioxidtank(40).
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Kohlendioxid- und Wasserdampf Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether
Die Erfindung beschreibt das Verfahren zur Erzeugung von Synthetischem Gas(38) für die Herstellung von Dimethylether (DME) umfassend einen Reaktor(22) mit einem Eintrag für feste biogene Reststoffe(23), einem Koh!enstoffaustrag(31), einem Zyklon(35) zur Gasreinigung, einer Brennkammer(4) fürSchwachgase(f) und Restgase(1), die im Zusammenwirken mit Sauerstoffangereicherter Kohtendioxid(CO2)(7,44) zu KohlendioxidCCOz) und Wasserdampf oxidiert wird, einen Kohlendioxidtank(40), in dem flüssiges Kohlendioxid(CO2) für den Vergasungsprozess zur Verfügung gestellt wird, einem Wassertank(19), in dem flüssiges Wasser(H2O) zur Erzeugung von Wasserdampf zur Verfügung gestellt, wird. Die Erfindung umfasst auch die Vorwärmung und die Nutzung von biogenen Gasen(47) für die Verwertung in dem Vergasungsprozess im Reaktor(22), wie die Reinigung(36) des gewonnen hochwertigen synthetischen Gases(38) und einen Verdichter(37) als Saugzug, mit dem das synthetische Gas aus dem Reaktor(22) gesaugt wird und dem Dimethyletherprozess(65,70) zugeführt wird. Das Offgas(73) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) wird entweder in der Brennkammer(4) zu Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf mit Hilfe des mit hoch angereicherten Sauerstoff versehenen Kohlendioxids(C02)(7,44) oxidiert. Die Erfindung umfasst auch die Rückführung des Offgases aus dem Dimethyletherprozess zusammen mit biogenen Gasen(47) in den Reaktor(22), die Rückführung des Prozes$wasser(H2O) (74) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) in den Wassertank(19) und die Rückführung von Kohlendioxid(CO2)(63) aus dem Dimethyletherprozess(65,70) in den Kohlendioxidtank(40).
Kohlendioxid(CO2) ist als Treibhausgas bekannt. In der Regel entsteht bei der Oxidation von karbonhaltigen Stoffen Kohlendioxid(C02) als ein Stoffbestandteil im Abgas. Einmal an die Umgebung abgegeben verdünnst sich der Anteil von Kohlendioxid(C02) 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(CO2) erfolgt bekannterweise in einem Druckbereich von 50 bar bis 70 bar mit anschließender Lagerung in einem Druckbehälter. Das so gespeicherte Kohlend ioxid(C02) steht nun für die weitere Verwertung als Rohstoff zur Verfügung.
Wasser(HsO) ist seit je her als Rohstoff in energetischen Prozessen im Einsatz und Verwendung. In der dampfförmigen Phase ist es als Wasserdampf seit Jahrhunderten bekannt. In energetischen Prozessen spricht man von Prozesswasser(H2O), das bei Umwandlungsprozessen und Verfahrensprozessen in Verwendung ist. Die Nutzung von Wasserdampf in Kreisprozessen, wie dem Clausius Rankine Prozess ist bekannt. Die Nutzung von Wasserdampf in der Vergasung von Kohlenstoffhaltigen Brennstoffen ist bekannt. Dabei wird die Wasserdampf Shift Reaktion(WGS) zur Anwendung gebracht:
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C + H-,0—-CO+H; (WGS)
Das Produkt bestehend aus Kohienmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) ist auch als Wassergas bekannt und hat jahrzehntelang Verwendung in der Stadtgasproduktion gefunden. Stadtgas oder auch als Leuchtgas bekannt ist eine Mischung aus Kohienmonoxid(CO), Kohlendioxid(CO2), Wasserstoff(H2) und Methan(CH«) 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 Wald hackgut, 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.
Besonders bei Altholz erhält man neben der biogenen Stoffmasse auch zusätzliche Stoffe, wie Leimbinder, und eine höhere Porosität, sodass in der Regel der Kohlenstoffgehalt und Wasserstoffgehalt geringer ist als bei Holz. Altholz als Reststoff ist eine Mischung aus verschiedenen Holzsorten, wobei auch Pressholz und Pressleimplatten mit deutlich geringerer Dichte enthalten sind.
| Name | C | H | N | <Ö........................................ | Hü | H2O |
| Wt% | Wt% | Wt% | Wt% | kJ/kg | Wt% | |
| Waidhackgut | 51 | ie»»« | <421<<<<ίί<<1/< | 15.60 | 18% | |
| Aithoiz AI | 36.83 | <4.94 | 0.684 | 33.44 | 13.45 | 18% |
| Aithoiz AI -4 | 36.95 | 4.94 | 0.532 | 33.44 | 13.51 | 18% |
| Stroh | 47 | 6 | 0.5 | <41<t<:ss|<s<<:< | W43 <. | 0% |
| Schalen/Kerne | 51 | 15·<........ ....... | I0<2II<I<<<<<< | ie»»» | 14.43 | 0% |
| Hoizkohie | 90.2 | »««« | 0.0 | 3.0 | 34.07 | 3.0 |
Tabelle Γ. Altholz und biogene Reststoffe und Holz im Vergleich in der Zusammensetzung und dem Heizwert.
Aus der Tabelle 1 ersieht man, dass die Zusammensetzung bei den Haupteiementen Kohlenstoff (C ), Wasserstoff (H2) und Sauerstoff(02) den möglichen Wasserdampfanteil Im Rahmen der Dampfvergasung bestimmt. Besonders hinzuweisen ist die Verwertung von Holzkohle aus den Kleinvergasungsverfahren. Der hohe Kohlenstoffanteil (C) und der geringe Sauerstoffanteil erweisen sich ideal für die Wasserdampfvergasung.
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 auch als Gas Flaring in vielen Produktionsprozessen und Gewinnungsprozessen von fossilen Rohstoffen. Als Beispiel sei hier nur angeführt die Stahlproduktion, die Gewinnung von Shalegasen, die Gewinnung von Rohstoffen in der Minenindustrie für Industrie und Gewerbe.
| Name____ | CO % | H2................ | ’ H2Ö ~CH4 ..... ~G3H8 | C2H4 | ||
| % | <%:<<<<s<<<:il::%<<............. β»»»»< | % | i % | kWh/Nm® | ||
| Siggas | 4»»» | .................. | 1 50 0 | 0 | I 49 | 5.00 |
| Holzgas 1 | ..........«<< | 16.4 | 0 0.8 0 | 0 | I 12 | 1,30 |
3/26
| Holzgas 2 | 20 | 10 | sO............... | 3 | 1 | 1 | Ϊ 15 | 1.90 |
| Holzgas 3 | .....23................................. | 20 | 0.1 | 0.5 | 1 | s::|s:i:2g|ssS:s: | βίβ | |
| Shategas | 0 | 0 | 0 | 87.7 | 4.2 | o | 1 8.1 | 9,60 |
| Offgas(DME) | 5 | 5 | ............:..... : | .....2s................................... | .................. | I Rest | 'ÖJ................ |
Tabelle 2: Schwachgase und Restgase im Vergleich in der Zusammensetzung bei den Gaskomponenten und im Vergleich mit dem Heizwert.
in der Tabelle 2 sind verschiedene Schwachgase aufgelistet, wie diese aus den Industrieprozessen, biogenen Vergärungsprozessen und biogenen Vergasungsprozessen anfallen. Man kann aus dieser Tabelle unterscheiden in die Biogase, die einen hohen Anteil an Methan (CH*) aufweisen, und den Schwachgasen, die einen hohen Anteil an Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff (H?) aufweisen. Der Kohlenmonoxidanteil(CO) und der Wasserstoffanteil bringt in der Dampfvergasung nichts ein, ist also ein durchlaufendes Gas, während die Biogase den Vorteil haben, dass Methan mit Wasserdampf reformiert werden kann. Zudem kann Methan(CH4) auch mit Kohlendioxid reformiert werden:
CH« + H?O —« CO + 3HS (Dampfreformterung)
CHx + COj—-2CO + 2H2 (Trockene Reformierung)
Kohlenstoff und biogene Kohle fällt in einfachen einstufigen Vergasungsprozessen und Pyrolyseprozessen, aber auch in gewerblichen Prozessen der Filterung von Luftströmen und Abgasen an. Eine typische Anwendung sind Kohienstoffpelfets in Aktivkohlefilter, die nach dem Verbrauch als Kohlenstoff der Verwertung zu hochwertigen synthetischen Gasen zugeführt werden kann. Diese Stoffe gelten als Reststoffe und stellen als hochwertige Kohlenstoffquelle einen idealen Reststoff für die Wasserdampfvergasung und .
Kohlendioxidvergasung dar.
Biofiiter auf der Basis von biogenen Stoffen werden nach dem Verbrauch als Reststoffe der Verwertung zu hochwertigen synthetischen Gasen zugeführt. Diese Stoffe bestehen in der Regel aus Biomasse und eignen sich gut für die Wasserdampfvergasung.
Die Aufgabenstellung besteht nun darin, ein Verfahren zu erfinden, dass die Nutzung von biogenen Restoffen zusammen mit biogenen Restgasen, Restgasen aus Prozessen unter Verwertung von WasserdampffHsO) und Kohiendioxid(C02} ein hochwertiges synthetisches Gas(38) ergibt, das für die Verwertung und Umwandlung zu Dimethylether (DME)(65,70) genutzt werden kann. Zudem soll das Offgas(73) aus dem Dimethyletherprozess im Dampfvergasungsprozess wiederverwertet werden.
Das in dem Patent DE 10 2004 032 830 Ä1 dargestelfte Verfahren der allothermen und autothermen Vergasung mit zusätzlicher partieller Oxidation durch Sauerstoffeintrag versucht mehrere Verfahren in einem Apparat zu verbinden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass in einem Reaktor nur eine eingeschränkte Möglichkeit besteht, die Reaktionen zu beeinfluss und zu kontrollieren. Zudem ist die allotherme Beheizung des Reaktors technisch sehr aufwendig. Verwendet man Sand oder Kugeln, dann hat man die Asche von dem Sand zu trennen, was zu hohem Aufwand führt.
Das im Patent DE 10 2007 004 294 A1 dargestellte Verfahren der allothermen Vergasung hat den Nachteil, dass die allotherme Vergasung zu eigenen Trennstufen und
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Reinigungsstufen des Kohle- Aschegemisches führt. Zudem bleiben die Temperaturen im Reaktor immer in einem niedrigen Bereich, und der Umsetzungsgrad der Reaktionen ist bedingt durch die räumlich unterschiedlichen Verteilungen niedrig.
Das im Patent DE 199 00 116 A1 dargestellte Verfahren der allothermen Beheizung des Vergasungsreaktors mit Wärmerohren ( Heat pipes) hat den Nachteil, dass Wärmerohre die Wärme von der Wärmequelle in den Reaktor gut überträgt, der Eintrag im Reaktor aber einen sehr niedrigen Umsetzungsgrad aufweist, zudem auch die Wärmezonen im Reaktor sehr stark um die Wärmerohre ausgebildet sind, und auf der anderen Seite sehr kalte Zonen gibt.
Die Erfindung löst die Aufgabe in dem ein Reaktor(22) verwendet wird, bestehend aus einem Düsenboden(27,28,47), über den das heiße Gas bestehend aus KohlendioxidiCOa) und Wasserdampf(HzO) eingedüst wird, und so der Reaktor auf eine Temperatur von T=800°C aufgeheizt wird und gehalten wird.
Da der Dampfvergasungsprozess ein endothermer Prozess ist, muss laufend thermische Energie(17) in Form von Wasserdampf(H2O) und Kohlendioxid(CO2) dem Reaktor (22) zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird dem Reaktor ein heißes Abgas(17) aus der Brennkammer(4), zudem heißes dampfförmiges Kohlendioxid(46) und heißer Wasserdampf(15) über den Düsenboden ( 27,28,47) dem Reaktor (22) zugeführt.
Der Reaktor(22) verfügt über eine sich zum Reaktorkopf hin öffnende kegelige Form, sodass die Geschwindigkeit im Reaktor zum Reaktorkopf hin abnimmt, und so der Austrag an Feststoffpartikel deutlich reduziert wird. Die sich öffnende konische Form hat den Vorteil, dass man ein stationäres Wirbelbett bestehend aus Kohlenstoff und biogenen Stoffen erreichen kann.
Der Reaktorboden besitzt einen Rost, der die Vergleichmäßigung des Reaktorbettes ermöglicht und so einen Hohlbrand oder einen Aufbau von Kohle und Biomasse verhindert. Am Reaktorböden befindet sich ein Gleichrichter(29), der hydraulisch mit einem Schwenkantrieb angetrieben wird, und eine Austragsschnecke(30).
in das Kohle- und Biomassebett wind auch die aus dem Zyklon(35) abgeschiedene Biomasse und Kohle(33) rückgeführt. Das erfolgt mit einer gasdichten Schnecke(32), die hydraulisch angetrieben wird.
Über den Düsenboden wird das heiße Abgas aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) eingedüst. Erfindungsgemäß werden die Biogase oder Restgase mit hohem Methananteil (CH4) aus anderen gewerblichen Prozessen, dem Dampfvergasungsprozess zugeführt.
Neben dem Abgas aus dem Brennkammer (4) wird mit der hohen thermischen Energie im Abgas (9) aus dem Prozesswasser (H2O) Wasserdampf erzeugt, überhitzt und in den Reaktor eingedüst (15), sowie flüssiges Kohlendioxid (CO2) verdampft, überhitzt und in den Reaktor eingedüst (46), Das hat den Vorteil, dass der volumetrische Anteil an Wasserdampf und Kohlendioxid den biogenen Stoffen angepasst werden kann. Ein hoher Anteil an Kohlenstoff erfordert einen hohen Anteil an Wasserdampf, ein hoher Anteil an Methan erfordert einen hohen Anteil an Kohlendioxid. Die Zielsetzung ist es, den Anteil an Wasserstoff(H?) und den Anteil an Kohlenmonoxid(CO) im hochwertigen synthetischen
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Gas(38) so zu verteilen, dass ein molares Verhältnis von Kohlenmonoxid(CO) zu Wasserstoff (Hs) von 1:2 erreicht wird.
Um die hohe Temperatur des Abgases(9) zu erreichen, wird ein Schwachgas in einer Brennkammer mit einem angereicherten Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid(CO2) (7, 44) oxidiert und so eine Abgastemperatur von T=2000°C erreicht. Die Brennkammer(4) verfügt über einen speziellen Aufbau bestehend aus einem Zündbrenner zum Starten der Brennkammer und Erreichen der Brennkammertemperaturen. Die Brennkammer besteht neben dem ZündbrennerfStart der Brennkammer), aus einem Brenner, der jedoch keine turbulente Flamme erzeugt, sondern als Gasverteiler das oxidierbare Gas eindüst, und den notwendigen Sauerstoffanteil ebenfalls geregelt eindüst, und so das Gasgemisch in der Brennkammer auf Grund der hohen Temperaturen über eine Oberflächenverbrennung oxidiert. Damit die Temperaturen in der Brennkammer erhalten bleiben, braucht man ein speicherbares Medium Aluminiumoxid (AL2O3) in Form einer Keramik, und eine Struktur in Form von Kugeln, die eine Porosität aufweisen, sodass das Gas zwischen den heißen Kugeln durchströmt und eine Oxidation stattfinden kann. Diese Oberflächeninduzierte Oxidation (~ Oberflächenverbrennung ) hat den erfindungsgemäßen Vorteil, sodass die chemische Umsetzung der beiden Reaktanten sehr effizient und sehr vollständig ist, und zudem das stöchiometrische Verhältnis an Sauerstoff zu oxidierbaren Stoffströmen erreicht werden kann.
2CO + O,—-2CO,
2Hj + O3—-2H.0 + 2.50; —- 2COj + Hä0
CsH4*3O7---2CO2 + 2H2O
Tabelle 3: Chemische Reaktionen bei Oxidation mit Sauerstoff in der Brennkammer zur Erzeugung eines Abgases (9) aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O).
Erfindungsgemäß wird Sauerstoff(02) angereichert aus der Luft(5) gewonnen. Als Verfahren wird die Druckwechseladsorption(6) verwendet. Die Luft wird angesaugt, verdichtet und über ein Molekularsieb wir der Stickstoff adsorptiv gebunden, und der Sauerstoff als Produktgas gewonnen. Um künstliche Luft herzustellen, wird der Sauerstoff (02) mit Kohlendioxid(CO2) (44) gemischt, wobei der Volumenanteil von Sauerstoff zwischen 20% bis 50% variiert. Das hat den Vorteil, dass das Gasgemisch einfacher und sicherer zu handhaben ist. als hoch angereicherter Sauerstoff (02) aus der Druckwechseladsorption(PSA). Zudem kann mit dem Kohlendioxid(C02)(44) und dem Wasserdampf die Temperatur in der Brennkammer(4) ausgeregelt werden, und die spezifische Wärmekapazität des Abgases (9) beeinflusst werden.
In der Brennkammer werden erfindungsgemäß ein Schwachgas, das in der Regel einen Heizwert von 1.3 kWh/Nm3 bis 3.0 kWh/Nm3 aufweist mit Sauerstoff(02) oxidiert, um thermische Energie zu gewinnen. Der Anteil an Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) ergibt sich wie die chemischen Reaktionen in Tabelle 3 zeigen aus der Gaskomponente und dem Anteil an notwendigen Sauerstoff(O2). Der unverbrannte Anteil des Schwachgases wird in der Größenordnung von 1% liegen, was keine technische Einschränkung darstellt, da das Abgas im Dampfvergasungsreaktor verwertet wird.
Erfindungsgemäß ermöglicht die Brennkammer(4) zudem die Verwertung von stark verunreinigten Gasen wie Pyrolysegase mit einem hohen Anteil an Kohlenwasserstoffen, oder Methanol und Kohlenwasserstoffen, auch als Teere bekannt.
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Die Temperatur des Abgases (9) Hegt in einem Bereich von 1600°C bis 2000'C. Die enthaltene Wärme im Abgas wird dazu verwendet, um aus Wasser(H2O)(19), das als Prozesswasser(H2O)(74) gewonnen wird und in einem Tank(19) gelagert wird, Wasserdampf (15)zu erzeugen. Wasser(H2O) wird aus dem Tank(19) mit einer Pumpe(20) dem Durchlaufverdampfer(10) zugeführt und der Sattdampf(13) vom Wasser(H2O) in einer Dampftrommei(12) getrennt. Der Sattdampf (13) wird in einem Überhitzer(14) auf eine Temperatur von T=400°C erhitzt. Das Kondensat in der Dampftrommel (12) wird der Wassertank 19) rückgeführt und über die Wasserpumpe(20) dem Durchlaufverdampfer(1O) zugeführt.
Der überhitzte Wasserdampf(15) und das heiße Abgas( 17) aus der Brennkammer(4) bestehend aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O) wird über den Düsenboden(27,28) in den Reaktor(22) eingedüst und kommt nun mit der Biomasse(23) und der Kohle(23) in Kontakt. Modelliert man die Biomasse durch CxHyOz (z.B. CeHsCU) und die Kohle als Kohlenstoff (C ) dann ergeben sich folgende Reaktionen:
C + HaO—-CO + H;
ΟλΗ,Οχ + 5HjO—- 3CO + 3CO, + 9.5Ha
CO + H.O—-COj+Hs
C*CO,—-2CO
Tabelle 4: Chemische Reaktionen bei der Dampfvergasung von Biomasse und Kohlenstoff mit Wasserdampf (H2O) und Kohlendioxid(CO2)
Zusätzliche Reaktionen, die beim Dampfvergasungsprozess auftreten sind
G 2 Η o —*· C H i
ΟΗ,+ Η.Ο---GO + 3H?
CH4!-CG2--2CO + 2H3
GOj + Hj—-CO-f'H.O
Tabelle 5: Zusätzliche Reaktionen, die bei der Wasserdampfvergasung und der Kohlendioxiddampfvergasung auftreten und stattfinden.
Diese Grundreaktionen und der chemische Umsatz finden im Reaktor(22) in einem stationären Wirbelbett statt. Damit eine gute Durchmischung stattfinden kann, wird die Partikelgröße der Kohle und Biomasse aufbereitet. Die durchschnittliche Partikelgröße aus der Hammermühle weist einen Durchmesser von dp ~ 1mm bis 5 mm auf und einen Wassergehalt von 10% bis maximal 15%. Daraus erkennt man, dass eine Trocknung der Biomasse und der Kohle notwendig ist. Der definierte geringe Wassergehalt ermöglicht die Regelung des eingedüsten Wasserdampfe$(H2O) (2.8) und des eingedüsten Kohlendoxides(C02)(46) in den Reaktor(22).
Das Produktgas(34) aus diesem Reaktor wird auch als ein hochwertiges synthetisches Gas bezeichnet, das eine Zusammensetzung aufweist:
7/26 ft ft«
| % | % | 1 % | % | % | 1% | kWh/Nm3 | |||
| SDV | 40 | 42 | 1 | 15 | i 1 | 3.37 | |||
| PG | 16 | 18 | 1 | 1 | IB111O1 | Rest | 15 | 1.67 | |
| VG | 20 | 23 | ii!:!// | I 1 | Rest | ΐ 1 | 1.99 |
SDV ~ hochwertiges synthetisches Produktgas aus dem Reaktor (22)
PG ~ Pyrolysegas
VG - bekannte Vergasung ( Festbett)
Tabelle 5: Vergleich der Schwachgase mit dem hochwertigen Gas aus der Dampfvergasung
Der Heizwert dieses synthetischen Gases (34) liegt in einem Bereich von 3.0 bis 4 kWh/Nm3 und kommt schon sehr nahe an den Heizwert von Biogas (- 5,0 kWh/Nm3) heran..
Erfindungsgemäß wird das Produktgas(34) wird aus dem Reaktor herausgesaugt, dazu wird ein Verdichter(37) verwendet, der auf der Saugseite einen Unterdrück (p -0.6 bar) erzeugt und auf der Druckseite einen Oberdruck ( p=1.5 bar), sodass das gereinigte synthetische Gas(38) dem Dimethytetherprozess(65,70) zugeführt werden kann. Das Heraussaugen des Produktgases aus dem Reaktor hat den Vorteil, dass ein Austritt des hochwertige Schwachgases im Betrieb an die Umgebung der Anlage nur im Störfall möglich ist.
Eine erfindungsgemäße Erweiterung des Prozesses ist die Nutzung und Verwertung von Biogasen, Methanreiche Gase, in dem Reaktor. Das Biogas(47) wird angesaugt, erwärmt auf eine Temperatur von T=400°C und dann zusätzlich in den Düsenboden(46) in das Reaktorbett eingedüst. Dabei treten folgende chemischen Reaktionen mit dem Methan(CH4) im Reaktor (22) statt:
Wasserdampf Reformierung beschreibt die Reaktionen von Methan mit Wasserdampf:
CH4i-H2O->CO-!-H2
C + H2O->CO + H2
CO + H2O-> CO2 + H2
Trockene Reformierung beschreibt die Reaktionen von Methan mit Kohlendioxid:
CO2 + CH4->CCU H2
2CO2 + CH4 CO * H2O
Die nun auftretenden Reaktionen zwischen den Biogasen und Wasserdampf, Biogasen und Kohlendioxid(COz), sind als Dampfreformierung und trockene Reformierung bekannt. Verwendet man im Reaktorbett zusätzlich erfindungsgemäß einen Katalysator auf Nickelbasis, dann kann dadurch die katalytische trockene Reformierung und die katalytisch unterstützte Dampf reform ierung bevorzugt forciert werden.
Aus dem Dimethyletherprozess(65,70) fällt ein Offgas(73) an, das in dem DME Reaktor entsteht, da bei der Umsetzung der direkten Synthese zu Methanol und Dimethylether auch Methan, Ethen, Ethan entstehen, zusammengefasst werden diese Restgase als Offgas bezeichnet:
| .Offgas | CO % | Hs % | CO2 % | CH4 %' | C2H2 % | I Hu 'T'Kw'h/Nm^ |
| Min | lilllft | W11S1 | Rest | llliiii | ÜB» | 0.63 |
| Max | 7 | mist | Rest | älii/ziii | 5 |
Tabelle 6: Zusammensetzung des Offgases(73) aus dem Dimethyletherprozess (65,70)
8/26 ♦·< »« «A ft «ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft » ft ft« ft: ft ft ft ft ft ft: ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft ft »ft «ft ft ft »« ftftft ft ft
Diese im Rahmen der direkten Synthese zusätzlich entstehenden Gase werden nach der Kondensation von DME, Wasser(H2O) und Methanol (MeOH) als Offgas dem Vergasungsprozess wieder zugeführt. Dieses Offgas hat einen Heizwert in einem Bereich von 0.5 kJ/NM3 bis 1.8 kJ/Hms und wird so in die Brennkammer (4) eindüst und trägt so durch die Oxidation zur Erzeugung von nutzbarer Wärme im Prozess bei. Erfindungsgemäß bedeutet dies zudem, dass keine Emissionen im Sinne von Abgasemissionen im Prozess auftreten.
Das im Rahmen der Dampfvergasung nicht verwertbare Kohlendioxid(CO2) und der Wasserdampf werden im Rahmen der Abkühlung des Produktgases durch Kondensation gewonnen. Das Kohlendioxid(C02) wird im Rahmen des Dimethyletherprozesses nach der Verdichtung auf einen Druck von p=50 bar im Zuge der Abkühlung auf eine Temperatur von T“5OC bis 10°C als flüssiges Kohlend ioxid(CO2) abgeschieden und in einem Tank (61) gesammelt und gespeichert.
| V | Flüssig | Dampf I | Flüssig | Dampf | Flüssig | Dampf ί | |
| I Tcjrnpcrstur | Druck | Dichte | Dichte [ | Enthalpie | Enthalpie | Entropie | Entropie | |
| | (Q | Ä | fr« | (kg/m®} I | (kJ/kg} | (kJ/kq) | (kJ/kg-K) | (kJ/kg-K) I |
| I 14.284 | 50 | 827.32 | 156.67: | 237.87 | 417.66 | 1.1289 | 1.7544! |
| ί 28.683 | 70 | 638.31 | 304.03 i | 293.88 | 376.91 | 1.3093 | 1.58441 |
Tabelle 7: Thermodynamische Daten von Kohlendioxid(C02) bei 50 bar und 70 bar
Die Erfindung hat den Vorteil dort eingesetzt zu werden, wo ein hochwertiges synthetisches Produktgas(38) erzeugt werden soll und wo zwischen hochwertiger Biomasse und Kohle und Biogasen und gasförmigen Reststoffen eine Verwertung gesucht wird. Das hochwertige Produktgas (38) weist eine molare Zusammensetzung aus Kohlemonoxid(CO) und Wasserstoff (H2) auf, die eine Methanolsynthese ermöglichen. Daher sind diese Reaktoren für die Nutzung in der regionalen Energieerzeugung besonders geeignet und trogen so dazu bei, dass diese durch die Verwertung von Kohlendioxid (CO2) als Kohlendioxidsenke einen Beitrag zur Reduktion der Treibhausgase leisten.
Die Anlagen zur Dampfreformierung sind für den dezentralen regionalen Einsatz sehr gut geeignet und weisen einen Leistungsbereich von 500 kW thermisch bis 5 MW thermisch auf.
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Abbildung 1
Die Abbildung 1 zeigt die Dampfervergasung von biogenen Stoffen(23) mit Hilfe von Wasserdampf und mit Hilfe von Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf aus der Oxidation von Schwachgasen (1). Schwachgas (1) wird mit einem Verdichter(2) angesaugt und über ein Regelventil (3) in die Brennkammer(4) eingedüst. Luft (5) wird mit einer Druckwechselanlage(ß) in Sauerstoff und Stickstoff(8) zerlegt. Der Sauererstoff wird über das Regelventiies (7) in die Brennkammer eingedüst, um so das Schwachgas zu Kohlendtoxid(CO2) und Wasserdampf als Abgasd (9) zu oxidieren. Das heiße Abgas(9) wird in einen Wasserdampf Verdampfer (10) geleitet, in dem Wasser(H2O) (11) zu Sattdampf (13) verdampft wird und in einer Dampftrommel (12) getrennt wird. Das heiße Wasser(H2O) wird in den Wassertank (19) zurückgeführt. Wasser(H2O) wird aus dem Wassertank(19) mit Hilfe einer Pumpe (20) abgesaugt und über eine Regelarmatur (21) dem Verdampfer zugeführt. Der Sattdampf (13) wird über einen Überhitzer (14) und der Heißdampf (15) wird dem Reaktor (22) überden Düsenboden (27) zugeführt. Das heiße Abgas( 17) wird übereinen Düsenboden (27) in den Reaktor eingebracht. Der Reaktor (22) verfügt über einen Gteichrichter(29) für die Kohle, die über die Schnecke (30) und die zugehörige gasdichte (31) Armatur ausgetragen wird. Das Rohgas (34) wird aus dem Reaktor abgesaugt und über einen Zyklon (35) der die Kohlepartikel vom Rohgas abscheidet. Die Kohlepartikel (33) wird über die Rückführschnecke (32) dem Reaktor zugeführt. Das Rohrgas wird über Gaswäscher (36) gereinigt, wobei das Rohgas aus dem Reaktor (2.2) mit einem Verdichter (37) herausgesaugt wird. Das verdichtete und gereinigte Schwachgas (36) wird dem Dimethyletherprozess(65,70) zugeführt. Dem Reaktor wird feste biogene Stoffe (23) über eine Doppelklappe (24,25) der Eintragsschnecke (26) in den Reaktor (22) eingetragen.
Abbildung 2
Die Abbildung 2. zeigt die Dampfervergasung von biogenen Stoffen(23) mit Hilfe von Wasserdampf und mit Hilfe von Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf aus der Oxidation von Schwachgasen (1). Schwachgas (1) wird mit einem Verdichter(2) angesaugt und über ein Regelventil (3) in die Brennkammer(4) eingedüst. Luft (5) wird mit einer Druckwechselanlage(6) in Sauerstoff und Stickstoff(Ö) zerlegt. Der Sauererstoff wird über das Regelventiies (7) in die Brennkammer eingedüst, um so das Schwachgas zu Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf als Abgas (9) zu oxidieren. Das heiße Abgas(9) wird in einen Wasserdampf Verdampfer (10) geleitet, in dem Wasser(H2O) (11) zu Sattdampf (13) verdampft wird und in einer Dampftrommel (12) getrennt wird. Das heiße Wasser(H2O) wird in den Wassertank (19) zurückgeführt. Wasser(H2O) wird aus dem Wassertank 19) mit Hilfe einer Pumpe (20) abgesaugt und über eine Regelarmatur (21) dem Verdampfer zugeführt. Der Sattdampf (13) wird über einen Überhitzer (14) und der Heißdampf (15) wird dem Reaktor (22) über den Düsenboden (27) zugeführt. Das heiße Abgas(17) wird über einen Düsenboden (27) in den Reaktor eingebracht. Der Reaktor (22) verfügt über einen G!eichrichter(29) für die Kohle, die über die Schnecke (30) und die zugehörige gasdichte (31) Armatur ausgetragen wird. Das Rohgas (34) wird aus dem Reaktor abgesaugt und über einen Zyklon (35) der die Kohlepartikel vom Rohgas abscheidet. Die Kohlepartikel (33) wird über die Rückführschnecke (32) dem Reaktor zugeführt. Das Rohrgas wird über Gaswäscher (36) gereinigt, wobei das Rohgas aus dem Reaktor (22) mit einem Verdichter (37) herausgesaugt wird. Das verdichtete und gereinigte Schwachgas (36) wird dem . Dimethyletherprozess zugeführt. Dem Reaktor wird feste biogene Stoffe (23) Über eine Doppelklappe (24t25) der Eintragsschnecke (26) in den Reaktor (22) eingetragen. Als Ergänzung zu dem Eintrag von Wasserdampf(15) in den Reaktor (22) wird
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Kohlendioxid(C02) (39) aus dem Kohtendioxidtank(40) überein Pumpe (41) und dem Drosselregelventil (42) einem Verdampfer (43) zugeführt und als dampfförmiges Gas (45) über den Überhitzer (16) als überhitzter Dampf (46) dem Reaktor (22) und dem Düsenboden (47) zugeführt. Ein Teil des dampfförmigen Kohlendioxids (CO2) (44) wird der angereichertem Sauerstoff aus der Druckwechselabsorption (6) zugeführt, damit künstliche Luft in die Brennkammer (4) eingetragen wird.
Abbildung 3
Die Abbildung 3 zeigt die Dampfervergasung von biogenen Stoffen(23) mit Hilfe von Wasserdampf und mit Hilfe von Kohlendloxid(C02) und Wasserdampf aus der Oxidation von Schwachgasen (1). Schwachgas (1) wird mit einem Verdichter(2) angesaugt und überein Regelventil (3) in die Brenn kam mer(4) eingedüst. Luft (5) wird mit einer Druckwechselanlage(6) in Sauerstoff und Stickstoff(8) zerlegt. Der Sauererstoff wird über das Regelventiies (7) in die Brennkammer eingedüst, um so das Schwachgas zu Kohiendioxid(C02) und Wasserdampf als Abgas (9) zu oxidieren. Das heiße Abgas(9) wird in einen Wasserdampf Verdampfer (10) geleitet, in dem Wasser(HsO) (11) zu Sattdampf (13) verdampft wird und in einer Dampftrommel (12) getrennt wird. Das heiße Wasser(H2O) wird in den Wassertank (19) zurückgeführt. Wasser(H2O) wird aus dem Wasser(H2O)tank(19) mit Hilfe einer Pumpe (20) abgesaugt und über eine Regelarmatur (21) dem Verdampfer zugeführt. Der Saftdampf (13) wird über einen Überhitzer (14) und der Heißdampf (15) wird . dem Reaktor (22) über den Düsenboden (27) zugeführt. Das heiße Abgas(17) wird über einen Düsenboden (27) in den Reaktor eingebracht. Der Reaktor (22) verfügt über einen Gleichrichter(29) für die Kohle, die über die Schnecke (30) und die zugehörige gasdichte (31) Armatur ausgetragen wird. Das Rohgas (34) wird aus dem Reaktor abgesaugt und über einen Zyklon (35) der die Kohlepartikel vom Rohgas abscheidet. Die Kohlepartikel (33) wird über die Rückführschnecke (32) dem Reaktor zugeführt. Das Rohrgas wird über Gaswäscher (36) gereinigt, wobei das Rohgas aus dem Reaktor (22) mit einem Verdichter (37) herausgesaugt wird. Das verdichtete und gereinigte Schwachgas (36) wird dem Dimethyletherprozess zugeführt. Dem Reaktor wird feste biogene Stoffe (23) über eine Doppelklappe (24,25) der Eintragsschnecke (26) in den Reaktor (22) eingetragen. Als Ergänzung zu dem Eintrag von Wasserdampf(15) in den Reaktor (22) wird Kohlendioxid(COj) (39) aus dem Kohlendioxid(CO2)tank(40) überein Pumpe (41) und dem Drosselregelventil (42) einem Verdampfer (43) zugeführt und als dampfförmiges Gas (45) über den Überhitzer (16) als überhitzter Dampf (46) dem Reaktor (22) und dem Düsenboden (47) zugeführt. Ein Teil des dampfförmigen Kohlendioxids (CO2) (44) wird der angereichertem Sauerstoff aus der Druckwechselabsorption (6) zugeführt, damit künstliche Luft in die Brennkammer (4) eingetragen wird. Ergänzend zum Eintrag von Kohlendloxid(C02) und Wasserdampf werden biogene Gase (47), die aus Methan und Kohlendioxid(CO2) bestehen, über einen Verdichter (48) und einer Regeiarmatur (50) einem Überhitzer (51) zugeführt und als Heißgas (52) dem Düsenboden (53) in den Reaktor (22) zugeführt.
Abbildung 4
Die Abbildung 4 zeigt die Verwertung des hochwertigen energiereichen Schwachgases (54) wird dem Verdichter (55) zugeführt. Das verdichtete Gas wird über den Wärmetauscher (56) rückgekühlt und dem zweiten Verdichter (57) zugeführt. Das verdichtete Gas wird über den Wärmetauscher (58) rückgkühlt, über den Kondensator (59) wird flüssiges Kohlendioxid(C02) abgeschieden, und das Restgas bestehend aus Wasserstoff und / 26 . : ft V < ί ft ft ft ftft ft 44 4 β ft ft ft ftft * * ft ♦ ft ft ft ft . ·.< ft 0 ft ft .ft. ft * ♦ :♦. * ft ·*··· ft ftft ftft: ftftftft ft ft ft ftft ftft ft
Kohlenmonoxid wird über den Wärmetauscher (59) erwärmt. Das flüssige Kohlendioxid(CO2) wird im Tank (61) gespeichert, und über die Pumpe (62) als flüssiges Kohlendioxid(C02) (63) zur Wiederverwertung rückgeführt. Das synthetische Gas (64) wird dem Methanolprozess (65) zugeführt, das flüssige Methanol (69) wird dem Dimethyletherprozess (79) zugeführt, wo Dimethylether (72) gewonnen wird, das unverbrauchte Methanol (68) rückgeführt wird, das Wasser(H2O)( 71) aus dem Dimethyletherprozess (70) und das Wasser(H2O) aus dem Methanolprozess (66) wird zusammen (74) dem Prozess als ProzessWasser(H20) rückgeführt. Das unverbrauchte Offgas (73) aus dem Methanolprozess (65) wird der Brennkammer (1) oder dem biogenen Gas (47) zugeführt, und so die Umsetzungseffizienz des Reaktors (22) verbessert.
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Bezeichnungen und Symbole
Schwachgas bestehend aus (C,H,0)
Verdichter für Schwachgas
Druck und Volumenstromregler Brennkammer
Luft
Druckwechselabsorption
Druck und Volumenstromregler
Stickstoff
Abgas aus Brennkammer Wasserverdampfer (Sattdampf ) Wasser (H20)
Dampftrommel
Sattdampf
Überhitzer
Heißdampf
Überhitzer Kohlendioxiddampf
Abgas Kohlendiox
Prozesswasser(HiO)
Wassertank
Pumpe
Druck und Volumenstromregler
Reaktor biogene Stoffe
Klappe 1
Klappe 2
Eintragschnecke
Düsenboden
Düsenboden
Gleichrichter
Austrag sch necke gasdichte Armatur Rückführschnecke
Rückführung
Rohgas
Zyklon
Gaswäscher
Verdichter
Synthetisches Gas
KohlendioxidCCOa)
Kohlendioxidtank
Pumpe
Druck und Volumenstromregler
Verdampfer
Kohlendioxid(CÖ2)
Kohtendioxid(COj) Düsenboden biogene Gase ( Methananteil,.., ) Verdichter
Druck und Volumenstromregler biogenes Gas
13/26 * * * Φ Φ: φ φ φ
Φ ♦ Φ fr φ Φ Φ φ Φ « ♦ ♦ Φ Φ fr Φ ♦ Φ fr 9 · ·' φ 9 fr «fr
| 51 52 53 54 | Überhitzer biogenes Heißgas Düsenboden synthetisches Schwachgas bestehend aus Kohlenmonoxid(CO), Wasserstoff^) und Kohlendioxid(COs) |
| 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 | Verdichter Rückkühler Verdichter Rückkühler Kondensator Überhitzer Kohlendioxidtank Pumpe Kohlendioxid(C02) Synthetisches Gas Methanolprozess WasserfHjO) Offgas Methanol aus Dimethyletherprozess (70) Methanol Dimethyletherprozess WasserfHzO) aus Dimethyletherprozess (70) Dimethylether |
Symbole und Kurzzeichen
| PSA | Druckwechseladsorption zur Auftrennung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff auf der Basis von Molekularsieben |
| KWK BK VG PG SG | Kraft Wärme Kopplung Brennkammer Vergasung Pyrolysegas Synthetisches Gas |
14/26
Claims (4)
- Ansprüche1.Verfahren zur Erzeugung eines synthetischen Produktgases(35), umfassend eine Brennkammer(4), einen Gasverdichter(2), eine Druckwechseladsorption(6), einen Wassertank(19), eine Pumpe(20), einen Verdampfer(IO), eine Dampftrommel(12), einen Überhitzer(14), einen Reaktor (22), einen Düsenboden(27), einen Düsenboden(28), eine Eintragsschnecke(26), eine Doppelklappe(24,25) eine Austragschnecke(30), eine Zyklon(35), eine Rückführschnecke(43), eine Gasreinigung(36), einen Verdichter(37) gekennzeichnet dadurch, dass- In einer Brennkammer(4) Schwachgas(l) mit angereichertem Luftsauerstoff in einem Sauerstoff zu Gasverhältnis von minimal 0.2 , maximal 0.4, bevorzugt 0.22 oxidiert wird,- Das Abgas(9) aus einer Brennkammer aus Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf(H2O), minimal zu 95%, maximal zu 99%, bevorzugt zu 98% besteht,- Der Druck in einer Brennkammer(4) minimal 1.5 bar, maximal 2 bar, bevorzugt 1,75 bar beträgt- Die Temperatur in einer Brennkammer(4) minimal 1000°C, maximal 2000°C, bevorzugt 1600°C beträgt- Die Oxidation in einer Brennkammer(4) an der Oberfläche von Kugeln aus Keramik stattfindet und daher eine turbulente Flamme vermieden wird- Die Porosität durch die Kugelschüttung in der Brennkammer(4) so groß ist, dass eine turbulente Strömung der Gase zwischen den Kugeln möglich ist, und so durch die Wirbel ein Stoffaustausch ermöglicht wird, und einen minimalen Wert von 0.3, maximalen Wert von 0.9, bevorzugt 0.5 hat- Die Keramikkugel aus Zirkoniumoxid (ZrÜ2) bestehen, die eine Temperaturbeständigkeit von minimal 2000°C, maximal 2500°C, bevorzugt 2250°C aufweisen.- Das Schwachgas(l) in der Regel aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) besteht, sowie auch aus Kohlenwasserstoffen(CxHy), bekannt auch als Teer, minimal mit 0.5%, maximal mit 50%, bevorzugt mit 5% besteht.- Der Sauerstoff(O2) aus der angesaugten Luft mit Hilfe einer Druckwechseladsorption(6) auf minimal 95%, maximal 99%, bevorzugt 98% angereichert wird- Der Wassertank^ 9) das für die Wasserdampferzeugung notwendige Prozesswasser beinhaltetDie Pumpe(20) das Prozesswasser in einem Verdampfer(IO) fördert und auf einen Druck von minimal 1.5 bar, maximal 5 bar, bevorzugt 2.5 bar verdichtet- Der Verdampfer(10) aus dem Prozesswasser Sattdampf(13) erzeugt und dazu die Wärme aus dem Abgas (9) der Brennkammer(4) verwendet- Der Sattdampf(13) vom heißen Prozesswasser in einer Trommel(12) in der Phase getrennt wird und eine dampfförmige Phase und eine flüssige Phase vorliegtDer Sattdampf(13) eine Temperatur von minimal 105°C, maximal von 120°C, bevorzugt von 110°C aufweistDer Sattdampf(13) in einem Überhitzer(14), der die Wärme aus dem Abgas(9) der Brennkammer(4) bezieht auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C erwärmt wird15/26Der überhitzte Sattdampf(15) über einen Düsenboden(28) gleichförmig im Reaktorquerschnitt eingetragen wird- Das Abgas(17) aus der Brennkammer(4) vor Eintritt in den Düsenboden (27) des Reaktor(22) eine Temperatur minimal von 600°C, maximal 1200°C, bevorzugt 800°C aufweist- Der Reaktor(22) im Unterdrück mit einem Druck minimal von 0.4 bar, maximal 0.9bar, bevorzugt 0.75 bar betrieben wird- Das Rohgas(34) aus einem Reaktor(22) herausgesaugt wird- Der ausgesaugte Partikelanteil im Rohgas(34) über einen Zyklon(35) abgeschieden wird- Der Zyklon(35) 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(32) dem Reaktor(22) zugeführt wird- Die Rückführschnecke gasdicht und druckfest ist, sodass der Reaktor(22) im Unterdrück betrieben werden kann- Das Rohgas(34) über eine Gaswäsche(36) gereinigt wird, und einen Teeranteil von minimal 0.1%, maximal von 5%, bevorzugt von 1% aufweistDas Rohgas(34) über eine Gaswäsche(36) gereinigt wird und einen Partikelanteil von minimal 0.5 mg/Nm3, maximal 10 mg/Nm3 und bevorzugt 5mg/Nm3 aufweist- Der Verdichter(37) das Rohgas(33) aus dem Reaktor(22) 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 verdichtetDas Rohgas(34) 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 Wasserdampfminimal 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(22) mit einer Austragsschnecke(30) ausgetragen wird und einen Anteil von minimal 0.5%, maximal 25%, bevorzugt 10% der Masse des eingebrachten Kohlenstoffes und biogenen Stoffes beträgt- Die Austragsschnecke(30) gasdicht und druckfest ist, sodass der Reaktor(22) im Unterdrück betrieben werden kann- Der Eintrag des Kohlenstoffes(23) und des biogenen Stoffes(23) über eine gasdichte und druckfeste Eintragsschnecke(26) erfolgt, sodass der Reaktor (22) im Unterdrück betrieben werden kann- Der Kohlenstoff(23) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 0.1mm, maximal 5mm, bevorzugt 1.0 mm aufweist- Der biogene Stoffe(23) eine Körnung mit einem Partikeldurchmesser von minimal 1mm, maximal 10mm, bevorzugt 3mm aufwiest- Der biogene Stoff(23) einen Wassergehalt von minimal 9%, maximal 15%, bevorzugt 10% aufweist- Der Eintrag in eine Schnecke(26) über hydraulisch betätigte Klappen(24,25) 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 (22) eingetragen wird16/26
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen Kohlendioxidtank(40), eine Pumpe(41), Drosselregelarmatur(42), einen Verdampfer(43), einen Überhitzer(16), einen Düsenboden(47) gekennzeichnet dadurch, dass- Kohlendioxid(CO2) im Kohlendioxidtank(40) in flüssiger Phase vorliegtDer Druck im Kohlendioxidtank(40) minimal 50 bar, maximal 80 bar, bevorzugt 70 bar beträgt- Der Druck des flüssige Kohlendioxid mit einer Pumpe(41) und einer Drosselarmatur(42) auf eine Druck von minimal 1.5 bar, maximal 5 bar, bevorzugt 1,75 bar reduziert wird- Das Kohlendioxid(CO2) nach einer Drosselregelarmatur(42) im Verdampfer(43) in gasförmiger Phase vorliegt und auf eine Temperatur von minimal 85°C, maximal 120°C, bevorzugt 100°C erwärmt wird- Das dampfförmige Kohlendioxid(CO2) in einem Überhitzer(16) mit der Wärme aus dem Abgas(9) aus der Brennkammer (4) auf eine Temperatur von minimal 300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C erwärmt wirdDer überhitzte Kohlendioxiddampf(46) über einen Düsenboden(47) gleichförmig über den Reaktorquerschnitt verteilt eingetragen wird und so mit den biogenen Stoffen(23) und dem Kohlenstoff(23) in Verbindung kommt
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen Verdichter(48), einen Überhitzer(51), einen Düsenboden (53) gekennzeichnet dadurch, dassBiogene Gas(47) über einen Verdichter(48) angesaugt und auf einen Druck von minimal 1.1 bar, maximal 2.0 bar, bevorzugt 1.5 bar verdichtet wirdDas biogene Gas eine Gaskomponente Methan(CH4) einen Volumenanteil minimal von 10%, maximal von 75%, bevorzugt 50% aufweistDas biogene Gas über einen Erhitzer(51) mit Hilfe der Wärme aus dem Abgas(9) der Brennkammer(4) auf eine Temperatur minimal von T=300°C, maximal 500°C, bevorzugt 400°C erwärmt wird,- Der überhitzte biogene Gas über einen Düsenboden(53) gleichförmig über den Reaktorquerschnitt verteilt eingetragen wird und so mit den biogenen Stoffen und dem Kohlenstoff und dem Kohlendioxid(CO2) in Verbindung kommt
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend einen Katalysator gekennzeichnet dadurch, dassDer Katalysator aus einem Feststoffkörper in Form von AluminiumoxidiAfeOs) besteht Der Katalysator an der Oberfläche mit Nickeloxid beschichtet ist und eine Schichtdicke von minimal 10pm, maximal 100pm, bevorzugt 50 μm aufweist- Der Katalysator eine Pelletsform aufweist, die einen Durchmesser von minimal 1mm, maximal 5mm, bevorzugt 3mm hat- Der Katalysator über eine Eintragschnecke(26) in den Reaktor(22) eingebracht wird Der Katalysator über eine Austragsschnecke(30) aus dem Reaktor(22) ausgetragen wird17/26Der Katalysator die trockene Reformierung von Methan(CH4) mit Kohlendioxid(CO2) zu Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) unterstütztDer Katalysator die Dampfreformierung von Methan(CH4) mit Wasserdampf(H2O) zu zu Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) unterstütztDer Massenanteil des Katalysators bezogen auf die in den Reaktor(22) eingetragene Masse minimal 5%, maximal 30%, bevorzugt 10% beträgt18/26
Abbildung 119/26
Abbildung 220/26
21/26
ung22/26
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| AT1082018A AT521211A1 (de) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Kohlendioxid und Wasserdampf Vergasung von biogenen Reststoffen zur Erzeugung von Syngas für Dimethylether |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114958430A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-30 | 广东工业大学 | 一种副产氢气的二氧化碳自循环式生物质高温气化系统及方法 |
| AT526482A1 (de) * | 2022-09-14 | 2024-03-15 | Gs Gruber Schmidt Gmbh | Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Biomasse und Wasserdampf |
Citations (3)
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| DE19736867A1 (de) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Dmt Gmbh | Verfahren zur allothermen Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen |
| US20130030063A1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | Randhava Sarabjit S | Process and method for the producton of dimethylether (dme) |
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-
2018
- 2018-04-18 AT AT1082018A patent/AT521211A1/de not_active Application Discontinuation
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