CN109963927B - 用于气化生物质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用以气化生物质量（B）的方法（10）以及对此设立的装置（11）。所述方法以至少三个方法阶段（12、12i、12ii、13、14）进行。在一实施例中，在第一方法阶段（12）中，源于生物的剩余物料（生物质量）能够供应给加热区（ZE），用以干燥生物质量（B）并且让挥发性的成分挥发，用以由此产生热解气体（PY）。所述热解气体（PY）供应给氧化区（ZO）并且在那儿亚化学计量地氧化，其中，产生原气体（R）。在所述加热区（ZE）中产生的焦炭状的、含碳的剩余物料（RK）与所述原气体（R）一起在第二方法阶段（13）中在气化区（ZV）中部分地气化。所述加热区（ZE）能够间接地被加热。所述气化区（ZV）同样能够间接地被加热。

Description

用于气化生物质量的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于气化生物质量（Biomasse）的方法以及装置。生物质量能够被理解为每种含碳的源于生物的质量如例如木废料、农作物废料、草收割物（Grasschnitt）、发酵剩余物、积淤或类似物。

背景技术

在实践中，优先采用具有在每小时200Kg生物质量之下的生产量的分散的小型设备（例如在农庄或在市政区域），以避免针对生物质量及剩余物料的运输并且能够当场利用余热。直到如今缺乏这种设备在市场上的接受度。对此的重要原因是在生物质量的热解和气化中产生的焦油。焦油必须迄今为止消耗地被去除并且通常要求针对设备的高的维护消耗。如果在气化中产生的气体接下来应该用在联合热电厂中，那么甚至必要的是，将焦油完全从所产生的产品气体中去除。不仅这种设备的维护而且这种设备的购置迄今为止都是昂贵的。

在采用直流气化器的情况下用于气化生物质量的方法和装置由DE102008043131A1已知。为了避免产品气体的焦油加载，在该文件中建议了一种借助于直流气化器的单阶段的方法，其中，燃烧物料克服重力地被供应给气化空间。在还原区中，在氧化区上方构造有静止的涡流层。由此，在固定床气化器中已知的要紧的通道形成应该在还原区的区域中得以避免并且以这种方式应该降低产品气体的焦油加载。然而，这种涡流层的产生要求将气化限制到一定的源于生物的剩余物料或颗粒大小上，因为否则不能够实现稳定的涡流层。

EP1436364B1描述了一种具有反应腔室的装置，在其中，生物质量的供应侧向地进行。在反应腔室中，包含焦油的气体能够在闭合的盖子处冷凝。这要么实现了从反应腔室去除冷凝的焦油要么实现了将焦油引回到在还原腔室之内的反应区中。由此，总效率应该提高。EP2522707A2还描述了类似的机构。在那儿附加地存在有后处理单元，利用所述后处理单元使得剩余物料应该尽可能完全矿物化并且应该产生“白的灰分”。

用于生物质量气化的另一解决方案在DE202009008671U1中描述。在该文件中提出一种具有热解腔室和气化器的直流气化器。在气化器的氧化区中，含有焦油的热解气体在1200°C时燃烧。与之相应地，在氧化区中要求非常高的温度。

EP2636720A1描述了一种方法，在其中，合成气体通过由生物质量的蒸汽改造来产生。为此要求非常大的加热面以用于间接加热。在气化器管或气化器螺旋管（Vergaserspiralen）中应该通过运动的桨产生涡流层。合成气体接下来在炭过滤器中以对流方法净化并且在此还冷却。

DE19846805A1描述了一种用于气化且燃烧生物质量的方法和装置。在该方法中，在除气炉中产生热解气体和焦炭，所述热解气体被输送到气化反应器中，在所述气化反应器中，焦炭部分地气化，其中，产生活性炭。活性炭经由输送机构从燃烧空间中去除并且被运输到在燃烧空间之外的过滤器中。由该方法产生的产品气体与活性炭单独地从气化反应器去除并且在热交换器中冷却。接下来，冷却的产品气体被导引通过利用活性炭填充的过滤器。在此，有害物料应该留在活性炭中。

发明内容

由该现有技术出发，能够被视为本发明的任务的是，提供一种用于气化生物质量的方法和装置，其独立于颗粒大小地处理最不同的源于生物的剩余物料并且能够经济地产生低焦油的产品气体。

所述任务通过根据本发明的方法以及根据本发明的装置得到解决。

对于根据本发明的方法，所述产品气体由生物质量在至少三个方法阶段中产生，所述生物质量供应给例如根据本发明的用以气化生物质量的装置。在第一方法阶段中，由所供应的生物质量产生原气体和含碳的剩余物料。

对此，生物质量例如在氧化区中通过供应含氧的气体、尤其空气亚化学计量地氧化。待供应的含氧的气体能够为此被预热。在亚化学计量的氧化的情况下产生原气体和焦炭状的、含碳的剩余物料。

在所述方法的变型方案中，在第一方法阶段中，所供应的生物质量在第一子阶段中在加热区中干燥和/或如下地加热，使得挥发性的成分从生物质量中挥发，其中，产生热解气体和含碳的剩余物料。干燥和热解能够在共同的加热区中执行。备选地，生物质量的干燥和热解能够在彼此分开的区中来执行。在第二子阶段中，来自于第一方法阶段的热解气体在氧化区中通过供应含氧的气体亚化学计量地氧化，由此产生原气体。

根据本发明的方法包含来自于第一方法阶段的含碳的剩余物料和原气体在第二方法阶段中部分地如下地气化，使得产生活性炭。在此，含碳的剩余物料的优选地直至最大75%并且进一步优选地直至最大60至65%在气化区中进行气化。在气化区中的温度在一实施例中能够至少为800°C并且最大为1000°C。在气化区中产生热的产品气体和活性炭。

在第三方法阶段中，在冷却区中，热的产品气体和活性炭的至少一部分共同冷却。在此发生吸附过程，在所述吸附过程中，来自于热的产品气体的焦油积聚在活性炭处。由此，焦油从热的产品气体中去除并且接着第三方法阶段之后提供的产品气体是低焦油的或基本上无焦油成分。根据本发明的方法包含一定的量的在气化区中产生的活性炭和热的产品气体（所供应的生物质量引起了所述活性炭和所述产品气体）供应给冷却区并且在冷却区中共同冷却，从而吸附过程在冷却期间发生，在所述吸附过程中，一定的量的活性炭在冷却期间通过来自于热的产品气体的焦油来增加（angereichert，有时称为丰富、加料）。

一定的量的活性炭具有质量mAK2，所述质量为从关于参考状态无水和灰分（waf）的供应的生物质量的质量mBwaf的最小2%至最大10%。例如，关于参考状态无水和灰分的每千克的供应的生物质量使得0.05千克的活性炭被输送到冷却区中用以与积累的产品气体共同冷却。当例如生物质量的质量流mBroh供应给装置时，则生物质量通常具有水和矿物质。供应的生物质量的质量流mBroh因此相应于在参考状态无水和灰分中的生物质量的质量流mBwaf，所述质量流mBwaf通常小于质量流mBroh。对于供应的生物质量的恒定的质量流，将一定的质量流mAK2的活性炭从气化区中输送到冷却区中，其中，一定的质量流mAK2为关于参考状态无水和灰分的生物质量的质量流mBwaf的至少2%和最高10%:

mAK2=0.02…0.1mBwaf。

为了实现仅仅一定的量的活性炭与产品气体一起供应给冷却区并且在那儿与产品气体一起冷却，能够例如如下地控制或调节用于气化生物质量的过程，使得仅仅一定的量的活性炭在气化区中产生。备选地或附加地，多余的活性炭能够从气化区和/或在气化区和冷却区之间进行分支。

在对纯净的产品气体的需求改变的情况下、例如在以此供给的马达的负载改变时，必须考虑时间延迟，生物质量在装置的入口处的供应的为了匹配产品气体的需求的提高或减少随着所述时间延迟引起在气化反应器中的活性炭的提高的或减少的产生。因此，要分支的量的活性炭依据生物质量的量确定，由所述生物质量产生当前积累的活性炭和当前积累的热的产品气体。

借助于所述方法或提供方法阶段的相应的装置能够在生物质量气化时经济地并且简单地产生低焦油的产品气体。通过共同冷却活性炭的至少一部分和热的附有焦油的（teerbehafteten）产品气体，焦油没有或仅仅以不重要的量凝结在腔室的壁处，在所述腔室中，附有焦油的热的产品气体和活性炭的部分共同冷却。更确切地说，一定的量的活性炭在冷却期间吸收来自于热的产品气体的焦油。因此仅仅罕见直到完全不要求腔室去除焦油的消耗的净化。

产品气体在冷却区中冷却到其上的温度例如为最高50°C。当产品气体和一定的量的活性炭在第三方法阶段中对于吸附过程在冷却区中没有共同冷却到大于产品气体的露点温度的极限温度之下时，净化特别有效。以这种方式，活性炭的高的加载容量保持可用。优选地，下限的极限温度从最小10至最大20开尔文地大于产品气体的露点温度。

通过吸附过程净化的产品气体能够作为燃烧物料供应给装置、例如燃气涡轮机或者燃气发动机。优选地，所供应的生物质量的质量流成比例地匹配待以净化的产品气体供给的装置的功率要求。从气化区供应给冷却区的一定的质量流的活性炭（所述活性炭由成比例提高的或减少的量的供应的生物质量产生）优选地相应地成比例地匹配。

此外有利的是，气化在相对于周围环境压力提高的压力的情况下实施。例如在大约5巴的范围内的压力的情况下。所产生的冷却的产品气体而后能够在没有中间压缩的情况下应用在燃气涡轮机或经压力加载的马达中。为了实现这一点，至少一个反应腔室能够置于相应的压力下。例如，含氧的气体（例如空气）能够经由压缩机或其它合适的压缩单元在压力下被导入到至少一个反应腔室中。通过在提高的压力的情况下执行所述方法此外能够提高活性炭的加载容量。

优选地，生物质量的气化在分阶段的方法中执行。例如，在一方面用于干燥和热解的加热以及另一方面借助于氧化和/或气化的由此产生的热解气体和含碳的剩余物料的处理在单独的腔室中执行时，获得至少分两阶段的方法。例如特别优选的是，一方面用于干燥和/或热解的加热区以及另一方面氧化区布置在单独的腔室中。当一方面用以产生热解气体的生物质量的加热和/或挥发性的成分从生物质量中的释放以及另一方面亚化学计量的氧化在分阶段的方法中在彼此分离的区中执行时，能够在很大程度上独立于生物质量的块件大小（Stückgröße）以及生物质量的湿度地实现和调整在氧化区中的期望的温度。当附加地一方面亚化学计量的氧化以及另一方面含碳的剩余物料的气化在分离的区中在彼此单独的腔室中执行时，获得分三阶段的方法。

优选的是，在氧化区中的温度小于含碳的剩余物料的灰分的灰分软化点或灰分熔点。在此有利的是，在氧化区中的温度尽可能处于接近灰分软化点或灰分熔点。例如，亚化学计量的氧化在最小1000°C直到最大1200°C的温度的情况下执行。

在一些实施例中，产品气体的热值为在每立方米1.5和2kWh之间。所述方法的冷气体效率能够为大于80%。

利用所述方法，能够将所有种类和大小的源于生物的剩余物料作为生物质量来气化。省去了涡流层的构造。不产生受载的废水。从产品气体中的焦油去除即使在小型设备的情况下也能够经济地实现，因为既不要求到焦油去除方面的高的投资成本，并且运行也没有随之带来高的维护消耗。

根据本发明的方法能够以由自热的和异热的气化构成的混合形式来工作。在氧化区中的温度在一实施例中通过供应的含氧的气体的量并且优选地还通过供应的含氧的气体的温度来调整。由此，气体生产能够匹配需求，而不影响在气化区中的温度。在气化区中的温度能够通过利用加热机构的间接加热来调整。备选地或附加地，用于气化区的热通过氧化区的热输入、例如通过在那儿部分氧化的含碳的剩余物料和/或热解气体提供。

对于间接加热气化区，在一实施例中需要供应的生物质量的能量含量的少于10%。相对于纯异热的气化，能够因此在气化区中提供更小的加热面。

活性炭和热的产品气体在冷却区中优选地通过间接冷却进行冷却。冷却的产品气体（其也能够被称为净气体）能够接着冷却区之后供应给过滤器和/或灰尘分离器单元，用以减少产品气体的灰尘负载。过滤器能够供给以活性炭，所述活性炭在冷却区之前作为多余的活性炭进行分支并且因此没有与附有焦油的产品气体一起冷却。对于精细净化能够应用具有用于活性炭的更换容器的净化机构，如所述净化机构本身已知的那样。

优选的是，由所述方法产生的活性炭、至少源自第三方法阶段的带有吸附在其处的焦油的部分在反应器中与空气燃烧，所述空气在第三方法阶段中事先用于冷却产品气体和活性炭。优选地，燃烧的排气用于加热所述加热区。由此，总效率得到提高。用于反应器的燃烧物料不必单独地被供应，而是自动地积累，所述反应器用于产生用于在热解时干燥或释放生物质量的挥发性的成分的热。

气化区能够通过反应器的热来加热。这尤其能够通过间接加热具有气化区的反应腔室或在其中存在气化区的反应腔室区段来进行。在一实施例中，在冷却之后从冷却区取出的活性炭能够用作用于反应器的燃烧物料。

对于在反应器中燃烧活性炭能够有利的是，将活性炭的表面在供应到燃烧器之前增大，例如方式为，活性炭在从冷却区取出之后被研磨或精研磨。通过所提到的措施中的一个或多个能够进一步提高所述方法的或装置的效率。

进一步有利地，将在燃烧时在反应器中产生的排气用于在供应含氧的气体到氧化区中之前预热所述含氧的气体。

根据本发明的用以气化生物质量的装置（利用所述装置能够执行根据本发明的方法的实施例）具有至少一个第一腔室，在所述第一腔室中提供有用于生物质量的加热区。在加热区中，生物质量能够被干燥和/或热解。所述装置能够提供具有单独的子区的加热区以用于干燥和热解。所述子区例如能够布置在装置的彼此单独的第一腔室中。所述装置具有供应机构，所述供应机构设立成供应生物质量给加热区，用以产生热解气体以及含碳的剩余物料。所述装置此外具有至少一个第二腔室，所述第二腔室提供用于氧化热解气体的氧化区以及用于气化含碳的剩余物料的气化区。所述装置能够具有彼此单独的第二腔室，从而氧化区和气化区在分离的腔室中提供。具有氧化区和气化区的第二腔室优选地与具有加热区的第一腔室分开，从而一方面加热区和另一方面氧化区以及气化区彼此分离。所述装置具有气体供应机构，所述气体供应机构设立成给氧化区供应以一定量的含氧的气体、例如空气，从而在氧化区中存在的热解气体亚化学计量地氧化，由此产生原气体。通过供应的含氧的气体的和供应的生物质量的量，产品气体的生产能够匹配需求。所述装置具有输送器件，所述输送器件设立成将热解气体从加热区输送到氧化区中并且将原气体从氧化区输送到气化区中并且其设立成将含碳的剩余物料从加热区输送到气化区中。输送器件例如以至少一个输送机构和/或借助于存在的重力工作。所述装置另外具有加热器件，所述加热器件设立成如下地调整在气化区中的温度，使得含碳的剩余物料、必要时与原气体的气体成分（所述气体成分对此被输送到气化区中）部分地气化，由此产生活性炭和热的产品气体。加热器件能够是用以例如间接加热气化区的加热机构。备选地或附加地，考虑例如氧化区的热输入作为加热器件。通过在氧化区中的热解气体以及必要时还有含碳的剩余物料的放热的亚化学计量的氧化产生的热能够例如通过热辐射和/或通过热的原气体或加热的含碳的剩余物料从氧化区输入到气化区中。

通过气化产生的产品气体还附有焦油。所述装置因此设立成在装置的冷却区中提供源自气化区的一定的量的、例如一定的质量流的活性炭和源自气化区的产品气体。所述装置例如设立成将一定的量的活性炭和热的产品气体利用输送器件从气化区输送到冷却区中。输送器件例如具有输送机构和/或借助于存在的重力工作。一定的量的活性炭具有关于参考状态无水和灰分的生物质量的供应的质量（mwaf）的最小2%至最大10%的质量，活性炭和热的产品气体从所述生物质量中产生。一定的量例如具有关于参考状态无水和灰分的供应的生物质量的质量mwaf的5%的质量。

当例如生物质量的质量流mBroh供应给装置时，这相应于关于参考状态无水和灰分的生物质量的质量流mBwaf，所述质量流mBwaf通常小于mBroh，因为供应给装置的生物质量通常包含水和灰分（矿物质）。在所述装置中，由质量流mBroh在气化区中产生活性炭的质量流mAK。所述装置设立成将一定的量的活性炭以一定的质量流mAK2为形式供应给冷却区。也即，一定的量的活性炭以关于无水和灰分的参考状态的生物质量的质量流的最小2%至最大10%的质量流mAK2供应给冷却区。所述装置对于对纯净的产品气体的需求的改变的情况、例如在以其供给的燃气发动机负载改变时设立成根据生物质量（waf）的量确定要输送到冷却区中的活性炭的量，所述生物质量引起了所产生的活性炭，如还在描述所述方法的范围中解释的那样。

所述装置能够例如以如下的方式设立成用于输送仅仅一定的量、例如一定的质量流到冷却区中，使得所述装置、例如借助于过程控制机构如下地控制过程，使得源自在最小2%mBwaf至最大10%mBwaf之间的范围的仅仅一定的质量流mAK2的活性炭在气化区中产生。备选地或附加地，所述装置例如能够具有分支机构，所述分支机构设立成将多余的活性炭在冷却区之前分支，从而使得多余的活性炭没有被输送到冷却区中。

所述装置此外具有冷却机构，所述冷却机构具有冷却腔室用以共同冷却分支的一定的量的活性炭和产品气体。所述冷却机构设立成使得一定的分支的量的活性炭和热的产品气体在提供冷却腔室的冷却区中如下地共同冷却，使得吸附过程在冷却区中在冷却期间发生，在所述吸附过程中，活性炭在冷却期间通过来自于热的产品气体的焦油所增加。

因为一定的量的活性炭和热的产品气体在冷却腔室中一起冷却并且在冷却期间发生被包含在产品气体中的焦油吸附到活性炭处，所以焦油完全没有或仅仅以能够忽略的份额沉积在冷却机构的冷却腔室的壁处。因此，冷却腔室不必消耗地进行净化。由此甚至能够实现所述装置的无人的运行。

在一实施例中，所述装置具有共同的反应腔室用于氧化和气化。原气体和含碳的剩余物料从氧化区到气化区中的输送至少通过重力支持地基本上沿着竖直的方向发生。同样地，热的产品气体和活性炭从气化区到冷却区中的运输能够至少通过重力支持地进行。优选的是，氧化区和气化区布置在一腔室中并且冷却区布置在与该腔室分开的另外的腔室中。为了在腔室之间和/或在腔室之内输送物料能够存在有相应的输送器件如例如输送蜗杆或类似物。

优选地，一方面氧化和气化区以及另一方面冷却区彼此分离。通过在单独的腔室中布置区使得所述装置设立成用于执行分阶段的方法。

优选的是，所述装置设立成将生物质量的气化能够在相对于周围环境压力提高的压力的情况下执行。例如，对此在装置的用以供应生物质量的入口处、在装置的用以导开净化的产品气体的排出部处和/或在装置的用以引开灰分的出口处分别布置有闸门，所述闸门如下地设立，使得所述装置在入口和出口或排出部之间能够在相对于周围环境压力提高的压力的情况下运行。

附图说明

所述方法或装置的有利的设计方案由从属的专利权利要求、说明书和附图得到。接下来，本发明的优选的实施例按照附上的附图详细地解释。其中：

图1示出根据本发明的方法或根据本发明的装置的实施例的方框连接图；

图2示出根据本发明的方法或根据本发明的装置的另一实施例的方框连接图；

图3示出所述装置的实施例，所述装置具有用于干燥和热解的单独的加热腔室以及用于氧化区和气化区的共同的反应腔室以及在单独的冷却腔室中的单独的冷却区。

具体实施方式

图1示意性地阐明本发明的实施例的方框连接图。方框连接图示出用于气化生物质量B的方法10或装置11。所述方法基本上具有三个相继的方法阶段12、13、14。在第一方法阶段12中，生物质量B与含氧的气体一起被供应给氧化区ZO。在实施例中应用空气L作为含氧的气体。供应的空气L的量取决于要产生的产品气体的需求来调整。此外，能够经由空气L的量来调整在氧化区ZO中的温度TO。

在所述第一方法阶段12中，生物质量B在氧化区ZO中亚化学计量地氧化。在此产生原气体R和含碳的剩余物料RK。在氧化区中的温度TO被调整到低于然而尽可能接近含碳的剩余物料RK的灰分的灰分熔点或灰分软化点。由此避免了含碳的剩余物料的灰分在氧化区ZO中熔化或软化并且在氧化区ZO的区域中发生粘结。另一方面，通过在氧化区ZO中的非常高的温度TO已经实现在原气体R中的焦油含量的降低。原气体R和含碳的剩余物料RK接下来在第二方法阶段13中在气化区ZV中部分地气化。气化区ZV能够借助于加热机构15间接地加热。要不然，在气化区ZV中的温度TV例如能够通过输入来自于氧化区ZO的热、尤其通过输入热的含碳的剩余物料RK以及热的原气体R进行调整。加热机构15能够在优选的实施例中具有至少一个燃烧器16。

在气化区ZV中的温度TV能够经由加热机构15独立于在氧化区ZO中的温度地来调整。在气化区ZV中的温度TV在实施例中为至少800°C以及最大1000°C。含碳的剩余物料RK在气化区ZV中利用原气体的气体成分部分地气化，其中，在实施例中直至含碳的剩余物料RK的大约75%被气化。用于气化含碳的剩余物料RK的气体成分主要是水蒸汽和二氧化碳。

在这些条件下，在气化区ZV中产生热的产品气体PH（所述产品气体还具有不期望地高的份额的焦油）以及活性炭AK。热的产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2于是被供应给冷却区ZK，用以共同地冷却产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2，从而使得焦油从热的产品气体PH到活性炭的量MAK2上在共同冷却期间传递到一定的量的活性炭MAK2上。以这种方式能够防止焦油沉积在提供冷却区ZK的腔室的壁上，因为一定的量的活性炭MAK2吸收焦油。另一方面，活性炭AK得到有效使用。

与产品气体PH共同冷却的活性炭的量MAK2根据供应的生物质量的量MB确定，所述生物质量产生了活性炭AK以及产品气体PH。供应的量的生物质量MB通常包含水和灰分并且具有质量mBroh。这相应于在参考状态无水和灰分（waf）的情况下的质量mBwaf。供应给冷却区的活性炭的量MAK2具有质量mAK2，该质量相应于关于所供应的生物质量B的无水和灰分的参考状态的所供应的生物质量B的质量mWAF的最小2%至最大10%。

在第三方法阶段14中，热的产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2以及在气化器中产生的灰分借助于冷却机构17间接冷却。在此，在冷却区ZK中发生吸附过程，在所述吸附过程中，来自于产品气体PH的焦油在共同冷却期间与一定的量的活性炭MAK2结合。活性炭的量MAK2通过来自于产品气体PH的焦油在冷却期间在共同的腔室中得到增加。

热的产品气体PH能够在冷却区ZK之内例如冷却到在50°C之下的温度上。产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2在第三方法阶段中对于吸附过程优选地没有一起冷却到下限的极限温度之下，所述下限的极限温度大于产品气体PH的露点温度。以这种方式能够从活性炭的加载容量中得到（aus…gezogen）高的收益。通过活性炭MAK2由来自于产品气体PH的焦油的增加，在冷却区ZK的端部处产生冷却的产品气体PA，所述冷却的产品气体也能够被称为净气体PR。净气体PR完全无焦油或还仅仅包含能够忽略的焦油份额。净气体PR能够用于能量获取并且尤其不需求另外的消耗的后处理以用于焦油去除。净气体PR尤其能够直接使用在热电站中。

除了用以共同冷却的一定的量的活性炭MAK2之外，可能剩余来自于气化器区ZV的多余的量的活性炭MAKl。该量的活性炭能够如通过在图1中的箭头P标明的那样在冷却区ZK之前分支或取出。带有质量流mAKl的多余的部分量MAKl能够供应给净化容器组件以用于净气体PR的进一步的精细净化，用以在共同冷却之后还进一步降低净气体PR的剩余焦油含量。用于气体净化的这种净化容器组件本身已知，从而能够放弃详细的说明。

如在图1中以虚线阐明的那样，冷却的产品气体PA或净气体PR能够在合适的灰尘分离单元18中例如通过过滤器、静电的机构、旋流器（Zyklone）或类似物来去除灰尘。

活性炭的量MAK2能够从冷却区ZK中取出并且借助于研磨机构19研磨或精研磨。研磨了的活性炭（其接下来被称为炭灰尘SK）能够用作为用于燃烧的能量载体。炭灰尘SK或其至少一部分例如能够供应给加热机构15的燃烧器以用于间接加热气化区ZV。

在图1中此外阐明两个可行方案用于应用加热机构的至少一个燃烧器16的排气G。排气G能够一方面应用在干燥机构20中以用于在供应到氧化区ZO中之前干燥生物质量B。备选地或附加地，排气G能够被使用在预热机构21中用以在供应至氧化区ZO之前预热空气L或含氧的气体。

所述方法能够作为由自热的和异热的气化构成的混合形式来执行。对于在第二方法阶段13中的气化区ZV的可选的间接的加热，在一个例子中需要生物质量的能量含量的最高10%。净气体PR具有在1.5和2kWh/m³之间的热值。能够实现超过80%的冷效率。源自产品气体PH的焦油通过在第三方法阶段14中共同冷却产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2时的吸附进行的取出是非常经济的并且既不要求高的投资成本，也不要求高的维护消耗。

在图2中阐明根据本发明的方法的或根据本发明的装置的另一实施例。接下来描述相对于在图1中的实施例的区别。在其它方面适用相对于根据图1的实施例的说明。

第一方法阶段12在根据图2的实施例中细分为加热阶段12i和氧化阶段12ii。在加热阶段12i中，生物质量B供应给加热区ZE。在加热区ZE中，生物质量B被干燥并且如下地被加热，使得挥发性的成分从生物质量B中挥发。在此从挥发性的成分PY中产生气体（热解气体）以及产生含碳的剩余物料RK。如阐明的那样，加热区ZE能够利用加热机构15的燃烧器16的排气G加热。备选地或附加地，然而没有示出地，加热区ZE能够利用以来自于所述方法的净气体PR供给的燃气发动机的排气加热。在加热区中的温度TE为例如大约500°C。热解气体PY供应给氧化区ZO。给氧化区ZO此外供应有以一定量的含氧的气体、例如空气L，使得热解气体PY在氧化区ZO中亚化学计量地氧化。空气L能够在利用燃烧器16的排气进行热供给的预热机构21中预热。

含碳的剩余物料RK能够与热解气体PY一起被引导给氧化区ZO和/或在绕过氧化区ZO的情况下直接供应给气化区ZV。含碳的剩余物料RK的一部分能够在氧化区ZO中亚化学计量地氧化。

加热机构15的燃烧器16的排气能够可选地用于加热气化区ZV。

通过空间上一方面分离用于干燥和热解的加热并且另一方面分离氧化，使得所述方法分阶段地实施。在氧化区ZO中的期望的温度TO能够由此在很大程度上独立于生物质量B的块件大小以及生物质量的湿度来实现和调整。

在图3中示意性地在部分剖切的侧视图中阐明用于气化生物质量B的装置11的实施例。所述装置11具有基本上竖直布置的、例如柱状的反应容器22，所述反应容器限制共同的反应腔室23。在反应腔室23或反应容器22的上部的区段中形成氧化区ZO以及在联接所述上部的区段的区段中形成气化区ZV。通过竖直的布置能够实现在反应腔室23之内的简化的运输，而没有消耗的输送机构。相对于其备选地，至少一个反应腔室23能够水平地或倾斜于竖直线和水平线倾斜地取向。

氧化区ZO和气化区ZV能够备选地还在彼此单独的反应腔室中形成（在图3中没有示出）。单独的反应腔室能够布置在彼此单独的反应容器中。

在反应容器22的竖直上部的端部方面，能够给反应腔室23供应有含碳的剩余物料RK以及热解气体PY。含碳的剩余物料RK和热解气体PY能够在装置11的与反应腔室23单独的加热腔室24中产生，所述装置在加热腔室24中提供加热区ZE以用于干燥以及热解生物质量B。加热腔室经由用于热解气体PY和含碳的剩余物料RK的线路25与反应腔室23连接。

加热腔室24由料仓26或中间容器供给以生物质量B。为此，料仓26或中间容器与加热腔室24的入口27连接。在料仓26和用于干燥和热解的加热腔室24之间布置有第一闸门28。例如，生物质量B的质量流mBroh能够利用所述第一闸门28来调整，所述质量流供应给加热腔室24。在加热腔室24（其相对于竖直线或水平线倾斜地安装）中布置有输送机构29、例如输送蜗杆，用以将生物质量B从加热腔室24的入口27输送通过加热腔室24。在加热腔室24的出口30处，所述加热腔室经由线路25与提供氧化区ZO和气化区ZV的反应腔室23连接。加热腔室ZE和反应腔室23是彼此单独的腔室，从而在反应腔室23和加热腔室24中的温度能够在很大程度上独立于彼此来调整。此外，在反应容器22的上部的区段中存在有气体供应机构31用以供应含氧的气体或空气L到氧化区ZO中。空气例如借助于气体供应机构31的线路32直接导引到氧化区ZO中。在反应腔室23中存在有温度传感器33用于探测在氧化区ZO中的温度TO。所探测的温度被传送到没有详细示出的过程控制机构处以用于调节温度。同样地，在加热区ZE中以及在气化区ZV中能够布置有没有详细示出的温度传感器，所述温度传感器能够探测在加热区ZE中或在气化区ZV中的温度并且能够将其传递到过程控制机构处。

在反应腔室23的位于输送方向上的端部34处能够布置有通过在图3中的箭头标明的分支机构35，所述分支机构设立成将不应该用于在冷却区ZK中共同冷却活性炭AK和产品气体PH的多余的活性炭AK在冷却区ZK之前分支。在反应腔室23的端部34处，所述反应腔室与被包含在冷却腔室容器37中的冷却腔室36连接。冷却腔室36提供冷却区ZK。冷却腔室36同样相对于竖直线和水平线倾斜地安装。备选地，所述冷却腔室例如能够竖直或水平地取向。在冷却腔室36中布置有输送机构38、例如输送蜗杆，其设立成将在反应腔室23中产生的活性炭AK的一定的量、例如一定的质量流引导通过冷却腔室36。此外，输送机构38能够有助于输送热的产品气体PH到冷却腔室36中或冷却区ZK中。在冷却腔室36的位于活性炭AK或产品气体PH的输送方向上的端部39处，所述冷却腔室与分离腔室40连接，所述分离腔室具有过滤器18以及用于净气体PR的排出部41。过滤器18例如能够供给以在冷却区ZK之前分支的活性炭AK。在排出部41处布置有温度传感器42，所述温度传感器探测经净化的产品气体PR的气体离开温度并且将其传送到过程控制机构处。分离腔室40此外在其下部的端部处具有排出部43用于加载有焦油的活性炭AK。在排出部43处，分离腔室40与用于燃烧加载有焦油的活性炭AK的反应器44连接。在分离腔室40以及反应器44之间布置有第二闸门45，附有焦油的活性炭AK通过所述第二闸门输送到反应器44中以用于燃烧经焦油加载的活性炭。此外，反应器44能够在一实施例中供给以在冷却区ZK之前分支的多余的活性炭AK，其中，相应的输入线路在图3中没有示出。第二闸门45与在加热腔室24的入口27处的第一闸门28同样地设立成使得装置11在加热腔室24、反应腔室23、冷却腔室36以及分离腔室40中在相对于周围环境压力提高的压力的情况下、例如在5巴的情况下能够运行。

用于燃烧加载有的活性炭AK的反应器44具有用于灰分的排出部46，其中，灰分例如借助于转动碟47能够输送至出口。在排出部46处，反应器44具有第三闸门48，所述第三闸门如同其它闸门28、45那样如下地设立，从而装置11在相对于周围环境压力提高的压力的情况下能够运行。

提供加热区ZE的加热腔室24由隔绝套49包围。在隔绝套49和用于加热腔室24的容器50的外壁之间形成有加热空间51。加热空间51在实施例中与用于燃烧经焦油加载的活性炭的反应器44经由相应的线路52连接，通过所述线路使得加热空间51能够供给以反应器44的排气G。备选地或附加地，加热空间51能够如通过箭头52标明的那样利用用于电流产生的燃气发动机（没有示出）的排气加热，所述燃气发动机例如供给以净化的产品气体PA、PR作为燃烧物料。排气G能够从加热空间51经由在隔绝套49中的排出部53来导开。

反应腔室23同样由隔绝套54围绕，所述隔绝套不仅包围氧化区ZO，而且包围气化区ZV。在隔绝套54和反应腔室23之间能够布置有加热空间用于间接地加热气化区ZV和/或氧化区ZO（没有示出），所述加热空间同样能够供给以反应器44的排气G。

冷却腔室容器37由套56包围，其中，在套56和冷却腔室容器37之间构造有冷却空间57，所述冷却空间能够经由入口58供给以冷却剂C、在实施例中为空气。冷却空间57具有排出部59用以从冷却空间57排出空气C。通过间接冷却冷却腔室36来加热的空气C能够通过在排出部59和反应器44之间布置的线路60供应给用于燃烧活性炭AK的反应器44。

用于导开净气体PR的排出部41例如能够与燃气发动机（没有示出）连接，所述燃气发动机应该利用净气体PR运行。为了产生净气体PR，所述装置11例如如下工作:

在静止的状态中，当燃气发动机应该提供恒定的机械的功率时，通常需求通过装置11或通过方法10连续地产生净气体PR。为了产生净气体PR，通常使得恒定的质量流的生物质量mBroh（参考状态原）从用于生物质量B的料仓26借助于第一闸门28和例如重力以及输送机构29供应给用于干燥和热解生物质量B的加热腔室24。生物质量流mBwaf（参考状态无水和灰分）相应于生物质量流mBrohr。在加热腔室24或加热区ZE中，生物质量B通过由反应器44和/或燃气发动机的排气G间接地加热加热区ZE在例如大约500°C的情况下被干燥并且如下地被加热，使得挥发性的成分从生物质量B挥发（热解）。在此产生含碳的剩余物料RK以及热解气体PY，所述热解气体能够具有每立方米几克的焦油份额。

含碳的剩余物料RK以及热解气体PY借助于输送机构29输送到氧化区ZO中。在那儿，热解气体PY在供应含氧的气体、例如空气L的情况下在大约1000至1200°C的情况下亚化学计量地氧化，其中，产生原气体R。在热解气体PY中的焦油成分在此绝大部分地裂化。含氧的气体L的空气被调节以用于调整在氧化区ZO中的温度TO。例如每千克生物质量（waf）需要1立方米空气。通过预热还能够降低空气量并且提高净气体PR的热值。在氧化区ZO或氧化阶段12ii中，在原气体R中的焦油份额降低到明显低于每立方米500mg上。

原气体R到布置在氧化区ZO之下的气化区ZV中的气体运输例如如下地实现，即含氧的气体L在反应腔室23的竖直地上部的端部61处被供应并且气体L由此竖直向下压在反应腔室23中存在的气体。备选地或附加地，能够在装置11或反应腔室23的端部34处联接有用于产品气体PH的没有示出的抽吸装置，用以引起或支持在反应腔室23之内的气体运输。

在气化区ZV（其也能够被称为还原区）中，含碳的剩余物料RK的主要的部分吸热地气化，其中，气体温度相应地下降直至到例如700°C上。在此，含碳的剩余物料RK的份额能够关于所供应的生物质量流mBwaf（参考状态无水和灰分）从初始20%在热解之后降低到例如5%上。产生具有非常多孔的结构的炭AK（活性炭）。

装置11的过程控制机构设立成通过控制过程参数、如例如温度和必要时还有压力，和/或借助于分支机构35和/或冷却腔室36的输送机构38将来自于每千克的所供应的生物质量B（关于参考状态无水和灰分）（活性炭AK由所述生物质量产生）的最小0.02千克至最大0.1千克的范围的一定的质量流的活性炭MAK2从气化区ZV输送到冷却腔室36的冷却区ZK中并且在那儿与在气化时由所供应的生物质量B产生的附有焦油的产品气体PH共同间接冷却直到接近周围环境温度。在共同冷却期间，产品气体PH通过吸附过程被净化掉焦油并且于是作为净气体PR供应给燃气发动机。

在改变对净气体PR的需求时或在当前提供的生物质量B的热值强烈改变时，所供应的生物质量B的质量流mBroh相应地改变。由此随着时间延迟，在气化区中产生经改变的质量流的活性炭mAK。过程控制机构设立成考虑所产生的活性炭AK的质量流mAK的改变相对于所供应的生物质量的质量流mBroh的改变延迟地产生。因此，即使在对净气体PR的需求改变时，量MAK2或质量流mAK2（所述质量流要从当前在气化区ZV中提供的质量流mAK的活性炭供应给冷却区ZK）也依据该量的或所供应的质量流的生物质量（关于参考状态waf的量或质量流）来确定，由所述生物质量产生当前在气化区ZV中产生的活性炭质量流mAK。

来自于产品气体PH的焦油成分和其它有害物料在共同冷却期间由活性炭MAK2吸附。活性炭AK的加载容量（吸附容量）如下地高，使得在加载每千克生物质量B（waf）的仅仅2重量百分比时，例如能够从产品气体PH去除1克焦油成分。产品气体PH和一定的量的活性炭MAK2在共同冷却时优选地没有冷却到高于产品气体PH的露点的下限的极限温度之下，因为活性炭AK的加载容量朝着100%的产品气体PH的相对的湿度强烈地下降。在实施例中，将空气C用于间接地冷却冷却区ZK，其中，经加热的冷却空气C供应给用于燃烧附有焦油的活性炭MAK2的反应器。

产品气体PA、PR在实施例中在冷却区ZK之后利用灰尘过滤器18与加载有有害物料的活性炭MAK2分离。加载有有害物料的活性炭MAK2经由第二闸门45供应给反应器22并且与用过的冷却空气C燃烧。灰分例如经由转动碟47和第三闸门48来分离。

在生物质量B的湿度高时能够适宜的是，将加热区ZE通过不仅利用燃气发动机的排气而且利用用于燃烧附有焦油的活性炭MAK2的反应器44的排气的间接加热进行加热。

在提高的压力的情况下的利用在气化器11的入口和出口处的相应的闸门28、45、48的气化具有如下优点，即所净化的产品气体PR能够在没有压缩机的情况下供应给受压力加载的燃气发动机。此外能够由此提高活性炭AK的加载容量。

利用用于精细净化的根据本发明的方法10和根据本发明的装置11能够产生马达适宜的产品气体PR，而没有要求后置的净化（例如借助于湿式洗涤器、电动过滤器或类似物）。气化器的冷气体效率即使在非常潮湿的生物质量的情况下也处于超过80%。

本发明涉及用于气化生物质量B的方法10以及为此设立的装置11。所述方法在至少三个方法阶段12、12i、12ii、13、14中进行。在第一方法阶段12中，在一实施例中，源于生物的剩余物料生物质量能够供应给加热区ZE，用以干燥生物质量B并且让挥发性的成分挥发，用以由此产生热解气体PY。热解气体PY供应给氧化区ZO并且在那儿亚化学计量地氧化，其中，产生原气体R。在加热区ZE中产生的、焦炭状的、含碳的剩余物料RK与原气体R一起在第二方法阶段13中在气化区ZV中部分地气化。加热区ZE能够间接地被加热。气化区ZV能够同样间接地被加热。加热区ZE和氧化区ZO优选地是在单独的腔室23、24中的彼此单独的区。通过气化产生活性炭AK以及热的过程气体PH。根据本发明的方法10包含或装置11设立成将每千克所供应的生物质量（无水和灰分，waf）（活性炭由所述生物质量在气化区ZV中产生）的最小0.02千克至最大0.1千克的一定的量的活性炭以及热的产品气体PH在第三方法阶段14中在冷却区ZK中例如冷却到最高50°C上。优选地，所述装置如下地设立或所述方法包含活性炭AK以及热的过程气体PH如下地共同冷却，使得过程气体PH的温度在冷却区ZK中在与活性炭AK共同冷却时保持在大于产品气体PH的露点温度的下限的极限温度之上。在活性炭AK和产品气体PH共同冷却期间发生的吸附过程引起了焦油在冷却期间在冷却区中从热的过程气体PH积聚在活性炭AK处。由此在接着第三方法阶段14之后获得基本上无焦油的净气体PR、PA。经焦油增加的活性炭AK能够至少部分地燃烧以用于加热加热区ZE和/或气化区ZV。

附图标记列表

10 方法

11 装置

12 第一方法阶段

12i 加热阶段

12ii 氧化阶段

13 第二方法阶段

14 第三方法阶段

15 加热机构

16 燃烧器

17 冷却机构

18 灰尘分离单元

19 研磨机构

20 干燥机构

21 预热机构

22 反应容器

23 反应腔室

24 加热腔室

25 线路

26 料仓

27 入口

28 第一闸门

29 输送机构

30 出口

31 气体供应机构

32 线路

33 温度传感器

34 端部

35 分支机构

36 冷却腔室

37 冷却腔室容器

38 输送机构

39 端部

40 分离腔室

41 排出部

42 温度传感器

43 排出部

44 反应器

45 第二闸门

46 排出部

47 转动碟

48 第三闸门

49 隔绝套

50 用于加热腔室的容器

51 加热空间

52 箭头

53 排出部

54 隔绝套

56 套

57 冷却空间

58 入口

59 排出部

60 线路

61 上部的端部

B 生物质量

L 空气

R 原气体

RK 含碳的剩余物料

PH 产品气体

AK 活性炭

PA、PR 冷却的产品气体、净气体

SK 炭灰尘

G 排气

PY 热解气体

MB 供应的生物质量的量

MAK2 一定的量的活性炭

MAK1 多余的量的活性炭

mBroh 生物质量的质量、质量流（参考状态原）

mBwaf 生物质量的质量、质量流（参考状态无水和灰分）

mAK 在气化区中产生的活性炭的质量、质量流

mAK2 用于共同冷却的活性炭的质量、质量流

mAKl 多余的活性炭的质量、质量流

ZO 氧化区

TO 氧化区的温度

ZV 气化区

TV 在气化区中的温度

ZK 冷却区

ZE 加热区

TE 加热区的温度

P 箭头。

Claims (17)

1.用以气化生物质量（B）的方法（10），

其中，给装置（11）供应用以气化的生物质量（B），

其中，从所供应的生物质量（B）中在第一方法阶段（12）中产生原气体（R）和含碳的剩余物料（RK），

其中，所述含碳的剩余物料（RK）与所述原气体（R）的气体成分在第二方法阶段（13）中在气化区（ZV）中部分地气化，由此产生活性炭（AK）和热的产品气体（PH），

其中，关于参考状态无水和灰分（waf）的每质量单位的供应的生物质量（B）在最小0.02质量单位和最大0.1质量单位之间的、所供应的生物质量（B）引起了的活性炭（AK）和所述热的产品气体（PH）从所述气化区（ZV）中取出、供应给冷却区（ZK）并且在所述冷却区（ZK）中在第三方法阶段（14）中一起冷却，从而发生吸附过程，在所述吸附过程中，所述活性炭在所述冷却期间通过来自于所述热的产品气体（PH）的焦油来增加。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产品气体（PH）和所述活性炭在所述第三方法阶段（14）中对于所述吸附过程在所述冷却区（ZK）中没有一起冷却到下限的极限温度之下，所述下限的极限温度大于所述产品气体（PH）的露点温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述下限的极限温度在最小10K和最大20K之间大于所述产品气体（PH）的露点温度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述第一方法阶段（12）中，所供应的生物质量（B）在第一子阶段（12i）中在加热区（ZE）中干燥并且如下地加热，使得所述生物质量（B）的挥发性的成分挥发，其中，热解气体（PY）和含碳的剩余物料（RK）产生，并且其中，至少所述热解气体（PY）在所述第一方法阶段（12）的接着其的第二子阶段（12ii）中在氧化区（ZO）中通过供应含氧的气体（L）亚化学计量地氧化，由此产生原气体（R）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，一方面所述加热区（ZE）以及另一方面所述氧化区（ZO）是彼此分离的区。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热解气体（PY）的亚化学计量的氧化和所述含碳的剩余物料（RK）的气化在彼此分离的区中来执行。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，亚化学计量的氧化在最小1000°C至最大1200°C的温度（TO）的情况下在所述氧化区（ZO）中来执行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述氧化区（ZO）中的温度（TO）通过所供应的含氧的气体（L）的量来调整。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法在相对于周围环境压力提高的压力的情况下来实施。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过所述吸附过程净化的产品气体（PA、PR）作为燃烧物料供应给装置，其中，所供应的生物质量的量（MB）和从所述气化区（ZV）中取出的量的活性炭（AK）成比例地匹配所述装置的功率要求。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述原气体（R）和所述含碳的剩余物料（RK）在所述气化区（ZV）中通过间接加热进行加热，和/或其中，所述活性炭（AK）和所述热的产品气体（PH）在所述冷却区（ZK）中通过间接冷却进行冷却。

12.根据权利要求4所述的方法，其中，所述活性炭（AK）连同源自所述第三方法阶段（14）的吸附在所述活性炭处的焦油在反应器（44）中与空气燃烧，所述空气在所述第三方法阶段（14）中用于冷却所述产品气体（PH）和所述活性炭（AK）。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述装置是燃气发动机。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述燃烧的排气（G）用于加热所述加热区（ZE）。

15.用以气化生物质量（B）的装置（11），具有

具有加热区（ZE）的至少一个腔室（24），

供应机构（28、29），所述供应机构设立成供应所述生物质量（B）给所述加热区（ZE），用以产生热解气体（PY）和含碳的剩余物料（RK），

至少一个腔室（23），具有用于氧化所述热解气体（PY）的氧化区（ZO）和用于气化所述含碳的剩余物料（RK）的气化区（ZV），

输送器件（29），所述输送器件设立成将所述热解气体（PY）从所述加热区（ZE）输送到所述氧化区（ZO）中并且将原气体（R）从所述氧化区（ZO）输送到所述气化区（ZV）中并且设立成将所述含碳的剩余物料（RK）从所述加热区（ZE）输送到所述气化区（ZV）中，

气体供应机构（31），所述气体供应机构设立成给所述氧化区（ZO）供应以一定量的含氧的气体（L），从而在所述氧化区（ZO）中存在的热解气体（PY）亚化学计量地氧化，由此产生所述原气体（R），

具有加热器件用以加热所述气化区，所述加热器件设立成如下地调整在所述气化区（ZV）中的温度（TV），使得所述含碳的剩余物料（RK）与所述原气体（R）的气体成分部分地气化，由此产生活性炭（AK）和热的产品气体（PH），

其中，所述装置（11）设立成在冷却区（ZK）中提供源自所述气化区（ZV）的一定的量的活性炭（AK）和所述产品气体（PH），

其中，所述一定的量的活性炭具有关于参考状态无水和灰分的所供应的量的生物质量（B）的质量的最小2百分比至最大10百分比的质量，从所述生物质量中产生所述活性炭（AK）和所述热的产品气体（PH），

具有冷却机构（17），所述冷却机构设立成使得所述一定的量的活性炭和所述热的产品气体（PH）在所述冷却区（ZK）中如下地共同地冷却，使得发生吸附过程，在所述吸附过程中，所述活性炭（AK）在所述冷却期间通过来自于所述热的产品气体（PH）的焦油来增加。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，一方面所述加热区（ZE）以及另一方面所述氧化区（ZO）布置在单独的腔室（23、24）中，和/或其中，一方面所述气化区（ZV）以及另一方面所述冷却区（ZK）布置在单独的腔室（23、36）中。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中，所述装置（11）设立成使得所述气化能够在相对于周围环境压力提高的压力的情况下来执行。

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