DE102004030370B3

DE102004030370B3 - Verfahren zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas aus Biomassevergasungen

Info

Publication number: DE102004030370B3
Application number: DE200410030370
Authority: DE
Inventors: Hans Walter Kirchner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-24

Abstract

Das Problem, dass die bisher verwendeten Verfahren zwar gute Teerminderungen erzielen, allerdings hohe Investitionskosten und Wartungskosten verursachen, wird durch die im Folgenden beschriebenen Wärmetauscher- und Filterkombination zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas gelöst. DOLLAR A Das aus dem Vergasungsprozess zwischen 700 DEG C und 1200 DEG C heiße Brenngas wird in einem ersten Schritt in einem Wärmetauscher beliebiger Bauart zunächst oberhalb der teerkondensierenden Temperaturgrenze auf ca. 250 DEG C abgekühlt. Im zweiten Schritt erfolgt eine weitere Abkühlung auf ca. 100 DEG C in einem Röhrenwärmetauscher. Die Teerbestandteile werden überwiegend kondensiert und im dritten Schritt in einem gekühlten Metallgestrickfilter die Restbestandteile an Teeren ausgefiltert und das Brenngas auf ein Temperaturniveau leicht oberhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas aus Biomassevergasungen gemäß Anspruch 1.
Für die Verwendung von Brenngas aus Biomassevergasungsanlagen, z. B. als Brennstoff für Motoren, ist eine Reduzierung des Teergehaltes und eine Kühlung des bei etwa 700°C–1200°C erzeugten Brenngases auf ein Temperaturniveau von ca. 50°C, leicht oberhalb Umgebungstemperatur, erforderlich.
Dazu werden sowohl für die Wärmetauscher wie auch für Filter verschiedene technische Lösungen eingesetzt, als Filter z.B. Sandbettfilter, Schlauchfilter, Elektrofilter oder Venturi-Wäscher. Die Teerminderungen reichen hier von 10–95 %.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1 bietet im Vergleich zu den bestehenden Verfahren deutliche Vorteile dadurch, dass sie eine größere Teerminderung bei niedrigeren Investitions- und Betriebskosten erreicht.
Die im Verfahren nach Patentanspruch 1 verwendeten Anlagenkomponenten Wärmetauscher beliebiger Bauart, Röhrenwärmetauscher und Metallgestrickfilter werden in anderen Bereichen der Technik durchaus häufig eingesetzt, Röhrenwärmetauscher z. B. im Kesselbau als Röhrenkessel und Metallgestrickfilter z. B. in der Großküchentechnik zur Entfettung der Küchenabluft- die Filter werden dort auch als Fettfangfilter bezeichnet. Die hier beschriebene Kombination der drei Anlagenkomponenten zur Brenngasbehandlung in Biomassevergasungsanlagen ist technisch neu und erzeugt ein Brenngas mit hervorragenden technischen Eigenschaften.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des in der Erfindung eingesetzten Röhrenwärmetauschers ist in Patentanspruch 2 angegeben. In dem stehend angeordneten Röhrenwärmetauscher wird die Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases durch die großen Querschnitte stark gesenkt, die Verweildauer des Brenngases im Röhrenwärmetauscher verlängert und so die Bedingungen für ein vollständiges Auskondensieren der Teere geschaffen. Die stehende Anordnung des Röhrenwärmetauschers führt dazu, dass die im Temperaturbereich über 100°C noch flüssigen Teere nach unten fließen und in dem unterhalb des Röhrenwärmetauschers aufgestellten Teersammelbehälter aufgefangen werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des in der Erfindung eingesetzten gekühlten Metallgestrickfilters ist in Patentanspruch 3 angegeben. In einem gekühlten Gehäuse aus Edelstahl sind mehrere Metallgestrickfilter in Strömungsrichtung des Brenngases hintereinander angeordnet. Die Metallgestrickfilter halten zum einen die im Brenngas noch enthaltenen Teerbestandteile zurück und führen zum zweiten die im Brenngas enthaltene Wärme an das gekühlte Filtergehäuse ab. Das bei dieser Abkühlung auskondensierende Wasser wird in einen Kondensatsammelbehälter abgeleitet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben:
Es zeigen
1 Schema und Anordnung der Wärmetauscher-/Filterkombination in einer Biomassevergasungsanlage
2 Zeichnung des Röhrenwärmetauschers
3 Ansicht des gekühlten Metallgestrickfilters
4 Schnitte des gekühlten Metallgestrickfilters
Das Brenngas wird wie in 1 dargestellt, zunächst dem Röhrenwärmetauscher zugeführt. Hier wird das Brenngas über 61 Rohre, mit Wasserkühlung innerhalb der Ummantelung, gekühlt. Da der Gesamtquerschnitt dieser Rohre in der Summe erheblich größer als der Anschlussquerschnitt des Röhrenwärmetauschers (siehe 2) ist, ergibt sich eine herabgesetzte Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases und ermöglicht so eine hohe Verweildauer im Röhrenwärmetauscher. Die auskondensierenden bei etwa 100°C noch flüssigen Teerbestandteile werden in einem Ölbehälter gesammelt und können später dem Gasgenerator zugeführt werden.
Mit etwa 100°C passiert das Brenngas den gekühlten Metallgestrickfilter. Dieser besteht aus einer Gasleitung rechteckigen Querschnitts mit auswechselbaren Filterzellen (siehe 4). Diese Gasleitung ist mit Kühlrippen bestückt, welche aktiv von zwei Kühlluftventilatoren gekühlt werden. Um eine gute Flächenausnutzung der Kühlrippen zu erhalten, ist ein Gehäuse wie in 3 dargestellt empfehlenswert. Diese aktive Kühlung unterstützt die Kühlung des Brenngases über die Filterzellen, so dass vorwiegend dort ein Auskondensieren von restlichen Teerbestandteilen erfolgt. Die Filterzellen werden technisch derart eingebaut, dass ein einfacher und kostenneutraler Filterwechsel möglich ist.

Claims

Verfahren zur Abkühlung und Entteerung von Brenngas aus Biomassevergasungen, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Vergasungsprozess zwischen 700°C und 1200°C heiße Brenngas in einem ersten Abkühlschritt in einem Wärmetauscher beliebiger Bauart zunächst oberhalb der teerkondensierenden Temperaturgrenze auf ca. 250°C abgekühlt wird, im zweiten Schritt eine weitere Abkühlung auf ca. 100°C in einem Röhrenwärmetauscher erfolgt und dabei der überwiegende Anteil der im Brenngas enthaltenen polyaromatischen Kohlenwasserstoffe (Teere) auskondensiert wird und danach in einem dritten Schritt in einem nachgeschalteten, gekühlten Metallgestrickfilter die Restbestandteile an Teeren ausgefiltert werden und das Brenngas auf ein Temperaturniveau leicht oberhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt in einem Röhrenwärmetauscher senkrechter Bauart erfolgt, so dass die auskondensierenden Teer- und Wasserbestandteile durch die Schwerkraft nach unten abfließen, wobei das Kondensat in einen unterhalb des Röhrenwärmetauschers befindlichen Sammelbehälter abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas durch mehrere Metallgestrickfilter, welche in einem gekühlten Gehäuse aus Metall in Strömungsrichtung des Brenngases hintereinander angeordnet sind, geführt wird, wobei das bei der Abkühlung kondensierende Wasser und die kondensierenden restlichen polyaromatischen Kohlenwasserstoffe, soweit diese nicht an den Metallgestrickfiltern anhaften, in Kondensatsammelbehälter abfließen.