DE102005026764B3 - Festbettvergaser und Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoff - Google Patents

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Abstract

Der erfindungsgemäße Festbettvergaser arbeitet mit einer Festkörperschüttung, die mit Luft und/oder Dampf im Gegenstrom durchströmt ist. Die eigentliche Pyrolysezone ist im Vergleich zu der entstehenden Pyrolysekoksschüttung so dünn, dass die Materialverweilzeit in der Pyrolysezone lediglich wenige Minuten beträgt während die Verweilzeit des Pyrolysekokses in der Pyrolysekoksschicht bis zu mehreren Stunden betragen kann. Die Pyrolyse erfolgt allotherm. Es entsteht ein hochenergetisches staub- und teerarmes Gas. Die Prozessführung ist zuverlässig automatisierbar. Der Abzug der Reaktions- und Pyrolysegase erfolgt durch die Heizkammer, wodurch letzte Teerbestandteile beseitigt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Pyrolyse von festem Pyrolysegut, das hier als „Festbrennstoff" bezeichnet wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung solcher Festbrennstoffe.
  • Festbrennstoffe in Form von Biomasse, Klärschlamm, kohlenstoffhaltigen Reststoffen, wie beispielsweise Kunststoffen, Müll, Altpapier und dergleichen, können zur Gaserzeugung eingesetzt werden. Kleinere Anlage arbeiten üblicherweise als Festbettvergaser, bei denen der in einer Schüttung liegende stückige Festbrennstoff einer Pyrolyse unterzogen wird. In der Regel arbeiten solche Anlagen autotherm, d.h. die zur Durchführung der Pyrolyse erforderliche Energie wird durch teilweise Oxidation des Festbrennstoffs erzeugt. Solche Vergaser sind der Fachliteratur „Dezentrale Energiesysteme", Jürgen Karl, Oldenbourg Verlang München Wien 2004, Seiten 176 bis 197, zu entnehmen. Die dort beschriebenen Holzvergaser erzeugen relativ energiearme Brenngase und benötigen überdies meist eine personelle Überwachung.
  • Aus der DE 38 30 152 A1 ist ein Pyrolysereaktor zur thermischen Abfallentsorgung bekannt, der mit Fremdheizung arbeitet. Der thermische Reaktor ist als Drehrohrofen ausgebildet, dessen zylindrischen Reaktionsgefäß an einer Stirnseite über einen Schneckenförderer Pyrolysematerial zugeführt wird. Dieses sammelt sich in dem etwa horizontal liegenden, sich langsam drehenden Zylinder. Von der anderen Stirnseite her wird eine Flamme in den Innenraum geblasen, die den Innenraum aufheizt, um das Schwelgut aufzuheizen. Zwischen der Flamme und dem Schwelgut kann ein Schirm angeordnet sein, um die auf den Boden gerichtete Wärmestrahlung der Flamme zu reduzieren.
  • Aus der DE-OS 27 15 676 ist ein Thermolysereaktor bekannt, bei dem Sonnenstrahlung als Wärmequelle zur Aufheizung des Thermolyseguts genutzt wird. Das Thermolysegut wird in einem Gefäß gehalten, das in dem Brennpunkt eines zur Sonne ausgerichteten Hohlspiegels angeordnet ist. Das Thermolysegut ist beispielsweise Kohle, das zur Reduktion von Wasser und somit zur Wasserstofferzeugung dient.
  • Ähnlich schlägt die US 4 455 153 eine Anlage zur Erzeugung synthetischer Brennstoffe mittels Sonnenlicht vor, bei der über mehrere Spiegel Sonnenlicht in einen Reaktor ge leitet wird. Dieser enthält an seiner Oberseite ein lichtdurchlässiges Fenster, durch das die konzentrierte Sonnenstrahlung in den Reaktorinnenraum geleitet wird. In den Innenraum werden Dampf sowie kohlenstoffhaltige Materialien, wie beispielsweise Kohle, Lignit, Torf, feste organische Abfälle oder Schweröl eingefüllt, um Synthesegas zu erzeugen.
  • Die beiden letztgenannten Anlagen sind von der Sonnenstrahlung abhängig.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Festbettvergaser zu schaffen. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoffen geschaffen werden, das sich für kleine Einheiten eignet und energiereiche Pyrolysegase erzeugt.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 17.
  • Der erfindungsgemäße Festbettvergaser weist eine Reaktionskammer zur Aufnahme des Festbrennstoffs auf. Es bil- det sich eine Schüttung, die an ihrer Oberseite eine dünne Schicht Pyrolysegut (Festbrennstoff) und darunter Pyrolysekoks sowie zu unterst Asche enthält. Von oben her wird die Festbrennstoffschicht vorzugsweise durch Strahlungswärme so weit aufgeheizt, dass die Pyrolyse eintritt. Das Pyrolysegut kann von oben her durch eine Brennstoffeinfülleinrichtung, beispielsweise in Form einer Schleuse, eingefüllt werden. Durch die aus der Heizkammer kommende Wärmestrahlung wird die verhältnismäßig dünne Pyrolysezone an der Oberfläche der Schüttung auf die vorgegebene Temperatur erwärmt und unter Sauerstoffmangel entgast. Der verbleibende Rest aus Pyrolysekoks und Asche wird nach unten abgezogen, wobei die Temperatur im Wesentlichen konstant bleibt. Denn die Strahlungswärme kann in die Schüttung nicht tief eindringen und die Schüttung weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Pyrolysegase werden über die Heizkammer abgezogen, wobei Teerbestandteile cracken. Die Schüttung kann von unten nach oben durch Dampf, Luft oder ein Dampf/Luft-Gemisch durchströmt werden, um den Pyrolysekoks zu vergasen.
  • Der Festbettreaktor ist sowohl bei konstanter Last als auch bei schwankenden Lasten zum automatisierten Betrieb geeignet. Er arbeitet allotherm und erzeugt ein energiereiches Gas.
  • Eine in der Reaktionskammer angeordnete Rühreinrichtung, z.B. in Form eines langsam rotierenden Rührarms bewirkt gleichmäßige Verteilung des Pyrolyseguts und die Ausbildung einer lediglich dünnen Pyrolysegutschicht auf dem darunter liegenden Pyrolysekoks. Die Rühreinrichtung wird vorzugsweise so langsam bewegt, dass keine Material- oder Staubaufwirbelungen auftreten. Außerdem ist der Gasdurchsatz so gering, dass kein oder wenigstens fast kein Staub aufgewirbelt wird.
  • Die Reaktionskammer und die Heizkammer sind vorzugsweise nach außen wärmeisoliert. Dies verbessert den Wirkungsgrad und ermöglicht einen zumindest kurzzeitigen Stand-By-Betrieb ohne Zusatzheizung. Soll längerer Stand-By-Betrieb ermöglicht werden, kann die Reaktionskammer mit einer Hilfsheizung, beispielsweise in Form von ein oder mehreren Gasbrennern oder einer elektrischen Heizung versehen sein.
  • Die in der Heizkammer vorgesehene Heizeinrichtung ist vorzugsweise ein aus Stahl oder Keramik bestehendes Strahl rohr, das mit einem Rekuperator- oder Regeneratorbrenner ausgerüstet ist und die Temperatur der Heizkammer vorzugsweise auf 1000°C bis 1250°C hält. Dadurch werden aus dem Pyrolysegut austretende Teerbestandteile gecrackt und im Idealfall vollständig in gasförmige Bestandteile CO, H2 sowie etwas CO2 aufgespalten. Dazu ist die Gasabzugseinrichtung vorzugsweise an der Heizkammer angeordnet. Des Weiteren beträgt die mittlere Verweilzeit der Pyrolysegase in der Heizkammer vorzugsweise mehr als eine Sekunde, was das weitgehende cracken der Teerbestandteile unterstützt.
  • Die Gasabzugseinrichtung kann einen Katalysator enthalten, der die Spaltung der Kohlenwasserstoffe und deren Reformierung zu CO und H2 unterstützt. Als Katalysator können Nickel, Koks, Dolomit oder ähnliches eingesetzt werden.
  • An der Gasabzugseinrichtung ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung, vorzugsweise eine Schockkühleinrichtung (Quenchcooler), angeordnet, die durch schnelle Abkühlung des Produktgases Dioxinbildung vermeidet. Die Gaskühleinrichtung kann als Luftvorwärmer oder als Dampferzeuger ausgebildet sein, wobei die vorgewärmte Luft und/oder der erzeugte Dampf zur Vergasung des Pyrolysekokses benutzt werden kann. Dabei kann mit Dampfüberschuss gearbeitet werden.
  • Bei der Beheizung der Reaktionskammer durch Strahlrohre wird eine Verschlackung derselben durch niedrig schmelzende Aschebestandteile durch konsequente Vermeidung von Ascheaufwirbelungen durch entsprechend niedrige Gasgeschwindigkeiten, insbesondere in der Reaktionskammer und in der Heizkammer vermieden.
  • Als kostengünstige Variante ist es auch möglich, die Heizkammer durch einen Rekuperatorbrenner zu beheizen, über den das Produktgas abgezogen wird. Die Temperatur in der Heizkammer kann dann über die unterstöchiometrische Luftzufuhr geregelt werden. Es entsteht jedoch ein heizwertärmeres Produktgas mit höherem Stickstoffanteil.
  • Die Wärmezufuhr in die Pyrolysezone kann mit einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise in Form beweglicher Blenden reguliert werden. Dadurch ist eine Anpassung an unterschiedlichen Wärmebedarf der Pyrolyse, beispeilsweise in Folge wechselnder Feuchtigkeitsgehalte bei Verwendung von Biomasse als Pyrolysegut möglich.
    •
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
  • 1 einen Festbettvergaser mit Strahlrohrbeheizung in schematisierter, vertikal geschnittener Darstellung,
  • 2 den oberen Abschnitt eines alternativen Festbettvergasers mit Brennerbeheizung in schematisiertem Vertikalschnitt und
  • 3 den Festbettvergaser nach 2 im Horizontalschnitt, geschnitten auf Höhe seines Brenners.
  • In 1 ist ein Festbettvergaser 1 veranschaulicht, der zur Erzeugung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus Pyrolysegut dient. Als Pyrolysegut können stückige, geschredderte, pelletierte oder anderweitig vorkonditionierte kohlenstoffhaltige organische Stoffe dienen. Der Festbettvergaser ist als Kleingaserzeuger beispielsweise zur Vergasung von 20 kg bis 100 kg Biomasse pro Stunde ausgelegt. Zu dem Festbettvergaser 1 gehören eine innen wie außen etwa zylindrische, nach außen hin wärmeisolierte und gasdichte Reaktionskammer 2 mit einer darüber angeordneten, außen ebenfalls vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen und oben geschlossenen wärmeisolierten Heizkammer 3. Zwischen der Heizkammer 3 und der Reaktionskammer 2 ist ein Durchgang vorhanden, der als Heizfenster 4 bezeichnet wird. Zur Festlegung des Heizfensters 4 kann ein Schiebergehäuse 5 vorgesehen sein, das zwischen der Reaktionskammer 2 und der Heizkammer 3 angeordnet ist. Es enthält zwei gegensinnig bewegbare, nach Art von Schiebern ausgebildete, vorzugsweise etwa rechteckige Blenden 6, 7, die von außen durch Stellantriebe oder von Hand bewegbar sind, um den Durchtritt von Strahlungswärme aus der Heizkammer 3 in die Reaktionskammer 2 zu regulieren.
  • Die Reaktionskammer 2 ist mit einer gasdichten Auskleidung 8 versehen. In einem zwischen einem wärmeisolierenden äußeren Mantel 9 und der Auskleidung 8 vorhandenen Zwischenraum 10 kann eine Hilfsheizeinrichtung 11 in Form einer elektrischen Heizwendel oder von Gasbrennern vorgesehen sein, um einen Stand-By-Betrieb zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Zur Betriebsüberwachung können ein Füllstandssensor 12 und ein Temperatursensor 13 vorgesehen sein. Der Füllstandssensor 12 durchsetzt die Auskleidung 8 und ragt etwa kurz oberhalb der zulässigen Maximalfüllhöhe in die Reaktionskammer 2. Der Temperatursensor 13 ragt in den Zwischenraum 10.
  • Zur Befüllung der Reaktionskammer 2 mit Pyrolysegut dient eine Brennstoffeinfülleinrichtung 14, die beispielsweise ein den Mantel 9 und die Auskleidung 8 durchsetzendes Füllrohr und eine Schleuse 15 aufweist. Die Brennstoffeinfülleinrichtung 14 kann eine Fördereinrichtung, wie beispielsweise einen Schneckenförderer oder dergleichen, enthalten. Sie dient dazu, Pyrolysegut von oben auf die in der Reaktionskammer 2 liegende Schüttung aufzugeben.
  • In der Reaktionskammer 2 ist eine Rühreinrichtung 16 angeordnet. Diese weist z.B. eine mittig zu der Reaktionskammer 2 angeordnete Welle 17 auf, die den Behälterboden durchsetzt und durch eine Antriebseinrichtung 18 in langsame Drehung versetzt ist. Von dem oberen Ende der Welle 17 erstrecken sich radial ein oder mehrere Arme 19, 20 horizontal etwa in Höhe der obersten ebenen Schicht, die sich auf der Schüttung 21 in der Reaktionskammer 2 ausbildet. Die Arme 19, 20 dienen der Verteilung und Einebnung des Füllguts. Die Welle 17 kann mit weiteren tiefer gelegenen Armen 22, 23, 24, 25 versehen sein, die sich etwa auf mittlerer Höhe der Schüttung befinden. Die Rühreinrichtung 16 kann einen oder mehrere vorzugsweise an der Welle 17 angeordnete Temperatursensoren 13a, 13b aufweisen. Z.B. ist der Temperatursensor 13a auf Höhe der Arme 19, 20 oder oberhalb derselben angeordnet, um die Temperatur in der Mitte der Pyrolysezone zu erfassen. Der Temperatursensor 13b ist z.B. an der Welle etwa auf halber Höhe derselben angeordnet, um die Temperatur in der Vergasungszone zu erfassen.
  • An der Unterseite der Reaktionskammer 2 ist eine Ascheabzugseinrichtung, beispielsweise in Form eines nach unten weg führenden Kanal größeren Durchmessers vorgesehen, der zu einer Schleuse 27 und von dieser zur Ascheentsorgung führt. Außerdem wird von der Unterseite her beispielsweise über den zu der Ascheabzugseinrichtung 26 gehörigen aufsteigenden Schacht Luft und/oder Dampf zugeführt. Dazu ist der Schacht mit einer entsprechenden Leitung 28 verbunden. Die Dampf- und Luftzufuhr kann auch oberhalb der Ascheabzugseinrichtung 26 in die Reaktionskammer münden.
  • In der Heizkammer 3 ist eine Heizeinrichtung 29 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein Strahlrohr 30 aus Stahl oder Keramik gebildet wird. Das endseitig geschlossene, an der Oberseite der Heizkammer 3 gehaltene und von dieser vertikal herabhängende oder auch horizontal in die Heizkammer 3 ragend angeordnete Strahlrohr 30 ist von innen her durch einen Brenner, vorzugsweise einen Rekuperatorbrenner 31, beheizt. Es nimmt eine Oberflächentemperatur zwischen 1000°C und 1400°C an und erzeugt Strahlungswärme. Zu dem Rekuperatorbrenner 31 gehört ein Brenner mit Brennstoffzuführleitung 32, Luftzuführleitung 33 und Rekuperator 34, der als Wärmetauscher wirkt und einen Abgaskanal 35 von einem Frischluftzufuhrkanal trennt um die Frischluft zu erhitzen und das Abgas im Gegenstrom abzukühlen.
  • Der Heizkammer 3 ist außerdem ein Temperatursensor 36 zugeordnet, der die Heizkammertemperatur erfasst.
  • Der Heizkammer 3 ist außerdem eine Gasabzugseinrichtung 37 zugeordnet, über die gasförmige Reaktionsprodukte aus der Heizkammer 3 entnommen werden. Zu der Gasabzugseinrich tung 37 gehört im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein etwa zylindrisches, von der Heizkammeroberseite herab hängendes, an seiner Unterseite geschlossenes und mit einer Gasaufnahmeöffnung 38 versehenes Gefäß, das einen Katalysator 39 enthält. Letzterer wird durch eine Schüttung katalytisch aktiver Partikel, beispielsweise Dolomit, Koks oder Nickel gebildet. Innerhalb des Gefäßes kann außerdem eine Gaskühleinrichtung 40 z.B. in Form eines Verdampfers 41 angeordnet sein. Der Verdampfer wird beispielsweise durch eine Rohrschlange gebildet, die von dem ausgeleiteten Gasstrom gasförmiger Reaktionsprodukte umspült wird und durch die Luft, Wasser oder ein Wasser/Luft-Gemisch geführt wird. Die entstehende Heißluft, der entstehende Dampf oder das entsprechend entstehende Heißluft/Dampf-Gemisch wird dann der Leitung 28 zugeführt, um die Vergasung in der Reaktionskammer 2 zu fördern.
  • Der Festbettvergaser 1 arbeitet wie folgt:
    Über die Brennstoffeinfülleinrichtung 14 wird die Schüttung 21 von oben her ständig oder von Zeit zu Zeit durch stückigen Festbrennstoff aufgefüllt. Dieser fällt aus der Öffnung 42 in einen von den Armen 19, 20 überstrichenen Bereich und wird von den Armen 19, 20 zu einer dünnen Schicht auf der Schüttung 21 ausgebreitet. Es bildet sich eine Festbrennstoffschicht 43. Das Strahlrohr 30 bringt die Heizkammer 3 auf eine Temperatur von vorzugsweise 1000°C bis 1250°C. Das Strahlrohr 30 kann mit von dem Festbettvergaser 1 erzeugtem Gas, Restgasen, die aus einer an den Festbettvergaser 1 angeschlossenen chemischen Einrichtung stammen, der Heizkammer unter Umgehung des Katalysators 39 entnommenen Gasen, Erdgas oder sonstigen Brennstoffen betrieben werden. Die von dem Strahlrohr 30 und sons tigen erhitzten Teilen der Heizkammer 3 ausgehende Strahlungswärme gelangt durch das Heizfenster 4 und erwärmt die Festbrennstoffschicht 43 auf eine Pyrolysetemperatur von 500°C bis 900°C, vorzugsweise etwa 650°C. An dem Heizfenster 4 beträgt die Wärmestromdichte etwa 100 kW bis 250 kW pro Quadratmeter. Die Einhaltung der Pyrolysetemperatur wird von dem Temperatursensor 13a erfasst und reguliert, indem eine Regeleinrichtung sie Blenden 7, 8 so nachstellt, dass die Pyrolysetemperatur stets in dem gewünschten Bereich liegt. Die Temperaturregelung wir durch Strahlungswärmeregelung bewirkt, die sehr schnell anspricht und wenig träge ist. Die Temperatur des Strahlrohrs 30 wird durch die Temperaturregelung der Pyrolyseschicht nicht beeinflusst.
  • In der Festbrennstoffschicht 43 verkokt der Festbrennstoff, wobei durch die Öffnung 42 permanent oder in kurzen Zeitabständen immer wieder neuer Festbrennstoff nachgeführt wird. Die vorzugsweise permanent aber sehr langsam drehenden Arme 19, 20 (z.B. l/min) verteilen diesen gleichmäßig. Entstehender Pyrolysekoks bildet eine in der Höhe wesentlich mächtigere Pyrolysekoksschicht 44, die durch die Arme 22 bis 25 ebenfalls ruhig und langsam bewegt wird. Der in der Pyrolysekoksschicht 44 langsam nach unten wandernde Koks nimmt die Wärme aus der Festbrennstoffschicht 43 mit und bleibt so etwa auf einer Temperatur von 600°C bis 700°C.
  • Von unten her wird mit geringer Strömungsgeschwindigkeit Dampf oder ein Dampf/Luft-Gemisch oder auch vorgewärmte Luft zugeführt, die durch die Pyrolysekoksschicht 44 langsam nach oben streicht oder sickert. Der Pyrolysekoks setzt sich dabei im Wesentlichen zu CO und H2 um. Während die Verkokung in der Festbrennstoffschicht 43 ungefähr in ein bis zwei Minuten abgeschlossen ist, dauert die Umsetzung bzw. Vergasung des Pyrolysekokses in der Pyrolysekoksschicht 44 eine oder mehrere Stunden. Der Festbettvergaser kombiniert schnelle Pyrolyse mit langsamer Koksvergasung. Die Regelung der Temperatur in der Pyrolysekoksschicht 44 erfolgt mittels des Temperatursensors 13b und der von diesem gesteuerten Zuführung von Dampf und/oder vorgewärmter Luft unabhängig von der Regelung der Temperatur der Heizkammer und der Regelung der Temperatur der Pyrolyseschicht 43.
  • Aus einer sich unter der Pyrolysekoksschicht 44 ansammelnden Ascheschicht 45 wird über die Ascheabzugseinrichtung 26 ständig oder gelegentlich Asche entnommen.
  • Aus der Festbrennstoffschicht 43 steigt somit mit einer Geschwindigkeit von wenigen Zentimetern pro Sekunde eine Mischung aus Schwelgasen, die aus der direkten Pyrolyse des Festbrennstoffs in der Festbrennstoffschicht 43 stammen, und Reaktionsgasen (Kohlenmonoxid, Wasserstoff) auf, die aus der Pyrolysekoksschicht 44 stammen. Dieses Gasgemisch gelangt in die Heizkammer 3, wobei es aufgrund seiner geringen Strömungsgeschwindigkeit keine Aschepartikel mitreißt. Außerdem wirkt die Festbrennstoffschicht 43 als Filter, was zum Zurückhalten der Asche beiträgt.
  • Das aufsteigende Gas enthält zunächst einen großen Anteil Teerbestandteile. Durch die Erhitzung auf über 1000°C in der Heizkammer 3 werden diese Teerbestandteile zur kürzerkettigen Kohlenwasserstoffen gecrackt und zumindest teilweise oxidiert und/oder hydriert. Die entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte enthalten nur noch wenig Teerbestandteile. Das Gas besteht im Wesentlichen aus H2, CO und etwas CO2. Dieses Gasgemisch wird über den Katalysator 39 geführt, wo letzte Teerbestandteile beseitigt werden. Die gasförmigen Reaktionsprodukte werden dann an den Verdampfer 41 schockgekühlt, wodurch die Dioxinbildung vermieden wird.
  • Zur Betriebsführung wird mittels des Sensors 36 die Temperatur in der Heizkammer 3 und mittels des Temperatursensors 13 die Temperatur in der Reaktionskammer 2 eingestellt. Die Heizkammertemperatur wird durch den Rekuperaturbrenner 31 reguliert. Die Reaktionskammertemperatur wird durch Regulierung des Zustroms von Dampf über die Leitung 28 reguliert. Zur Regulierung des Füllstands dient der Füllstandssensor 12, der die Brennstoffeinfülleinrichtung 14 steuert. Dies stellt einen automatischen Betrieb sicher. Die Blenden 6, 7 können zur Anpassung des Festbettvergasers 1 an unterschiedliche Brennstoffqualitäten genutzt werden.
  • In den 2 und 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Festbettvergasers 1 veranschaulicht. Dieser unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Festbettvergaser lediglich durch die Ausbildung der Heizkammer 3. Wegen Aufbau und Funktion der übrigen Elemente wird vollständig auf die vorige Beschreibung verwiesen.
  • Der Festbettvergaser 1 gemäß 2 und 3 weist an Stelle des Strahlrohrs 30 als Heizeinrichtung 29 einen Rekuperaturbrenner 31 auf, dessen Flamme über eine Öffnung 46 in die Heizkammer 3 gelangt. Der Rekuperatorbrenner 31 ist dabei vorzugsweise tangential zu der zylindrischen Heizkammer 3 angeordnet. Der Abzug der gasförmigen Reaktionsprodukte aus der Heizkammer 3 erfolgt hier gemeinsam mit den Abgasen des Rekuperatorbrenners 31 über den Abgaskanal 35. Die Temperatur in der Heizkammer wird durch unterstöchiome trische Luftzufuhr geregelt. Es entsteht ein heizwertärmeres Produktgas mit höherem Stickstoffanteil. Durch die tangentiale Luftzufuhr entsteht in der Heizkammer 3 eine Umlaufströmung, die nicht zum Aufwirbeln von Asche aus der Reaktionskammer 2 führt. Es ist ein Betrieb des Rekuperatorbrenners 31 mit flammenloser Oxidation möglich. An den Abgaskanal 35 kann ein Luftvorwärmer und/oder ein Verdampfer zur Erzeugung von Warmluft und/oder Dampf für die Reaktionskammer 2 angeschlossen sein.
  • Der erfindungsgemäße Festbettvergaser arbeitet mit einer Festkörperschüttung, die mit Luft und/oder Dampf im Gegenstrom durchströmt ist. Die eigentliche Pyrolysezone ist im Vergleich zu der entstehenden Pyrolysekoksschüttung so dünn, dass die Materialverweilzeit in der Pyrolysezone lediglich wenige Minuten beträgt während die Verweilzeit des Pyrolysekokses in der Pyrolysekoksschicht 44 bis zu mehreren Stunden betragen kann. Die Pyrolyse wird durch Energieeinstrahlung und weniger durch Reaktionswärme bewirkt und erfolgt allotherm. Es entsteht ein hochenergetisches staub- und teerarmes Gas. Die Prozessführung ist zuverlässig automatisierbar. Der Abzug der Reaktions- und Pyrolysegase erfolgt durch die Heizkammer 3, wodurch letzte Teerbestandteile beseitigt werden.
    • 1
    Festbettvergaser
    2
    Reaktionskammer
    3
    Heizkammer
    4
    Heizfenster
    5
    Schiebergehäuse
    6,7
    Blenden
    8
    Auskleidung
    9
    Mantel
    10
    Zwischenraum
    11
    Hilfsheizeinrichtung
    12
    Füllstandssensor
    13
    Temperatursensor
    14
    Brennstoffeinfülleinrichtung
    15
    Schleuse
    16
    Rühreinrichtung
    17
    Welle
    18
    Antriebseinrichtung
    19,20
    Arme
    21
    Schüttung
    22,23,24,25
    Arme
    26
    Ascheabzugseinrichtung
    27
    Schleuse
    28
    Leitung
    29
    Heizeinrichtung
    30
    Strahlrohr
    31
    Rekuperatorbrenner
    32
    Brennstoffzuführleitung
    33
    Luftzuführleitung
    34
    Rekuperator
    35
    Abgaskanal
    36
    Temperatursensor
    37
    Gasabzugseinrichtung
    38
    Gasaufnahmeöffnung
    39
    Katalysator
    40
    Gaskühleinrichtung
    41
    Verdampfer
    42
    Öffnung
    43
    Festbrennstoffschicht
    44
    Pyrolysekoksschicht
    45
    Ascheschicht
    46
    Öffnung

Claims (23)

  1. Festbettvergaser (1) mit einer Reaktionskammer (2) zur Aufnahme einer Schüttung (21) aus Festbrennstoff sowie entstehenden Pyrolysekokses und entstehender Asche, mit einer Brennstoffeinfülleinrichtung (14) zur Befüllung der Reaktionskammer (2) mit Festbrennstoff von oben, mit einer Ascheabzugseinrichtung (26) zum Abzug entstehender Asche nach unten, mit einer Heizkammer (3), in der eine Heizeinrichtung (29) zur Erzeugung von Wärmestrahlung angeordnet und die über ein Heizfenster (4) mit der Reaktionskammer (2) verbunden ist, und mit einer Gasabzugseinrichtung (37) zur Ausleitung entstandener gasförmiger Reaktionsprodukte.
  2. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionskammer (2) eine Rühreinrichtung (16) angeordnet ist.
  3. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (2) und die Heizkammer (3) nach außen wärmeisoliert sind.
  4. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (3) eine Strahlrohr-Heizeinrichtung ist.
  5. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (3) ein Brenner ist.
  6. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabzugseinrichtung (37) an der Heizkammer (3) angeordnet ist.
  7. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Gasabzugseinrichtung (37) ein Katalysator (39) zur Reformierung von CO zu H2 gehört.
  8. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Gasabzugseinrichtung (37) eine Gaskühleinrichtung (40) gehört.
  9. Festbettvergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskühleinrichtung (40) ein Dampferzeuger (41) ist.
  10. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Reaktionskammer (3) eine Gaseinleiteinrichtung (28) zur Einleitung von Luft oder Dampf oder eines Dampf/Luft-Gemischs vorgesehen ist.
  11. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizfenster (4) eine Einrichtung zur Be einflussung des Wärmestroms aus der Heizkammer (3) in den Festbrennstoff zugeordnet ist.
  12. Festbettvergaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung durch verstellbare Blenden (6, 7) gebildet ist.
  13. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionskammer (2) eine Hilfsheizeinrichtung (11) zugeordnet ist.
  14. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkammer (3) ein Temperatursensor (36) zugeordnet ist.
  15. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionskammer (2) ein Temperatursensor (13) zugeordnet ist.
  16. Festbettvergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionskammer (2) ein Füllstandssensor (12) zugeordnet ist.
  17. Verfahren zur Vergasung von Festbrennstoffen in einer Reaktionskammer (2) in einer Schüttung (21), a. auf die Festbrennstoff oben aufgegeben und die absteigend bewegt wird, b. wobei die Ausbildung einer die Schüttung (21) oben bedeckenden dünnen Festbrennstoffschicht (43) bewirkt und die Schüttung von unten nach oben durch Dampf, Luft oder ein Dampf/Luft-Gemisch durchströmt wird, c. wobei die Festbrennstoffschicht (43) in der Reaktionskammer (2) einer allothermen Pyrolyse durch Fremdwärmezufuhr aus einer Heizkammer (3) unterworfen wird, in der eine Heizeinrichtung (29) mit einem Brenner (31) und/oder Strahlrohr (30) angeordnet ist, d. wobei die entstehenden Pyrolysegase durch die Heizkammer (3) abgezogen werden, deren Temperatur höher ist als die Temperatur in der Reaktionskammer (2).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Reaktionskammer (2) durch Beeinflussung der Luft- und/oder Dampfzufuhr geregelt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Heizkammer (3) durch Regulierung der Heizeinrichtung (29) eingestellt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Heizkammer (3) auf 1000°C bis 1250°C eingestellt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Pyrolysezone auf 500° bis 900° eingestellt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Pyrolysegase in der Heizkammer (3) größer als 1s ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmung der Schüttung (21) und die Bewegung derselben mittels Rühreinrichtung (16) so eingestellt wird, dass keine Staubaufwirbelung erfolgt.
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