DE102005053526A1 - Apparatus for producing fuel gas - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Brenngasen aus kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere ein Holzgasgenerator, mit einem Entgasungsbereich und einem Oxidationsbereich sowie ein Verfahren, um mit einfachen Mitteln ein Brenngas mit hohem Brennwert zu erzeugen, wozu der Entgasungsbereich aus einer Entgasungskammer, enthaltend ein geschmolzenes Metall, vorzugsweise Zinn, besteht, wobei die Entgasungskammer unter Luftausschluss arbeitend ausgebildet ist.The present invention relates to a device for generating fuel gases from carbonaceous material, in particular a wood gas generator, with a degassing area and an oxidation area as well as a method to generate a fuel gas with a high calorific value by simple means, including the degassing area from a degassing chamber containing a molten gas Metal, preferably tin, is made, the degassing chamber being designed to work with exclusion of air.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Brenngasen aus kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere ein Holzgasgenerator, mit einem Entgasungsbereich und einem Oxidationsbereich. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus kohlenstoffhaltigem Material.The The present invention relates to a device for the production of Fuel gases of carbonaceous material, in particular a wood gas generator, with a degassing area and an oxidation area. The present The invention further relates to a method for producing fuel gases made of carbonaceous material.
Ein Holzgasgenerator ist ein Gerät, das es ermöglicht, aus Holz mittels trockener Destillation ein brennbares Gas zu gewinnen. Dieses brennbare Gas wird unter anderem zum Betreiben von Kraftfahrzeugen oder Blockheizkraftwerken verwendet und als Holzgas bezeichnet. Der Bildung des Holzgases durch Erhitzung von Holz liegen komplexe chemische Reaktionen, wie beispielsweise homogene und heterogene Vergasungsreaktionen und Pyrolyseprozesse zugrunde, wobei ein entsprechendes Verfahren bereits 1920 von Georges Imbert entwickelt wurde. Die Komplexizität der chemischen Reaktionen ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass der Werkstoff Holz aus einer Vielzahl von chemischen Spezies mit unterschiedlichsten Reaktionsmöglichkeiten besteht. Zu diesen Spezies zählen insbesondere Zellulose, Lignin, Hemicellulose, akzessorische Holzbestandteile wie Fette, Stärke, Zucker, Eiweiß, Phenole, Wachse, Pektine, Gerbstoffe, Sterine, Harze, Terpene und Mineralstoffe. Aus diesem vielfältigen Gemisch wird durch Aufbrechen der Brennstoffstruktur das Holzgas erzeugt, dessen Hauptbestandteile Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Methan, Ethen, Wasserstoff und gasförmiges Wasser sind. Üblicherweise wird das Holz unter Sauerstoffausschluss bis auf etwa 700–800°C erhitzt, wobei 100 kg Holz in einer Stunde etwa 35 m3 Holzgas ergeben und einen Rückstand von 25 kg Holzkohle hinterlassen. Weiterhin entstehen etwa 4 kg hochmolekulare aromatische Kohlenwasserstoffe (Teere) und etwa 40 kg Holzessig (ein Gemisch aus Wasser, Teerbestandteilen wie Phenolen, Kreosot, sowie Essigsäure, Methanol, Aceton, Propionsäure, Methylacetat und weiteren Substanzen). Die Entfernung der Teere aus dem Holzgas oder besser die Verhinderung ihrer Bildung sind von großer Bedeutung für die Alltagstauglichkeit eines solchen Holzvergasers. Dies liegt vor allem daran, dass Teere bei Temperaturen unterhalb von etwa 200°C auskondensieren und daher in Rohrleitungen oder Holzgasmotoren dicke Beläge bilden.A wood gas generator is a device that makes it possible to extract a combustible gas from wood by means of dry distillation. This combustible gas is used inter alia for the operation of motor vehicles or combined heat and power plants and referred to as wood gas. The formation of the wood gas by heating wood is based on complex chemical reactions, such as homogeneous and heterogeneous gasification reactions and pyrolysis processes, a corresponding method being developed as early as 1920 by Georges Imbert. The complexity of the chemical reactions is not least due to the fact that the material wood consists of a variety of chemical species with different reaction possibilities. These species include in particular cellulose, lignin, hemicellulose, accessory wood components such as fats, starch, sugars, egg whites, phenols, waxes, pectins, tannins, sterols, resins, terpenes and minerals. From this diverse mixture, the wood gas is produced by breaking the fuel structure, the main constituents of which are carbon dioxide, carbon monoxide, methane, ethene, hydrogen and gaseous water. Usually, the wood is heated to about 700-800 ° C with the exclusion of oxygen, with 100 kg of wood in an hour about 35 m 3 yield wood gas and leave a residue of 25 kg of charcoal. Furthermore, about 4 kg of high molecular weight aromatic hydrocarbons (tars) and about 40 kg of wood vinegar (a mixture of water, tar constituents such as phenols, creosote, and acetic acid, methanol, acetone, propionic acid, methyl acetate and other substances). The removal of the tars from the wood gas or better the prevention of their formation are of great importance for the practicality of such a wood gasifier. This is mainly due to the fact that tars condense at temperatures below about 200 ° C and therefore form thick deposits in pipelines or wood gas engines.
Holzvergaser
sind bislang Festbett-, Wirbelschicht- oder Flugstromvergaser. Aus
der
Aus
der
Aus
der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Vorrichtung anzugeben, die ein Holzgas mit hohem Heizwert zur Verfügung stellt.It is therefore an object of the present invention, a simple device indicating a wood gas with a high calorific value.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Entgasungsbereich aus einer Entgasungskammer enthaltend ein geschmolzenes Metall, vorzugsweise Zinn, besteht, wobei die Entgasungskammer unter Luftabschluss arbeitend ausgebildet ist. Durch die vorteilhafte Merkmalskombination der Erfindung wird auf einfache Weise ein Brenngas mit hohem Heizwert erzeugt. Der hohe Heizwert beruht in erster Linie darauf, dass eine Verdünnung des Brenngases mit Luft, die etwa 79 Vol-% des Inertgases Stickstoff enthält, vermieden wird. Dadurch, dass als Temperaturüberträger ein flüssiges Metall, vorzugsweise Zinn, verwendet wird, kann mit Vorteil dessen hohe Wärmekapazität genutzt werden. Der flüssige Aggregatzustand des Zinns wird bei Temperaturen zwischen 231,9°C und 2602°C erreicht. Es steht somit erfindungsgemäß ein breiter Temperaturbereich zur Verfügung der eine thermische Steuerung der Entgasungsreaktionen in Abhängigkeit vom Brenngut ermöglicht. Darüber hinaus ist metallisches Zinn auch in größeren Mengen an sich ungiftig. Die Giftwirkung einfacher Zinnverbindungen und Salze ist gering. Die wenigen toxischen organischen Zinnverbindungen wie Trialkyl-Zinn, insbesondere TBT werden entweder nicht oder nur in äußerst geringem Maße gebildet.This object is achieved in that the degassing region consists of a degassing chamber containing a molten metal, preferably tin, wherein the degassing chamber is designed to operate under exclusion of air. By the Advantageous combination of features of the invention, a fuel gas is generated with high calorific value in a simple manner. The high calorific value is based primarily on the fact that a dilution of the fuel gas with air, which contains about 79% by volume of the inert gas nitrogen, is avoided. Characterized in that a liquid metal, preferably tin, is used as a temperature transmitter, the high heat capacity can be used with advantage. The liquid state of the tin is reached at temperatures between 231.9 ° C and 2602 ° C. Thus, according to the invention, a broad temperature range is available which permits thermal control of the degassing reactions as a function of the material to be fired. In addition, metallic tin is non-toxic even in large quantities. The toxicity of simple tin compounds and salts is low. The few toxic organic tin compounds such as trialkyl tin, in particular TBT are formed either not or only to a very limited extent.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entgasungskammer Metallspäne und/oder Katalysatoren, vorzugsweise im Metallbad, enthält. Die Metallspäne sind dabei aus solchen Metallen gewählt, die bei der Betriebstemperatur des Metallschmelzbades im festen Aggregatzustand verbleiben. Die Späne dienen der besseren Durchmischung der Schmelze und funktionieren gleichzeitig als Siedesteinchen, an denen sich die entstandenen Brenngase sammeln und von denen sie in Blasenform aufsteigen können.In Embodiment of the invention is provided that the degassing chamber Metal chips and / or Catalysts, preferably in a metal bath. The metal chips are chosen from such metals, at the operating temperature of the molten metal in the solid Physical state remain. The chips are used for better mixing the melt and work simultaneously as boiling stones, where the resulting fuel gases collect and from which they can rise in the form of bubbles.
Wenn eine, die Entgasungskammer durchdringende Förderschnecke vorgesehen ist, die vorzugsweise in ihrem außerhalb der Entgasungskammer liegenden Bereichen thermisch isoliert ausgebildet ist wird mit Vorteil auf einfache Weise ein kontinuierlicher Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Die Isolation verhindert einen zu hohen Wärmeaustrag. Sie ermöglicht gleichzeitig eine Vortrocknung des Brenngutes im Bereich der Förderschnecke vor der Entgasungskammer.If a feed screw penetrating the degassing chamber is provided, preferably in their outside the degassing chamber lying areas formed thermally insulated is advantageously a simple way of continuous operation allows the device according to the invention. The insulation prevents excessive heat loss. It enables at the same time a pre-drying of the fuel in the screw conveyor in front of the degassing chamber.
Ist die Förderschnecke im Bereich des Metallbades siebartig ausgebildet, kommt das Brenngut leicht und vollständig mit der Metallschmelze in Kontakt. Das Brenngut wird dabei so durch das Metallbad geführt, dass ein kontinuierlicher Austrag erfolgt. Es kommt nicht zu einer Anreicherung an entgastem Brenngut in der Entgasungskammer.is the screw conveyor sieve-shaped in the area of the metal bath, the kiln comes easily and completely in contact with the molten metal. The kiln gets so through the metal bath led, that a continuous discharge takes place. It does not come to one Enrichment of degassed fuel in the degassing chamber.
Die zur Erreichung und Beibehaltung der erforderlichen Betriebstemperatur Wärmemenge wird erfindungsgemäß dadurch bereitgestellt, dass der Oxidationsbereich aus einer Oxidationskammer besteht, die die Entgasungskammer wenigstens teilweise umschließt. Das entgaste Brenngut wird in der Oxidationskammer unter Luftzufuhr verbrannt und die freigesetzte Wärmemenge über die Wandungen der Entgasungskammer in die Metallschmelze geleitet.The to achieve and maintain the required operating temperature heat is characterized according to the invention provided that the oxidation region of an oxidation chamber exists, which encloses the degassing chamber at least partially. The Degassed fuel is in the oxidation chamber under air supply burned and the amount of heat released over the Walls of the degassing chamber passed into the molten metal.
Mit großem Vorteil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Brenngasreinigung aufweist, wobei diese vorzugsweise durch Festphasenadsorption beispielsweise an Aktivkohle erfolgt. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch denkbar, das erzeugte Brenngas thermisch so zu behandeln, dass sich die gebildeten Teere zersetzen, insbesondere unter Zuhilfenahme von Katalysatoren.With great Advantage is provided according to the invention, that the device has a fuel gas cleaning, these preferably carried out by solid phase adsorption, for example on activated carbon. However, it is according to the invention also conceivable to thermally treat the fuel gas produced so that the tars formed decompose, especially with the aid of of catalysts.
Die Verfahrensaufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass es die Schritte umfasst: Vortrocknung des Brennguts, Entgasung des Brennguts in einem Metallbad unter Luftausschluß, Oxidation des entgasten Brennguts sowie Reinigung des Brenngases, vorzugsweise thermisch. Die Verfahrensstufe der Entgasung in einem Metallbad unter Luftausschluß erlaubt mit großem Vorteil die Bildung eines Brenngases mit hohem Brennwert, da eine Verdünnung der brennbaren Gase durch Sauerstoff oder inerten Stickstoff unterbleibt.The Process object of the invention is achieved in that it comprises the steps: Pre-drying of the fuel, degassing of the fuel in a metal bath under exclusion of air, Oxidation of the degassed combustible and purification of the fuel gas, preferably thermally. The process stage of degassing in one Metal bath allowed under exclusion of air with big Advantage the formation of a fuel gas with high calorific value, as a dilution the combustible gases are prevented by oxygen or inert nitrogen.
Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei diese Erläuterung nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist.The The invention will be described with reference to a single figure embodiment explained in more detail, wherein this explanation only by way of example and not by way of limitation.
- 11
- FörderschneckeAuger
- 22
- BrenngutzufuhrBrenngutzufuhr
- 33
- Entgasungskammerdegassing chamber
- 44
- Metallschmelzemolten metal
- 55
- Gasraumheadspace
- 66
- Brenngutaustragcombustible material removal
- 77
- Oxidationskammeroxidation chamber
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