DE102006050603A1 - Gasifying biomass comprises compression in a crammer screw press, processing in a shredder screw press and partial combustion in a gasification chamber - Google Patents

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Abstract

Gasifying biomass comprises compressing the biomass into a gas-impermeable plug in a crammer screw press, feeding the biomass under pressure into a shredder screw press and heating it to 200-250[deg] C by supplying steam and/or oxygen before or after emergence from the press, mixing the biomass with oxygen in a gasification chamber to effect partial combustion at about 900[deg] C, filtering the resulting gas and passing it through a catalytic unit to render residual pollutants harmless. An independent claim is also included for apparatus for gasifying biomass as above.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse mit kontinuierlichem Eintrag, anschließender Zerkleinerung und Gasreinigung sowie auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.The The invention relates to a process for the gasification of biomass with continuous feed, subsequent comminution and gas cleaning as well as a facility for implementation this procedure.

Es gibt Festbettverfahren, stationäre und umlaufende Wirbelbettverfahren zur Vergasung von Biomasse bzw. Braunkohle.It gives fixed bed process, stationary and circulating fluidized bed processes for the gasification of biomass or Brown coal.

Heute üblich sind so genannte Wirbelschicht- und Flugstromverfahren. Bei den Wirbelbettverfahren wird zerkleinerte Biomasse (Braunkohle) in einen Reaktor transportiert, die dort durch von unten zugegebenen Sauerstoff bzw. zugegebener Luft bei 800°C bis 1000°C vergast wird. Sind die Partikel sehr klein und ist der Vergasungsvorgang am oberen Ende des Reaktors weitgehend abgeschlossen, spricht man von stationärer Wirbelschicht. Ist dagegen, wie bei größeren Partikeln der Vergasungsvorgang nur teilweise abgeschlossen, werden die nicht ganz vergasten Teilchen durch einen Zyklon separiert, ausgeschieden und dann in den Vergasungsprozess zurück transportiert. Diesen Vorgang nennt man umlaufendes Wirbelschichtverfahren. Dabei werden die Partikel in einem heißen Bett durch das aufströmende Vergasungsmittel in ein brennbares Gas überführt. Typische Merkmale des Reaktors sind:

  • • Gleichmäßige Temperaturverteilung auf Grund der großen Wärmekapazität der im Wirbelbett befindlichen Teilchen, die meist aus Sand oder anderem Material bestehen. und
  • • gute Durchmischung der Vergasungskomponenten (Luft-Dampf) und der der Pyrolyse und Vergasungsprodukte.
Common today are so-called fluidized bed and entrained flow processes. In the fluidized bed process, comminuted biomass (lignite) is transported to a reactor, which is gasified there by oxygen or air added at 800 ° C. to 1000 ° C. from below. If the particles are very small and the gasification process at the upper end of the reactor is largely completed, this is called a stationary fluidized bed. If, however, the gasification process is only partially completed, as in the case of larger particles, the gasified particles are separated by a cyclone, separated and then transported back into the gasification process. This process is called circulating fluidized bed process. The particles are transferred in a hot bed by the up-flowing gasification agent in a combustible gas. Typical features of the reactor are:
  • • Uniform temperature distribution due to the large heat capacity of the particles in the fluidized bed, which are usually made of sand or other material. and
  • • good mixing of the gasification components (air-steam) and of the pyrolysis and gasification products.

Beim Flugstromverfahren werden dagegen Sauerstoff bzw. Luft mit dem zu vergasenden Produkt gleichzeitig eingegeben und meist bei etwa 1400°C vergast.At the Air flow method, however, are oxygen or air with the too Gasifying product entered simultaneously and usually gassed at about 1400 ° C.

Die in jüngster Zeit bekannt gewordenen, zurzeit betriebenen Versuchsanlagen für Biomasse sind im Bereich Flugstromvergasung beispielsweise das „Carbo V-Verfahren" der Firma Choren und im Bereich der Wirbelschicht eine Anlage in „Güssing" der TU Wien und Austrian Energy sowie der Heatpipe-Reformer der TU München. Eine weitere in Betrieb befindliche Pilotanlage, allerdings mit einem komplett anderen Konzept, ist die gestufte Reformierung „Blauer Turm" von DTM. Im Versuchsstadium befinden sich des Weiteren das „AER-Verfahren" sowie die Wirbelschichtvergasung des Instituts „Umsicht" der Fraunhofergesellschaft. All diese Anlagen arbeiten im dezentralen Arbeitsschritt drucklos und mit konventioneller, sehr teuerer Gasreinigung, die eine Abkühlung unmittelbar nach der Vergasung zwingend vorschreibt. Das Forschungszentrum Karlsruhe verwendet eine bestehende Versuchsanlage mit Flugstromdruckvergasung der Fa. Future Energy (Freiberg/Sachsen). Dabei wird ein zuvor durch Pyrolyse hergestelltes Kohlenstoff-Teergemisch in quasi flüssiger Form eingegeben. Neben den atmosphärisch betriebenen Anlagen gibt es noch Anlagen, die bei Drücken von 20-30 bar arbeiten. Dazu zählen das Värnamo CFB Project und die stationäre Wirbelschicht in Tampere. Einen Überblick über die genannten Anlagentechnologien ist in einschlägiger Literatur [bzw. auf den Internetseiten der Anlagenbetreiber} zu finden.The in the most recent Time known, currently operated pilot plants for biomass In the field of entrainment gasification, for example, the "Carbo V-method "the Choren and in the field of fluidized bed a plant in "Güssing" of the Vienna University of Technology and Austrian Energy and the heat pipe reformer of the TU Munich. A another pilot plant in operation, but with one completely different concept, the stepped reforming is "Blue Tower "by DTM The experimental stage also includes the "AER process" and fluidized bed gasification the Institute "circumspection" of the Fraunhofergesellschaft. All these systems work without pressure in a decentralized work step and with conventional, very expensive gas cleaning, the immediate cooling mandatory after gasification. The research center Karlsruhe used an existing pilot plant with flystream pressure gasification of the Fa. Future Energy (Freiberg / Saxony). This is a previously by pyrolysis produced carbon-tar mixture in quasi-liquid form entered. In addition to the atmospheric There are still plants operating at pressures of 20-30 working bar. These include the Värnamo CFB Project and the stationary Fluidized bed in Tampere. An overview of the mentioned plant technologies is in relevant literature [resp. on the Internet sites of the plant operators} to find.

Jedoch befinden sich die hier genannten Anlagen nur erst im Pilot- bzw. Versuchsstadium und weisen bereits jetzt teils gravierende Unzulänglichkeiten und Fehler auf. Entscheidende kritische Punkte sind dabei:

  • a) Der Biomasseeintrag: Die üblicherweise zur Beschickung druckaufgeladener Vergaser genutzten Druckschleusen (Look-Hopper) sind sehr teuer und verlieren beim Schleusvorgang so genanntes Schleusengas (z.B. N2). Dadurch wird die Effizienz der Gesamtanlage bei kleiner Schüttdichte der Biomasse stark verringert.
  • b) Die Heißgasreinigung: Die Reinigung des erzeugten Synthesegases aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse wurde zwar technisch, nicht aber wirtschaftlich gelöst. Zum Einhalten der von den anschließenden Konversionsanlagen geforderten Grenzwerte für die Weiterverarbeitung werden hauptsächlich Crackstufen zum Entfernen von Teer, entweder innerhalb des Reaktors oder in einem separaten Reaktor verwendet. Diese Reaktion findet bei ähnlichen Temperaturen wie bei der Vergasung statt. Alternativ besteht die Möglichkeit, Waschsysteme zu verwenden. Dazu muss das das heiße Gas vor dem Waschen abgekühlt werden. Diese bewährten Technologien sind zwar für die Gasreinigung grundsätzlich geeignet, haben jedoch, wie bereits erwähnt, sowohl unter energetischen als auch unter Kostengesichtspunkten große Nachteile.
However, the systems mentioned here are only in the pilot or experimental stage and already have some serious shortcomings and errors. Decisive critical points are:
  • a) The biomass entry: The pressure locks normally used to charge supercharged carburetors (look-hopper) are very expensive and lose so-called lock gas (eg N 2 ) during the lock process. As a result, the efficiency of the entire system is greatly reduced with low bulk density of the biomass.
  • b) Hot gas purification: The purification of the generated synthesis gas from the thermochemical conversion of biomass was solved technically, but not economically. In order to comply with the limits for further processing required by the subsequent conversion plants, cracker stages are mainly used to remove tar, either inside the reactor or in a separate reactor. This reaction occurs at temperatures similar to gasification. Alternatively, it is possible to use washing systems. For this, the hot gas must be cooled before washing. Although these proven technologies are generally suitable for gas purification, they have, as already mentioned, great disadvantages both in terms of energy and cost.

Partikel werden üblicherweise an Kerzenfiltern aus Keramik oder Sintermetallen abgeschieden. Die Betriebstemperatur dieser Filter liegt in reduzierender Atmosphäre aufgrund ihrer Materialeigenschaften maximal bei 650°C. Die Entfernung von Schwefel bei Kohle- oder Ölvergasungsanlagen findet bei Umgebungstemperatur unter Zuhilfenahme eines chemischen oder eines physikalischen Sorbens statt. In verschiedenen Pilot- und Demonstrationsanlagen wird hierfür meistens Kalk als Bettmaterial verwendet.Particles are usually deposited on candle filters made of ceramic or sintered metals. The operating temperature of these filters is in a reducing atmosphere due to their material properties a maximum of 650 ° C. The removal of sulfur from coal or oil gasification plants takes place at ambient temperatures temperature with the aid of a chemical or a physical sorbent instead. In various pilot and demonstration plants mostly lime is used as bed material for this purpose.

Ammoniak, Blausäure und Halogene werden in großen Anlagen grundsätzlich nur ausgewaschen. Hierbei wird das Reinigungsproblem in das Wassermanagement verschoben.Ammonia, cyanide and halogens are turning into big ones Investments basically just washed out. This is the cleaning problem in the water management postponed.

Über den neuesten Stand der Technik der Biomassevergasung- und Reinigung wurde ausführlich auf einer Fachtagung, die vom 27.-28. September 2001 in Oberhausen stattfand, berichtet. Besonders interessant ist dabei eine Zusammenfassung von Dr. Nußbauer. Er kommt zu dem Ergebnis, dass, bezogen auf die Leistung, kleinere Anlagen viel zu teuer, moderne, große dagegen technisch nicht ausgereift sind. Er nennt jedoch eine Ausnahme; das Holz-GuD-Kraftwerk der Sydkraft in Schweden. Es wurde jedoch, wie später noch erwähnt wird, bereits vor mehreren Jahren aus Kostengründen stillgelegt.On the state of the art biomass gasification and purification technology was detailed at a symposium that took place from 27.-28. September 2001 in Oberhausen took place, reports. Particularly interesting is a summary from dr. Nußbauer. He comes to the conclusion that, in terms of performance, smaller Facilities far too expensive, modern, but large technically not mature. He calls, however, an exception; the wood-fired power plant Sydkraft in Sweden. It became, however, as later mentioned is shut down for cost reasons several years ago.

Es gibt hunderte, möglicherweise sogar tausende von Veröffentlichungen über das Thema Vergasung von Biomasse. Auf der alle zwei Jahre stattfindenden Konferenz „Biomass for Energy and Industry" der EU wird darüber immer wieder ausführlich berichtet. Das Ergebnis: Zu wenig praxisnah, zu teuer und zu kompliziert. Vor allem fehlt dabei die gesamte Logistik, von der Wahl geeigneter Pflanzen, ihrer Aufbereitung und Lagerung bis zur kostengünstigen Umsetzung in Strom und Kraftstoffe wie Benzin und Diesel. Wie bereits erwähnt, ist dabei fast immer nur von Holz die Rede, obwohl man weiß, dass es davon in Westeuropa kaum Potentiale gibt.It there are hundreds, maybe even thousands of releases about that Topic gasification of biomass. At the biennial Conference "Biomass for Energy and Industry " EU is about it again in detail reported. The result: too little practical, too expensive and too complicated. Above all, the entire logistics are missing, from the choice of suitable Plants, their preparation and storage to cost-effective Implementation into electricity and fuels such as gasoline and diesel. As already mentioned, is almost always only talk about wood, although you know that there are hardly any potentials of this in Western Europe.

Auch die Kommission in Brüssel hat festgestellt, dass es u. a. zur Stromerzeugung aus Biomasse bis heute auf der ganzen Welt noch kein größeres Biomassevergasungsprojekt gegeben hat. Eine Ausnahme war, wie bereits erwähnt, die Anlage in Vänamo, die nach Überwindung großer technischer Schwierigkeiten wenigstens zwei Monate lang gelaufen ist. Das hatte jedoch seinen Preis.Also the Commission in Brussels has determined that it u. a. for power generation from biomass There is no major biomass gasification project around the world today has given. An exception was, as already mentioned, the plant in Vänamo, the after overcoming greater technical difficulties for at least two months is. But that had its price.

Damit nicht schon bei relativ hoher Temperatur kondensierende Teergase entstehen, wurde in dem Fall das Holz bei über 1.000°C vergast. Um Ascheagglomerationen zu vermeiden (was bei dieser Temperatur leicht vorkommt) und um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen, hat man der hier angewandten umlaufenden Wirbelschicht Sand als Wärmeträger beigegeben. Das führte zu relativ hohen Druckverlusten im Vergaser. Ferner war das Ein- und Ausschleusen des Sandes sehr kompliziert. Die Anlage hätte vielleicht für einen Dauerbetrieb tauglich gemacht werden können. Dazu kam es aber nicht. Das hatte ökonomische Gründe. Die verwendete Technologie war nämlich viel zu teuer und zu umständlich und ist deswegen nicht weiter verfolgt worden. Man hatte sich auf meist bereits vorhandene technische Elemente gestützt und nicht ein von Grund auf neues technisches Konzept zu realisieren versucht.In order to not already at a relatively high temperature condensing tar gases In this case, the wood was gassed at over 1,000 ° C. To ash agglomerations to avoid (which is easy at this temperature) and around a uniform temperature distribution To reach, one has the applied here circulating fluidized bed Sand added as heat transfer. That led to relatively high pressure losses in the carburetor. Furthermore, the and discharging the sand very complicated. The plant might have for one Continuous operation can be made suitable. But this did not happen. That had economic Reasons. The technology used was namely too expensive and too complicated and therefore has not been followed up. One had got up mostly already existing technical elements supported and not to realize a fundamentally new technical concept tries.

Wie bereits erwähnt, wurde noch nie eine kommerziell größere Anlage zur Vergasung von Biomasse gebaut.As already mentioned, has never been a commercially larger facility for the gasification of Biomass built.

Das hatte folgende Gründe:

  • • Die Biomasse wurde meistens bei Atmosphärendruck in den Vergaser transportiert. Entsprechend groß sind das Volumen des Vergasungsraumes und somit die Kosten.
  • • Bei Druckvergasung wird dagegen abwechselnd jeweils aus einem von zwei Behältern über Schleusen die Biomasse in den Reaktor transportiert. Trotz erheblich kleineren Volumens des Reaktors fallen infolge der Schleusen erhebliche Zusatzkosten an.
This had the following reasons:
  • • The biomass was mostly transported to the carburetor at atmospheric pressure. Correspondingly large are the volume of the gasification space and thus the costs.
  • • In pressure gasification, on the other hand, the biomass is transported alternately from one of two containers via sluices to the reactor. Despite much smaller volume of the reactor fall due to the locks considerable additional costs.

Die bisherigen vielen negativen Erfahrungen bei der Biomassevergasung und Gasreinigung haben gezeigt, dass die dabei verwendete Technik offenbar nicht geeignet war, einen wirtschaftlich und technisch angemessenen Erfolg zu erreichen.The So far, many negative experiences with biomass gasification and gas cleaning have shown that the technique used apparently was not suitable, an economic and technical to achieve reasonable success.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vergasen und zur Gasreinigung von Biomasse zu schaffen, die (A) kompakt gebaut ist, (B) kostengünstig in großen Mengen herstellbar ist, (C) einfach konstruiert ist, (D) eine geringe Störanfälligkeit aufweist und (E) umweltfreundlich ist.Therefore the invention has the object, a device for gasification and to create biomass gas purification, which (A) built compact is, (B) inexpensive in big Quantities can be produced, (C) is simply constructed, (D) a low susceptibility and (E) is environmentally friendly.

Die Punkte (A) und (B) sind dann erfüllt, wenn ein schneller Durchsatz erfolgt. Das kann man durch hohe Temperaturen, mittels einer großen Oberfläche des Reaktionsgutes bzw. der Biomasse und durch erhöhtem Druck erreichen.The Points (A) and (B) are then fulfilled when a fast throughput occurs. You can do that with high temperatures, by means of a big one surface of the reaction mixture or biomass and by increased pressure to reach.

Wegen des von Natur aus vorgegebenen Ascheschmelzpunktes und aus chemisch-thermodynamischen Gründen kann man eine Temperatur von etwa 900°C normalerweise nicht wesentlich überschreiten. Will man dagegen eine möglichst große Oberfläche erreichen, ist es vorteilhaft, die Lignocellulose bzw. Biomasse (auch Braunkohle) in ihre elementaren Bestandteile, den Faserelementen, zu zerlegen. Sie haben bei Gräsern eine Länge von nur 2 mm und einen Durchmesser von 25 μ.Because of the inherently predetermined ash melting point and for chemical-thermodynamic reasons, a temperature of about 900 ° C. can not normally be significantly exceeded. Want On the other hand, to achieve the largest possible surface area, it is advantageous to disassemble the lignocellulose or biomass (also lignite) into their elemental components, the fiber elements. With grasses they have a length of only 2 mm and a diameter of 25 μ.

Eine einfache Konstruktion gemäß Punkt (C.) ist dann gegeben, wenn die erforderlichen Prozessschritte auf engstem Raum in einer Einheit unmittelbar hintereinander stattfinden.A simple construction according to point (C.) is given when the required process steps up narrowest space in one unit immediately after one another.

Eine geringe Störanfälligkeit gemäß Punkt (D) ist dann gegeben, wenn die Anlage elektronisch einfach überwacht werden kann und der Prozess möglichst geringen Schwankungen seiner Parameter unterworfen ist.A low susceptibility to interference according to point (D) is given when the system is electronically easily monitored can be and the process as possible subject to slight fluctuations in its parameters.

Umweltschutz gemäß Punkt (E). sollte mit möglichst geringen Kosten verbunden sein. Bei bisher üblichen Vergasungsanlagen ist das nicht der Fall. Vielmehr ist die Gasreinigung dabei der Hauptkostenfaktor, was unbedingt vermieden werden sollte und deswegen neue Lösungen notwendig sind.environmental Protection according to point (E). should be with as possible be associated with low costs. In previously conventional gasification systems that is not the case. Rather, the gas cleaning is the main cost factor, which should definitely be avoided and therefore new solutions necessary are.

Die dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Sie wird durch die in 1 und 2 gezeigte Darstellung zusätzlich verdeutlicht.The object underlying this invention is achieved by the features characterized in claim 1. She is going through the in 1 and 2 shown illustration additionally clarified.

Biomasseeintrag und Vergasung:Biomass entry and gasification:

Bisher war es üblich, Energieträger wie Biomasse mittels Druckschleusen (Lock-hopper-Systeme) in den unter Druck stehenden Vergaser zu transportieren. Das ist teuer und erfordert sehr viel Platz. Außerdem müssen die dazu notwendigen Vorratsbehälter aus Sicherheitsgründen bei jeder Wiederauffüllung mit reinem Stickstoff gefüllt werden. Idealist daher ein kontinuierlicher Eintrag, wie er in 1 und 2 dargestellt ist. Danach werden während der Ernte aus Halmgütern hergestellte Briketts zunächst grob zerkleinert und dann mittels einer Stopfschnecke verdichtet. Es bildet sich ein Pfropf, der, falls notwendig, anschließend durch einen so genannten Knollenbrecher wieder zerkleinert wird. In dieser Form gelangt die Biomasse dann in einen Ein- bzw. Doppelschnecken-Extruder, dem bei einem Druck von etwa 30 bar und ca. 220°C zusätzlich Heißdampf zugegeben wird. Der Pfropf hat den Zweck, dass der Heißdampf nicht rückwärts zur Eingabestelle hin entweichen kann.So far, it has been customary to transport energy carriers such as biomass by means of pressure locks (lock-hopper systems) in the pressurized carburetor. This is expensive and requires a lot of space. In addition, the necessary reservoirs must be filled with pure nitrogen at every replenishment for safety reasons. Idealist therefore a continuous entry, as in 1 and 2 is shown. Thereafter, briquettes made from stems are first coarsely crushed and then compacted by means of a stuffing screw. It forms a graft, which, if necessary, then crushed by a so-called tuber breaker again. In this form, the biomass then enters a single-screw or twin-screw extruder, to which additional hot steam is added at a pressure of about 30 bar and about 220 ° C. The purpose of the plug is that the superheated steam can not escape backwards to the point of entry.

Aufgrund der starken Erwärmung der Biomasse erweicht dessen Lignin (Lignin ist der „Kitt" zwischen den Fasern). Durch Scherung können die Fasern dann leicht voneinander getrennt werden. Das wird bei Einwellen-Extrudern durch so genannte Paddel erreicht, die weniger dem Transport dienen sondern den Zweck haben, das Fördergut stark zu durchmischen (wie z. B. in der Futtermittelindustrie üblich). Dabei entstehen große Scherkräfte. Aufgrund des erweichten Lignins können dann die Fasern leicht voneinander getrennt werden. Bei Doppelschnecken-Extrudern sind solche Maßnahmen nicht notwendig. Sie sind jedoch teuerer als Einwellen-Extruder.by virtue of the strong warming the biomass softens its lignin (lignin is the "putty" between the fibers). By shearing can the fibers are then easily separated from each other. That will be included Single-shaft extruders achieved through so-called paddles, the less serve the transport but have the purpose, the conveyed to be mixed thoroughly (as is usual, for example, in the animal feed industry). This creates great Shearing forces. Due to the softened lignin fibers can then easily be separated from each other. For twin screw extruders are such measures unnecessary. However, they are more expensive than single-screw extruders.

Die Arbeitsweise des Eintragssystem lässt sich folgendermaßen darstellen: Die Biomasse wird zunächst durch eine Stopfschnecke so sehr verdichtet, dass ein gasundurchlässiger Pfropf entsteht. Dies ist möglich, da die Biomasse leicht verformbar ist. Der Pfropf wird anschließend, falls notwendig, durch ein Schneidmesser, auch Knollenbrecher genannt, fein zerkleinert.The Operation of the entry system can be represented as follows: The biomass is first so compacted by a plug screw that a gas-impermeable plug arises. This is possible, because the biomass is easily deformable. The graft will then, if necessary, called by a cutting knife, also Knollenbrecher, finely chopped.

Das Material gelangt anschließend in eine Zerfaserungsschnecke.The Material then passes in a shredding screw.

Alternativ wäre es möglich, ohne Stopfschnecke und Knollenbrecher auszukommen, wenn man die Biomasse stufenweise durch Zugabe von Sauerstoff und Wasserdampf erwärmt angefangen mit beispielsweise 100°C, dann 140°C bis sie im Extruder eine Temperatur von etwa 200 bis 250°C und einem Druck von etwa 25-30 bar erreicht hat und danach durch hohe Scherkräfte in der Extruderschecke zerkleinert wird wie anschließend erläutert. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Kosten.alternative would it be possible, to get along without a stuffing screw and tuber breaker, if you have the Biomass gradually by adding oxygen and water vapor heated starting at, for example, 100 ° C, then 140 ° C until in the extruder a temperature of about 200 to 250 ° C and a Pressure has reached about 25-30 bar and then by high shear forces in the Extruder check is crushed as explained below. This leads to a significant reduction in costs.

Die Biomasse wird am Anfang dieser Schnecke durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff (oder eine Kombination von beiden Komponenten) auf eine Temperatur von etwa 200 bis 250°C bei einem Druck von etwa 25-30 bar erwärmt.The Biomass is at the beginning of this snail by adding water vapor or pure oxygen (or a combination of both components) heated to a temperature of about 200 to 250 ° C at a pressure of about 25-30 bar.

Während Sauerstoff und Wasserdampf die Biomasse erwärmen wodurch das Lignin („Kitt” zwischen den Pflanzenfasern) erweicht, wird die Biomasse durch den Sauerstoff zusätzlich teilweise chemisch zersetzt (insbesondere die Epidermishülle und die Nodien bei Gräsern).While oxygen and water vapor to heat the biomass whereby the lignin ("putty" between the Vegetable fibers), the biomass is replaced by the oxygen additionally partially chemically decomposed (especially the epidermis and the Nodien with grasses).

Durch die sehr hohen Scherkräfte, die zum Beispiel mit Einwellenextrudern durch verschiedene in die Schnecke eingebaute so genannte Paddel (Scherelemente) erzeugt werden, erfolgt eine Trennung der Fasern voneinander und eine weitere Zerkleinerung der chemisch zersetzten Biomasse. Die Fasern haben bei Gräsern (C4-Schilf Pflanzen, die vorzugsweise Anwendung finden) zum Beispiel einen Durchmesser von nur 25 Mikrometer und sind ca. 2 mm lang wodurch eine sehr große Oberfläche entsteht.Due to the very high shear forces, for example, with single-shaft extruders through various in the Slug built-in so-called paddle (shear elements) are generated, there is a separation of the fibers from each other and further comminution of chemically decomposed biomass. The fibers of grasses (C4 reed plants, which are preferably used), for example, have a diameter of only 25 micrometers and are about 2 mm long, resulting in a very large surface area.

Vor Ende der Schnecke wird zusätzlich soviel Wasser rundherum eingesprüht, dass es bei anschließender Zugabe des für die Vergasung notwendigen Sauerstoffs nicht zur Selbstentzündung vor Eintritt in die Vergasungskammer kommt.In front End of the snail is added so much water sprayed around, that at subsequent Adding the for the gasification of necessary oxygen is not for self-ignition Entry into the gasification chamber comes.

Außerdem kann man gesättigten Wasserdampf (der nicht kondensiert) zugeben. Das führt zusätzlich zu größerem Auseinanderdriften des „Explosionsgemisches", sofern ein nennenswerter Druckunterschied zwischen dem Austritt der Biomasse am Extruderende und der Vergasungskammer besteht. Da dann am Ende der Schnecke Biomasse und Sauerstoff homogen miteinander gleichmäßig vermischt sind, kommt es anschließend in der Brennkammer zu einer homogenen „Explosion" (optimale partielle Verbrennung) bei ca. 900°C, ähnlich wie bei einem Sprengstoff (vollständige Verbrennung).In addition, can one saturated Add water vapor (which does not condense). This leads in addition to greater divergence of the "explosive mixture", if significant Pressure difference between the exit of the biomass at the end of the extruder and the gasification chamber is made. Because then at the end of the slug biomass and oxygen are homogeneously mixed with each other uniformly, it comes subsequently in the combustion chamber to a homogeneous "explosion" (optimal partial combustion) at about 900 ° C, similar to with an explosive (complete Combustion).

Alternativ ist es natürlich auch möglich, den Sauerstoff erst innerhalb der Brennkammer getrennt zuzugeben.alternative it is natural also possible, to add the oxygen separately only within the combustion chamber.

Die Vergasung verläuft in Bruchteilen von einer Sekunde („Explosionsvergasung"). Entsprechend klein wird die Anlage (um den Faktor 100-500 im Vergleich zu der bisher üblichen Technik).The Gasification runs in fractions of a second ("explosion gasification") the plant (by a factor of 100-500 compared to the usual Technology).

Unmittelbar danach findet die Gasreinigung aus technischen Gründen bei 900°C statt, wie später noch näher erläutert wird.immediate Thereafter, the gas purification for technical reasons 900 ° C instead, how later even closer explained becomes.

Um diesen Anforderungen zu genügen, sind metallische Membranfilter, die zur Stabilisierung auf Gitternetze geschweißt sind, notwendig.Around to meet these requirements, are metallic membrane filters that stabilize on grids welded is needed.

Beschreibung der Membranfilter:Description of the membrane filter:

In Zusammenarbeit mit der Industrie wurde ein Hochtemperatur-Filter entwickelt, das sich bis 1.000°C für Vergasungszwecke eignet. Es besteht aus einer dünnen Membran, deren Fläche bis zu 40 % 1-3 μm große Öffnungen aufweist (s. 4). Dadurch entsteht trotz dieser kleinen Abmessungen ein extrem geringer Druckverlust, der bei Keramikfiltern um 1-2 Zehnerpotenzen größer ist. Außerdem ist dabei die chemische Beständigkeit im Gegensatz zu Keramikfiltern ausreichend.In collaboration with the industry, a high-temperature filter has been developed that is suitable for gasification purposes up to 1,000 ° C. It consists of a thin membrane, the surface of which has up to 40% 1-3 μm openings (s. 4 ). This results in spite of these small dimensions, an extremely low pressure loss, which is greater by 1-2 orders of magnitude with ceramic filters. In addition, the chemical resistance is sufficient in contrast to ceramic filters.

Bei dem neuen Filter sind mehrere unterfütterte Filtermembranen dieser Art konzentrisch zueinander angeordnet (s. 5 und 6). Dadurch entsteht auf engstem Raum eine sehr große Oberfläche. Bei einem für industrielle Zwecke geeignetem Filter von 1 m Länge, 0,8 m ⌀ und 4 Filterkörpern (ohne Isolierung) sind das mindestens 6 m2.In the new filter several lined filter membranes of this type are arranged concentrically to each other (s. 5 and 6 ). This creates a very large surface in the smallest of spaces. For a filter of 1 m length, 0.8 m ⌀ and 4 filter bodies (without insulation) suitable for industrial purposes, this is at least 6 m 2 .

Aufgrund der dünnen Membran und sehr glatten Oberfläche kann man den Filterkuchen bereits bei geringer Druckdifferenz sehr leicht entfernen.by virtue of the thin one Membrane and very smooth surface you can the filter cake already at low pressure difference very remove easily.

Dieses Filter kann industriell Anwender-spezifisch hergestellt werden. Wie wir jedoch von dem Hersteller erfahren haben, ist es Angelegenheit des Auftraggebers, die für eine Bestellung wichtigen Parameter selber vorher zu ermitteln bzw. ermitteln zu lassen.This Filter can be manufactured industrially user-specific. However, as we have learned from the manufacturer, it is a matter of the principal, for to determine an order important parameters beforehand to be determined.

Bei gleicher Größe der Filterporen und Verwendung von Feinstaub aus Biomassevergasungsprozessen beträgt der günstigste Durchmesser 1-3 μm. Das ist 10-mal kleiner, als die mittlere Porengröße vergleichbarer keramischer Abgasfilter. Die optimalen Schlitzabmessungen und die Anordnung der Öffnungen können erst endgültig ermittelt und die entsprechende Membran hergestellt werden, wenn die Kornverteilung des Staubes der Biomasse bekannt ist. Dazu müssen verschiedene Masken mit unterschiedlichen Designs bzw. Layouts geschrieben werden, um unterschiedliche Folientypen verschiedener Dicke zu Testzwecken zu erhalten.at same size of the filter pores and use of particulate matter from biomass gasification processes is the cheapest Diameter 1-3 μm. This is 10 times smaller than the average pore size of comparable ceramic Exhaust filter. The optimal slot dimensions and arrangement the openings can first finally determined and the appropriate membrane are manufactured, if the grain distribution of dust of biomass is known. This must be different Masks are written with different designs or layouts, different film types of different thickness for testing purposes to obtain.

Im Vorfeld wurden bereits vorhandene Folien erworben (bzw. Silizium-Wafer auf die gewünschte Stärke heruntergeätzt) und diese mit lithographischen Methoden perforiert, so wie auch Masken für die Ionenprojektionslithographie (sog. Stencilmasken) hergestellt werden. Das heißt, die Prozesse (Belacken der Si-Scheibe, Belichten mittels einer Maske, Plasmaätzen der Strukturen bei hohem Aspektverhältnis) zur Herstellung solcher dünnen perforierten Silizium- Folien sind bekannt. Erfahrung aus der Stencilmasken-Entwicklung haben gezeigt, dass das Silizium sehr spröde ist und bei den erforderlichen Foliendicken von nur wenigen Mikrometern (μm) sehr schwer zu handhaben ist.Previously, existing films were purchased (or silicon wafers etched down to the desired thickness) and perforated with lithographic methods, just as masks for ion projection lithography (so-called stencil masks) are produced. That is, the processes (coating of the Si wafer, mask exposure, high aspect ratio plasma etching of the structures) for producing such thin perforated silicon films are known. Experience from stencil mask development ha ben shown that the silicon is very brittle and with the required film thickness of only a few microns (microns) is very difficult to handle.

Es wurden daher Versuche mit metallischen und damit duktileren Materialien unternommen. Dabei bot es sich an, die Perforierungen mittels Laser vorzunehmen. Es stellte sich aber bald heraus, dass dies eine Sackgasse war. Die erforderlichen Strukturgrößen von 1 μm bis 3 μm waren einfach bei weitem nicht erreichbar.It Therefore, attempts were made with metallic and thus more ductile materials made. It was possible, the perforations by laser make. It soon turned out that this was a dead end was. The required feature sizes of 1 μm to 3 μm were simply not nearly enough reachable.

Deswegen wurde versucht, die Prozesse ähnlich denen in der Mikroelektronik anzuwenden. Hierbei ist es wichtig, dass das Material beim Plasmaätzen mit Fluor- oder Chlorhaltigen Prozessgasen eine flüchtige Verbindung eingeht, die dann leicht abgepumpt werden kann. Neben Silizium kommen hierfür noch Titan, Tantal, Zirkon, Niob, Hafnium, Wolfram Chrom etc. sowie auch Aluminium infrage, wobei letzteres wohl mangels Beständigkeit bei den angestrebten hohen Temperaturen wegfällt.therefore was trying to similar the processes those used in microelectronics. Here it is important that the material during plasma etching with fluorine- or chlorine-containing process gases a volatile compound enters, which can then be easily pumped out. Come in addition to silicon therefor nor titanium, tantalum, zirconium, niobium, hafnium, tungsten chromium etc. as well also aluminum in question, the latter probably for lack of durability falls away at the desired high temperatures.

Von der Form her angestrebt wurde ein ideales Filter, das einen sehr niedrigen Druckverlust hat, leicht gereinigt werden kann und eine so große Durchlassfläche hat, dass möglichst geringe Druckverluste entstehen.From The aim of the form was an ideal filter that a very has low pressure drop, can be easily cleaned and one so big Passage area has that as possible low pressure losses occur.

Dies ist eine ganz neue Technik, die im Gegensatz zu Filterkerzen aus Sintermetall oder Keramik sehr Platz sparend ist. Außerdem eignen sie sich bei wesentlich höherer Temperaturbelastung (bis 1000°C in reduzierender Atmosphäre) im Vergleich zu üblichen Filtern, die unter gleichen Bedingungen nur bis 500-600°C geeignet sind. Das ist das Besondere an diesen neuen Filtern.This is a whole new technique that unlike filter candles Sintered metal or ceramic is very space-saving. Also suitable they are at much higher Temperature load (up to 1000 ° C in a reducing atmosphere) compared to usual Filters suitable under the same conditions only up to 500-600 ° C are. That's the special thing about these new filters.

Die Gasreinigung auf Basis dieser Filter verläuft in drei Stufen, wie 57 zeigt.The gas purification based on these filters runs in three stages, such as 5 - 7 shows.

Detailbeschreibung von Filterstufe 1:Detailed description of filter level 1:

Die Filterstufe 1 ist als redundantes System mit zwei Filtern ausgeführt. Diese beiden Filter werden abwechselnd betrieben, wobei jeweils im „off-line" Filter die Abreinigung stattfindet. In 5 sowie in der Tabelle 2 ist das Prinzip dieser Filtereinheit dargestelltThe filter stage 1 is designed as a redundant system with two filters. These two filters are operated alternately, whereby the cleaning takes place in each case in the "off-line" filter 5 as well as in Table 2, the principle of this filter unit is shown

Das Gesamtfilter besteht (wie bereits erwähnt) aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten zylindrischen Filtereinheiten. Sobald der voreingestellte maximale Differenzdruck beim „on-line" Filter erreicht ist, wird der Gasstrom auf das zweite baugleiche Filter geleitet und das bisherige „on-line" Filter durch das Einlassventil vom Gasstrom abgetrennt.The Total filter consists (as already mentioned) of several concentric mutually arranged cylindrical filter units. As soon as the preset maximum differential pressure when "on-line" filter is reached, the gas flow passed on the second identical filter and the previous "on-line" filter by the Inlet valve separated from the gas stream.

Der Abwurf der Asche erfolgt durch erzeugen eines Druckunterschiedes zwischen Filterkuchen und Filtermembran.Of the The ash is discarded by creating a pressure difference between filter cake and filter membrane.

Unter Umständen besteht die Möglichkeit, dass bei ausreichend schneller Erzeugung der Druckdifferenz Δp, die Filterstufe 1 nur mit einem Filter zu betreiben. Hierbei verringert sich die Anzahl der Ventile auf nur ein Auslassventil für den Ascheaustrag. Dies ist eine wesentliche Vereinfachung des Filtersystem und ist außerdem mit erheblichen Kosteneinsparungen verbunden.Under circumstances it is possible, that at sufficiently fast generation of the pressure difference .DELTA.p, the filter stage 1 to operate only with a filter. This reduces the Number of valves on only one exhaust valve for the ash discharge. This is a major simplification of the filter system and is also with associated with significant cost savings.

Solch ein Filter ist sehr kompakt. Bei gleicher Leistung ist es um eine Größenordnung kleiner als entsprechende Filter mit Keramikkerzen. Außerdem sind die neuen Membranfilter chemisch resistenter als herkömmliche Keramikkerzen. Keramik hat den Nachteil, dass bei hoher Temperatur Alkalien langsam in sie eindringen und dadurch ihr Schmelzpunkt sinkt, was gleichzeitig zu einem Verlust an Festigkeit führt.Such a filter is very compact. For the same performance it is one Magnitude smaller than corresponding filters with ceramic candles. Besides, they are The new membrane filters are chemically more resistant than conventional ones Ceramic candles. Ceramic has the disadvantage that at high temperature Alkalis slowly penetrate into them and thereby their melting point decreases, which at the same time leads to a loss of strength.

Detailbeschreibung Filterstufe 2:Detailed description filter level 2:

Aufbau und der Betrieb („on-live", „off-line") sind identisch dem Aschefilter. Einziger Unterschied: Auf der Filtermembran befindet sich ein künstlich aufgebrachter Filterkuchen, der in der Hauptsache aus Dolomit besteht und zur Neutralisierung der Sauergase, Spaltung der Teerverbindungen und Bindung der Halogene dient. Um dies zu erreichen, ist eine Temperatur von 900°C optimal.construction and the operation ("on-live", "off-line") are identical the ash filter. Only difference: Located on the filter membrane an artificial one Applied filter cake, which consists mainly of dolomite and to neutralize the acid gases, cleavage of tar compounds and binding of the halogens. To achieve this is a temperature from 900 ° C optimal.

Das Gas wird einem von zwei parallelen Filtern der Stufe 2 zugeführt. In 6 sowie in der Tabelle 3 ist das Prinzip dieser Filtereinheit bzw. Filterstufe 2 dargestellt.The gas is supplied to one of two parallel stage 2 filters. In 6 as well as in Table 3, the principle of this filter unit or filter stage 2 is shown.

Die Kalk- bzw. Dolomitschicht, bestehend aus feinen Partikeln, wird über einen Gasstrom auf die Membran aufgebracht. Beim Durchströmen dieser Schicht werden Schadgase wie HCl und H2S chemisch gebunden. Hierbei reagieren Chlorwasserstoff und Schwefelwasserstoff mit Calciumoxid zu Calciumchlorid und Calciumsulfid.The lime or dolomite layer, consisting of fine particles, is transferred to the meme via a gas stream bran applied. As it flows through this layer harmful gases such as HCl and H 2 S are chemically bound. Hydrogen chloride and hydrogen sulfide react with calcium oxide to form calcium chloride and calcium sulfide.

Bei eintretender Sättigung des Filters durch HCl und H2S können diese Komponenten am Filterausgang gemessen werden. Ab einer noch zu ermittelnden Konzentration muss der Filterkuchen ausgetauscht werden.When saturation of the filter by HCl and H 2 S occurs, these components can be measured at the filter outlet. From a still to be determined concentration of the filter cake must be replaced.

Bei Vorhandensein ausreichender Mengen Alkalien (natürlich oder künstlich zugegeben) kann man wahrscheinlich auf die zweite Filterstufe verzichten, (d.h. die Filterstufe 1 ersetzt die Filterstufe 2). Dies führt zu einer zusätzlichen erheblichen Kostenersparnis.at Presence of sufficient quantities of alkalis (natural or artificial added) you can probably do without the second filter stage, (i.e., filter stage 1 replaces filter stage 2). This leads to a additional considerable cost savings.

Die Filterstufe 3 ist ähnlich aufgebaut wie die Filterstufen 1 und 2, enthält jedoch anstatt 2 nur einen Strang (sh. 7). Hier befindet sich auf der Membran eine Schicht feinster Nickelpartikel von etwa 20-50 μ Größe, die mittels eines Gases als Transportmittel aufgebracht und dann versintert werden. Der Vorteil: das Volumen bzw. Oberfläche dieser Katalysatorschicht ist bei gleicher Wirkung mehrere Hundert mal kleiner, als sonst üblich. Die wirksame Oberfläche pro Filtereinheit, die insgesamt nur ein Volumen von z. B. 0,7 m3 hat ist sogar 6-10 m2 groß und dadurch bei gleicher Leistung um ein Vielfaches kleiner, als sonst bei Katalysatoren üblich. Dadurch werden alle restlichen Kohlenwasserstoffe, vor allem Methan und möglicherweise noch vorhandene Teergase, vollständig in CO und H2 umgewandelt, wofür ebenfalls eine Temperatur von 900°C optimal ist.The Filterstufe 3 is similar to the filter stages 1 and 2, but instead of 2 only one strand (see. 7 ). Here is located on the membrane, a layer of finest nickel particles of about 20-50 μ size, which are applied by means of a gas as a means of transport and then sintered. The advantage: the volume or surface of this catalyst layer is several hundred times smaller than usual with the same effect. The effective surface per filter unit, the total only a volume of z. B. 0.7 m 3 is even 6-10 m 2 in size and thus at the same power many times smaller than usual in catalysts. As a result, all remaining hydrocarbons, especially methane and possibly still existing tar gases, completely converted into CO and H 2 , for which also a temperature of 900 ° C is optimal.

Der Grund: Das Gas muss (wie auch schon bei den vorgeschalteten zwei Doppelfiltern) durch sehr feine Poren strömen. Dadurch findet ein intensiver Kontakt zwischen Gas- und Katalysatorfläche statt, was bei üblichen Katalysatoren in dieser Form nicht stattfindet.Of the Reason: The gas must (as already with the upstream two Double filtering) through very fine pores. This will find an intense Contact between the gas and catalyst surface instead, which is common Catalysts in this form does not take place.

Außerdem werden durch den Nickelkatalysator alle Stickstoffverbindungen, wie Ammoniak (NH3) und Blausäure (HCN) in Luftstickstoff umgewandelt. Das so behandelte Synthesegas ist dann so rein, dass es für Synthesezwecke oder zur Verbrennung in Gasturbinen verwendet werden kann.In addition, the nickel catalyst converts all nitrogen compounds such as ammonia (NH 3 ) and hydrogen cyanide (HCN) into atmospheric nitrogen. The synthesis gas treated in this way is then so pure that it can be used for synthesis purposes or for combustion in gas turbines.

In Tabelle 4 wird noch einmal zusammengefasst, welche Verunreinigungen in welcher Filterstufe aus dem Synthesegas entfernt werden.In Table 4 summarizes what impurities in which filter stage are removed from the synthesis gas.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:

  • (1) Kompakte Einschleusung der Biomasse mittels Stopfschnecke;
  • (2) schnelle momentane Erwärmung durch Druckerhöhung mit. Wasserdampf;
  • (3) gleichzeitige Erweichung des Lignins (der „Kitt" der die Zellstofffasern zusammenhält);
  • (4) anschließende Scherung und Trennung der Pflanzenfasern.
  • (5) Zugabe kleinerer Mengen Sauerstoff und Dampf (Dampf, der nicht mehr kondensiert aufgrund konstanter Temperatur);
  • (6) Verringerung des Druckes um ca. 1-5 bar bei Eintritt der Fasern in den Vergasungsraum und dadurch bedingt; explosionsartiges Auseinandertreiben und Vergasung der Pflanzenfasern;
  • (7) keine vorherige Temperaturabsenkung des erzeugten Gases bei Gasturbinen notwendig und
  • (8) kompakte, sehr Kosten günstige Gasreinigung an Stelle der sonst üblichen, sehr aufwendigen chemischen Gaswäsche.
Advantages of the method according to the invention are:
  • (1) Compact introduction of the biomass by means of plug screw;
  • (2) rapid instantaneous heating by pressure increase with. Steam;
  • (3) simultaneous softening of the lignin (the "putty" that holds the pulp fibers together);
  • (4) subsequent shearing and separation of the plant fibers.
  • (5) adding smaller amounts of oxygen and steam (vapor that no longer condenses due to constant temperature);
  • (6) reducing the pressure by about 1-5 bar when the fibers enter the gasification chamber and thereby conditional; explosive dispersal and gasification of plant fibers;
  • (7) no previous temperature reduction of the gas generated in gas turbines necessary and
  • (8) compact, very cost-effective gas cleaning instead of the usual, very expensive chemical gas scrubbing.

Der besondere Vorteil ist, dass die Schritte von 1-10 unmittelbar hintereinander auf engstem Raum erfolgen und dadurch die gesamte Anlage um ein Vielfaches kleiner und kostengünstiger wird als sonst üblich. Diese Methode ist dadurch besonders gut für kleine, dezentrale Anlagen geeignet, die man daher, in Containern montieren und in Serie herstellen kann. Das verbilligt die Produktion noch einmal um ein Vielfaches. Da diese Einheiten alle gleich sind, ist im Gegensatz zu Großanlagen nur einmal eine Zulassung von Seiten der Behörden notwendig. Das spart Zeit und weitere Kosten. Es ist sogar möglich, falls notwendig, größere Anlagen zu bauen, indem man mehrere kleinere Anlagen zu einer größeren Einheit zusammenfügt. Die Dezentrale Anwendung hat darüber hinaus den Vorteil, Kraft-Wärmekoppelung anzuwenden. Das ist bei großen Anlagen, wegen der Entfernung zwischen Erzeuger und Nutzer (zu hoher Wärmeverlust der Leitungen), nicht möglich. Außerdem kann man solche Anlagen (weil alle gleich sind) einfach mit der gleichen Fernsteuerung betreiben. Ein weiterer Vorteil ist, dass der ländliche Raum auf die Weise wirtschaftlich belebt wird.Of the special advantage is that the steps from 1-10 immediately after one another in a confined space and thereby the entire system by one Many times smaller and cheaper is considered usual. These This method is especially good for small, decentralized systems suitable, which are therefore mounted in containers and mass produced can. This makes production even cheaper many times over. Because these units are all the same, unlike large-scale facilities only once approval from the authorities necessary. That saves time and further costs. It is even possible, if necessary, larger systems to build by adding several smaller facilities to a larger unit assembles. The decentralized application has it In addition, the advantage of combined heat and power apply. That's great Plants, because of the distance between producer and user (too high heat loss the lines), not possible. In addition, can you have such facilities (because they are all the same) simply with the same Operate remote control. Another advantage is that of the rural Room in the way is economically revitalized.

Durch die Gasreinigung bei einer Temperatur von 900°C ist keine vorherige Temperaturabsenkung des erzeugten Gases vor allem für Gasturbinen notwendig.By the gas cleaning at a temperature of 900 ° C is no previous temperature reduction of the gas generated, especially for Gas turbines necessary.

Dadurch wird ein Wirkungsgrad erreicht, der ähnlich hoch ist, wie mit Erdgas betriebenen Turbinen.Thereby an efficiency is achieved that is similar to that of natural gas operated turbines.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben. Es zeigen:Of the The invention is described below with reference to the description a preferred embodiment described in more detail. Show it:

1 eine Prinzipskizze einer Biomasse-Druckvergasungsanlage mit Heißgasreinigung; 1 a schematic diagram of a biomass pressure gasification plant with hot gas purification;

2 eine Detailansicht der Zerfaserung und Ligninverflüssigung; 2 a detailed view of defibration and lignin liquefaction;

3 ein Prinzip der Reinigung des Synthese-Rohgases; 3 a principle of purification of the raw synthesis gas;

4 Ausschnitt einer 10μ dicken perforierten Titan-Folie (Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen); 4 Section of a 10μ thick perforated titanium foil (scanning electron micrographs);

5 eine Prinzipskizze einer Filterstufe 1 (Aschefilter); 5 a schematic diagram of a filter stage 1 (ash filter);

6 eine Prinzipskizze einer Filterstufe 2 (Alkalischer Katalysator und chemischer Filter) und 6 a schematic diagram of a filter stage 2 (alkaline catalyst and chemical filter) and

7 eine Prinzipskizze einer Filterstufe 3 (Nickelkatalysator). 7 a schematic diagram of a filter stage 3 (nickel catalyst).

Die in 1 dargestellte Biomasse-Druckvergasungsanlage mit Heißgasreinigung weist einen Vorratsbehälter (1) auf. Dort werden die grob zerkleinerten, aus Halmgütern hergestellten Briketts gleichmäßig in eine Stopfschnecke (2) in Förderrichtung (P) eingeführt. Gemäß der Erfindung wird durch diese Stopfschnecke (3) mittels eines Antriebes (2) die Biomasse kontinuierlich verdichtet, so dass sich am Ausgang der Stopfschnecke in der Verdichtungszone (4) ein für Gas undurchlässiger Pfropf bildet, der den Zweck hat, dass der später vorzugsweise zugegebene heiße Wasserdampf (11) und Gase nicht entgegengesetzt der Förderichtung zur Eingabestelle hin entweichen können. Er wird dann durch ein Schneidmesserrad (5), einen so genannten Knollenbrecher, mit Hilfe eines Antriebes (6) wieder zerkleinert. Die so zerkleinerte Biomasse gelangt anschließend in einen Schneckenextruder (7). Die darin befindliche Extruderschnecke (8) ist mit einem Antrieb (9) versehen. Sie besteht aus einer Anordnung von unterschiedlichen Förderelementen (10) und Scherelementen (12). Der Vortrieb und die weitere Verdichtung der Biomasse erfolgt hierbei zunächst durch die Förderelemente (10). Erfindungsgemäß wird kurz nach dem Einlass des Schneckenextruders (7) die Biomasse in Förderichtung (Q) durch Zugabe von Wasserdampf (11) bzw. reinem Sauerstoff (oder eine Kombination von beiden Komponenten) auf eine Temperatur von bis zu ca. 250°C bei einem Druck von etwa 25-30 bar erwärmt. Aufgrund der starken Erwärmung der Biomasse durch Wasserdampf und Sauerstoff erweicht dessen Lignin (der „Kitt" zwischen den Fasern). Zusätzlich wird die Biomasse durch den Sauerstoff teilweise chemisch zersetzt. Durch Scherung können die Fasern dann leicht voneinander getrennt werden. Das wird im Schneckenextruder (7) durch die Scherelemente (12), so genannte Paddel erreicht, die weniger dem Transport dienen, sondern den Zweck haben, das Fördergut stark zu durchmischen. Dabei entstehen große Scherkräfte. Die Fasern haben nach der Trennung einen Durchmesser von nur 25 Mikrometer und sind ca. 2 mm lang. Dadurch entsteht eine sehr große Oberfläche.In the 1 illustrated biomass pressure gasification plant with hot gas cleaning has a reservoir ( 1 ) on. There the coarsely shredded briquettes made from stalks are evenly packed into a stuffing screw ( 2 ) introduced in the conveying direction (P). According to the invention, this stuffing screw ( 3 ) by means of a drive ( 2 ) the biomass is continuously compressed, so that at the outlet of the plug screw in the compression zone ( 4 ) forms a gas-impermeable plug, which has the purpose that the later preferably added hot steam ( 11 ) And gases not opposite to the direction of discharge to the input point can escape. It is then passed through a cutting knife wheel ( 5 ), a so-called tuber breaker, with the help of a drive ( 6 ) again crushed. The comminuted biomass then passes into a screw extruder ( 7 ). The extruder screw ( 8th ) is with a drive ( 9 ) Mistake. It consists of an arrangement of different conveying elements ( 10 ) and shear elements ( 12 ). The propulsion and the further compression of the biomass takes place here first by the conveyor elements ( 10 ). According to the invention, shortly after the inlet of the screw extruder ( 7 ) the biomass in conveying direction (Q) by adding water vapor ( 11 ) or pure oxygen (or a combination of both components) to a temperature of up to about 250 ° C at a pressure of about 25-30 bar heated. Due to the strong warming of the biomass by water vapor and oxygen softens its lignin (the "putty" between the fibers) .In addition, the biomass is partially chemically decomposed by the oxygen.Through shearing, the fibers can then be easily separated from each other.Within the screw extruder ( 7 ) by the shear elements ( 12 ), so-called paddles achieved, which serve less to transport, but have the purpose to strongly mix the conveyed. This results in large shear forces. The fibers have a diameter of only 25 microns after separation and are about 2 mm long. This creates a very large surface.

Gemäß der Erfindung wird kurz vor dem Ausgang in den Schneckenextruder (7) gesättigter oder überhitzter Wasserdampf (13) zugegeben. Das führt aufgrund des dadurch entstehenden, größeren Volumens zu einem Auseinanderdriften des Faser-Dampfgemisches.According to the invention, shortly before the exit into the screw extruder ( 7 ) saturated or superheated steam ( 13 ) was added. This leads due to the resulting, larger volume to a drift apart of the fiber-vapor mixture.

Am Ausgang der Extruderschnecke (8) wird dann der zur Vergasung notwendige Sauerstoff (15) zugegeben. Dort werden Biomasse und Sauerstoff gleichmäßig miteinander vermischt, und es kommt anschließend in der Vergasungskammer (16) zu einer homogenen „Explosion" (optimale partielle Verbrennung) bei ca. 900°C. Um eine Selbstentzündung vor Eintritt des „Explosionsgemisches" in die Vergasungskammer zu verhindern, werden vor der Sauerstoffzugabe (15) zusätzlich winzige Mengen Wasser (14) rundherum eingesprüht.At the exit of the extruder screw ( 8th ), the oxygen required for gasification ( 15 ) was added. There, biomass and oxygen are uniformly mixed together, and then it comes in the gasification chamber ( 16 ) to a homogeneous "explosion" (optimal partial combustion) at about 900 ° C. In order to prevent self-ignition before the "explosion mixture" enters the gasification chamber, before the addition of oxygen ( 15 ) additionally tiny amounts of water ( 14 ) sprayed all around.

Alternativ ist es natürlich auch möglich, Sauerstoff (15a) erst innerhalb der Brennkammer getrennt zuzugeben. Die Mischung ist dann allerdings inhomogen und vergast deswegen ungleichmäßiger mit den bekannten Nachteilen.Alternatively, it is also possible to use oxygen ( 15a ) separately added only within the combustion chamber. However, the mixture is then inhomogeneous and therefore gasses more unevenly with the known disadvantages.

Die Vergasung verläuft beiden Fällen in Bruchteilen von einer Sekunde („Explosionsvergasung"). Entsprechend klein wird die Anlage (um den Faktor 100-500 im Vergleich zu der bisher üblichen Technik).The Gasification runs both cases in fractions of a second ("explosion gasification") is the plant (by a factor of 100-500 compared to the usual Technology).

Es entsteht nach der Vergasung ein Gemisch aus Syntheserohgas und Asche (17), das nach oben strömt. Wenn jedoch die Temperatur ein gewisses Niveau übersteigt, wird die Asche flüssig. Diese Flüssigasche (18) kann dann nach unten in einen Entsorgungsbehälter (20) ablaufen.After gasification, a mixture of synthesis gas and ash ( 17 ), that upwards flows. However, when the temperature exceeds a certain level, the ash becomes liquid. This liquid ash ( 18 ) can then down into a disposal container ( 20 ) expire.

Gemäß der Erfindung werden von dem Syntheserohgas (22) bei einer Temperatur von ca. 900°C in den Filtern (21) der Filterstufe 1 (Detail X) die Feststoffe entfernt und in den Filtern (30) der Filterstufe 2 (Detail Y) die Halogenverbindungen und Sauergase absorbiert. Das Anfallende Filtrat (28) wird in einem Entsorgungsbehälter (20) aufgefangen. Darin wird durch Zugabe von Sauerstoff (19) Sulfit in Sulfat umgewandelt.According to the invention, from the synthesis gas ( 22 ) at a temperature of about 900 ° C in the filters ( 21 ) the filter stage 1 (detail X) removes the solids and in the filters ( 30 ) of filter stage 2 (detail Y) absorbs the halogen compounds and sour gases. The resulting filtrate ( 28 ) is stored in a disposal container ( 20 ). In it, by adding oxygen ( 19 ) Sulfite converted to sulfate.

Anschließend werden in dem Katalysator (33) der Filterstufe 3 (Detail Z) die restlichen Kohlenwasserstoffe und möglicherweise noch vorhandenen Teergase vollständig in CO und H2 umgewandelt. Außerdem erfolgt eine Umwandlung aller Stickstoffverbindungen in Luftstickstoff. Es entsteht ein reines Synthesegas. Die Gasreinigung vom Syntheserohgas (22) bis zum reinen Synthesegas (35) mittels der Filterstufen 1 (Detail X), 2 (Detail Y) und 3 (Detail Z) sind in 57 näher erläutert.Subsequently, in the catalyst ( 33 ) of filter stage 3 (detail Z) completely converts the remaining hydrocarbons and any remaining tar gases into CO and H 2 . In addition, there is a conversion of all nitrogen compounds in atmospheric nitrogen. The result is a pure synthesis gas. The gas purification from the synthesis gas ( 22 ) to pure synthesis gas ( 35 ) by means of filter stages 1 (detail X), 2 (detail Y) and 3 (detail Z) are in 5 - 7 explained in more detail.

In 2 (Detail A) ist noch einmal der in 1 erfindungsgemäß beschriebene, kontinuierliche Biomasseeintrag mit der Stopfschnecke (3), der Verdichtungszone der Biomasse (4), den Knollenbrecher (5) mit Antrieb (6), vergrößert dargestellt. Sie zeigt ebenfalls einen Teil des Schneckenextruders (7) mit einer Extruderschnecke (8), die mit einem Antrieb (9) versehen ist und aus einer Anordnung unterschiedlicher Förder- und Scherelemente (10, 12) besteht. Die Zugabe von Wasserdampf (11) bzw. reinem Sauerstoff (oder eine Kombination von beiden Komponenten) bis zu ca. 250°C am Anfang der Extruderschnecke (8) dient, wie bereits erwähnt, der Erweichung des Lignins.In 2 (Detail A) is once again in 1 According to the invention described, continuous biomass entry with the plug screw ( 3 ), the compaction zone of biomass ( 4 ), the tuber-breaker ( 5 ) with drive ( 6 ), shown enlarged. It also shows a part of the screw extruder ( 7 ) with an extruder screw ( 8th ) powered by a drive ( 9 ) and from an arrangement of different conveying and shearing elements ( 10 . 12 ) consists. The addition of water vapor ( 11 ) or pure oxygen (or a combination of both components) up to about 250 ° C at the beginning of the extruder screw ( 8th ) serves, as already mentioned, the softening of the lignin.

4 zeigt gemäß der Erfindung als Beispiel eine über Lithographie und Plasmaätztechnik hergestellte perforierte Titan-Folie. Die Minimalöffnungen an der Unterseite der Folie (dunkle Rechtecke im linken Bild) entsprechen den ursprünglichen Öffnungen im Lack; während des Ätzvorgangs wird der Lack ebenfalls geätzt und weicht etwas zurück und mit ihm die Ätzfront, so dass eine schräge Kante im geätzten Material entsteht (graue Fläche zwischen dunklen Öffnungen und heller unberührter Oberseite der Folie). Die Abmessungen der in 4 shows according to the invention as an example a perforated titanium foil produced by lithography and plasma etching technique. The minimal openings on the underside of the film (dark rectangles in the left picture) correspond to the original openings in the paint; during the etching process, the paint is also etched and gives way back and with it the etch front, creating an oblique edge in the etched material (gray area between dark openings and bright untouched top of the film). The dimensions of in

4 gezeigten Membran sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Abbmessung der Membran 1. Muster Schlitzmembranfilter Maßstab: 1:1.750 Dicke der Membran 5 μm unten oben Schlitzbreite 2 μm 3 μm Schlitzlänge 10 μm 12 μm 4 shown membrane are shown in Table 1. Table 1: Diagram of the membrane 1st pattern slit membrane filter Scale: 1: 1,750 Thickness of the membrane 5 μm below above slot width 2 μm 3 μm slot length 10 μm 12 μm

In 5 ist die Filterstufe 1 (Detail X) als redundantes System mit zwei Filtern (21) ausgeführt, die abwechselnd betrieben werden, wobei jeweils im „off-line" Filter die Abreinigung stattfindet.In 5 is the filter stage 1 (detail X) as a redundant system with two filters ( 21 ), which are operated alternately, wherein in each case the "off-line" filter takes place the cleaning.

Die Filterkörbe (23) bestehen erfindungsgemäß aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten zylindrischen Filtereinheiten.The filter baskets ( 23 ) consist according to the invention of several concentrically arranged cylindrical filter units.

Beim „on-line" Filter (links dargestellt) strömt das Syntheserohgas (22) durch die geöffneten Ventile (24) und wird im Filterkorb (23) gefiltert, so dass ein von Feststoffen gereinigtes Synthesegas (29) nach der 1. Filterstufe entsteht. Durch die zunehmende Filterkuchenschichtdicke an der Filtermembran entsteht eine Druckdifferenz. Sobald der voreingestellte maximale Differenzdruck beim „on-line" Filter erreicht ist, wird der Gasstrom gemäß der Erfindung auf das zweite baugleiche Filter geleitet und das bisherige „on-line" Filter durch das Einlassventil vom Gasstrom abgetrennt. Der „on-line" Filter geht dann in den „off-line" Modus der rechts dargestellt ist. Hierbei sind die Absperrventile (25) geschlossen. Es gibt hier keinen Gasfluss. Durch den eingeschalteten Druckunterschied Δp (26) fällt der Filterkuchen ab und das Filtrat (28) gelangt über die geöffnete Klappe (Ventil) für den Filtrataustrag (27) in einen Entsorgungsbehälter (20) (s. 1). Anschließend werden die Absperrventile (25) wieder geöffnet und der Filter geht wieder „online".In the "on-line" filter (shown on the left), the synthesis gas ( 22 ) through the opened valves ( 24 ) and is displayed in the filter basket ( 23 ), so that a purified of solids synthesis gas ( 29 ) after the first filter stage. The increasing filter cake layer thickness on the filter membrane creates a pressure difference. Once the preset maximum differential pressure is reached in the "on-line" filter, the gas stream is passed according to the invention to the second identical filter and the previous "on-line" filter separated by the inlet valve from the gas stream. The "on-line" filter then goes into the "off-line" mode shown on the right. Here are the shut-off valves ( 25 ) closed. There is no gas flow here. Due to the activated pressure difference Δp ( 26 ) the filter cake falls off and the filtrate ( 28 ) passes through the open flap (valve) for the Filtrataustrag ( 27 ) in a disposal container ( 20 ) (s. 1 ). Then the shut-off valves ( 25 ) and the filter goes online again.

Tabelle 2: Darstellung der Funktionsweise der Filterstufe 1

Figure 00180001
Table 2: Illustration of the functioning of filter stage 1
Figure 00180001

Der in 6 gezeigte Aufbau und der Betrieb („on-line", „off-line") der Filterstufe 2 (Detail Y) mit zwei Filtern (30) ist im Wesentlichen identisch mit dem der Filterstufe 1. Das von Feststoffen gereinigte Synthesegas (29) strömt beim „on-line" Filter (links dargestellt) auch hier durch die geöffneten Ventile (24) und wird im Filterkorb (23) gefiltert. Es entsteht ein vorgereinigtes Synthesegas (32) nach der 2. Filterstufe. Im rechts dargestellten „off-line" Modus sind die Absperrventile (25) ebenfalls geschlossen.The in 6 shown construction and the operation ("on-line", "off-line") of the filter stage 2 (detail Y) with two filters ( 30 ) is essentially identical to that of filter stage 1. The purified of solids synthesis gas ( 29 ) flows in the "on-line" filter (shown on the left) through the open valves ( 24 ) and is displayed in the filter basket ( 23 ) filtered. The result is a prepurified synthesis gas ( 32 ) after the 2nd filter stage. In the "off-line" mode shown on the right, the shut-off valves ( 25 ) also closed.

Der Unterschied zur Filterstufe 1 besteht darin, dass sich auf der Filtermembran am Filterkorb (23) ein künstlich aufgebrachter Filterkuchen befindet. Diese aus feinen Partikeln bestehende Kalk- bzw. Dolomitschicht wird erfindungsgemäß über einen Gasstrom (31) auf die Membran aufgetragen. Der vorwiegend aus Dolomit bestehende Filterkuchen dient der Absorption der Sauergase und Halogenverbindungen und der Spaltung der möglicherweise nochvorhandenen Teergase bei einer Temperatur von ca. 900°C. Beim Durchströmen dieser Schicht werden Schadgase wie HCl und H2S chemisch gebunden. Hierbei reagieren Chlorwasserstoff und Schwefelwasserstoff mit Calciumoxid zu Calciumchlorid und Calciumsulfid. Aufgrund des Druckunterschiedes Δp (26) fallen Calciumchlorid und Calciumsulfid als Filtrat (28) über die geöffnete Klappe (Ventil) (27) ab. Bei eintretender Sättigung des Filters durch HCl und H2S können diese Komponenten am Filterausgang gemessen werden. Ab einer noch zu ermittelnden Konzentration muss der Filterkuchen rechtzeitig ausgetauscht werden.The difference to the filter stage 1 is that on the filter membrane on the filter basket ( 23 ) is an artificially applied filter cake. This consisting of fine particles of lime or dolomite layer according to the invention via a gas stream ( 31 ) is applied to the membrane. The predominantly made of dolomite filter cake serves to absorb the acid gases and halogen compounds and the cleavage of possibly still existing Teergase at a temperature of about 900 ° C. As it flows through this layer harmful gases such as HCl and H 2 S are chemically bound. Hydrogen chloride and hydrogen sulfide react with calcium oxide to form calcium chloride and calcium sulfide. Due to the pressure difference Δp ( 26 ), calcium chloride and calcium sulfide precipitate as filtrate ( 28 ) over the open flap (valve) ( 27 ). When saturation of the filter by HCl and H 2 S occurs, these components can be measured at the filter outlet. From a concentration still to be determined, the filter cake must be replaced in good time.

Tabelle 3: Darstellung der Funktionsweise der Filterstufe 2

Figure 00190001
Table 3: Illustration of the functioning of filter stage 2
Figure 00190001

Die in 7 gezeigte Filterstufe 3 ist ähnlich aufgebaut wie die Filterstufen 1. und 2 enthält jedoch anstatt 2 nur einen Strang, den Nickelkatalysator (33). Hier befindet sich gemäß der Erfindung auf der Membran (34) eine Schicht feinster Nickelpartikel von etwa 20-50 μ Größe, durch die das vorgereinigte Synthesegas (32) nach der Filterstufe 2 strömt. Dort werden alle restlichen Kohlenwasserstoffe vor allem Methan und möglicherweise noch vorhandene Teergase vollständig in CO und H2 bei einer Temperatur von ca. 900°C umgewandelt.In the 7 Filter stage 3 shown has a similar structure to filter stages 1 and 2 but instead of 2 contains only one strand, the nickel catalyst ( 33 ). Here is located according to the invention on the membrane ( 34 ) a layer of finest nickel particles of about 20-50 μ size, through which the pre-purified synthesis gas ( 32 ) flows after the filter stage 2. There, all remaining hydrocarbons, especially methane and possibly still existing tar gases are completely converted into CO and H 2 at a temperature of about 900 ° C.

Außerdem werden alle Stickstoffverbindungen, wie Ammoniak (NH3) und Blausäure (HCN) in Luftstickstoff umgewandelt. Das so entstandene reine Synthesegas (35) kann entweder zur Verbrennung in Gasturbinen oder für Synthesezwecke (Herstellung von Benzin oder Diesel) verwendet werden.In addition, all nitrogen compounds, such as ammonia (NH 3 ) and hydrogen cyanide (HCN) are converted into atmospheric nitrogen. The resulting pure synthesis gas ( 35 ) can be used either for combustion in gas turbines or for synthesis purposes (production of gasoline or diesel).

Tabelle 4: Übersicht der entfernten Verunreinigungen in den 3 Filterstufen

Figure 00200001
Table 4: Overview of the removed impurities in the 3 filter stages
Figure 00200001

11
Vorratsbehälterreservoir
22
Antrieb Stopfschneckedrive stuffing screw
33
Stopfschneckestuffing screw
44
Verdichtungszone der Biomassecompression zone the biomass
55
Knollenbrecher (Schneidmesserrad)lump breaker (Schneidmesserrad)
66
Antrieb Schneidmesserraddrive Schneidmesserrad
77
SchneckenextruderScrew extruder
88th
Extruderschneckeextruder screw
99
Antrieb Extruderschneckedrive extruder screw
1010
Förderelemente zum Vortrieb der Biomasseconveying elements to advance the biomass
1111
Wasserdampf bis zu ca. 250°C bzw. reiner Sauerstoff (oder Kombination)Steam up to approx. 250 ° C or pure oxygen (or combination)
1212
Scherelemente zur Zerfaserungshearing elements for defibration
1313
gesättigter bzw. überhitzter Wasserdampfsaturated or overheated Steam
1414
Zugabe winziger Mengen Wasserencore tiny amounts of water
1515
Sauerstoff für Vergasungoxygen for gasification
15a15a
alternative Sauerstoffzugabe für Verg.alternative Oxygen addition for Verg.
1616
Vergasungskammer (ca. 900°C)gasification chamber (about 900 ° C)
1717
Syntheserohgas und Aschesynthesis gas and ashes
1818
Ablauf Flüssigascheprocedure liquid ash
1919
Zugabe von Sauerstoff für Umwandlung von Sulfit in Sulfatencore of oxygen for Conversion of sulphite into sulphate
2020
Entsorgungsbehälterdisposal containers
2121
Filter der Filterstufe 1 (Aschefilter) – Detail Xfilter Filter stage 1 (ash filter) - Detail X
2222
Syntheserohgassynthesis gas
2323
Filterkorbfilter basket
2424
Absperrventile geöffnetShut-off valves open
2525
Absperrventile geschlossenShut-off valves closed
2626
Druckunterschied Δp für FiltratabwurfPressure difference Δp for filtrate discharge
2727
Klappe (Ventil) geöffnet für Filtrataustragflap (Valve) opened for filtrate discharge
2828
Filtrat zum Auffangbehälterfiltrate to the collection container
2929
von Feststoffen gereinigtes Synthesegasfrom Solids purified synthesis gas
3030
Filter der Filterstufe 2 (Halogen- und Sauergas-Absorber) – Detail Yfilter the filter stage 2 (halogen and sour gas absorber) - detail Y
3131
Gasstrom für die Erneuerung der Kalk-Dolomit-Schichtgas flow for the Renewal of the lime dolomite layer
3232
vorgereinigtes Synthesegasprepurified synthesis gas
3333
Nickelkatalysator der Filterstufe 3 – Detail Znickel catalyst the filter level 3 - detail Z
3434
Membran mit Schicht feinster Nickelpartikelmembrane with layer of the finest nickel particles
3535
reines Synthesegas (ca. 900°C)pure Synthesis gas (about 900 ° C)

Claims (22)

Verfahren zur Vergasung von Biomasse mit kontinuierlichem Eintrag, anschließender Zerkleinerung und Gasreinigung, dadurch gekennzeichnet, (a) dass die Biomasse einer Stopfschnecke zugeführt und dadurch kontinuierlich so verdichtet wird, dass ein gasundurchlässiger Pfropf entsteht, wodurch Dampf und Gase nicht entgegengesetzt der Förderrichtung entweichen können, (b) dass die Biomasse entweder einer Zerfaserungsschnecke kontinuierlich unter Druck zugeführt wird und stufenweise durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem von 100°C bis auf etwa 200-250°C erwärmt wird, (c) oder dass die Biomasse kurz nach dem Einlass der Zerfaserungsschnecke durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem auf eine Temperatur von etwa 200-250°C erwärmt und bis auf einen Druck von etwa 25-30 bar gebracht wird, (d) dass durch die Erwärmung das in der Biomasse enthaltene Lignin (Kitt zwischen den Pflanzenfasern) erweicht bzw. flüssig wird, (e) dass die Biomasse (insbesondere die Epidermishülle und die Nodien von Gräsern) durch den zugeführten Sauerstoff zusätzlich teilweise chemisch zersetzt wird, (f) dass die durch die Scherelemente der Zerfaserungsschnecke erzeugten Scherkräfte, die Biomassefasern voneinander trennen und Epidermishülle und Nodien aufgrund der Versprödung durch den Sauerstoff ebenfalls fein zerkleinert werden, (g) dass kurz vor dem Ausgang in den Schneckenextruder zusätzlich Wasserdampf gegeben wird, was aufgrund des dadurch entstehenden, größeren Volumens zu einem Auseinanderdriften des Faser-Dampfgemisches führt, (h) dass am Extruderausgang der zur Vergasung notwendige Sauerstoff der Biomasse zugegeben wird und wodurch sich beide gleichmäßig miteinander vermischen und anschließend einer Brennkammer zugeführt werden, so dass es darin bei ca. 900°C zu einer homogenen „Explosion" (optimale partielle Verbrennung) kommt, (i) oder dass der zur Vergasung notwendige Sauerstoff erst innerhalb der Brennkammer getrennt zugegeben wird, wodurch die Mischung allerdings dann inhomogen ist und deswegen ungleichmäßiger vergast, (j) dass die Zuführung der Biomasse (bzw. das Vergasungsgemisch) in die Vergasungskammer durch einen oder eine Anordnung von mehreren Extrudern erfolgen kann, (k) dass das hierbei entstehende Gas bei 900°C durch einen Hochtemperaturfilter (metallischen Membranfilter) geführt und hierbei in mehreren Stufen gereinigt wird, und (l) dass das Gas zum Schluss eine katalytische Vorrichtung durchläuft, wobei die restlichen Schadstoffe unschädlich gemacht werden.Process for the gasification of biomass with continuous feed, subsequent comminution and gas purification, characterized in that (a) the biomass is fed to a plug screw and thereby continuously compressed so that a gas-impermeable plug is formed, whereby steam and gases can not escape opposite to the conveying direction, (b) the biomass is either continuously fed under pressure to a shredder screw and gradually heated from 100 ° C to about 200-250 ° C by the addition of steam or pure oxygen or a combination of both, (c) or Biomass shortly after the inlet of the fiberizing screw by adding water vapor or pure oxygen or a combination of both heated to a temperature of about 200-250 ° C and brought to a pressure of about 25-30 bar, (d) that by the heating of the lignin contained in the biomass (putty between the plant fibers) erweic ht or becomes liquid, (e) that the biomass (in particular the epidermis and the nodes of grasses) is additionally partially chemically decomposed by the supplied oxygen, (f) that the shearing forces generated by the shearing elements of the defibration screw, the biomass fibers separate from each other and Epidermis sheath and nodules are also comminuted due to the embrittlement by the oxygen, (g) that just before the exit into the screw extruder water vapor is added, resulting in (h) that at the extruder outlet the oxygen required for the gasification of the biomass is added and whereby both mix uniformly with each other and are then fed to a combustion chamber, so that it is at 900 ° C to a homogeneous "explosion" (optimal partial combustion) comes, (i) or that the oxygen required for gasification is added separately within the combustion chamber, whereby the mixture is then inhomogeneous and therefore gassed unevenly, (j ) that the supply of biomass (or the gasification mixture) can be carried into the gasification chamber by one or an arrangement of several extruders, (k) that the resulting gas at 900 ° C by a high-temperature filter (metallic membrane filter) out and this in several Stages is cleaned, and (l) that the gas at the end of a kataly passes through table device, the remaining pollutants are rendered harmless. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verdichtung der Biomasse der Pfropf durch einen Knollenbrecher (Schneidmesser) fein zerkleinert wird.Method according to claim 1, characterized in that that after compaction of the biomass the graft by a tuber breaker (Cutting knife) is finely crushed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Sauerstoffzugabe zusätzlich winzige Mengen Wasser rundherum eingesprüht werden, damit eine Selbstentzündung des „Explosionsgemisches" vor Eintritt in die Vergasungskammer verhindert wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in addition to the addition of oxygen in addition tiny amounts of water sprayed all around become, with it a Selbstentzündung of the "explosion mixture" before entering into the gasification chamber is prevented. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Gasreinigung verwendete Hochtemperaturfilter aus einer dünnen Membran besteht, deren Fläche bis zu 40% 1-3 μm große Öffnungen aufweist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that for the gas cleaning used high-temperature filters made of a thin membrane exists whose area up to 40% 1-3 μm big openings having. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochtemperaturfilter mehrere zylindrische Membrane verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet und mit Gitternetzen unterfüttert sind, wodurch auf engstem Raum eine große Oberfläche entsteht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that uses as a high-temperature filter more cylindrical membrane be arranged concentrically with each other and with wire mesh relined which creates a large surface in the smallest of spaces. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstufe 1 als redundantes System mit zwei Filtern ausgeführt ist und diese beiden Filter abwechselnd betrieben werden, wobei jeweils im „off-line" Filter die Abreinigung stattfindet und dass sobald der voreingestell te maximale Differenzdruck beim „on-line" Filter erreicht ist, der Gasstrom auf ein zweites baugleiches Filter geleitet und das bisherige „on-line" Filter durch ein Einlassventil vom Gasstrom abgetrennt wird und dass der Abwurf des Filtrats durch Erzeugen eines Druckunterschiedes zwischen Filterkuchen und Filtermembran erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the filter stage 1 is designed as a redundant system with two filters and these two filters are operated alternately, each one in the "off-line" filter the cleaning takes place and that as soon as the preset maximum differential pressure achieved at the "on-line" filter is, the gas stream passed to a second identical filter and the previous "on-line" filter through Inlet valve is separated from the gas stream and that the discharge of the Filtrats by creating a pressure difference between filter cake and filter membrane takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei ausreichend schneller Erzeugung der Druckdifferenz Δp, die Filterstufe 1 nur mit einem Filter betrieben werden kann, wobei sich die Anzahl der Ventile auf nur ein Auslassventil für den Filtrataustrag verringert.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that at sufficiently fast generation of the pressure difference .DELTA.p, the filter stage 1 can only be operated with a filter, where the number the valves on only one outlet valve for Filtrataustrag reduced. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Aufbau und der Betrieb Filterstufe 2 („on-line", „off-line") identisch dem Aschefilter (Filterstufe 1) sind und dass der Unterschied lediglich darin besteht, dass sich auf der Filtermembran ein künstlich über einen Gasstrom aufgebrachter, aus feinen Partikeln bestehender Filterkuchen befindet, der vorzugsweise aus Dolomit besteht und zur Neutralisierung der Sauergase, Spaltung der Teergase und Absorption der Halogenverbindungen dient und bei Sättigung des Filters ausgetauscht wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that construction and operation filter stage 2 ("on-line", "off-line") identical to the ash filter (Filter level 1) and that the difference is merely that on the filter membrane an artificially applied via a gas stream, is made of fine particles existing filter cake, preferably consists of dolomite and to neutralize the acid gases, cleavage the tar gases and absorption of the halogen compounds serves and at saturation the filter is replaced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein ausreichender Mengen Alkalien (natürlich vorhanden oder künstlich zugegeben) auf die zweite Filterstufe verzichtet werden kann.Method according to one of claims 1 to 8, characterized that in the presence of sufficient amounts of alkalis (naturally present or artificial admitted) can be dispensed with the second filter stage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstufe 3 ähnlich aufgebaut ist wie die Filterstufen 1 und 2 und nur einen Strang enthält, und dass sich auf der Membran eine Schicht feinster Nickelpartikel von etwa 20-50 μ Größe befindet, die mittels eines Gases als Transportmittel aufgebracht und dann versintert werden, dass das Volumen bzw. die Oberfläche dieser Katalysatorschicht bei gleicher Wirkung mehrere hundert mal kleiner ist als sonst üblich und dadurch alle restlichen Kohlenwasserstoffe, vor allem Methan und möglicherweise noch vorhandene Teergase, vollständig in CO und H2 umgewandelt werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the filter stage 3 is constructed similar to the filter stages 1 and 2 and contains only one strand, and that there is a layer of finest nickel particles of about 20-50 μ size on the membrane, which are applied by means of a gas as a means of transport and then sintered, that the volume or the surface of this catalyst layer with the same effect several hundred times smaller than usual and thereby all remaining hydrocarbons, especially methane and possibly still existing tar gases, completely in CO and H 2 are converted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im Nickelkatalysator durch sehr feine Poren strömt, in folge dessen ein intensiver Kontakt zwischen Gas- und Katalysatorfläche stattfindet und wobei die Stickstoffverbindungen, wie Ammoniak (NH3) und Blausäure (HCN) in Luftstickstoff umgewandelt werden.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the gas flows through very fine pores in the nickel catalyst, as a result of which takes place an intensive contact between the gas and catalyst surface and wherein the nitrogen compounds, such as ammonia (NH 3 ) and hydrocyanic acid (HCN ) are converted into atmospheric nitrogen. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Vergasung von Biomasse mit kontinuierlichem Eintrag, anschließender Zerkleinerung und Gasreinigung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet (α) durch eine Stopfschnecke (3), welcher die Biomasse zugeführt und dadurch kontinuierlich so verdichtet wird, dass ein gasundurchlässiger Pfropf entsteht, wodurch Dampf und Gase nicht entgegengesetzt der Förderrichtung entweichen können, (β) in einem Schneckenextruder (7) durch eine Zerfaserungsschnecke (8), welcher die Biomasse entweder kontinuierlich unter Druck zugeführt wird, und in welcher die Biomasse stufenweise durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem von 100°C bis auf etwa 200-250°C erwärmt wird, oder die Biomasse kurz nach dem Einlass des Schneckenextruders (7) durch Zugabe von Wasserdampf (11) bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem auf eine Temperatur von etwa 200-250°C erwärmt und bis auf einen Druck von etwa 25-30 bar gebracht wird, wobei (in beiden Fällen) – durch die Erwärmung das in der Biomasse enthaltene Lignin (Kitt zwischen den Pflanzenfasern) erweicht bzw. flüssig wird, – die Biomasse (insbesondere die Epidermishülle und die Nodien von Gräsern) durch den zugeführten Sauerstoff zusätzlich teilweise chemisch zersetzt wird, – die durch die Scherelemente (12) der Zerfaserungsschnecke (8) erzeugten Scherkräfte, die Biomassefasern voneinander trennen und Epidermishülle und Nodien aufgrund der Versprödung durch den Sauerstoff ebenfalls fein zerkleinert werden, – kurz vor dem Ausgang in den Schneckenextruder (7) zusätzlich Wasserdampf (13) gegeben wird, was aufgrund des dadurch entstehen den, größeren Volumens zu einem Auseinanderdriften des Faser-Dampfgemisches führt, und wobei – am Ausgang des Schneckenextruders (7) der zur Vergasung notwendige Sauerstoff (15) der Biomasse zugegeben wird, (γ) durch eine Brennkammer (16), welcher entweder das gleichmäßig miteinander vermischte Biomasse-Sauerstoff-Gemisch zugeführt wird, so dass es darin bei ca. 900°C zu einer homogenen „Explosion" (optimale partielle Verbrennung) kommt, oder alternativ der zur Vergasung notwendige Sauerstoff (15a) erst innerhalb der Brennkammer (16) getrennt zugegeben wird, wodurch die Mischung allerdings dann inhomogen ist und deswegen ungleichmäßiger vergast, (δ) durch einen Extruder (7) oder eine Anordnung von mehreren Extrudern (7), durch den/die Biomasse (bzw. das Vergasungsgemisch) der Vergasungskammer (16) zugeführt wird, (ε) durch Hochtemperaturfilter (metallische Membranfilter) durch die das hierbei entstehende Gas bei 900°C geführt und hierbei in mehreren Stufen gereinigt wird, und (ζ) durch eine katalytische Vorrichtung (33), in welcher zum Schluss die restlichen Schadstoffe im durchlaufenden Gas unschädlich gemacht werden.Plant for carrying out the process for the gasification of biomass with continuous feed, subsequent comminution and gas purification according to one of claims 1 to 11, characterized (α) by a plug screw ( 3 ), which is supplied to the biomass and thereby continuously compressed so that a gas-impermeable graft is formed, whereby steam and gases can not escape opposite to the conveying direction, (β) in a screw extruder ( 7 ) by a shredding screw ( 8th ), to which the biomass is either supplied continuously under pressure, and in which the biomass is gradually heated by the addition of water vapor or pure oxygen or a combination of both from 100 ° C to about 200-250 ° C, or the biomass short after the inlet of the screw extruder ( 7 ) by adding steam ( 11 ) or pure oxygen or a combination of both heated to a temperature of about 200-250 ° C and brought to a pressure of about 25-30 bar, wherein (in both cases) - by heating the contained in the biomass Lignin (putty between the plant fibers) softens or becomes liquid, - the biomass (in particular the epidermis shell and the nodules of grasses) is additionally partially chemically decomposed by the supplied oxygen, - which is separated by the shearing elements ( 12 ) of the shredding screw ( 8th ) sheared shear forces that separate biomass fibers from each other and epidermis and nodes are also comminuted due to the embrittlement by the oxygen, - just before the exit into the screw extruder ( 7 ) additionally water vapor ( 13 ), which leads to a drifting apart of the fiber-vapor mixture due to the resulting larger volume, and wherein - at the outlet of the screw extruder ( 7 ) the oxygen required for gasification ( 15 ) of the biomass is added, (γ) through a combustion chamber ( 16 ), which is either the evenly mixed biomass-oxygen mixture is supplied, so that it comes at about 900 ° C to a homogeneous "explosion" (optimal partial combustion), or alternatively the necessary for gasification oxygen ( 15a ) only within the combustion chamber ( 16 ) is added separately, whereby the mixture is however then inhomogeneous and therefore gassed more unevenly, (δ) by an extruder ( 7 ) or an array of multiple extruders ( 7 ), by the biomass (or the gasification mixture) of the gasification chamber ( 16 ), (ε) by high-temperature filter (metallic membrane filter) through which the resulting gas is passed at 900 ° C and thereby purified in several stages, and (ζ) by a catalytic device ( 33 ), in which at the end the remaining pollutants in the passing gas are rendered harmless. Anlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Knollenbrecher (ein Schneidmesser) (5), durch den nach Verdichtung der Biomasse der Pfropf fein zerkleinert wird.Plant according to claim 12, characterized by a tuber breaker (a cutting knife) ( 5 ), through which the graft is finely comminuted after compaction of the biomass. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14), durch die vor der Sauerstoffzugabe zusätzlich winzige Mengen Wasser mit rundherum eingesprüht werden, damit eine Selbstentzündung des „Explosionsgemisches" vor Eintritt in die Vergasungskammer (16) verhindert wird.Plant according to claim 12 or 13, characterized by a device ( 14 ), by the addition of oxygen in addition tiny amounts of water are sprayed around with it, so that a self-ignition of the "explosion mixture" before entering the gasification chamber ( 16 ) is prevented. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch für die Gasreinigung verwendete Hochtemperaturfilter aus einer dünnen Membran bestehend, deren Fläche bis zu 40% 1-3 μm große Öffnungen aufweist.Plant according to one of claims 12 to 14, characterized through for the gas cleaning used high-temperature filters made of a thin membrane consisting of their area up to 40% 1-3 μm big openings having. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturfilter aus mehreren zylindrischen Membranen (23) besteht, die konzentrisch zueinander angeordnet und mit Gitternetzen unterfüttert sind, wodurch auf engstem Raum eine große Oberfläche entsteht.Installation according to one of claims 12 to 14, characterized in that the high-temperature filter consists of a plurality of cylindrical membranes ( 23 ), which are arranged concentrically to each other and lined with wire mesh, creating a large surface area in a confined space. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstufe 1 (Detail X) als redundantes System mit zwei Filtern (21) ausgeführt ist und diese beiden Filter abwechselnd betrieben werden, wobei jeweils im „off-line" Filter die Abreinigung stattfindet und dass sobald der voreingestellte maximale Differenzdruck beim „on-line" Filter erreicht ist, der Gasstrom auf ein zweites baugleiches Filter geleitet und das bisherige „online" Filter durch ein Einlassventil vom Gasstrom abgetrennt wird und dass der Abwurf des Filtrats (28) durch Erzeugen eines Druckunterschied Δp (26) zwischen Filterkuchen und Filtermembran erfolgt.Installation according to one of claims 12 to 16, characterized in that the filter stage 1 (detail X) as a redundant system with two filters ( 21 ) and these two filters are operated alternately, wherein in each case in the "off-line" filter cleaning takes place and that as soon as the preset maximum Differential pressure in the "on-line" filter is reached, the gas flow passed to a second filter of the same design and the previous "online" filter is separated by an inlet valve from the gas stream and that the discharge of the filtrate ( 28 ) by generating a pressure difference Δp ( 26 ) takes place between filter cake and filter membrane. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei ausreichend schneller Erzeugung der Druckdifferenz Δp, die Filterstufe 1 (Detail X) nur ein Filter vorgesehen ist, wobei sich die Anzahl der Ventile (24, 25) auf ein Auslassventil (27) für den Filtrataustrag verringert.Installation according to one of claims 12 to 17, characterized in that at sufficiently fast generation of the pressure difference Δp, the filter stage 1 (detail X) only one filter is provided, wherein the number of valves ( 24 . 25 ) to an outlet valve ( 27 ) reduced for Filtrataustrag. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Aufbau und der Betrieb Filterstufe 2 („on-line", „off-line") (Detail Y) identisch dem Aschefilter (Filterstufe 1) sind und dass der Unterschied lediglich darin besteht, dass sich auf der Filtermembran ein künstlich über einen Gasstrom (31) aufgebrachter, aus feinen Partikeln bestehender Filterkuchen befindet, der vorzugsweise aus Dolomit besteht und zur Neutralisierung der Sauergase, Spaltung der Teergase und Absorption der Halogenverbindungen dient und bei Sättigung des Filters ausgetauscht wird.Installation according to one of claims 12 to 18, characterized in that the construction and the operation filter stage 2 ("on-line", "off-line") (detail Y) are identical to the ash filter (filter stage 1) and that the difference therein only There is an artificial presence on the filter membrane via a gas flow ( 31 ) is applied, consisting of fine particles filter cake, which preferably consists of dolomite and serves to neutralize the acid gases, cleavage of the tar gases and absorption of the halogen compounds and is replaced at saturation of the filter. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Gasfilterstufe vorgesehen ist, sofern ausreichende (natürlich vorhandene oder künstlich zugegebene) Mengen Alkalien zur Verfügung stehen, so dass auf die zweite Filterstufe verzichtet werden kann.Installation according to one of claims 12 to 19, characterized that only one gas filter stage is provided, if sufficient (Naturally existing or artificial added) amounts of alkalis are available, so that on the second filter stage can be omitted. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstufe 3 (Detail Z) ähnlich aufgebaut ist, wie die Filterstufen 1 und 2, und nur einen Strang enthält, und dass sich auf der Membran (34) eine Schicht feinster Nickelpartikel von etwa 20-50 μ Größe befindet, die mittels eines Gases als Transportmittel aufgebracht und dann versintert werden, dass das Volumen bzw. die Oberfläche dieser Katalysatorschicht bei gleicher Wirkung mehrere hundert mal kleiner ist als sonst üblich und dadurch alle restlichen Kohlenwasserstoffe, vor allem Methan und möglicherweise noch vorhandene Teergase, vollständig in CO und H2 umgewandelt werden.Installation according to one of claims 12 to 20, characterized in that the filter stage 3 (detail Z) is constructed similar to the filter stages 1 and 2, and contains only one strand, and that on the membrane ( 34 ) is a layer of finest nickel particles of about 20-50 μ size, which are applied by means of a gas as a means of transport and then sintered that the volume or the surface of this catalyst layer with the same effect several hundred times smaller than usual and thus all the rest Hydrocarbons, especially methane and possibly existing tar gases, are completely converted to CO and H 2 . Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Nickelkatalysator feinste Poren aufweist, durch die das Gas strömt, wobei ein intensiver Kontakt zwischen Gas- und Katalysatorfläche stattfindet, und wobei die Stickstoffverbindungen, wie Ammoniak (NH3) und Blausäure (HCN) in Luftstickstoff umgewandelt werden.Installation according to claim 21, characterized in that the nickel catalyst has the finest pores through which the gas flows, wherein intensive contact between the gas and catalyst surface takes place, and wherein the nitrogen compounds, such as ammonia (NH 3 ) and hydrogen cyanide (HCN) in atmospheric nitrogen being transformed.
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