DE102008021966A1 - Fixed-bed gasification reactor, to produce pyrolysis gas from a biomass, has a vertical screw to distribute and mix the biomass material - Google Patents

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Abstract

The fixed-bed gasification reactor (1), to produce a pyrolysis gas from biomass and other organic materials, has a vertical screw (2) within the cylindrical interior (13) to give an even distribution and mixing action to the biomass. The screw rotates around an axis (21) between the cover (141) and the base (142) through a drive motor (22). The screw is composed of perforated or grid plates. The vertical screw also passes through the upper biomass drying section (4).

Description

Aus der Patentschrift DE 102 26 862 B3 / 2004,01,29 ist ein Festbettreaktor zur Erzeugung eines Brenngases aus Biomasse, insbesondere Holz, mit Wasserdampf und Luft als Vergasungsmittel bekannt. Der bekannte Festbettreaktor ist jedoch nicht geeignet zur Verarbeitung von flexiblen und/oder weichen Biomassen, wie sie in landwirtschaftlichen Betrieben, Brauereien, Biogasanlagen usw. anfallen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen festbettreaktor zur Vergasung von flexiblen und/oder weichen Biomassen zu schaffen.From the patent DE 102 26 862 B3 / 2004,01,29 is a fixed bed reactor for producing a fuel gas from biomass, especially wood, known with water vapor and air as a gasification agent. However, the known fixed bed reactor is not suitable for processing of flexible and / or soft biomass, as they occur in farms, breweries, biogas plants, etc. The invention is therefore based on the object to provide a fixed bed reactor for the gasification of flexible and / or soft biomasses.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Festbettreaktor nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 ausgelegt ist.These The object is achieved according to the invention in that the Fixed bed reactor is designed according to the characterizing part of claim 1.

In den Unteransprüchen werden Fortbildungen und Ausgestaltungen des Anspruchs 1 beansprucht.In The dependent claims are developments and refinements of claim 1.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen:In The drawings is an embodiment of the invention played. Show it:

1 einen senkrechten Schnitt durch den Festbett-Vergasungsreaktor und 1 a vertical section through the fixed-bed gasification reactor and

2 die Einbindung des Vergasungsreaktors in das äußere Rohrsystem 2 the integration of the gasification reactor in the outer pipe system

Der Festbett-Vergasungsreaktor 1 dient zur Erzeugung von Schwachgas (Pyrolysegas) aus Biomasse, organischen Reststoffen oder dergleichen. Der Reaktor 1 besteht aus einem zylinderförmigen Stahlmantel 11 mit einer innenliegenden thermischen Isolierschicht 12 und dem Innenraum 13. Die Zufuhr der zu vergasenden organischen Biomasse erfolgt durch eine Beschickungseinrichtung 3, die in den unteren Teil eines zylinderförmigen Trocknungsbehälter 4 mündet. Die Beschickungseinrichtung 3 besteht aus einem Rohr 31 in dem sich eine Förderschnecke 32 befindet. Eine Besonderheit der Förderschnecke 32 besteht darin, daß sie in Förderrichtung eine abnehmende Steigung besitzt, sodaß die in der Förderschnecke befindliche Biomasse beim Fördervorgang komprimiert wird. Bei dem Komprimierungsvorgang kann aus der Biomasse Feuchtigkeit austreten. Zur Abführung dieser Feuchtigkeit hat das Rohr 31 an seiner Unterseite Löcher. Ein Stützbrenner 5 im Reaktor 1 sorgt beim Anfahren und während des Betriebs des Reaktors 1 für eine Mindesttemperatur im Reaktor 1, die nicht unterschritten werden darf. Durch die Brennergase wird eine Brennkammer 51 aufgeheizt und damit ein direkter Kontakt der Brennergase mit der zu vergasenden Biomasse vermieden. Zur Entnahme der nicht vergasten Restsubstanz (Asche) befindet sich mam unteren Ende des Reaktors 1 eine Zellradschleuse 6, Aus der Zellradschleuse 6 wird durch eine Leitung 61 auch das im Reaktor erzeugte Schwachgas entnommen.The fixed bed gasification reactor 1 is used to generate lean gas (pyrolysis gas) from biomass, organic residues or the like. The reactor 1 consists of a cylindrical steel jacket 11 with an internal thermal insulation layer 12 and the interior 13 , The supply of the organic biomass to be gasified takes place by means of a charging device 3 placed in the lower part of a cylindrical drying container 4 empties. The loading device 3 consists of a tube 31 in which a screw conveyor 32 located. A special feature of the screw conveyor 32 is that it has a decreasing slope in the conveying direction, so that the biomass contained in the screw conveyor is compressed during the conveying process. In the compression process moisture can escape from the biomass. To dissipate this moisture has the tube 31 holes on its underside. A support burner 5 in the reactor 1 ensures when starting up and during operation of the reactor 1 for a minimum temperature in the reactor 1 , which must not be fallen below. The burner gas becomes a combustion chamber 51 heated and thus avoided direct contact of the burner gas with the biomass to be gasified. To remove the non-gassed residual substance (ash) is located at the bottom of the reactor 1 a rotary valve 6 , From the rotary valve 6 is through a line 61 also removed the lean gas generated in the reactor.

Das Vergasungsmittel wird dem Reaktor 1 durch die Leitung 71 zugeführt. Durch die Reingas-Entnahmeleitung 72 werden die. Schwachgase dem Reaktor 1 entnommen und an den Verbraucher geleitet.The gasification agent is added to the reactor 1 through the pipe 71 fed. Through the clean gas sampling line 72 will the. Low gases to the reactor 1 taken and passed to the consumer.

Im zylinderförmigen Innenraum 13 des Reaktors befindet sich eine Vertikalschnecke 2 mit einer zwischen Deckel 141 und Boden 142 verlaufenden konzentrischen Drehachse 21 und mit einem Antriebsmotor 22. Die Vertikalschnecke 2 verläuft durch den gesamten Innenraum 13, auch durch den Trocknungsbehälter 4. Die Förderschnecke 2 hat die Aufgabe, die in den Reaktor 1 hineingeförderte Biomasse aufzulockern, eine Verklemmung oder Brückenbildung der Biomasse im Innenraum 13 zu verhindern und eine innige Durchmischung mit dem Reaktionsgas zu bewirken. Aus diesem Grund bestehen sowohl der Trocknungsbehälter 4 als auch die Vertikalschnecke 2 aus Lochblech oder Gitterblech. Die zunächst in den Trocknungsbehälter 4 geförderte frische Biomasse wird in dem Behälter 4 von unten nach oben gefördert, hierbei getrocknet und fällt durch den Umlenktrichter 41 über den oberen Rand des trocknungsbehälters 4 in den unteren Reaktionsraum unter dem Trocknungsbehälter 4.In the cylindrical interior 13 the reactor is a vertical screw 2 with a between lid 141 and soil 142 extending concentric axis of rotation 21 and with a drive motor 22 , The vertical screw 2 runs through the entire interior 13 , even through the drying container 4 , The screw conveyor 2 does the job in the reactor 1 loosen up biomass that has been pumped in, a jamming or bridging of the biomass in the interior 13 to prevent and to effect an intimate mixing with the reaction gas. For this reason, both the drying container exist 4 as well as the vertical screw 2 made of perforated metal or grid plate. The first in the drying tank 4 Promoted fresh biomass is in the container 4 conveyed from bottom to top, dried here and falls through the deflecting funnel 41 over the top of the drying tank 4 in the lower reaction space under the drying tank 4 ,

In 2 ist das zum Betrieb des Reacktors 1 notwendige äußere Rohrsystem 6 dargestellt. Durch die Leitung 61 wird dem Reaktor Schwachgas entnommen. Dieses Gas hat jedoch eine hohe Temperatur und ist außerdem mit Teer und Staub verunreinigt. Ein Teilstrom wird daher über das Leitungsstück 63 in den unteren Teil des Trocknungsbehälters 4 geleitet, wo es abgekühlt und bei seinem Weg durch die im Behälter 4 enthaltene frische Biomasse gereinigt wird. Der andere Teilstrom wird über die Leitung 64 zurück in die Pyrolysezone geführt und sorgt so für die erforderliche Temperatur in der Pyrolysezone.In 2 is that to operate the Reacktors 1 necessary outer pipe system 6 shown. Through the line 61 Waste gas is withdrawn from the reactor. However, this gas has a high temperature and is also contaminated with tar and dust. A partial flow is therefore over the line piece 63 in the lower part of the drying tank 4 passed where it cooled and on its way through the tank 4 contained fresh biomass is purified. The other partial flow is over the line 64 fed back into the pyrolysis zone and thus ensures the required temperature in the pyrolysis zone.

FubktionsbeschreibungFubktionsbeschreibung

Im Reaktor 1 werden von oben nach unten folgende vier Temperaturzonen unterschieden:Trocknungszone Z1 (250°C). Pyrolysezone Z2 (500°C), Oxidationszone Z3 (750°C) und die Reduktionszone Z4 (650°C).In the reactor 1 the following four temperature zones are distinguished from top to bottom: drying zone Z1 (250 ° C). Pyrolysis zone Z2 (500 ° C), oxidation zone Z3 (750 ° C) and reduction zone Z4 (650 ° C).

Durch Einschalten des Brennersystems 5, 51 wird der Reaktor aufgeheizt. Zunächst bleibt der reaktor l jedoch in einem reaktionslosen Zustand (O2 < 8%). Nach erreichen der Mindestreaktortemperatur von etwa 350°C erfolgt die Freigabe der Beschickungseinrichtung 3. Während dieser Anfahrphase bleibt der Brenner 5, 51 in Betrieb um die erfoderliche Energie für die Vergasung bereitzustellen. Sobald Pyrolysekoks anfällt, wird dieser in der Oxidationszone Z3 oxidiert. Die dabei entstehende Wärme führt zum Zurückregeln des Stützbrenners 5, 51. Bei Überschreiten einer Grenztemperatur von etwa 600°C wird der Brenner 5, 51 abgeschaltet und die Regelung schaltet auf eine Temperaturregelung des Vergasungsmittels um. Dabei wird gerade soviel Vergasungsmittel durch die Zufuhrleitung 71 zugeführt, wie notwendig ist, um die Oxidation in Betrieb zu halten, aber gleichzeitig den Sauerstoffgehalt im Bereich der Pyrolysezone Z2 so gering wie möglich zu halten. Um sicherzustellen, daß kein Vergasungsmittel direkt in die Pyrolysezone Z2 strömt, ist am Reaktor 1 ein umgasventilator 8 installiert. Der Umgasventilator 8 saugt durch die Ascheaustrageinrichtung 6, 61 Schwachgas ab und sorgt dadurch für eine gleichmäßige Strömung des Vergasungsmittels in die Reduktionszone Z4. Dieses abgesaugte Schwachgas ist heiß und verschmutzt. Es wird daher zum Teil in die Trocknungszone Z1 geleitet und wird beim durchlaufen des Trocknungsbehälters 4 (Zone Z1) abgekühlt und gereinigt. Der andere Teil strömt in die Pyrolysezone Z2 zurück und sorgt dort für eine konstante Temperatur. Im obersten Punkt der Trocknungszone Z1 erfolgt durch die Leitung 72 die Absaugung des Schwachgases zu den Verbrauchern. Durch eine zusätzliche Wasser-Zerstäuberdüse können im Reaktor 1 entstehende Temperaturspitzen unterbunden werden bzw. kann der Reaktor 1 inertisiert werden. Wird jedoch zusätzlich Energie benötigt, schaltet sich der temperaturgesteuerte Brenner 5 wieder ein. Je nach Beschaffenheit der zu verarbeitenden Biomasse kann die Anlage im Durchlauf- oder Chargenbetrieb genutzt werden.By switching on the burner system 5 . 51 the reactor is heated. First, however, the reactor l remains in a non-reactive state (O 2 <8%). After reaching the minimum reactor temperature of about 350 ° C, the release of the charging device takes place 3 , During this start-up phase remains the burner 5 . 51 in operation to provide the required energy for gasification. As soon as pyrolysis coke is obtained, it is oxidized in the oxidation zone Z3. The resulting heat leads to return the support burner 5 . 51 , When a limit temperature of about 600 ° C is exceeded, the burner 5 . 51 switched off and the control switches to a temperature control of the gasification agent. This is just as much gasification agent through the supply line 71 supplied, as necessary, to keep the oxidation in operation, while keeping the oxygen content in the region of the pyrolysis Z2 as low as possible. To ensure that no gasification agent flows directly into the pyrolysis zone Z2 is at the reactor 1 a gas fan 8th Installed. The Umgasventilator 8th sucks through the ash discharge device 6 . 61 Low gas and thereby ensures a uniform flow of the gasification agent in the reduction zone Z4. This extracted lean gas is hot and dirty. It is therefore partly passed into the drying zone Z1 and is passed through the drying container 4 (Zone Z1) cooled and cleaned. The other part flows back into the pyrolysis zone Z2, where it ensures a constant temperature. At the top of the drying zone Z1 takes place through the line 72 the extraction of lean gas to consumers. Through an additional water atomizer nozzle in the reactor 1 arising temperature peaks can be prevented or the reactor 1 be rendered inert. However, if additional energy is required, the temperature-controlled burner switches 5 again. Depending on the nature of the biomass to be processed, the plant can be used in continuous or batch operation.

Als Vergasungsmittel können vorzugsweise Luft oder Wasserdampf mit CO2 verwendet werden.As gasification agent, air or water vapor with CO 2 can preferably be used.

11
Festbett-VergasungsreaktorFixed-bed gasification reactor
1111
Stahlmantelsteel jacket
1212
thermische Isolierschichtthermal insulating
1313
Innenrauminner space
141141
Deckelcover
142142
Bodenground
22
Vertikalschneckevertical screw
2121
konzentrische Drehachseconcentric axis of rotation
2222
Antriebsmotordrive motor
33
Beschickungseinrichtungfeeder
3131
Schneckenrohrscrew tube
3232
FörderschneckeAuger
44
Trocknungsbehälterdrying container
4141
UmlenktrichterUmlenktrichter
55
Stützbrennersupporting burner
5151
Brennkammercombustion chamber
66
Zellradschleuserotary valve
6161
Schwachgas-EntnahmeleitungLean gas extraction line
6262
Leitungsstückline section
6363
Leitungsstückline section
6464
Leitungsstückline section
7171
Vergasungsmittel-ZufuhrleitungGasifying agent supply line
7272
Reingas-EntnahmeleitungClean gas dispensing line
7373
Wasser-ZerstäuberdüseWater spray nozzle
88th
UmgasventilatorUmgasventilator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10226862 B3 [0001] - DE 10226862 B3 [0001]
  • - DE 20040129 [0001] - DE 20040129 [0001]

Claims (9)

Festbett-Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Schwachgasen (Pyrolysegas) aus Biomasse, organischen Reststoffen od. dgl. mit einem senkrecht stehenden Reaktorgehäuse mit einem zylinderförmigen Innenraum, einem Zufuhrrohr für das Vergasungsmittel, einem Entnahmerohr für das Schwachgas, einer Beschickungseinrichtung für die Zufuhr der zu vergasenden organischen Biomasse, einem Stützbrenner zum Anfahren und zur Sicherung einer Mindesttemperatur im Reaktor und einer Schleuse zur Entnahme der nichtvergasten Rstsubstanz (Asche), dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen Verteilung und Durchmischung der Biomasse mit dem Vergasungsmittel im zylinderförmigen Innenraum (13), eine Vertikalschnecke (2) mit einer im Innenraum (13) zwischen Deckel (141) und Bodenteil (142) verlaufenden konzentrischen Drehachse (21) und mit einem Antriebsmotor (22) für die Drehung der Vertikalschnecke (2) vorhanden ist.Fixed-bed gasification reactor for producing lean gases (pyrolysis gas) from biomass, organic residues od. Like. With a vertical reactor housing with a cylindrical interior, a supply pipe for the gasification agent, a discharge pipe for the lean gas, a charging device for the supply of organic gas to be gasified Biomass, a support burner for starting and securing a minimum temperature in the reactor and a lock for removing the nichtvergasten Rstsubstanz (ash), characterized in that for uniform distribution and mixing of the biomass with the gasification agent in the cylindrical interior ( 13 ), a vertical screw ( 2 ) with one in the interior ( 13 ) between covers ( 141 ) and bottom part ( 142 ) extending concentric axis of rotation ( 21 ) and with a drive motor ( 22 ) for the rotation of the vertical screw ( 2 ) is available. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalschnecke (2) aus Loch- oder Gitterblech besteht.Gasification reactor according to claim 1, characterized in that the vertical screw ( 2 ) consists of perforated or grid plate. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Innenraumes (13) ein zylinderförmiger Trocknungsbehälter (4) zur Trocknung der Biomasse angeordnet ist, wobei die Vertikalschnecke (2) auch durch den Trocknungsbehälter (4) verläuft.Gasification reactor according to claim 1 or 2, characterized in that in the upper part of the interior ( 13 ) a cylindrical drying container ( 4 ) is arranged for drying the biomass, wherein the vertical screw ( 2 ) also through the drying container ( 4 ) runs. Vergasungsreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsbehälter (4) aus Lochblech oder Gitterblech besteht.Gasification reactor according to claim 3, characterized in that the drying container ( 4 ) consists of perforated plate or grid plate. Vergasungsreaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (3) für die Zufuhr der Biomasse in den Trocknungsbehälter (4) aus einem Schneckenrohr (31) mit einer Förderschnecke (32) besteht, die in den unteren Teil des Trocknungsbehälter (4) mündet.Gasification reactor according to claim 3 or 4, characterized in that the charging device ( 3 ) for the supply of biomass in the drying container ( 4 ) from a screw tube ( 31 ) with a screw conveyor ( 32 ) located in the lower part of the drying container ( 4 ) opens. Vergasungsreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (32) zur Komprimierung der Biomasse mit einer in Förderrichtung abnehmenden Flügelsteigung versehen ist.Gasification reactor according to claim 5, characterized in that the screw conveyor ( 32 ) is provided for compressing the biomass with a decreasing in the conveying direction wing pitch. Vergasungsreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrohr (31) an seiner Unterseite Abflußlöcher für die aus der komprimierten Biomasse austretende Flüssigkeit hat.Gasification reactor according to claim 4 or 5, characterized in that the screw tube ( 31 ) has drainage holes for the fluid emerging from the compressed biomass on its underside. Vergasungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine erste Rohrleitung (61, 62, 63) zwischen dem unteren Teil des Reaktors und dem Trocknungsbehälter (4), durch die das mit Teer und Staub verunreinigte Schwelgas aus dem unteren Reaktorteil abgesaugt und durch den Trocknungsbehälter (4) geleitet wird und hierbei gekühlt und gleichzeitig von Teer und Staub gereinigt wird.Gasification reactor according to one of Claims 1 to 7, characterized by a first pipeline ( 61 . 62 . 63 ) between the lower part of the reactor and the drying container ( 4 ) sucked through the tar and dust contaminated carbonization gas from the lower part of the reactor and through the drying tank ( 4 ) is cooled and thereby cleaned of tar and dust. Vergasungsreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zweite Rohrleitung (61, 62, 64), durch die ein Teil des abgesaugten Schwachgases durch einen Umgasventilator (8) im Kreislauf durch die Pyrolysezone (Z2), die Oxidationszone (Z3) und die Reduktionszone (Z4) geführt wird.Gasification reactor according to one of claims 1 to 8, characterized by a second pipeline ( 61 . 62 . 64 ), through which a portion of the extracted lean gas by a Umgasventilator ( 8th ) is circulated through the pyrolysis zone (Z2), the oxidation zone (Z3) and the reduction zone (Z4).
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