DE102008026252A1

DE102008026252A1 - Aufsteigender Gleichstrom-Festbettvergaser mit Partikelabscheidung

Info

Publication number: DE102008026252A1
Application number: DE200810026252
Authority: DE
Inventors: Sebastian Pertl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-24

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur autothermen Vergasung von Festbrennstoffen im so genannten Gleichstromverfahren in einem Festbettvergaser mit aufsteigendem Stoffstrom sowie der Aufbereitung des Produktgases für die Verbrennung in einer Wärmekraftmaschine. Bei bekannten aufsteigenden Gleichstromverfahren und Vorrichtungen wird das Vergasungsgut unten eingeschoben, das Vergasungsmittel seitlich zugebracht und das reagierende Material gerührt. Die bekannten aufsteigenden Verfahren benötigen feuerfeste Materialien und aufwändigen Bau. Die Erfindung verbessert die bekannten Verfahren indem das Vegasungsgut nicht vermischt wird, somit die Ausbildung von Reaktionszonen ermöglicht wird, und das Vergasungsmittel mit Abstand von der Wandung mittels einragender Düsen zugebracht wird und so die Wandung von den Heißen Zonen durch ein Koksbett isoliert ist. Die Erfindung dient dazu ein brennbares Gas aus Festbrennstoffen herzustellen und es für Verwendung in Wärmekraftmaschinen aufzubereiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur autothermen Vergasung von Festbrennstoffen im Gleichstromverfahren in einem Festbettvergaser mit aufsteigendem Stoffstrom und einer Gasaufbereitung. Bei der autothermen Vergasung von Festbrennstoffen im Gleichstromverfahren wird der Brennstoff zunächst unvollständig verbrannt. Dabei entstehen Koks und Wärme sowie Schwelgase, die unter anderem Wasserdampf und Kohlendioxid enthalten.
Danach wird der Koks aus dem Bereich mit Sauerstoffzufuhr geschoben und wird im heißen Zustand nunmehr von Brenngasen durchströmt.
Dabei wird die Oxidation aus der Verbrennungszone zum Teil umgekehrt, die Brenngase werden am Koks unter Aufnahme von Wärme reduziert. Dabei entstehen unter anderem die gewünschten Bestandteile Wasserstoff, Kohlenmonoxid und geringe Mengen Methan als brennbare Bestandteile des Produktgases.
Stand der Technik
Bei bekannten aufsteigenden Gleichstromverfahren wird der Brennstoff von unten eingeschoben und gerührt, das reagierende Bettmaterial hat direkten Kontakt zu den Reaktorwandungen. Andere Vergaser schieben das Vergasungsgut seitlich in den Behälter.
Die DE 44 17 082 C1 und die DE 20 2005 019 717 U1 beschreiben Vergaser mit aufsteigendem Stoffstrom
Kritik am Stand der Technik
Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass für deren Bau große Mengen an Feuerfestmaterialien notwendig sind, sie der Hitze ausgesetzte Lagerstellen haben und der vorteilhafte Reaktionsablauf Pyrolyse-Oxidation-Reduktion nicht für alle Teile des Vergasungsguts gewähleistet wird. Eine Vorwärmung des Brenngutes kann zur Verteerung und nachfolgend Blockade der Zufuhr führen. Ein sich nach oben nicht erweiternden Reaktorkörper neigt zur Verdichtung des Förderguts und daraus resultierend Verstopfung.
Aufgabe:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, bei denen alle Teile des Vergasungsguts die Reaktionszonen nacheinander durchlaufen und die Reaktorwandung von den Reaktionszonen thermisch isoliert ist, wobei das Verfahren in einer einfach herzustellenden Vorrichtung abläuft, die einfach zu bedienen oder zu automatisieren ist.
Lösung:
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.
Der Verfahrensablauf ist in der vertikalen Richtung aufwärts gewählt, das heißt unten wird das Brennmaterial eingeschoben, das Vergasungsmittel nahe der Brennstoffzufuhr eingedüst und das Produktgas am oberen Ende entnommen. Weiterhin ist die Gestalt der Düsen und des Vergaserkörpers so gewählt, dass er nicht mit heißen Gasen oder Material in Berührung kommt, sondern von diesen durch ein Koksbett isoliert ist. Allein die Düsen für das Vergasungsmittel kommen mit ihrem oberen Ende mit heißen Gasen in Kontakt. Der Prozess wird komplett in einem Gefäß abgewickelt, wodurch ein einfacher Aufbau ermöglicht wird.
Der Vergaserkörper hat eine sich nach oben stetig erweiternde Form, die den im Betrieb entstehenden Reaktionszonen unter Einbehaltung eines Abstandes für die Koksisolierung angepasst ist und Verstopfungen sowie Kanalbildung in den Reaktionszonen vermeidet.
Vorteile:
Das erfindungsgemäße Verfahren weist durch die vertikale Aufwärtsbewegung den Vorteil auf, dass sich der entstehende Koks auch in einer Mischung von gröberen und feineren Bestandteilen nicht verdichtet, sondern vielmehr durch den Gasstrom gelockert wird und somit durchgängig bleibt. Staubfeine Koks- und Aschepartikel werden durch den Gasstrom im Koksbett nach oben getragen. Blockaden durch Verdichtungen werden so bereits in der Entstehung durch Hebevorgänge aufgelöst, kontinuierlicher Betrieb wird gewährleistet.
Die Gestaltung erlaubt die Wahl von Standardmaterialien, die nicht feuerfest sein müssen, ausgenommen den Düsen. Die Herstellung ist unkompliziert mit geringem Aufwand möglich. Die sich nach oben erweiternde Form bewirkt außerdem, dass das Vergasungsmittel zunächst mit hoher Geschwindigeit durch die Oxidationszone strömt und danach stark an Geschwindigkeit verliert. Dies bewirkt, dass das Gas lange in heißen Zonen verbleibt und enthaltene Teere so zum großen Teil gespalten werden. Das Fehlen von Einbauten, die Wärme abführen könnten und das isolierende Koksbett ermöglichen erhöhte Temperaturen, die ebenfalls der Teerspaltung dienen. Die Einfachheit im Aufbau ermöglicht den Aufbau der Vorrichtung auf geringer Standfläche und macht die Vorrichtung leicht transportierbar.
Ausführungsbeispiel
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen jeweils miteinander verwendet werden. Die erwähnte Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter. Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Vergaserkörpers und einer Brennstoffzufuhr.
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gasaufbereitung für die Nutzung zum Beispiel in Verbrennungskraftmaschinen.
Der erfindungsgemäße Festbettvergaser besteht im wesentlichen aus einem sich nach oben stetig erweiternden, oben geschlossenen Hohlkörper (4), mit einem Produktgasanschluss (1) und einem Füllstandsgeberpaddel (3), das in einer Führungshülse (2) pendelnd läuft. Im Reaktorgefäß entstehen im Betrieb unterschiedliche Zonen, nämlich im Bereich der Düsen (5) eine Oxidationszone (10), darüber eine Reduktionszone (9) und schließlich beide umgebend ein isolierendes Koksbett (8). Zwischen Koksbett und Deckel befindet sich noch der Produktgassammelraum (13). An der engeren Unterseite des Vergaserkörpers (4) sind kreisfömig angeordnete, in den Vergaserraum ragende Düsen (5) für das Vergasungsmittel vorgesehen. Unten am Reaktorgefäß ist ein Rohr (7) für das Brenngut vorgesehen, in dem eine Förderschnecke (6) konzentrisch, aber mittels eines Gelenks angetrieben, angeordnet ist. An dem unteren Ende des Rohres mündet das untere Ende eines im wesentlichen senkrechten Einfüllschachtes (11) für Brenngut ein, der an seinem oberen Ende eine Zellradschleuse (12) trägt. Der Mantel (14) bildet zusammen mit dem Vergaserkörper einen Ansaugschacht für das Vergasungsmittel (15). Der Vergaserkörper hat oben eine Öffnung, die mit dem Deckel (16) verschlossen ist und durch die die Erstbefüllung mit Koks erfolgen und Entleerung im Störungsfall erfolgen kann.
Dieser Festbettvergaser arbeitet folgendermaßen:
Durch die Zellradschleuse (12) wird Brenngut in den Einfüllschacht (11) eingefüllt und fällt hinunter durch eine Öffnung im Hüllrohr (7), wo es von der Förderschnecke (6) erfaßt und nach oben zu den Düsen (5) gefördert wird. Dort verbrennen die leicht flüchtigen Bestandteile des Brennguts mit dem im eingeströmten Vergasungsmittel enthaltenen Sauerstoff. Der dabei verbleibende Koks wird noch vor der vollständigen Verbrennung weiter aus der Verbrennungszone (10) in die Reduktionszone (9) geschoben, wo er als Reduktionsmittel für das bei der Verbrennung entstehende Gas dient. Die Verbrennungswärme wird bei der Reduktion zum Teil aufgebraucht und ein brennbares Gas erzeugt. Dieses Gas durchströmt noch den oberen Teil des Koksbettes (8), das auch als Puffer für An- und Abfahrbetrieb dient, den Gassammelraum und schließlich den Gasanschlußstutzen 1. Das Füllstandsgeberpaddel (3) wird von einem Kurbeltrieb in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Wenn durch entsprechende Befüllung das Paddel in seiner Bewegung behindert wird, wird durch die daraus folgende Krafteinwirkung auf den Kurbeltrieb ein Schalter betätigt der die Stromzufuhr zur Brennstoffzufuhr so lange unterbricht bis durch ein Absinken des Kokses das Paddel wieder frei gegeben wird. Die Zellradschleuse (12) dient als Sperre für Umgebungsluft, die ansonsten durch die Brenngutschüttung in der Zufuhr strömen könnte und als Rückbrandsperre. Im Ansaugschacht (15), der vom Vergaserkörper und vom Mantel (14) gebildet wird, wird die Luft von Prozesswärme vorgewärmt. Zusammen mit nachgeschalteten Gasreinigungsvorrichtungen kann ein für Wärmekraftmaschinen taugliches Gas erzeugt werden.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Gasaufbereitung besteht im Wesentlichen aus einem Partikelabscheider (18, 20) und einem Naßwäscher/Kühler (28) für das Gas. Der Vergasungsreaktor ist mit dem Partikelabscheider durch das Verbindungsrohr (17) verbunden.
Der Partikelabscheider besteht im Wesentlichen aus einem kegelstumpfförmigen Hohlkörper (18) und einem Sammelkasten (20). Das Verbindungsrohr (19) verbindet den Partikelfilter mit dem Naßwäscher/Kühler und mündet mit dem Einströmrohr (21) in dessen Reinigungsflüssigkeitsvorrat (22). Im Gaswäscher/Kühler befindet sich weiterhin ein Filterkuchen (27) aus einem gut benetzbaren und strukturstabilen schwammartigen Material und ein Prallblech (25), das zusammen mit dem Ende der Rohrverbindung (23) eine Pralldüse bildet. Die Rohrverbindung (23) verbindet das Ansaugsieb (29) mit der Umwälzpumpe (30) und dem Wärmetauscher (31) und mündet im Gaswäscher/Kühler oberhalb des Prallblechs mit Auswurfrichtung zum Prallblech. Außen am Gaswäscher/Kühler ist noch der Anschlußstutzen (26) angebracht.
Der Ablauf geschieht folgendermaßen:
Das im Vergaser (16) erzeugte Gas gelangt durch ein Verbindungsrohr (17) zum Partikelabscheider (18, 20), wo es von schnell absinkenden Partikeln gereinigt wird. Das Gas strömt tangential in den Hohlkörper. Dadurch gerät das Gas in zum Zentrum hin beschleunigte Rotation, was schwebende Partikel vom Gas trennt. Die abgeschiedenen Partikel gleiten an der Wand des Kegelstumpfes entlang in den Sammelkasten (20). Durch das Verbindungsrohr (19) gelangt dann das Gas in den Naßwäscher (28), der das Gas auch kühlt. Im Naßwäscher strömt das Gas aus einem Einströmrohr (21) unter die Oberfläche von flüssigem Reinigungsmittel (22). Dadurch steigt es als Blasen zur Oberfläche und erhält so einen ersten Kontakt zum Reinigungsmittel. Danach durchströmt es den Naßfilterkuchen (27) wo es durch intensiven Kontakt mit der Reinigungsflüssigkeit von feinen Partikeln und Kondensaten gereinigt wird und nahe der Temperatur der Reinigungsflüssigkeit gebracht wird. Danach gelangt es in den Gassammelraum oberhalb des Filterkuchens von wo es aus durch den Anschlussstutzen (26) den Gaswäscher und Kühler verlasst. Der Naßfilterkuchen wird ständig von oben mit Reinigungsflüssigkeit vom Prallblech (25) aus beregnet. Dadurch ist der Filterkuchen ständig mit kühler Reinigungsflüssigkeit benetzt. Die Reinigungsflüssigkeit durchdringt den Filterkuchen und tropft dann zum Vorrat der Flüssigkeit mit dem Einströmrohr (21). Aus diesem Vorrat fließt die Reinigungsflüssigkeit durch das Ansaugsieb (29) und das Rohr (23), gefördert von der Pumpe (30), weiter durch den Wärmetauscher (31), wo es gekühlt wird und Wärmeenergie, zum Beispiel an eine Heizungsanlage, abgibt. Danach fließt die Reinigungsflüssigkeit weiter durch das Verbindungsrohr zum Prallblech (25), von wo es als verteilte Tropfen die gesamte Oberfläche des Filterkuchens erreicht und von hier aus den Filterkuchen durchdringend benetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4417082 C1 [0005]
- DE 202005019717 U1 [0005]

Claims

Verfahren zur autothermen Vergasung festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsguts unter Verwendung eines einteiligen Vergaserkörpers mit zumindest teilweise sich stetig nach oben erweiterndem Querschnitt, in den das Brenngut durch eine mechanische Vorrichtung außerhalb des Reaktionsraumes von unten und das Vergasungsmittel im Bodenbereich des Vergaserkörpers so eingebracht werden, dass sowohl das Vergasungsmittel als auch das Produktgas und das Brenngut entgegen der Schwerkraft nach oben strömen, wobei das Produktgas den Vergaserkörper oben verlasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel mit Abstand von der Wandung des Vergaserkörpers eingebracht und das Brenngut nicht durchmischt wird, so dass sich ein isolierendes Koksbett ausbildet, das die Oxidationszone und die Reduktionszone umgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittelzufuhr zwangsweise, beispielsweise durch ein Saugzuggebläse oder die Ansaugung einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, angewandt bei einer Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Brennstoffes mittels eines Heißluftgebläses oder einer Flamme durch eine oder mehrere Düsen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsmessvorrichtung den mechanischen Widerstand eines horizontal mit vertikaler Welle bewegten Körpers an der Oberfläche der Koksschüttung misst.
Vorrichtung zum Vergasen festen, kohlenstoffhaltigen Vergasungsguts – mit aufsteigendem Stoffstrom und Gasstrom, – mit einem sich nach oben zumindest teilweise stetig erweiternden und oben geschlossenen Vergaserraum, – mit einer Vergasungsgutzufuhr von außerhalb des Vergaserraums, – mit einem oberhalb des Kokses vorgesehenen Produktgassammelraum, – mit einem oben angebrachten Produktgasanschluss (1), – mit einer Einrichtung zu Füllstandsbegrenzung, – mit einer mechanischen Beschickung von unten (6, 7, 11, 12), und – mit mehreren im Bodenbereich des Vergaserkörpers angeordneten Rohren als Düsen für das Vergasungsmittel dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaserraum sich über die gesamte Füllhöhe stetig erweitert, dass zur Füllstandsbegrenzung eine Füllstandsmessvorrichtung (2, 3) vorgesehen ist und dass die Rohre in den Vergaserkörper hineinragen, sodass sich im Betrieb ein isolierendes Koksbett ausbildet, das die Oxidationszone und die Reduktionszone umgibt.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen schlitzförmige Öffnungen haben.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein horizontal beweglicher Körper als Messglied für Füllstand an einer vertikalen Welle gelagert ist.
Vergasungsreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaserkörper mit einer dicht verschließbaren Öffnung (11) versehen ist.
Vergasungsreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mantel (14) um den oberen Teil des Zufuhrrohres und um den Vergaserkörper angebracht ist.