DE102008027858A1

DE102008027858A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines teerfreien Brenngases

Info

Publication number: DE102008027858A1
Application number: DE102008027858A
Authority: DE
Inventors: Alexánder Gómez Mejia; Jörg HO; Wolfgang Wiest
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Thermischer Vergaser bestehend aus
– einem durch eine Heizvorrichtung (40) indirekt beheizten Pyrolysereaktor (10) mit einer Vorrichtung (14) zum zwangsbewegten Vorschub eines Brennstoffbettes (51) von einer Eintragsöffnung (11) durch eine Reaktionszone (50) zu einer Austrittsöffnung (12),
– einem Vergasungsreaktor (20) mit einer Durchgangsöffnung (21) zum Eintrag von Feststoff, mit Eintrittsöffnungen (23) für Vergasungsmittel und einer Auslassöffnung für Reststoffe (22) an einer der Öffnung (21) abgewandten Seite und
– einem Konverter (30), der mindestens ein Schüttbett (54) enthält, der eine Eintrittsöffnung (31) an einer Stelle in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung (12) des Pyrolysereaktors (10) oder einer an diese angeschlossenen Rohrleitung (19) besitzt und der mit dem wesentlichen Teil seines Querschnitts oder zumindest mit derselben Eintrittsöffnung (31) in unmittelbarer Nähe der Durchgangsöffnung (21) des Vergasungsreaktors (20) oder eines an diese angeschlossenen Einleitungsbauteils (42) mit diesem in Strömungsverbindung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Brenngases durch Pyrolyse und vollständige bzw. teilweise Vergasung oder Aktivierung aller kohlenstoffhaltigen Materialien – im Weiteren als Brennstoff bezeichnet –, die sich pyrolysieren lassen und insbesondere solcher, die einen hohen Anteil flüchtiger Bestandteile – im Weiteren als Flüchtige bezeichnet – haben, wie es z. B. bei Biomasse und biologischen Abbauprodukten der Fall ist, und Degradation von Teer und längerkettigen Kohlenwasserstoffen aus der Pyrolyse und ggf. aus der Vergasung oder Aktivierung des festen Rückstands der Pyrolyse – im Weiteren als Pyrolysat bezeichnet – an einem aktivierten Kohlenstoffmaterial, welches z. B. aus aktiviertem Pyrolysat, Aktivkohle oder Aktivkoks oder einer Mischung dieser bestehen kann – im Weiteren als Aktivat bezeichnet –, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens – im Weiteren als thermischer Vergaser bezeichnet –, so dass das dadurch erhaltene Brenngas im wesentlichen teerfrei und zur Nutzung in Wärmekraftmaschinen geeignet ist.
Nach vorgeschlagenem Verfahren werden die verwendeten Brennstoffe

– in einem ersten Schritt unter Wärmeeinwirkung durch eine von außen beheizte Wand – im Weiteren als indirekte Beheizung bezeichnet – im zwangsbewegten Brennstoffbett derart im wesentlichen im Gleichstrom pyrolysiert, dass sich aus dem Brennstoff des Brennstoffbettes die Flüchtigen, bestehend aus Gas, wässrigen und organischen Kondensierbaren und Teer, unter Bildung von Pyrolysat abspalten;
– in einem zweiten Schritt der Vergasung oder Aktivierung wird das so entstandene Pyrolysat derart mit gasförmigen Reaktanden – im Weiteren als Vergasungsmittel bezeichnet – teilweise zu einem Aktivat definierter Eigenschaften und zu einem Gas oder bis auf die anorganischen Bestandteile vollständig oder nahezu vollständig zu einem Gas – im Weiteren als Vergasungsgas bezeichnet – welches überwiegend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, umgesetzt, dass das Vergasungsmittel im Bereich fortschreitenden Abbrands zugegeben wird und sich die fortschreitende Reaktionsfront im Wesentlichen in Richtung geringeren Abbrandes hin ausbreitet;
– und in einem dritten Schritt der Sekundärdegradation reagieren die noch heißen Flüchtigen in einem mit Aktivat gefüllten Konverter, der eine Zone innerhalb des Reaktors oder einen separaten Apparat darstellen kann, untereinander und mit dem Aktivat als Promotor unter Bildung von Oberflächenkomplexen sowie mit dem Aktivat in Vergasungsreaktionen zu einem Gas, das im Weiteren als Konvertergas bezeichnet wird.

Unter einem Brennstoffbett wird die Summe der festen Brennstoffteilchen, die sich in einem begrenzten Raum ausdehnen und die zumindest in losem unregelmäßigen Kontakt untereinander stehen, vom Ausgangszustand bis zur vollständigen Umwandlung durch Pyrolyse bezeichnet.
Es ist eine große Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Brenngasen durch Pyrolyse und Vergasung von organischen oder fossilen kohlenstoffhaltigen Materialien bekannt, welche zum Teil große Unterschiede in der Qualität des Brenngases hinsichtlich Brennwert und Teer- und Staubgehalt aufweisen, wobei gängige Methoden zur Elimination von Teer aus dem Brenngas das Cracken bei hoher Temperatur mit Sauerstoff als Reaktionspartner oder an einem Katalysator oder im Plasma, das Durchleiten durch ein durch exotherme Vergasung mit Sauerstoff oder Luft betriebenes Glutbett, das gezielte Verbrennen von Teer aus der Pyrolyse und das Reinigen des Gases durch Wäsche oder Adsorption sind.
An der Technischen Universität von Dänemark wurde unter der Bezeichnung 'Viking-Vergaser' ein zweistufiger Vergaser entwickelt, bei dem in einer ersten Stufe unter indirekter Beheizung der Brennstoff bis zu mittleren Temperaturen pyrolysiert wird und anschließend das Pyrolysat gemeinsam mit dem entstandenen Pyrolysegas in einem Gleichstom-Festbettvergaser mit Luft vergast wird.
Dieses und weitere vergleichbare Verfahren haben den Nachteil, dass die höchste Konzentration der Vergasungsmittel mit der höchsten Brennstoffkonzentration zusammenfällt, wodurch sich ein relativ schlechter Abbrand einstellt.
Aus der Patentschrift DE 102006019452 A1 ist ein mehrstufiges Verfahren aus Schneckenreaktoren zur indirekt beheizten Trocknung und Pyrolyse des Brennstoffs im Gleichstom, anschließender indirekt beheizter Vergasung des Pyrolysats mit den Vergasungsmitteln aus Trocknung und Pyrolyse im Gleichstrom sowie anschließendem im Gleichstrom betriebenem Sekundärreaktor zur Elimination von Teer bekannt.
Ein Konversionssystem, wie es in der DE 102006019452 A1 beschrieben ist, hat zum einen zum Nachteil, dass die Wärme für die endothermen Vergasungsreaktionen bei hoher Temperatur vom Rauchgas durch die Wand in die Schüttung bei nur mäßigem Wärmetransport übertragen werden muss und erzielt zum anderen aufgrund der Stromführung nur bei hohen Überschüssen an Vergasungsmittel wirtschaftliche Abbrände des Pyrolysats, da sich entweder nur ein geringer Vergasungsumsatz aufgrund eines mangelnden Gas-Feststoff-Kontakts einstellt oder sich schnell eine dem thermodynamischen Gleichgewicht nahe Gaszusammensetzung einstellt, so dass der weitere Vergasungsumsatz behindert wird.
Aus der Patentschrift DE 102006013617 A1 ist ein pyrolytisches Konversionssystem mit integriertem Sekundärreaktor bekannt, der aus einem indirekt beheizten Drehrohrreaktor als Primärreaktor mit innenliegendem Sekundärreaktor besteht, die beide jeweils im Gleichstom betrieben werden.
Bei dem Konversionssystem gemäß der DE 102006013617 A1 treten die gleichen Nachteile wie beim zuvor beschriebenen Konversionssystem nach der DE 102006019452 A1 auf und zudem kann aufgrund des geringen Gas-Feststoff-Kontakts im Primärreaktor sowie der bauartbedingten geringen Verweilzeit als auch der Stromführung im Sekundärreaktor nur ein geringer Vergasungsumsatz erzielt werden, so dass das Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle geeignet sein mag, ein wirtschaftlicher Abbrand des Pyrolysats sich aber nicht einstellen lässt.
Aus der Patentschrift DE 10258640 A1 ist ein pyrolytisches Konversionssystem bekannt, bei dem Pyrolyse und Vergasung des Brennstoffs in getrennten Zonen desselben Reaktors derart durchgeführt werden, dass die teerhaltigen Gase der Pyrolyse getrennt von den teerfreien Gasen der Vergasung in einem separaten Reaktor mittels Sauerstoff unterstöchiometrisch oxidiert und so die Teere gecrackt werden.
Bei dem Konversionssystem gemäß der DE 10258640 A1 ist die Aufteilung der Gasströme in Pyrolysegas und Vergasungsgas von den Druckverlusten in der Schüttung abhängig, welche von verschiedenen zum Teil nur schwer zu beeinflussenden Faktoren abhängen, und somit es sein kann, dass Pyrolysegase nicht den Crack-Reaktor passieren.
Des Weiteren besteht beim Cracken von Teeren bei hohen Temperaturen in der Gasphase die Neigung zur Bildung stabiler zyklischer Kohlenwasserstoffe, wie z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, die, auch wenn sie keinen Teer darstellen, unerwünschte Nebenprodukte sind.
Aus der Patentschrift DE 102004024672 B4 ist ein mehrstufiges Verfahren zur Pyrolyse und anschließenden Vergasung des Pyrolysats (Pyro-Kokses) bekannt, bei dem die Gase aus der Pyrolyse und der Vergasung zusammengeführt und in zwei Teilströmen jeweils durch eine Pyrolysatschüttung zur Degradation der Teere geleitet werden.
Ein dafür geeigneter Apparat besteht aus vier übereinander angeordneten Festbetten, wobei im obersten die Pyrolyse und im untersten die Vergasung durchgeführt wird, während die beiden mittleren der Degradation der Teere dienen.
Bei einem Konversionssystem, wie es in der DE 102004024672 B4 beschrieben ist, ist es nicht möglich, derart Einfluss auf die Produkteigenschaften des Pyrolysats zu nehmen, dass dieses der Aufgabe der Degradation von Teer zufriedenstellend genügen kann, und somit ist von einer erheblichen Restbelastung an Teer im Reingas auszugehen.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen thermischen Vergaser und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen zu schaffen, bei dem der Brennstoff durch indirekte Beheizung im wesentlichen im Gleichstrom oder quervermischten Gleichstrom im zwangsbewegten Bett pyrolysiert wird, das verbleibende Pyrolysat getrennt von den Flüchtigen mit einem Vergasungsmittel im wesentlichen im Gegenstrom oder quervermischten Gegenstrom auf einen einstellbaren mittleren Abbrand aktiviert oder vergast wird, so dass man ein festen Rest definierter Qualität erhält, der ein Aktivat oder weitgehend ausgebrannte Asche sein kann, und das Vergasungsgas direkt oder nach einer ersten Stufe des Konverters mit den Flüchtigen vermischt wird und das Gemisch zumindest eine Stufe des Konverters passiert.
Die einzelnen Bestandteile der Flüchtigen reagieren in dem Konverter über einen komplexen Reaktionsmechanismus, der die Sorption, die Reaktion in der sorbierten Phase und die anschließende Desorption beinhaltet, an der Oberfläche des Pyrolysats oder Aktivats unter Bildung von Oberflächenkomplexen, wobei die Oberfläche insbesondere auch die innere Oberfläche des Aktivats ist, welche um ein vielfaches größer ist, als die äußere Oberfläche der Aktivatpartikel und somit um ein vielfaches besser geeignet ist, die Teere und langkettigen oder aromatischen Kohlenwasserstoffe der Flüchtigen durch Reaktion zu erwünschten Gaskomponenten zu degradieren.
So wird durch die Degradation der Teere in der Aktivatschüttung des Konverters ein bis auf Spuren teerfreies Produktgas erzeugt, ohne dass die Notwendigkeit besteht, den Pyrolysegasstrom gesondert unter Zugabe von oxidierenden Reagenzien oder mit einem katalytischen Cracker zu behandeln.
Das so erzeugte Reingas kann beispielsweise in einem Verbrennungsmotor, wirtschaftlich verwendet werden.
Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein thermischer Vergaser, bestehend aus einem Apparat oder Apparateteil, der im Weiteren als Pyrolysereaktor bezeichnet wird, einem Apparat oder Apparateteil, der im Weiteren als Vergasungsreaktor bezeichnet wird und einem Apparat oder Apparateteil, der im Weiteren als Konverter bezeichnet wird, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 17 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses thermischen Vergasers sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein nach dieser technischen Lehre ausgeführter thermischer Vergaser hat den Vorteil, dass durch die indirekt beheizte Pyrolyse der Prozess im Wesentlichen unabhängig vom Brennstoff und seinem Zustand, z. B. bezüglich des Wassergehaltes, ist und dass die teerhaltigen Flüchtigen in dem Konverter im Gas-Feststoff-Kontakt mit dem Aktivat von dem Teer befreit werden und dieser weitgehend in hochkalorische Brenngase umgewandelt wird, wobei i. d. R. aufgrund der Exothermie der Degradation keine zusätzliche Beheizung des Konverters und keine Zugabe weiterer Reagenzien notwendig ist.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Flüchtigen bis zum vollständigen Abbau von Teer stets in einer Schüttung aus Pyrolysat oder Aktivat geführt werden, da dies die Bildung erwünschter Gaskomponenten wie Methan gegenüber der Bildung unerwünschter Gaskomponenten wie z. B. aromatischen Kohlenwasserstoffen bevorzugt.
Ein erfindungsgemäßer thermischer Vergaser hat im Weiteren den Vorteil, dass sich der Abbrand des Pyrolysats dadurch einstellen lässt, dass durch den Austrag die Verweilzeit der Feststoffe und durch eine geeignete Mischung aus exotherm und endotherm reagierendem Vergasungsmitteln die Vergasungstemperatur einstellen lässt, was vorteilhaft zur Herstellung eines Aktivats oder von Aktivkohle ist.
Insbesondere ist dies bei Brennstoffen mit geringen Ascheerweichungstemperaturen und hohen Schadstofffrachten vorteilhaft, da sich sowohl ein nicht vollständiger Abbrand als auch eine geeignete Temperaturführung unter Vermeidung von Temperaturspitzen dazu eignen, sowohl eine Agglomeration der Asche, als auch ein Freisetzen von Teilen der Schadstofffracht zu verhindern.
Insbesondere für die Herstellung von Aktivkohle lässt sich der Vergasungsreaktor des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers indirekt beheizen, so dass Wasserdampf als Vergasungsmittel im Bereich des höchsten Abbrandes des Pyrolysats aufgegeben wird und sich in Richtung des weniger ausgebrannten Pyrolysats ausbreitet, damit das Vergasungsgas zusammen mit den Flüchtigen ausgetragen wird, ohne dass die Flüchtigen das Vergasungsmittel im Vergasungsreaktor verdünnen, so dass das Vergasungsmittel wirtschaftlicher als bei den üblichen Verfahren eingesetzt werden kann und somit auch die notwendige zu übertragende Wärmeenergie minimiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers ist es, dass durch die Zugabe des Vergasungsmittels im Bereich des höchsten Abbrandes des Pyrolysats sowohl ein wirschaftlicher Abbrand des Pyrolysats erreicht werden kann, als auch im Prozess sogenanntes Autoaktivat durch Teilvergasung des Pyrolysats mit dem Wasser der Flüchtigen und ggf. mit Bestandteilen des Vergasungsgases dadurch hergestellt werden kann, dass die Lage der Vereinigung der Gasströme von Vergasungsgas und Flüchtigen geeignet gewählt wird, wodurch die Qualität dieses Autoaktivats optimiert werden kann und somit durch die Autoaktivierung der Konverter als Zone oder Teil des Gesamtapparates dargestellt wird.
Auch in Konfigurationen, in denen der Konverter ein eigener Apparat ist, kann das für diesen verwendete Aktivat als Autoaktivat im Prozess hergestellt werden und z. B. ein Teilstrom des Autoaktivats in den Konverter geleitet werden oder es kann ein Teilstrom des Pyrolysats zum Auffüllen verbrauchten Aktivats in den Konverter geleitet werden, wo das Pyrolysat aktiviert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers liegt darin, dass ein Teilstrom des Aktivats ggf. in Form von Aktivkohle als Produkt aus dem Prozess ausgeschleust werden kann oder in den Pyrolyseprozess zurückgeführt werden kann, so dass die an der Aktivatoberfläche besonders effektiv ablaufenden Zersetzungsreaktionen von Teer bereits während der Pyrolyse stattfinden und so ein Großteil des Teeres der Flüchtigen zersetzt werden kann, bevor dieser gasförmig aus der Schüttung austritt und in der Gasphase Crackreaktionen ablaufen können, weiche bevorzugt schädliche stabile aromatische Kohlenwasserstoffe bilden.
Dieses führt außerdem zur Eigenerwärmung durch die Exothermie der Degradation der Teere an der Aktivatoberfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der indirekt beheizte Pyrolysereaktor in Transportrichtung derart aufwärts geneigt und mit einem Förderorgan, z. B. einer ein- oder mehrwelligen Schnecke, ausgerüstet, die in weiterer bevorzugter Ausführungsform derart ausgeführt ist, dass eine radiale Vermischung oder Quervermischung erfolgt, so dass in direktem Anschluss an den Pyrolysereaktor das Pyrolysat in den Konverter, wo es aktiviert werden kann, und schließlich in den Vergasungsreaktor fallen, bzw. sinken kann, so dass sich die Gase aus der Pyrolyse und der Vergasung im Konverter mischen und das Gas aus der Vergasung in eine hintere bzw. untere Zone des Konverters geleitet werden kann und so die teerhaltigen Flüchtigen eine längere Verweildauer in dem Konverter erhalten als es für das teerarme Vergasungsgas notwendig ist.
In einer Variante der vorstehenden Ausführungsform ist der Konverter oberhalb der Achse des Pyrolysereaktors angeordnet und der Teil des Pyrolysats, der nicht in den Vergasungsreaktor fällt, wird durch geeignete Ausführung der Fördereinrichtung des Pyrolysereaktors oder durch eine zusätzliche Fördereinrichtung in den Konverter gefördert, so dass das Schüttbett im Konverter von unten angeströmt wird und somit nicht durch die Gasströmung komprimiert, sondern vielmehr gelockert wird, so dass der Druckverlust im Konverter geringer ist, als in der vorstehenden Ausführung, und dass zudem der Vergasungsreaktor stets einen maximalen Füllstand hat und somit für die Produktion von Aktivkohle optimiert betrieben werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorstehenden Variante ist der Konverter nach oben konisch geöffnet ausgeführt, so dass im Fall großer Gasmengen das Brennstoffbett aufsteigen kann und auf einem größeren Durchmesser schwebend seine Ruhelage abhängig von der Dichte und der Anströmung einnehmen kann.
In einer weiteren Variante der vorstehenden Ausführungsform, bei der der Konverter oberhalb der Achse des Pyrolysereaktors angeordnet ist, wird alles Pyrolysat durch den Konverter gefördert und der Überlauf aus diesem fällt anschließend in den Vergasungsreaktor, so dass der Konverter, aus dem das Gas und ggf. auch Aktivat abgezogen wird, stets einen maximalen Füllstand hat und das überschüssige Pyrolysat im Vergasungsreaktor vergast oder aktiviert werden kann, so dass die Reinigungswirkung des Konverters unabhängig von dem Betrieb des Vergasungsreaktors ist.
In einer anderen Variante der vorstehenden Ausführungsform sind der Konverter und anschließend der Vergasungsreaktor in Förderrichtung des Pyrolysereaktors nacheinander angeordnet und das Pyrolysat wird durch die Fördereinrichtung des Pyrolysereaktors oder durch eine zusätzliche Fördereinrichtung oder bei derartiger Neigung aus der Achse des Pyrolysereaktors, dass sich das Pyrolysat durch Schwerkraft getrieben bewegt, in den Konverter und der Überlauf aus diesem anschließend in den Vergasungsreaktor gefördert, so dass der Konverter, aus dem das Gas und ggf. auch Aktivat abgezogen wird, stets einen maximalen Füllstand hat und das überschüssige Pyrolysat im Vergasungsreaktor vergast oder aktiviert werden kann, so dass die Reinigungswirkung des Konverters unabhängig von dem Betrieb des Vergasungsreaktors ist.
In einer weiteren Variante der vorstehenden Ausführungsform sind der Vergasungsreaktor und anschließend der Konverter in Förderrichtung des Pyrolysereaktors nacheinander angeordnet und das Pyrolysat wird durch die Fördereinrichtung des Pyrolysereaktors oder durch eine zusätzliche Fördereinrichtung oder bei derartiger Neigung aus der Achse des Pyrolysereaktors, dass sich das Pyrolysat durch Schwerkraft getrieben bewegt, in den Vergasungsreaktor und der Überlauf aus diesem anschließend in den Konverter gefördert, so dass der Vergasungsreaktor, der bevorzugt zur Herstellung von Aktivkohle betrieben wird, stets einen maximalen Füllstand hat und das überschüssige Pyrolysat im Konverter das Schüttbett bildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Pyrolyse im Gleichstrom in einem indirekt beheizten horizontalen, ggf. leicht geneigten Reaktor, der in einer bevorzugten Ausführungsform ein Drehrohrreaktor ist, derart, dass die Flüchtigen zusammen mit zumindest einem Teilstrom an Vergasungsgas in einer mittleren Zone des Reaktors oder einer Folge von Reaktoren durch eine Austragsleitung ausgetragen werden, so dass die Pyrolyse zumindest im Wesentlichen abgeschlossen ist und dass ein hinreichender Reaktionsraum für die Vergasung oder Aktivierung im Gegenstrom verbleibt, was zum Vorteil hat, dass zum einen die Vergasung oder Aktivierung mit einer hohen Reaktandenkonzentration durchgeführt werden kann und somit effektiver und wirtschaftlicher vonstattengeht, da das Vergasungsmittel nicht mit den Flüchtigen verdünnt wird und zum anderen die Flüchtigen auf Prozesstemperatur in die nachfolgende Stufe des Konverters geleitet werden, so dass Betriebsstörungen durch Kondensation vermieden werden.
In einer bevorzugten Variante der vorstehenden Ausführungsform ist die Austragsleitung für die Flüchtigen und das Vergasungsgas mit Aktivat gefüllt, was zum Vorteil hat, dass die Flüchtigen nur eine möglichst kurze Zeit in dem freien Gasraum außerhalb der Schüttung strömen und bereits in der Austragsleitung der Teer der Flüchtigen durch Sekundärdegradation abgebaut wird und somit die Austragsleitung den Konverter oder eine erste Stufe des Konverters darstellt.
In einer weiteren bevorzugten Variante der vorstehenden Ausführungsform ist der Füllgrad des Reaktors und der Eingangsbereich der Austragsleitung für die Flüchtigen und das Vergasungsgas derart beschaffen, dass Pyrolysat oder Aktivat in diese gelangt und ggf. der Eingangsbereich direkt in die Schüttung aus Pyrolysat oder Aktivat eintaucht, so dass sich die Austragsleitung mit Autoaktivat füllt und sich im Betrieb verbrauchtes Aktivat kontinuierlich durch einen Teilstrom an Pyrolysat oder Autoaktivat ersetzt wird, so dass kein Aktivat von außen zugegeben werden und so vorteilhaft die Verweildauer der Flüchtigen in dem freien Gasraum außerhalb der Schüttung minimiert werden kann.
In einer wiederum weiteren bevorzugten Variante der vorstehenden Ausführungsform ist die Austragsleitung konzentrisch im Reaktor angeordnet, was für die technische Ausführung vorteilhaft ist, da die Austragsleitung durch ein Lager des Drehrohres oder durch die Schneckenseele geführt werden kann.
In einer wiederum anderen bevorzugten Variante der vorstehenden Ausführungsform wird die Austragsleitung durch die Wand des Reaktors geführt und im Falle eines Drehrohrreaktors in einer Rohrschlange oder einem Kanal um diesen herum bis zur koaxialen Ableitung an einer Lagerstelle geführt, was zum Vorteil hat, dass die Abmessung des Konverters nicht durch die Abmessung des Reaktors limitiert ist und somit höhere Verweilzeiten der Stoffe im Konverter erzielt werden können, was für die Degradation der Teere der Flüchtigen vorteilhaft ist.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in Kombinationen miteinander verwendet werden.
Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.
In der 1 ist in schematischer Darstellung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen thermischen Vergasers sowie die Hauptkomponenten eines solchen abgebildet.
Dieser besteht

– aus einem Pyrolysereaktor 10, der von einer außenseitig angebrachten Heizvorrichtung 40 umgeben ist, mit einer Eintrittsöffnung 11, durch die der Brennstoff an der vorderen Seite des Pyrolysereaktors 10 zugeführt wird, und einer Austrittsöffnung 12, durch die das Pyrolysat und die Flüchtigen an der hinteren Seite des Pyrolysereaktors 10 abgeführt werden,
– einem Vergasungsreaktor 20, mit einer Durchgangsöffnung 21 an der vorderen Seite desselben, durch die das Pyrolysat in den Vergasungsreaktor 20 eintritt und durch die Vergasungsgas aus dem Vergasungsreaktor 20 austreten kann, einer oder mehrerer Eintrittsöffnungen 23 durch die das Vergasungsmittel an einer der Durchgangsöffnung 21 im Wesentlichen abgewandten Seite des Vergasungsreaktors 20 in denselben gelangt, und einer Austrittsöffnung 22 durch die die Asche aus dem Vergasungsreaktor 20 abgeleitet wird, versehen ist,
– und einem Konverter 30 mit einer Eintrittsöffnung 31 an der Stelle, wo Stoff von dem Pyrolysereaktor 10 in den Vergasungsreaktor 20 überführt wird, durch die die Flüchtigen in den Konverter 30 gelangen, ein darin befindliches Schüttbett, das von den Flüchtigen durchströmt wird, und eine Austrittsöffnung 32, durch die die Gase den Konverter 30 verlassen, ohne dass die Flüchtigen den Vergasungsreaktor 20 passieren.

Das Pyrolysat, das aus dem Pyrolysereaktor 10 austritt, wird direkt oder durch den Konverter 30 in den Vergasungsreaktor 20 überführt.
In 2 ist in schematischer Darstellung eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zum Betrieb eines erfindungsgemäßen thermischen Vergasers dargestellt.
In dargestellter vorteilhafter Weiterbildung wird eine erste exotherm reagierende Vergasungsmittelkomponente in einem Wärmeübertrager 43 auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt, in einen Verdampfer oder Sättiger 44 geleitet, in den zudem eine endotherm reagierende flüssige zweite Vergasungsmittelkomponente, insbesondere Wasser, eingeleitet wird, die unter Abkühlung der ersten Vergasungsmittelkomponente verdampft, bis das Gemisch beider Vergasungsmittelkomponenten soweit abgekühlt ist, dass sich die Sättigungstemperatur zumindest nahezu eingestellt hat, und im Weiteren die mit der zweiten Vergasungsmittelkomponente gesättigte erste Vergasungsmittelkomponenten in einem Wärmeübertrager 45 zumindest soweit aufgeheizt wird, dass bis zur Einleitung des Vergasungsmittelgemisches durch die Eintrittsöffnungen 23 in den Vergaser 20 keine Kondensation der zweiten Vergasungsmittelkomponente stattfindet.
Im Weiteren verläuft der Prozess wie vorstehend beschrieben.
In 3 ist als Skizze ein erfindungsgemäßer thermischer Vergaser abgebildet, in dem der Pyrolysereaktor 10, der Vergasungsreaktor 20 und der Konverter 30 Zonen oder Apparateteile des Gesamtapparates sind.
In dem Pyrolysereaktor 10 bildet sich eine Reaktionszone 50 aus, durch die der Brennstoff mittels einer, mit einem Antrieb 41 versehenen, Vorrichtung 14 zur Bewegung des Brennstoffbettes 51 von der Eintrittsöffnung 11 in oder nahe einer vorderen Stirnseite 16 durch die Reaktionszone 50 in die Austrittsöffnung 12 gefördert wird, wobei die Vorrichtung 14 je nach Ausführungsform ein eigenes technisches Teil, wie z. B. eine Förderschnecke, oder auch in Verbindung mit einer Neigung der Reaktor selbst sein kann, wie z. B. beim Drehrohrreaktor.
In dem Vergasungsreaktor 20, der wie der Pyrolysereaktor 10 mit einer Heizvorrichtung 40 umgeben ist, bildet sich von der Eintrittsöffnung 23 ausgehend gegen die Translationsbewegung des Schüttbettes 53 eine Hauptreaktionszone 52 aus, in der im Wesentlichen im Gegenstrom das Pyrolysat mit dem Vergasungsmittel reagiert, so dass der ausreagierte feste Rest durch die Austrittsöffnung 22 abgezogen wird und das Vergasungsgas durch die Durchtrittsöffnung 21 aus der Zone oder dem Apparateteil Vergasungsreaktor austritt.
Die Flüchtigen und das Vergasungsgas treten zusammen mit einem Teilstrom des Pyrolysats, welcher durch die Vorrichtung 18 angehoben wird, durch die Eintrittsöffnung 31 in den Konverter 30 ein, wobei das Pyrolysat im Konverter 30 ein Schüttbett 54 bildet, im Kontakt mit diesem die Flüchtigen und das Vergasungsgas reagieren, und die Gase durch die Austrittsöffnung 32 strömen, vor der eine Vorrichtung 33 zur Stützung des Schüttbetts angebracht ist.
In 4 ist als Skizze eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers abgebildet, bei dem der Pyrolysereaktor 10 ein eigenständiger Apparat ist und der Vergasungsreaktor 20 und der Konverter 30 Zonen oder Apparateteile eines gemeinsamen Apparates sind.
Die Pyrolyse verläuft in dem Pyrolysereaktor 10 wie vorstehend beschrieben, jedoch treten Flüchtige und Pyrolysat durch eine Rohrleitung 19 und ein Einleitungsbauteil 42 in den gemeinsamen Apparat aus Vergasungsreaktor 20 und Konverter 30 derart ein, dass das Pyrolysat nach unten auf das Schüttbett 53 in dem Vergasungsreaktor 20 fällt und die Flüchtigen nach oben in den Konverter 30 strömen.
In dem Vergasungsreaktor 20 wird das Vergasungsmittel derart durch die Eintrittsöffnungen 23 und anschließende Leitungen oder Düsen 24 in das Schüttbett 53 eingeleitet, dass sich dieses rotierend oder rotierend und wabernd in Bewegung setzt und sich eine Hauptreaktionszone 52 in dem Schüttbett 53 ausbildet, in der das Pyrolysat im Wesentlichen im Gegenstrom mit dem Vergasungsmittel reagiert.
Der ausreagierte Rest, z. B. das Aktivat oder die Asche, wird nach unten durch die Austrittsleitung 22 abgezogen, während das Vergasungsgas zusammen mit den Flüchtigen aus der Pyrolyse durch die Eintrittsöffnung 31 in den Konverter 30 strömt, in welchem Flüchtige und Vergasungsgas durch ein von einer Stützvorrichtung 33 gestütztes Schüttbett 54, das durch eine Aufgabeöffnung 37 ein- oder nachgefüllt werden kann, strömen, und die Gase durch eine Austrittsöffnung 32 ausströmen.
In 5 ist als Skizze eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers abgebildet, bei dem, wie zuvor, der Pyrolysereaktor 10 ein eigenständiger Apparat ist und der Vergasungsreaktor 20 und der Konverter 30 Zonen oder Apparateteile eines gemeinsamen Apparates sind, wobei allerdings das Pyrolysat durch den Konverter 30 in den Vergasungsreaktor 20 gelangt.
Das Pyrolysat und die Flüchtigen treten durch eine Austrittsöffnung 12 aus dem Pyrolysator 10 aus und durch eine Eintrittsöffnung 31 in den Konverter 30 ein, wo das Pyrolysat ein Schüttbett 54 ausbildet, das durch die Flüchtigen durchströmt wird und in dem das Pyrolysat durch das mit den Flüchtigen mitgeführte Wasser und Kohlendioxid aktiviert wird.
Aus dem unter dem Konverter 30 befindlichem Vergaser 20, in dem die Vergasung wie zuvor beschrieben abläuft, tritt das Vergasungsgas ohne aus dem Schüttbett 53 auszutreten durch die Durchgangsöffnung 21 aus dem Vergaser 20 aus und durch die Durchgangsöffnung 38 in den Konverter ein und die Gase treten durch den Ringkanal 56, der durch einen Einbau gebildet wird, und die Austrittsöffnung 32 aus dem Konverter 30 aus.
In 6 ist als Skizze eine wiederum andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermischen Vergasers abgebildet, bei dem Pyrolysereaktor 10, Vergasungsreaktor 20 und Konverter 30 jeweils einzelne Apparate sind.
Die Pyrolyse und Vergasung verlaufen wie vorstehend beschrieben, jedoch tritt Aktivat mit einem Teilstrom an Vergasungsgas aus einer Austrittsöffnung 26 durch eine Rohrleitung 27 und eine Eintrittsöffnung 34 vom Vergasungsreaktor 20 in den Konverter 30 derart ein, dass Aktivat und Vergasungsgas durch einen Umlenkabscheider 36 auf dem Umfang verteilt, die Gasströmung beruhigt und durch die Umlenkung eine Trennung von Gas und mit dem Gasstrom mitgetragenem Feststoff erfolgt, so dass das Aktivat nach unten fallend das Schüttbett 54 bildet und das Vergasungsgas sich mit dem Konvertergas aus dem ersten Schüttbett mischt und nach oben durch ein zweites Schüttbett 55 des Konverters 30 geleitet wird.
Die Flüchtigen, die reich an Teeren sind, und der Reststrom an Vergasungsgas treten durch ein Einleitungsbauteil 42 und eine Eintrittsöffnung 31 in den Konverter 30 ein, wo sie durch das von einer Stützvorrichtung 33 gestützte Schüttbett 54 strömen, sich oberhalb des Schüttbetts 54 mit dem vorgenannten Teilstrom an Vergasungsgas, der arm an Teeren ist, vereinigen und durch ein weiteres durch eine Stützvorrichtung 35 gestütztes Schüttbett 55, das aus Aktivat, welches durch eine Aufgabeöffnung 37 aufgegeben wird, gebildet wird, strömen.
Die Gase verlassen anschließend den Konverter 30 durch eine Austrittsöffnung 32, was insgesamt zur Folge hat, dass die stark mit Teer beladenen Flüchtigen eine größere Verweilzeit im Konverter 30 haben, als dies bei dem wenig mit Teer beladenem Vergasungsgas der Fall ist.
Die Pyrolyse und Aktivierung oder Vergasung des Brennstoffs sowie die Teerkonversion läuft im erfindungsgemäßen thermischen Vergaser wie folgt ab:
Im erfindungsgemäßen thermischen Vergaser können sämtliche kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, die bei der Pyrolyse ein schüttfähiges Pyrolysat bilden, wie z. B. Kohle, Slurry, Holz, Energiepflanzen, nachwachsende Rohstoffe, biogene Rest- und Abfallstoffe, Klär- und Faulschlämme und Mischungen aus und mit diesen, pyrolysiert und vergast werden.
Dabei spielt der Zustand, z. B. die Feuchte oder Korngrößenverteilung der Brennstoffe oder die Kontaminierung mit ölen, Fetten und Teeren, keine oder nur eine untergeordnete Rolle, da der erfindungsgemäße thermische Vergaser auch feuchte und inhomogene Brennstoffe sehr gut und wirtschaftlich vergasen kann.
Auch können beispielsweise Haushaltsabfälle oder andere reaktionsfähige kohlenstoffhaltige Materialien in dem erfindungsgemäßen thermischen Vergaser als Brennstoff oder als Beimengung mit vorzugsweise bis zu 50% eingesetzt werden, und auch eine Verunreinigung des Brennstoffs mit flüssigen Brennstoffen oder mit nichtreaktionsfähigem Material, wie beispielsweise Metallen, ist bis zu einem Anteil von 25% unschädlich für die Vergasung, wenn die Schütffähigkeit des Gemisches erhalten bleibt, da diese entweder vollständig umgesetzt oder nach der Vergasung des eigentlichen Brennstoffs wieder ausgetragen werden.
Somit können in dem erfindungsgemäßen thermischen Vergaser auch Stoffe oder Mischungen aus verschiedenen Stoffen als Brennstoff verwendet werden, die in autothermen oder allothermen Vergasern nach dem Stand der Technik sowie in Feuerungsanlagen evtl. nicht als Brennstoff geeignet sind.
Die schüttfähigen Brennstoffe werden in einem Vorrats- oder Vorlagebehälter gelagert und über eine Zuführleitung, eine oder mehrere Schleusen und ggf. eine weitere Zuführleitung durch die Eintrittsöffnung 11 in den Pyrolysereaktor 10 gebracht.
Der Pyrolysereaktor 10 wird über eine Heizvorrichtung 40 derart beheizt, dass die thermische Energie durch die Wand des Pyrolysereaktors 10 zugeführt wird, ohne dass ein Rauchgas in den Prozessraum gelangt und dass sich so im Pyrolysereaktor eine heiße Reaktionszone 50 ausbildet, in der eine maximale Temperatur von 450°C bis 950°C, vorzugsweise 750°C, vorherrscht.
Der Pyrolysereaktor 10 ist mit einer mit einem Antrieb 41 versehenen Vorrichtung 14 ausgestattet, durch die das Brennstoffbett 51 zwangsbewegt und von einer vorderen Stirnseite 16 durch die Reaktionszone 50 des Pyrolysereaktors 10 transportiert wird, wobei die Brennstoffe und ggf. Zuschlagstoffe ohne Zugabe von Luft erhitzt werden, trocknen, ggf. verdampfen und in der Reaktionszone 50 pyrolysieren, so dass sich ein festes Pyrolysat und gasförmige flüchtige Bestandteile bilden.
Das Pyrolysat und die Flüchtigen verlassen den Pyrolysereaktor 10 gemeinsam durch die Austrittsöffnung 12, woraufhin die Flüchtigen durch die Eintrittsöffnung 31 in den Konverter 30 und durch das im Konverter gebildete Schüttbett 54 aus Aktivat strömen und so in diesem an der Aktivatoberfläche in heterogenen Reaktionen mit dem Promotor Aktivat die Teere degradiert und im Wesentlichen zu Gasen abgebaut werden, während das Pyrolysat ggf. nach Durchgang durch den Konverter 30 durch die Durchgangsöffnung 21 in den Vergasungsreaktor 20 gelangt und dort im Wesentlichen im Gegenstrom mit dem durch die Eintrittsöffnungen 23 zugeführten Vergasungsmittel in der Hauptreaktionszone 52 zur Reaktion gebracht wird.
In der Hauptreaktionszone 52 reagiert das Pyrolysat durch teilweise Vergasung zu einem Aktivat definierter Eigenschaften und zu einem Vergasungsgas oder im Wesentlichen bis auf die anorganischen Bestandteile vollständig oder nahezu vollständig zu einem Vergasungsgas, welches ganz oder teilweise durch die Durchgangsöffnung 21 aus dem Vergasungsreaktor 20 austritt und in den Konverter 30 geleitet wird.
In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird durch die Eintrittsöffnungen 23 ein Gemisch aus mindestens zwei Vergasungsmitteln zugegeben, von denen eines mit dem Kohlenstoff des Pyrolysats exotherm reagiert und ein zweites mit dem Kohlenstoff des Pyrolysats endotherm reagiert, so dass durch das Mischungsverhältnis die Reaktionstemperatur in der Hauptreaktionszone 52 des Vergasers 20 eingestellt werden kann, so dass diese Reaktionstemperatur zwischen 750°C und 1200°C, bevorzugt 900°C, beträgt.
In einer weiterhin vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist die exotherm reagierende Vergasungsmittelkomponente Luft und die endotherm reagierende Vergasungsmittelkomponente Wasserdampf.
In einer wiederum vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Mischungsverhältnis der exotherm reagierenden Vergasungsmittelkomponente Luft und der endotherm reagierenden Vergasungsmittelkomponente Wasser dadurch eingestellt, dass die Luft auf eine vom Mischungsverhältnis abhängige Temperatur aufgeheizt wird, die heiße Luft in einem Verdampfer oder Sättiger 44 mit Wasser in Kontakt gebracht wird, so dass sich eine Sättigung der Luft mit Wasser einstellt, ggf. eine Abkühlung auf die dem Mischungsverhältnis entsprechende Sättigungstemperatur erfolgt und anschließend das Vergasungsmittelgemisch aus Luft und Wasser zumindest soweit aufgeheizt wird, dass bis zum Eintritt durch die Eintrittsöffnungen 23 in den Vergasungsreaktor 20 keine Kondensation durch thermische Verluste auftritt.
In einer weiter vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Aufheizung der exotherm reagierenden Vergasungsmittelkomponente Luft durch Abkühlung des Konvertergases oder des Vergasungsgases oder einer Mischung aus Konvertergas und Vergasungsgas in einem Gas-Gas-Wärmeübertrager 43 realisiert.
In einer wiederum vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird auch die Aufheizung des Vergasungsmittelgemisches aus Luft und Wasser durch Abkühlung des Konvertergases oder des Vergasungsgases oder einer Mischung aus Konvertergas und Vergasungsgas in einem Gas-Gas-Wärmeübertrager 45 derart realisiert, dass sich eine Vergasungsmitteltemperatur zwischen 100°C und 750°C, bevorzugt 500°C, ergibt.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird bei geeignetem Brennstoff das Vergasungsmittel durch die Eintrittsöffnungen 23 und anschließende Düsen 25 derart in den Vergasungsraum 24 eingebracht, dass durch den eingebrachten Impuls das Schüttbett 53 aus Pyrolysat in Bewegung versetzt wird, so dass sich in der Hauptreaktionszone 52 ein rotierendes ggf. waberndes Schüttbett 53 ausbildet, das sich durch eine sehr gute Durchmischung von Gas und Feststoff auszeichnet und somit die Vergasungsreaktionen positiv beeinflusst.
Zur Degradation der Teere im Konverter 30 ist ein Schüttbett 54 aus Aktivat notwendig, wobei das Aktivat abhängig vom Brennstoff aus dem Pyrolysat desselben durch Aktivierung auch im Prozess selbst als Autoaktivat gewonnen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist bei geeignetem Brennstoff und hinreichend hoher Reaktionstemperatur im Pyrolysereaktor 10 das Vergasungsgas frei von Teer, so dass dieses nicht vollständig das Schüttbett 54 des Konverters 30 passieren muss und durch eine Durchgangsöffnung 21 oder Austrittsöffnung 26 aus dem Vergasungsreaktor 20 austritt, ggf. durch eine thermisch isolierte Leitung 27 geleitet wird und durch eine Eintrittsöffnung 34 in den Konverter 30 auf der der Anströmung durch die Flüchtigen abgewandten Seite außerhalb oder in einer äußeren Schicht des Schüttbetts 54 eintritt und ggf. mit Aktivat ein Wirbelbett 55 außerhalb des Schüttbettes 54 bildet oder durch ein weiteres Schüttbett 55 geleitet wird, damit die Verweilzeit der teerhaltigen Flüchtigen im Schüttbett 54 nicht oder nicht wesentlich verkürzt wird oder das Schüttbett 54 kleiner dimensioniert werden kann und damit effektiver und mit weniger Verlusten unabhängig von der Betriebsweise des Vergasers betrieben werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird bei geeignetem Brennstoff ein Teilstrom des aus der Austrittsöffnung 12 des Pyrolysereaktors 10 austretenden Pyrolysats oder ein Teilstrom des aktivierten Pyrolysats aus der Hauptreaktionszone 52 des Vergasers 20 in den Konverter 30 gebracht, um das Schüttbett 54 zu bilden oder nachzufüllen, so dass der Bedarf an von außen zuzuführendem Betriebsstoff Aktivat minimiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird bei besonders geeigneten Brennstoffen der gesamte aus der Austrittsöffnung 12 des Pyrolysereaktors 10 austretende Pyrolysatstrom durch den Konverter 30 geführt werden, um in ihm das Schüttbett 54 zu bilden und anschließend in den Vergasungsreaktor 20 zur Vergasung geleitet zu werden, so dass die Teilung des Pyrolysatstromes vermieden werden kann und im Betrieb kein Aktivat zugeführt werden muss.

10: Pyrolysereaktor
11: Eintrittsöffnung für Brennstoff in den Pyrolysereaktor
12: Austrittsöffnung für Flüchtige und Pyrolysat aus dem Pyrolysereaktor
14: Vorrichtung zur Bewegung des Brennstoffbettes
16: Vordere Stirnseite des Pyrolysereaktors
18: Vorrichtung zum Anheben des Pyrolysats
19: Rohrleitung
20: Vergasungsreaktor
21: Durchgangsöffnung am Vergasungsreaktor
22: Austrittsleitung für Feststoff aus dem Vergasungsreaktor
23: Zuleitung für Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor
24: Düse oder Leitung für Vergasungsmittel
26: Austrittsöffnung aus dem Vergasungsreaktor
27: Rohrleitung vom Vergaser zum Konverter
30: Konverter
31: Eintrittsöffnung in den Konverter
32: Austrittsöffnung aus dem Konverter
33: Stützvorrichtung für Schüttbett im Konverter
34: Eintrittsöffnung in den Konverter
35: Stützvorrichtung für Schüttbett im Konverter
36: Umlenkabscheider im Konverter
37: Aufgabeöffnung für Aktivat
38: Durchgangsöffnung am Konverter
40: Heizvorrichtung
41: Antrieb
42: Einleitungsbauteil
43: Wärmeübertrager
44: Verdampfer
45: Wärmeübertrager
50: Reaktionszone in dem Pyrolysereaktor
51: Brennstoffbett in dem Pyrolysereaktor
52: Hauptreaktionszone in dem Vergasungsreaktor
53: Schüttbett in dem Vergaser
54: Schüttbett in dem Konverter
55: Schütt- oder Wirbelbett in dem Konverter
56: Ringkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006019452 A1 [0007, 0008, 0010]
- DE 102006013617 A1 [0009, 0010]
- DE 10258640 A1 [0011, 0012]
- DE 102004024672 B4 [0014, 0016]

Claims

Thermischer Vergaser bestehend aus – einem durch eine Heizvorrichtung (40) indirekt beheizten Pyrolysereaktor (10) mit einer Vorrichtung (14) zum zwangsbewegten Vorschub eines Brennstoffbettes (51) von einer Eintragsöffnung (11) durch eine Reaktionszone (50) zu einer Austrittsöffnung (12), – einem Vergasungsreaktor (20) mit einer Durchgangsöffnung (21) zum Eintrag von Feststoff, mit Eintrittsöffnungen (23) für Vergasungsmittel und einer Auslassöffnung für Reststoffe (22) an einer der Öffnung (21) abgewandten Seite und – einem Konverter (30), der mindestens ein Schüttbett (54) enthält, der eine Eintrittsöffnung (31) an einer Stelle in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung (12) des Pyrolysereaktors (10) oder einer an diese angeschlossenen Rohrleitung (19) besitzt und der mit dem wesentlichen Teil seines Querschnitts oder zumindest mit derselben Eintrittsöffnung (31) in unmittelbarer Nähe der Durchgangsöffnung (21) des Vergasungsreaktors (20) oder eines an diese angeschlossenen Einleitungsbauteils (42) mit diesem in Strömungsverbindung steht.
Thermischer Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorrichtung (14) mit dem Vorschub eine gleichzeitige Radial- oder Quervermischung des Brennstoffbettes (51) erfolgt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) eine ein- oder mehrwellige Schnecke oder Archimedische Schraube ist.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung (40) weitere Apparate des thermischen Vergasers, insbesondere den Vergasungsreaktor (20), umfasst.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Austragsleitung für Gas und Feststoff innerhalb des Apparateteils, der den Vergasungsreaktor (20) darstellt, liegt und den Konverter (30) darstellt.
Thermischer Vergaser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Austragsleitung für Gas und Feststoff innerhalb der Beheizung (40) liegt und den Konverter (30) darstellt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (10) in Förderrichtung aufwärts geneigt ist.
Thermischer Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) ein in Förderrichtung abwärts geneigtes Drehrohr ist und somit zumindest in einer vorderen Zone den Pyrolysereaktor (10) darstellt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Vergaser mindestens zwei Vorrichtungen (14), enthält, die derart angeordnet sind, dass der Feststoff nach Austritt aus dem mit einer ersten Vorrichtung (14) versehenen Bereich in einen mit einer zweiten Vorrichtung (14) versehenen Bereich durch Schwerkraft gelangt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrolysat aus dem Pyrolysereaktor (10) aus einer Austrittsöffnung (12) durch eine Eintrittsöffnung (31) aufgrund der Schwerkraft in den Konverter (30) und von diesem durch eine Durchgangsöffnung (38) und eine Durchgangsöffnung (21) aufgrund der Schwerkraft in den Vergasungsreaktor (20) gebracht wird.
Thermischer Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Pyrolysat aus dem Pyrolysereaktor (10) aus einer Austrittsöffnung (12) durch eine Durchgangsöffnung (21) aufgrund der Schwerkraft in den Vergasungsreaktor (20) gebracht wird und Pyrolysat durch eine Fördereinrichtung in den Konverter (30) gebracht wird.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsgas durch Vorrichtungen (24) in das Schüttbett (53) im Vergasungsreaktor (20) eingeleitet wird, die im Anschluss an Eintrittsöffnungen (23) angebracht sind und die Austrittsöffnungen für das Vergasungsgas in im Wesentlichen tangentialer Ausrichtung besitzen.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vergasungsmittel durch Reihung mindestens je eines Wärmeübertragers (43), eines Verdampfers (44), der ein Sprüh- oder Rieselverdampfer ist, und eines weiteren Wärmeübertragers (45) durch die Zuleitungen für Vergasungsmittel (23) in den Vergasungsreaktor (20) gebracht wird.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (30) sich über dem Vergasungsreaktor (20) befindet und Pyrolysat und Flüchtige aus der Austrittsöffnung 12 direkt oder durch eine angeschlossene Rohrleitung (19) unterhalb einer Stützvorrichtung (33) und oberhalb des Schüttbettes 53 durch einen Einleitungsbauteil (42), das einen Umlenkabscheider darstellt, das den Gas-Feststoffstrom aus Flüchtigen und Pyrolysat nach unten lenkt, eingebracht werden, so dass die Flüchtigen nach oben in das Schüttbett (54) des Konverters (30) geleitet werden und das Pyrolysat nach unten auf das Schüttbett 53 im Vergasungsreaktor (20) fällt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aktivat und Vergasungsgas aus dem Vergasungsreaktor (20) durch eine Austrittsöffnung (26) direkt oder durch eine angeschlossene Rohrleitung 27 durch eine Eintrittsöffnung (34) oberhalb des Schüttbettes (54) durch einen Umlenkabscheider (36), der den Gas-Feststoffstrom aus Vergasungsgas und Aktivat nach unten lenkt, in den Konverter eingebracht werden, so dass das Vergasungsgas nach oben in das Schutt- oder Wirbelbettbett (55) geleitet wird und das Aktivat nach unten auf das Schüttbett (54) fällt.
Thermischer Vergaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützvorrichtung (33) im Schüttbett (54) einen Ringkanal (56) bildet, durch den die Flüchtigen nach Durchgang eines oberen Teils des Schüttbettes (54) und das Vergasungsgas nach Durchgang eines unteren Teils des Schüttbettes (54) austreten.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers, bei dem Brennstoffe zuerst in einen Pyrolysereaktor (10), das im Pyrolysereaktor (10) entstehende Pyrolysat mittelbar oder unmittelbar in einen Vergasungsreaktor (20) und die im Pyrolysereaktor (10) entstehenden Flüchtigen und das im Vergasungsreaktor (20) entstehende Vergasungsgas in einen Konverter (30) gebracht werden und dort jeweils unter Wärmeeinwirkung gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennstoffe mittels einer Vorrichtung zur Bewegung des Brennstoffbettes (14) im Wesentlichen im Gleichstrom mit den unter Wärmeeinwirkung in dem durch eine Heizvorrichtung (40) indirekt beheizten Pyrolysereaktor (10) durch Pyrolyse entstehenden Flüchtigen durch den Pyrolysereaktor (10) bewegt werden, – das entstandene Pyrolysat in einem Vergasungsreaktor (20) derart mit gasförmigen Reaktanden aktiviert oder vergast wird, dass das Vergasungsmittel im Bereich fortschreitenden Abbrands durch Zuleitungen für Vergasungsmittel (23) in ein Schüttbett (53) zugegeben wird und sich die Hauptreaktionszone (52) im Wesentlichen in Richtung geringeren Abbrandes hin ausbreitet, und – die Flüchtigen und das Vergasungsgas in einen Konverter (30) mit einem Schüttbett (54) aus Aktivat gebracht werden und die Flüchtigen an der Oberfläche des als Promotor wirkenden Aktivats in der Summe exotherm reagieren sowie Bestandteile der Flüchtigen und des Vergasungsgases mit dem Aktivat in Vergasungsreaktionen reagieren.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffe mittels einer Vorrichtungen (14) axial bei gleichzeitiger Radial- oder Quervermischung durch die Pyrolysezone (50) transportiert werden.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Pyrolyse in der Pyrolysezone (50) entstandene Pyrolysat durch Schwerkraft in eine Zone fällt, wo es im Schüttbett mittels mindestens einer weiteren Vorrichtung (14) axial bei gleichzeitiger Radial- oder Quervermischung bewegt wird und in dieser Zone weiterhin Pyrolyse oder Vergasung stattfindet.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei unzureichenden Oberflächeneigenschaften des Eigenaktivats Aktivat, das bei anderen Betriebsbedingungen, aus anderen Edukten oder in anderen Prozessen hergestellt wurde, mit dem Brennstoff in den Pyrolysereaktor (10) und damit im Weiteren Verlauf in den Konverter (30) und den Vergasungsreaktor (20) eingebracht wird.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei unzureichenden Oberflächeneigenschaften des Eigenaktivats Aktivat, das bei anderen Betriebsbedingungen, aus anderen Edukten oder in anderen Prozessen hergestellt wurde, direkt in den Konverter (30) eingebracht wird.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das im Pyrolysator (10) entstehende Pyrolysat durch einen Konverter (30), in dem es ein Schüttbett (54) bildet und in dem es durch Reaktion mit Wasserdampf und Kohlendioxid als Bestandteile der Flüchtigen ein Autoaktivat bildet, in den Vergasungsreaktor (20) zur weiteren Aktivierung oder Vergasung geleitet wird.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Hauptreaktionszone (52) im Vergasungsreaktor (20) dadurch eingestellt wird, dass das Vergasungsmittel aus einem Gemisch aus mindestens zwei Vergasungsmitteln besteht, von denen eines mit dem Kohlenstoff des Pyrolysats exotherm reagiert und ein zweites mit dem Kohlenstoff des Pyrolysats endotherm reagiert, so dass durch das Mischungsverhältnis die Reaktionstemperatur in der Hauptreaktionszone (52) des Vergasers (20) eingestellt werden kann, so dass diese Reaktionstemperatur zwischen 750°C und 1200°C, bevorzugt 900°C, beträgt.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherm reagierende Vergasungsmittelkomponente Luft und die endotherm reagierende Vergasungsmittelkomponente Wasser ist.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der Luft und des Wassers dadurch eingestellt wird, dass die Luft auf eine vom Mischungsverhältnis abhängige Temperatur aufgeheizt wird, die heiße Luft mit Wasser in Kontakt gebracht wird, so dass sich eine Sättigung der Luft mit Wasser einstellt, und anschließend das Vergasungsmittelgemisch aus Luft und Wasser direkt oder nach Abkühlung auf die dem Mischungsverhältnis entsprechende Sättigungstemperatur zumindest soweit aufgeheizt wird, dass bis zum Eintritt durch die Eintrittsöffnungen (23) des Vergasungsreaktors (20) keine oder keine weitere Kondensation aufgrund thermischer Verluste auftritt.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Vergasungsmittels, das auch ein Gemisch aus mehreren Vergasungsmittelkomponenten sein kann, auf eine Vergasungsmitteltemperatur zwischen 100°C und 750°C, bevorzugt 500°C, durch Abkühlung des Konvertergases oder des Vergasungsgases oder einer Mischung aus Konvertergas und Vergasungsgas in einem Gas-Gas-Wärmeübertrager erfolgt.
Verfahren zum Betrieb eines thermischen Vergasers nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schüttbett (53) aus Pyrolysat oder Aktivat durch die Zuströmung eines Vergasungsmittels durch Zuleitungen (23) und anschließende Düsen (24) und den durch diese Zuströmung eingebrachten Impuls in Bewegung versetzt wird, so dass sich in der Hauptreaktionszone (52) ein rotierendes oder rotierendes und waberndes Schüttbett (53) ausbildet.