DE102008062811A1

DE102008062811A1 - Gasaufbereitungseinrichtung und Gasaufbereitungsverfahren

Info

Publication number: DE102008062811A1
Application number: DE102008062811A
Authority: DE
Inventors: Peter Lutz
Original assignee: Bekon Energy Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Bekon Energy Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-11-04
Also published as: US20110287527A1; EP2519613A2; WO2010072818A3; WO2010072818A2

Abstract

Es wird eine Gasaufbereitungseinrichtung und ein Gasaufbereitungsverfahren zur Verfügung gestellt, durch das der Anteil von Teer in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht, vermindert wird. Das bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe entstehende Produkt- oder Synthesegas ist in der Regel stark mit Teer belastet. Dieses mit Teer belastete Produktgas wird einem Trägersubstrat ausgesetzt, das Träger von Bakterien ist, die Teer abbauen. Hierfür eignen sich insbesondere Bakterien, wie sie in Biogas erzeugenden Prozessen vorkommen. Die in dem Trägersubstrat enthaltenen Bakterien wandeln wenigstens einen Teil der in dem Produktgas enthaltenen Teere und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) in technisch unproblematische, kürzerkettige Kohlenwasserstoffverbindungen und Methan um, so dass deren Anteil in dem das Trägersubstrat verlassenden Produktgas verringert ist. Das Trägersubstrat dient daher der bakteriellen Gasaufbereitung. Auf diese Weise kann die Teerlast in einem Synthese- oder Produktgas auf einfache und kostengünstige Weise reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasaufbereitungseinrichtung und ein Gasaufbereitungsverfahren zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht.
Die thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen und speziell die Holzvergasung ist eine verfahrenstechnisch genutzte chemische Reaktion, die es ermöglicht, durch Pyrolyse, d. h. der thermischen Spaltung chemischer Verbindungen, oder Teilverbrennung unter Luftmangel aus den kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen ein brennbares Produktgas, im Falle von Holz das so genannte Holzgas, zu gewinnen. Holzgas wurde und wird unter anderem dazu benutzt, Kraftfahrzeuge oder Verbrennungsmotoren, die mit einem Generator gekoppelt sind, der wiederum Strom erzeugt, zu betreiben. Bei der Vergasung wird dem als Brennstoff dienenden Holz eine unterstöchiometrische Menge an Oxidationsmittel (meistens Luft, seltener Wasserdampf) zugeführt. Dabei verbrennt ein Teil des Holzes. Die so erzeugte Wärme wird für die thermische Zersetzung der restlichen Holzmenge verwendet. Das bei der Vergasung erzeugte Holzgas liefert im Wesentlichen ein Gasgemisch aus Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Wasserdampf, Methan (CH₄) und Luftstickstoff (N₂). Auch aus Kohle lässt sich mittels thermischer Vergasung ein brennbares Gas gewinnen.
Ein Nachteil ergibt sich daraus, dass als Folge einer unvollständigen Vergasung das Produktgas/Holzgas noch mehr oder weniger große Mengen unerwünschter Teerverbindungen (höher siedende Kohlenwasserstoffe) und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) enthält.
Bei der Verwendung mit einem Gas-Otto-Motor beispielsweise beeinträchtigen diese Verbindungen durch Kondensation und insbesondere durch Resublimation die Funktionsfähigkeit des Gaszuführsystems (Mischer, Ventile, Messfühler). Auch führt die Verbrennung des mit Teer belasteten Holzgases leicht zu einer Überschreitung der in der TA Luft festgelegten Abgasgrenzwerte von Motoranlagen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasaufbereitungseinrichtung und ein Gasaufbereitungsverfahren bereitzustellen, durch die/das der Teeranteil in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht, verringert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11 gelöst.
Das bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe entstehende Produkt- oder Synthesegas ist in der Regel stark mit Teer belastet. Dieses mit Teer belastete Produktgas wird einem Trägersubstrat ausgesetzt, das Träger von Bakterien ist, die Teer abbauen. Hierfür eignen sich insbesondere Bakterien, wie sie in Biogas erzeugenden Prozessen vorkommen. Die in dem Trägersubstrat enthaltenen Bakterien wandeln wenigstens einen Teil der in dem Produktgas enthaltenen Teere und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) in technisch unproblematische, kürzerkettige Kohlenwasserstoffverbindungen und Methan um, so dass deren Anteil in dem das Trägersubstrat verlassenden Produktgas verringert ist. Das Trägersubstrat dient daher der bakteriellen Gasaufbereitung. Auf diese Weise kann die Teerlast in einem Synthese- oder Produktgas auf einfache und kostengünstige Weise reduziert werden.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, dass ein Großteil der Bakterien in dem Trägersubstrat mit dem mit Teer belasteten Produktgas in Berührung kommen.
Füllkörper, wie sie aus der Verpackungstechnik bekannt sind, stellen ein kostengünstiges Trägersubstrat dar. Der Füllkörper kann ein monolithisch durchströmbarer Körper sein oder aus einer Vielzahl von Füllkörpern bestehen – Anspruch 2, 12.
Eine Schüttung stellt eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung für ein Trägersubstrat dar – Anspruch 3.
Durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 5 bzw. 13 wird die Schüttung mit den Teer abbauenden Bakterien auf einfache Weise bereitgestellt. Verbrauchte Biomasse aus einer Biogasanlage enthält hauptsächlich Bakterien die Biomasse abbauen können, aber auch Bakterien die Teer abbauen können. Da in der erfindungsgemäßen Gasaufbereitungseinrichtung keine frische Biomasse, sondern vor allem Teere „angeboten” werden, vermehren sich die Teer abbauenden Bakterien, während der Anteil der nicht Teer abbauenden Bakterien sinkt. Damit werden geeigneten Bakterien automatisch aus dem Bakteriencocktail selektiert und angereichert. Als mit Teer abbauenden Bakterien beladenes Trägersubstrat eignet sich auch die in einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation „verbrauchte” Biomasse der organischen Fraktion des Hausmülls. Diese verbrauchte Biomasse ist ohnehin schon so sehr mit Schadstoffen belastet, dass eine Entsorgung durch Kompostierung nicht ohne weiteres in Frage kommt.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 bzw. 14 wird verhindert, dass das heiße Produktgas (bis zu 800°C) die Teer abbauenden Bakterien Schädigen oder zerstören. Das bei der Kühlung in flüssiger Form anfallende Teer durch eine Kondensateintragseinrichtung auf das Trägersubstrat mit den Teer abbauenden Bakterien aufgebracht werden.
Nicht nur die Temperatur, sondern auch der Feuchtegrad des Trägersubstrats (des Milieus) ist ein entscheidender Parameter, der Einfluss auf den in dem Gasaufbereitungsbehälter stattfindenden Umwandlungsprozess und somit den Aufbereitungswirkungsgrad hat. Durch die kontinuierliche Benetzung nach den Ansprüche 8, 15 und 16 wird eine partielle Austrocknung des Trägersubstrats und damit verbundene Inaktivierung der Teer abbauenden Bakterien verhindert. In vorteilhafter Weise erfolgt diese Benetzung mittels eines Perkolatkreislaufes, wie er aus Biogasanlagen nach dem Prinzip der Trockenfermentation bekannt ist – Anspruch 8 bzw. 13. Bei einigen Trägersubstraten und Teer abbauenden Bakterien kann auch eine vollständige Flutung des Trägersubstrats mit den Teer abbauenden Bakterien vorteilhaft sein – Anspruch 10.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 erübrigt sich eine Kondensateintragungsvorrichtung. Durch Einleiten des Kondensats in das Perkolat, bevor dieses nach Durchsickern durch den und Heraussickern aus dem Gasaufbereitungsbehälter in den Gasaufbereitungsbehälter zugeführt wird, wird eine Durchmischung beider Flüssigkeiten auf verfahrenstechnisch einfache Weise realisiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung.
1 zeigt schematisch eine Gasaufbereitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Gasaufbereitungseinrichtung 10 zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, wobei das Produktgas gemäß der Ausführungsform Holzgas ist, das bei der allothermen Wasserdampf-Vergasung von Holz entsteht. Die Gasaufbereitungseinrichtung 10 umfasst eine Holzgaszuleitung 12 zur Zuleitung eines Teer beladenen Holzgases HG_TT und eine Holzgasableitung 14 zur Ableitung eines aufbereiteten, d. h. geringer Teer beladenen Holzgases HG_T. Die Gasaufbereitungseinrichtung 10 umfasst ferner einen Gasaufbereitungsbehälter 16 und eine mit diesem über eine Verbindungsleitung 18 verbundene Gaskühlungseinrichtung 20. Das in die Gasaufbereitungseinrichtung 10 durch die Holzgaszuleitung 12 zugeführte Holzgas HG_TT wird in der Gaskühlungseinrichtung 20 gekühlt, über die Verbindungsleitung 18 dem Gasaufbereitungsbehälter 16 zugeführt, dort wenigstens teilweise entteert, so dass der darin enthaltene Anteil an Teer vermindert ist, und aus der Gasaufbereitungseinrichtung 10 als weniger mit Teeren beladenes Holzgas HG_T abgeführt. Außerdem wird das bei der Kühlung in der Gaskühlungseinrichtung 20 anfallende Kondensat zu einem vorbestimmten Prozentsatz über eine Kondensateintragungseinrichtung 22 einem Perkolatkreislauf 26 zugeführt. Der Perkolatkreislauf 26 führt ein Perkolat, das bei der Gasaufbereitung durch ein in dem Gasaufbereitungsbehälter 16 aufgenommenes, Bakterien beladenes Trägersubstrat 24 anfällt, wieder in den Gasaufbereitungsbehälter 16 zurück, wie es in 1 durch eine schematisch dargestellte Rohrleitung gezeigt ist.

10: Gasaufbereitungseinrichtung
12: Zuleitung
14: Ableitung
16: Gasaufbereitungsbehälter
18: Verbindungsleitung
20: Gaskühlungseinrichtung
22: Kondensateintragungseinrichtung
24: Bakterien beladenes Trägersubstrat
26: Perkolatkreislauf
HG_T: Teer beladenes Holzgas
HG_TT: Aufbereitetes Holzgas

Claims

Gasaufbereitungseinrichtung (10) zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht, mit – einem Gasaufbereitungsbehälter (16), in dem ein Trägersubstrat (24) angeordnet ist, das Bakterien enthält, die Teer abbauen; – einer Zuleitung (12) für Teer beladenes Produktgas (HG_TT); und – einer Ableitung (14) für aufbereitetes Produktgas (HG_T).
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (12) und die Ableitung (14) so angeordnet sind, dass das Trägersubstrat von dem Produktgas durchströmt wird.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dass das Trägersubstrat Füllkörper sind.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Trägersubstrat eine Schüttung ist.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach Anspruch 4, dass die Schüttung mit Teer abbauenden Bakterien verbrauchte Biomasse aus einer Biogasanlage ist.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gaskühlungsvorrichtung (20) zur Kühlung des Teer beladenen Produktgases (HG_TT) vor dessen Einleitung in den Gasaufbereitungsbehälter (16).
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Kondensateintragungsvorrichtung (22) zur Eintragung eines bei der Kühlung anfallenden Kondensats in das Trägersubstrat (24) des Gasaufbereitungsbehälters (16).
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Perkolatkreislauf (26) nach Art einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Kühlung anfallenden Kondensat dem Perkolatkreislauf (26) zugeführt wird.
Gasaufbereitungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (24) mit Perkolat geflutet ist.
Gasaufbereitungsverfahren zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht, insbesondere mittels einer Gasaufbereitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Teer beladenes Produktgas (HG_TT) ein Trägersubstrat (24) durchströmt, das Bakterien enthält, die Teer abbauen.
Gasaufbereitungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat mit Teer abbauenden Bakterien Füllkörper verwendet werden.
Gasaufbereitungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat mit Teer abbauenden Bakterien eine Schüttung (24) verwendet wird, die verbrauchte Biomasse aus einer nach dem Prinzip der Trockenfermentation arbeitenden Biogasanlage umfasst.
Gasaufbereitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktgas vor der Zuführung zu dem Trägersubstrat (24) mit Teer abbauenden Bakterien gekühlt wird.
Gasaufbereitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Perkolatkreislaufs nach Art einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation das Trägersubstrat (24) kontinuierlich benetzt wird.
Gasaufbereitungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Perkolatkreislauf Perkolat aus einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation verwendet wird.
Gasaufbereitungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktgas Holzgas ist.