DE102009018350A1 - Conversion apparatus for converting biomass into hydrocarbon compounds, methods for at least partially converting biomass to hydrocarbon compounds, useful gas and solid, and methods for at least partially converting contaminated matter to CO2 - Google Patents

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Abstract

In den letzten Jahrzehnten wurde zunehmend versucht, nachwachsende Biomasse oder organische Abfälle durch geeignete Verfahren in nutzbare Energieformen zu wandeln. Bevorzugte Verfahren sind hierbei die Erzeugung von Synthesegas wie CO und CObei Temperaturen von maximal 750°C und die anschließende Umwandlung dieser Gase mit der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) in Kohlenwasserstoffe (KW). All diese Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas benötigen den Einsatz von fossilen Energieträgern und sind somit in dem Temperaturbereich begrenzt. Da CO und COnicht verwertbar sind und zusätzliche Energie zu ihrer Erzeugung verbraucht wird, ist dieser Prozess endotherm. Die Nachteile des Standes der Technik werden behoben durch ein Verfahren zum wenigstens teilweisen Umwandeln von Biomasse in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Zugabe einer Wasserstoffverbindung zu der Biomasse - gemeinsames Erhitzen der Biomasse und der Wasserstoffverbindung auf über 1300°C. Durch dieses Verfahren wird mit der Hilfe einer Simulation der natürlichen Bedingungen, wie sie bei der Kohlenwasserstoffbildung aus Biomasse in geologischen Zeiträumen/Prozessen vorliegen, nachgebildet.In recent decades, attempts have increasingly been made to convert renewable biomass or organic waste into usable forms of energy through suitable processes. Preferred processes here are the production of synthesis gas such as CO and CO at temperatures of maximum 750 ° C and the subsequent conversion of these gases with the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) in hydrocarbons (HC). All of these methods for producing synthesis gas require the use of fossil fuels and are thus limited in the temperature range. Since CO and CO are not recyclable and additional energy is consumed to produce them, this process is endothermic. The disadvantages of the prior art are overcome by a process for at least partially converting biomass into hydrocarbon compounds, the process comprising the following steps: - adding a hydrogen compound to the biomass - heating the biomass and the hydrogen compound together above 1300 ° C. This method simulates, with the help of a simulation of the natural conditions, as they are in the formation of hydrocarbons from biomass in geological time periods / processes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umwandlungsvorrichtung, insbesondere zum Umwandeln von Biomasse oder Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei die Umwandlungsvorrichtung eine Brennkammer mit einem schaltbaren Brennkammerzugang und mit einem schaltbaren Brennkammerauslass und ein Hochtemperaturheizmittel aufweist, wobei der Brennkammerzugang einen Probenzugang und einen Gaszugabenzugang und der Brennkammerauslass einen Feststoffauslass und einen Nutzgasauslass aufweist.The The invention relates to a conversion device, in particular for Converting biomass or carbon dioxide into hydrocarbon compounds, wherein the conversion device comprises a combustion chamber with a switchable Combustor access and with a switchable combustion chamber outlet and a high temperature heating means, wherein the combustion chamber access a sample access and a gas addition access and the combustion chamber outlet having a solids outlet and a Nutzgasauslass.

In den letzten Jahrzehnten wurde zunehmend versucht, nachwachsende Biomasse oder organische Abfälle durch geeignete Verfahren in nutzbare Energieformen zu wandeln. Bevorzugte Verfahren sind hierbei die Erzeugung von Synthesegas wie CO oder/und CO2 bei Temperaturen von maximal 750°C und die anschließende Umwandlung dieser Gase mit der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) in Kohlenwasserstoffe (KW).In recent decades, increasing attempts have been made to convert renewable biomass or organic waste into usable forms of energy by suitable processes. Preferred processes here are the production of synthesis gas such as CO and / or CO 2 at temperatures of at most 750 ° C and the subsequent conversion of these gases with the Fischer-Tropsch synthesis (FTS) in hydrocarbons (HC).

Alle Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas benötigen zum Erhitzen den Einsatz von fossilen Energieträgern und sind somit in dem Temperaturbereich begrenzt. Da CO und CO2 nicht verwertbar sind und zusätzliche Energie zu ihrer Erzeugung verbraucht wird, ist dieser Prozess endotherm.All processes for producing synthesis gas require the use of fossil fuels for heating and are thus limited in the temperature range. Since CO and CO 2 are not recyclable and additional energy is consumed to produce them, this process is endothermic.

Erst nach der Fischer-Tropsch-Synthese mit einem weiteren Verbrauch von Energie zur Umwandlung von CO und CO2 zu Kohlenwasserstoffe kann eventuell eine exotherme Energiebilanz erzielt werden.Only after the Fischer-Tropsch synthesis with a further consumption of energy for the conversion of CO and CO 2 to hydrocarbons may an exothermic energy balance be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.task The invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Umwandlungsvorrichtung, insbesondere zum Umwandeln von Biomasse oder Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei die Umwandlungsvorrichtung eine Brennkammer mit einem schaltbaren Brennkammerzugang und mit einem schaltbaren Brennkammerauslass und ein Hochtemperaturheizmittel aufweist, wobei der Brennkammerzugang einen Probenzugang und einen Gaszugabezugang und der Brennkammerauslass einen Feststoffauslass und einen Nutzgasauslass aufweist.Is solved the task by a conversion device, in particular for Converting biomass or carbon dioxide into hydrocarbon compounds, wherein the conversion device comprises a combustion chamber with a switchable combustion chamber access and with a switchable combustor outlet and a high temperature heating means wherein the combustion chamber access a sample access and a Gas addition access and the combustion chamber outlet a solids outlet and a Nutzgasauslass.

Dadurch kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung bereitgestellt werden, bei der eine exotherme Energiebilanz erzielt wird.Thereby can advantageously be provided a device, in which an exothermic energy balance is achieved.

Zunächst sei Folgendes begrifflich erläutert.First, be The following is explained conceptually.

„Biomasse” umfasst sämtliche in der Natur vorkommenden organischen Materialien wie insbesondere Klärschlämme, Gartenabfälle, Algen, Schlacht- und Fischereiabfälle oder Holzabfälle.Includes "biomass" all in nature occurring organic materials such as in particular Sewage sludge, garden waste, algae, slaughter and fishery waste or wood waste.

Als „Hochtemperaturheizmittel” kommen alle Heizmittel in Frage, die in der Lage sind, die Brennkammer auf über 1300°C zu erhitzen. Dabei sind insbesondere alle elektrischen Heizmethoden umfasst.As a "high temperature heating" come all heating means in question that are capable of the combustion chamber on over 1300 ° C too heat. In particular, all electrical heating methods are includes.

Über den „Probenzugang” wird die Biomasse oder das Industriegas, insbesondere Kohlendioxid” in die Umwandlungsvorrichtung eingebracht. Über den „Gaszugabenzugang” kann das notwendige Gas zur Umwandlung der Umwandlungsvorrichtung zugeführt werden. Insbesondere können hierüber H2 oder NH4 der Brennkammer zugeführt werden. Der Begriff Gaszugabenzugang ist nicht darauf beschränkt, nur Gase dem System zur Verfügung zu stellen, sondern kann insbesondere auch flüssige oder feste Stoffe wie flüssigen Wasserstoff dem System zuführen.The "sample access" is used to introduce the biomass or the industrial gas, in particular carbon dioxide, into the conversion device. Via the "gas access", the necessary gas can be supplied for conversion of the conversion device. In particular, H 2 or NH 4 can be supplied to the combustion chamber via this. The term gas addition access is not limited to providing only gases to the system, but may in particular also supply liquid or solid substances such as liquid hydrogen to the system.

Über den „Feststoffauslass” können Stoffe, welche nicht in ein Nutzgas umgewandelt werden, aus der Umwandlungsvorrichtung abgeführt werden.About the "solids outlet" can be substances which can not be converted into a useful gas, from the conversion device dissipated become.

Über den „Nutzgasauslass” können insbesondere die entstandenen Kohlenwasserstoffverbindungen aus der Brennkammer abgeführt werden.In particular via the "Nutzgasauslass" the resulting hydrocarbon compounds from the combustion chamber dissipated become.

In einer Ausgestaltungsform der Umwandlungsvorrichtung kann an dem Nutzgasauslass ein erster Produkttank angeflanscht sein. Dadurch können vorteilhafterweise das entstandene Nutzgas auf seine Qualität untersucht werden und mögliche Parameter der Umwandlungsvorrichtung eingestellt werden.In an embodiment of the conversion device may be at the Nutzgasauslass a first product tank to be flanged. Thereby can advantageously the resulting useful gas is examined for its quality become and possible Parameters of the conversion device are set.

Um die Nutzgase aus der Brennkammer zu entfernen und in den ersten Produkttank zu überführen, kann an den ersten Produkttank eine Evakuierungsvorrichtung zum Evakuieren des ersten Produkttanks angeflanscht sein.Around to remove the Nutzgase from the combustion chamber and in the first Can transfer product tank, can to the first product tank an evacuation device for evacuation flanged to the first product tank.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein zweiter Produkttank über eine Komprimiervorrichtung mit dem ersten Produkttank verbunden sein. Dadurch können die entstandenen Nutzgase, insbesondere Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Alkane, verflüssigt werden. Diese Ausgestaltung kann dazu eingesetzt werden, dass das Nutzgas leichter transportierbar ist.In a further embodiment of the invention, a second product tank via a Compressing device to be connected to the first product tank. Thereby can the resulting Nutzgase, especially hydrocarbons such as Alkanes, liquefied become. This embodiment can be used to that Nutzgas is easier to transport.

Um die Biomasse oder das Kohlendioxid mit dem Gas aus dem Gaszugabezugang zu mischen, kann der Brennkammerzugang eine Probenkammer aufweisen, welche den Probenzugang und den Gaszugabezugang mit der Brennkammer verbindet.Around the biomass or carbon dioxide with the gas from the gas addition access to mix, the combustor access may have a sample chamber, which the sample access and the gas addition access to the combustion chamber combines.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Brennkammer kugelförmig ausgestaltet sein. Dadurch kann das Erhitzen von Material in der Brennkammer homogen und optimal erfolgen.In a further embodiment of the invention, the combustion chamber can be designed spherical. This may cause the heating of material in the combustion chamber is homogeneous and optimal.

Um eine möglichst hohe Ausbeute zu erlangen, insbesondere eine möglichst umfassende Zersetzung der Biomasse in seine Elemente, kann der Radius einheitenunabhängig im metrischen Maßsystem einen Wert zwischen 2,2 und 3,8, insbesondere 3, aufweisen.Around one possible obtain high yield, in particular as complete as possible decomposition the biomass into its elements, the radius can be independent of the unit metric measurement system a value between 2.2 and 3.8, in particular 3, have.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Elektronenstrahlheizer das Hochtemperaturheizmittel bilden. Dadurch können vorteilhafterweise Temperaturen von über 1300°C in der Brennkammer erreicht werden.In A further embodiment of the invention may be an electron beam heater form the high temperature heating means. This can advantageously temperatures from above 1300 ° C in the combustion chamber can be achieved.

Als Elektronenstrahlheizer können insbesondere Vorrichtungen verwendet werden, welche auch beim Elektronenstrahlschweißen mit Atmosphärendruck zum Einsatz kommen (non vacuum electron welding Verfahren).When Electron heaters can In particular, devices are used, which also in electron beam welding with atmospheric pressure used (non-vacuum electron welding process).

Um den Elektronenstrahl über die Dichte oder die Intensität optimal zu regeln, kann die Umwandlungsvorrichtung eine Vakuumkammer aufweisen, innerhalb welcher ein Elektronenstrahl des Elektronenstrahlheizers die Brennkammer beaufschlagt.Around the electron beam over the density or the intensity Optionally, the conversion device can be a vacuum chamber within which is an electron beam of the electron beam heater the combustion chamber acted upon.

Um das Vakuum der Vakuumkammer aufrecht zu erhalten, kann die Vakuumkammer eine Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung aufweisen. Als Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung kommen insbesondere sämtliche Vakuumpumpen in Frage, welche wenigsten 10–5 bar an Druck in der Vakuumkammer erzeugen.To maintain the vacuum of the vacuum chamber, the vacuum chamber may include a vacuum chamber evacuator. As a vacuum chamber evacuating device, in particular all vacuum pumps come into question, which produce at least 10 -5 bar pressure in the vacuum chamber.

Um optimale Drücke in der Vakuumkammer zu realisieren, kann die Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung eine Hochvakuumpumpe und/oder eine Vorvakuumpumpe aufweisen.Around optimal pressures in the vacuum chamber, the vacuum chamber evacuator can a high vacuum pump and / or a backing pump.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Induktionsheizung das Hochtemperaturheizmittel bilden. Dabei kann vorteilhafterweise eine Alternative zum Elektronenstrahlheizer bereit gestellt werden.In Another embodiment of the invention can be an induction heater form the high temperature heating means. It can advantageously a Alternative to the electron beam heater can be provided.

Damit die Brennkammer Temperaturen von über 1300°C aufweisen kann, kann die Brennkammer im Wesentlichen aus Titan, Molybdän oder Graphit oder deren Verbindungen bestehen.In order to The combustion chamber can have temperatures of over 1300 ° C, the combustion chamber can essentially of titanium, molybdenum or graphite or their compounds consist.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst, durch ein Verfahren zur wenigstens teilweisen Umwandlung von Biomasse oder CO2 in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

  • – Zugabe einer Wasserstoffverbindung und/oder reinen Wasserstoffs zu der Biomasse
  • – gemeinsames Erhitzen der Biomasse und der Wasserstoffverbindung auf über 1300°C.
Furthermore, the object is achieved by a process for the at least partial conversion of biomass or CO 2 into hydrocarbon compounds, the process comprising the following steps:
  • - Adding a hydrogen compound and / or pure hydrogen to the biomass
  • - Heating the biomass and the hydrogen compound to over 1300 ° C.

Dadurch kann vorteilhafterweise aus der Biomasse oder dem CO2 eine exotherme Energiebilanz erzielt werden. Zudem kann vorteilhafterweise CO2 umgewandelt werden.As a result, an exothermic energy balance can advantageously be achieved from the biomass or the CO 2 . In addition, advantageously CO 2 can be converted.

Zunächst sei Folgendes begrifflich erläutert.First, be The following is explained conceptually.

„Biomasse” umfasst die Definitionen, die zuvor für die Biomasse gegeben wurden.Includes "biomass" the definitions previously for the biomass was given.

„Kohlenwasserstoffverbindungen” umfassen sämtliche Alkane, insbesondere Methan, Ethan, Propan, n-Butan, n-Penthan, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, n-Nonan, n-Dekan, n-Undekan, n-Dodekan und sämtliche Iso- und Neo-Alkane, welche auch als Isomere bezeichnet werden."Hydrocarbon compounds" include all Alkanes, especially methane, ethane, propane, n-butane, n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane and all Iso and neoalkanes, which are also referred to as isomers.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Erhitzen in einer abgedichteten Brennkammer. Dadurch können vorteilhafterweise die natürlichen Bedingungen, die bei der Kohlenwasserstoffbildung aus Biomasse in geologischen Zeiträumen und Prozessen vorliegen, simuliert werden.In In a particular embodiment of the method, the heating takes place in a sealed combustion chamber. This can advantageously the natural Conditions of hydrocarbon formation from biomass in geological periods and processes are simulated.

Um eine möglichst hohe Ausbeute an Nutzgasen zu erhalten, kann das Verfahren unter anoxischen Bedingungen durchgeführt werden.Around one possible To obtain high yield of Nutzgasen, the method can anoxic conditions become.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Verweilzeit der Biomasse in der Brennkammer 0,1 Sekunden bis 60 Sekunden betragen. Dadurch kann ein kurzes Zeitintervall mit hohen Repitierraten erreicht werden.In In a further embodiment of the method, a residence time the biomass in the combustion chamber 0.1 seconds to 60 seconds. This can achieve a short time interval with high repetition rates become.

Um das Verfahren schnell zu wiederholen, kann die Verweilzeit der Biomasse in der Brennkammer 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden betragen.Around The process can be repeated quickly, the residence time of the biomass in the combustion chamber for 0.1 second to 10 seconds.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann das gemeinsame Erhitzen innerhalb einer Temperatur von 1600°C und 2300°C erfolgen. Dadurch kann vorteilhafterweise die Nutzgasausbeute oder -qualität optimiert werden.In In another embodiment of the method, the common Heating takes place within a temperature of 1600 ° C and 2300 ° C. This can advantageously the Nutzgasausbeute or quality be optimized.

Um die entstandenen Stoffe bei der Umwandlung optimal zu nutzen, können nach dem gemeinsamen Erhitzen Feststoffe und Nutzgase separiert werden.Around The resulting substances can be used optimally during the conversion process the common heating solids and Nutzgase be separated.

Um die Nutzgase besser transportieren zu können, können die Nutzgase komprimiert und/oder verflüssigt werden.Around To be able to better transport the user gases, the useful gases can be compressed and / or liquefied become.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann die Durchführung des Verfahrens in der zuvor beschriebenen Umwandlungsvorrichtung erfolgen. Dadurch können vorteilhafterweise optimale Ergebnisse bei der Umwandlung erreicht werden.In a further embodiment of the method, the implementation of the Procedure in the conversion device described above. Thereby can advantageously achieved optimum results in the conversion become.

Damit die Menge an H2O und/oder O2 in der Brennkammer reduziert wird, kann vor der Durchführung des Verfahrens die Biomasse getrocknet werden.Thus, the amount of H 2 O and / or O 2 in the Combustion chamber is reduced, the biomass can be dried before carrying out the process.

Um die Oberfläche der Biomasse zu vergrößern, kann nach dem Trocknen die Biomasse gemahlen werden.Around the surface biomass can increase after drying, the biomass is ground.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Nutzgas, welches nach dem Verfahren erzeugt wird, welches zuvor beschrieben wurde.Farther the task is solved by a Nutzgas, which is produced by the method which previously described.

Weiterhin kann die Aufgabe gelöst werden durch einen Feststoff, welcher durch das zuvor beschriebene Verfahren entsteht.Farther the task can be solved be through a solid, which by the previously described Process arises.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Verfahren zum wenigstens teilweisen Umwandeln von Abgasen, insbesondere CO und CO2 in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei das Verfahren entsprechend den zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wobei statt der Biomasse die Abgase verwendet werden. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Abgas in Brennstoff umgewandelt werden.In a further aspect of the invention, the object can be achieved by a method for at least partially converting exhaust gases, in particular CO and CO 2 in hydrocarbon compounds, wherein the method is carried out according to the method described above, wherein instead of the biomass, the exhaust gases are used. As a result, advantageously, an exhaust gas can be converted into fuel.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Verfahren zum wenigstens teilweisen Umwandeln von Aschen, insbesondere aus Müllverbrennungsanlagen, in CO2, wobei das Verfahren entsprechend dem ersten hier beschriebenen Verfahren durchgeführt wird und die Wasserstoffverbindungen durch Sauerstoffverbindungen, insbesondere Stickoxide, O2 und/oder O3, und die Biomasse durch die Aschen ersetzt werden. Dadurch können vorteilhafterweise Schadstoffe wie organisch-toxische Substanzen, insbesondere Dioxine, PCBs, PAHs, zerstört und zu CO2 oxidiert werden. Dadurch kann eine teure Endlagerung dieser Sonderabfälle entfallen.In a further aspect of the invention, the object can be achieved by a process for at least partially converting ashes, in particular from waste incineration plants, into CO 2 , the process being carried out in accordance with the first process described here and the hydrogen compounds being oxidized by oxygen compounds, in particular nitrogen oxides, O 2 and / or O 3 , and the biomass are replaced by the ashes. As a result, harmful substances such as organotoxic substances, in particular dioxins, PCBs, PAHs, can advantageously be destroyed and oxidized to CO 2 . This eliminates the need for expensive disposal of this hazardous waste.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:in the Furthermore, the invention will be explained with reference to embodiments. there shows:

1 eine schematische Darstellung der Umwandlungsvorrichtung, 1 a schematic representation of the conversion device,

2 eine schematische Darstellung der Brennkammer und 2 a schematic representation of the combustion chamber and

3 einen Graphen, bei dem das dissoziierte CO2 prozentual über die Temperatur in Kelvin dargestellt wird. 3 a graph in which the dissociated CO 2 is represented as a percentage of the temperature in Kelvin.

Für die beschriebenen Verfahren wird insbesondere die Umwandlungsvorrichtung aus 1 verwendet. Die Umwandlungsvorrichtung weist einen Probenzugang 0 und einen Gaszugabezugang 1 auf. Sowohl Probenzugang 0 als auch Gaszugabezugang 1 führen in die Probenkammer 3. Über das steuerbare Ventil 22 kann die Gaszugabe reguliert werden.For the described method, in particular, the conversion device 1 used. The conversion device has a sample access 0 and a gas addition access 1 on. Both sample access 0 as well as gas addition access 1 lead into the sample chamber 3 , About the controllable valve 22 the gas addition can be regulated.

Um die Probenkammer 3 zu spülen oder von Sauerstoff zu befreien, kann über die Spülvorrichtung 4 mit Spülzugang 4a und Spülauslass 4b die Probenkammer 3 begast und somit gespült werden. Diese Begasung ist über das Ventil 20 steuerbar. Der Brennkammerzugang 201 wird durch die steuerbaren Ventile 28 begrenzt. Der Brennkammerzugang 201 führt zur kugelförmigen Brennkammer 6.Around the sample chamber 3 to rinse or rid of oxygen can be through the flushing device 4 with Spülzugang 4a and flush outlet 4b the sample chamber 3 fumigated and thus flushed. This fumigation is over the valve 20 controllable. The combustion chamber access 201 is through the controllable valves 28 limited. The combustion chamber access 201 leads to the spherical combustion chamber 6 ,

Nach der Brennkammer 6 schließt sich der Brennkammerauslass 203 an. Der Brennkammerauslass 203 ist über das steuerbare Ventil 24 mit dem Feststoffauslass 14 verbunden. Weiterhin ist der Brennkammerauslass 203 über das steuerbare Ventil 26 mit dem Nutzgasauslass mit dem ersten Produkttank 10 verbunden. Der erste Produkttank 10 ist über das steuerbare Ventil 27 mit der Vakuumpumpe 13 verbunden.After the combustion chamber 6 closes the combustion chamber outlet 203 at. The combustion chamber outlet 203 is via the controllable valve 24 with the solids outlet 14 connected. Furthermore, the combustion chamber outlet 203 via the controllable valve 26 with the Nutzgasauslass with the first product tank 10 connected. The first product tank 10 is via the controllable valve 27 with the vacuum pump 13 connected.

Weiterhin ist der erste Produkttank 10 über das steuerbare Ventil 28 über den Kompressor 12 mit dem zweiten Produkttank 11 verbunden. Die kugelförmige Brennkammer 6 ist in der Vakuumkammer 15 verortet. In dieser Vakuumkammer 15 ist der Elektronenstrahlheizer 7 so angebracht, dass der Elektronenstrahl durch das Vakuum die kugelförmige Brennkammer 6 beaufschlagen und somit erhitzen kann.Furthermore, the first product tank 10 via the controllable valve 28 over the compressor 12 with the second product tank 11 connected. The spherical combustion chamber 6 is in the vacuum chamber 15 locates. In this vacuum chamber 15 is the electron beam heater 7 so attached that the electron beam through the vacuum the spherical combustion chamber 6 can act and thus heat.

Die Vakuumkammer 15 ist über das steuerbare Ventil 29 mit der Vorvakuumpumpe 8 und mit der Hochvakuumpumpe 9 verbunden.The vacuum chamber 15 is via the controllable valve 29 with the backing pump 8th and with the high vacuum pump 9 connected.

Zur Verdeutlichung ist die Brennkammer in 2 dargestellt. Um den Brennkammerzugang 201 wenigstens teilweise vor der Hitze der Brennkammer 6 zu schützen, ist die Keramik 205 am Brennkammerzugang 201 angebracht. Die Pfeile auf der Seite B zeigen die Richtung, wie die Biomasse in die Brennkammer 6 gelangt, und die Pfeile auf der Seite A, in welche Richtung die Nutzgase die Brennkammer 6 verlassen. Auf der Brennkammerauslassseite 203 ist zum thermischen Schutz ebenfalls eine Keramik 205 zum Isolieren angebracht.For clarification, the combustion chamber is in 2 shown. To the combustion chamber access 201 at least partially before the heat of the combustion chamber 6 to protect is the ceramic 205 at the combustion chamber access 201 appropriate. The arrows on side B show the direction as the biomass enters the combustion chamber 6 passes, and the arrows on the side A, in which direction the Nutzgase the combustion chamber 6 leave. On the combustion chamber outlet side 203 is also a ceramic for thermal protection 205 attached to isolate.

Im Weiteren wird dargestellt, wie Biomasse unter Zufuhr von Wasserstoff in Nutzgase umgewandelt wird. Dabei werden ca. 5 Gramm getrocknete und gemahlene Biomasse über den Probenzugang 0 in die Probenkammer 3 eingebracht. Der Probenzugang 0 wird hermetisch verschlossen. Die Ventile 20 werden geöffnet und die Probenkammer 3 wird mit gasförmigem Stickstoff gespült. Dadurch wird Sauerstoff aus der Probenkammer 3 entfernt.In the following, it is shown how biomass is converted into useful gases by supplying hydrogen. About 5 grams of dried and ground biomass are added to the sample access 0 into the sample chamber 3 brought in. The sample access 0 is hermetically sealed. The valves 20 are opened and the sample chamber 3 is purged with gaseous nitrogen. This will release oxygen from the sample chamber 3 away.

Anschließend werden die Ventile 20 verschlossen und das Ventil 22 geöffnet. In die Probenkammer 3 wird H2 oder NH4 zu der Biomasse zugegeben. Anschließend wird das steuerbare Ventil 22 verschlossen. Die Ventile 28 werden geöffnet und das Gemisch aus Biomasse und H2 oder NH4 wird in die Brennkammer 6 verbracht.Subsequently, the valves 20 closed and the valve 22 open. In the sample chamber 3 H 2 or NH 4 is added to the biomass. Subsequently, the controllable valve 22 locked. The valves 28 are opened and the mixture of biomass and H 2 or NH 4 enters the combustion chamber 6 spent.

Danach werden die steuerbaren Ventile 28 verschlossen. Der Elektronenstrahlheizer 7 hat zuvor die aus Titan bestehende Brennkammer 6, welche einen Durchmesser von ca. 60 mm aufweist, auf eine Temperatur von 1600°C erhitzt. Die Biomasse zerfällt dann im Wesentlichen in die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff.Then the controllable valves 28 locked. The electron beam heater 7 previously has the existing titanium combustion chamber 6 , which has a diameter of about 60 mm, heated to a temperature of 1600 ° C. The biomass then decays essentially into the elements carbon and hydrogen.

Nach 10 Sekunden Erhitzen wird das Ventil 26 geöffnet. Der gasförmige elementare Kohlenstoff und der gasförmige elementare Wasserstoff verbinden sich beim Austritt aus der Brennkammer und dem daraus resultierenden Abkühlen innerhalb kürzester Zeit zu Kohlenwasserstoffen, insbesondere Alkane. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe werden in den ersten Produkttank 10 überführt. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass der Produkttank 10 zuvor mittels der Vakuumpumpe 13 evakuiert wurde.After 10 seconds of heating, the valve becomes 26 open. The gaseous elemental carbon and the gaseous elemental hydrogen combine at the exit from the combustion chamber and the resulting cooling within a very short time to hydrocarbons, especially alkanes. The gaseous hydrocarbons are added to the first product tank 10 transferred. This is done in particular by the fact that the product tank 10 previously by means of the vacuum pump 13 was evacuated.

Anschließend werden das steuerbare Ventil 26 verschlossen und das steuerbare Ventil 24 geöffnet, um die Feststoffe aus der Brennkammer 6 zu entfernen. In dem ersten Tank 10 ist ein optischer Zugang angebracht (nicht dargestellt). Über diesen optischen Zugang kann die Qualität der Nutzgase spektroskopisch ermittelt werden. Über eine Rückkoppelung mit den Vakuumpumpen 8 und 9 und/oder dem Elektronenstrahlheizer 7 können die Parameter wie Temperatur in der Brennkammer 6 verändert werden.Subsequently, the controllable valve 26 closed and the controllable valve 24 opened to the solids from the combustion chamber 6 to remove. In the first tank 10 an optical access is attached (not shown). By means of this optical access, the quality of the useful gases can be determined spectroscopically. Via a feedback with the vacuum pumps 8th and 9 and / or the electron beam heater 7 The parameters can be like temperature in the combustion chamber 6 to be changed.

Nachdem der erste Tank 10 befüllt ist, wird das steuerbare Ventil 28 geöffnet und der Inhalt des ersten Tankes 10 über den Kompressor 12 komprimiert und das komprimierte Nutzgas in den zweiten Tank 11 überführt.After the first tank 10 filled, becomes the controllable valve 28 opened and the contents of the first tank 10 over the compressor 12 compressed and the compressed useful gas in the second tank 11 transferred.

Das Verfahren zur Umwandlung von CO2 erfolgt analog, wobei der Probenzugang 0 für gasförmiges CO2 ausgestaltet ist. In der Brennkammer 6 zerfällt das CO2. Mit dem Wasserstoff aus dem Gaszugabenzugang 1 rekombiniert der Kohlenstoff bei Austritt aus der Brennkammer zu Nutzgas. Dieses Rekombinieren kann erfolgen, da die austretenden Elemente sich abkühlen. Dadurch kann, wie aus 3 deutlich wird, der Anteil des elementaren Kohlenstoffes in der Brennkammer 6 verringert werden. Die Temperatur der Brennkammer 6 kann auf 2300°C erhöht werden, wodurch sich die Ausbeute verbessert.The process for the conversion of CO 2 is analogous, the sample access 0 is designed for gaseous CO 2 . In the combustion chamber 6 the CO 2 decomposes. With the hydrogen from the gas addition access 1 the carbon recombines on exit from the combustion chamber to useful gas. This recombination can occur as the exiting elements cool off. This can be how out 3 becomes clear, the proportion of elemental carbon in the combustion chamber 6 be reduced. The temperature of the combustion chamber 6 can be increased to 2300 ° C, which improves the yield.

Auch kann die Umwandlungsvorrichtung aus 1 zum Bearbeiten von kontaminiertem Material eingesetzt werden. Insbesondere sind diese kontaminierten Materialien gefilterte Flugasche aus Müllverbrennungsanlagen. Diese weisen häufig Stoffe wie Dioxine, PCB's und PAH's auf. Diese Schadstoffe und Aschen werden in den Probenzugang 0 eingeführt. Statt des Wasserstoffes wird über den Gaszugabezugang 1 Sauerstoff in die Probenkammer 3 eingeführt. Der Rest des Verfahrens erfolgt analog zum Beschriebenen, wobei die organischen toxischen Substanzen in der Brennkammer 6 zu unschädlichem CO2 oxidiert werden.Also, the conversion device can 1 used to process contaminated material. In particular, these contaminated materials are filtered fly ash from incinerators. These often have substances such as dioxins, PCBs and PAH's. These pollutants and ashes are in the sample access 0 introduced. Instead of the hydrogen is accessed via the gas addition 1 Oxygen into the sample chamber 3 introduced. The remainder of the process is analogous to what has been described, with the organic toxic substances in the combustion chamber 6 be oxidized to harmless CO2.

Claims (29)

Umwandlungsvorrichtung, insbesondere zum Umwandeln von Biomasse oder Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei die Umwandlungsvorrichtung eine Brennkammer mit einem schaltbaren Brennkammerzugang und mit einem schaltbaren Brennkammerauslass und ein Hochtemperaturheizmittel aufweist, wobei der Brennkammerzugang einen Probenzugang und einen Gaszugabezugang und der Brennkammerauslass einen Feststoffauslass und einen Nutzgasauslass aufweist.Conversion device, in particular for converting of biomass or carbon dioxide in hydrocarbon compounds, wherein the conversion device comprises a combustion chamber with a switchable Combustor access and with a switchable combustion chamber outlet and a high temperature heating means, wherein the combustion chamber access a sample access and a gas addition access and the combustion chamber outlet having a solids outlet and a Nutzgasauslass. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei am Nutzgasauslass ein erster Produktionstank angeflanscht ist.Conversion apparatus according to claim 1, wherein the Nutzgasauslass a first production tank is flanged. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei an dem ersten Produkttank eine Evakuierungsvorrichtung zum Evakuieren des ersten Produkttanks angeflanscht ist.Conversion apparatus according to claim 2, wherein the first product tank an evacuation device for evacuation of the first product tank is flanged. Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei ein zweiter Produkttank über eine Komprimiervorrichtung mit dem ersten Produkttank verbunden ist.Conversion device according to one of claims 2 or 3, wherein a second product tank via a compression device connected to the first product tank. Umwandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennkammerzugang eine Probenkammer aufweist, welche den Probenzugang und Gaszugabezugang mit der Brennkammer verbindet.Conversion device according to one of the preceding Claims, wherein the combustor access has a sample chamber which accesses the sample and Gaszugabezugang connects to the combustion chamber. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Probenkammer einen Spülungszugang und einen Spülungsauslass aufweist.Conversion device according to claim 5, wherein the Sample chamber a mud inlet and a flushing outlet having. Umwandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer kugelförmig mit einem definierten Radius ausgestaltet ist.Conversion device according to one of the preceding Claims, the combustion chamber being spherical is designed with a defined radius. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Radius einheitenunabhängig im metrischen Maßsystem einen Wert zwischen 2,2 und 3,8, insbesondere 3, aufweist.Conversion device according to claim 7, wherein the Radius unit independent in the metric measurement system has a value between 2.2 and 3.8, in particular 3. Umwandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Elektronenstrahlheizer das Hochtemperaturheizmittel bildet.Conversion device according to one of the preceding Claims, wherein an electron beam heater forms the high temperature heating means. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Umwandlungsvorrichtung eine Vakuumkammer aufweist, innerhalb welcher ein Elektronenstrahl des Elektronenstrahlheizers die Brennkammer beaufschlagt.A conversion device according to claim 9, wherein the conversion device is a vacuum chamber, within which an electron beam of the electron beam heater acts on the combustion chamber. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vakuumkammer eine Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung aufweist.Conversion apparatus according to claim 10, wherein the Vacuum chamber has a vacuum chamber evacuation device. Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung eine Hochvakuumpumpe und/oder eine Vorvakuumpumpe aufweist.Conversion device according to claim 11, wherein the Vakuumkammerevakuierungsvorrichtung a high vacuum pump and / or having a backing pump. Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Induktionsheizung das Hochtemperaturheizmittel bildet.Conversion device according to one of claims 1 to 8, wherein an induction heater forms the high temperature heating means. Umwandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer aus im Wesentlichen Titan, Molybdän oder Graphit oder deren Verbindungen besteht.Conversion device according to one of the preceding Claims, wherein the combustion chamber is made of essentially titanium, molybdenum or graphite or their connections. Verfahren zur wenigstens teilweisen Umwandlung von Biomasse in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Zugabe einer Wasserstoffverbindung zu der Biomasse – gemeinsames Erhitzen der Biomasse und der Wasserstoffverbindung auf über 1300°C.Process for the at least partial conversion of Biomass in hydrocarbon compounds, the process following Steps: - Addition a hydrogen compound to the biomass - common Heating the biomass and the hydrogen compound to over 1300 ° C. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erhitzen in einer abgedichteten Brennkammer erfolgt.The method of claim 15, wherein the heating in a sealed combustion chamber takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Verfahren unter anoxischen Bedingungen erfolgt.Method according to one of claims 15 or 16, wherein the method under anoxic conditions. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei eine Verweilzeit der Biomasse in der Brennkammer 0,1 Sekunden bis 60 Sekunden beträgt.A method according to any one of claims 15 to 16, wherein a residence time the biomass in the combustion chamber is 0.1 seconds to 60 seconds. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Verweilzeit der Biomasse in der Brennkammer 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden beträgt.The method of claim 18, wherein the residence time the biomass in the combustion chamber is 0.1 seconds to 10 seconds. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das gemeinsame Erhitzen innerhalb einer Temperatur von 1600°C und 2300°C erfolgt.Method according to one of claims 15 to 19, wherein the common Heating is carried out within a temperature of 1600 ° C and 2300 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei nach dem gemeinsamen Erhitzen Feststoffe und Nutzgase, insbesondere Alkane, separiert werden.A method according to any one of claims 15 to 20, wherein after heating together solids and useful gases, especially alkanes, be separated. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Nutzgase komprimiert und/oder verflüssigt werden.The method of claim 21, wherein the useful gases are compressed and / or liquefied become. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei zur Durchführung des Verfahrens die Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird.Method according to one of claims 15 to 22, wherein for carrying out the Method of the conversion device according to one of claims 1 to 14 is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei zuvor die Biomasse getrocknet wird.A method according to any one of claims 15 to 23, wherein previously the biomass is dried. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Biomasse nach dem Trocknen gemahlen wird.The method of claim 24, wherein the biomass is after is ground to dryness. Nutzgas, welches bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25 entsteht.Nutzgas, which in the method according to one of claims 15 to 25 arises. Feststoff, welcher bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25 entsteht.Solid, which in the method according to a the claims 15 to 25 arises. Verfahren zum wenigstens teilweisen Umwandeln von Abgasen, insbesondere CO und CO2, in Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei das Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23 durchgeführt wird und statt der Biomasse die Abgase verwendet werden.Process for at least partially converting exhaust gases, in particular CO and CO 2 , into hydrocarbon compounds, the process being carried out according to one of Claims 15 to 23, and using the exhaust gases instead of the biomass. Verfahren zum wenigstens teilweisen Umwandeln von kontaminierten Stoffen, insbesondere Aschen aus Müllverbrennungsanlagen, in CO2, wobei in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16 oder 18 bis 25 die Wasserstoffverbindungen durch Sauerstoffverbindungen, insbesondere Stickoxide und/oder O2 und/oder O3, und die Biomasse durch die kontaminierten Stoffe ersetzt werden.Process for the at least partial conversion of contaminated substances, in particular ashes from waste incineration plants, into CO 2 , wherein in the process according to any one of claims 15 to 16 or 18 to 25, the hydrogen compounds are oxygenated, in particular nitrogen oxides and / or O 2 and / or O 3 , and the biomass is replaced by the contaminated substances.
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