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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Erzeugen eines Produktgases aus organischen Einsatzstoffen mit einem niedrigen Ascheschmelzpunkt. Die Anlage beinhaltet einen Pyrolysereaktor zur Trocknung und Pyrolyse des organischen Einsatzstoffes, welcher einen Auslass für ein teerhaltiges Pyrolysegas sowie eine Austragsöffnung für einen kohlenstoffhaltigen Pyrolysekoks aufweist, sowie eine nachgeordnete Crackeinheit zum Cracken der im Pyrolysegas enthaltenen Teere. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen eines Produktgases aus organischen Einsatzstoffen mit einem niedrigen Ascheschmelzpunkt.
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Verfahren zum Erzeugen von Gasen aus Biomasse sind im Stand der Technik in verschiedener Form und mit verschiedenen Vorrichtungen bekannt geworden. Beispielsweise können organische Einsatzstoffe in Vergasungsreaktoren unter Zusatz eines Vergasungsmittels vergast werden. Hierzu sind Wirbelschichtvergaser, Festbettvergaser in Gegenstrom- und Gleichstromvergasung sowie mehrstufige Vergaser und weitere Sonderformen bekannt. Ziel hierbei ist stets eine nahezu vollständige Umsetzung des in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffes, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Aufgrund der vergleichsweise hohen Betriebstemperaturen sind die genannten Vergasungsverfahren nur für Einsatzstoffe mit einem hohen Ascheschmelzpunkt geeignet, da bei niedrigen Ascheschmelzpunkten Schäden an dem Vergaser durch Verschlackung auftreten. Zudem wird stets ein mit einem mehr oder weniger hohen Teergehalt belastetes Produktgas erzeugt, so dass in der Regel eine Gasreinigung nach der Vergasung erforderlich ist.
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Weiterhin ist es bekannt, Einsatzstoffe mit niedrigen Ascheschmelzpunkten in einem Pyrolysereaktor ohne Zusatz eines Vergasungsmittels unter Luftabschluss zu entgasen. Da die Pyrolyse bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen stattfindet, treten hier keine Probleme mit dem Ascheaustrag sowie Beschädigungen an Bauteilen durch Ascheanlagerungen oder Verschmelzungen auf. Durch die niedrigen Temperaturen kommt es jedoch zur Bildung vergleichsweise großer Mengen Teer in dem Produktgas. Das Produktgas muss somit nach der Pyrolyse in aufwändigen Gasreinigungsanlagen vom Teer gereinigt werden.
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Einsatzstoffe mit einem niedrigen Ascheschmelzpunkt werden daher meistens durch Fermentation in Biogasanlagen zu einem Produktgas umgesetzt. Dieser Prozess ist jedoch wiederum nicht zur Umsetzung ligninhaltiger Einsatzstoffe geeignet.
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Die
DE 199 45 771 C1 beschreibt ein mehrstufiges Verfahren zur Erzeugung eines Produktgases aus Biomasse, bei welchem die Pyrolyse der Biomasse und die Entstehung des Produktgases in getrennten Reaktoren durchgeführt wird. In einer ersten Stufe wird durch Pyrolyse ein Pyrolysegas sowie Koks erzeugt. Das Pyrolysegas wird in einen zweiten Reaktor geleitet, in welchem es mit Hilfe eines inerten Wärmeträgers unter Zumischung eines Reaktionsmittels, beispielsweise Wasserdampf, zu einem Produktgas mit einem hohen Heizwert umgesetzt wird. Der Pyrolysekoks wird aus dem Pyrolysereaktor ausgetragen und verbrannt, wobei der Verbrennungsprozess über den Wärmeträger Wärme für die Pyrolyse und für die Reformierung des Pyrolysegases zu dem Produktgas liefert. Der Wärmeträger befindet sich im Kreislauf zwischen der Reformierungsstufe und dem Pyrolysereaktor. Mittels des beschriebenen Verfahrens können auch Einsatzstoffe mit niedrigen Ascheschmelzpunkten umgesetzt werden. Vorrichtung und Verfahrensführung sind jedoch vergleichsweise aufwändig und teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anlage sowie ein Verfahren vorzuschlagen, welche bei einfacher Anlagentechnik die Erzeugung eines teerarmen Produktgases ermöglichen und für verschiedenste Einsatzstoffe geeignet sind.
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Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Bei einem Verfahren zum Erzeugen eines Produktgases aus organischen Einsatzstoffen wird in einem Pyrolysereaktor aus dem organischen Einsatzstoff ein teerhaltiges Pyrolysegas und kohlenstoffhaltiger Pyrolysekoks erzeugt. Der organische Einsatzstoff weist hierbei einen niedrigen Ascheschmelzpunkt auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einem niedrigen Ascheschmelzpunkt Schmelztemperaturen von unter 1.000°C verstanden, während unter einem hohen Ascheschmelzpunkt Schmelztemperaturen von über 1.000°C verstanden werden. Häufig liegen jedoch die Ascheschmelzpunkte organischer Einsatzstoffe sogar nur im Bereich von 700°C. Nach der Pyrolyse werden das Pyrolysegas und der Pyrolysekoks getrennt voneinander weiter behandelt. Das Pyrolysegas, welches aufgrund der niedrigen Temperaturen des Pyrolyseprozesses vergleichsweise stark teerbelastet ist, wird anschließend in eine nachgeordnete Crackeinheit geleitet, um die in ihm enthaltenen Teere zu cracken. Erfindungsgemäß wird das teerhaltige Pyrolysegas zur Gasreinigung bzw. zum Cracken der Teere in einen Vergasungsreaktor geleitet, in welchem ein zweiter organischer Einsatzstoff mit einem hohen Ascheschmelzpunkt zu einem teerarmen Gas umgesetzt wird. Die Teere werden an einem glühenden Kohlenstoffbett des zweiten Einsatzstoffes gecrackt, so dass stark teerbeladenes Pyrolysegas in dem Vergasungsreaktor zu einem teerarmen Produktgas umgesetzt wird.
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Eine Anlage zum Erzeugen eines Produktgases aus organischen Einsatzstoffen mit einem niedrigen Ascheschmelzpunkt weist einen Pyrolysereaktor sowie eine nachgeordnete Crackeinheit auf, welche als Vergasungsreaktor ausgebildet ist. Der Pyrolysereaktor weist einen Auslass für das teerhaltige Pyrolysegas und eine Austragsöffnung für kohlenstoffhaltigen Pyrolysekoks auf. Der Vergasungsreaktor weist einen Einlass für das Pyrolysegas sowie einen Auslass für das teerarme Produktgas auf. Der Vergasungsreaktor ist hierbei derart ausgebildet, dass der zweite organische Einsatzstoff zu einem teerarmen Gas umgesetzt wird und zugleich die Teere des Pyrolysegases an dem glühenden Kohlenstoffbett des Vergasungsreaktors gecrackt werden. Das glühende Kohlenstoffbett stellt hierbei eine Art Katalysator für die Crackung der Teere dar, so dass eine gute Zersetzung der Teere erzielt wird. Hierdurch ist es möglich, sämtliche organische Einsatzstoffe unabhängig von ihrem Ascheschmelzpunkt durch Pyrolyse zu vergasen. Das in der erfindungsgemäßen Anlage erzeugte Produktgas kann ohne eine weitere Gasreinigung direkt einem Gasmotor zugeführt werden oder in anderer Weise verwertet werden. Probleme durch Schlackebildung können durch die getrennte Weiterverwertung des Pyrolysegases dennoch vermieden werden. Zugleich wird ein guter Wirkungsgrad der Anlage erzielt, da der Vergasungsreaktor als Crackeinheit zusätzliches teerarmes Gas produziert, welches als Produktgas nutzbar ist.
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Der Vergasungsreaktor ist vorzugsweise als Gleichstromvergaser mit aufsteigender Vergasung ausgeführt, wobei in dem Gleichstromvergaser zusätzlich eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet ist. Ein derartiger Vergasungsreaktor ist in der Patentanmeldung
DE 10 2008 043 131 der Anmelderin beschrieben, auf welche hier vollumfänglich Bezug genommen wird. Bedingt durch die Bauart des Vergasungsreaktors und die Prozessführung kann eine lange Verweilzeit des Pyrolysegases sowie ein guter Kontakt des Pyrolysegases mit dem glühenden zweiten Einsatzstoff erzielt werden und zugleich Teerschlupf verhindert werden, so dass das Pyrolysegas zu einem nahezu teerfreien Produktgas umgesetzt werden kann.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der zweite Einsatzstoff in dem Vergasungsreaktor weitgehend vollständig vergast wird, da der Vergasungsreaktor hierdurch konstruktiv einfach gestaltet werden kann. Austragseinrichtungen für verbleibende Pyrolyserückstände sind nicht erforderlich. Entstehende Asche kann mit dem Produktgas ausgetragen werden und anschließend in einer weiteren Abscheidevorrichtung abgeschieden werden oder aufgrund des geringen Durchsatzes des zweiten Einsatzstoffes bzw. der geringen Aschemenge auch in dem Produktgas verbleiben.
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Vorzugsweise weist der Vergasungsreaktor oberhalb seiner Pyrolysezone einen Einlass für das Pyrolysegas auf. Das teerbeladene Pyrolysegas kann hierdurch direkt in die heiße Zone des Vergasungsreaktors eingebracht werden, so dass die vollständige Zersetzung der Teere weiterhin unterstützt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Pyrolysegas dem Vergasungsreaktor im Bereich der Oxidationszone und somit im heißesten Bereich zugeführt wird. Ebenso ist es jedoch je nach Bauart des Vergasungsreaktors und Prozessführung möglich, dass der Einlass für das Pyrolysegas an anderer Stelle angeordnet ist.
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Daneben ist es vorteilhaft, wenn der Vergasungsreaktor weiterhin im Bereich der Reduktionszone eine Zuführung für Wasser oder Wasserdampf aufweist. Die Wassergasreaktion in dem Vergasungsreaktor kann hierdurch verstärkt werden, so dass die Zersetzung der Teere weiter gefördert und die Reduktion der Oxidationsprodukte aus dem Vergasungsreaktor in günstiger Weise beeinflusst wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn vor dem Einleiten des Pyrolysegases in den Vergasungsreaktor im Pyrolysegas enthaltene Asche abgeschieden wird. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst hierzu zwischen dem Pyrolysereaktor und dem Vergasungsreaktor eine Abscheidevorrichtung für die Asche. Je nach Ausführung des Pyrolysereaktors sowie des verwendeten organischen Einsatzstoffes kann jedoch gegebenenfalls auch auf eine Ascheabscheidung verzichtet werden.
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Der Pyrolysereaktor kann konstruktiv besonders einfach ausgeführt werden, wenn er als vorzugsweise vertikal angeordnetes Pyrolyserohr ausgebildet ist. Die Förderung des organischen Einsatzstoffes durch den Pyrolysereaktor kann im einfachsten Fall schwerkraftgetrieben erfolgen. Vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn eine Fördereinrichtung für den Einsatzstoff in dem Pyrolysereaktor angeordnet ist, so dass der Einsatzstoff mit einstellbarer Geschwindigkeit gezielt gefördert werden kann und mittels der Fördereinheit zugleich ausgetragen werden kann.
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Besonders vorteilhaft es ist weiterhin, wenn der Auslass für das Pyrolysegas und die Austrittsöffnung für den Pyrolysekoks voneinander getrennt sind, so dass eine Trennung der flüssigen und festen Pyrolyseprodukte bereits im Pyrolysereaktor erfolgen kann. Vorzugsweise ist der Auslass für das Produktgas in einem oberen Bereich des Pyrolysereaktors angeordnet und die Austrittsöffnung für den Pyrolysekoks in einem unteren Bereich, so dass feste und gasförmige Pyrolyseprodukte schwerkraftbedingt nahezu selbsttätig getrennt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Pyrolysereaktor einen Heizmantel aufweist, welcher von dem heißen Produktgas aus dem Vergasungsreaktor durchströmbar ist. Das heiße Produktgas wird dem Heizmantel vorzugsweise in Gegenstrom zu dem Einsatzstoff zugeführt. Das heiße Produktgas aus dem Vergasungsreaktor kann hierbei gekühlt werden, so dass weitere Kühleinrichtungen für das Produktgas nicht erforderlich sind. Zugleich kann hiermit die für den Pyrolyseprozess in dem Pyrolysereaktor erforderliche Energiezufuhr bewerkstelligt werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Pyrolyseprozess ausschließlich durch die Abwärme des Produktgases aus dem Vergasungsreaktor angestoßen und/oder unterhalten wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Vergasungsreaktor entsprechend der Menge des im Pyrolysereaktor produzierbaren Produktgases dimensioniert ist. Bei einem Verfahren zum Erzeugen eines teerarmen Produktgases ist es vorteilhaft, wenn die Leistung des Vergasungsreaktors und/oder die Menge des zweiten Einsatzstoffes auf die Menge des im Pyrolysereaktor erzeugten Produktgases abgestimmt wird. Der Verbrauch des teureren Einsatzstoffes mit dem hohen Ascheschmelzpunkt kann hierdurch auf ein Minimum reduziert werden, wobei dennoch eine nahezu vollständige Zersetzung der Teere des Pyrolysegases erzielt werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste und/oder der zweite Einsatzstoff dem Pyrolysereaktor bzw. dem Vergasungsreaktor in pelletierter Form zugeführt. Liegt der erste organische Einsatzstoff in pelletierter Form vor, kann dieser in besonders einfacher Weise aus dem Pyrolysereaktor wieder ausgetragen und weiter verwertet werden. Der Vergasungsreaktor kann mit Holzpellets besonders günstig betrieben werden, da eine gleichmäßige Auflockerung und Durchmischung des Brennstoffes erfolgen kann.
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Um den immer noch kohlenstoffhaltigen Pyrolysekoks aus dem Pyrolysereaktor weiter zu nutzen, ist es nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, den Pyrolysekoks in einer weiteren Vergasungseinheit zu vergasen oder auch in einer Brennkammer zu verbrennen. Ebenso ist es jedoch möglich, den Pyrolysekoks als Biodünger einzusetzen.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten Figur beschrieben. Es zeigt die einzige
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1 eine schematische Übersicht der erfindungsgemäßen Anlage sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Produktgases.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage 1 zum Erzeugen eines Produktgases 6 sowie eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes. Die Anlage 1 zum Erzeugen eines Produktgases 6 umfasst einen Pyrolysereaktor 2 zur Trocknung und Pyrolyse eines organischen Einsatzstoffes 3 sowie einen Vergasungsreaktor 4, welcher erfindungsgemäß eine Crackeinheit zur Reinigung des in dem Pyrolysereaktor 2 erzeugten Pyrolysegases 5 bildet. Die erfindungsgemäße Anlage 1 zum Erzeugen eines Produktgases 6 nutzt hierbei die Temperatur sowie das Kohlenstoffbett 7 eines Vergasungsreaktors 4, welcher vorliegend als Holzvergaser ausgebildet ist, um in diesem eine Crackung der Teere des Pyrolysegases 5 durchzuführen.
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Im Stand der Technik sind nach einer Pyrolyse von Einsatzstoffen mit niedrigem Ascheschmelzpunkt, welcher unterhalb 1.000°C, häufig sogar unter 800°C liegt, aufwändige Gasreinigungsanlagen erforderlich. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt. So können die Teere aus dem Pyrolysegas 5 durch Kondensation, Waschung oder Sorption abgeschieden werden. Eine weitere Möglichkeit liegt in der thermischen oder katalytischen Umsetzung der langkettigen Kohlenwasserstoffe in kleinere Moleküle. Bei einer rein thermischen Umsetzung der Teere sind Temperaturen von wenigstens 1.200°C oder höher erforderlich, was eine Erhöhung der Gasaustrittstemperatur und somit einen geringeren Wirkungsgrad des Verfahrens zur Folge hat. Eine katalytische Umsetzung ist mit Verbrauchskatalysatoren oder mit Dauerkatalysatoren möglich, welche jedoch vergleichsweise teuer sind. Verbrauchskatalysatoren müssen zudem kostspielig entsorgt werden.
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Die vorliegende Erfindung hat nun herausgefunden, dass eine Gasreinigung des Pyrolysegases 5 bzw. eine Zersetzung der erzeugten Teere mittels eines Vergasungsreaktors 4 möglich ist. Während bekannte Vergasungsreaktoren des Standes der Technik selbst mit dem Teergehalt der erzeugten Gase kämpfen, kann ein Vergasungsreaktor 4 überraschenderweise als Crackeinheit für Teere eines anderen Prozesses eingesetzt werden, wenn eine längere Verweilzeit des Pyrolysegases 5 in dem Vergasungsreaktor 4 erzielt und Teerschlupf verhindert wird. Das Kohlenstoffbett 7 des Vergasungsreaktors 4 wirkt hierbei als Katalysator, so dass bei längerer Verweilzeit des Pyrolysegases und gutem Kontakt zu dem Kohlenstoffbett 7 bereits bei Betriebstemperatur des Vergasungsreaktors 4 eine Aufspaltung der langkettigen Moleküle stattfindet. Als zweiter organischer Einsatzstoff 16 wird vorzugsweise Holz verwendet, da dieses einen Ascheschmelzpunkt von etwa 1.200°C aufweist.
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Der Vergasungsreaktor
4 ist nach vorliegender Darstellung als Gleichstromvergaser mit aufsteigender Vergasung sowie einer kombinierten Wirbelschicht
19a ausgeführt. Die Funktionsweise des Vergasungsreaktors
4 ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 043 131 ausführlich beschrieben. Der Vergasungsreaktor
4 ermöglicht es, durch seine spezielle Konstruktion und Prozessführung, einen Einsatzstoff
16 mit einem hohen Ascheschmelzpunkt (über 1.000°C) nahezu vollständig zu vergasen, wobei in einer Pyrolysezone
24 eine Pyrolyse im Festbett und in einer Reduktionszone
19 zugleich eine Vergasung des Pyrolysekoks
8 in einer Wirbelschicht
19a erfolgt. Hierdurch kann bei nahezu vollständiger Umsetzung des Einsatzstoffes
16 ein sehr teerarmes Gas erzeugt werden. Durch die spezielle Prozessführung liegen die Betriebstemperaturen des Vergasungsreaktors
4 sogar in der heißen Oxidationszone
18 bei lediglich 850°C. Der konstruktive Aufbau des Vergasungsreaktors
4 ist hierbei sehr einfach gehalten.
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Entgegen der Erwartungen kann trotz der sehr niedrigen Betriebstemperatur des Vergasungsreaktors 4 von nur 850°C dennoch eine nahezu vollständige Umsetzung der Teere aus dem Pyrolysegas 5 erfolgen. Durch das Hindurchleiten des Pyrolysegases 5 durch das glühende Kohlenstoffbett 7 sowie die Wirbelschicht 19a kann ein sehr guter Kontakt des Pyrolysegases 5 mit dem Einsatzstoff 16 sowie eine günstige Verweilzeit in dem Vergasungsreaktor 4 erzielt werden, so dass eine besonders gute und schnelle Umsetzung der Teere erfolgt.
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Gemäß der Erfindung wird zur Erzeugung eines Produktgases 6 der organische Einsatzstoff 3 mit niedrigem Ascheschmelzpunkt in dem Pyrolysereaktor 2 zu Pyrolysegas 5 und Pyrolysekoks 8 in an sich bekannter Weise umgesetzt. Der Pyrolysereaktor 2 ist vorliegend als Pyrolyserohr ausgebildet und weist eine Fördereinrichtung 9, vorliegend eine Förderschnecke, für den Einsatzstoff 3 auf. Die Förderschnecke ist mittels eines entsprechenden Antriebes 10 angetrieben. Die Fördereinrichtung 9 mit dem Antrieb 10 bietet hierbei den Vorteil, dass der Einsatzstoff 3 mit verschiedener Geschwindigkeit entsprechend der Vergasungsrate des Pyrolysereaktors 2 abwärts befördert werden kann. Der Pyrolysereaktor 2 weist weiterhin eine Zuführung 25 für den organischen Einsatzstoff 3 sowie an seinem entgegengesetzten Ende eine Austragsöffnung 26 für Pyrolysekoks 8 auf. Weiterhin ist ein Auslass 27 für das Pyrolysegas 5 angeordnet. Sind, wie vorliegend dargestellt, der Auslass 27 für das Pyrolysegas 5 in einem oberen Bereich des Pyrolysereaktors 2 und die Austragsöffnung 14 in einem unteren Bereich angeordnet, so kann eine Trennung der festen und gasförmigen Pyrolyseprodukte nahezu selbsttätig durch die Schwerkraft erfolgen.
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Das im Pyrolysereaktor 2 erzeugte Pyrolysegas 5 wird nach vorliegender Darstellung zunächst in einer Abscheidevorrichtung 13 entascht und schließlich dem Vergasungsreaktor 4 zugeführt. Die Abscheidevorrichtung 13 kann beispielsweise als Zyklon ausgebildet sein. Dieser weist an seinem unteren Ende eine Austragsöffnung 14 für Asche auf. Das aschefreie, teerhaltige Pyrolysegas 5 wird unterhalb eines Kohlenstoffbettes 7 dem Vergasungsreaktor 4 zugeführt.
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Der Vergasungsreaktor 4 besteht nach vorliegender Darstellung aus einem sich nach oben hin konisch aufweitenden Reaktionsraum 15, welcher entgegen der Schwerkraft von unten mit einem Einsatzstoff 16 mit hohem Ascheschmelzpunkt 16, beispielsweise Holz, beschickt wird. Der Vergasungsreaktor 4 weist eine Zuführung 22 für den Einsatzstoff 16 sowie ein Vergasungsmedium 17 auf. In seinem oberen Bereich weist der Vergasungsreaktor 4 einen Gassammelraum 23 sowie einen Auslass 27 für das Produktgas 6 auf. In dem Reaktionsraum bilden sich oberhalb des Einsatzstoffes 16 schichtförmig übereinander eine Pyrolysezone 24, eine Oxidationszone 18 sowie eine Reduktionszone 19. Der Einsatzstoff 16 wird hierbei weitgehend kontinuierlich nach oben befördert und durch das Vergasungsmedium 17 von unten angeströmt, so dass sich bei entsprechender Prozessführung die Reduktionszone 19 teilweise oder vollständig als Wirbelschicht 19a ausbildet. Der Einsatzstoff 16 mit dem hohen Ascheschmelzpunkt wird hierbei nahezu vollständig zu einem teerarmen Gas umgesetzt, so dass der Vergasungsreaktor 4 zusätzlich zu dem in dem Pyrolysereaktor 2 erzeugten Pyrolysegas 5 ein nutzbares Produktgas 6 erzeugt. Das Produktgas 6 des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit aus dem gereinigten Pyrolysegas 5 sowie dem zusätzlich von dem Vergasungsreaktor 4 erzeugten Gas. Durch die nahezu vollständige Umsetzung des Einsatzstoffes 16 und die Erzeugung zusätzlichen Produktgases 6 durch die Crackeinheit bzw. den Vergasungsreaktor 4 kann ein sehr guter Gesamtwirkungsgrad der Anlage 1 erzielt werden.
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Nach der vorliegenden Darstellung beinhaltet der Vergasungsreaktor 4 weiterhin eine Zuführung 20 für Wasser oder Wasserdampf. Vorliegend ist die Zuführung 20 mit einem Einlass 21 des Vergasungsreaktors 4 für das Pyrolysegas 5 verbunden, diese kann jedoch auch separat in den Vergasungsreaktor 4 münden. Durch das Zuführen von Wasser im Bereich der Reduktionszone 19 kann die Wassergasreaktion in dem Vergasungsreaktor 4 verstärkt werden, so dass die Crackung der Teere aus dem Pyrolysegas 5 weiterhin unterstützt wird und ein qualitativ hochwertiges Produktgas 6 erzeugt wird. Der Einlass 21 sowie die Zuführung 20 kann beispielsweise in Form einer Ringdüse ausgeführt sein.
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Die Energie zum Anfahren sowie gegebenenfalls zum Unterhalten des Pyrolyseprozesses im Pyrolysereaktor 2 wird durch das heiße Produktgas 6 aus dem Vergasungsreaktor 4 zugeführt. Der Auslass 12 des Vergasungsreaktors 4 ist hierzu mit einem Heizmantel 11 des Pyrolysereaktors 2 verbunden.
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Das im Wesentlichen teerfreie Produktgas 6 durchströmt den Heizmantel 11 in Gegenstrom zu dem Stoffstrom des Einsatzstoffes 3 und wird hierdurch abgekühlt, so dass keine weiteren Kühleinrichtungen für das Produktgas 6 erforderlich sind. Durch die Zufuhr des Produktgases 6 im Gegenstrom kann eine besonders gute Kühlung des Produktgases 6 und zugleich eine schnellere Erwärmung des organischen Einsatzstoffes 3 in dem Pyrolysereaktor 2 erzielt werden. Das nunmehr abgekühlte Produktgas 6 kann am oberen Ende des Heizmantels 11 bzw. des Pyrolysereaktors 2 entnommen und ohne weitere Reinigung seiner weiteren Verwertung, beispielsweise einem Gasmotor, zugeführt werden.
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Der Pyrolysekoks 8 kann schließlich über die Austragsöffnung 26 aus dem Pyrolysereaktor 2 ausgetragen werden und einer weiteren Verwertung zugeführt werden. Der Pyrolysekoks 8 kann beispielsweise als Biodünger eingesetzt werden oder aber, da dieser immer noch einen Energiespeicher darstellt, extern vergast oder verbrannt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Einsatzstoff 3 in pelletierter Form dem Pyrolysereaktor 2 zugeführt wird, da der Einsatzstoff 3 bei der Pyrolyse seine Form weitgehend behält und somit an der Austragsöffnung 26 in gut förderfähiger Form entnommen und weiter verwertet werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung gelingt es somit, durch das gleichzeitige Umsetzen zweier Einsatzstoffe 3, 16 in zwei räumlich getrennten Reaktoren 2, 4 auch aus organischen Einsatzstoffen 3 mit niedrigem Ascheschmelzpunkt ein nahezu teerfreies Produktgas 6 zu erzeugen. Durch die räumliche Trennung der Pyrolyse des Einsatzstoffes 3 mit dem niedrigen Ascheschmelzpunkt und der weitere Umsetzung des Pyrolysegases 5 können Probleme durch den niedrigen Ascheschmelzpunkt, wie erschwerter Ascheaustrag und Beschädigungen an Anlagenteilen durch Verschlackung, vermieden werden. Mittels der erfindungsgemäßen Anlage 1 ist es somit möglich, sämtliche organische Einsatzstoffe unabhängig von ihrem Ascheschmelzpunkt nahezu teerfrei zu vergasen. Es können somit auch Stoffe wie Stroh, Miscanthus, Rapsschrot, Rapskuchen, Klärschlamm, Pferdemist, Heu, Grünschnitt usw. problemlos eingesetzt werden.
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Da der Vergasungsreaktor 4 in erster Linie der Umsetzung der Teere des Pyrolysegases 5 und nicht der Erzeugung von Produktgas 6 dient und in Bezug auf die Menge des Pyrolysegases 5 dimensioniert ist, kann der Durchsatz des Einsatzstoffes 16 im Vergleich zu dem Durchsatz des Einsatzstoffes 3 mit niedrigem Ascheschmelzpunkt 3 sehr gering gehalten werden. Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage 1 bzw. des Verfahrens ist hierbei hoch, da die als Vergasungsreaktor ausgebildete Crackeinheit ihrerseits selbst einen Teil des Produktgases erzeugt und die Wärme aus der Crackeinheit zugleich dem Unterhalt des Pyrolyseprozesses im Pyrolysereaktor 2 dient, so dass keine externe Energiezufuhr erforderlich ist. Zugleich wird keine Energie mit dem Produktgas 6 aus der Anlage 1 ausgetragen. Durch die sehr kostengünstigen Einsatzstoffe 16 kann die erfindungsgemäße Anlage 1 somit sehr wirtschaftlich und im Gegensatz zu einer reinen Holzvergasung subventionsunabhängig betrieben werden. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, auch den Vergasungsreaktor 4 zur Erzeugung einer nennenswerten Menge von Produktgas 6 zu nutzen und entsprechend groß auszulegen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zum Erzeugen eines Produktgases
- 2
- Pyrolysereaktor
- 3
- Erster organischer Einsatzstoff mit niedrigem Ascheschmelzpunkt
- 4
- Vergasungsreaktor
- 5
- Pyrolysegas
- 6
- Produktgas
- 7
- Kohlenstoffbett
- 8
- Pyrolysekoks
- 9
- Fördereinrichtung
- 10
- Antrieb
- 11
- Heizmantel
- 12
- Auslass für Produktgas
- 13
- Abscheidevorrichtung
- 14
- Austragsöffnung für Asche
- 15
- Reaktionsraum
- 16
- zweiter organischer Einsatzstoff mit hohem Ascheschmelzpunkt
- 17
- Vergasungsmedium
- 18
- Oxidationszone
- 19
- Reduktionszone mit Wirbelschicht 19a
- 20
- Zuführung für Wasser/Wasserdampf
- 21
- Einlass für Pyrolysegas
- 22
- Zuführung für Einsatzstoff am Vergasungsreaktor
- 23
- Gassammelraum
- 24
- Pyrolysezone
- 25
- Zuführung für Einsatzstoff am Pyrolysereaktor
- 26
- Austragsöffnung für Pyrolysekoks
- 27
- Auslass für Pyrolysegas
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19945771 C1 [0005]
- DE 102008043131 [0010, 0026]
