DE102009057769B4

DE102009057769B4 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Gases

Info

Publication number: DE102009057769B4
Application number: DE102009057769.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: DE102009057769A1

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines Gases aus Biomasse (4, 52) mit einem einen zylindrischen Hohlraum (50) aufweisenden Reaktor (1), der mit einer Speiseöffnung (48) für die frische Biomasse (4, 52) und einer Auslassöffnung für die verbrauchte und vergaste Biomasse versehen ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie über die Speiseöffnung (48) in den zylindrischen Hohlraum (50) gelangende Biomasse (4, 52) zu einer Auslassöffnung beziehungsweise einer Abzugsschleuse (56) gelangt, wobeiin dem zylindrischen Hohlraum (50) ein Rührwerk (68, 70, 72) und wenigstens zwei frei bewegliche, ein Metall enthaltende Kugeln (66) vorgesehen sind, die von außerhalb des zylindrischen Hohlraumes (50) durch Einspeisen elektromagnetischer Energie (64) aufheizbar sind, wobei die Kugeln (66) sich gegenseitig berühren und permanent innerhalb des zylindrischen Hohlraums (50) verbleiben und jeweils eine Größe aufweisen, die die Größe der Auslassöffnung beziehungsweise Abzugsschleuse (56) des zylindrischen Hohlraums übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Gases aus Biomasse mit einem einen zylindrischen Hohlraum aufweisenden Reaktor, der mit einer Speiseöffnung für die frische Biomasse und einer Auslassöffnung für die verbrauchte Biomasse versehen ist.
Derartige Vorrichtungen sind seit langem bekannt. Insbesondere ist aus der deutschen Patentschrift DE 624 242 A aus dem Jahre 1935 eine derartige Vorrichtung bekannt, um aus Holz Gas für einen Fahrzeugmotor zu erzeugen. In der Zwischenzeit wurden aber auch zahlreiche andere Vorrichtungen entwickelt, um durch Kraft-Wärmekopplung einerseits elektrische und andererseits Wärmeenergie bereitzustellen.
DE 624 242 A lehrt einen Gaserzeuger mit abwärts gerichtetem Zug, insbesondere zur Erzeugung von Holzgas für Kraftfahrzeuge. Es werden keine induktiven oder elektromagnetisch wirksamen Heizmittel, Zuschlagstoffe oder sonstige hierfür vorgesehene Mittel beschrieben.
Die EP 1 106 672 A1 offenbart einen Prozess und eine Anordnung zur Verarbeitung von Abfällen unter Verwendung von induzierten Strömen. Vorgesehen ist ein Mischen der für die Verarbeitung vorgesehenen Produkte mit leitfähigen Körpern. Die leitfähigen Körper und somit die Mischung insgesamt wird induktiv aufgeheizt, wodurch eine Gaserzeugung erfolgt. Die leitfähigen Körper gelangen wieder aus der Gaserzeugungsvorrichtung hinaus. Explizit wird ein Entmischen und Separieren der leitfähigen Körper aus den anfallenden Restbestandteilen gelehrt. Daher sind die leitfähigen Körper ein Teil der eingefüllten Mischung, d.h. des Abfalls.
Die WO 2008/ 023 246 A2 offenbart eine Vorrichtung für ein Cracken molekularer Strukturen in organischen Substanzen. Hierfür ist eine induktive Heizung vorgesehen. Diese besteht aus einer induktiv heizbaren Anordnung in den Vorrichtungswänden sowie einem induktiv heizbaren Rührer. Als induktive Heizmittel kommen Hochfrequenzströme in Stromwicklungen zur Anwendung sowie ein Rührer mit Rührblechen, die sich im elektromagnetischen Feld induktiv aufheizen. Die Rührbleche sind im Heizraum nicht frei beweglich. Das Hinzusetzen von Kugeln oder anderen leitfähigen Körpern zu dem zu crackenden Material ist nicht vorgesehen.
Die WO 2009/ 094 535 A2 offenbart einen Prozess und ein System zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse. Zum Heizprozess werden keine eindeutigen Angaben gemacht. Insbesondere sind keine induktiven Heizmittel vorgesehen.
Die DE 23 28 545 A offenbart ein Verfahren zur Pyrolyse von Abfallstoffen. Es ist eine Beigabe von induktiv heizbaren Metallkugeln und deren anschließende Abtrennung oder ein Befestigen von Kugeln an Metalldrähten innerhalb der Apparatur vorgesehen. Die Kugeln sind entweder kein permanenter Bestandteil des Heizraumes, weil die den Abfallstoffen zugegeben und später wieder abgetrennt werden, oder sie sind ebenfalls im Heizraum nicht frei beweglich. Ein Rührer ist ebenfalls nicht vorgesehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet und es dabei gestattet, verschiedenartige Arten von Biomasse wie Holz, Pellets und Klärschlamm einzusetzen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. In dem zylindrischen Hohlraum der Vorrichtung sind ein Rührwerk und wenigstens zwei frei bewegliche, ein Metall enthaltende Kugeln vorgesehen, die von außerhalb des zylindrischen Hohlraumes durch Einspeisen elektromagnetischer Energie aufheizbar sind. Die Kugeln (66) berühren sich gegenseitig und verbleiben permanent innerhalb des zylindrischen Hohlraums (50). Sie weisen jeweils eine Größe auf, die die Größe der Auslassöffnung beziehungsweise Abzugsschleuse (56) des zylindrischen Hohlraums übersteigt. Die über die Speiseöffnung (48) in den zylindrischen Hohlraum (50) gelangende Biomasse (4, 52) gelangt zu einer Auslassöffnung beziehungsweise einer Abzugsschleuse (56).
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zylindrische Hohlraum im Betrieb bezüglich der Erdoberfläche geneigt angeordnet, so dass das zu vergasende Biomaterial unter Einwirkung der Schwerkraft und des Rührwerks in Richtung auf eine Auslassöffnung vortreibbar ist.
Um eine gute Durchmischung der Biomasse mit den wärmeliefernden Kugeln zu ermöglichen, ist im Innern des zylindrischen Hohlraumes ein Rührwerk mit mehreren Rührarmen angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Rührarme verschiedene Längen aufweisen.
Zur Einspeisung der elektromagnetischen Energie sind vorzugsweise auf der im Betrieb nach unten weisenden Seite des zylindrischen Hohlraumes Induktionsspulen angeordnet, um durch magnetische Induktion in den Kugeln durch Wirbelströme erhöhte Temperaturen zu bewirken. Statt der Einspeisung der elektromagnetischen Energie mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes ist es auch möglich, Mikrowellen vorzusehen und unterhalb des zylindrischen Hohlraumes eine Anordnung von Mikrowellenantennen vorzusehen.
Zweckmäßig ist es, wenn die Energie beim Einspeisen so justiert wird, dass im Innern des Reaktors Temperaturen von mehr als 500°Cauftreten.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient das erzeugte Gas zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, mit dessen Hilfe ein elektrischer Generator antreibbar ist. Die dabei anfallende Wärme wird vorzugsweise in einen Warmwasserkreislauf eingespeist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Erzeugen eines Gases aus Biomasse zusammen mit einem durch das Gasbetriebenen Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt,
2 den Reaktor der Vorrichtung gemäß 1 in einem Querschnitt, und
3 den Reaktor gemäß 2 in einem Längsschnitt.

Die in 1 dargestellte Anlage zur Gewinnung von elektrischem Strom und Warmwasser aus Biomasse 4 verfügt über einen Reaktor 1 und ein Silo 3 zur Erzeugung eines Gases, mit dem ein Verbrennungsmotor 5 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 5 treibt einen Generator 7 an, mit dessen Hilfe elektrischer Strom erzeugt und über Leitungen 10 , 11 verteilt wird.
Die im Verbrennungsmotor 5 anfallende Wärme wird mit Hilfe eines Kühlwasserkreislaufs 12 mit Hilfe von Mischventilen 14, 15 abgeführt und speist eine externe Vorlaufleitung 16 für einen oder mehrere Wärmeverbraucher, wobei das abgekühlte Wasser über eine Rücklaufleitung 17 zum Kühlwasserkreislauf 12 zurückgelangt. An den Kühlwasserkreislauf ist ein in 1 schematisch dargestellter Notkühler 19 angeschlossen, der übereinen Frischwasserzugang 20 und einen Kühlwasserabgang 21 verfügt.
Der Verbrennungsmotor 5 ist nicht nur mit dem Generator 7 , sondern auch mit einem Anlasser 23 mechanisch verbunden. Über von den Leitungen 10, 11 bezogenen elektrischen Strom kann der Anlasser 23 verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 5 zu starten.
Der Verbrennungsmotor 5 ist mit einem Ölreiniger 25 ausgestattet, der über Ölleitungen 26, 27 mit dem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors 5 verbunden ist.
Die Abgase des Verbrennungsmotors 5 gelangen über einen Abgasfilter 28 und einen Schalldämpfer 30 in einen Schornstein 32.
Zwischen dem Abgasfilter 28 und dem Schalldämpfer 30 sind Abzweigventile 34, 35 vorgesehen, die es gestatten, die Abgase des Verbrennungsmotors 5 über eine Abgasleitung 36 zu einem Wärmetauscher 38 zu führen.
Der Wärmetauscher 38 ist in dem Silo 3 so angeordnet, dass die Abgase zum Trocknen von im Silo 3 gespeicherter Biomasse 4 verwendet werden können, um dort eine Vortrocknung der Biomasse 4 bei etwa 150°C zu erreichen. Bei der Biomasse 4 kann es sich insbesondere um Pellets, Sägemehl oder Klärschlamm handeln.
Das zum Vortrocknen verwendete Abgas gelangt über eine Rückgasleitung 38 zurück vom Silo 3 und über das Abzweigventil 35 und den Schalldämpfer 30 zum Schornstein 32.
Zum Betrieb des Verbrennungsmotors 5 wird das im Reaktor 1 erzeugte Gas entweder direkt über einen Partikelfilter 40 oder aus einer Notgasversorgung 42 zugeführt. Die Notgasversorgung 42 ist dazu mit der Speiseleitung 44 des Verbrennungsmotors 5 über eine Nebenleitung 45 verbunden. Als Notgasversorgung 42 kann eine unter Druck stehende und mit einem Absperrventil 46 versehe Gasflasche verwendet werden.
Zur Erzeugung des Gases für den Verbrennungsmotor 5 wird die im Silo 3 gespeicherte Biomasse 4 über eine Speiseöffnung beziehungsweise Einspeisevorrichtung 48 in den Reaktor 1 eingebracht. Die Einspeisevorrichtung 48 gestattet das Nachfüllen von Biomasse 4 und verhindert gleichzeitig ein Austreten von Gas aus dem Reaktor 1, so dass sich im Reaktor 1 ein Überdruck aufbauen kann. Die Einspeisevorrichtung 48 stellt somit eine Druckschleuse für den in 2 vergrößert und schematisch dargestellten Reaktor 1 dar.
Der Reaktor 1 verfügt über einen zylindrischen Hohlraum 50. Der zylindrische Hohlraum 50, der in 2 im Querschnitt dargestellt ist, ist in 3 schematisch in einem Längsschnitt entlang der Längsachse dargestellt. Wie man in den 2 und 3 erkennen kann, ist der zylindrische Hohlraum 50 mit dem Silo 3 über die Einspeisevorrichtung 48 verbunden. Bei dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt die Biomasse 4, die in den 2 und 3 beispielsweise als Pellets 52 dargestellt ist, aufgrund der Schwerkraft von der Einspeisevorrichtung 48 in den zylindrischen Hohlraum 50 des Reaktors 1 und sammelt sich dort entlang der Bodenfläche 54 des Reaktors 1 an.
Aus den 2 und 3 erkennt man, dass die Bodenfläche 54 einerseits gekrümmt (2) ist und andererseits schräg (3) angeordnet ist. Auf diese Weise gelangen die über die Einspeisevorrichtung 48 in den zylindrischen Hohlraum 50 gelangenden Pellets 52 nach und nach zu einer Auslassöffnung beziehungsweise Abzugsschleuse 56 und einem Kohlenkasten 57.
Der Reaktor 1 wird mit Hilfe von Stützen 59 im Abstand von einer Bodenplatte 60 gehalten. Der zylindrische Hohlraum 50 ist insbesondere im unteren Bereich von einem Isolator 62 umgeben, um den Verlust von Wärme nach außen zu reduzieren.
In den 2 und 3 erkennt man weiterhin in schematischer Darstellung eine Anordnung 64 aus Induktionsspulen, die von einem Wechselstrom geeigneter Stärke und Frequenz durchflossen werden und dabei in metallhaltigen Kugeln 66 im Innern des zylindrischen Hohlraums 50 Wirbelströme erzeugen, mit deren Hilfe die metallhaltigen Kugeln 66 auf Temperaturen von mehr als 500°C erhitzt werden können. Alternativ können statt Induktionsspulen in der Anordnung 64 Mikrowellenantennen vorgesehen sein, die Mikrowellen abstrahlen, um die Kugeln 66 auf eine ausreichende Temperatur für die Gaserzeugung zu erwärmen. Die Anordnung 64 ist in den 2 und 3 unterhalb des Isolators 62 vorgesehen, wobei der Isolator 62 und die Wand des Reaktors 1 aus Materialien bestehen, die die Einspeisung der elektromagnetischen Energie mit Hilfe von Mikrowellen oder Wirbelströmen möglichst wenig beeinflussen.
Durch das Einspeisen elektromagnetischer Energie mit Hilfe der Anordnung 64 entsteht ausreichend Wärme an der Kugeloberfläche der Kugeln 66, die sich einerseits gegenseitig berühren und andererseits die zu vergasende Biomasse 4 und insbesondere Pellets 52 auf die erforderliche Temperatur zur Erzeugung eines Gases für den Verbrennungsmotor 5 erhitzen.
Wie man in den 2 und 3 weiterhin erkennt, sind im zylindrischen Hohlraum 50 des Reaktors 1 mehrere Rührarme 68 vorgesehen, die auf einer Rührwelle 70 angeordnet sind, welche über ein Getriebe 72 in Drehung versetzt werden, um eine gute Durchmischung der Biomasse, insbesondere der Pellets 52 und der Kugeln 66, zu erreichen.
Aufgrund der über die Kugeln 66 in die Biomasse 4 beziehungsweise Pellets 52 eingebrachten Wärmeenergie erfolgen unter Ausschluss von Sauerstoff elektrische, thermische und chemische Reaktionen, die zur Erzeugung des Betriebsgases für den Verbrennungsmotor 5 führen. Dabei ist es möglich, die Temperatur im Reaktor 1 so zu steuern, dass günstige Reaktionsverhältnisse vorliegen und darüber hinaus der optimale Überdruck für den Betrieb der Anlage aufrechterhalten wird.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Gases aus Biomasse (4, 52) mit einem einen zylindrischen Hohlraum (50) aufweisenden Reaktor (1), der mit einer Speiseöffnung (48) für die frische Biomasse (4, 52) und einer Auslassöffnung für die verbrauchte und vergaste Biomasse versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Speiseöffnung (48) in den zylindrischen Hohlraum (50) gelangende Biomasse (4, 52) zu einer Auslassöffnung beziehungsweise einer Abzugsschleuse (56) gelangt, wobei in dem zylindrischen Hohlraum (50) ein Rührwerk (68, 70, 72) und wenigstens zwei frei bewegliche, ein Metall enthaltende Kugeln (66) vorgesehen sind, die von außerhalb des zylindrischen Hohlraumes (50) durch Einspeisen elektromagnetischer Energie (64) aufheizbar sind, wobei die Kugeln (66) sich gegenseitig berühren und permanent innerhalb des zylindrischen Hohlraums (50) verbleiben und jeweils eine Größe aufweisen, die die Größe der Auslassöffnung beziehungsweise Abzugsschleuse (56) des zylindrischen Hohlraums übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlraum (50) im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlraum (50) im Betrieb bezüglich der Erdoberfläche (60) geneigt angeordnet ist, so dass das zu vergasende Biomaterial (52) unter Einwirkung der Schwerkraft und des Rührwerkes (68, 70, 72) in Richtung auf die Auslassöffnung (56) vortreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk mehrere Rührarme (68) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührarme (68) an einer horizontal verlaufenden Rührwelle (70) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührarme (68) in Richtung auf die Auslassöffnung (56) zunimmt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der elektromagnetischen Energie über eine auf der Außenseite des zylindrischen Hohlraumes (50) angeordnete Mikrowellenantennenanordnung (64) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der elektromagnetischen Energie über eine auf der Außenseite des zylindrischen Hohlraumes (50) angeordnete Induktionsspulenanordnung (64) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (66) im Betrieb des Reaktors (1) auf eine Temperatur von mehr als 500°C erhitzbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (40) des zylindrischen Hohlraumes (50) des Reaktors (1) mit einem Verbrennungsmotor (5) verbunden ist, mit dessen Hilfe ein elektrischer Generator (7) antreibbar ist, wobei die anfallende Wärme in einen Warmwasserkreislauf (16, 17) einspeisbar ist.