DE102010061853A1 - Reducing tar content of combustible raw gases from biomass gasification, comprises e.g. supplying combustible raw gases over molded body of catalyst-oxygen carrier, and condensing tar components of combustible raw gases on surface of body - Google Patents
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von Brennrohgasen der Biomassevergasung, insbesondere zur Reduzierung des Teergehalts im Brennrohgas, wobei die Teere partiell mit Sauerstoff und katalytisch unterstützt in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt werden und der für die partielle Oxidation benötigte Sauerstoff direkt aus dem System gewonnen wird.The invention relates to a method and a plant for purifying Brennrohgasen the biomass gasification, in particular for reducing the tar content in the raw fuel gas, the tars are partially reacted with oxygen and catalytically supported in carbon monoxide and hydrogen and the oxygen required for the partial oxidation directly from the system is won.
Bei der Vergasung fester Biomasse entsteht ein Brennrohgas, welches je nach Biomasseart und Vergasungsbedingungen unterschiedlich hohe Konzentrationen von nicht erwünschten höher molekularen Kohlenwasserstoffen aufweist. Solche als Teer bezeichnete Kohlenwasserstoff-Gemische lagern sich vor bzw. im Verbrennungsmotor ab und führen zu hohem Wartungs- und Reparaturaufwand bzw. zur Einschränkung der Lebensdauer der Betriebsanlagen.During the gasification of solid biomass, a combustion raw gas is produced which, depending on the type of biomass and the gasification conditions, has different concentrations of undesirable higher molecular weight hydrocarbons. Such designated as tar hydrocarbon mixtures are deposited before or in the engine and lead to high maintenance and repair costs or to limit the life of the equipment.
Durch unvollständig ablaufende Vergasungsreaktionen und Nebenreaktionen werden höher siedende Kohlenwasserstoffe (Teere), Phenole und Kohlenstoff gebildet, die für eine Weiternutzung des Gases – sieht man von der direkten stationären Verbrennung ab – gravierende Störkomponenten darstellen.Due to incomplete gasification reactions and side reactions higher boiling hydrocarbons (tars), phenols and carbon are formed, which represent a further use of the gas - apart from the direct stationary combustion - serious interference components.
Es besteht zum einen die Möglichkeit der Reduzierung des Teergehalts in den Vergasungsgasen durch Primärmaßnahmen. D. h. es werden direkt im Vergasungsprozess Maßnahmen durchgeführt, welche eine möglichst geringe Austrittskonzentration an Teer im Gas garantieren. Der Prozess lässt sich durch die wesentlichen Haupteinflussgrößen Temperatur, Vergasungsmittel, Druck und Verweilzeit in Verbindung mit der apparatetechnischen Ausführung steuern. Als ein weiteres Beispiel für eine Primärmaßnahme ist der Einsatz von katalytisch aktiven Materialien, vor allen Dingen in einer Wirbelschicht, möglich.On the one hand, there is the possibility of reducing the tar content in the gasification gases by primary measures. Ie. Measures are carried out directly in the gasification process, which guarantee the lowest possible exit concentration of tar in the gas. The process can be controlled by the main main influencing variables temperature, gasification agent, pressure and residence time in connection with the apparatus technical execution. As another example of a primary measure, the use of catalytically active materials, especially in a fluidized bed, is possible.
Für die Erzeugung eines teerarmen bzw. teerfreien Brenngases sind Primärmaßnahmen allein nicht immer ausreichend. Als sekundäre Maßnahmen für die Brenngasaufbereitung aus Biomassevergasungsanlagen stehen physikalische und chemische Methoden zur Verfügung.For the production of a low-tar or fuel-free fuel gas, primary measures alone are not always sufficient. Physical and chemical methods are available as secondary measures for fuel gas treatment from biomass gasification plants.
Zu den physikalischen Methoden gehören die Gaswäsche mit wässrigen Medien, die Gaswäsche mit organischen Medien, die Abscheidung mittels Festbettfilter und die Abscheidung mittels Nasselektrofilter.Physical methods include gas scrubbing with aqueous media, gas scrubbing with organic media, deposition by means of a fixed bed filter, and wet electrostatic precipitation.
Zu den chemischen Methoden sind das Cracken, die Hydrierung, die Dampfreformierung und die partielle Oxidation zu zählen. Alle chemischen Methoden können mit dem Einsatz eines Katalysators unterstützt werden.The chemical methods include cracking, hydrogenation, steam reforming and partial oxidation. All chemical methods can be supported with the use of a catalyst.
Es sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Verfahren mit interner Beheizung durch partielle Oxidation der Teere bekannt.A number of processes with internal heating by partial oxidation of the tars are known from the prior art.
Bekannte Verfahren zur katalytisch partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen arbeiten mit Luft als Oxidationsmittel oder mit in Luftzerlegungsanlagen erzeugtem Sauerstoff.Known methods for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons work with air as the oxidant or produced in air separation plants oxygen.
Haupteinsatzgebiet der katalytisch partiellen Oxidation ist die Synthesegasherstellung aus z. B. Methan, Erdgas oder auch flüssigen Einsatzstoffen.Main application of catalytic partial oxidation is the synthesis gas production from z. As methane, natural gas or liquid feeds.
Der Einsatz der katalytisch partiellen Oxidation als Möglichkeit der Teerreduzierung in Brennrohgasen aus der Biomassevergasung und die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen wurden zahlreich publiziert: (a)
Aus dem Einsatz von Luft als Oxidationsmittel resultieren durch den relativ hohen Anteil an zugeführtem Stickstoff zum einen eine Verdünnung des Brenngases (Heizwertminderung) und zum anderen Kühleffekte im Gesamtsystem, welche durch eine interne Beheizung über die Teilverbrennung der Gaskomponenten Kohlenmonoxid und Wasserstoff oder durch eine externe Beheizung in Form von z. B. elektrischer Energie ausgeglichen werden müssen, um so die für die partielle Oxidation erforderlichen Temperaturen im System zu gewährleisten.From the use of air as an oxidizing agent resulting from the relatively high proportion of nitrogen supplied on the one dilution of the fuel gas (calorific value) and on the other cooling effects in the overall system, which by an internal heating on the partial combustion of the gas components carbon monoxide and hydrogen or by external heating in the form of z. B. electrical energy must be balanced to thus to ensure the temperatures required for the partial oxidation in the system.
Der Einsatz von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff erhöhen den energetischen und technologischen Aufwand im Gesamtanlagenkonzept.The use of oxygen-enriched air or pure oxygen increases the energy and technological effort in the overall plant concept.
Aus
In
Das Oxidationsmittel wird in den meisten Anwendungsfällen zentriert an einer Stelle dem Prozess zugeführt, üblicherweise am Eintritt des Brennrohgases. Mit dieser Prozessweise entsteht der Nachteil, dass die chemischen Reaktionen im System nicht zu beeinflussen sind, da der Sauerstoff dann in Abhängigkeit von der vorliegenden Temperatur mit den entsprechenden Komponenten reagiert. Da im Brennrohgas neben den Kohlenwasserstoffen noch andere brennbare Komponenten vorhanden sind, werden die verschiedenen Brenngasbestandteile mit dem Sauerstoff entsprechend der Gleichgewichtslage der entsprechenden Reaktionen reagieren, so dass es zu unerwünschten Reaktionen zwischen z. B. dem Kohlenmonoxid und Sauerstoff zu Kohlendioxid führt.The oxidant is in most applications centered at one point fed to the process, usually at the entrance of the raw combustion gas. With this process, the disadvantage arises that the chemical reactions in the system can not be influenced, since the oxygen then reacts with the corresponding components depending on the prevailing temperature. Since in Brennrohgas in addition to the hydrocarbons, other combustible components are present, the various fuel gas constituents react with the oxygen according to the equilibrium position of the corresponding reactions, so that there are undesirable reactions between z. B. the carbon monoxide and oxygen leads to carbon dioxide.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Anlage zur wirtschaftlichen Reduzierung der Teerlast in Brennrohgasen der Biomassevergasung. Die teerreduzierten Gase sollen energetisch weiter genutzt werden und einen Heizwert aufweisen, der mindestens dem des teerreichen Brennrohgases entspricht.The object of the present invention is to provide a method and a plant for the economic reduction of the tar load in Brennrohgasen the biomass gasification. The tar-reduced gases are to be used energetically and have a calorific value which corresponds at least to that of the tar-rich combustible natural gas.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Reduzierung des Teergehalts von Brennrohgasen der Biomassevergasung gelöst, bei dem das Brennrohgas so über Formkörper aus Katalysator-Sauerstoffträgern geleitet wird, dass die Teerbestandteile des Brennrohgases auf der Oberfläche der Formkörper kondensieren und die kondensierten Teerbestandteile durch Sauerstoffabgabe der Formkörper partiell oxidieren.According to the invention the object is achieved by a method for reducing the tar content of Brennrohgasen the biomass gasification, in which the raw gas is passed over shaped bodies of catalyst oxygen carriers that condense the Teerbestandteile of Brennrohgases on the surface of the moldings and the condensed tar constituents by oxygen release of the moldings partially oxidize.
Die Formkörper werden aus Katalysator-Sauerstoffträger-Materialien gebildet, die funktional in der Lage sind Sauerstoff unter definierten Betriebsbedingungen ein- und auszubauen. Somit werden die katalytische Aktivität des eingesetzten Materials und die Sauerstoffbereitstellung für die partielle Oxidation der Kohlenwasserstoffe miteinander gekoppelt.The moldings are formed from catalyst-oxygen carrier materials which are functionally capable of incorporating and expanding oxygen under defined operating conditions. Thus, the catalytic activity of the material used and the oxygen supply for the partial oxidation of hydrocarbons are coupled together.
Mit dem Einsatz von Formkörpern aus Katalysator-Sauerstoffträger-Materialien wird der für die partielle Oxidation benötigte Sauerstoff unter In-situ-Bedingungen selektiv im Reaktor für die Teerreduzierung bereitgestellt.With the use of shaped bodies of catalyst-oxygen carrier materials, the oxygen required for the partial oxidation is selectively provided under in-situ conditions in the tar reduction reactor.
Der Sauerstoffträger hat neben der Funktion der Sauerstoffbereitstellung die Aufgabe als Trägermaterial für die katalytisch aktive Komponente zu dienen. Die katalytisch aktive Komponente bewirkt die Herabsetzung der für die Reaktionen der partiellen Oxidation der Teere erforderliche Aktivierungsenergie, so dass die Temperaturen im Reaktionssystem wesentlich geringer sein können als beim Verfahren ohne Verwendung eines Katalysators.In addition to the function of providing oxygen, the oxygen carrier has the task of serving as carrier material for the catalytically active component. The catalytically active component brings about the reduction of the activation energy required for the reactions of the partial oxidation of the tars, so that the temperatures in the reaction system can be substantially lower than in the process without using a catalyst.
Bevorzugt werden als Katalysator-Sauerstoffträger-Materialien Perowskite bzw. Perowskitverbindungen des Typs ABO3-δ mit A = La, Ba, Sr und/oder Ca; B = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Zr, Nb, Al, Sn und/oder Ce) eingesetzt. Perowskite bzw. die Perwoskitverbindungen sind gute Oxidationskatalysatoren und thermisch sehr stabil. Zur Herabsetzung der Aktivierungsenergie enthalten diese Materialien eine katalytisch aktive Komponente.Perovskites or perovskite compounds of the type ABO 3-δ with A = La, Ba, Sr and / or Ca are preferred as catalyst-oxygen carrier materials; B = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Zr, Nb, Al, Sn and / or Ce). Perovskites or the perwoskite compounds are good oxidation catalysts and thermally very stable. To reduce the activation energy, these materials contain a catalytically active component.
Besonders bevorzugt werden als Sauerstoffspeichermaterial Perowskitverbindungen eingesetzt, ausgewählt aus Ca0.5Sr0.5Fe0.2Mn0.8O3-δ; Ca0.5Sr0.5Fe0.5Mn0.5O3-δ; Sr3Fe2O6+δ; Sr2.25Ca0.75Fe2O6+δ, Sr1.5Ca1.5Fe2O6+δ; Sr0.75Ca2.25Fe2O6+δ oder Ca3Fe2O6+δ.Particular preference is given to using perovskite compounds as the oxygen storage material, selected from Ca 0.5 Sr 0.5 Fe 0.2 Mn 0.8 O 3-δ ; Ca 0.5 Sr 0.5 Fe 0.5 Mn 0.5 O 3-δ ; Sr 3 Fe 2 O 6 + δ ; Sr 2.25 Ca 0.75 Fe 2 O 6 + δ , Sr 1.5 Ca 1.5 Fe 2 O 6 + δ ; Sr 0.75 Ca 2.25 Fe 2 O 6 + δ or Ca 3 Fe 2 O 6 + δ .
Die katalytische aktive Komponente ist eine metallische Komponente, z. B. Ni oder Co, oder eine metalloxidische Verbindung ausgewählt aus LaCoO3-δ, LaFeO3-δ, LaMnO3-δ, La0.8Sr0.2FeO3-δ oder NiO.The catalytic active component is a metallic component, e.g. As Ni or Co, or a metal oxide compound selected from LaCoO 3-δ , LaFeO 3-δ , LaMnO 3-δ , La 0.8 Sr 0.2 FeO 3-δ or NiO.
Vorteilhaft werden die Formkörper vor der partiellen Oxidation auf eine Temperatur von 200 bis 250°C vorgehalten.Advantageously, the shaped bodies are kept at a temperature of 200 to 250 ° C. before the partial oxidation.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren zur Reinigung von Brennrohgasen aus der Biomassevergasung unter Verwendung von mindestens zwei Reaktoren, die mit Formkörpern aus Katalysator-Sauerstoffträgern gefüllt sind, so geführt, dass die Reaktoren mehrfach wechselseitig zur partiellen Oxidation kondensierter Teerbestandteile des Brennrohgases mittels der Formkörper, indem das Brennrohgas über die Formkörper geleitet wird, und zur Regeneration oder Reoxidation verbrauchter Formkörper, indem Luft oder sauerstoffangereicherte Luft über die verbrauchten Formkörper geleitet wird, genutzt werden. According to an advantageous embodiment, the method for purifying Brennrohgasen from the biomass gasification using at least two reactors, which are filled with shaped bodies of catalyst oxygen carriers, out so that the reactors several times mutually to the partial oxidation of condensed tar constituents of the Rohrohgases means of the moldings, by passing the raw combustion gas over the moldings, and to regenerate or reoxidize spent moldings by passing air or oxygen-enriched air over the spent moldings.
Vorteilhaft wird dabei das Brennrohgas so über die Formkörper des ersten Reaktors geleitet, dass die Teerbestandteile des Brennrohgases auf der Oberfläche der Formkörper kondensieren und die kondensierten Teerbestandteile durch Sauerstoffabgabe der Formkörper partiell oxidieren. Bevor der Sauerstoff der Formkörper des ersten Reaktors aufgebraucht ist wird der Brennrohgasstrom über die Formkörper des weiteren Reaktors zur Kondensation und partiellen Oxidation der kondensierten Teerbestandteile geleitet.Advantageously, the fuel raw gas is passed over the moldings of the first reactor such that the tar constituents of the raw combustion gas condense on the surface of the moldings and partially oxidize the condensed tar constituents by releasing oxygen from the moldings. Before the oxygen of the shaped bodies of the first reactor has been used up, the stream of raw fuel gas is passed via the shaped bodies of the further reactor for the condensation and partial oxidation of the condensed tar constituents.
Die verbrauchten Formkörper des ersten Reaktors werden durch Luftzufuhr für eine erneute Beaufschlagung mit Brennrohgas regeneriert, so dass vor Aufbrauch des Sauerstoffes der Formkörper des zweiten Reaktors der Brennrohgasstrom über die regenerierten Formkörper des ersten Reaktors geleitet werden kann und durch Luftzufuhr die verbrauchten Formkörper des zweiten Reaktors regeneriert werden.The spent moldings of the first reactor are regenerated by supplying air for renewed admission with raw combustion gas, so that before consuming the oxygen of the shaped body of the second reactor, the Brennrohgasstrom can be passed through the regenerated moldings of the first reactor and regenerated by air supply the spent moldings of the second reactor become.
Vorteilhaft werden als Reaktoren Schüttgutreaktoren eingesetzt. In diesen Reaktoren befinden sich Formkörper aus Katalysator-Sauerstoffträgern, welche je nach Betriebszyklus reduziert bzw. reoxidiert (regeneriert) werden.Advantageously, bulk reactors are used as reactors. In these reactors are shaped bodies of catalyst oxygen carriers, which are reduced or reoxidized (regenerated) depending on the operating cycle.
Für die technische Anwendung kann das Katalysator-Sauerstoffträger-System aus unterschiedlichen Formkörpern aufgebaut sein, D. h. aus einheitlich gestalteten Körpern (z. B. Wabenkörper), aber auch aus voneinander abweichender Gestalt. Dabei wird in der Schüttung eine möglichst hohe Dichte an Formkörpern bei gleichzeitiger großer aktiver Oberfläche für die im System charakteristischen physikalischen und chemischen Vorgänge bereitgestellt.For technical application, the catalyst-oxygen carrier system can be constructed of different moldings, D. h. from uniformly shaped bodies (eg honeycombs), but also from divergent shapes. In this case, the highest possible density of shaped bodies is provided in the bed together with a large active surface area for the physical and chemical processes characteristic in the system.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus den Teilprozessen Reduktionsprozess und Reoxidationsprozess zusammen. Beide Prozesse finden jeweils wechselseitig in einem der Reaktoren statt.The process according to the invention consists of the sub-processes reduction process and reoxidation process. Both processes take place alternately in one of the reactors.
Der Reduktionsprozess ist dabei der eigentliche Teilprozess der Rohgasentteerung. Der Reoxidationsprozess dient der Regeneration der Katalysator-Sauerstoffträger-Materialien der Formkörper.The reduction process is the actual sub-process of raw gas tannification. The reoxidation process serves to regenerate the catalyst-oxygen carrier materials of the moldings.
Vor der erstmaligen Inbetriebnahme liegen in den Reaktoren die Katalysator-Sauerstoffträger-Formkörper im mit Sauerstoff beladenen Zustand vor und sind auf eine Temperatur von: 200 bis 250°C vorgewärmt.Before the initial start-up, the catalyst oxygen carrier shaped bodies are in the oxygen-loaded state in the reactors and are preheated to a temperature of: 200 to 250 ° C.
Das Brennrohgas hat am Eintritt in den ersten Reaktor eine Temperatur von mehr als 500°C. Auf Grund der dazu im Verhältnis stehenden relativ kalten Oberfläche der Formkörper kondensiert der mit dem Brennrohgasstrom zugeführte Teer und setzt sich auf der Oberfläche der Formkörper ab. Das Brennrohgas steht beim Überströmen der Formkörper mit diesen durch konvektive Wärmeübergangsmechanismen ständig im Austausch, D. h. das kontinuierlich einströmende Brennrohgas gibt seine physikalische Energie auf dem Weg durch das System an die Formkörper ab und erwärmt diese instationär vom Brennrohgaseintritt in Richtung Brennreingasaustritt. Durch die Kondensation des Teeres wird auch ein Anteil der chemischen Energie des Brennrohgases an die Formkörper abgegeben.The raw combustion gas has a temperature of more than 500 ° C at the entrance to the first reactor. Due to the relative relatively cold surface of the shaped bodies, the tar fed with the combustion gas stream condenses and settles on the surface of the shaped bodies. The combustion raw gas is constantly in the overflow of the moldings with them by convective heat transfer mechanisms in exchange, D. h. the continuously flowing combustion raw gas releases its physical energy on the way through the system to the moldings and instationarily heats them away from the combustion gas inlet in the direction of the burner gas outlet. As a result of the condensation of the tar, a proportion of the chemical energy of the raw combustion gas is also released to the shaped bodies.
Nach einer Aufheizung der Formkörper auf etwa 300°C beginnt der physikalische Vorgang des Sauerstoffausbaus aus dem Feststoffsystem der Formkörper, zunächst mit einer geringen Intensität.After the moldings have been heated to about 300 ° C., the physical process of oxygen expansion from the solids system of the moldings begins, initially with a low intensity.
Der an die Oberfläche der Formkörper vordringende Sauerstoff beginnt jetzt selektiv mit dem am gleichen Ort befindlichen Teerkondensat zu reagieren und es wird aus den Kohlenwasserstoffen mit dem Sauerstoff Kohlenmonoxid und Wasserstoff (partielle Oxidation) erzeugt. Da in dem Feststoffsystem der Formkörper neben dem Sauerstoff zusätzlich eine katalytisch aktive Komponente integriert ist, beginnen die Reaktionen auch schon bei den relativ niedrigen Temperaturen von 300°C. Die Produkte werden durch die Kondensatschicht in die Gasphase abgeleitet und so mit dem Brenngas aus dem Prozess ausgetragen. In dieser Prozessphase ist das Verhältnis von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffbedarf für die partielle Oxidation der Teere zunächst « 1, D. h. es wird nur ein geringer Teil des kondensierten Teeres in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt.The oxygen entering the surface of the molds now selectively reacts with the tar condensate at the same place and carbon monoxide and hydrogen (partial oxidation) are produced from the hydrocarbons with the oxygen. Since in addition to the oxygen, a catalytically active component is additionally integrated in the solid system of the shaped body, the reactions also begin even at the relatively low temperatures of 300 ° C. The products are discharged through the condensate layer in the gas phase and so discharged with the fuel gas from the process. In this process phase, the ratio of oxygen supply to oxygen demand for the partial oxidation of tars is first «1, D. h. only a small part of the condensed tar is converted into carbon monoxide and hydrogen.
Im weiteren Prozessverlauf steigt die Temperatur der Katalysator-Sauerstoffträger-Formkörper weiter an und die Intensität des Sauerstoffausbaus nimmt zu, was mit einem ansteigenden Sauerstoffmassestrom verbunden ist. Das Verhältnis von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffbedarf für die partielle Umsetzung der Teere steigt an und nähert sich einem Wert von 1. Parallel dazu nimmt die Teerumsatzrate durch die partielle Oxidation zu, bis sich ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoffausbau und Teerkondensation einstellt.As the process progresses, the temperature of the catalyst-oxygen carrier moldings continues to increase, and the intensity of oxygen evolution increases, which is associated with an increasing oxygen mass flow. The ratio of oxygen supply to oxygen demand for the partial conversion of the tars increases and approaches a value of 1. In parallel, the tar conversion rate through the partial oxidation increases until a Balance between oxygenation and tar condensation sets.
Die Sauerstoffkonzentration im Katalysator-Sauerstoffträger-Material nimmt im Verlauf des Reduktionsprozesses stetig ab. Dabei besteht zwischen dem Temperaturanstieg und der Sauerstoffausbaugeschwindigkeit eine exponentielle Abhängigkeit.The oxygen concentration in the catalyst-oxygen carrier material steadily decreases during the reduction process. There is an exponential dependence between the temperature increase and the oxygen expansion rate.
Da die Aufwärmung der Katalysator-Sauerstoffträger-Formkörper von der Durchströmungsrichtung des Brennrohgases abhängig ist, werden die Formkörper in Durchströmungsrichtung unterschiedlich reduziert. Die Schichten am Brennrohgaseintritt erwärmen sich schnell, so dass die Sauerstoffausbauintensität in Durchströmungsrichtung kleiner wird.Since the heating of the catalyst-oxygen carrier molded body is dependent on the direction of flow of the raw combustion gas, the shaped bodies are reduced differently in the direction of flow. The layers at Brennrohgaseintritt heat up quickly, so that the oxygen expansion intensity in the flow direction is smaller.
Um die in den Katalysator-Sauerstoffträger-Formkörpern gespeicherte Menge an Sauerstoff optimal im Prozess der Brenngasentteerung auszunutzen, erfolgt während eines Zyklus mindestens ein Richtungswechsel in der Brenngasdurchströmung. Mit dem Richtungswechsel der Brennrohgasdurchströmung kann die Betriebszeit der Formkörper wesentlich erhöht werden.In order to optimally utilize the amount of oxygen stored in the catalyst-oxygen carrier moldings in the process of fuel gas tinning, at least one change of direction in the fuel gas flow takes place during one cycle. With the change of direction of Brennrohgasdurchströmung the operating time of the moldings can be significantly increased.
Mit einer kontinuierlichen CO-Konzentrationsmessung im Reingas kann der Prozess der Entteerung überwacht werden. Im Fall der partiellen Oxidation des Teeres mit dem aus den Festkörpern bereitgestellten Sauerstoff muss der CO-Gehalt von der Roh- zur Reingasseite ansteigen, da ein Reaktionsprodukt CO ist. Wenn die Konzentration nahezu konstant bleibt ist dass ein Indikator dafür, dass der Sauerstoff im System für die Umsetzung der Teere in CO und H2 nicht mehr in genügender Menge zur Verfügung steht.With a continuous CO concentration measurement in the clean gas the process of the Entteerung can be supervised. In the case of partial oxidation of the tar with the oxygen provided from the solids, the CO content must increase from the crude to the pure gas since a reaction product is CO. If the concentration remains almost constant, that is an indicator that the oxygen in the system is no longer available in sufficient quantities for the conversion of tars into CO and H 2 .
Bei Erreichen eines Sollwertes der Sauerstoffspeichermenge im Katalysator-Sauerstoffträger-Material der Formkörper wird die Durchströmung des ersten Reaktors abgebrochen und das Brennrohgas wird unverzüglich über den weiteren Reaktor geführt. Der Reduktionsprozess des Katalysator-Sauerstoffträger-Materials und die Entteerung des Brennrohgases beginnen von neuem.Upon reaching a target value of the oxygen storage amount in the catalyst-oxygen carrier material of the molded body, the flow through the first reactor is stopped and the raw combustion gas is passed immediately through the other reactor. The reduction process of the catalyst-oxygen carrier material and the deaeration of the raw combustion gas start anew.
Vorteilhaft für den Wechsel des durchströmten Reaktors ist, dass im Katalysator-Sauerstoffträger-Material der Formkörper noch genügend Sauerstoff anwesend ist, um das auf der Oberfläche des Feststoffsystems verbliebene Restkondensat partiell in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzusetzen. Die Reaktionsprodukte dieser Prozessphase können nun dem Reingas des anderen Reaktors zugemischt werden.It is advantageous for the change of the flow-through reactor that sufficient oxygen is still present in the catalyst-oxygen carrier material of the molded body to partially convert the residual condensate remaining on the surface of the solid-state system into carbon monoxide and hydrogen. The reaction products of this process phase can now be added to the clean gas of the other reactor.
Für den ersten Reaktor schließt sich der Teilprozess der Reoxidation (Regenerierung) an. Für die Reoxidation wird Luft über die verbrauchten Formkörper mit Hilfe eines Gebläses gefördert. Am Austritt des ersten Reaktors wird der Sauerstoffgehalt der abgemagerten Luft mit einer Sonde gemessen. Der Wert des Sauerstoffgehalts in dem austretenden Luftstrom ist ein Maß für die Sauerstoffaufnahme im Katalysator-Sauerstoffträger-System der Formkörper. Anhand der Veränderung dieses Parameters wird der Zustand der Beladung des Katalysator-Sauerstoffträger-Systems mit Sauerstoff angezeigt. Wenn der Sauerstoff-Gehalt ansteigt wird der Luftstrom unterbrochen. Der so generierte Reaktor wird bis zum nächsten Einsatz im Reduktionsprozess auf einer Temperatur von ca. 200 bis 250°C vorgehalten.The first reactor is followed by the sub-process of reoxidation (regeneration). For the reoxidation, air is conveyed through the spent moldings by means of a blower. At the outlet of the first reactor, the oxygen content of the lean air is measured with a probe. The value of the oxygen content in the exiting air stream is a measure of the oxygen uptake in the catalyst-oxygen carrier system of the moldings. By changing this parameter, the state of loading of the catalyst-oxygen carrier system with oxygen is displayed. When the oxygen content increases, the air flow is interrupted. The reactor thus generated is maintained at a temperature of about 200 to 250 ° C until the next use in the reduction process.
Die Reaktoren mit den Formkörpern befinden sich im Prozess wechselseitig im Zyklus der Reoxidation bzw. der Reduktion. Im Zyklus der Reoxidation wird Umgebungsluft in den Reaktor eingeführt, der Sauerstoff wird in den Formkörpern angereichert und sauerstoffarme Luft verlasst den Reaktor.The reactors with the moldings are in the process alternately in the cycle of reoxidation or reduction. In the cycle of reoxidation, ambient air is introduced into the reactor, the oxygen is enriched in the moldings and oxygen-poor air leaves the reactor.
Die relativ niedrige Temperatur der Formkörper führt beim Überströmen mit Brennrohgas zur Kondensation der Teerbestandteile des Brennrohgases. Der kondensierte Teer scheidet sich auf der Oberfläche der Formkörper ab.The relatively low temperature of the molded body leads to overflowing with raw fuel gas for condensation of the tar constituents of the raw combustion gas. The condensed tar separates on the surface of the moldings.
Im Zyklus der Reduktion wird teerreiches Brennrohgas in den Reaktor eingeführt, der Teer wird partiell mit Sauerstoff in Kohlenmonoxid und Wasserstoff chemisch umgesetzt, die Formkörper verarmen durch andauernde Reduktion schrittweise an Sauerstoff und teerarmes bzw. teerfreies Brennrohgas verlässt den Reaktor.In the cycle of reduction tarry rich raw gas is introduced into the reactor, the tar is partially chemically reacted with oxygen in carbon monoxide and hydrogen, the moldings impoverished by continuous reduction stepwise to oxygen and low tar or tarerfreie Brennrohgas leaves the reactor.
Der Sauerstoffausbau läuft bevorzugt bei geringen Sauerstoffpartialdrücken der den Feststoff umgebenden Gasphase (pO2Gas « pO2Feststoff) und hohen Systemtemperaturen ab. Da zum einen mit dem „heißen” Rohbrenngas kontinuierlich Wärme in Form von physikalischer Energie dem Prozess und somit auch dem Katalysator-Sauerstoffträger-System zugeführt. wird, steigt die Temperatur der Feststoffschüttung kontinuierlich an und der Vorgang des Sauerstoffausbaus ist dann beendet, wenn der Sauerstoffpartialdruck im Feststoff geringer ist als der Sauerstoffpartialdruck der Gasatmosphäre.Oxygen expansion preferably proceeds at low oxygen partial pressures of the gas phase surrounding the solid (p O2 gas " O2 solid ) and high system temperatures. On the one hand, with the "hot" raw fuel gas, heat is continuously supplied in the form of physical energy to the process and thus also to the catalyst-oxygen carrier system. is the temperature of the solid bed increases continuously and the process of oxygen expansion is terminated when the oxygen partial pressure in the solid is less than the oxygen partial pressure of the gas atmosphere.
Der Sauerstoff, welcher aus dem Katalysator-Sauerstoffträger-System austritt, wird durch die Anwesenheit des Teerkondensats auf der Feststoffoberfläche direkt mit der chemischen Reaktion der partiellen Oxidation verbraucht, so dass in der Gasatmosphäre kein Anstieg des Sauerstoffpartialdrucks auftritt.The oxygen exiting the catalyst-oxygen carrier system is consumed by the presence of the tar condensate on the solid surface directly with the chemical reaction of partial oxidation, so that no increase in the oxygen partial pressure occurs in the gas atmosphere.
Der Sauerstoffausbau ist beendet, wenn der Sauerstoff im Feststoff der Formkörper aufgebraucht ist. Im Betrieb wird die Sauerstoffkapazität kontrolliert und der Reduktionsprozess bei Erreichen eines Sollwertes beendet.Oxygen removal is completed when the oxygen in the solid of the moldings is used up. During operation, the oxygen capacity is controlled and the reduction process ends when a setpoint is reached.
Der Prozess der Reoxidation bzw. Regeneration der verbrauchten Formkörper ist ein exothermer Vorgang, D. h. der Sauerstoffeinbau erzeugt Wärme. Die Temperatur der regenerierten Formkörper am Ende des Reoxidationsprozesses liegt bei ca. 230 bis 250°C.The process of reoxidation or regeneration of spent moldings is an exothermic process, ie. Oxygen production generates heat. The temperature of the regenerated moldings at the end of the reoxidation process is about 230 to 250 ° C.
Der Sauerstoffeinbau erfolgt verstärkt bei geringen Sauerstoffpartialdrücken und niedrigen Temperaturen in der Feststoffphase. Durch die Anreicherung des Sauerstoffs in der Feststoffphase und die Exothermie der Reoxidation des Katalysators kommt der Prozess selbstständig mit Erreichen der Grenzparameter zum Erliegen. Kontrolliert wird der Betrieb mit Hilfe des Sauerstoffgehalts im Reoxidationsmedium.Oxygen incorporation occurs increasingly at low oxygen partial pressures and low temperatures in the solid phase. Due to the enrichment of the oxygen in the solid phase and the exothermic nature of the reoxidation of the catalyst, the process automatically stops when the limit parameters are reached. The operation is controlled by means of the oxygen content in the reoxidation medium.
Die Temperatur der Formkörper am Ende des Reoxidationsprozesses wird durch die prozessinterne Wärmenutzung aus dem Biomassevergasungsprozess bzw. aus den Abgasen des im Anfahrzustand der Gesamtanlage in einer Brennkammer verbrannten Brennrohgases auf diesem Wert gehalten.The temperature of the moldings at the end of the reoxidation process is kept at this value by the in-process heat utilization from the biomass gasification process or from the exhaust gases of the combustion raw gas burnt in a combustion chamber in the startup state of the overall system.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer chemischen Methode zur Brennrohgasbehandlung, die partielle Oxidation, wobei der Sauerstoff direkt aus den angewendeten Formkörpern gewonnen wird. Durch die speziellen Prozessparameter, insbesondere Betriebstemperaturen der festen und gasförmigen Phase, kondensieren die Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche der Katalysator-Sauerstoffträger-Materialien der Formkörper. Die Reaktion der partiellen Oxidation findet unter diesen Bedingungen in der kondensierten Phase statt und unerwünschte Reaktionen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in der Gasphase werden ausgeschlossen. Dadurch ist es möglich, ein teerfreies bzw. teerarmes Brenngas) mit einem Heizwert der mindestens dem des teerreichen Brennrohgases entspricht, bereit zu stellen.The inventive method is based on a chemical method for Brennrohgasbehandlung, the partial oxidation, wherein the oxygen is obtained directly from the applied moldings. Due to the special process parameters, in particular operating temperatures of the solid and gaseous phase, the hydrocarbons condense on the surface of the catalyst-oxygen carrier materials of the moldings. The reaction of partial oxidation takes place under these conditions in the condensed phase and undesired reactions of carbon monoxide and hydrogen in the gas phase are excluded. This makes it possible to provide a tarry or low-tar fuel gas with a calorific value of at least that of the tar-rich combustible gas.
Zur Erfindung gehört auch eine Anlage zur Reduzierung des Teergehalts von Brennrohgasen der Biomassevergasung, umfassend mindestens zwei Reaktoren, die mit Formkörpern aus Katalysator-Sauerstoffträgern gefüllt sind, wobei die Reaktoren jeweils eine Brennrohgaszuleitung, eine Brennreingasableitung sowie eine Zuluft- und Luftabgangsleitung aufweisen und die Gasleitungen mittels Ventilen gesteuert absperrbar sind, wobei Reaktoren und Gasleitungen Sensoren zur Bestimmung der Gaszusammensetzung aufweisen, wobei die Reaktoren zur Reduzierung des Teergehaltes mittels der Formkörper sowie zur Regenerierung verbrauchter Formkörper wechselnd mit Brennrohgas oder Luft beaufschlagbar sind.The invention also includes a plant for reducing the tar content of Brennrohgasen the biomass gasification, comprising at least two reactors, which are filled with moldings of catalyst oxygen carriers, wherein the reactors each have a Brennrohgaszuleitung, a Brennreingasableitung and a supply air and air outlet line and the gas lines Valves are controlled shut off, reactors and gas lines having sensors for determining the gas composition, wherein the reactors for reducing the tar content by means of the moldings and for the regeneration of spent moldings are alternately acted upon with raw fuel gas or air.
Zur Gasförderung wird vorteilhaft ein Saugzugegebläse verwendet.For gas production, a suction fan is advantageously used.
Bevorzugt werden als Katalysator-Sauerstoffträger Perowskite bzw. Perowskitverbindungen des Typs ABO3-d mit A = La, Ba, Sr und/oder Ca; B = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Zr, Nb, Al, Sn und/oder Ce) eingesetzt. Perowskite sind gute Oxidationskatalysatoren und thermisch sehr stabil.Perovskites or perovskite compounds of the type ABO 3-d with A = La, Ba, Sr and / or Ca are preferred as catalyst oxygen carriers; B = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Zr, Nb, Al, Sn and / or Ce). Perovskites are good oxidation catalysts and very stable thermally.
Zur Herabsetzung der Aktivierungsenergie enthalten diese Materialien eine katalytisch aktive Komponente.To reduce the activation energy, these materials contain a catalytically active component.
Besonders bevorzugt werden als Sauerstoffspeichermaterial Perowskitverbindungen eingesetzt, ausgewählt aus Ca0.5Sr0.5Fe0.2Mn0.8O3-δ; Ca0.5Sr0.5Fe0.5Mn0.5O3-δ; Sr3Fe2O6+δ; Sr2.25Ca0.75Fe2O6+δ, Sr1.5Ca1.5Fe2O6+δ; Sr0.75Ca2.25Fe2O6+δ oder Ca3Fe2O6+δ.Particular preference is given to using perovskite compounds as the oxygen storage material, selected from Ca 0.5 Sr 0.5 Fe 0.2 Mn 0.8 O 3-δ ; Ca 0.5 Sr 0.5 Fe 0.5 Mn 0.5 O 3-δ ; Sr 3 Fe 2 O 6 + δ ; Sr 2.25 Ca 0.75 Fe 2 O 6 + δ , Sr 1.5 Ca 1.5 Fe 2 O 6 + δ ; Sr 0.75 Ca 2.25 Fe 2 O 6 + δ or Ca 3 Fe 2 O 6 + δ .
Die katalytische aktive Komponente ist eine metallische Komponente, z. B. Ni oder Co, oder eine metalloxidische Verbindung ausgewählt aus LaCoO3-δ, LaFeO3-δ, LaMnO3-δ, La0.8Sr0.2FeO3-δ oder NiO.The catalytic active component is a metallic component, e.g. As Ni or Co, or a metal oxide compound selected from LaCoO 3-δ , LaFeO 3-δ , LaMnO 3-δ , La 0.8 Sr 0.2 FeO 3-δ or NiO.
Die Anlage enthält auch eine Einrichtung zur Temperierung der Formkörper auf eine Temperatur von 200 bis 250° sowie eine Einrichtung zur Rohgasumkehr.The plant also contains a device for temperature control of the moldings to a temperature of 200 to 250 ° and a device for raw gas reversal.
Ausführungsbeispieleembodiments
Anhand
Zwei Schüttgutreaktoren R1 und R2 weisen jeweils eine Brennrohgaszuleitung und einen Brennreingasabgang auf. Die Schüttgutreaktoren sind weiterhin jeweils mit einer Zuluftleitung und einer Luftabgangsleitung verbunden. Sämtliche Leitungen sind über Ventile gesteuert absperrbar. Die Ventilsteuerung erfolgt über einen in
Die Förderung der Roh- und Reingase erfolgt mit einem im Gesamtanlagensystem integrierten Saugzuggebläse.The raw and clean gases are extracted with an induced draft fan integrated into the overall system.
Beide Reaktoren R1 und R2 sind mit Miniwabenkörpern aus einem Perowskit mit der Bezeichnung „CSFM 5555” (Ca0.5Sr0.5Fe0.5Mn0.5O3-δ) gefüllt. Die Miniwabenkörper weisen Nickel als katalytisch aktive Komponente auf.Both reactors R1 and R2 are filled with mini-honeycomb bodies of a perovskite designated "CSFM 5555" (Ca 0.5 Sr 0.5 Fe 0.5 Mn 0.5 O 3-δ ). The mini honeycomb bodies have nickel as the catalytically active component.
Die Miniwabenkörper besitzen eine Sauerstoffspeicherkapazität von 4,5 Liter pro kg. Mit den geometrischen Abmessungen des Reaktors – DurchmesseR 250 mm und Schütthöhe 500 mm – und einer Schüttdichte des „CSFM 5555” von ca. 1000 kg/m3 ergibt sich für die Reaktoren R1 und R2 nach dem Zyklus der Regeneration (Reoxidation) eine gespeicherte Sauerstoffmenge von 110 Liter. The mini honeycomb bodies have an oxygen storage capacity of 4.5 liters per kg. With the geometric dimensions of the reactor - DurchmesserR 250 mm and 500 mm dump height - and a bulk density of "CSFM 5555" of about 1000 kg / m 3 results for the reactors R1 and R2 after the cycle of regeneration (reoxidation) a stored amount of oxygen of 110 liters.
Die Anlage nach
Vor der erstmaligen Inbetriebnahme liegen in beiden Reaktoren R1 und R2 die Miniwabenkörper im mit Sauerstoffbeladenen Zustand vor (regenerierter Zustand) und sind auf etwa 250°C aufgewärmt.The plant after
Prior to initial startup, in both reactors R1 and R2, the minibody bodies are in the oxygen-loaded state (regenerated state) and are warmed to about 250 ° C.
Im stationären Betriebszustand der Vergasungsanlage wird deren Brennrohgas zunächst über die Brennrohgaszuleitung Reaktor R1 den Miniwabenkörpern zugeleitet. Die Förderung der Gase erfolgt mit dem im Gesamtanlagensystem integrierten Saugzuggebläse. Der Brennrohgasvolumenstrom beträgt 35 m3 i.N./h und weist neben den Teerbestandteilen die Gaskomponenten CO, CO2, H2, CH4, H2O und N2 in folgenden Konzentrationen auf:
Der Reaktor R2 bleibt zunächst unberührt. Das Brennrohgas hat am Eintritt in den Reaktor R1 eine Temperatur von ca. 600°C. Auf Grund der dazu im Verhältnis stehenden relativ kalten Oberfläche der Miniwabenkörper von etwa 250°C kondensiert der mit dem Brennrohgasstrom zugeführte Teer und setzt sich auf der Oberfläche der Miniwabenkörper ab. Das Brennrohgas steht beim Überströmen der Miniwabenkörper mit diesem durch konvektive Wärmeübergangsmechanismen ständig im Austausch, D. h. das kontinuierlich mit ca. 600°C einströmende Brennrohgas gibt seine physikalische Energie auf dem Weg durch das System an den Feststoff ab und erwärmt diesen instationär vom Brennrohgaseintritt in Richtung Brennreingasaustritt. Durch die Kondensation des Teeres wird auch ein gewisser Anteil der chemischen Energie des Brennrohgases an die Miniwabenkörper abgegeben.The reactor R2 remains initially untouched. The raw combustion gas has a temperature of about 600 ° C at the inlet to the reactor R1. Due to the relative relatively cold surface of the mini honeycomb body of about 250 ° C, the tar fed with the Brennrohgasstrom condenses and settles on the surface of the mini honeycomb body. The raw combustion gas is constantly in exchange when flowing over the mini honeycomb body with this by convective heat transfer mechanisms, D. h. the continuously flowing with approx. 600 ° C combustion raw gas releases its physical energy on the way through the system to the solid and heats this instationary of Brennrohgaseintritt towards Brennreingasaustritt. As a result of the condensation of the tar, a certain proportion of the chemical energy of the raw combustion gas is also released to the mini honeycomb bodies.
Sobald die Miniwabenkörper auf eine Temperatur von 300°C aufgeheizt sind, beginnt der physikalische Vorgang des Sauerstoffausbaus aus dem Feststoffsystem der Miniwabenkörper, zunächst mit einer geringen Intensität.Once the minipods are heated to a temperature of 300 ° C, the physical process of oxygen evolution from the solids system of the minipods begins, initially at a low intensity.
Der an die Oberfläche der Miniwabenkörper vordringende Sauerstoff beginnt jetzt selektiv mit dem am gleichen Ort befindlichen Teerkondensat zu reagieren und es wird aus den Kohlenwasserstoffen mit dem Sauerstoff Kohlenmonoxid und Wasserstoff (partielle Oxidation) erzeugt. Da die Miniwabenkörper zusätzlich Nickel als katalytisch aktive Komponente aufweisen, beginnen die Reaktionen auch schon bei den relativ niedrigen Temperaturen von 300°C. Die Produkte werden durch die Kondensatschicht in die Gasphase abgeleitet und werden mit dem entteerten Brennrohgas als Brennreingas aus dem Reaktor R1 ausgetragen. In dieser Prozessphase ist das Verhältnis. von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffbedarf für die partielle Oxidation der Teere zunächst « 1, D. h. es wird nur ein. geringer Teil des kondensierten Teeres in Kohlenmonoxid und Wasserstoffumgesetzt.The oxygen entering the surface of the minipods now selectively reacts with the tar condensate at the same place and carbon monoxide and hydrogen (partial oxidation) are produced from the hydrocarbons with the oxygen. Since the minipods additionally contain nickel as the catalytically active component, the reactions start even at the relatively low temperatures of 300.degree. The products are discharged through the condensate layer in the gas phase and are discharged with the entteerten Brennrohgas as Brennreingas from the reactor R1. In this process phase is the ratio. oxygen supply to oxygen demand for the partial oxidation of the tars first «1, D. h. it only becomes one. small part of the condensed tar converted into carbon monoxide and hydrogen.
Im weiteren Prozessverlauf steigt die Temperatur der Miniwabenkörper weiter an und die Intensität des Sauerstoffausbaus nimmt zu, was mit einem ansteigenden Sauerstoffmassestrom verbunden ist. Das Verhältnis von Sauerstoffangebot zu Sauerstoffbedarf für die partielle Umsetzung der Teere steigt an und nähert sich einem Wert von 1. Parallel dazu nimmt die Teerumsatzrate durch die partielle Oxidation zu, bis sich ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoffausbau und Teerkondensation einstellt.In the further course of the process, the temperature of the mini honeycomb body increases further and the intensity of the oxygen expansion increases, which is associated with an increasing oxygen mass flow. The ratio of oxygen supply to oxygen demand for the partial conversion of the tars increases and approaches a value of 1. At the same time, the tar conversion rate through the partial oxidation increases until a balance between oxygen evolution and tar condensation occurs.
Die Sauerstoffkonzentration in den Miniwabenkörpern des Reaktors R1 nimmt im Verlauf des Reduktionsprozesses stetig ab. Dabei besteht zwischen dem Temperaturanstieg und der Sauerstoffausbaugeschwindigkeit eine exponentielle Abhängigkeit.The oxygen concentration in the mini honeycomb bodies of the reactor R1 decreases steadily during the reduction process. There is an exponential dependence between the temperature increase and the oxygen expansion rate.
Da die Aufwärmung der Miniwabenkörper von der Durchströmungsrichtung des Brenngases abhängig ist, wird das Feststoffsystem der Miniwabenkörper in Durchströmungsrichtung unterschiedlich reduziert. Die Schichten am Brenngaseintritt erwärmen sich schnell, so dass die Sauerstoffausbauintensität in Durchströmungsrichtung kleiner wird.Since the heating of the mini honeycomb body is dependent on the direction of flow of the fuel gas, the solids system of the mini honeycomb body is reduced differently in the direction of flow. The layers at the fuel gas inlet heat up quickly, so that the oxygen expansion intensity in the flow direction is smaller.
Um die in den Miniwabenkörpern gespeicherte Menge an Sauerstoff optimal im Prozess der Brenngasentteerung auszunutzen, erfolgt während eines Zyklus mindestens ein Richtungswechsel in der Brenngasdurchströmung. Bei der o. g. Sauerstoffspeicherkapazität der in den Reaktoren R1 und R2 eingesetzten Schüttung ergibt sich eine maximale Betriebszeit für einen Zyklus ohne die Umkehr der Durchströmungsrichtung von 20 Minuten. Mit dem Richtungswechsel der Brenngasdurchströmung kann diese Betriebszeit wesentlich erhöht werden.In order to optimally utilize the amount of oxygen stored in the mini honeycomb bodies in the process of fuel gas tinning, at least one change of direction in the fuel gas flow takes place during one cycle. In the o. G. Oxygen storage capacity of the bed used in the reactors R1 and R2 results in a maximum operating time for one cycle without the reversal of the flow direction of 20 minutes. With the change of direction of the fuel gas flow, this operating time can be significantly increased.
Mit einer kontinuierlichen CO-Konzentrationsmessung im Reingas wird der Prozess der Entteerung überwacht.With a continuous CO concentration measurement in the clean gas, the process of Entteerung is monitored.
Bei Erreichen eines Sollwertes der Sauerstoffspeichermenge in den Miniwabenkörpern wird die Durchströmung des Reaktors R1 abgebrochen und das Brennrohgas wird unverzüglich über Reaktor R2 geführt. Upon reaching a target value of the oxygen storage amount in the mini honeycomb bodies, the flow through the reactor R1 is stopped and the raw fuel gas is passed immediately through reactor R2.
Entscheidend für den Wechsel des durchströmten Reaktors ist, dass in den Miniwabenkörpern in Reaktor R1 noch genügend Sauerstoff anwesend ist, um das auf der Oberfläche des Feststoffsystems verbliebene Restkondensat partiell in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzusetzen. Die Reaktionsprodukte dieser Prozessphase können nun dem Brennreingas aus Reaktor R2 zugemischt werden.Decisive for the change of the flow-through reactor is that in the mini honeycomb bodies in reactor R1 still enough oxygen is present to partially convert the remaining on the surface of the solid residue condensate in carbon monoxide and hydrogen. The reaction products of this process phase can now be added to the Brennreingas from reactor R2.
Für den Reaktor R1 schließt sich der Teilprozess der Reoxidation (Regenerierung) an. Für die Reoxidation wird Luft über das Katalysator-Sauerstoffträger-System mit Hilfe eines Gebläses gefördert. Am Austritt des Reaktor R1 wird der Sauerstoffgehalt der abgemagerten Luft mit einer Sonde gemessen. Der Wert des Sauerstoffgehalts in dem austretenden Luftstrom ist ein Maß für die Sauerstoffaufnahme im Katalysator-Sauerstoffträger-System. Anhand der Veränderung dieses Parameters wird der Zustand der Beladung des Katalysator-Sauerstoffträger-Systems mit Sauerstoff angezeigt. Wenn der Sauerstoff-Gehalt ansteigt wird der Luftstrom unterbrochen. Der Reaktor R1 wird bis zum nächsten Einsatz im Reduktionsprozess auf einer konstanten Temperatur von ca. 230 bis 250°C vorgehalten.For the reactor R1, the sub-process of reoxidation (regeneration) follows. For the reoxidation, air is conveyed via the catalyst-oxygen carrier system by means of a blower. At the outlet of the reactor R1, the oxygen content of the lean air is measured with a probe. The value of oxygen content in the exiting air stream is a measure of oxygen uptake in the catalyst-oxygen carrier system. By changing this parameter, the state of loading of the catalyst-oxygen carrier system with oxygen is displayed. When the oxygen content increases, the air flow is interrupted. The reactor R1 is maintained until the next use in the reduction process at a constant temperature of about 230 to 250 ° C.
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