DE102011014824A1 - Multi-fuel pyrolysis system for generating electrical power for e.g. mobile device, has pyrolysis reactor which pyrolyzes liquid, gaseous hydrocarbon mixtures or gas mixtures, and diesel fuel by anaerobic catalytic reaction - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pyrolysesystem, das einen Pyrolysereaktor umfasst, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Diesem Pyrolysereaktor nachgeschaltet ist eine Brennstoffzelle, die mit einem vom Pyrolysereaktor erzeugten, Wasserstoffenthaltenden Gasgemisch versorgen und betrieben werden kann. Der Pyrolysereaktor ist dazu geeignet, aus einer breiten Varietät von Brennstoffen bzw. Kraftstoffen Wasserstoff-enthaltende Gasgemische zu erzeugen. Dabei wird der Pyrolysereaktor zweistufig betrieben, wobei sich ein anaerober katalytischer Pyrolyseschritt, bei dem aus den eingesetzten Brennstoffen ein Wasserstoff-haltiges Gas erzeugt wird, mit einem aeroben Regenerationsschritt des Katalysators abwechselt. Der Pyrolysereaktor wird somit bevorzugt intermittierend betrieben.The present invention relates to a pyrolysis system comprising a pyrolysis reactor in which a catalyst is arranged. Downstream of this pyrolysis reactor is a fuel cell, which can be supplied and operated with a hydrogen-containing gas mixture generated by the pyrolysis reactor. The pyrolysis reactor is capable of producing hydrogen-containing gas mixtures from a wide variety of fuels. In this case, the pyrolysis reactor is operated in two stages, with an anaerobic catalytic pyrolysis step, in which a hydrogen-containing gas is generated from the fuels used, alternating with an aerobic regeneration step of the catalyst. The pyrolysis reactor is thus preferably operated intermittently.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pyrolysesystem anzugeben, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise Wasserstoff-haltige Gasgemische erzeugt werden können, die sich in einer sich anschließenden Brennstoffzelle in elektrische Energie und/oder Warme umwandeln lassen können. Das System soll dabei möglichst kostengunstig sein, einen einfachen Aufbau aufweisen, ferner sollen die erzeugten Gase eine hohe Wasserstoffkonzentration aufweisen. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Wärme anzugeben.The object of the present invention is to specify a pyrolysis system with which hydrogen-containing gas mixtures can be produced in a simple and cost-effective manner, which can be converted into electrical energy and / or heat in a subsequent fuel cell. The system should be as cost-effective as possible, have a simple structure, furthermore, the generated gases should have a high hydrogen concentration. It is also an object of the present invention to provide a method for generating electrical energy and / or heat.
Diese Aufgabe wird mit dem Pyrolysesystem gemäß Patentanspruch 1 sowie bezüglich des Verfahrens zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Wärme mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelost. Anspruch 15 beschreibt Verwendungsmöglichkeiten. Die jeweiligen abhängigen Patentanspruche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved with the pyrolysis system according to
Erfindungsgemäß wird somit ein Multi-Fuel-Pyrolysesystem zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Wärme für stationäre und mobile Anwendungen angegeben, das
- a) mindestens einen Katalysator aufweisenden Pyrolysereaktor, der mittels anaerober katalytischer Pyrolyse von Brennstoffen, ausgewahlt aus der Gruppe bestehend aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, sauerstoffhaltigen Brennstoffen (z. B. Alkoholen, Bioölen, Biodiesel, Pyrolyseölen), flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffgemischen oder Gasgemischen, bevorzugt Kraftstoffen, insbesondere Dieselkraftstoff, die Herstellung eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches und/oder eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches mit Crackprodukten aus dem Brennstoff ermoglicht, wobei die anaerobe Katalyse intermittierend mit einer aeroben Regeneration des Katalysators durchgeführt wird, sowie
- b) dem Pyrolysereaktor nachgeschaltet mindestens eine Brennstoffzelle, die mit dem von dem mindestens einen Pyrolysereaktor erzeugten Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch betrieben wird,
- a) at least one catalyst-containing pyrolysis reactor obtained by anaerobic catalytic pyrolysis of fuels selected from the group consisting of liquid or gaseous hydrocarbons, oxygen-containing fuels (eg alcohols, bio-oils, biodiesel, pyrolysis oils), liquid or gaseous hydrocarbon mixtures or gas mixtures, preferably fuels, in particular diesel fuel, the production of a hydrogen-containing gas mixture and / or a hydrogen-containing gas mixture with cracking products from the fuel allows, wherein the anaerobic catalysis is carried out intermittently with an aerobic regeneration of the catalyst, and
- b) downstream of the pyrolysis reactor, at least one fuel cell which is operated with the gas mixture containing hydrogen produced by the at least one pyrolysis reactor,
Das erfindungsgemaße Pyrolysesystem besteht somit im Wesentlichen aus zwei aneinander gereihten Bauteilen, nämlich einem Pyrolysereaktor sowie einer dem Pyrolysereaktor nachgeschalteten Brennstoffzelle. Der Pyrolysereaktor weist dabei einen Katalysator auf. Bei anaerobem Betrieb des Pyrolysereaktors wird mittels des Katalysators aus den eingesetzten Brennstoffen ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch bzw. ein Gasgemisch mit Crackprodukten aus dem Brennstoff erzeugt. Bei diesem Schritt lagern sich kohlenstoffreichere Reste auf dem Katalysator ab, die nach einer gewissen Zeit wieder vom Katalysator entfernt werden müssen. Dies erfolgt durch einen aeroben Regenerationsschritt des Katalysators, während dessen Sauerstoff oder ein Sauerstoff-haltiges Gasgemisch mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird. Dabei erfolgt eine Umsetzung der kohlenstoffreichen Ablagerungen auf dem Katalysator zu Kohlenmonoxid bzw. Wasser-Gas-haltigen Gasgemischen. Durch einen derartigen Betrieb des Pyrolysereaktors ist eine vollständige Verwertung des eingesetzten Brennstoffs möglich.The inventive pyrolysis system thus consists essentially of two juxtaposed components, namely a pyrolysis reactor and a fuel cell downstream of the pyrolysis reactor. The pyrolysis reactor in this case has a catalyst. In anaerobic operation of the pyrolysis reactor, a hydrogen-containing gas mixture or a gas mixture with cracking products from the fuel is produced by means of the catalyst from the fuels used. In this step, carbon-rich residues are deposited on the catalyst, which must be removed from the catalyst after a certain time. This is done by an aerobic regeneration step of the catalyst during which oxygen or an oxygen-containing gas mixture is brought into contact with the catalyst. In this case, a conversion of the carbon-rich deposits on the catalyst to carbon monoxide or water-gas-containing gas mixtures. By such operation of the pyrolysis reactor, a complete utilization of the fuel used is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Pyrolysereaktor ein Gehause, in dessen Inneren der Katalysator angeordnet ist, wobei der Katalysator einen Trager, der zumindest teilweise mit einer Legierung, enthaltend Eisen und Nickel, beschichtet ist, umfasst.In a preferred embodiment, the pyrolysis reactor comprises a housing in the interior of which the catalyst is arranged, wherein the catalyst comprises a support, which is at least partially coated with an alloy containing iron and nickel.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Pyrolysesystem mindestens eine Verbrennungsvorrichtung und/oder eine Vorrichtung, die durch katalytische Oxidation von Brennstoffen, Anodenoffgas aus der Brennstoffzelle und/oder mit Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen aus dem Pyrolysereaktor und/oder aus dem durch aerober Regeneration des Katalysators erzeugten CO-haltigen Gases Wärme erzeugt, aufweist. Die hierbei erzeugte Warme kann beispielsweise zur Unterstützung der Verdampfung von Brennstoffen eingesetzt werden, jedoch ist es ebenso möglich, die anfallende Wärme extern als Nutzwärme zu verwenden. Für den ersten Fall ist es besonders bevorzugt, wenn die Verbrennungsvorrichtung bzw. die Vorrichtung, die durch katalytische Oxidation von Brennstoffen Warme erzeugt, in thermischer Wechselwirkung mit dem mindestens einen Pyrolysereaktor steht. Die Verbrennungsvorrichtung kann dem Pyrolysereaktor vor- oder nachgeschaltet sein, es ist jedoch auch möglich, die Verbrennungsvorrichtung in den Pyrolysereaktor zu integrieren, so dass eine bauliche Einheit zwischen Pyrolysereaktor und Verbrennungsvorrichtung gegeben ist.It is likewise advantageous if the pyrolysis system comprises at least one combustion device and / or device which is produced by catalytic oxidation of fuels, anode off-gas from the fuel cell and / or hydrogen-containing gas mixtures from the pyrolysis reactor and / or from CO generated by aerobic regeneration of the catalyst -containing gas generates heat. The heat generated in this case can be used for example to support the evaporation of fuels, but it is also possible to use the heat generated externally as useful heat. For the first case, it is particularly preferred if the combustion device or the device passing through catalytic oxidation of fuels produces heat, in thermal interaction with the at least one pyrolysis reactor. The combustion device may be upstream or downstream of the pyrolysis reactor, but it is also possible to integrate the combustion device into the pyrolysis reactor so that a structural unit is provided between the pyrolysis reactor and the combustion device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens einen Verbrennungsvorrichtung und/oder Vorrichtung, die durch katalytische Oxidation Wärme erzeugt, ein Wärmeübertrager und/oder Wärmespeicher nachgeschaltet, der die Wärme z. B. in ein Heizungssystem übertragen kann. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn aus dem Pyrolysesystem Nutzwarme in ein externes System, wie beispielsweise ein Heizungssystem, ausgetragen werden soll. Die entstehende Wärme kann jedoch auch z. T. oder vollstandig dazu genutzt werden, flüssige Kraftstoffe zu verdampfen oder Kraftstoffe vor Einspeisung in die Pyrolysereaktoren vorzuwärmen.In a further advantageous embodiment of the at least one combustion device and / or device which generates heat by catalytic oxidation, a heat exchanger and / or heat storage connected downstream of the heat z. B. can be transferred to a heating system. This embodiment is particularly suitable when the heat is to be discharged from the pyrolysis system into an external system, such as a heating system. However, the resulting heat can also z. T. or completely used to vaporize liquid fuels or preheat fuels before feeding into the pyrolysis.
Die Effizienz des Pyrolysesystems kann weiter gesteigert werden, wenn zwischen dem mindestens einen Pyrolysereaktor und der mindestens einen nachgeschalteten Brennstoffzelle eine Membran zur Separierung von Kohlenwasserstoffgasen und Wasserstoffgas angeordnet ist. Die Kohlenwasserstoffgase können somit aus den aus dem Pyrolysesystem austretenden Gasen abgetrennt werden und beispielsweise erneut dem Pyrolysereaktor zugefuhrt werden. Somit wird eine Brennstoffzelle fast ausschließlich mit (fast) reinem Wasserstoff versorgt, so dass zum einen ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Brennstoffzelle gewährleistet ist und zum anderen keine Abfallprodukte, wie beispielsweise unverwertbare Kohlenwasserstoffgase, verloren gehen.The efficiency of the pyrolysis system can be further increased if a membrane for separating hydrocarbon gases and hydrogen gas is arranged between the at least one pyrolysis reactor and the at least one downstream fuel cell. The hydrocarbon gases can thus be separated from the gases leaving the pyrolysis system and fed, for example, again to the pyrolysis reactor. Thus, a fuel cell is almost exclusively supplied with (almost) pure hydrogen, so that on the one hand the highest possible efficiency of the fuel cell is ensured and, on the other hand, no waste products, such as, for example, unusable hydrocarbon gases, are lost.
Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es ebenso bevorzugt, wenn der Anodenraum der Brennstoffzelle über eine Gasrückführung für das Anodenoffgas in den Pyrolysereaktor verfügt. Da auch im Anodenoffgas u. U. noch Kohlenwasserstoffe bzw. Wasserstoffgas vorhanden sein können, ist es bevorzugt, dieses Anodenoffgas in den Pyrolysereaktor und/oder die Verbrennungsvorrichtung rückzuführen, so dass gegebenenfalls hier noch vorhandene nutzbare Brennstoffe bzw. Brennstofffragmente erneut einem Pyrolyseverfahren unterzogen oder in der Verbrennungsvorrichtung thermisch verwertet werden können.Additionally or alternatively, it is also preferred if the anode compartment of the fuel cell has a gas return for the anode offgas in the pyrolysis reactor. Since also in the anode offgas u. U. still hydrocarbons or hydrogen gas may be present, it is preferable to recirculate this anode exhaust gas into the pyrolysis reactor and / or the combustion device, so that optionally still present usable fuels or fuel fragments can be subjected to a pyrolysis or thermally recovered in the combustion device ,
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Gasrückführung des Anodenoffgases aktiv erfolgt. Bei dieser Ausführungsform verfugt die Gasrückführung über eine Pumpe, mit der das Gas aus dem Anodenraum der Brennstoffzelle abgesaugt und dem Pyrolysesystem zugeführt werden kann. Hierzu eignet sich jede aus dem Stand der Technik bekannte Gaspumpe, die beispielsweise aktiv betrieben werden kann. Ganz besonders bevorzugt jedoch sind Strahlpumpen, die auf dem Venturi-Prinzip basieren. Diese Pumpen können passiv betrieben werden, so dass kein externer Energieeintrag zum Betreiben dieser Pumpen nötig ist. Beispielsweise kann die Pumpe durch den Strom des Brennstoffes, der dem Reaktor zugefuhrt wird, betrieben werden. Der durch den Strom des Brennstoffes in der Venturi-Düse der Strahlpumpe entstehende Unterdruck kann dazu genutzt werden, das Anodenoffgas aus dem Anodenraum der Brennstoffzelle abzusaugen und dieses zusammen mit dem Strom des Brennstoffes, der in den Pyrolysereaktor aufgegeben wird, dem Pyrolysereaktor zuzuführen. Besonders bevorzugt ist es, wenn gasförmige Brennstoffe in den Reaktor aufgegeben werden, wie beispielsweise Propan. In diesem Fall ist beispielsweise der Druck des Propans im Propan-Reservoire, beispielsweise einer Propanflasche und das Massenverhaltnis zwischen Anodenoffgas und dem Propanstrom, ausreichend, um eine Strahlpumpe zuverlassig zu betreiben. Dieses Massenverhältnis ist in alternativen Verfahren zur Wasserstoffproduktion so nicht gegeben.A preferred embodiment of the present invention provides that the gas recirculation of the anode off-gas takes place actively. In this embodiment, the gas recirculation has a pump, with which the gas can be sucked from the anode compartment of the fuel cell and fed to the pyrolysis system. For this purpose, any known from the prior art gas pump, which can be actively operated for example. Very particularly preferred, however, are jet pumps based on the Venturi principle. These pumps can be operated passively, so that no external energy input for operating these pumps is necessary. For example, the pump may be operated by the flow of fuel supplied to the reactor. The negative pressure created by the flow of fuel in the venturi of the jet pump can be used to draw the anode off-gas from the anode compartment of the fuel cell and feed it to the pyrolysis reactor along with the flow of fuel fed into the pyrolysis reactor. It is particularly preferred if gaseous fuels are introduced into the reactor, for example propane. In this case, for example, the pressure of the propane in the propane reservoir, for example, a propane cylinder and the mass ratio between anode exhaust gas and the propane stream, is sufficient to reliably operate a jet pump. This mass ratio is not given in alternative methods for hydrogen production.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Katalysators sehen vor, dass das molare Verhältnis zwischen Eisen und Nickel zwischen 3:1 und 1:5, bevorzugt zwischen 1:2 und 1:4, insbesondere zwischen 1:2,8 und 1:3,2 betragt.Preferred embodiments of the catalyst provide that the molar ratio between iron and nickel is between 3: 1 and 1: 5, preferably between 1: 2 and 1: 4, in particular between 1: 2.8 and 1: 3.2.
Weiter vorteilhaft hierbei ist, wenn der Gesamtgehalt an Nickel und Eisen, bezogen auf den Träger zwischen 0,5 und 15 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 2,5 und 7,5 Gew.-% beträgt.Further advantageous here is when the total content of nickel and iron, based on the carrier between 0.5 and 15 wt .-%, preferably between 1 and 10 wt .-%, particularly preferably between 2.5 and 7.5 wt. -% is.
Insbesondere ist das Material des Tragers ausgewahlt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, insbesondere Siliciumdioxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Silikaten, insbesondere Alumosilikaten, Zeolithen, Cordierit und/oder Metallen.In particular, the material of the carrier is selected from the group consisting of ceramic materials, in particular silicon dioxide, silicon carbide, aluminum oxide, silicates, in particular aluminosilicates, zeolites, cordierite and / or metals.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Katalysator in Form eines Pulvers, eines Granulates, einer Wabe, eines Schaumes, eines Netzes oder eines Bleches vorliegt.It is likewise advantageous if the catalyst is present in the form of a powder, a granulate, a honeycomb, a foam, a mesh or a sheet.
Bevorzugte Membranen, die zwischen Pyrolysereaktor und Brennstoffzelle angeordnet sein können, sind dabei aus Materialien gebildet, die Werkstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Werkstoffen, Metallen sowie Metalllegierungen, insbesondere PdAg- und/oder PdCu-Legierungen, umfassen. Preferred membranes which can be arranged between pyrolysis reactor and fuel cell are formed from materials which comprise materials selected from the group consisting of ceramic materials, metals and metal alloys, in particular PdAg and / or PdCu alloys.
Erfindungsgemaß können verschiedene Brennstoffzelltypen bevorzugt verwendet werden. Insbesondere kommen hierbei eine Hochtemperature-Polyelektrolytmembran (HT-PEM)-Brennstoffzelle, eine Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran (NT-PEM) Brennstoffzelle, eine Festoxidbrennstoffzelle (solid oxide fuel cell, SOFC), eine Schmelzcarbonatbrennstoffzelle (molten carbonate fuel cell, MCFC) oder eine alkalische Brennstoffzelle (alkaline fuel cell, AFC) in Frage.According to the invention, various types of fuel cell can be preferably used. In particular, a high-temperature polyelectrolyte membrane (HT-PEM) fuel cell, a low-temperature polymer electrolyte membrane (NT-PEM) fuel cell, a solid oxide fuel cell (SOFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC) or an alkaline Fuel cell (alkaline fuel cell, AFC) in question.
Erfindungsgemaß wird ebenso ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Warme mit einem voranstehend beschriebenen Pyrolysesystem angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels des mindestens einen Pyrolysereaktors durch anaerobe katalytische Pyrolyse aus Brennstoffen ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch und/oder ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch mit Crackprodukten erzeugt, das Gasgemisch in die mindestens eine Brennstoffzelle aufgegeben und in elektrische Energie und/oder Wärme umgesetzt.According to the invention, a method for generating electrical energy and / or heat with a pyrolysis system described above is also specified. In the method according to the invention, by means of the at least one pyrolysis reactor by anaerobic catalytic pyrolysis of fuels, a hydrogen-containing gas mixture and / or a hydrogen-containing gas mixture is produced with cracking products, the gas mixture is introduced into the at least one fuel cell and converted into electrical energy and / or heat.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Pyrolysesystem einen Pyrolysereaktor aufweist, der intermittierend in anaerober katalytischer Pyrolyse und aerober Regeneration betrieben wird, wobei das wahrend der anaeroben katalytischen Pyrolyse entstehende Wasserstoff enthaltende Gasgemisch und/oder Wasserstoff enthaltende Gasgemisch mit Crackprodukten in die mindestens eine Brennstoffzelle aufgegeben und in elektrische Energie und/oder Wärme umgesetzt wird.A preferred embodiment of the method provides that the pyrolysis system has a pyrolysis reactor, which is operated intermittently in anaerobic catalytic pyrolysis and aerobic regeneration, wherein the gas mixture formed during the anaerobic catalytic pyrolysis hydrogen-containing gas mixture and / or hydrogen containing cracking products in the at least one Fuel cell is abandoned and converted into electrical energy and / or heat.
Durch die im Voranstehenden beschriebene Betriebsweise können zusätzlich Materialkosten eingespart werden. Dadurch kann ein sehr kostengünstiges System realisiert werden.By the operation described in the foregoing, additional material costs can be saved. This allows a very cost-effective system can be realized.
In einer ebenso bevorzugten alternativen Ausfuhrungsform weist das Pyrolysesystem mindestens zwei Pyrolysereaktoren auf, die so im Wechselbetrieb betrieben werden, dass eine kontinuierliche Erzeugung von Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen und/oder Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen mit Crackprodukten gewährleistet ist, die kontinuierlich in die mindestens eine Brennstoffzelle aufgegeben und in elektrische Energie und/oder Wärme umgesetzt werden.In a likewise preferred alternative embodiment, the pyrolysis system has at least two pyrolysis reactors which are operated in alternating operation so as to ensure continuous production of hydrogen-containing gas mixtures and / or hydrogen-containing gas mixtures with cracked products which are continuously introduced into the at least one fuel cell and introduced into electrical energy and / or heat are converted.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Pyrolysesystem über eine zwischen dem mindestens einen Pyrolysereaktor und der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnete Membran zur Separierung von Kohlenwasserstoffen und Wasserstoffgas verfugt, wobei der durch die Membran abgetrennte Wasserstoff in die mindestens eine Brennstoffzelle eingespeist und die Kohlenwasserstoffe in den mindestens einen Pyrolysereaktor rückgeführt werden. Durch eine derartige Maßnahme kann der Wirkungsgrad deutlich gesteigert werden.Furthermore, it is advantageous if the pyrolysis system has a membrane arranged between the at least one pyrolysis reactor and the at least one fuel cell for separating hydrocarbons and hydrogen gas, wherein the hydrogen separated by the membrane is fed into the at least one fuel cell and the hydrocarbons are introduced into the at least one Pyrolysis reactor are recycled. By such a measure, the efficiency can be significantly increased.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn das Anodenoffgas der Anode der mindestens einen Brennstoffzelle in den mindestens einen Pyrolysereaktor ruckgeführt wird. Auch hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad deutlich steigern.It is likewise preferred if the anode offgas of the anode of the at least one fuel cell is returned to the at least one pyrolysis reactor. This also makes it possible to significantly increase the efficiency.
Für den Fall, dass das Pyrolysesystem über eine Verbrennungsvorrichtung und/oder mindestens eine katalytische Oxidationsvorrichtung verfügt, ist es bevorzugt, wenn diese zumindest zeitweise zumindest während der Dauer des anaeroben katalytischen Pyrolysebetriebs des mindestens einen Pyrolysereaktor Warme erzeugt, wobei die Wärme durch thermische Wechselwirkung auf den mindestens einen Pyrolysereaktor übertragen wird.In the event that the pyrolysis system has a combustion device and / or at least one catalytic oxidation device, it is preferred if it generates heat at least temporarily during the duration of the anaerobic catalytic pyrolysis operation of the at least one pyrolysis reactor, the heat being transferred to the surface by thermal interaction at least one pyrolysis reactor is transmitted.
Erfindungsgemäß werden ebenso Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Pyrolysesystems angegeben. Diese sind:
- – Kraft-Warme-Kopplung
- – Kraft-Warme-Kalte-Kopplung
- – Herstellung synthetischer Kraftstoffe
- – Abgasnachbehandlung
- – Mobile Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (bspw. als Ladegerät fur Batterien im Camping- und Freizeitbereich, in Automobilen und Yachten, etc.)
- – Bordstromversorgung von Kraftfahrzeugen (APU's)
- – Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
- – Notstromversorgung in Hutten, Hausern, Kliniken, etc.
- - power-heat-coupling
- - Power-warm-cold-coupling
- - manufacture of synthetic fuels
- - Exhaust gas aftertreatment
- - Mobile device for generating electrical energy (eg. As a charger for batteries in the camping and leisure, in automobiles and yachts, etc.)
- - On-board power supply of motor vehicles (APU's)
- - Uninterruptible power supply (UPS)
- - Emergency power supply in hatches, houses, clinics, etc.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsformen näher erläutert, ohne die vorliegende Erfindung auf die dort dargestellten besonderen Parameter und Ausführungen zu beschränken. The present invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments, without limiting the present invention to the particular parameters and embodiments shown there.
Bei der Pyrolyse werden Kohlenwasserstoffe thermochemisch bei Temperaturen zwischen 500 und 1000°C gespalten. Bei der Spaltung entsteht fester Kohlenstoff und ein Produktgas, das, je nach Brennstoff und Reaktionsbedingung, eine hohe Wasserstoffkonzentration enthält. Die Zersetzung erfolgt ohne Zugabe von Sauerstoff oder anderen Reaktionspartnern, sondern ausschließlich unter der Einwirkung von Wärme. Die Zersetzung der dabei entstehenden Gase ist stark druck- und temperaturabhangig.
In
Während den zuvor angegebenen einzelnen Verfahrensschritten, d. h. Pyrolyse bzw. Regenration, laufen dabei im Wesentlichen die im nachfolgenden erläuterten Reaktionen ab:
Wahrend der Pyrolyse wird beispielsweise Propan katalytisch zu Wasserstoff, Methan und Kohlenstoff zersetzt. Der produzierte Kohlenstoff setzt sich am Katalysator ab und muss in einem zweiten Schritt mit Luft abgebrannt werden. Fur einen kontinuierlichen, wasserstoffreichen Gasvolumenstrom werden deshalb z. B. zwei Reaktoren
For example, during pyrolysis, propane is catalytically decomposed to hydrogen, methane, and carbon. The produced carbon settles on the catalyst and has to be burned off with air in a second step. For a continuous, hydrogen-rich gas flow therefore z. B. two
Der Katalysator liegt nach der Regenerierung als Metalloxid vor und ist in diesem Zustand nicht aktiv. Der Katalysator wird zu Beginn der Pyrolyse reduziert.The catalyst is present as a metal oxide after regeneration and is not active in this state. The catalyst is reduced at the beginning of the pyrolysis.
Zu Beginn der Pyrolyse wird der Katalysator reduziert (siehe CO- und CO2-peak). Das Absinken des CO und CO2 signalisiert das Ende der Reduzierung.At the beginning of the pyrolysis, the catalyst is reduced (see CO and CO 2 peak). The drop in CO and CO 2 signals the end of the reduction.
Wenn das Produktgas während der Pyrolyse in Brennstoffzellen (beispielsweise in NT-PEM-(Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran) oder HT-PEM (Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen) genutzt werden soll, muss der CO-Peak zu Beginn der Pyrolyse abgepuffert werden. Zudem kann auch am Umschaltpunkt eine hohe Wasserstoffkonzentration erreicht werden (siehe
Es gibt gegenwärtig keinen kommerziell verfügbaren Katalysator, der für ein Pyrolysesystem geeignet ist. Der erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator ist jedoch thermisch langzeitstabil. Bei der Entwicklung des Katalysators wurde auf teure Edelmetalle verzichtet, als aktive Komponente wurde deshalb eine Nickellegierung eingesetzt, die auf einem Siliziumdioxidträger aufgebracht wurde. Die Zusammensetzung der aktiven Komponente, die Präparationsmethode und der Trager haben einen großen Einfluss auf die Gaszusammensetzung und die Stabilitat des Katalysators.There is currently no commercially available catalyst suitable for a pyrolysis system. However, the catalyst used in the invention is thermally stable over time. In the development of the catalyst was dispensed expensive precious metals, as an active component was therefore a Nickel alloy applied, which was applied to a silica carrier. The composition of the active component, the preparation method and the carrier have a great influence on the gas composition and the stability of the catalyst.
Im Folgenden werden beispielhaft die Herstellung und die Zusammensetzung des Katalysators beschrieben, der mit einer großen Bandbreite an Einsatzstoffen betrieben werden kann.The following describes by way of example the preparation and the composition of the catalyst which can be operated with a wide range of starting materials.
Als Träger des Katalysators wird SiO2 mit einer geringen Oberfläche (Trager von Alfa Aesar, low surface) eingesetzt. Die aktiven Komponenten des Katalysators sind Fe und Ni. Das molare Verhaltnis zwischen Fe und Ni ist 1/3. Der Katalysator wurde wie folgt hergestellt (Angaben beziehen sich auf die Beschichtung von 500 g SiO2).
- • Herstellung einer Losung aus:
- – 60,88 g Ni(NO3)2 × 6H2O
- – 28,15 g Fe(NO3)3 × 9H2O
- – 88 g Zitronensaure
- – aufgefüllt mit 53,6 g H2O
- • Imprägnierung des SiO2-Trägers mit der Losung
- • Trocknung
- – 2 Tage bei 25°C
- – 1 Tag bei 88°C
- – 10 Stunden bei 100–120°C
- • Kalzinierung
- – 4 Stunden bei 600°C
- • Production of a solution from:
- 60.88 g of Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O
- 28.15 g of Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O
- - 88 g of citric acid
- - filled with 53.6 g H 2 O.
- • Impregnation of the SiO 2 carrier with the solution
- • drying
- - 2 days at 25 ° C
- - 1 day at 88 ° C
- - 10 hours at 100-120 ° C
- • Calcination
- - 4 hours at 600 ° C
Die Pyrolysetemperatur ist in beiden Reaktoren 750°C. Die Pyrolysezeit betragt jeweils 10 Minuten. Die Wasserstoffkonzentration (rechte Ordinate) ist auch am Umschaltpunkt großer 80 Vol.-%. Die Kohlenmonoxidkonzentration (linke Ordinate) ist dabei immer kleiner 0,6 Vol.-%.The pyrolysis temperature is 750 ° C in both reactors. The pyrolysis time is 10 minutes each. The hydrogen concentration (right ordinate) is also at the switching point large 80 vol .-%. The carbon monoxide concentration (left ordinate) is always less than 0.6% by volume.
Das erfindungsgemaße Pyrolysesystem wurde bereits mit vielen Brenn- und Kraftstoffen erfolgreich getestet. Die Versuche haben gezeigt, dass das entwickelte Pyrolysesystem „Multi-Fuel-tauglich” ist. Dadurch sind viele Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten denkbar (siehe z. B. Schema in
Mit dem erfindungsgemaßen Pyrolysesystem ist es erstmals moglich, verschiedene Brenn- oder Kraftstoffe in einem System in ein wasserstoffreiches Produktgas oder ein Synthesegas umzuwandeln. Die Zusammensetzung des Produktgases wird vom eingesetzten Brenn- und Kraftstoff bestimmt. Gasförmige und flüssigen Brenn- und Kraftstoffe, die keine Sauerstoffverbindungen enthalten, können im Pyrolysesystem in ein wasserstoffreiches Produktgas umgewandelt werden. Die Pyrolyse bietet im stationären sowie im mobilen Bereich eine Alternative zu den herkömmlichen Reformierverfahren (Autotherme Reformierung (ATR), Dampfreformierung (SRF), partielle Oxidation (CPox)).With the novel pyrolysis system, it is possible for the first time to convert various fuels or fuels in a system into a hydrogen-rich product gas or a synthesis gas. The composition of the product gas is determined by the fuel and fuel used. Gaseous and liquid fuels that contain no oxygen compounds can be converted into a hydrogen-rich product gas in the pyrolysis system. Pyrolysis offers an alternative to conventional reforming processes in the stationary and mobile sectors (Autothermal reforming (ATR), steam reforming (SRF), partial oxidation (CP ox )).
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Pyrolysesystems sind dabei insbesondere
- • kostengünstiger Katalysator (keine Edelmetalle),
- • einfacher Aufbau,
- • Fur die Pyrolyse wird kein Wasser benötigt. Es entfallen Komponenten, wie Dl-Wasserpatrone, Wasserpumpe, etc.
- • kein Biofilm in Rohrleitungen nach längeren Stillstandzeiten,
- • hohe Wasserstoffkonzentration (Gaszusammensetzung basierend auf Experimenten
1,2mit Propan bei bar und 700°C): H2 > 80 Vol.-%, CO < 1 Vol.-%, Rest Methan), - • keine Gasreinigung erforderlich; das Produktgas kann direkt in eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet und verstromt werden;
- • Das Pyrolysesystem kann durch eine Gasfeinreinigung erweitert werden, dadurch kann das Produktgas in eine Niedertemperaturbrennstoffzelle geleitet werden. Geeignete Gasfeinreinigung: Methanisierung.
- • Die Gaszusammensetzung der Pyrolyse bietet Vorteile bei der Gasfeinreinigung mittels Methanisierung. Da das Pyrolysegas nur geringe Mengen an CO2 enthält (< 0,5 Vol.-%), treten Folgereaktionen (CO2-Methanisierung) nur im sehr geringen Umfang auf, dadurch kann auf eine aufwandige Temperaturregelung verzichtet werden (zum Vergleich: CO2-Gehalt bei der Reformierung > 10 Vol.-%).
- • Bei der Verbrennung des Methans im Brennstoffzellenabgas (CH4-
Konzentration bis 20 Vol.-%, ist in der Brennstoffzelle inert und kann deshalb nicht direkt in Strom und Wärme umgesetzt werden) entsteht sehr viel Warme. Die Pyrolyse ist deshalb sehr gut für stationäre KWK-Anwendungen einsetzbar. - • Die überschussige Warme kann zudem zur Nutzung von stationaren KWKK(Kraft-Warme-Kalte-Kopplung)-Anwendungen eingesetzt werden.
- • inexpensive catalyst (not precious metals),
- • easy construction,
- • No water is needed for the pyrolysis. It accounts for components such as DI water cartridge, water pump, etc.
- • no biofilm in pipelines after prolonged downtime,
- High hydrogen concentration (gas composition based on experiments with propane at 1.2 bar and 700 ° C.): H 2 > 80% by volume, CO <1% by volume, balance methane),
- • no gas cleaning required; the product gas can be passed directly into a high-temperature fuel cell and converted into electricity;
- • The pyrolysis system can be extended by a gas fine cleaning, thereby the product gas can be led into a low-temperature fuel cell. Suitable gas fine cleaning: methanation.
- • The gas composition of pyrolysis offers advantages in gas purification by means of methanation. Since the pyrolysis contains only small amounts of CO 2 (<0.5 vol .-%), follow-up reactions (CO 2 methanation) occur only to a very small extent, this can be dispensed with an expensive temperature control (for comparison: CO 2 Content during reforming> 10% by volume).
- • In the combustion of methane in the fuel cell exhaust gas (CH 4 concentration to 20 vol .-%, is inert in the fuel cell and therefore can not be directly converted into electricity and heat) is very much warm. Pyrolysis is therefore very suitable for stationary CHP applications.
- • The excess heat can also be used for the use of stationary CHP (power-heat-cold-coupling) applications.
Beispiel 1example 1
Methan-Pyrolyse (2 Reaktoren) mit Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle zur stationären KWK(Kraft-Wärme-Kopplung)-AnwendungMethane pyrolysis (2 reactors) with high-temperature PEM fuel cell for stationary CHP (combined heat and power) application
Vorteile:Advantages:
- • einfacher Aufbau, im Vergleich zu gängigen Reformierverfahren werden weniger Komponenten benotigt; hierdurch können Kosten eingespart werden.• simple construction, fewer components are needed compared to conventional reforming; This can save costs.
- • geringerer Regelaufwand (im Vergleich zu den Reformierverfahren) auf Grund der einfachen Stromführung;• lower control effort (compared to the reforming process) due to the simple power supply;
- • Einsatz von Standardgasbrennern möglich. Der Brenner muss nicht, wie bei der Reformierung, für mehrere Betriebszustande (1. stationärer Betrieb: Schwachgas, hoher Inertanteil, 2. Start: Betrieb mit reinem Brennstoff) ausgelegt werden.• Use of standard gas burners possible. The burner does not have to be designed for several operating conditions (1st stationary operation: low gas, high inert content, 2nd start: operation with pure fuel), as in the case of reforming.
Beispiel 2Example 2
Methan-Pyrolyse (1 Reaktor) mit Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle zur stationären KWK(Kraft-Wärme-Kopplung)-AnwendungMethane pyrolysis (1 reactor) with high-temperature PEM fuel cell for stationary CHP (combined heat and power) application
Das in
Vorteile: Advantages:
-
• Das System kann im Vergleich zu dem in
6 gezeigten System nochmals stark vereinfacht werden; es werden weniger Komponenten benotigt (Warmeübertrager, Ventile, Sensoren, etc.).• The system can be compared to the one in6 shown system again greatly simplified; fewer components are required (heat exchanger, valves, sensors, etc.). - • einfache Integration in bestehende Heizungssysteme;• easy integration into existing heating systems;
- • kein Wasser und keine Gasreinigung notwendig;• no water and no gas cleaning necessary;
- • Das System kann leicht hoch- und herunterskaliert werden.• The system can be easily scaled up and down.
Das Pyrolysesystem erzeugt durch den relativ hohen Methangehalt (ca. 20 Vol.-%) sehr viel Wärme. Durch die erfindungsgemäße Modifizierung können hohere elektrische Wirkungsgrade erzielt werden.The pyrolysis system generates a lot of heat due to the relatively high methane content (about 20% by volume). By means of the modification according to the invention, higher electrical efficiencies can be achieved.
Der Wirkungsgrad eines Propan-Pyrolyse-Systems
Zusätzlich verfugt die Gasrückführung uber eine Strahlpumpe
Vorteile:Advantages:
- • Der elektrische Wirkungsgrad kann im Vergleich zur „klassischen” Pyrolyse mit 2 Reaktoren deutlich gesteigert werden:• The electrical efficiency can be significantly increased compared to the "classic" pyrolysis with 2 reactors:
- – Wirkungsgradsteigerung (el.) um ca. 7–8%- Increased efficiency (el.) By approx. 7-8%
- – Wirkungsgrad vergleichbar mit ATR6 - Efficiency comparable to ATR 6
- • Die Brennstoffzelle wird mit reinem Wasserstoff betrieben. Der Einsatz von nahezu allen Brennstoffzellentypen ist möglich.• The fuel cell is powered by pure hydrogen. The use of nearly all fuel cell types is possible.
- • Zur Einsparung der Verdichterleistung kann eine Strahlpumpe eingesetzt werden. Für den Fall, dass z. B. Flüssiggas als Brennstoff verwendet wird, reicht der Flaschendruck aus, um den zurückgefuhrten Volumenstrom aus der Membran auf den Betriebsdruck zu verdichten und diesen dem Pyrolysereaktor zuzuführen.• A jet pump can be used to save compressor performance. In the event that z. B. LPG is used as a fuel, the bottle pressure is sufficient to compress the recirculated volume flow from the membrane to the operating pressure and supply them to the pyrolysis reactor.
Durch die Rückführung des Restmethans in den Pyrolyseprozess kann der elektrische Wirkungsgrad deutlich gesteigert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung des Systems ist die Ruckführung des Anodenoffgases. Diese Moglichkeit ist als Alternative zu
Vorteil:Advantage:
Es kann auf einen teuren Membranreaktor verzichtet werden.It can be dispensed with an expensive membrane reactor.
Die Pyrolyse kann ebenfalls für mobile Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Ladegerät im Bereich Freizeit und Camping (siehe
- • Das System muss vor allem kostengunstig sein.
- • einfaches System, keine aufwändigen Regelstrategien etc. -> passive Kuhlung;
- • robust;
- • außentauglich, unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen.
- • The system must be cost-effective.
- • simple system, no elaborate control strategies etc. -> passive cooling;
- • robust;
- • suitable for outdoor use, insensitive to environmental influences.
Das Pyrolysesystem beinhaltet keine aufwändigen Regelstrategien, der Propanstrom wird auf einen festen Wert eingestellt. Die maximale Pyrolysedauer wird über das Katalysatorvolumen eingestellt.The pyrolysis system does not involve complex control strategies, the propane flow is set to a fixed value. The maximum pyrolysis time is set over the catalyst volume.
Das Produktgas kann ohne Gasreinigung in eine HT-PEM-Brennstoffzelle geleitet und verstromt werden. Durch den Einbau eines Methanisierungskatalysators kann die CO-Konzentration auf < 20 ppmv gesenkt werden und danach sogar in eine NT-PEM-Brennstoffzelle geleitet und verstromt werden. Der Methanisierungskatalysator kann leicht in einen Warmeübertrager integriert werden. Da das Produktgas nur eine geringe Menge an CO2 enthält, kann auf eine aufwändige Temperierung der Methanisierungsstufe verzichtet werden. Die Eintrittstemperatur muss nicht, wie bei den Reformierverfahren, genau eingestellt werden, da der Katalysator in diesem Fall nicht sehr selektiv sein muss.The product gas can be passed into an HT-PEM fuel cell without gas purification and converted into electricity. By incorporating a methanation catalyst, the CO concentration can be reduced to <20 ppmv and then even passed into an NT-PEM fuel cell and converted into electricity. The methanation catalyst can be easily integrated into a heat exchanger. Since the product gas contains only a small amount of CO 2 , can be dispensed with a complex temperature of the methanation. The inlet temperature does not have to be precisely adjusted, as in the reforming process, since the catalyst does not have to be very selective in this case.
Für das Pyrolysesystem kann über einen handelsüblichen, einfachen Brenner aufgeheizt werden. Hierfur ist ein Laborbrenner ausreichend, der die Verbrennungsluft selbst ansaugt. Im stationaren Betrieb (Pyrolyse) wird das Anodenoffgas der Brennstoffzelle in einen Oxidationskatalysator geleitet, der die Reaktionswärme für den Pyrolysereaktor bereitstellt. Nach Beendigung der Pyrolyse wird der Reaktor über einen Luftstrom regeneriert. Das Regenerationsgas kann noch CO enthalten, das Abgas wird nach der Regenerierung in den Oxidationskatalysator geleitet. Dort wird das CO mit der zugeführten Luft zu CO2 oxidiert. Zudem wird der Pyrolysereaktor auf Temperatur gehalten, nach der Regenerierung kann direkt wieder mit der Pyrolyse begonnen werden.For the pyrolysis system can be heated by a standard, simple burner. For this purpose, a laboratory burner is sufficient, which sucks the combustion air itself. In steady state operation (pyrolysis), the anode off gas of the fuel cell is directed into an oxidation catalyst which provides the heat of reaction for the pyrolysis reactor. After completion of the pyrolysis, the reactor is regenerated via an air stream. The regeneration gas may still contain CO, the exhaust gas is passed after the regeneration in the oxidation catalyst. There, the CO is oxidized with the supplied air to CO 2 . In addition, the pyrolysis reactor is kept at temperature, after the regeneration can be restarted directly with the pyrolysis.
Vorteile:Advantages:
- • einfacher Aufbau;• easy construction;
- • keine aufwandigen Regelstrategien, passive Kühlung, keine Warmeintegration notwendig (beispielsweise Verdampfung von Wasser etc.), fest eingestellter Propanstrom;• no elaborate control strategies, passive cooling, no heat integration necessary (for example, evaporation of water, etc.), fixed propane flow;
- • alle Katalysatoren, Pyrolyse, Oxidationskatalysator und Methanisierung beinhalten keine Edelmetalle -> kostengünstig;• all catalysts, pyrolysis, oxidation catalyst and methanation do not contain precious metals -> cost effective;
- • Verfahrenstechnische Komponenten können im Vergleich zur Reformierung auf ein Minimum beschrankt werden.• Process components can be kept to a minimum compared to reforming.
- • Es hat sich gezeigt, dass die Materialkosten im Vergleich zu einem ATR-System um bis zu 60% gesenkt werden können.• It has been shown that material costs can be reduced by up to 60% compared to an ATR system.
Der Pyrolysereaktor
Das Pyrolysesystem kann sehr einfach aufgebaut werden, die einzelnen Segmente bestehen aus konzentrischen Rohren. Die Methanisierung
Biogas, sauerstoffhaltige Brenn- und Kraftstoffe sowie Produktgase nach Brennstoffverdampfern, die beispielsweise mittels partieller Oxidation die Wärme für den Verdampfungsprozess bereitstellen, können im Pyrolysereaktor zu einem Synthesegas umgesetzt werden.Biogas, oxygen-containing fuels and fuel gases and product gases after fuel evaporators, which provide the heat for the evaporation process, for example by means of partial oxidation, can be converted in the pyrolysis reactor to a synthesis gas.
Die Pyrolyse von Biogas und die Pyrolyse von vorverdampften Brenn- und Kraftstoffen ist ohne weiteres möglich. Im Pyrolysereaktor werden diese Einsatzstoffe zu einem Synthesegas umgewandelt.The pyrolysis of biogas and the pyrolysis of pre-evaporated fuels and fuels is readily possible. In the pyrolysis reactor, these feedstocks are converted to a synthesis gas.
Die Versuche wurden mit verdampftem Dieselkraftstoff sowie mit synthetischen Biogasgemischen (Variation Anteil CH4/CO2) durchgeführt. Der Methangehalt im Biogas liegt zwischen 45 und 70 Vol.-% und der Anteil an Kohlendioxid zwischen 25 und 55 Vol.-%. Die Gaszusammensetzung hangt von diversen Parametern, wie Substratzusammensetzung und Betriebsweise des Faulbehälters, ab.The experiments were carried out with vaporized diesel fuel and with synthetic biogas mixtures (variation proportion CH 4 / CO 2 ). The methane content in the biogas is between 45 and 70 vol .-% and the proportion of carbon dioxide between 25 and 55 vol .-%. The gas composition depends on various parameters, such as substrate composition and operation of the digester.
In
Das Produktgas kann nach der Pyrolyse direkt in eine Hochtemperaturbrennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)) geleitet und verstromt werden. Der Pyrolysereaktor kann zudem als Vorreformer für den Einsatz in MCFC's oder SOFC's eingesetzt werden. Für den Einsatz in HT-PEM- oder NT-PEM-Brennstoffzellen muss dem Pyrolysereaktor eine Gasreinigung bzw. Gasfeinreinigung nachgeschalten werden.After pyrolysis, the product gas can be passed directly into a solid oxide fuel cell (SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and converted into electricity. The pyrolysis reactor can also be used as a pre-reformer for use in MCFC's or SOFC's. For use in HT-PEM or NT-PEM fuel cells, the pyrolysis reactor must be followed by a gas cleaning or gas fine cleaning.
Vorteile:Advantages:
- • hohe Wasserstoffkonzentration;High hydrogen concentration;
- • kostengünstiger Katalysator (keine Edelmetalle);• inexpensive catalyst (not precious metals);
- • einfacher Aufbau;• easy construction;
- • Für die Pyrolyse wird kein Wasser benötigt. Es entfallen Komponenten, wie Dl-Wasserpatrone, Wasserpumpe, etc.;• No water is needed for the pyrolysis. It accounts for components such as DI water cartridge, water pump, etc .;
- • kein Biofilm in Rohrleitungen nach längeren Stillstandzeiten;• no biofilm in piping after prolonged downtime;
- • Das Produktgas kann direkt in eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC, MCFC) geleitet und verstromt werden.• The product gas can be fed directly into a high-temperature fuel cell (SOFC, MCFC) and converted into electricity.
Lignocellulosehaltige Biomasse kann in einem Vergaser zu einem Synthesegas umgesetzt werden. Die Gaszusammensetzung hängt stark vom Vergasertyp ab.Lignocellulose-containing biomass can be converted into a synthesis gas in a gasifier. The gas composition is highly dependent on the type of gasifier.
Tabelle 1 zeigt die Gaszusammensetzung von unterschiedlichen Vergasungsprozessen. Tabelle 1
- 1) Daten eines Güssing-FICFB-Vergasers
- 2) Daten eines Bioflow-Vergasers
- 3) mehrere Daten von CHOREN und FZ Karlsruhe
- 1) Data from a Güssing FICFB carburetor
- 2) Bioflow carburettor data
- 3) several data from CHOREN and FZ Karlsruhe
Das Holzgas nach dem Biomassevergaser enthält, je nach Vergasungsprozess, bis zu 13 Vol.-% Methan. Das Methan kann in einem nachfolgenden Pyrolysereaktor zu H2 und C umgesetzt werden. Das im Holzgas enthaltene CO2 reagiert mit dem angelagerten C zu CO (Boudouard-Gleichgewicht). Dadurch kann die Pyrolysezeit deutlich verlängert werden.The wood gas after the biomass gasifier contains, depending on the gasification process, up to 13 vol .-% methane. The methane can be converted to H 2 and C in a subsequent pyrolysis reactor. The CO 2 contained in the wood gas reacts with the attached C to CO (Boudouard equilibrium). As a result, the pyrolysis time can be significantly extended.
Die Gaszusammensetzung wird stark von der Temperatur beeinflusst. In
Die CH4- und die CO2-Konzentration nehmen mit steigender Temperatur ab. Gleichzeitig steigen die H2- und CO-Konzentrationen an. Mit einem nachfolgenden Pyrolysereaktor konnen die H2- und CO-Konzentrationen erhoht werden.The CH 4 and CO 2 concentrations decrease with increasing temperature. At the same time, the H 2 and CO concentrations increase. With a subsequent pyrolysis reactor, the H 2 and CO concentrations can be increased.
Das Synthesegas kann u. a. fur die Produktion von synthetischen Kraftstoffen eingesetzt werden. Gerade die Generierung von flüssigen Kraftstoffen bietet auf Grund der guten Speicherbarkeit Vorteile. Das Synthesegas kann beispielweise uber die Fischer-Tropsch-Synthese zu flüssigen Kraftstoffen umgesetzt werden. Andere Möglichkeiten sind die Methanolsynthese oder die DME-Synthese (siehe
Durch den Pyrolysereaktor kann die H2- und CO-Konzentration erhoht werden und somit die Ausbeute an flüssigen Kraftstoffen. Zudem kann das Verhaltnis an CO und H2 über die Reaktionsbedingungen im Pyrolysereaktor, Temperatur und Druck, verändert werden. Zudem kann das Holzgas mit verschiedenen Brennstoffen, wie beispielsweise Propan, Ethanol, Biogas, gemischt werden, dadurch kann das H2/CO-Verhältnis an die benotigte Kraftstoffherstellung angepasst werden.Through the pyrolysis reactor, the H 2 - and CO concentration can be increased and thus the yield of liquid fuels. In addition, the ratio of CO and H 2 on the reaction conditions in the pyrolysis reactor, temperature and pressure, can be changed. In addition, the wood gas can be mixed with various fuels, such as propane, ethanol, biogas, thereby the H 2 / CO ratio can be adapted to the required fuel production.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011014824A DE102011014824A1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | Multi-fuel pyrolysis system for generating electrical power for e.g. mobile device, has pyrolysis reactor which pyrolyzes liquid, gaseous hydrocarbon mixtures or gas mixtures, and diesel fuel by anaerobic catalytic reaction |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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- 2011-03-23 DE DE102011014824A patent/DE102011014824A1/en not_active Ceased
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