-
Die Erfindung betrifft einen Festbett-Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Brenngasen aus Vergasungsmaterial mit einem liegend angeordneten und drehbar gelagerten Reaktionszylinder, an dessen einem Ende durch eine Beschickungsvorrichtung Vergasungsmaterial zugeführt und an dessen anderem Ende durch eine Ausschleussvorrichtung nichtvergaste Restsubsstanz entnommen werden kann, und mit einem Stützbrenner zum Anfahren und zur Sicherung einer Mindesttemperatur in einer Reaktionszone sowie mit einem Entnahmeanschluss für Brenngas.
-
Als Stand der Technik sind Festbett-Vergasungsreaktoren bekannt, mit denen aus Biomasse, insbesondere Holz, mit Wasserdampf und einer geregelten Luftzufuhr Brenngase erzeugt werden. Dabei kommen zumeist Vergasungsreaktoren zum Einsatz, die senkrecht angeordnet sind und bei denen die Biomasse zumindest zum überwiegenden Teil sich senkrecht von oben nach unten bewegt. Zur Auflockerung der Biomasse und, um diese in Bewegung zu halten, ist weiterhin bekannt, in diesen Vergasungsreaktoren senkrecht angeordnete Schnecken vorzusehen, die die Biomasse gegen die Schwerkraft nach oben fördern.
-
Grundsätzlich werden bei Vergasungsreaktoren die folgenden Temperatur- und Funktionszonen unterschieden. Zunächst eine Trocknungszone, in der der zugeführten Biomasse unter Wasserdampfbildung überschüssiges Wasser entzogen wird. Daran schließt sich eine Aufheizzone mit einer Reaktionsstufe an sowie schließlich eine Ausgasungszone. Bei der Inbetriebnahme und gegebenenfalls, falls durch Oxidation mit Luftsauerstoff aus der Biomasse nicht genügend Wärme für den fortlaufenden Betrieb anfällt, werden Stützbrenner betrieben, die einen bestimmten Bereich des Vergasungsreaktors, insbesondere die Reaktionszone, aufheizen können. Angestrebt wird dabei ein Durchlaufbetrieb, bei dem kontinuierlich Biomasse zugeführt wird und Brenngas wie auch Pyrolysekoks bzw. Asche ausgeschleust wird.
-
Ein solcher, senkrecht angeordneter Vergasungsreaktor ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 021 966 B4 bekannt.
-
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass es leicht zu Stockungen des Materialflusses wie auch zur Blockierungen durch die Biomasse in dem Vergasungsreaktor kommen kann. Insbesondere muss das Material außerhalb der Schnecke in dem Zwischenraum bis zu einer Wand nach unten rutschen und wird gleichzeitig von der Schnecke nach oben befördert, um es aufzulockern. Dadurch verbleibt jedoch nur ein relativ enger Lichtraum und es kann leicht zu Materialblockierungen kommen. Auch erfordert die Bauhöhe eines solchen Vergasungsreaktors entsprechende Vorkehrungen, wie bei Aufstellung innerhalb einer Halle etwa eine entsprechende Deckenhöhe. Nachteilig ist auch der insgesamt aufwändigere Aufbau der senkrecht stehenden Vergasungsreaktoren sowie deren aufwändigere Montage und Demontage.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vergasungsreaktor zur Verfügung zu stellen, der die zuvor genannten Nachteile vermeidet und Biomasse einer großen Bandbreite nutzen kann, wie sie etwa aus landwirtschaftlichen Betrieben, Brauereien, Biogasanlagen bis hin zu Abfällen aller Art anfällt.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Vergasungsreaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Festbett-Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Brenngasen aus Vergasungsmaterial mit einem liegend angeordneten und drehbar gelagerten Reaktionszylinder, an dessen einem Ende durch eine Beschickungsvorrichtung Vergasungsmaterial zugeführt und an dessen anderem Ende durch eine Ausschleusvorrichtung nichtvergaste Restsubstanz entnommen werden kann, und mit einem Stützbrenner zum Anfahren und zur Sicherung einer Mindesttemperatur in einer Reaktionszone sowie mit einem Entnahmeanschluss für Brenngas, wobei der Reaktionszylinder an einem oder beiden Enden außenseitig gelagert ist und die Enden des Reaktionszylinders von feststehenden Gehäuseteilen abgeschlossen und gegenüber diesen abgedichtet sind.
-
Vorteilhaft kann der Vergasungsreaktor auch sehr flexible und/oder weiche Vergasungsmaterialien nutzen, insbesondere Biomassen. Als Vergasungsmaterial sind grundsätzlich auch jegliche andere Gemenge bis hin zu Abfällen denkbar, die Kohlenwasserstoffe enthalten und aus denen durch verschwelen Gas gewonnen werden kann. Durch die liegende Anordnung des Reaktionszylinders kann der Transport des Vergasungsmaterials durch den Reaktionszylinder beispielsweise allein durch eine entsprechende Neigung des gesamten Reaktionszylinders erfolgen. Ebenso sind auch im Inneren des Reaktionszylinders angeordnete Transportelemente denkbar, wie etwa neben einer durchgehenden Wendel oder Schnecke auch einzelne geneigte Bleche, die bei einer Drehung des Reaktionszylinders einen Transport des Vergasungsmaterials bewirkt. In allen diesen Fällen bewirkt die liegende Anordnung des Reaktionszylinders vorteilhaft, dass dieser von beiden Seiten für Wartungsarbeiten, insbesondere auch für das Entfernen von blockierendem Vergasungsmaterial, gut zugänglich ist. Hierfür können in den an den beiden Enden angeordneten Gehäusen zusätzliche Wartungsöffnungen vorgesehen werden. Vorteilhaft ermöglicht die außenseitige, drehbare Lagerung des Reaktionszylinders, dass die jeweiligen Enden des Reaktionszylinders im Querschnitt frei bleiben können und einen erleichterten Zugang ermöglichen. Dadurch wird auch die Zuführung des Vergasungsmaterials, wie auch die Ausschleusung der nicht in Gas umgewandelten Restsubstanz und die Ableitung des Brenngases erleichtert, da dies über die Enden des Reaktionszylinders erfolgen kann. Dies ermöglicht als Vergasungsmaterial auch nur sehr schwer zu nutzende Biomassematerialien wie sehr feuchte, sehr flexible oder durch ihre Konsistenz schwierige Materialien zu verwenden. Durch die liegende Anordnung kann vorteilhaft eine leichtere Montage erreicht werden und sind bei Unterbringung in einem Gebäude keine besonders hohen Decken erforderlich.
-
An einem oder beiden Enden des Reaktionszylinders können in der Verlängerung der Drehachse des Reaktionszylinders Wartungsöffnungen angeordnet sein.
-
Dadurch wird über den aufgrund der außenseitigen Lagerung frei bleibenden Querschnitt ein guter Zugang in das Innere des Reaktionszylinders ermöglicht. Im Fall des Vorliegens einer Blockierung durch Vergasungsmaterial ist es dadurch nicht nötig, die Maschine ganz oder teilweise zu demontieren.
-
Vorteilhaft weist der der Reaktionszylinder an einem oder beiden Enden eine außenseitige Gleitdichtung auf, die über ein längselastisches Abdichtelement mit dem feststehenden Gehäuseteil verbunden ist.
-
Dadurch bleibt der Reaktionszylinder an seinen beiden Enden frei von Abdichtelementen, da diese an seinem Außenumfang befestigt sind. Hierdurch kann der volle Querschnitt des Reaktionszylinders für die Zuführung des Vergasungsmaterials bzw. die Ausschleusung der Restsubstanz sowie die Abführung des Brenngases genutzt werden. Zugleich sind die Abdichtelemente für Wartungszwecke und für die Überwachung ihres Zustands gut zugänglich.
-
In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist das Abdichtelement ein den Reaktionszylinder umschließendes Wellrohr.
-
Ein Wellrohr bietet eine mechanisch stabile Möglichkeit für ein Abdichtelement. Durch dessen Ausgleichsfunktion in Längsrichtung können thermische Längenänderungen des Reaktionszylinders ausgeglichen werden. Insbesondere muss die Gleitdichtung dann nicht auch in Längsrichtung des Reaktionszylinders gleitend abdichten, sondern kann stets an derselben Stelle des Reaktionszylinders laufen.
-
Die Gleitdichtung kann aus einem in einem Flansch geführten hitzebeständigen und reibungsarmen Dichtring besteht, insbesondere einem Graphitring.
-
Vorteilhaft wird der Reaktionszylinder über einen außenseitigen Zahnkranz, eine Kette und einen mit einem Ritzel versehenen Motor drehend angetrieben.
-
Ein solcher Antrieb ist einfach und zuverlässig und unempfindlich gegenüber kleinen Verschiebungen in Längsrichtung des Reaktionszylinders aufgrund der Wärmeausdehnung.
-
Die Beschickungsvorrichtung kann eine Zellradschleuse aufweisen.
-
Die Ausschleusvorrichtung weist in einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ein ungefähr in einer Mittelebene des Relationszylinder liegendes, in den Reaktionszylinder ragendes Leitblech auf, dessen zylinderseitiges Ende einen nach oben gebogenen Vorderabschnitt und dessen zylinderabgewandte Seite einen nach unten gebogenen Hinterabschnitt aufweist.
-
Vorteilhaft sind der Vorderabschnitt und/oder der Hinterabschnitt jeweils unter einem Winkel von 45° zu der Mittelebene gebogen.
-
Die Ausschleusvorrichtung kann eine außerhalb des Reaktionszylinders unterhalb des Leitblechs angeordnete Ausschleusöffnung für die Restsubstanz aufweisen.
-
Durch das Leitblech wird verhindert, dass mit dem Brenngas Ascheteile oder Restsubstanz mitgerissen werden kann. Diese Materialien werden nach unten hin zu der Ausschleusöffnung geleitet.
-
Oberhalb des Leitblechs und außerhalb des Reaktionszylinders kann der Entnahmeanschluss für das Brenngas angeordnet sein.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
-
1 schematisch im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Festbett-Vergasungsreaktor,
-
2 den Endabschnitt eines Reaktionszylinders mit der Ausschleusvorrichtung im Querschnitt,
-
3 eine Ansicht des Endabschnitts der 2 im Querschnitt,
-
4 den Endabschnitt des Reaktionszylinders mit der Beschickungsvorrichtung im Querschnitt und
-
5 ein Detail der 4.
-
Die 1 zeigt schematisch im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Festbett-Vergasungsreaktor 1 mit einem Reaktionszylinder 3, an dessen Innenwand eine Wendel 4 sich befindet. Bei dem hier geschilderten Ausführungsbeispiel findet der Transport des Vergasungsmaterials bei einer Drehung des Reaktionszylinders 3 durch die Wendel 4 statt. Jedoch sind auch andere Transportmechanismen denkbar, beispielsweise eine Neigung des Reaktionszylinders 3 und ein Transport während der Drehung durch die Schwerkraft, aber auch andere Elemente, wie einzelne schräg gestellte Bleche, die ähnlich der Wendel 4 einen Transport des Vergasungsmaterials bewirken. In einem Brennergehäuse 5 befindet sich ein Stützbrenner 6 und heizt eine Reaktionszone 7 auf, wenn der Festbett-Vergasungsreaktor 1 in Betrieb genommen wird, oder die in der Reaktionszone 7 entstehende Wärme im normalen Betrieb nicht ausreichend sein sollte. An die Reaktionszone 7 schließt sich die Ausgasungszone 8 an. Das in der Ausgasungszone 8 entstehende Brenngas wird über einen Entnahmeanschluss 9 für Brenngas, der sich in einem feststehenden Gehäuseteil 10 befindet und oberhalb eines Leitblechs 11 angeordnet ist, abgeführt. Unterhalb des Leitblechs 11 befindet sich als Ausschleusvorrichtung 12 eine Ausschleusöffnung 13 mit einer Zellenradschleuse 14. Der Reaktionszylinder 3 ist auf beiden Seiten auf Rollen 15 über seinen Außenumfang und einen jeweiligen Lagerring 16 um seine Längsachse als Drehachse drehbar gelagert. Eine Beschickungsvorrichtung 17 mit einer Zellenradschleuse 18 ist in einem feststehenden Gehäuseteil 19 angeordnet, an das sich eine Trocknungszone 20 des Reaktionszylinders 3 anschließt. Die beiden feststehenden Gehäuseteile 10, 19 sind gegenüber dem Reaktionszylinder 3 jeweils durch eine Gleitdichtung 21 abgedichtet, die über ein längselastisches Abdichtelement 22 jeweils mit den feststehenden Gehäuseteilen 10, 19 verbunden sind. Über einen am Außenumfang des Reaktionszylinders 3 angebrachten Zahnkranz 23 sowie eine Kette 24, die von einem Ritzel 25 angetrieben wird, kann über einen mit dem Ritzel 25 verbundenen Elektromotor 26 der Reaktionszylinder 3 gedreht werden. Durch diesen Antrieb ergibt sich eine gute Toleranz gegenüber Änderungen der Länge des Reaktionszylinders 3 aufgrund der Wärmeausdehnung. Am Ende der Trocknungszone 20 kann durch Bohrungen 27 in dem Reaktionszylinder 3 und ein den Reaktionszylinder 3 ringförmig umschließendes Gehäuse 28 Wasserdampf abgeführt werden. Der Wasserdampf kann auch abgeführt werden kann, wenn durch die Bohrungen 27 Teile des Vergasungsmaterials gelangen, da sich in diesem Fall der untere Teil des umschließenden Gehäuses 28 mit diesem Material füllt, jedoch die sich jeweils im oberen Teil des Gehäuses 28 befindlichen Bohrungen 27 nicht zusetzen können und weiterhin Wasserdampf abführen, bzw. das Material teilweise wieder in den Reaktionszylinder 3 zurückführen. Es ist denkbar, auf diese Weise Wasserdampf oder Gase auch bei anderen Ausführungen von Vergasungsreaktoren mit einem liegenden Reaktionszylinder abzuführen, unabhängig von den weiteren, in dieser Erfindung geschilderten Merkmalen und Ausführungsformen.
-
An einer an dem Gehäuseteil 19 befestigen Haltestange 29 ist zwischen Trocknungszone 20 und Reaktionszone 7 ein Abschirmblech 30 angeordnet. Dieses Abschirmblech 30 überdeckt ungefähr ein Drittel des innerhalb der Wendel 4 in Längsrichtung das Reaktionszylinder 3 freien Querschnitts in der oberen Hälfte. An dem Abschirmblech 30 ist ein Temperatursensor 31 angeordnet, der die Temperatur im Inneren des Reaktionszylinders 3 misst. Auch für die Anordnung des abschirmen Blechs 30 sowie des Temperatursensors 31 ist es denkbar, diese unabhängig von den weiteren in dieser Erfindung geschilderten Merkmalen einzusetzen.
-
Im Betrieb wird über die Zellenradschleuse 18 und die Beschickungsvorrichtung 17 ein Vergasungsmaterial, bevorzugt Biomasse dem Reaktionszylinder 3 zugeführt. In der Trocknungszone 20 wird der Biomasse Wasser entzogen und über die Bohrungen 27 der Wasserdampf abgeführt. In der Reaktionszone 7 wird durch den Stützbrenner 6 die Biomasse soweit aufgeheizt, bis diese selbstständig verschwelt. Das in der Ausgasungszone 8 entstehende Brenngas wird über den Entnahmeanschluss für Brenngas 9 abgeführt. Vorteilhaft kann es bei dem erfindungsgemäßen Festbett-Vergasungsreaktor 1 weniger leicht zu einer Blockierung des Reaktionszylinders 3 durch Biomasse kommen und kann im Falle einer Blockierung diese von den Endseiten des Reaktionszylinders 3 bzw. Reaktionszylinders 3 leichter beseitigt werden.
-
Es ist denkbar, die Merkmale des Antriebs durch den Zahnkranz 23 und die Kette 24 völlig unabhängig von den weiteren die beschriebenen Eigenschaften des Festbett-Vergasungsreaktors 1 einzusetzen.
-
Die 2 zeigt den Endabschnitt des Reaktionszylinders 3 mit der Ausschleusvorrichtung 12 im Querschnitt. Das in der Ausgasungszone 8 entstehende Brenngas wird über den Entnahmeanschluss 9 für Brenngas abgeführt, der sich in dem feststehenden Gehäuseteil 10 oberhalb eines Leitblechs 11 befindet. Unterhalb des Leitblechs 11 befindet sich die Ausschleusvorrichtung 12 mit der Ausschleusöffnung 13. Ein Vorderabschnitt 32 des Leitblechs 11 und ist unter einem Winkel von 45° zu einer Mittelebene des Reaktionszylinders 3 nach oben gebogen. Ein Hinterabschnitt 33 des Leitblechs 11 ist ebenfalls unter einem Winkel von 45° zu der Mittelebene nach unten gebogen. Grundsätzlich ist auch denkbar, das Leitblech oberhalb oder unterhalb der Mittelebene anzuordnen. Genauso sind auch gegenüber 45° abweichende Winkel vorstellbar. Der feststehende Gehäuseteil 10 ist gegenüber dem Reaktionszylinder 3 durch die Gleitdichtung 21 abgedichtet, die über ein bevorzugt als Wellrohr ausgebildetes längselastisches Abdichtelement 22 mit dem feststehenden Gehäuseteil 10 verbunden ist.
-
An dem feststehenden Gehäuseteil 10 kann an der Stirnseite eine verschließbare Wartungsöffnung 40 ausgebildet sein.
-
Die 3 zeigt eine Ansicht des Endabschnitts der 2 mit dem feststehenden Gehäuseteil 10 im Querschnitt mit Blickrichtung in den Reaktionszylinder 3 mit dem Leitblech 11 und dem Vorderabschnitt 32 sowie dem Hinterabschnitt 33. Oben an dem feststehenden Gehäuseteil 10 ist der Entnahmeanschluss 9 für Brenngas angeordnet und unten die Ausschleusöffnung 13.
-
Die 4 zeigt den Endabschnitt des Reaktionszylinders 3 mit der in dem feststehenden Gehäuseteil 19 angeordneten Beschickungsvorrichtung 17 im Querschnitt. Über den an dem Außenumfang des Reaktionszylinders 3 angebrachten Zahnkranz 23 sowie eine Kette 24 kann über das Ritzel 25 und den Elektromotor 26 der Reaktionszylinder 3 gedreht werden. Der feststehenden Gehäuseteil 19 ist gegenüber dem Reaktionszylinder 3 durch die Gleitdichtung 21 abgedichtet, die über das als ein Wellrohr 2 ausgebildete längselastisches Abdichtelement 22 mit dem feststehenden Gehäuseteile 19 verbunden ist. Der Reaktionszylinder 3 ist über die Rollen 15 und den Lagerring 16 gelagert.
-
Die 5 zeigt ein Detail der 4 bzw. der 2 mit einer erfindungsgemäßen Gleitdichtung 21. An dem als Wellrohr ausgebildeten Abdichtelement 22 ist ein Flansch 34 angeordnet, der einen bevorzugt als Graphitring ausgebildeten Dichtring 35 hält. Der Dichtring 35 kann über Schrauben 36 an den Reaktionszylinder 3 angepresst werden und dichtet als Gleitdichtung 21 den Reaktionszylinder 3 ab.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008021966 B4 [0004]
