DE102014106990A1

DE102014106990A1 - Condensation system for rapid pyrolysis of lignocellulose with evaporator quench

Info

Publication number: DE102014106990A1
Application number: DE102014106990.0A
Authority: DE
Inventors: Edmund Henrich; Ralph Stahl; Friedhelm Weirich; Jörg Sauer; Eckhard Dinjus; Nicolaus Dahmen
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Verfahren zur Kondensation von dampfförmigen Pyrolyseprodukten aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose, umfassend die folgenden sequentiellen Verfahrensschritte: Bereitstellung eines dreistufigen Kondensationssystems mit einer Verdampferquenchstufe (1), einer zweiten Stufe (2) und einer Schwelwasserkondensationsstufe (3), Einleiten des Pyrolyseproduktstroms (4) nach einer Koksabtrennung mit einer Temperatur von 400 bis 600°C in die Verdampferquenchstufe, worin die Pyrolyseprodukte auf eine Temperatur bevorzugt zwischen 120 bis 180°C abgekühlt werden, Weiterleitung der so abgekühlten Pyrolyseprodukte in die zweite Stufe, worin ein erstes Produktkondensat (17) abgetrennt und ausgeleitet wird sowie die verbleibenden dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte auf eine Temperatur zwischen 50 bis 90°C abgekühlt werden sowie Weiterleitung dieser Pyrolyseprodukte in die Schwelwasserkondensationsstufe, worin der Pyrolyseproduktstrom auf eine Temperatur zwischen 20 bis 50°C abgekühlt und dabei in kondensiertes Schwelwasser und Pyrolysegas aufgetrennt wird, wobei das kondensierte Schwelwasser ganz oder teilweise aus der Schwelwasserkondensationsstufe über eine Rückführung (15) in die Verdampferquenchstufe rückgeführt und dort in den Pyrolyseproduktstrom eingespritzt wird.Process for the condensation of vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, comprising the following sequential process steps: providing a three-stage condensation system with an evaporator quench stage (1), a second stage (2) and a carbonization condensation stage (3), introducing the pyrolysis product stream (4) after one Koksabtrennung with a temperature of 400 to 600 ° C in the evaporator quench, wherein the pyrolysis are cooled to a temperature preferably between 120 to 180 ° C, forwarding the thus cooled pyrolysis in the second stage, wherein a first product condensate (17) separated and discharged is cooled as well as the remaining vapor and gaseous pyrolysis to a temperature between 50 to 90 ° C and forwarding these pyrolysis in the Schwelwasserkondensationsstufe, wherein the pyrolysis product stream is cooled to a temperature between 20 to 50 ° C. and is thereby separated into condensed carbonization water and pyrolysis gas, wherein the condensed carbonization water is completely or partially recycled from the Schwelwasserkondensationsstufe via a return (15) in the evaporator quenching stage and injected there into the pyrolysis product stream.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensation von dampfförmigen Pyrolyseprodukten aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose sowie ein Kondensationssystem für dampfförmige Pyrolyseprodukte aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose vorzugsweise nach einer Koksstaubabscheidung gemäß des ersten bzw. fünften Patentanspruchs. The invention relates to a process for the condensation of vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose and a condensation system for vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, preferably after a coke dust separation according to the first or fifth claim.

Eine Schnellpyrolyse dient der thermischen Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen wie Biomasse unter Sauerstoffausschluss in viel flüssiges Pyrolysekondensat (sog. Pyrolyseöl) sowie wenig festen Pyrolysekoks und Pyrolysegas. Eine Schnellpyrolyse erfolgt bei der vorgenannten Biomasse bevorzugt mit Lignocellulose als Einsatzstoff innerhalb weniger Sekunden vorzugsweise in etwa einer Sekunde bei ca. 400 bis 600°C, vorzugsweise um 500°C, wobei sich typischerweise ein Kondensatanteil von 40 bis 80 Gew.% und an Biokoks von nur 10 bis ca. 30 Gew.% einstellt. Der Koks enthält die Asche. A rapid pyrolysis serves the thermal conversion of carbonaceous feedstocks such as biomass under exclusion of oxygen in much liquid pyrolysis condensate (so-called pyrolysis oil) and less solid pyrolysis and pyrolysis gas. A rapid pyrolysis takes place in the aforementioned biomass, preferably with lignocellulose as the feed within a few seconds, preferably in about one second at about 400 to 600 ° C, preferably around 500 ° C, typically a condensate content of 40 to 80 wt.% And of biocoks from only 10 to about 30% by weight. The coke contains the ashes.

Die Schnellpyrolyse – auch als Blitzpyrolyse bekannt – ist somit eine spezielle Pyrolysemethode, bei der besonders viel flüssiges Pyrolysekondensat und wenig Gas und Koks entstehen. Insbesondere lassen sich Lignocellulose wie Stroh und Holz zu über 40% bis zu 80% zu Bioöl verflüssigen (vgl. [1], [2]). Die Schnellpyrolyse ist folglich auch ein wesentlicher Bestandteil einer bevorzugten Verfahrenskette zur Erzeugung von Synthesegasen aus verflüssigter Biomasse wie Lignocellulose, d.h. cellulose- und ligninhaltiger (lat.: Lignum = Holz) Stoffe wie z.B. Holz, Stroh, Heu, aber auch Papier mit flüssiger Einspeisung (Feed) in einem Flugstromdruckvergaser. Fast pyrolysis - also known as flash pyrolysis - is thus a special pyrolysis method in which a great deal of liquid pyrolysis condensate and little gas and coke are formed. In particular, more than 40% and up to 80% of lignocellulose, such as straw and wood, can be liquefied to produce bio-oil (see [1], [2]). Fast pyrolysis is therefore also an integral part of a preferred process chain for producing synthesis liquefied biomass gases such as lignocellulose, i. cellulose- and lignin-containing (lat .: lignum = wood) substances such as e.g. Wood, straw, hay, but also paper with liquid feed (feed) in an air flow pressure gasifier.

Die vorgenannten flüssigen Pyrolysekondensate werden üblicherweise nach einer Pyrolysekoksabscheidung in einem Heißzyklon durch Abschreckung der gas- und dampfförmigen Pyrolyseprodukte üblicherweise mit einer einstufigen sogenannten Vollquenche gewonnen (vgl. [3], [4]). Unter einer Vollquenche versteht man die rasche Abkühlung des heißen Pyrolyseproduktstroms von ca. 500°C Pyrolysetemperatur durch Einspritzen von gekühltem Pyrolysekondensat in einem Schritt direkt auf eine gewünschte Endtemperatur von üblicherweise 10 bis 60°C, wobei das Kondensat anschließend vielfach umgewälzt und jedesmal wieder um ca. 5 bis 35°C abgekühlt wird. Da diese Abkühlungsspanne in einer Vollquenche sehr klein ist, muss zur Sicherstellung der erforderlichen Kühlleistung der Umfluß des Pyrolysekondensats entsprechend hoch eingestellt werden. Das Kondensat muss daher in der Regel etwa 30 bis 100 mal über einen Kühler umgewälzt werden, da es bei einer angenommenen spezifischen Wärmekapazität von typischerweise zwischen 1,5 und 2,0 kJ/kgK je Durchlauf durch den Kühler üblicherweise nur um ca. 10 bis 20K abgekühlt wird. Die spezifische Kondensationsenergie liegt im Bereich um etwa 1 MJ pro kg Biomasse oder leicht darüber und schwankt mit der Zusammensetzung; die prozentualen Kondensat-ausbeuten für trockenes Holz mit ca. 10 bis 15% Feuchte liegen im Bereich um 65 ± 10 Gew.-%, für Stroh etwa 15% niedriger. The abovementioned liquid pyrolysis condensates are usually obtained after pyrolysis coke separation in a hot cyclone by quenching the gaseous and vaporous pyrolysis products, usually with a one-stage so-called full quench (cf., [3], [4]). A full quench is the rapid cooling of the pyrolysis product stream of about 500 ° C. pyrolysis temperature by injecting cooled pyrolysis condensate in one step directly to a desired final temperature of usually 10 to 60 ° C, the condensate then circulated many times and each time by approx 5 to 35 ° C is cooled. Since this cooling period is very small in a full quench, the flow of the pyrolysis condensate must be set correspondingly high in order to ensure the required cooling capacity. The condensate must therefore be circulated usually about 30 to 100 times through a cooler, since it is usually assumed that with an assumed specific heat capacity of between 1.5 and 2.0 kJ / kgK per pass through the cooler only about 10 to 20K is cooled. The specific condensation energy is in the range of about 1 MJ per kg of biomass or slightly above and varies with the composition; the percentage condensate yields for dry wood with about 10 to 15% moisture are in the range of 65 ± 10 wt .-%, for straw about 15% lower.

Eine zu starke Abkühlung insbesondere von wasserarmen Pyrolysekondensaten bewirkt einen für eine Weiterverarbeitung ungünstigen Anstieg der Viskosität des Kondensats, was die Pumpbarkeit durch die üblicherweise eingesetzten Kreiselpumpen beeinträchtigt und den Wärmeübergang im Umflusskühler stark reduziert. Kreiselpumpen eignen sich insbesondere für die Förderung großer Volumenströme mit geringen Feststoffanteilen und geringeren Viskositäten (bis ca. 0,5 Pas). Ein Einsatz von Kreiselpumpen ist für die Pyrolyse von Holz erprobt und geeignet. Mit Holz und holzähnlichen Lignocellulosen unter ca. 2% Asche erhält man i.d.R. ein homogenes Kondensat mit wenig suspendiertem Restkoks und einer geringen, speiseölähnlichen Viskosität von 10 bis 100 mPas bei 25°C. Mit Getreidestroh, das üblicherweise 5 bis 10% Asche enthält, sinkt die Kondensatausbeute, der Wasseranteil sowie die Tendenz zur Phasentrennung steigen. Excessive cooling, especially of low-water pyrolysis condensates causes an unfavorable for further processing increase in the viscosity of the condensate, which affects the pumpability of the centrifugal pumps commonly used and greatly reduces the heat transfer in the circulating cooler. Centrifugal pumps are particularly suitable for conveying large volume flows with low solids contents and lower viscosities (up to approx. 0.5 Pas). The use of centrifugal pumps is proven and suitable for the pyrolysis of wood. With wood and wood-like lignocelluloses less than 2% ash is obtained i.d.R. a homogeneous condensate with little suspended residual coke and a low, feed oil-like viscosity of 10 to 100 mPas at 25 ° C. With grain straw, which usually contains 5 to 10% ash, the condensate yield, the water content and the tendency to phase separation decreases.

Im Pyrolyseproduktstrom ist bei 50 bis 60°C meist schon über die Hälfte des ursprünglich vorhandenen Wasserdampfes auskondensiert. Der Wassergehalt des Kondensats liegt dann in der Regel über 10%, was meist für eine ausreichend niedrige Viskosität sorgt, sodass das Kondensat auch nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur pumpbar bleibt. In the pyrolysis product stream is usually already condensed at 50 to 60 ° C over half of the originally existing water vapor. The water content of the condensate is then usually over 10%, which usually ensures a sufficiently low viscosity, so that the condensate remains pumpable even after cooling to ambient temperature.

Die Verbrennung der Pyrolysegase liefert die Energie für den Pyrolyseprozess. Die moderaten Verluste durch die ins abgekühlte Pyrolysegas verschleppten leichter flüchtigen organischen Dämpfe sind tolerierbar, insbesondere wenn ein überschüssiger Heizwert anderweitig z.B. zur Stromerzeugung in einem Gasmotor genutzt wird und das heiße sauerstoffarme Motorabgas zur Biomassetrocknung und Aufwärmung dient. The combustion of pyrolysis gases provides the energy for the pyrolysis process. The moderate losses due to the more volatile organic vapors carried into the cooled pyrolysis gas are tolerable, especially if an excess calorific value is otherwise applied, e.g. used to generate electricity in a gas engine and the hot oxygen-poor engine exhaust for biomass drying and warming is used.

Stroh und strohähnliche Biomasse enthält im Gegensatz zu Holz einen höheren Ascheanteil von typischerweise 3 bis 10%, Reisstroh sogar 10 bis 20%, wodurch bei höherer Temperatur höhermolekulare organische Dämpfe katalytisch gecrackt werden. Dies führt zu einer geringeren Kondensatausbeute um etwa 50%. Parallel dazu steigt auch die Ausbeute an Reaktionswasser an, das zusammen mit der ursprünglichen Feuchte der getrockneten Biomasse (häufig um ca. 10 bis 15%) für einen höheren Wassergehalt in dem kleineren Kondensatvolumen sorgt (ca. 30% bis 50%). Bei Wassergehalten von etwa 30 bis 35% und darüber neigt das ur-sprünglich homogene Kondensat zu einer mehr oder minder schnellen spontanen Phasentrennung in sog. Absitzteer und sog. Absitzwasser, d.h. in eine schwerere schwarze teerartige und mit nicht abgetrenntem Restkoks beladene organische Phase und eine leichtere wässrige Phase. Die Teerphase ist häufig schmierig und klebrig und haftet an den Gefäßwänden. Die Dichteunterschiede sind nicht allzu groß, was die Phasentrennung erschwert. Die Viskosität der schweren Teerphase wird oft erst durch leichtes Aufwärmen über Umgebungstemperatur so niedrig, dass sie beim Umpumpen und Kühlen im Quenchkreislauf keine Probleme macht. Eine Abkühlung auf Umgebungstemperatur während Handhabung, Lagerung und Transport führt dann zu einem schwer pumpfähigen Schlamm, häufig verursacht durch eine zu hohe Kondensationstemperatur, die einen zu geringen Wassergehalt zur Folge hat. Straw and straw-like biomass contain, in contrast to wood, a higher ash content of typically 3 to 10%, rice straw even 10 to 20%, which catalytically crack higher molecular weight organic vapors at higher temperatures. This leads to a lower condensate yield of about 50%. In parallel, the yield of water of reaction increases, which together with the original moisture of the dried biomass (often by about 10 to 15%) provides for a higher water content in the smaller condensate volume (about 30% to 50%). At water contents of about 30 to 35% and above, the original initially homogeneous condensate to a more or less rapid spontaneous phase separation in so-called. Absitzteer and so-called Absitzwasser, ie in a heavier black tar-like and with not separated residual coke loaded organic phase and a lighter aqueous phase. The tar phase is often greasy and sticky and adheres to the vessel walls. The density differences are not too large, which makes the phase separation difficult. The viscosity of the heavy tar phase often becomes so low only by a slight warming above ambient temperature that it causes no problems during the pumping and cooling in the quench circuit. Cooling to ambient temperature during handling, storage and transport then results in a poorly pumpable sludge, often caused by too high a condensation temperature which results in too low a water content.

Absitzwasser ist eine meist klare, rotbraune wässrige Lösung mit einer Vielzahl von wasserlöslichen organischen Stoffen wie z.B. nicht flüchtige Zuckerderivate oder flüchtige wasserlösliche Stoffe wie Methanol und Essigsäure deren Wasseranteil oft nur noch die Hälfte ausmacht; die Viskosität bleibt jedoch wasserähnlich im Gegensatz zu Absitzteer. Absorbed water is a mostly clear, reddish-brown aqueous solution containing a variety of water-soluble organics, e.g. non-volatile sugar derivatives or volatile water-soluble substances such as methanol and acetic acid whose water content often accounts for only half; However, the viscosity remains water-like in contrast to Absitzteer.

Im überwiegend organischen Absitzteer sammelt sich auch der bei der vorausgehenden Koksabscheidung nicht zurückgehaltene Restkoks, der oft in einer Größenordnung um 10% der Gesamtkoksausbeute liegt. Absitzteer hat einen deutlich geringeren Wassergehalt und eine höhere Viskosität als das unseparierte homogene Kondensat, besonders dann, wenn größere Mengen Restkoks dorthin verschleppt werden. Das Verhältnis von Absitzteer zu Absitzwasser im Kondensat einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose liegt häufig im Bereich von 5/1 bis 3/1. Absitzteer ist schlammartig viskos, enthält aber meist über 10% Wasser und bleibt als Schlamm pumpbar, eventuell erst nach leichtem Aufwärmen. In the predominantly organic Absitzteer also accumulates the not retained in the previous coke deposition residual coke, which is often in the order of 10% of the total coke yield. Absperrteer has a much lower water content and a higher viscosity than the unseparated homogeneous condensate, especially if larger amounts of residual coke are carried there. The ratio of settling tar to sedimentation water in the condensate of a quick pyrolysis of lignocellulose is often in the range of 5/1 to 3/1. Absitzteer is muddy viscous, but usually contains more than 10% water and remains pumpable as mud, possibly only after a slight warm-up.

Aschereiche Lignocellulose wie Getreidestroh liefert aus den vorgenannten Gründen bei der Schnellpyrolyse allgemein schlechtere Kondensatausbeuten und Kondensateigenschaften für Handhabung und Nutzung. Eine Vollquenche als Standardverfahren zur Kondensatgewinnung nutzt gerade im Umflusskühler so niedrige Abkühltemperaturen, bei denen aus vorgenannten Gründen ein Anstieg der Viskosität der Pyrolysekondensate mit ihren unerwünschten Folgen zu erwarten ist. Sie bietet daher nicht die erforderliche Flexibilität, Anlagenverfügbarkeit und hohe Zuverlässigkeit zur Begrenzung des Viskositätsanstiegs, die aus wirtschaftlicher Sicht erforderlich ist. Das gilt besonders dann, wenn man die wirtschaftliche Auslastung der Anlage mit einem Mix aus verschiedenartigen Lignocellulose-Einsatzstoffen mit hoher Zuverlässigkeit und Flexiblität sicherstellen muss. Ash-rich lignocellulose, such as grain straw, generally provides inferior condensate yields and condensate properties for handling and use in fast pyrolysis for the reasons mentioned above. A Vollquenche as a standard method for condensate recovery uses just in the circulating cooler so low cooling temperatures at which, for the aforementioned reasons, an increase in the viscosity of the pyrolysis condensates is to be expected with their undesirable consequences. It therefore does not provide the required flexibility, plant availability and high reliability to limit the viscosity increase required from an economic point of view. This is especially true if you have to ensure the economic utilization of the plant with a mix of different types of lignocellulosic feedstocks with high reliability and flexibility.

Darüber hinaus lässt sich feststellen, dass sich Kondensate ihre Zusammensetzung und Eigenschaften aus der Schnellpyrolyse von Lignocellulose sowie deren Handhabung nicht mit denen aus einer Kohlepyrolyse vergleichen lassen. Wesentliche Unterschiede sind insbesondere auf hohe Sauerstoffgehalte der Lignocellulosekondensate (um 40%) und die daraus resultierende Nichtmischbarkeiten mit Kohlenwasserstoffen wie Heizöl zurückführbar. Außerdem ist die thermische Stabilität der Komponenten weitaus geringer. In addition, condensates can not be compared with their composition and properties from the rapid pyrolysis of lignocellulose and their handling with those from a coal pyrolysis. Significant differences are attributable in particular to high oxygen contents of the lignocellulose condensates (by 40%) and the resulting immiscibilities with hydrocarbons such as heating oil. In addition, the thermal stability of the components is much lower.

Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Kondensation von Reaktionsprodukten aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik einfacher, besser und flexibler beherrschbar macht oder nur in geringerem Maße aufweist. Based on this, the object of the invention is to propose an improved method and an improved apparatus for the condensation of reaction products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, which makes the aforementioned disadvantages of the prior art simpler, better and more flexible controllable or only to a lesser extent.

Insbesondere liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines flexiblen Kondensationssystems für die Schnellpyrolyse von Lignocellulose, das den Besonderheiten einer Vielzahl von unterschiedlichsten Einsatzstoffen flexibel Rechnung trägt und es dennoch gestattet, mit hoher Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ein einziges Kondensat mit einem einstellbaren Wassergehalt zu erzeugen, der dem Reaktionswasser zuzüglich Feuchte etwa entspricht. In particular, it is an object of the present invention to provide a flexible condensation system for the rapid pyrolysis of lignocellulose, which flexibly accommodates the peculiarities of a variety of different feedstocks and yet allows to produce with high reliability and availability a single condensate with an adjustable water content, which corresponds approximately to the reaction water plus moisture.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Kondensation von dampfförmigen Pyrolyseprodukten aus dem Produktstrom einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose mit den Merkmalen des ersten und des fünften Patentanspruchs gelöst. The object is achieved with a method and a device for the condensation of vaporous pyrolysis products from the product stream of a quick pyrolysis of lignocellulose having the features of the first and the fifth patent claim.

Die auf diese bezogenen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder. The related to this subclaims give advantageous embodiments again.

Die Lösung der Aufgabe basiert auf drei Verfahrensschritten in einem dreistufigen Kondensationssystem für die vorgenannten dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte mit einer Verdampferquenchstufe, einer zweiten Stufe mit einer ersten und vorzugsweise einzigen Kondensatentnahme aus dem System und einer Schwelwasserkondensationsstufe als dritte Stufe, jeweils mit mindestens einer Einleitung und einer Ausleitung. Die zweite Stufe ist vorzugsweise eine Einspritzquenchstufe und/oder eine Stufe mit Kühlung oder Thermostatisierung durch einen Wand z.B. in einem Kratzkühler. Vorzugsweise ist der Verdampferquenche eine Feststoffabscheidung vorgeschaltet, in der der Pyrolyseproduktstrom (Pyrolyseprodukte) z.B. mit einem Heißzyklon bei Pyrolysetemperatur vor dem Einleiten in die Verdampferquenchstufe von Feststoffanteilen wie festem Pyrolysekoksstaub, der die Produkttsche enthält, gereinigt wird. The solution of the problem is based on three process steps in a three-stage condensation system for the aforementioned vapor and gaseous pyrolysis with a Verdampferquenchstufe, a second stage with a first and preferably single condensate removal from the system and a Schwelwasserkondensationsstufe as a third stage, each with at least one introduction and a diversion. The second stage is preferably an injection quench stage and / or a stage with cooling or thermostating through a wall, for example in a scraper cooler. Preferably, the evaporator quench is preceded by a solids separation, in which the pyrolysis product stream (pyrolysis products), for example, with a hot cyclone at pyrolysis before introducing into the evaporator quench of solids fractions such as solid Pyrolysis Koksstaub containing the Produkttsche is cleaned.

In die Verdampferquenchstufe (Stufe 1) wird der Pyrolyseproduktstrom mit einer Temperatur von 400 bis 600°C eingeleitet und bis auf eine Temperatur von höchstens etwas über 100°C, bevorzugt zwischen 120 bis 180°C abgekühlt. Auch wenn die Verdampferquenchstufe eine geringere Kühlleistung erbringen sollte, verringert diese in vorteilhafter Weise die erforderliche Kühlleistung in der nachfolgenden zweiten Stufe. Technisch wird die Verdampferquenchstufe vorzugsweise durch einen von außen temperierten rohrförmigen Kondensationsapparat gebildet. Die hierfür vorzugsweise eingesetzte Wandkühlung (Wandungsthermostatisierung) erfolgt vorzugsweise durch Verdampfung eines fluiden Kühlmittels. Dies erfolgt bevorzugt durch einen Verdampfungswärmetauschermantel für Wasser beim Siedepunkt unter Normaldruck, womit sich aufgrund der isothermen Abgabe/Aufnahme der Verdampfungswärme eine stabile Wandtemperatur leicht oberhalb der vom Druck abhängigen Siedetemperatur von Wasser (bevorzugt 100 bis 110°C bei Umgebungsdruck) einstellt. An der Wandung bildet sich ein Film aus auskondensierten Pyrolyseprodukten überwiegend teerartiger Konsistenz, der einen zusätzlichen Schutz der Wandung gegenüber Korrosion bewirkt, aber auch eine wärmedämmende Wirkung zwischen Kühlmittel und gasförmigen Pyrolyseprodukten hat, sodass sich im Kondensatfilm ein leichter Temperaturgradient mit einer etwas höheren Innentemperatur ausbildet. Bei 100°C und etwas darüber bleibt dann die Kondensatviskosität ausreichend niedrig, weil sie über dem Fließbereich der vorhandenen Feststoffe liegt, sodass sie per Schwerkraft abfließt. Into the evaporator quench stage (stage 1 ), the pyrolysis product stream is introduced at a temperature of 400 to 600 ° C and cooled to a temperature of at most slightly above 100 ° C, preferably between 120 to 180 ° C. Although the evaporator quenching stage should provide a lower cooling capacity, this advantageously reduces the required cooling capacity in the subsequent second stage. Technically, the evaporator quenching stage is preferably formed by an externally tempered tubular condensation apparatus. The wall cooling (wall thermostatization) preferably used for this purpose is preferably carried out by evaporation of a fluid coolant. This is preferably done by a Verdampfungswärmetauschermantel for water at the boiling point under atmospheric pressure, which is due to the isothermal release / recording of the heat of vaporization a stable wall temperature slightly above the pressure-dependent boiling point of water (preferably 100 to 110 ° C at ambient pressure). Formed on the wall is a film of fused pyrolysis products predominantly tarry consistency, which provides additional protection of the wall against corrosion, but also has a heat-insulating effect between the refrigerant and gaseous pyrolysis, so that forms a slight temperature gradient in the condensate film with a slightly higher internal temperature. At 100 ° C and above, the condensate viscosity will remain sufficiently low because it is above the flow range of the solids present, so it drains off by gravity.

Der Verdampferquenchstufe nachgeschaltet ist die zweite Stufe, vorzugsweise eine Einspritzquenchstufe mit einem Auslass für ein erstes homogenes oder auch heterogenes, d.h. in ein bevorzugt organisches und ein überwiegend wässriges phasengetrenntes Produktkondensat. Von der Verdampferquenchstufe werden die abgekühlten dampf- und gasförmigen sowie kondensierten flüssigen Pyrolyseprodukte in die zweite Stufe geleitet, worin das erste und bevorzugt auch einzige Haupt-Produktkondensat abgetrennt und durch den vorgenannten Auslass ausgeleitet wird. Die verbleibenden dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte werden in der zweiten Stufe üblicherweise auf eine Temperatur zwischen 30 bis 90°C abgekühlt und als Kondensat abgeführt. Downstream of the evaporator quench stage is the second stage, preferably an injection quench stage with an outlet for a first homogeneous or even heterogeneous, i.e. in a preferably organic and a predominantly aqueous phase-separated product condensate. From the evaporator quench stage, the cooled vapor and gaseous and condensed liquid pyrolysis products are passed to the second stage, wherein the first and preferably also only main product condensate is separated and discharged through the aforementioned outlet. The remaining vapor and gaseous pyrolysis products are usually cooled in the second stage to a temperature between 30 to 90 ° C and removed as condensate.

In einer Ausgestaltung erfolgt eine Kühlung des Pyrolyseproduktstroms in der Einspritzquenchstufe mit einem externen Kühlkreislauf. Dabei werden die kondensierten Pyrolyseprodukte vorzugsweise nahe der Ausleitung aus der Einspritzquenchstufe abgeleitet, durch einen Umflusskühler geleitet, abgekühlt und vorzugsweise mittels Einspritzen oder Zerstäubung nahe der Einleitung wieder in die Einspritzquenchstufe eingeleitet. Die Abkühlung der Pyrolyseprodukte in der Einspritzquenchstufe erfolgt durch mehrfaches, geregeltes Umwälzen und Einspritzen des im Kühlkreislauf um 5 bis 50 K, bevorzugt um 10 bis 20°C abgekühlten Kondensats. Die Wassermenge in diesem Kondensat entspricht vorzugsweise dem Reaktionswasser zuzüglich der Feuchte der ursprünglichen Lignocellulose, abzüglich einer geringfügigen Verschleppung von Dämpfen in die Gasphase als nicht kondensierte Restfeuchte. Durch Einhaltung einer vorgegebenen Quenchtemperatur ist alternativ ein reduzierter Wassergehalt zwischen bevorzugt 30 und über 10 Massen% vorsehbar, sodass die Viskosität für eine Pumpbarkeit oder eine weitere Verarbeitung ausreichend niedrig bleibt, aber noch keine Phasentrennung erfolgt. In one embodiment, the pyrolysis product stream is cooled in the injection quench stage with an external cooling circuit. In this case, the condensed pyrolysis products are preferably discharged near the discharge from the injection quenching stage, passed through an orbital condenser, cooled and, preferably by injection or atomization, introduced into the injection quenching stage near the introduction. The cooling of the pyrolysis products in the injection quenching stage is carried out by repeated, controlled circulation and injection of the cooled in the cooling circuit by 5 to 50 K, preferably by 10 to 20 ° C condensate. The amount of water in this condensate preferably corresponds to the reaction water plus the moisture of the original lignocellulose, minus a slight carryover of vapors into the gas phase as non-condensed residual moisture. By maintaining a predetermined quenching temperature, alternatively, a reduced water content between preferably 30 and more than 10 mass% can be provided, so that the viscosity for pumpability or further processing remains sufficiently low, but no phase separation takes place.

Die Regelung des Kühlkreislaufs in seinem Durchsatz und seiner in der Umlaufkühlung abgeführten 0Wärmemenge erfolgt in Abhängigkeit der gewünschten vorbestimmten Temperatur des aus der Einspritzquenchstufe austretenden Gasstroms zwischen 90 und 40°C, vorzugsweise zwischen 90 und 50°C. Der Kühlkreislauf wird durch Fluidfördermittel, vorzugsweise eine Kreiselpumpe vor dem Umflusskühler angetrieben. The regulation of the cooling circuit in its flow rate and its amount of heat drawn off in the circulation cooling takes place as a function of the desired predetermined temperature of the gas stream leaving the injection quenching stage between 90 and 40 ° C., preferably between 90 and 50 ° C. The cooling circuit is driven by fluid conveying means, preferably a centrifugal pump in front of the circulation cooler.

Ein organischer Kondensatfilm an der Wandung der Verdampferquenchstufe wird vorzugsweise zusammen mit rezykliertem Kondensat und dem Gasstrom in die nachfolgende Einspritzquenchstufe gespült, mit dem dort entstehenden Kondensat vereinigt und als erster Kondensatstrom über vorgenannten Auslass entnommen. Vorzugsweise ist in der Einspritzquenchstufe ein separater Kondensatbehälter vorgesehen, in dem das Kondensat vor dem Rezyklieren und der Entnahme gesammelt wird. An organic condensate film on the wall of the evaporator quenching stage is preferably rinsed together with recycled condensate and the gas stream into the subsequent injection quenching stage, combined with the condensate formed there and removed as the first condensate stream via the aforementioned outlet. Preferably, a separate condensate tank is provided in the injection quenching stage, in which the condensate is collected prior to recycling and removal.

Der zweiten Stufe nachgeschaltet ist die Schwelwasserkondensationsstufe (Stufe 3) mit Schwelwasserkühler und je einem Auslass für Pyrolysegas und Kondensat. Die aus der Einspritzquenchstufe weitergeleiteten dampf- oder gasförmigen Pyrolyseprodukte werden in die Schwelwasserkondensationsstufe eingespeist, worin sie auf eine Temperatur zwischen 10 bis 60°C, vorzugsweise zwischen 20 und 50°C (Endtemperatur) abgekühlt werden. Dabei erfolgt eine Trennung in kondensiertes Schwelwasser und Pyrolysegas, womit eine Verschleppung leicht flüchtiger, meist wasserlöslicher organischer Dämpfe (sog. Niedrigsieder) ins Pyrolysegas entgegengewirkt wird, sofern diese nicht als Heizwert im Pyrolysegas oder zur Reduktion der Viskosität im Produktkondensat von Nutzen sind. The second stage downstream is the Schwelwasserkondensationsstufe (stage 3 ) with carbonated water cooler and one outlet each for pyrolysis gas and condensate. The vapor or gaseous pyrolysis products passed from the injection quench stage are fed into the low-temperature condensation stage, in which they are cooled to a temperature between 10 and 60 ° C., preferably between 20 and 50 ° C. (final temperature). In this case, a separation into condensed carbonization water and pyrolysis gas, whereby a carryover of volatile, usually water-soluble organic vapors (so-called. Low boiler) is counteracted in the pyrolysis gas, unless they are not as heating value in the pyrolysis gas or to reduce the viscosity in the product condensate of use.

Eine vorteilhafte Ausführung der Schwelwasserkondensationsstufe ist ein Gleichstromwäscher, vorzugsweise mit Füllkörpern oder Packungen, bei dem das sich bildende Kondensat über einen zweiten Kühlkreislauf mit Schwelwasserkühler umgewälzt wird. Damit sind bei leicht erhöhtem Druckverlust ein Großteil der Aersole im Pyrolyseproduktstrom ohne Flutungsrisiko abgescheidbar und die genannte niedrige Endtemperaturen am Austritt der Schwelwasserkondensationsstufe erzielbar. An advantageous embodiment of the Schwelwasserkondensationsstufe is a DC scrubber, preferably with packing or packages in which the forming condensate over a second cooling circuit is circulated with Schwelwasserkühler. Thus, with a slight increase in pressure loss, a large part of the aerols in the pyrolysis product stream can be separated off without the risk of flooding and the stated low final temperatures can be achieved at the outlet of the low-temperature condensation stage.

Weitere Ausgestaltungen sehen vor, in der Schwelwasserkondensationsstufe das kondensierte Schwelwasser nicht in die Verdampferquenchstufe zurückzuführen und zu verdampfen, sondern ganz oder teilweise in Stufe 2 zu rezyklieren oder als ein zweites Produktkondensat abzutrennen und zu entnehmen. Other embodiments provide, in the Schwelwasserkondensationsstufe the condensed carbonization water not due to the evaporator quenching stage and to evaporate, but completely or partially in stage 2 to recycle or separate as a second product condensate and remove.

Aus der Schwelwasserkondensationsstufe erfolgt eine Rückführung von kondensiertem Schwelwasser, d.h. ein mengenmäßig überwiegend wässriges Kondensat mit gelösten leicht flüchtigen organischen Bestandteilen (organische Niedrigsieder), d.h. die Bestandteile der Pyrolyseprodukte mit den niedrigsten Siedepunkten aus der Schwelwasserkondensationsstufe in die Verdampferquenchstufe, wo es in die gasförmigen Pyrolyseprodukte eingedüst und vorzugsweise dort nach dem Verdüsen verdampft wird. Durch die Verdampfungswärme erfolgt eine Abkühlung der gasförmigen Pyrolyseprodukte, wobei die schwerer flüchtigen organischen Bestandteile (sog. Höchstsieder), d.h. die Bestandteile der Pyrolyseprodukte mit den höchsten Siedepunkten sowohl als Kondensattröpfchen in die Gasphase als auch an den Wandungen der Verdampferquenchstufe auskondensieren. Das rezyklierte Schwelwasser verdampft in der Verdampferquenchstufe zu vorzugsweise über 90%, wobei die Verdampfungsenthalpie zur Kühlung einfach und vorteilhaft nutzbar ist. Die Gasaustrittstemperatur der Verdampferquenchstufe wird vorzugsweise zur Regelung der Rückführmenge von kondensiertem Schwelwasser herangezogen. Sie wird meist auf eine gewünschte Temperatur zwischen 100 und 200°C, vorzugsweise zwischen 120 und 180°C vorgegeben. Das wird durch die Austrittstemperatur des Quenchkühlers eingestellt, welcher die Menge des Schwelwasserkondsats festlegt und damit bei vollständiger Rückführung auch die Kühlleistung beim Verdampfen. From the Schwelwasserkondensationsstufe there is a return of condensed carbonated water, i. a quantitatively predominantly aqueous condensate with dissolved volatile organic constituents (organic low boilers), i. the constituents of the pyrolysis products with the lowest boiling points from the Schwelwasserkondensationsstufe in the evaporator quenching stage, where it is injected into the gaseous pyrolysis and preferably evaporated there after the Verdüsen. The heat of vaporization cools the gaseous pyrolysis products, the less volatile organic constituents (so-called high-boiling components), i. Condensing out the components of the pyrolysis products with the highest boiling points both as condensate droplets in the gas phase and on the walls of the evaporator quench. The recycled carbonated water evaporates in the evaporator quenching stage to preferably over 90%, wherein the enthalpy of vaporization is used for cooling simple and advantageous. The gas outlet temperature of the evaporator quenching stage is preferably used to regulate the recirculation amount of condensed carbonated water. It is usually set to a desired temperature between 100 and 200 ° C, preferably between 120 and 180 ° C. This is set by the outlet temperature of the quench cooler, which determines the amount of Schwelwasserkondsat and thus with complete recycling, the cooling capacity during evaporation.

Die weitergeleitete Feuchtigkeit und damit die Menge des in der Schwelwasserkondensationsstufe kondensierten Schwelwassers, das in die Verdampferquenchstufe rezykliert wird, wird maßgeblich durch die Austrittstemperatur der zweiten Stufe, vorzugsweise einer Einspritzquenchstufe bestimmt und ist über diese regelbar. Sie wird so geregelt, dass sie gerade dem gewünschten Bedarf, d.h. der Ausgangstemperatur der Verdampferquenchstufe entspricht. The forwarded moisture and thus the amount of carbonization condensed in the Schwelwasserkondensationsstufe, which is recycled to the evaporator quench, is significantly determined by the outlet temperature of the second stage, preferably an injection quench and can be controlled via this. It is controlled so that it is just the desired need, i. the outlet temperature of the evaporator quench stage corresponds.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht eine apparative Zusammenfassung der Verdampferquenchstufe und der Einspritzquenchstufe vorzugsweise zu einem gemeinsamen Kondensationsapparat, beispielsweise einen gemeinsamen rohrförmigen Kondensationsapparat vor. A preferred embodiment provides for an apparatus summary of the evaporator quench stage and the injection quench stage, preferably to a common condensation apparatus, for example a common tubular condensation apparatus.

Im Rahmen der Erfindung umfasst Lignocellulose nicht nur Stroh wie z.B. Getreidestroh (Weizen, Mais, Reis, Gerste u.a., Welternte ca. 2.5 Gt/a) sondern auch alle anderen aschereicheren Lignocellulosen mit über 2% Asche. Nicht erwünscht sind Lignocellulose-Biomassen mit höherem Proteingehalt (über ca. 15% Protein d.h. mit über 2,5% Stickstoff) wie beispielsweise Futtergräser, Klee etc., die nicht nur wegen der Nahrungsmittelkonkurrenz, sondern auch wegen des hohen Energieverbrauchs zur Herstellung der entsprechenden Menge Stickstoffdünger im Haber-Bosch-Prozess unerwünscht sind. Die Kondensation von Schnellpyrolyse-Produkten aus stark proteinhaltiger Biomasse wie beispielsweise Rapsöl-Presskuchen wird hier nicht behandelt. For the purposes of the invention, lignocellulose includes not only straw, e.g. Cereal straw (wheat, maize, rice, barley, etc., world harvest approx. 2.5 Gt / a) but also all other ashier lignocelluloses with more than 2% ash. Not desired are lignocellulosic biomass with higher protein content (about 15% protein ie with over 2.5% nitrogen) such as forage grasses, clover, etc., not only because of food competition, but also because of the high energy consumption for the production of the corresponding Amount of nitrogen fertilizer in the Haber-Bosch process are undesirable. The condensation of fast pyrolysis products from high protein biomass such as rapeseed oil press cake is not treated here.

Ein besonderer Vorteil des vorgeschlagenen Kondensationssystems liegt darin, dass eine Kondensation flexibel in drei Stufen erfolgt aber nur ein einziges Kondensat aus der zweiten Stufe, vorzugsweise einer Einspritzquenchstufe abgezogen wird, aber bei vorteilhafteren Betriebsbedingungen als bei einer einstufigen Kondensation. Das erfolgt hier bei höherer Temperatur und damit niedriger Viskosität als bei herkömmlichen Verfahren (z.B. Vollquenche), wobei das das Kondensat trotzdem den gesamten Wassergehalt aus der Feuchte zuzüglich des Reaktionswassers enthält. Eine Entnahme eines zweiten Kondensats aus der Schwelwasserkondensationsstufe ist zwar optional vorgesehen, für die Funktion des Vorrichtung und des Verfahrens aber nicht erforderlich. A particular advantage of the proposed condensation system is that condensation takes place flexibly in three stages but only a single condensate is withdrawn from the second stage, preferably an injection quench stage, but under more favorable operating conditions than in a one-stage condensation. This is done at a higher temperature and hence lower viscosity than conventional methods (e.g., full quenching), the condensate still containing the total water content of the moisture plus the water of reaction. An extraction of a second condensate from the Schwelwasserkondensationsstufe is optionally provided, but not required for the function of the device and the method.

Wenn man die erforderliche Anpassung der Anlagenauslegung im Bereich der Produktgewinnung an unterschiedliche Produkteigenschaften nicht berücksichtigt, ist ein zuverlässiger, hoch verfügbarer und wirtschaftlicher Betrieb nicht im erforderlichen Ausmaß sichergestellt. Die mit der hier vorgestellten Ausgestaltung des Verfahrens erreichte Anlagenflexibilität ist eine wesentliche Voraussetzung für einen kommerziellen Erfolg. Failure to take into account the required adaptation of plant design in terms of product recovery to different product characteristics does not ensure reliable, highly available and economical operation to the extent required. The system flexibility achieved with the embodiment of the method presented here is an essential prerequisite for commercial success.

Wenn im Extremfall in der Schwelwasserkondensationsstufe überhaupt kein Schwelwasser erzeugt wird, ist die Verdampferquenchstufe mangels Feed, d.h. Rückführung von Schwelwasser nicht mehr betreibbar. Die Verdampferquenchstufe und die Schwelwasserkondensationsstufe sind damit wirkungslos, sodass die gesamte Kühlleistung durch die zweite Stufe allein aufgebracht werden muss. Diese Verfahrensweise würde dann dem herkömmlichen Standardverfahren mit nur einer Quenchstufe, d.h. der zweiten Stufe nach der Koksabscheidung entsprechen (Vollquench). Die zweite Stufe benötigt dann eine höhere Kühlleistung und müsste entsprechend dimensioniert werden. Eine Verdampferquenchstufe in Kombination mit einer über eine Rückführung funktional verbundene Schwelwasserkondensationsstufe ermöglicht aber eine weitaus flexiblere Anpassung an unterschiedliche Biomassentypen und Verfahrenweisen, bei denen das vorgenannte einstufige Standardverfahren versagen würde oder nachteilig wäre. If in the extreme case in the Schwelwasserkondensationsstufe no carbonization is generated at all, the evaporator quench is no longer operable for lack of feed, ie return of carbonization. The evaporator quenching stage and the Schwelwasserkondensationsstufe are thus ineffective, so that the entire cooling capacity must be applied by the second stage alone. This procedure would then correspond to the conventional standard process with only one quench stage, ie the second stage after coke deposition (full quench). The second stage then requires a higher cooling capacity and would have be dimensioned accordingly. However, an evaporator quenching stage in combination with a carbon black condensation stage operatively connected via a recycle allows a much more flexible adaptation to different biomass types and procedures in which the aforementioned single stage standard process would fail or be detrimental.

Bei der vorgeschlagenen dreistufigen Kondensation ist ein einziges Kondensat mit einer gewünschten Zusammensetzung, insbesondere einem bestimmten Wassergehalt erzeugbar, mit den Vorteilen, dass bei höherer Temperatur die Kühlung der Quench erleichtert und vermindert ist und die Kondensat-Viskosität deutlich erniedrigt ist, was das Umpumpen vereinfacht und den Wärmeübergang im Umflusskühler verbessert. In the proposed three-stage condensation, a single condensate having a desired composition, in particular a certain water content can be generated, with the advantages that at a higher temperature, the cooling of the quench is facilitated and reduced and the condensate viscosity is significantly reduced, which simplifies pumping and improves the heat transfer in the circulating cooler.

Im Vergleich mit den Investitionskosten für den Quenchkühler bleiben die zusätzlichen Investitionen für die Verdampferquenchstufe und die Schwelwasserkondensationsstufe gering, insbesondere wenn erstere apparativ in die zweite Stufe integriert wird und die Schwelwasserkondensationsstufe als einfacher Kondensator oder als Gleichstromkolonne mit Umflusskühlung gestaltet wird. In comparison with the investment costs for the quench cooler, the additional investments for the evaporator quenching stage and the Schwelwasserkondensationsstufe remain low, especially when the former is integrated into the apparatus in the second stage and the Schwelwasserkondensationsstufe is designed as a single condenser or DC column with Umflusskühlung.

Ferner ist bei der vorgeschlagenen dreistufigen Kondensation die für den Quenchvorgang erforderliche Kühlleistung um etwa die in der Schwelwasserkondensationsstufe erbrachte Leistung geringer als im vorgenannten einstufigen Standardverfahren. Im Schwelwasserkühler wird die Kühlung einfacher und wegen der niedrigen Schwelwasserviskosität und darüber hinaus bei höheren Wärmeübergangskoeffizienten und kleinerem spezfischem Kühlflächenbedarf erbracht als im Quenchkreislauf. Damit sind auch niedrigere Endtemperaturen problemlos erreichbar. Furthermore, in the proposed three-stage condensation, the cooling power required for the quenching process is lower by about the power delivered in the Schwelwasserkondensationsstufe than in the aforementioned single-stage standard method. In the Schwelwasserkühler cooling is easier and because of the low Schwelwasserviskosität and beyond provided at higher heat transfer coefficients and smaller specific cooling surface requirement than in Quenchkreislauf. This also lower end temperatures are easily accessible.

Grundsätzlich werden die Produktkondensate durch stufenweise Kondensation mit oder ohne spontane Phasentrennung erzeugt. Basically, the product condensates are produced by stepwise condensation with or without spontaneous phase separation.

Bei einer Schnellpyrolyse von aschereicher Lignocellulose wie z.B. Stroh erhält man meist Kondensate, die sich vor allem wegen ihres hohen Wassergehaltes bei über 30 bis 35% Feuchte zuzüglich des Reaktionswassers schon während der Kondensation oder unmittelbar danach in eine schwerere organische und eine leichtere wässrige Phase trennen (spontane Phasentrennung). Letztere beträgt im Produktkondensat typischerweise ca. 15 bis 30%. In a rapid pyrolysis of ash-rich lignocellulose such as e.g. Straw is usually obtained condensates, especially because of their high water content at more than 30 to 35% moisture plus the water of reaction already during the condensation or immediately afterwards in a heavier organic and a lighter aqueous phase separate (spontaneous phase separation). The latter is typically about 15 to 30% in the product condensate.

Betreibt man die Stufe 2 ohne die Verdampferquenchstufe bei höherer Temperatur (ca. 50 bis 90°C), ist ein phasenstabiles homogenes organisches Produktkondensat mit geringerem Wassergehalt erzeugbar, das bei Raumtemperatur (15–25°C) mit einem bevorzugten Wassergehalt zwischen 10 und 25% immer noch pumpfähig bleibt. Der restiche Wasserdampf sowie leichter flüchtige in der Regel wasserlösliche organische Substanzen werden in der Schwelwasserkondensationsstufe als sog. Schwelwasser (ca. 70% Wasseranteil) kondensiert. Die Kühlung und Kondensation ist wegen der geringen wasserähnlichen Viskosität und der weitaus besseren Wärmeübergangskoeffizienten technisch einfacher und effizienter und auch bei geringeren Temperaturen durchzuführen als in der zweiten Stufe. Do you operate the stage 2 without the evaporator quenching stage at higher temperature (about 50 to 90 ° C), a phase-stable homogeneous organic product condensate with lower water content can be generated, which still remains pumpable at room temperature (15-25 ° C) with a preferred water content between 10 and 25% , The restiche water vapor and more volatile usually water-soluble organic substances are condensed in the Schwelwasserkondensationsstufe as so-called. Smoldering water (about 70% water content). The cooling and condensation is due to the low water-like viscosity and the much better heat transfer coefficients technically easier and more efficient and to perform at lower temperatures than in the second stage.

Anstelle einer Verdampfung des Schwelwassers in der Verdampferquenchstufe wird das Schwelwasser im Rahmen einer alternativen Ausgestaltung in die zweite Stufe rückgeführt, sodass bei vereinfachter Verfahrensführung nur ein einziges Produktkondensat zu handhaben ist. Dieses einzige Kondensat ist aber wasserreicher und empfindlicher gegen vorgenannte spontane Phasentrennung, wenn es denn überhaupt vollständig rückmischbar ist. In einem Quenchvorgang in der Einspritzquenchstufe (zweiten Stufe) wird das Kondensat mit einer Pumpe, die als Mischer wirkt aber so schnell über den Umflusskühler umgewälzt, dass zwei Phasen entweder rückvermischt oder zumindest effizient ineinander emulgiert werden. Das Umpumpen, Kühlen und Eindüsen im externen Kühlkreislauf ist sowohl mit einer Emulsion als auch mit einem homogenen Kondensat durchführbar. Instead of evaporation of the carbonization water in the evaporator quenching stage, the carbonization water is recycled in the context of an alternative embodiment in the second stage, so that with a simplified process management, only a single product condensate is to handle. However, this single condensate is more water-rich and more sensitive to the aforementioned spontaneous phase separation, if it is completely remixable at all. In a quenching process in the injection quench stage (second stage), the condensate is circulated through the circulation cooler with a pump that acts as a mixer so quickly that two phases are either backmixed or at least efficiently emulsified into one another. The pumping, cooling and injection in the external cooling circuit can be carried out both with an emulsion and with a homogeneous condensate.

Gegenüber Kondensatfraktionen aus der zweiten Stufe (Einspritzquenchstufe) und der Schwelwasserkondensationsstufe unterscheiden sich die durch Phasentrennung entstandenen Kondensate durch folgende vorteilhaften Eigenschaften:

1. Der Wassergehalt der schwereren organischen Phase bleibt im Gleichgewicht mit der wässrigen Phase so hoch, dass sie überraschender Weise trotz ihrer schlammigen und pastösen Konsistenz auch bei vorgenannter Raumtemperatur (oder leicht darüber) noch pumpbar bleibt. Das gilt auch dann noch, wenn sie nicht unerhebliche Mengen an feinkörnigen Pyrolysekoks unterhalb der Sedimentationsdichte enthält.
2. Beim Quenchen in der Einspritzquenchstufe wird ein bereits phasengetrenntes Kondensat über den Kühlkreislauf mit externem Umflusskühler so schnell umgewälzt, dass es vor allem in der Umwälzpumpe wiederholt mehrfach zu einer feinteiligen Emulsion (mit suspendiertem Restkoks) vermischt wird. Umpumpen und Wärmetausch sind mit Emulsionen der vorgenannten Art aufgrund der niedrigeren Viskosität zuverlässig und effizient.
3. Das wässrige Kondensat aus einer Phasentrennung, das sog. Absitzwasser enthält im Gegensatz zu einem durch direkte Kondensation in der Schwelwasserkondensationsstufe gewonnenen Schwelwasser erhebliche Mengen gelöster schwer flüchtiger Zuckerderivate. Diese steigern den Brennwert, ohne die Viskosität signifikant zu erhöhen. Zuckerderivate machen etwa rund ein Viertel des Kondensats aus, ein weiteres Viertel wird durch wasserlösliche organische Stoffe wie Methanol, Essigsäure, Acetaldehyd etc., der Rest durch Wasser gebildet.

Compared to condensate fractions from the second stage (injection quenching stage) and the Schwelwasserkondensationsstufe the condensates resulting from phase separation differ by the following advantageous properties:

1. The water content of the heavier organic phase remains in equilibrium with the aqueous phase so high that surprisingly, despite its muddy and pasty consistency even at the aforementioned room temperature (or slightly above) remains pumpable. This also applies even if it contains not insignificant amounts of fine-grained pyrolysis coke below the sedimentation density.
2. When quenching in the injection quenching stage, an already phase-separated condensate is circulated through the cooling circuit with external circulation cooler so fast that it is repeatedly mixed several times to a finely divided emulsion (with suspended residual coke) especially in the circulation pump. Recirculation and heat exchange are reliable and efficient with emulsions of the aforementioned type due to the lower viscosity.
3. The aqueous condensate from a phase separation, the so-called Absitzwasser contains in contrast to an obtained by direct condensation in the Schwelwasserkondensationsstufe carbonization considerable amounts of dissolved heavy volatile sugar derivatives. These increase the calorific value without significantly increasing the viscosity. Sugar derivatives account for about one quarter of the condensate, another quarter is formed by water-soluble organic substances such as methanol, acetic acid, acetaldehyde, etc., the rest by water.

Sowohl die Zusammensetzung von Absitzwasser als auch von Absitzteer schwankt je nach eingesetzter Lignocellulose und Pyrolysebedingungen. Im Absitzteer bleibt aber im Kontakt mit Absitzwasser immer ausreichend Wasser zurück, um die Pumpbarkeit zu gewährleisten. Both the composition of Absitzwasser and Absitzteer varies depending on the used lignocellulose and pyrolysis conditions. In the Absitzteer but remains in contact with Absitzte always enough water back to ensure pumpability.

Im Rahmen einer Schnellpyrolysekampagne mit Stroh als Biomasse wurden Kondensatemulsionen mit etwa 5 bis 10% suspendiertem Restkoks bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Temperatur, Umfluss, Phasenverhältnis) erzeugt. Aus der Betriebserfahrung mit der Handhabung lässt sich folgern, dass solche Pyrolyseprodukt-Emulsionen auch als Feed für einen Flugstromvergaser geeignet sind. Die Emulsion kann erhebliche Pyrolysepulver über die meist vorhandene Restkoksmenge hinaus aufnehmen und insbesondere bei erhöhter Temperatur pumpfähig bleiben. Solche Emulsionen mit suspendiertem Kokspulver sind daher als pumpfähiger Vergaserfeed ebenso geeignet wie Kokssuspensionen in homogenen Kondensaten. Das heißt, dass man auch mit phasengetrennten Kondensaten aus aschereichen Lignocellulosen wie Stroh mit der Herstellung eines einzigen Pyrolyseprodukt-Slurrys auskommen kann, was wiederum den Verfahrensablauf erheblich vereinfacht. As part of a rapid pyrolysis campaign with straw as biomass condensate emulsions with about 5 to 10% suspended residual coke under different operating conditions (temperature, flow, phase ratio) were generated. From the operating experience with the handling it can be concluded that such pyrolysis product emulsions are also suitable as feed for an entrained flow gasifier. The emulsion can absorb significant amounts of pyrolysis powder beyond the amount of residual coke usually present and, in particular, remain pumpable at elevated temperature. Such emulsions with suspended coke powder are therefore suitable as a pumpable Vergaserfeed as well as coke suspensions in homogeneous condensates. This means that with phase-separated condensates of ash-rich lignocelluloses such as straw one can manage to produce a single pyrolysis product slurry, which in turn considerably simplifies the process.

Folglich liegt ein Verfahren zur Kondensation von dampfförmigen Pyrolyseprodukten aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose im Rahmen der Erfindung, wobei bei bestimmungsgemäßem Betrieb die Entnahme des mit suspendiertem Restkoks beladenen Kondensats aus der zweiten Stufe sowohl als homogenes Kondensat als auch als Emulsion nach einer spontanen Phasentrennung in der zweiten Stufe erfolgen kann. Consequently, a process for the condensation of vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose is within the scope of the invention, wherein under normal operation, the removal of the suspended residual coke loaded condensate from the second stage both as a homogeneous condensate and as an emulsion after a spontaneous phase separation in the second Stage can be done.

Das Verfahren, das Kondensationssystem sowie verschiedene Ausgestaltungen dieser werden anhand von Ausführungsbeispielen mit den folgenden Figuren erläutert. Es zeigen The method, the condensation system and various embodiments of these will be explained with reference to embodiments with the following figures. Show it

1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines Kondensationssystem für die Dämpfe aus der Schnellpyrolyse von Lignocellulose, 1 a schematic representation of the components of a condensation system for the vapors from the rapid pyrolysis of lignocellulose,

2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Kondensationssystems mit einer konstruktiven Zusammenfassung der Verdampferquenchstufe mit der zweiten Stufe, 2 an exemplary embodiment of a condensation system with a constructive summary of the evaporator quench stage with the second stage,

3a und b vereinfachte Blockschaltbilder von Kondensationssystemen, die hier in der zweiten Stufe mit konventioneller Wandkühlung in einem sog. Kratzkühler erfolgt, und einer Rückleitung von kondensiertem Schwelwasser aus der Schwelwasserkondensationsstufe in die Verdamperquenchstufe sowie 3a and b simplified block diagrams of condensation systems, which takes place here in the second stage with conventional wall cooling in a so-called. Scratch cooler, and a return of condensed carbonated water from the Schwelwasserkondensationsstufe in the Verdamperquenchstufe and

4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Kondensationssystems mit einer Rückleitung von kondensiertem Schwelwasser aus der Schwelwasserkondensationsstufe sowie Kondensatentnahme aus dem Kühlkreislauf der Einspritzquenchstufe. 4 a simplified block diagram of a condensation system with a return of condensed carbonization water from the Schwelwasserkondensationsstufe and condensate removal from the cooling circuit of the injection quenching stage.

Das Kondensationssystem für dampfförmige, d.h. kondensierbare Pyrolyseprodukte aus einer Schnellpyrolyse von Lignocellulose, schematisch dargestellt in 1 umfasst als Hauptkomponenten eine Verdampferquenchstufe 1, eine Einspritzquenchstufe 2 als zweite Stufe und eine Schwelwasserkondensationsstufe 3 mit Schwelwasserkühler 35, die von den Pyrolyseproduktstrom 4 aus einer nicht dargestellten Schnellpyrolyse und einer optionalen, jedoch meist vorhandenen Feststoffabscheidung im Verfahren sequenziell in der genannten Reihenfolge durchlaufen werden. Die dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte, d.h. der Pyrolyseproduktstrom 4 werden mit einer Temperatur vorzugsweise von 400 bis 600°C in die Verdampferquenchstufe 1 eingeleitet. The condensation system for vaporous, ie condensable pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, schematically represented in 1 comprises as main components an evaporator quench stage 1 , an injection quenching stage 2 as a second stage and a Schwelwasserkondensationsstufe 3 with Schwelwasserkühler 35 that from the pyrolysis product stream 4 from a rapid pyrolysis, not shown, and an optional, but mostly existing solids separation in the process are sequentially in the order listed. The vapor and gaseous pyrolysis products, ie the pyrolysis product stream 4 are at a temperature preferably from 400 to 600 ° C in the evaporator quenching stage 1 initiated.

Die Verdampferquenchstufe 1 weist eine Einleitung 5 für den Pyrolyseproduktstrom 4 sowie Auslässe 6 und 7 für gasförmige bzw. kondensierte Pyrolyseprodukte auf, die beide vorzugsweise direkt mit einer Temperatur von 120 bis 180°C in die Einspritzquenchstufe 2 geleitet werden. Vor Eintritt in die Verdampferquenchstufe durchläuft der Pyrolyseproduktstrom 4 vorzugsweise eine nicht in 1 dargestellte Feststoffpartikelabscheidung, insbesondere zur Vermeidung oder Reduzierung eines Pyrolysekokseintrags. The evaporator quenching stage 1 has an introduction 5 for the pyrolysis product stream 4 as well as outlets 6 and 7 for gaseous or condensed pyrolysis, both preferably directly with a temperature of 120 to 180 ° C in the injection quenching stage 2 be directed. Before entering the evaporator quench stage, the pyrolysis product stream passes through 4 preferably one not in 1 illustrated solid particle separation, in particular to avoid or reduce a Pyrolysiskokseintrags.

Die in 1 der Verdampferquenchstufe 1 nachgeschalteten Einspritzquenchstufe 2 weist neben den Einlässen 8 und 9 für die vorgenannten dampf- und gasförmigen bzw. kondensierten Pyrolyseprodukte auch einen Auslass 10 für ein erstes Produktkondensat 17 auf. Der Auslass 10 erfolgt entweder wie dargestellt am Kühlkreislauf 12 oder alternativ direkt aus der Verdampferquenchstufe. Das erste Produktkondensat wird über den genannten Auslass ausgeleitet. Ferner werden die verbleibenden dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte in der Verdampferquenchstufe auf eine Temperatur vorzugsweise zwischen 50 bis 90°C abgekühlt und über eine Ausleitung 11 an die nachfolgende Schwelwasserkondensationsstufe 3 weitergeleitet. Für eine effektive Kühlung der Pyrolyseprodukte ist in der dargestellten Ausführung der Einspritzquenchstufe ein externer Kühlkreislauf 12 mit einem Umflusskühler 13 und einem aktiven Strömungsantrieb wie z.B. eine Kreiselpumpe 14 vorgesehen. In the 1 the evaporator quenching stage 1 downstream injection quenching stage 2 points next to the inlets 8th and 9 for the aforementioned vapor and gaseous or condensed pyrolysis also an outlet 10 for a first product condensate 17 on. The outlet 10 takes place either as shown on the cooling circuit 12 or alternatively directly from the evaporator quench stage. The first product condensate is discharged via said outlet. Further, the remaining vapor and gaseous pyrolysis products are cooled in the evaporator quenching stage to a temperature preferably between 50 to 90 ° C and via a discharge 11 to the subsequent Schwelwasserkondensationsstufe 3 forwarded. For an effective cooling of the pyrolysis products in the illustrated embodiment of the injection quenching stage is an external cooling circuit 12 with a circulating cooler 13 and an active flow drive such as a centrifugal pump 14 intended.

Von der Einspritzquenchstufe 2 erfolgt eine Weiterleitung der verbleibenden auf vorzugsweise 50 bis 90°C abgekühlten gasförmigen Pyrolyseprodukte in die nachfolgende Schwelwasserkondensationsstufe 3, worin diese auf eine Temperatur mittels Schwelwasserkühler 35 bevorzugt zwischen 20 bis 50°C weiter abgekühlt und dabei in kondensiertes Schwelwasser und Pyrolysegas aufgespalten werden. Für die Ableitung des Pyrolysegases aus der Schwelwasserkondensationsstufe 3 ist ein Auslass 19 für das abgekühlte Pyrolysegas vorgesehen. Das zusammen mit einigen organischen Dämpfen kondensierte Schwelwasser wird (in der Regel vollständig) mittels einer Pumpe 20 in eine Rückführung 15 aus der Schwelwasserkondensationsstufe, von dort in die Verdampferquenchstufe geleitet und dort fein verteilt in die gasförmigen Pyrolyseprodukte eingedüst. From the injection quenching stage 2 a forwarding of the remaining cooled to preferably 50 to 90 ° C gaseous pyrolysis in the subsequent Schwelwasserkondensationsstufe 3 in which this to a temperature by means of Schwelwasserkühler 35 preferably further cooled between 20 to 50 ° C and thereby split into condensed carbonization and pyrolysis gas. For the discharge of the pyrolysis gas from the Schwelwasserkondensationsstufe 3 is an outlet 19 provided for the cooled pyrolysis gas. The carbonated water condensed with some organic vapors is (usually completely) pumped 20 in a return 15 from the Schwelwasserkondensationsstufe, passed from there into the evaporator quenching stage and injected there finely dispersed in the gaseous pyrolysis.

Ferner ist in 1 ein optionaler Auslass 16 für einen Teil des Produktkondensats 18 aus der Schwelwasserkondensationsstufe angedeutet, aus dem in der Schwelwasserkondensationsstufe vorzugsweise ein Teil des vorgenannten kondensierten Schwelwassers als zweites Produktkondensat abgetrennt und ausgeleitet wird. Furthermore, in 1 an optional outlet 16 for a part of the product condensate 18 from the Schwelwasserkondensationsstufe indicated, from which in the Schwelwasserkondensationsstufe preferably a part of the aforementioned condensed Schwelwassers is separated and discharged as a second product condensate.

Eine beispielhafte Ausgestaltung der Verdampferquenchstufe 1 und Einspritzquenchstufe 2 als zweite Stufe eines Kondensationssystems als eine konstruktive Einheit zeigt 2. Verdampferquenchstufe und Einspritzquenchstufe werden durch einen gemeinsamen vertikalen Kondensationsapparat, vorzugsweise rohrförmigen Kondensationsapparat 21 gebildet. Die Verdampferquenchstufe 1 ist oberhalb der Einspritzquenchstufe 2 angeordnet und bildet ein gemeinsames bevorzugt zylindrisches Quenchvolumen 33. Die im oberen Bereich des rohrförmigen Kondensationsapparats angeordnete Verdampferquenchstufe 1 weist eine Siedekühlung am Mantel 34 auf, wobei das Kühlfluid vorzugsweise durch siedendes Wasser gebildet wird. Siedendes Wasser weist während einer Verdampfung oder Kondensation Siedetemperatur (z.B. Wasser: 100°C) auf, die sich auf die Wandung der Verdampferquenchstufe überträgt, während des Phasenübergangs des Kühlfluid beim Sieden auch bei einer Wärmeaufnahme in vorteilhafter Weise nicht signifikant ändert und die Siedekühlung am Mantel (Mantelkühlung, Wandungsthermostatisierung) in ihrer Temperatur somit in einem erwünschten Temperaturbereich stabilisiert. An exemplary embodiment of the evaporator quenching stage 1 and injection quenching stage 2 as a second stage of a condensation system as a structural unit 2 , Evaporator quenching stage and injection quenching stage are by a common vertical condensation apparatus, preferably tubular condensation apparatus 21 educated. The evaporator quenching stage 1 is above the injection quench stage 2 arranged and forms a common, preferably cylindrical quench volume 33 , The arranged in the upper region of the tubular condensation apparatus evaporator quenching stage 1 has a boiling cooling on the mantle 34 , wherein the cooling fluid is preferably formed by boiling water. Boiling water has during boiling or condensation boiling temperature (eg water: 100 ° C), which transfers to the wall of the evaporator quench, during the phase transition of the cooling fluid during boiling, even with a heat absorption in an advantageous manner does not change significantly and the evaporative cooling on the jacket (Jacket cooling, Wandsthermostatisierung) in their temperature thus stabilized in a desired temperature range.

An der Innenwandung des rohrförmigen Kondensationsapparats im Bereich der Mantelkühlung, d.h. der Verdampferquenchstufe kommt es zusätzlich zu einer Kondensation von dampfförmigen Pyrolyseprodukten aus der Gasphase, die über einen Pyrolyseproduktstrom 4 in das obere Ende des Rohreaktors eingebracht werden. Es entsteht ein Wandfilm aus kondensierten Pyrolyseprodukten im vorgenannten Innenwandungsbereich. Der Kondensatstrom 22 gelangt optional mit zusätzlich eingespeistem Kondensat 36 zum Spülen der Wand der an der Rohrwandung und als Tropfenschwarm im Gasraum nach unten in die Einspritzquenchstufe 2 gelangt. Dort sammeln sich die Kondensate am unteren Ende des rohrförmigen Kondensationsapparats und der Einspritzquenchstufe 2 in einen Kondensatsumpf 23. Von dort werden sie von der Kreiselpumpe 14 eines externen Kühlkreislaufes 12 über einen Umflusskühler 13 geführt und gekühlt und am oberen Ende der Einspritzquenchstufe als Kondensat wieder in die gasförmigen Prolysprodukte eingesprüht. Optional kann ein Teilstrom mit zusätzlich eingespeistem Kondensat 36 davon zur Wandspülung in Stufe 1 dienen. On the inner wall of the tubular condensation apparatus in the region of the jacket cooling, ie the evaporator quenching stage, in addition to a condensation of vaporous pyrolysis products from the gas phase, via a pyrolysis product stream 4 be introduced into the upper end of the tubular reactor. The result is a wall film of condensed pyrolysis in the aforementioned inner wall area. The condensate stream 22 Optionally comes with additionally fed condensate 36 for flushing the wall of the pipe wall and as a swarm of droplets in the gas space down into the injection quenching stage 2 arrives. There, the condensates collect at the lower end of the tubular condensation apparatus and the injection quenching stage 2 in a condensate sump 23 , From there they will be taken by the centrifugal pump 14 an external cooling circuit 12 via a circulating cooler 13 led and cooled and sprayed at the top of the injection quenching stage as condensate back into the gaseous Prolysprodukte. Optionally, a partial flow with additionally fed condensate 36 of which for wall rinsing in stage 1 serve.

Die Ableitung des ersten Produktkondensats 17 erfolgt vorzugsweise direkt aus dem Kühlkreislauf 12, vor oder nach Durchlauf durch den Umflusskühler 13. The derivation of the first product condensate 17 preferably takes place directly from the cooling circuit 12 , before or after passing through the circulating cooler 13 ,

Die Ableitung der verbleibenden vorzugsweise auf 50 bis 90 °C abgekühlten gasförmigen Pyrolyseprodukte aus der Einspritzquenchstufe 2 erfolgt vorzugsweise oberhalb des Kondensatsumpfes 23 seitlich am rohrförmigen Kondensationsapparat über eine Ausleitung 11 zur Schwelwasserkondensationsstufe 3. The derivation of the remaining, preferably cooled to 50 to 90 ° C gaseous pyrolysis from the injection quenching stage 2 preferably takes place above the condensate sump 23 laterally on the tubular condensation apparatus via a discharge 11 to the Schwelwasserkondensationsstufe 3 ,

3a, b und 4 geben in vereinfachten Blockschaltbildern von zwei weiteren beispielhaften Ausführungen und Ausgestaltungen eines Kondensationssystems mit einer Rückleitung von kondensiertem Schwelwasser aus der Schwelwasserkondensationsstufe in die Verdamperquenchstufe wieder. Verdampferquenchstufe 1, zweite Stufe 2 und Schwelwasserkondensationsstufe 3 sind bei beiden Ausführungen jeweils als rohrförmige Kondensationsapparaten ausgeführt. Bei beiden Ausführungen wird nur ein erstes Produktkondensat 17 aus dem Kondensatsumpf 23 der zweiten Stufe 2 entnommen, während das in der Schwelwasserkondensationsstufe gewonnene kondensierte Pyrolyseprodukt vollständig rezykliert wird. Es wird dabei ausgehend von einem Auslass 7 zwischen einem zweiten Kühlkreislauf 29 mit Kühler 32 und Umwälzpumpe 31 als Schwelwasserkühler 35 zur Kühlung der dampf- und gasförmigen Pyrolyseprodukte in der Schwelwasserkondensationsstufe und einer Rückführung 15, ebenfalls mit einer Rückführungspumpe 32 zur Verdampferquenchstufe aufgeteilt. 3a , Federation 4 give in simplified block diagrams of two further exemplary embodiments and embodiments of a condensation system with a return of condensed carbonated water from the Schwelwasserkondensationsstufe in the Verdamperquenchstufe again. Verdampferquenchstufe 1 , second step 2 and Schwelwasserkondensationsstufe 3 are each designed as a tubular condensation apparatus in both versions. In both versions, only a first product condensate 17 from the condensate sump 23 the second stage 2 taken while the condensed pyrolysis product obtained in the Schwelwasserkondensationsstufe is completely recycled. It is doing starting from an outlet 7 between a second cooling circuit 29 with cooler 32 and circulation pump 31 as Schwelwasserkühler 35 for cooling the vapor and gaseous pyrolysis products in the Schwelwasserkondensationsstufe and a return 15 , also with a return pump 32 split to the evaporator quenching stage.

3a repräsentiert eine Ausführung mit Kratzkühler als zweite Stufe 2, bei der die Kühlung in der unteren Hälfte der zweiten Stufe 2 über einen Kühlmantel 27 (Kühlung durch die Wand) oberhalb des Kondensatsumpfes 23 erfolgt. Im Bereich des Kühlmantels ist zur Entfernung von viskosem Kondensat und zum Trans-port nach unten in den Kondensatsumpf eine vertikale Abstreifvorrichtung 28 vorgesehen. 3a represents a version with a scraper cooler as a second stage 2 in which the cooling in the lower half of the second stage 2 over a cooling jacket 27 (Cooling through the wall) above the condensate sump 23 he follows. In the area of the cooling jacket is to remove viscous Condensate and for transport down into the condensate sump a vertical stripping device 28 intended.

3b zeigt vorgenannte Ausführung mit Kratzkühler in vertikaler Anordnung der drei Stufen, wobei die Verdampferquenchstufe 1 und die zweite Stufe 2 wie auch in 2 dargestellt konstruktiv zu einer Einheit in einem rohrförmigen Kondensationsapparat zusammengefasst ist. Der Schwelwasserkühler der Schwelwasserkondensationsstufe 3 umfasst eine Umwälzpumpe 31. Diese speist auch die Rückführung 15, wobei der Anteil des Kondensats, der zur Kühlung der Schwelwasserkondensationsstufe herangezogen wird, von der Rückführung in einen Kühler 35 abgezweigt wird. 3b shows the above version with scraper cooler in a vertical arrangement of the three stages, wherein the evaporator quenching stage 1 and the second stage 2 as well as in 2 shown structurally combined into a unit in a tubular condensation apparatus. The Schwelwasserkühler the Schwelwasserkondensationsstufe 3 includes a circulation pump 31 , This also feeds the return 15 , wherein the proportion of the condensate, which is used for cooling the Schwelwasserkondensationsstufe, from the return to a cooler 35 is branched off.

Anders als die Ausführungen gem. 3a und b repräsentiert 4 eine Einspritzquenchstufe 2 mit einer Abkühlung wie vorgenannt mit einem Kühlkreislauf 12 mit Kondensat. Unlike the statements gem. 3a and b represents 4 an injection quenching stage 2 with a cooling as mentioned above with a cooling circuit 12 with condensate.

Wie dargestellt erfolgt eine Einleitung der gasförmigen Pyrolyseprodukte als Pyrolyseproduktstrom 4 in die Verdampferquenchstufe 1 mit ca. 500°C nach Durchlauf durch einen Heißzyklon 24 zur Abscheidung und Austrag der Hauptmenge von Koksstaub 25. Dort erfolgt eine Abkühlung des Pyrolyseproduktstroms auf ca. 150°C wie zuvor ausgeführt und mit Hilfe einer Eindüsung von kondensiertem Schwelwasser aus der Rückführung 15. Es erfolgt eine Weiterleitung der aus der vorzugsweise im unteren Ende der Verdampferquenchstufe entnommenen Kondensats in die Einspritzquenchstufe sowie eine dortige Abkühlung auf 50 bis 90°C und eine Weiterleitung der gasförmigen Pyrolysebestandteile in die Schwelwasserkondensationsstufe. Dort erfolgt eine weitere Kondensation des restlichen Wasserdampfes mit flüchtigen organischen Bestandteilen der gasförmigen Pyrolyseprodukte bei 0 bis 50°C, bevorzugt 30 bis 40°C. Das Schwelwasser wird vollständig rezykliert und in der Verdampferquenchstufe verdüst. Die verbliebenen gasförmigen Pyrolyseprodukte und möglicherweise noch vorhandene restliche Dampfbestandteile verlassen die Schwelwasserkondensationsstufe und werden in der Regel zur Erzeugung von Prozesswärme verbrannt. As shown, the gaseous pyrolysis products are introduced as a pyrolysis product stream 4 in the evaporator quenching stage 1 with about 500 ° C after passing through a hot cyclone 24 for the separation and discharge of the bulk of coke dust 25 , There is a cooling of the pyrolysis product stream to about 150 ° C as previously stated and with the aid of an injection of condensed carbonization water from the return 15 , There is a forwarding of the preferably removed in the lower end of the evaporator quench condensate in the Einspritzquenchstufe and a local cooling to 50 to 90 ° C and forwarding the gaseous pyrolysis in the Schwelwasserkondensationsstufe. There is a further condensation of the remaining water vapor with volatile organic components of the gaseous pyrolysis at 0 to 50 ° C, preferably 30 to 40 ° C. The carbonization water is completely recycled and atomized in the evaporator quenching stage. The remaining gaseous pyrolysis products and possibly remaining residual vapor components leave the Schwelwasserkondensationsstufe and are usually burned to generate process heat.

Die Erzeugung eines Kondensats in der Schwelwasserkondensationsstufe in 4, dargestellt als Gleichstromwäscher mit Umfluss über einen Kühler, ermöglicht in vorteilhafter Weise eine effiziente apparativ einfache Kühlung. Vorzugsweise wird ein gewollter Überschuss entweder als zweites Kondensat abgezweigt (vgl. 1) oder in der Schwelwasserkondensationsstufe über einen Kühler umgewälzt rezykliert (vgl. 3a, b und 4). Dabei ist die Gasaustrittstemperatur der zweiten Stufe 2 so regelbar, dass die Kondensatmenge der Schwelwasserkondensationsstufe 3 der Einsprühmenge der Verdampferquenchstufe 1 entspricht. The production of a condensate in the Schwelwasserkondensationsstufe in 4 , shown as a DC scrubber with flow over a radiator, advantageously allows an efficient apparatus-simple cooling. Preferably, a desired excess is branched off either as a second condensate (cf. 1 ) or recirculated in the Schwelwasserkondensationsstufe circulated through a cooler (see. 3a , Federation 4 ). The gas outlet temperature is the second stage 2 so controllable that the condensate amount of the Schwelwasserkondensationsstufe 3 the amount of injection of the evaporator quenching stage 1 equivalent.

Durch die vorgenannten Maßnahmen ergeben sich folgende weitere Vorteile:

1. Sehr schnelle Abkühlung des Pyrolyseproduktstroms auf 200–100°C, d.h. unter die Zersetzungstemperatur der organischen Dämpfe, aber noch oberhalb der Erstarrungs- bzw. Schmelzpunkte von vielen kondensierten Pyrolyseprodukte aus der Verdampferquenchstufe.
2. Einfache Technik durch Eindüsen einer geringen Schwelwassermenge, ohne Umpumpen.
3. Im Vergleich zu einer Vollquenche ist je nach gewählten Betriebsdaten die Kühlleistung der anschließenden aufwendigeren Einspritzquench bis auf etwa die Hälfte reduzierbar.
4. Es wird ein einziger Produktstrom, keine Nebenstöme, d.h. keine Abfallstrom erzeugt. Optional sind jedoch auch zwei Produktströme (Kondensate) entnehmbar.
5. Beim Betrieb einer Verdampferquenchstufe (Stufe 1) wird der gewünschte korrekte Wassergehalt des Produktkondensats bei höherer Kondensationstemperatur erreicht (geschätzt zwischen 90–50°C), so dass die Viskosität niedrig und das Kondensat damit zuverlässig pump- und kühlbar bleibt.
6. Nach einer Verdampferquenche sind auch langsame Kondensationsprozesse ohne nennenswerte Zersetzung von Kondensaten und Dämpfen möglich, was die Apparateauswahl flexibler macht, z.B. konventionelle Wandkühlung (vgl. 3a und 3b) statt Einspritzquenche (vgl. 4).

The above measures result in the following additional advantages:

1. Very rapid cooling of the pyrolysis product stream to 200-100 ° C, ie below the decomposition temperature of the organic vapors, but still above the solidification or melting points of many condensed pyrolysis from the evaporator quench.
2. Simple technique by injecting a small amount of Schwelwassermenge, without pumping.
3. Compared to a full quench, depending on the selected operating data, the cooling capacity of the subsequent, more expensive injection quench can be reduced to about half.
4. It is a single product stream, no secondary streams, ie no waste stream generated. Optionally, however, two product streams (condensates) can be removed.
5. When operating an evaporator quench stage (stage 1 ), the desired correct water content of the product condensate at higher condensation temperature is reached (estimated between 90-50 ° C), so that the viscosity is low and the condensate thus reliably pumped and cooled.
6. After an evaporator quench, slow condensation processes are possible without appreciable decomposition of condensates and vapors, which makes the choice of equipment more flexible, eg conventional wall cooling (cf. 3a and 3b ) instead of injection quenching (cf. 4 ).

Literatur: Literature:

[1] E. Henrich, E. Dinjus, D. Maier: Gasification of Liquid Pyrolysis Products at High Pressure - A New Approach to Biomass Gasification; DGMK Conference: Energetic Use of Biomass, Velen 22.-24. April 2002
[2] DE 10 2005 049 375 A1
[3] Bridgewater AV: Review of Pyrolysis of Biomass and Product Upgrading; Biomass and Bioenergy 2012 (38) pp. 68-94
[4] Meier D., van de Beld B., Bridgewater AV, Elliott D. C, Oasmaa A., Preto F .: State-of-the-art of near pyrolysis in IEA Bioenergy Member Countries; Renewable and Sustainable Energy Reviews 20 (2013) p. 619-641

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Verdampferquenchstufe Verdampferquenchstufe
2 2: Zweite Stufe Second step
3 3: Schwelwasserkondensationsstufe Schwelwasserkondensationsstufe
4 4: Pyrolyseproduktstrom Pyrolyseproduktstrom
5 5: Einleitung in Verdampferquenchstufe Introduction in evaporator quenching stage
6 6: Auslass für Pyrolyseprodukte aus der Verdampferquenchstufe Outlet for pyrolysis products from the evaporator quenching stage
7 7: Auslass für kondensierte Pyrolyseprodukte aus der VerdampferquenchstufeOutlet for condensed pyrolysis products from the evaporator quenching stage
8 8th: Einlass für dampf- und gasförmige Pyrolyseprodukte in die zweite StufeInlet for steam and gaseous pyrolysis products in the second stage
9 9: Einlass für kondensierte Pyrolyseprodukte in die zweite StufeInlet for condensed pyrolysis products in the second stage
1010: Auslass für ein erstes Produktkondensat Outlet for a first product condensate
1111: Ausleitung für dampf- und gasförmige Pyrolyseprodukte aus der zweiten Stufe Discharge for steam and gaseous pyrolysis products from the second stage
1212: externer Kühlkreislauf external cooling circuit
1313: Umflusskühler Umflusskühler
1414: Umwälzpumpe circulating pump
1515: Rückführung return
1616: optionaler Auslass für ein zweites Produktkondensat optional outlet for a second product condensate
1717: erstes Produktkondensat first product condensate
1818: zweites Produktkondensat second product condensate
1919: Auslass für gasförmige Pyrolyseprodukte aus der Schwelwasserkondensationsstufe Outlet for gaseous pyrolysis products from the Schwelwasserkondensationsstufe
2020: Pumpe für Rückführung Pump for recycling
2121: rohrförmiger Kondensationsapparat tubular condensation apparatus
2222: Kondensatstrom condensate stream
2323: Kondensatsumpf condensate sump
2424: Heißzyklon hot cyclone
2525: Koksabscheidung coking
2626: Rezyklierung recycling
2727: Kühlmantel, Wandkühlung Cooling jacket, wall cooling
2828: vertikale Abstreifvorrichtung vertical stripping device
2929: Kühlkreislauf Cooling circuit
3030: Kühler cooler
3131: Umwälzpumpe circulating pump
3232: Rückführungspumpe Recirculation pump
3333: Quenchvolumen quench volume
3434: Siedekühlung am Mantel (Kühlung durch die Wand) Boiling cooling on the jacket (cooling through the wall)
3535: Schwelwasserkühler Schwelwasserkühler
3636: zusätzlich eingespeistes Kondensat additionally fed condensate

Claims

Process for the condensation of vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, comprising the following process steps: a) providing a three-stage condensation system with an evaporator quenching stage ( 1 ), a second stage ( 2 ) and a Schwelwasserkondensationsstufe ( 3 b) introducing the gaseous and vaporous pyrolysis products ( 4 ) at a temperature of 400 to 600 ° C in the evaporator quenching stage, wherein the pyrolysis products are cooled to a temperature between 120 to 180 ° C, c) forwarding the pyrolysis products in the second stage ( 2 ), wherein a first product condensate ( 17 ) and the remaining pyrolysis is cooled to a temperature between 50 to 90 ° C and d) forwarding the remaining pyrolysis in the Schwelwasserkondensationsstufe, wherein the pyrolysis cooled to a temperature between 10 to 50 ° C and thereby in an aqueous condensate and pyrolysis gas are separated, e) the aqueous condensate from the Schwelwasserkondensationsstufe wholly or partially via a return ( 15 ) is returned to the evaporator quenching stage and injected there into the gaseous and vaporous pyrolysis products.

Method according to claim 1, characterized in that the second stage ( 2 ) with a wall an injection quench cooling or cooling through the wall ( 34 ).

Process according to claim 1 or 2, characterized in that the pyrolysis products in the second stage ( 2 ) are cooled by injecting cooled condensate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the Schwelwasserkondensationsstufe a second product condensate ( 18 ) and into the evaporator quenching stage ( 1 ) and / or taken in whole or in part.

Condensation system for gaseous and vaporous pyrolysis products from a rapid pyrolysis of lignocellulose, comprising a) an evaporator quenching stage ( 1 ) with an inlet for the gaseous and vaporous pyrolysis products, b) a second stage ( 2 ) with a wall with an injection quench cooling or cooling through the wall ( 34 ), which is connected downstream of the evaporator quench stage, with an outlet for a first product condensate ( 17 ) as well as c) a Schwelwasserkondensationsstufe ( 3 ) downstream of the second stage with an outlet for pyrolysis gas ( 6 ), where d) a partial or complete recycling ( 15 ) is provided for condensed carbonization water from the Schwelwasserkondensationsstufe in the evaporator quenching stage.

Condensation system according to claim 5, characterized in that the evaporator quenching stage and the second stage by a common condensation apparatus ( 21 ) are formed.

Condensation system according to claim 5 or 6, characterized in that the evaporator quenching stage and / or the second stage cooling through the wall ( 34 ) having.

Condensation system according to claim 7, characterized in that the cooling through the wall ( 34 ) is an evaporative heat exchanger jacket for water.

Condensation system according to one of the preceding claims, characterized in that the second stage ( 2 ) an external cooling circuit ( 12 ) with a circulating cooler ( 13 ) having.

Condensation system according to one of the preceding claims, characterized in that the Schwelwasserkondensationsstufe an outlet ( 16 ) for a second product condensate ( 18 ) having.