DE102021129810A1 - Process and device for generating hydrogen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff mit den Schritten:Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe (2) in einem Vergaser (1), wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser (1) eingeführt und zur Vergasung verwendet wird;Reinigung des Wasserstoff enthaltenden bei der Vergasung entstandenen Synthesegases wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf bevorzugt sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird,dadurch gekennzeichnet, dassmittels wenigstens zwei unterschiedlichen Messeinrichtungen eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe gemessen wird und das Verfahren mittels einer Steuerungseinrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe gesteuert wird.Process for converting carbon-containing raw materials and in particular biomass into hydrogen, comprising the steps:gasification of the carbon-containing raw materials (2) in a gasifier (1), with heated steam being introduced into the gasifier (1) and used for gasification;purification of the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification, with the gasification preferably being an allothermic gasification and the heated steam being preferably used both as a gasifying agent and as a heat transfer medium for the gasification, characterized in that at least two different measuring devices are used to measure a variable that is characteristic of the conversion process and the method is controlled by a control device taking this characteristic variable into account.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Wasserstoff.The present invention relates to an apparatus and a method for producing hydrogen.

Es ist seit langem bekannt, dass Wasserstoff ein sehr wichtiger zukünftiger Energieträger ist, der entscheidend zur Energiewende beitragen kann und wird. Deswegen ist es sehr wichtig, dass erzeugter Wasserstoff CO2-neutral ist, was man heutzutage als „grün“ oder „blau“, bzw. „türkis“ bezeichnet. Der größte Teil (deutlich über 90%) des auf dem Markt bestehenden Wasserstoffs ist „grau“, gewonnen aus fossilen Primärenergieträgern mit begleitender CO2 Emission, und aus diesem Grund kann dies nicht zur Energiewende beitragen. Die Nutzung von Biomasse für die vorliegende Erfindung ist ein weiterer Schritt um diese jetzige Situation zu ändern.It has long been known that hydrogen is a very important future energy carrier that can and will make a decisive contribution to the energy transition. It is therefore very important that the hydrogen produced is CO 2 -neutral, which is now referred to as "green" or "blue" or "turquoise". The largest part (well over 90%) of the hydrogen existing on the market is "grey", obtained from fossil primary energy carriers with accompanying CO 2 emissions, and for this reason it cannot contribute to the energy transition. The use of biomass for the present invention is another step to change this current situation.

Stand der TechnikState of the art

Die älteste Gewinnung von großtechnischen Mengen von Wasserstoff basiert auf Kohlevergasung mit Wasserdampf (Wassergasreaktion), durch die chemische Reaktion: C + H2O → CO + H2 The oldest generation of large-scale amounts of hydrogen is based on coal gasification with water vapor (water gas reaction), through the chemical reaction: C + H2O → CO + H2

Heutzutage ist das wichtigste Verfahren für Wasserstoffgewinnung die Dampfreformierung, wobei das Methan aus Erdgas mit dem Dampf reagiert: CH4 + H2O → CO + 3H2 Today, the main process for hydrogen production is steam reforming, where the methane from natural gas reacts with the steam: CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2

Der Ertrag von Wasserstoff kann weiter erhöht werden durch die Wassergas-Konvertierungsreaktion („shift reaction“) bei niedrigeren Temperaturen: CO + H2O → CO2 + H2 The yield of hydrogen can be further increased by the water gas shift reaction at lower temperatures: CO + H2OCO2 + H2

Es ist weiterhin möglich, Erdöl für die Wasserstofferzeugung in einem ähnlichen Prozess zu nutzen.It is still possible to use petroleum to produce hydrogen in a similar process.

So erzeugter Wasserstoff wird als „grau“ bezeichnet, da er aus fossilen Brennstoffen stammt. Falls man nachträglich das erzeugte Kohlendioxyd (CO2) aus Prozessabgasen abscheidet und unterirdisch speichert (CCS - carbon capture and storage), spricht man von „blauem“ Wassersoff. Dieser wurde auch aus fossilem Energieträger gewonnen, aber die CO2 Emission wird verhindert, oder mindestens drastisch reduziert. Allerdings ist das CCS-Verfahren weltweit umstritten und als risikoreich eingestuft.Hydrogen produced in this way is referred to as “grey” because it comes from fossil fuels. If the carbon dioxide (CO 2 ) produced is subsequently separated from process exhaust gases and stored underground (CCS - carbon capture and storage), this is referred to as "blue" hydrogen. This was also obtained from fossil fuels, but CO 2 emissions are prevented or at least drastically reduced. However, the CCS process is controversial worldwide and classified as high-risk.

Mit der Pyrolyse von Methan kann auch ein CO2-neutraler Wasserstoff erzeugt werden, weil als Produkt festes Karbon entsteht: CH4 → C + 2H2 With the pyrolysis of methane, a CO 2 -neutral hydrogen can also be produced because the product is solid carbon: CH 4 → C + 2H 2

So gewonnenen Wasserstoff bezeichnet man als „türkis“. Der Nachteil ist, dass die Ausbeute deutlich niedriger ist als bei der Dampfreformierung, aber ein großer Vorteil ist, dass kein gasförmiges CO2 entsteht. Festes Karbon ist viel einfacher zu speichern oder zu deponieren und es bestehen auch Möglichkeiten einer weiteren stofflichen Nutzung. Dieses Verfahren wird noch immer nicht im industrielen Maßstab genutzt.Hydrogen obtained in this way is referred to as "turquoise". The disadvantage is that the yield is significantly lower than with steam reforming, but a major advantage is that no gaseous CO 2 is produced. Solid carbon is much easier to store or landfill, and there are opportunities for other material uses as well. This process is still not used on an industrial scale.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Methan aus Biogasanlagen zu nutzen. In diesem Fall ist der gewonnene Wassersoff sofort „grün“, auch ohne CO2-Abscheidung. Da entsprechende Biogasanlagen relativ klein sind, sind diese Verfahren wirtschaftlich nicht sehr attraktiv.Another possibility is to use the methane from biogas plants. In this case, the hydrogen obtained is immediately "green", even without CO 2 separation. Since corresponding biogas plants are relatively small, these processes are not very attractive from an economic point of view.

Die Elektrolyse von Wasser ist ein weiteres Verfahren um Wasserstoff zu gewinnen. Heutzutage wird ca. 4% von weltweit produziertem Wasserstoff durch die Elektrolyse erzeugt. Jedoch ist solcher Wassersoff nur „grün“, falls der hierzu eingesetzte Strom auch „grün“ ist. Man rechnet damit, dass die Elektrolyse die Hauptquelle von grünem Wasserstoff in der Zukunft sein wird. Das Problem ist, dass das „grüne“ Strom aus Solar- und Windanlagen nicht ständig zur Verfügung steht. Deswegen ist die Auslastung von Elektrolyseuren nicht groß genug, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Es wird wieder eine Erzeugung in den Ländern mit deutlich mehr Sonnenstunden pro Jahr notwendig und ein entsprechender Export in andere Länder. Dabei ist jedoch der Transport von Wasserstoff sehr teuer und technisch noch nicht in größerem Maßstab realisiert.The electrolysis of water is another method to obtain hydrogen. Today about 4% of the hydrogen produced worldwide is produced by electrolysis. However, such hydrogen is only "green" if the electricity used for this purpose is also "green". Electrolysis is expected to be the main source of green hydrogen in the future. The problem is that the "green" electricity from solar and wind systems is not always available. For this reason, the utilization of electrolysers is not high enough to enable economical operation. It will again be necessary to produce in countries with significantly more hours of sunshine per year and to export to other countries accordingly. However, the transport of hydrogen is very expensive and has not yet been implemented technically on a larger scale.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine effiziente Erzeugung von Wasserstoff ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The present invention is therefore based on the object of providing a method and a device which enable hydrogen to be generated efficiently. According to the invention, this is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Weiterhin hat die Anmelderin ermittelt, dass die Effizienz derartiger Anlagen durch eine entsprechende Steuerung derselben verbessert werden kann. Weiterhin zeigte sich beim Betrieb von aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen, dass diese nach einer bestimmten Betriebsdauer in ihrer Effizienz bzw. Leistung abfallen. Daher liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, die Effizienz derartiger Anlagen über längere Zeiträume hinweg konstant zu halten.Furthermore, the applicant has determined that the efficiency of such systems can be improved by appropriate control of the same. Furthermore, in the operation of systems known from the prior art, it was found that after a certain period of operation, their efficiency or output dropped. Therefore, the invention is also based on the object of efficiency of such systems to be kept constant over longer periods of time.

Diese Aufgaben werden ebenfalls durch die Gegenstände der nachfolgenden Ansprüche erreicht. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die Gegenstände der als vorteilhaft beschriebenen Ausführungsformen miteinander in jeder beliebigen Weise kombiniert werden können.These objects are also achieved by the subject matter of the following claims. It is further pointed out that the objects of the embodiments described as being advantageous can be combined with one another in any desired manner.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff wird zunächst der kohlenstoffhaltige Rohstoff in einem Vergaser bzw. Reaktor vergast, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser bzw. Reaktor eingeführt wird und zur Vergasung und/oder Dampfreformierung verwendet wird. Weiterhin erfolgt im Anschluss eine Reinigung des Wasserstoffes enthaltenden, bei der Vergasung entstehenden Synthesegases, wobei die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.In a method according to the invention for converting carbon-containing raw materials and in particular biomass into hydrogen, the carbon-containing raw material is first gasified in a gasifier or reactor, with heated steam being introduced into the gasifier or reactor and being used for gasification and/or steam reforming. Furthermore, the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification is then cleaned, with the gasification being an allothermal gasification and the heated steam being used both as a gasification agent and as a heat transfer medium for the gasification.

Erfindungsgemäß wird für die Wasserstoffvergasung nicht verwendete Energie wenigstens teilweise für die Erzeugung und/oder Überhitzung von Wasserdampf weiter genutzt. Daneben oder zusätzlich ist es möglich, das Synthesegas wenigstens teilweise für die Erzeugung und/oder Überhitzung von Wasserdampf zu nutzen.According to the invention, energy not used for the hydrogen gasification is at least partly reused for the generation and/or superheating of steam. In addition or in addition, it is possible to use the synthesis gas at least partially for the generation and/or superheating of steam.

Es wird daher im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass Energie, welche bei der Erzeugung abfällt, weitgehend oder wenigstens teilweise wiederum für die Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Erzeugung von Wasserstoff möglich.It is therefore proposed within the scope of the invention that energy, which is lost during production, is largely or at least partially used again for the production of steam. In this way, a particularly efficient generation of hydrogen is possible.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff werden die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in einen Vergaser vergast, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser eingeführt wird und zur Vergasung verwendet wird. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine Reinigung des Wasserstoff enthaltenen, bei der Vergasung entstandenen Synthesegases, wobei bevorzugt die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.In a further method according to the invention for converting carbon-containing raw materials and in particular biomass into hydrogen, the carbon-containing raw materials are gasified in a gasifier, with heated steam being introduced into the gasifier and being used for gasification. In a further process step, the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification is cleaned, the gasification preferably being an allothermic gasification and the heated steam being used both as a gasification medium and as a heat transfer medium for the gasification.

Erfindungsgemäß wird mittels zwei unterschiedlichen Messeinrichtungen eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe gemessen und das Verfahren und/oder die das Verfahren durchführende Vorrichtung wird mittels einer Steuerungseinrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe gesteuert.According to the invention, a variable that is characteristic of the conversion process is measured using two different measuring devices, and the method and/or the device carrying out the method is controlled by a control device, taking this characteristic variable into account.

Es wird daher eine - bevorzugt kontinuierliche - Messung einer bestimmten charakteristischen Größe und die Steuerung des Vergasungsprozesses vorgeschlagen.It is therefore a - preferably continuous - proposed measurement of a specific characteristic variable and the control of the gasification process.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet, wobei in einem Arbeitsbetrieb der Vorrichtung die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in einer Vergasereinrichtung, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser eingeführt und zur Vergasung verwendet wird. Weiterhin erfolgt eine Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstandenen Synthesegases, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.The present invention is also aimed at a method for operating a device for converting carbonaceous raw materials and in particular biomass into hydrogen, the following steps being carried out in a working operation of the device. In a first process step, the carbon-containing raw materials are gasified in a gasification device, with heated steam being introduced into the gasifier and used for gasification. Furthermore, the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification is cleaned, the gasification preferably being an allothermal gasification and the heated steam being used both as a gasification medium and as a heat carrier for the gasification.

Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes am Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Dies kann erreicht werden, da eine fühlbare Wärme des Wasserdampfes in eine chemische Energie umgewandelt wird.The chemical energy of the synthesis gas at the gasifier outlet is preferably higher than the chemical energy of the fuel at the inlet. This increase in energy can be up to 130% and more. This can be achieved because sensible heat from the water vapor is converted into chemical energy.

Erfindungsgemäß erfolgt in einem Reinigungsbetrieb der Vorrichtung, der sich insbesondere von dem Arbeitsbetrieb unterscheidet, eine Reinigung von Bestandteilen der Vorrichtung und insbesondere der Vergasereinrichtung, wobei im Rahmen dieser Reinigung diese Bestandteile mit einem fließfähigen Reinigungsmedium und insbesondere mit erhitztem Wasserdampf gereinigt werden.According to the invention, in a cleaning operation of the device, which differs in particular from the working operation, components of the device and in particular the carburetor device are cleaned, with these components being cleaned with a free-flowing cleaning medium and in particular with heated steam as part of this cleaning.

Bei einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei dieser oben genannten charakteristischen Größe (welche gemessen wird) um eine Temperatur, beispielsweise eine Temperatur des Synthesegases oder des Wasserdampfs.In a preferred method, this characteristic variable mentioned above (which is measured) is a temperature, for example a temperature of the synthesis gas or of the steam.

Zusätzlich oder alternativ werden mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen und/oder Sensoreinrichtungen unterschiedliche Messwerte und/oder Prozessparameter aufgenommen. Bei einem vorteilhaften Verfahren erfolgt bevorzugt eine Aufnahme und bevorzugt auch eine Speicherung von Messwerten über einen längeren Zeitraum hinweg. Besonders bevorzugt werden diese Messwerte mit einer zeitlichen Zuordnung abgespeichert. So werden die Messwerte und/oder Prozessparameter über einen Zeitraum hinweg aufgenommen, der größer ist als 5min, bevorzugt größer als 30min, bevorzugt größer als eine Stunde, bevorzugt größer als 2h und besonders bevorzugt größer als 5h.Additionally or alternatively, different measured values and/or process parameters are recorded with a large number of measuring devices and/or sensor devices. In an advantageous method, measurement values are preferably recorded and preferably also stored over a longer period of time. These measured values are particularly preferably stored with a time allocation. In this way, the measured values and/or process parameters are recorded over a period of time that is longer than 5 minutes, preferably longer than 30 minutes, preferably longer than one hour, preferably greater than 2 hours and particularly preferably greater than 5 hours.

Bevorzugt werden die Messwerte und/oder Prozessparameter kontinuierlich und/oder getaktet aufgenommen. Auf diese Weise kann auch ein Verlauf der Messwerte bestimmt werden. The measured values and/or process parameters are preferably recorded continuously and/or clocked. In this way, a course of the measured values can also be determined.

So kann beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt ein n-Tupel an Messwerten aufgenommen werden wie etwa zwei oder mehrere Temperaturen innerhalb der Vergasereinrichtung, eine Temperatur des Synthesegases. Während des Betriebs der Vorrichtungen können wiederholt derartige n-Tupel an Messwerten aufgenommen und bevorzugt auch abgespeichert werden, besonders bevorzugt mit einer zeitlichen Zuordnung. Weiterhin ist es möglich, dass entsprechend aufgenommene Messwerte in regelmäßigen Abständen an eine übergeordnete Speichereinrichtung übertragen werden.For example, an n-tuple of measured values can be recorded at a specific point in time, such as two or more temperatures within the gasification device, a temperature of the synthesis gas. During the operation of the devices, such n-tuples of measured values can be repeatedly recorded and preferably also stored, particularly preferably with a chronological assignment. It is also possible for correspondingly recorded measured values to be transmitted to a higher-level storage device at regular intervals.

Dabei ist es möglich, dass die aufgenommenen Daten auf eine zentrale Speichereinrichtung übermittelt werden, die so bevorzugt auch über längere Zeiträume hinweg die Aufnahme der Messwerte speichern und/oder protokollieren kann.In this case, it is possible for the recorded data to be transmitted to a central storage device, which can thus preferably also store and/or log the recording of the measured values over longer periods of time.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren leitet eine Auswerteeinrichtung und/oder Prozessoreinrichtung aus den Daten Informationen ab, welche für den Betrieb der Vorrichtung oder des Verfahrens charakteristisch sind. Bei einem bevorzugten Verfahren wird zur Auswertung dieser Daten eine künstliche Intelligenz eingesetzt, insbesondere um Aussagen über künftiges Verhalten während des Verfahrens oder über das Verhalten der Vorrichtung erzielen zu können.In a further preferred method, an evaluation device and/or processor device derives information from the data which is characteristic of the operation of the device or the method. In a preferred method, artificial intelligence is used to evaluate this data, in particular in order to be able to make statements about future behavior during the method or about the behavior of the device.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die charakteristische Größe aus einer Gruppe von Größen ausgewählt, welche eine bei der Vergasung auftretende Temperatur des Wasserdampfs, eine Temperatur des Synthesegases, einen Druck des Synthesegases, ein Drehmoment einer Antriebseinrichtung, welche die Biomasse an den Vergaser fördert, eine Durchflussmenge und dergleichen enthält.In a further preferred method, the characteristic variable is selected from a group of variables which include a temperature of the water vapor occurring during gasification, a temperature of the synthesis gas, a pressure of the synthesis gas, a torque of a drive device which conveys the biomass to the gasifier, a Flow rate and the like contains.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe dem Vergasungsprozess mittels einer Fördereinrichtung zugeführt und bevorzugt wird diese Fördereinrichtung auf Basis wenigstens einer charakteristischen Größe gesteuert und insbesondere geregelt.In a preferred method, the carbon-containing raw materials are fed to the gasification process by means of a conveyor, and this conveyor is preferably controlled and in particular regulated on the basis of at least one characteristic variable.

Dabei ist es denkbar und bevorzugt, dass es sich bei der charakteristischen Größe um ein Antriebsdrehmoment einer Antriebseinrichtung der Fördereinrichtung handelt. Es wäre jedoch auch möglich, dass eine Steuerung und/oder Regelung auf Basis einer Temperatur des Wasserdampfs oder des Synthesegases erfolgt.It is conceivable and preferred that the characteristic variable is a drive torque of a drive device of the conveyor device. However, it would also be possible for control and/or regulation to take place on the basis of a temperature of the water vapor or of the synthesis gas.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens ein für eine Fördereinrichtung charakteristischer Parameter gemessen. Bevorzugt kann sich dabei beispielsweise um eine Rotationsgeschwindigkeit eines Förderrechens oder einer Förderschnecke handeln oder auch um ein Drehmoment einer Antriebseinrichtung dieser Fördereinrichtung.In a further preferred method, at least one parameter that is characteristic of a conveyor device is measured. This can preferably be, for example, a rotational speed of a conveyor rake or a conveyor screw or a torque of a drive device of this conveyor device.

Bevorzugt weist die Fördereinrichtung einen elektrisch betriebene Antriebseinrichtung und insbesondere einen Elektromotor auf.The conveying device preferably has an electrically operated drive device and in particular an electric motor.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Turbine und insbesondere eine Gasturbine auf. Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Generator auf. Auf diese Weise ist ein autarker Betrieb der Anlage möglich.In a further preferred embodiment, the device has a turbine and in particular a gas turbine. The device preferably has a generator. In this way, a self-sufficient operation of the system is possible.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine für den Vergasungsprozess charakteristische Temperatur gemessen und insbesondere wird an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen einer Vergasungseinrichtung diese Temperatur gemessen.In a further preferred method, a temperature that is characteristic of the gasification process is measured and, in particular, this temperature is measured at at least two different positions of a gasification device.

Besonders bevorzugt wird eine Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dieser Temperatur gesteuert und/oder geregelt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur an wenigstens drei, bevorzugt an wenigstens vier, bevorzugt an wenigstens fünf unterschiedlichen Positionen und/oder Stellen des Vergasers bzw. der Vergasereinrichtung gemessen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier und bevorzugt wenigstens fünf Temperaturmesseinrichtungen an oder in der Vergasereinrichtung angeordnet, welche in unterschiedlichen Höhenzonen eine entsprechende Temperatur bestimmen. Auch diese Temperaturen werden verwendet, um die Zuführung der Biomasse bzw. des zu vergasenden Materials zu steuern und/oder zu regeln.A conveyor device is particularly preferably controlled and/or regulated as a function of this temperature. In a further preferred embodiment, the temperature is measured at at least three, preferably at least four, preferably at least five different positions and/or points of the carburetor or the carburetor device. In a preferred embodiment, at least three, preferably at least four and preferably at least five temperature measuring devices are arranged on or in the gasification device, which determine a corresponding temperature in different altitude zones. These temperatures are also used to control and/or regulate the supply of the biomass or the material to be gasified.

Weiterhin ist bevorzugt eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche die Gemessenen Istwerte der Temperaturen mit Sollwerten vergleicht. Bevorzugt wird die Fördereinrichtung auf Basis dieses Vergleichs gesteuert. So ist es möglich, dass die an den unterschiedlichen Positionen der Vergasereinrichtung auftretenden Ist-Temperaturen gemessen werden und mit den dort zu erwartenden Soll-Temperaturen verglichen werden. Wird eine Abweichung zwischen den Ist-Werten und den Sollwerten festgestellt, welche außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt, so kann die Fördereinrichtung entsprechend angesteuert werden.Furthermore, a comparison device is preferably provided, which compares the measured actual values of the temperatures with setpoint values. The conveyor device is preferably controlled on the basis of this comparison. It is thus possible for the actual temperatures occurring at the different positions of the gasification device to be measured and compared with the target temperatures to be expected there. If a discrepancy between the actual values and the target values is found, which is outside a specified tolerance range, the conveyor device can be controlled accordingly.

Auch kann in diesem Fall ein Warnhinweis an den Benutzer ausgegeben werden. Auch kann in Reaktion auf diese Werte die Zufuhr oder die Temperatur des Wasserdampfs in die Vergasereinrichtung geändert werden.In this case, a warning can also be issued to the user. Also in response to these values, the supply or the temperature of the water vapor into the gasifier can be changed.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine Temperatur und/oder ein Druck des bei der Vergasung entstehenden Synthesegases gemessen. Auch dieser Druck oder die Temperatur kann beispielsweise charakteristisch sein für den Vergasungsprozess oder auch für nachgeschaltete Prozesse. Dies wird untenstehend genauer erläutert. Dabei wird bevorzugt diese Temperatur unmittelbar an einer Austrittsstelle des Synthesegases gemessen.In a further preferred method, a temperature and/or a pressure of the synthesis gas produced during gasification is measured. This pressure or the temperature can, for example, also be characteristic of the gasification process or also of downstream processes. This is explained in more detail below. In this case, this temperature is preferably measured directly at an exit point of the synthesis gas.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Kontrolle des Brennstoffes mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung durchgeführt. Dabei ist es möglich, eine Temperatur des Synthesegases zu bestimmen, um so Rückschlüsse auf den verwendeten Brennstoff bzw. das zur Vergasung verwendete Material ziehen zu können.In a preferred method, the fuel is checked by means of at least one sensor device. It is possible to determine a temperature of the synthesis gas in order to be able to draw conclusions about the fuel used or the material used for gasification.

Daneben ist es möglich, dass eine elektrische oder mechanische Kenngröße der oben erwähnten Fördereinrichtung für das zu vergasende Material bestimmt wird, wie etwa ein elektrischer Strom oder ein Drehmoment eines Rechens, der zum Fördern dient. Auf diese Weise können Rückschlüsse über das zu vergasende Material gezogen werden.In addition, it is possible that an electrical or mechanical parameter of the above-mentioned conveying device for the material to be gasified is determined, such as an electric current or a torque of a rake that is used for conveying. In this way, conclusions can be drawn about the material to be gasified.

Daneben ist es auch möglich, einen pH - Wert der Biomasse oder des Synthesegases zu bestimmen. Auch auf diese Weise können Rückschlüsse auf die zur Vergasung verwendete Biomasse gezogen werden.In addition, it is also possible to determine a pH value of the biomass or the synthesis gas. In this way, too, conclusions can be drawn about the biomass used for gasification.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wäre es auch möglich, die Förderung des zu vergasenden Materials mittels einer Inspektionseinrichtung wie einer Videokamera zu überwachen.In a further preferred method it would also be possible to monitor the conveying of the material to be gasified by means of an inspection device such as a video camera.

Bevorzugt erfolgt die oben beschriebene Reinigung der Vorrichtung mit einem erhitzten fließfähigen Reinigungsmedium. Bei einem besonders bevorzugten Verfahren wird vorgeschlagen, dass das gleiche Medium, welches auch zur Vergasung verwendet wird, auch zum Reinigen der Vorrichtung verwendet wird. Auf diese Weise kann die Vorrichtung insbesondere von Ablagerungen wie insbesondere aber nicht ausschließlich von Teeren befreit werden.The cleaning of the device described above is preferably carried out with a heated, free-flowing cleaning medium. In a particularly preferred method, it is proposed that the same medium that is also used for gasification is also used for cleaning the device. In this way, the device can be freed from deposits in particular, but not exclusively from tars.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden Daten des Reinigungsvorgangs überwacht, wie insbesondere aber nicht ausschließlich eine Zeitdauer der Reinigung, eine Temperatur der verwendeten Reinigungsmedien, Drücke, Durchflüsse und eventuell auch Druckverläufe. Besonders bevorzugt unterscheiden sich ein Reinigungsbetrieb und ein Arbeitsbetrieb. So ist es während des Arbeitsbetriebs bevorzugt nicht möglich, einen Reinigungsbetrieb durchzuführen und umgekehrt kann bevorzugt auch der Arbeitsbetrieb nicht während des Reinigungsbetriebs ablaufen.In a preferred method, data of the cleaning process are monitored, such as in particular but not exclusively a duration of the cleaning, a temperature of the cleaning media used, pressures, flow rates and possibly also pressure profiles. A cleaning operation and a working operation are particularly preferably different. Thus, it is preferably not possible to carry out a cleaning operation during the working operation and, conversely, the working operation can also preferably not take place during the cleaning operation.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird zum Zweck der Reinigung Wasserdampf auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und der Vergaser und/oder Verbindungsleitungen, welche das Synthesegas von den Vergaserabführen werden auf diese Weise gereinigt. Besonders bevorzugt wird der Wasserdampf zu Reinigungszwecken auf eine höhere Temperatur erhitzt als in einen Betriebszustand bzw. im Arbeitsbetrieb. Bevorzugt liegt eine Temperatur des zur Reinigung eingesetzten Wasserdampfs zwischen 150°C und 800°C, bevorzugt zwischen 150°C und 600°C und besonders bevorzugt zwischen 200°C und 500°C.In a preferred method, steam is heated to a predetermined temperature for the purpose of cleaning, and the gasifier and/or connecting lines which discharge the synthesis gas from the gasifiers are cleaned in this way. For cleaning purposes, the steam is particularly preferably heated to a higher temperature than in an operating state or during working operation. The temperature of the steam used for cleaning is preferably between 150°C and 800°C, preferably between 150°C and 600°C and particularly preferably between 200°C and 500°C.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Leitungsrohre für das Synthesegas und/oder die Leitungsrohre zur Zuführung des Wasserdampfs aus Edelstahl hergestellt.In a further preferred embodiment, the lines for the synthesis gas and/or the lines for supplying the steam are made of stainless steel.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird wenigstens zeitweise und bevorzugt während des Arbeitsbetriebs eine für den Arbeitsbetrieb charakteristische Prozessgröße gemessen und auf Basis dieser Prozessgröße wird ein Reinigungsbetrieb eingeleitet. Dies bedeutet, dass eine bestimmte Prozessgröße gemessen wird und falls diese bevorzugt einen bestimmten Schwellwert oder über- oder unterschreitet wird eine Reinigung der Vergasereinrichtung ausgelöst.In a preferred method, a process variable that is characteristic of the work operation is measured at least at times and preferably during the work operation, and a cleaning operation is initiated on the basis of this process variable. This means that a specific process variable is measured and if this preferably exceeds or falls below a specific threshold value, cleaning of the gasification device is triggered.

Bevorzugt handelt es sich bei der Prozessgröße um einen Druck und insbesondere einen Druck des Synthesegases. Bevorzugt wird dieser Druck kontinuierlich gemessen und besonders bevorzugt auch über einen längeren Zeitraum hinweg gemessen. Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Druck des Synthesegases an mehreren Positionen der Vorrichtung gemessen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Druck des Synthesegases mittels redundant vorhandenen Messeinrichtungen gemessen.The process variable is preferably a pressure and in particular a pressure of the synthesis gas. This pressure is preferably measured continuously and particularly preferably also measured over a longer period of time. In a preferred method, the pressure of the synthesis gas is measured at several positions in the device. In a further preferred method, the pressure of the synthesis gas is measured using redundant measuring devices.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden weitere Bestandteile der Vorrichtung gereinigt, wobei bevorzugt diese Bestandteile aus einer Gruppe von Bestandteilen ausgewählt sind, welche Ventile, Rohreinrichtungen, Wärmetauscher, Kühler, Filtereinrichtungen und dergleichen enthält.In a further preferred method, further components of the device are cleaned, with these components preferably being selected from a group of components which includes valves, piping devices, heat exchangers, coolers, filter devices and the like.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung vor oder während des Reinigungsprozesses aus der Vorrichtung entfernt.In another preferred method, components of the device before or after removed from the device during the cleaning process.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Vorrichtung wenigstens zeitweise mit einem weiteren Reinigungsmedium, welches sich von dem oben erwähnten ersten Reinigungsmedium unterscheidet gereinigt und/oder gespült.In a further preferred method, the device is at least temporarily cleaned and/or rinsed with a further cleaning medium which differs from the above-mentioned first cleaning medium.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden wenigstens zeitweise während des Reinigungsbetriebs Ventile der Vorrichtung geschaltet, um eine Reinigung von unterschiedlichen Bestandteilen der Vorrichtung durchzuführen. So ist es beispielsweise möglich, dass durch eine entsprechende Schaltung unterschiedliche Wärmetauscher oder unterschiedliche Kühlaggregate gereinigt werden.In a further preferred method, valves of the device are switched at least temporarily during the cleaning operation in order to carry out cleaning of different components of the device. It is thus possible, for example, for different heat exchangers or different cooling units to be cleaned by means of a corresponding circuit.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung manuell gereinigt. So ist es beispielsweise möglich, dass bestimmte Bestandteile der Vorrichtung aus dieser entnommen werden und manuell gereinigt werden. Auch ist es möglich, dass beispielsweise Abdeckungen entfernt werden und anschließend eine insbesondere manuelle Reinigung vorgenommen wird. Daneben wäre es auch möglich, dass diese Bestandteile mittels eines zweiten Reinigungsmediums gereinigt werden.In a further preferred method, components of the device are cleaned manually. For example, it is possible for certain components of the device to be removed from the device and cleaned manually. It is also possible, for example, for covers to be removed and then, in particular, manual cleaning to be carried out. In addition, it would also be possible for these components to be cleaned using a second cleaning medium.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtungen umgangen oder gebypasst, während die Reinigung durchgeführt wird. So ist es möglich, dass einige Aggregate, beispielsweise die Kühlaggregate nicht mittels Wasserdampfs gereinigt werden.In another preferred method, components of the devices are bypassed or bypassed while the cleaning is performed. It is therefore possible that some units, for example the cooling units, are not cleaned using steam.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Verbrauch an Reinigungsmitteln, beispielsweise ein Verbrauch an Wasserdampf bestimmt. Besonders bevorzugt wird für jeden Reinigungsvorgang ein derartiger Verbrauch bestimmt. Auf diese Weise kann auf eine Effizienz des Reinigungsvorgangs geschlossen werden.In a further preferred method, consumption of cleaning agents, for example consumption of steam, is determined. Such consumption is particularly preferably determined for each cleaning process. In this way, conclusions can be drawn about the efficiency of the cleaning process.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtungen, beispielsweise des Vergasers während oder nach einem Reinigungsvorgang inspiziert. Dabei ist es möglich, dass die Vorrichtung eine Inspektionseinrichtung wie eine Kamera aufweist, welche diese Inspektion durchführt.In a further preferred method, components of the devices, for example the gasifier, are inspected during or after a cleaning process. It is possible for the device to have an inspection device such as a camera, which carries out this inspection.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung von Eis befreit und oder abgetaut. Dabei ist es denkbar, dass diese Bestandteile mit einem Abtaumittel beaufschlagt werden oder etwa elektrisch oder in anderer Weise erwärmt werden. Daneben kann die Entfernung von Eis auch mechanisch erfolgen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung elektrisch betriebene Erwärmungseinrichtungen auf, welche insbesondere dem Enteisen (insbesondere während eines Reinigungsvorgangs) dienen.In a further preferred method, components of the device are freed from ice and/or defrosted. It is conceivable that a defrosting agent is applied to these components or that they are heated, for example electrically or in some other way. In addition, the removal of ice can also be done mechanically. In a further preferred embodiment, the device has electrically operated heating devices which are used in particular for de-icing (in particular during a cleaning process).

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren nach einem Reinigungsbetrieb ein Wiederaufnahmebetrieb durchgeführt, um die Vorrichtung in den Arbeitsbetrieb zu überführen und bevorzugt im Rahmen dieses Wiederaufnahmebetriebs die Vorrichtung mit unterschiedlichen Prozessparametern betrieben wird als im Arbeitsbetrieb.In a further preferred method, after a cleaning operation, a resuming operation is carried out in order to convert the device into working operation and, within the scope of this resuming operation, the device is preferably operated with different process parameters than during working operation.

So ist es möglich, dass im Rahmen dieses Anfahrbetriebs zunächst Wasserdampf erzeugt und der Vergasereinrichtung zugeführt wird und anschließend die kohlenstoffhaltigen Produkte dem Vergaser zugeführt werden.It is thus possible that during this start-up operation, steam is first generated and fed to the gasification device and then the carbon-containing products are fed to the gasification device.

Vor der Inbetriebnahme der Anlage werden bevorzugt die genannten Leitungen und Komponenten auf eine Temperatur zwischen 50°C und 80°C vorgewärmt. Während der Inbetriebnahme steigt die Synthesegastemperatur und deswegen muss die Leistung der Begleitheizung auch steigen, so dass die Wandtemperatur immer die Synthesegastemperatur folgt.Before the plant is started up, the lines and components mentioned are preferably preheated to a temperature between 50.degree. C. and 80.degree. During start-up the synthesis gas temperature increases and therefore the heat tracing power must also increase so that the wall temperature always follows the synthesis gas temperature.

Bevorzugt wird der untere Teil des Reaktors 1 mit Kalk, Dolomit, alter Asche (falls vorhanden) oder ähnlichem Material gefüllt. In diesem Fall liefern die Regeneratoren 20 und 21 nur leicht überhitzten Wasserdampf, ca. 200°C bis 300°C, um den leeren (ohne Biomasse!) Reaktor 1, Zyklon 2, Partikelfilter 5 und Cracker 6 vorzuwärmen.Preferably, the lower part of the reactor 1 is filled with lime, dolomite, old ash (if any) or similar material. In this case, the regenerators 20 and 21 supply only slightly superheated steam, approx. 200°C to 300°C, in order to preheat the empty (without biomass!) reactor 1, cyclone 2, particle filter 5 and cracker 6.

Anschließend wird bevorzugt die Dampfzufuhr gestoppt und mit der Befüllung des Reaktors 1 begonnen. Wenn das Reaktor 1 ausreichend mit dem Brennstoff gefüllt ist, wird bevorzugt wieder mit dem Wasserdampfzufuhr begonnen, so dass erste Mengen an Synthesegas entstehen.The supply of steam is then preferably stopped and the filling of the reactor 1 is started. When the reactor 1 is sufficiently filled with the fuel, the supply of steam is preferably started again, so that the first amounts of synthesis gas are produced.

Bei einem bevorzugten Verfahren weist der zur Vergasung verwendete Wasserdampf eine Temperatur auf, die über 1000°C liegt um eine allotherme Vergasung bzw. Dampfreformierung zu erreichen. Bevorzugt liegt die Temperatur oberhalb von 1200°C und besonders bevorzugt oberhalb von 1400°C. Unter einer allothermen Vergasung wird insbesondere verstanden, dass der Wärmeeintrag von außen kommt.In a preferred process, the steam used for gasification has a temperature above 1000° C. in order to achieve allothermal gasification or steam reforming. The temperature is preferably above 1200°C and particularly preferably above 1400°C. Allothermic gasification means in particular that the heat input comes from outside.

Auf diese Weise ist es möglich, dass die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher ist als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen.In this way it is possible that the chemical energy of the synthesis gas at the gasifier outlet is higher than the chemical energy of the fuel at the inlet. This increase in energy can be up to 130% and more.

Bevorzugt teilt sich das hier beschriebene Verfahren in wenigstens zwei Prozessschritte auf, wobei zunächst eine allotherme Vergasung des Rohstoffes (wie Biomasse und beispielsweise Holz oder Stroh) mit Wasserdampf, welches als Vergasungsmittel und Energieträger dient, vorgenommen wird. In dem anschließenden Reinigungsprozess wird eine Reinigung des Gases insbesondere von Staub und Teer und bevorzugt eine anschließende Rückführung dieser Stoffe in den Vergasungsprozess durchgeführt.The method described here is preferably divided into at least two process steps, with first an allothermic gasification of the raw material (such as biomass and, for example, wood or straw) with steam, which serves as a gasification agent and energy carrier, being carried out. In the subsequent cleaning process, the gas is cleaned, in particular to remove dust and tar, and preferably these substances are then returned to the gasification process.

Durch die Nutzung des so hoch überhitzten Dampfs als Vergasungsmittel und Energieträger erreicht man einen hohen Wasserdampfüberschuss in dem Vergaser. Dieser Überschuss liegt dabei bevorzugt stets über zwei, besonders bevorzugt über drei.By using the highly superheated steam as a gasification agent and energy carrier, a high excess of water vapor is achieved in the gasifier. This excess is preferably always more than two, particularly preferably more than three.

Dabei kann Wasserdampfüberschuss als die Dampfmenge durch Biomasseinput definiert werden. In diesem Fall liegt der Wasserdampfüberschuss bevorzugt >1, besonders bevorzugt >2 (z.B. Masse Wasserdampf durch Masse Biomasse). Durch diesen Dampfüberschuss wird erreicht, dass einerseits die Bildung von Teer reduziert ist und andererseits auch die anfallenden Teere deutlich kurzkettiger und damit dünnflüssiger sind als im Falle einer Vergasung ohne Dampfüberschuss. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen.Excess water vapor can be defined as the amount of steam from biomass input. In this case, the water vapor excess is preferably >1, particularly preferably >2 (e.g. mass of water vapor divided by mass of biomass). This excess steam means that, on the one hand, the formation of tar is reduced and, on the other hand, the tars produced are significantly shorter-chained and therefore less viscous than in the case of gasification without excess steam. The chemical energy of the synthesis gas at the gasifier outlet is preferably higher than the chemical energy of the fuel at the inlet. This increase in energy can be up to 130% and more.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird dem Vergaser gemeinsam mit dem Wasserdampf ein weiteres gasförmiges Medium zugeführt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Sauerstoff oder Luft, welche gemeinsam mit dem Wasserdampf auf die Temperatur des Wasserdampfs erhitzt und dem Vergaser zugeführt werden. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren liegt die höchste Temperatur innerhalb des Vergasers stets über dem Ascheschmelzpunkt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Asche im flüssigen Zustand ausgetragen wird. Bevorzugt wird jedoch Asche in fester Form ausgetragen.In a further preferred method, a further gaseous medium is fed to the gasifier together with the steam. This is preferably oxygen or air, which is heated together with the water vapor to the temperature of the water vapor and fed to the gasifier. In another preferred method, the highest temperature within the gasifier is always above the ash melting point. In this way it can be achieved that ash is discharged in the liquid state. However, ash is preferably discharged in solid form.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Vergaser um einen Festbettgegenstromvergaser. Grundsätzlich können verschiedene Vergasertypen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Der besondere Vorteil eines Gegenstromfestbettvergasers besteht jedoch darin, dass sich innerhalb dieses Reaktors einzelne Zonen herausbilden, in denen unterschiedliche Temperaturen und somit unterschiedliche Prozesse auftreten. Die unterschiedlichen Temperaturen beruhen darauf, dass die jeweiligen Prozesse stark endotherm sind und die Wärme nur von unten kommt.The gasifier is preferably a fixed-bed countercurrent gasifier. In principle, different types of gasifiers according to the state of the art can be used. However, the particular advantage of a countercurrent fixed-bed gasifier is that individual zones are formed within this reactor, in which different temperatures and thus different processes occur. The different temperatures are based on the fact that the respective processes are strongly endothermic and the heat only comes from below.

Auf diese Weise nutzt man in besonders vorteilhafter Weise die sehr hohen Dampftemperaturen aus. Da die höchsten Dampftemperaturen in der Eintrittszone des Vergasungsmittels herrschen, ist es möglich, immer die Bedingungen für einen flüssigen Ascheaustrag herzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Biomassevergasung, weil dort die Ascheschmelzpunkte sehr stark in Abhängigkeit von der Brennstoffsorte und der Bodeneigenschaften abweichen.In this way, the very high steam temperatures are used in a particularly advantageous manner. Since the highest vapor temperatures prevail in the inlet zone of the gasification agent, it is always possible to create the conditions for a liquid ash discharge. This is particularly advantageous in the case of biomass gasification, because there the ash melting points vary greatly depending on the type of fuel and the soil properties.

Bevorzugt wird eine Kontrolle der Dampftemperatur vorgenommen. Auf diese Weise kann eine Sinterung der Asche verhindert werden. Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Zugabe oder Zumischung von Kalk. Dies ist insbesondere bei anderen Brennstoffen möglich.The steam temperature is preferably checked. In this way, sintering of the ash can be prevented. In a preferred method, lime is added or admixed. This is particularly possible with other fuels.

Bei einem vorteilhaften Verfahren wird aus dem Synthesegas Teer abgeschieden und bevorzugt wird wenigstens ein Anteil dieses Teers dem Vergasungsprozess wieder zugeführt. Besonders bevorzugt wird der Teer einer Hochtemperaturzone eines Regenerators injiziert. Bevorzugt wird dieser Regenerator verwendet, um Wasserdampf zu erzeugen. Bevorzugt wird der Teer daher dem Wasserdampferzeugungsprozess zugeführt.In an advantageous method, tar is separated from the synthesis gas and preferably at least a portion of this tar is returned to the gasification process. The tar is particularly preferably injected into a high-temperature zone of a regenerator. This regenerator is preferably used to generate steam. The tar is therefore preferably fed to the steam generation process.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird das Synthesegas in einem ersten Kühlschritt gekühlt und bei dieser Kühlung entstehende Wärmeenergie wird bevorzugt zur Überhitzung oder Erzeugung von Wasserdampf verwendet. Bevorzugt erfolgt dieses Kühlen mittels eines Wärmetauschers und die entsprechend abgeführte Wärmeenergie wird besonders bevorzugt dem Verdampfungsprozess zugeführt.In a further advantageous method, the synthesis gas is cooled in a first cooling step, and thermal energy produced during this cooling is preferably used for overheating or for generating steam. This cooling preferably takes place by means of a heat exchanger and the correspondingly dissipated thermal energy is particularly preferably supplied to the evaporation process.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Trocknung und/oder Abscheidung von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen. Dies kann beispielsweise in Verbindung mit einem Kühlprozess durchgeführt werden.In a further preferred method, drying and/or separation of volatile hydrocarbons takes place. This can be carried out, for example, in connection with a cooling process.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt wird das Synthesegas in einem weiteren insbesondere einem auf den ersten Kühlschritt folgenden Kühlschritt gekühlt, wobei bevorzugt für diesen weiteren Kühlschritt eine Kühleinrichtung verwendet wird, in der Temperaturen herrschen, die unter 50°, bevorzugt unter 40°, bevorzugt unter 30° und besonders bevorzugt unter 20° vorherrschen.In a further preferred process step, the synthesis gas is cooled in a further cooling step, in particular a cooling step following the first cooling step, with preference being given to using a cooling device for this further cooling step in which temperatures are below 50°, preferably below 40°, preferably below 30 ° and more preferably below 20 ° prevail.

Besonders bevorzugt wird in dem zweiten Kühlschritt ein sog. Kryokühler verwendet. Dieser erlaubt bevorzugt eine vollständige Trocknung des Synthesegases. Besonders bevorzugt wird das Synthesegas auf eine Temperatur abgekühlt, die unter 50°, bevorzugt unter 40°, bevorzugt unter 30°, bevorzugt unter 20°, bevorzugt unter 10° und bevorzugt unter 5° und besonders bevorzugt unter 0° liegt.A so-called cryocooler is particularly preferably used in the second cooling step. This preferably allows complete drying of the synthesis gas. The synthesis gas is particularly preferably cooled to a temperature below 50°, preferably below 40°, preferably below 30°, before preferably below 20°, preferably below 10° and preferably below 5° and particularly preferably below 0°.

Für den Cryo-Cooler bzw. Kryokühler ist es vorteilhaft die Vorrichtungen und Verfahren zu verwenden, die teilweise in der DE 10 2014 112 401 A1 beschrieben wurden. Der Offenbarungsgehalt der DE 10 2014 112 401 A1 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Vorrichtungen und Verfahren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Lösung.For the cryo-cooler or cryo-cooler, it is advantageous to use the devices and methods that are partially in the DE 10 2014 112 401 A1 have been described. The revelation of the DE 10 2014 112 401 A1 is hereby fully incorporated by reference into the disclosure herein. The use of such devices and methods leads to a more efficient solution compared to the prior art.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zum Kühlen ein Kryokühler verwendet und dieser Kryokühler weist besonders bevorzugt wenigstens zwei wechselwirkende Regenerationseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt sind diese Regenerationseinrichtungen derart gestaltet, dass das Synthesegas diese nacheinander durchläuft.In a particularly preferred embodiment, a cryocooler is used for cooling and this cryocooler particularly preferably has at least two interacting regeneration devices. These regeneration devices are particularly preferably designed in such a way that the synthesis gas runs through them one after the other.

Besonders bevorzugt wird wenigstens zeitweise zunächst eine ersten Regenerationseinrichtung und anschließen eine zweite Regenerationseinrichtung (von dem Synthesegas) durchlaufen und wenigstens zeitweise wird zunächst die zweite Regenerationseinrichtung und anschließend die erste Regenerationseinrichtung (von dem Synthesegas) durchlaufen.Particularly preferably, a first regeneration device and then a second regeneration device (of the synthesis gas) are passed through at least temporarily, and first the second regeneration device and then the first regeneration device (of the synthesis gas) are passed through at least temporarily.

Besonders bevorzugt ist dieser zweiten Kühleinrichtung und/oder dem zweiten Kühlprozess eine Kälteanlage vorgeschaltet. Auf diese Weise können die hier vorteilhaften niedrigen Temperaturen des Synthesegases erreicht werden.A refrigeration system is particularly preferably connected upstream of this second cooling device and/or the second cooling process. In this way, the low temperatures of the synthesis gas that are advantageous here can be achieved.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Filterung des gekühlten Synthesegases vorgenommen, wobei hierzu bevorzugt eine Filtereinrichtung verwendet wird und insbesondere eine Kohlefiltereinrichtung und/oder eine Zinkoxidfiltereinrichtung und/oder ein dotiertes Kohlefilter. Bevorzugt werden mehrere dieser Filtereinrichtungen verwendet. Besonders bevorzugt erfolgt diese Filterung nach einem Kühlen des Synthesegases und insbesondere nach dem oben beschriebenen zweistufigen Kühlprozess.In a preferred method, the cooled synthesis gas is filtered, a filter device preferably being used for this purpose and in particular a carbon filter device and/or a zinc oxide filter device and/or a doped carbon filter. Several of these filter devices are preferably used. This filtering is particularly preferably carried out after the synthesis gas has been cooled and in particular after the two-stage cooling process described above.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der gereinigte und abgekühlte Wasserstoff komprimiert und insbesondere mit einem Druck von wenigstens 100 bar, bevorzugt wenigstens 200 bar und bevorzugt wenigstens 300 bar und bevorzugt wenigstens 350 bar komprimiert. Bevorzugt wird in diesem komprimierten Zustand der Wasserstoff abgeführt. Besonders bevorzugt wird hierzu ein Kompressor verwendet. Das so komprimierte Wasserstoffgas kann anschließend verwendet werden.In a further preferred method, the cleaned and cooled hydrogen is compressed and in particular compressed with a pressure of at least 100 bar, preferably at least 200 bar and preferably at least 300 bar and preferably at least 350 bar. The hydrogen is preferably removed in this compressed state. A compressor is particularly preferably used for this purpose. The hydrogen gas thus compressed can then be used.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Synthesegas vor der PSA - Anlage komprimiert. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt danach ein weiteres Verdichten des separierten Wasserstoffes.In another preferred method, the synthesis gas is compressed before the PSA plant. In a further preferred method, the separated hydrogen is then further compressed.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Abtrennung von Wasserstoff und anderen Gasen insbesondere mittels einer Abtrennvorrichtung, wobei hierzu bevorzugt eine PSA-Anlage verwendet wird.In a further preferred method, hydrogen and other gases are separated off, in particular by means of a separating device, a PSA system preferably being used for this purpose.

Besonders bevorzugt wird ein Abgas aus der Abtrennungseinrichtung verwendet, um Wasserdampf zu erzeugen und/oder zu erhitzen. Bei diesem verwendeten Gas kann es sich wiederum um Wasserstoff handeln. Es wäre jedoch auch die Verwendung anderer Gase denkbar wie beispielsweise von Methan.A waste gas from the separation device is particularly preferably used in order to generate and/or heat steam. This gas used can in turn be hydrogen. However, the use of other gases, such as methane, would also be conceivable.

So ist es möglich, dass das Abgas (Tailgas bzw. Offgas) aus der PSA-Anlage verwendet wird, welche Gase wie CO, CO2, CH4 und eine kleine Menge an ungenutzten Wasserstoffen enthält. Diese Gase haben noch einen ausreichenden chemischen Inhalt (bzw. Heizwert) bzw. einen ausreichenden Inhalt von chemischer Energie. Diese Energie wird bevorzugt genutzt, um wiederum Wasserdampf zu erzeugen.It is thus possible that the waste gas (tail gas or offgas) from the PSA plant is used, which contains gases such as CO, CO 2 , CH 4 and a small amount of unused hydrogen. These gases still have sufficient chemical content (or calorific value) or sufficient chemical energy content. This energy is preferably used to generate steam again.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden die kohlestoffhaltigen Rohstoffe vor ihrer Vergasung getrocknet. Bevorzugt wird für diese Trocknung ein Verbrennungsgas, bzw. die Verbrennungsgase aus wenigstens einem Regenerator verwendet. Bevorzugt weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche oberhalb der Sattdampftemperatur liegt und bevorzugt zwischen 20K und 50K über dieser Sattdampftemperatur liegt. Bei einem bevorzugten Verfahren weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche bei mehr als 120°C bevorzugt bei mehr als 150°C und besonders bevorzugt bei mehr als 170°C liegt. Bevorzugt weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche bei weniger als 400°C, bevorzugt bei weniger als 350°C und bevorzugt bei weniger als 300°C liegt.In a preferred method, the carbonaceous feedstocks are dried prior to being gasified. A combustion gas, or the combustion gases from at least one regenerator, is preferably used for this drying. This combustion gas preferably has a temperature which is above the saturated steam temperature and is preferably between 20K and 50K above this saturated steam temperature. In a preferred method, this combustion gas has a temperature which is more than 120°C, preferably more than 150°C and particularly preferably more than 170°C. This combustion gas preferably has a temperature which is less than 400°C, preferably less than 350°C and preferably less than 300°C.

Bevorzugt werden die Rohstoffe mittels einer Fördereinrichtung zu dem Vergaser gefördert. Besonders bevorzugt ist diese Fördereinrichtung aus einer Gruppe von Fördereinrichtungen ausgewählt, welche Förderschnecken, Vibrorinnen, Biomasseschleusen und dergleichen enthältThe raw materials are preferably conveyed to the gasifier by means of a conveying device. This conveying device is particularly preferably selected from a group of conveying devices which contains screw conveyors, vibrating channels, biomass locks and the like

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Reinigung des Synthesegases mittels eines thermischen Crackers. Bevorzugt werden hierzu wenigstens zwei wechselwirkende Regenerationseinrichtungen verwendet. Besonders bevorzugt wird bei diesem Verfahren dem Cracker Sauerstoff für eine zusätzliche Verbrennung zugeführt. Insbesondere erfolgt hier eine Oxidation von Wasserstoff, es können aber auch andere Bestandteile des Synthesegases oxidiert werden, wie etwa CH4 oder CO, was insbesondere auch von der Temperatur, der Verweilzeit und dem chemischen Gleichgewicht abhängt.In a further preferred method, the synthesis gas is cleaned by means of a thermal cracker. At least two interacting regeneration devices are preferably used for this purpose. Oxygen is particularly preferred in the cracker in this process supplied for additional combustion. In particular, hydrogen is oxidized here, but other components of the synthesis gas can also be oxidized, such as CH 4 or CO, which also depends in particular on the temperature, the residence time and the chemical equilibrium.

Bevorzugt weist eine entsprechende Vorrichtung zum Cracken von Gasen eine Zuführleitung für ein kohlenstoffhaltiges Gas auf, mittels welcher das Gas einem ersten Wärmetauscher mit einer Schüttung einer thermischen Speichermasse zuleitbar ist.A corresponding device for cracking gases preferably has a feed line for a carbon-containing gas, by means of which the gas can be fed to a first heat exchanger with a bed of a thermal storage mass.

Bevorzugt handelt es sich bei der Speichermasse um Alumina bzw. Aluminiumoxid (Al2O3). Bevorzugt werden Kugeln aus Aluminiumoxid eingesetzt, welche bevorzugt einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 2mm und 20 mm liegt.The storage mass is preferably alumina or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Aluminum oxide balls are preferably used, which preferably have a diameter of between 2 mm and 20 mm.

Daneben können (insbesondere bei niedrigeren Temperaturen auch Schüttungen aus naturbelassenen Materialien wie Kalk, Dolomit oder Olivin verwendet werden.In addition, fills made of natural materials such as lime, dolomite or olivine can also be used (particularly at lower temperatures).

Dabei wird besonders bevorzugt ein thermischer Cracker eingesetzt, der durch sehr hohe Temperaturen, besonders vorteilhaft zwischen 800°C und 1400°C und bevorzugt auch durch die Zufuhr einer kleinen Menge Sauerstoffs oder Luft die Restteere in kurzkettige Molekülstrukturen aufbricht. Bei diesem sogenannten thermischen Cracking wird das Synthesegas damit auf eine sehr hohe Temperatur gebracht, wodurch die langkettigen Molekülstrukturen aufgebrochen werden. Gleichzeitig wird durch diesen Vorgang die restliche Staubmenge entfernt. (Zusätzliche Energie ist bevorzugt vorgesehen, um Reaktionswärme beim Cracking-Prozess zu decken)A thermal cracker is particularly preferably used, which breaks up the residual tars into short-chain molecular structures by means of very high temperatures, particularly advantageously between 800° C. and 1400° C. and preferably also by supplying a small amount of oxygen or air. In this so-called thermal cracking, the synthesis gas is brought to a very high temperature, which breaks down the long-chain molecular structures. At the same time, this process removes the remaining amount of dust. (Additional energy is preferably provided to cover heat of reaction in the cracking process)

Bevorzugt wird das Synthesegas in dem Cracker zunächst erwärmt und anschließend wieder abgekühlt. Bevorzugt weichen dabei die Temperaturdifferenzen bei der Erwärmung und bei der anschließenden Abkühlung mit nicht mehr als 40°, bevorzugt um nicht mehr als 30°, bevorzugt um nicht mehr als 20° und besonders bevorzugt um nicht mehr als 10° voneinander ab.The synthesis gas is preferably first heated in the cracker and then cooled again. The temperature differences during the heating and during the subsequent cooling preferably deviate from one another by no more than 40°, preferably by no more than 30°, preferably by no more than 20° and particularly preferably by no more than 10°.

Bei einem weiteren Verfahren wird das Synthesegas mittels eines Zyklons (Fliehkraftabscheider) nur von Staub befreit, so dass die Teere weiterhin im Synthesegas bleiben. (Staub und Teere werden bevorzugt im Zyklon teilweise abgeschieden) Dies wird bevorzugt durch elektrische Begleitheizungen gewährleistet, mit denen die Rohrleitungen und der Zyklon auf Temperaturen oberhalb der Kondensierungstemperatur der Teere gehalten werden. Die restlichen Teere werden in einem Kondensator gemeinsam mit dem Wasser aus dem Synthesegas entfernt. Dieses „Teerwasser“ bildet eine pumpfähige Suspension, welches verdampft, überhitzt und in den Vergasungsprozess zurück gebracht wird.In another process, the synthesis gas is only freed from dust by means of a cyclone (centrifugal separator), so that the tars remain in the synthesis gas. (Dust and tars are preferably partially separated in the cyclone). This is preferably ensured by electrical trace heating, with which the pipelines and the cyclone are kept at temperatures above the condensation temperature of the tars. The remaining tars are removed from the syngas together with the water in a condenser. This "tar water" forms a pumpable suspension, which evaporates, overheats and is returned to the gasification process.

Im nachfolgenden wird die Bearbeitung des Synthesegases genauer beschrieben.The processing of the synthesis gas is described in more detail below.

Bevorzugt ist eine in Strömungsrichtung des Gases nachfolgend angeordnete ersten Brennkammer vorgesehen, die insbesondere eine regelbare Zuführeinrichtung für ein anderes, sauerstoffhaltiges Gas aufweist, mittels welcher (insbesondere durch unterstöchiometrische Sauerstoffzufuhr) eine partielle Oxidation des kohlenstoffhaltigen Gases erfolgt.A first combustion chamber arranged downstream in the flow direction of the gas is preferably provided, which in particular has a controllable supply device for another, oxygen-containing gas, by means of which partial oxidation of the carbon-containing gas takes place (in particular through substoichiometric oxygen supply).

Weiterhin ist bevorzugt ein in Strömungsrichtung des Gases der ersten Brennkammer nachfolgend angeordneter Reaktor vorgesehen, der eine Schüttung eines eventuell katalytisch wirkenden Materials zur katalytischen Spaltung von Verunreinigungen des kohlenstoffhaltigen Gases aufweist.Furthermore, a reactor arranged downstream of the first combustion chamber in the direction of flow of the gas is preferably provided, which has a bed of a possibly catalytically active material for the catalytic cracking of impurities in the carbon-containing gas.

Besonders bevorzugt ist in Strömungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Gases diesem Reaktor nachfolgend eine zweite Brennkammer mit einer insbesondere regelbaren Zuführeinrichtung für ein sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen, mittels welcher durch (insbesondere unterstöchiometrische) Sauerstoffzufuhr eine partielle Oxidation des katalytisch aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Gases erfolgt, und dieser Brennkammer ist bevorzugt in Strömungsrichtung des Gases nachfolgend ein zweiter Wärmetauscher mit einer Schüttung einer thermischen Speichermasse angeordnet, wobei besonders bevorzugt die Strömungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Gases zumindest in einem Bereich umkehrbar ist, der den ersten und zweiten Wärmetauscher, die erste und zweite Brennkammer und den Reaktor einschließt.A second combustion chamber is particularly preferably provided downstream of this reactor in the direction of flow of the carbon-containing gas, with an in particular controllable supply device for an oxygen-containing gas, by means of which partial oxidation of the catalytically processed carbon-containing gas takes place through (in particular substoichiometric) oxygen supply, and this combustion chamber is preferably in the flow direction of the gas, a second heat exchanger with a bed of a thermal storage mass is subsequently arranged, with the flow direction of the carbon-containing gas being particularly preferably reversible at least in a region which includes the first and second heat exchanger, the first and second combustion chamber and the reactor.

Für den thermischen Cracker ist es vorteilhaft die Vorrichtungen und Verfahren zu verwenden, die teilweise in der DE 10 2012 111 900 A1 , DE 10 2012 111 894 A1 , oder der EP 2 928 991 A1 beschrieben wurden. Der Offenbarungsgehalt der erwähnten Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Vorrichtungen und Verfahren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Lösung.For the thermal cracker, it is advantageous to use the devices and methods that are partially in the DE 10 2012 111 900 A1 , DE 10 2012 111 894 A1 , or the EP 2 928 991 A1 have been described. The disclosure content of the publications mentioned is hereby fully incorporated by reference into the present disclosure. The use of such devices and methods leads to a more efficient solution compared to the prior art.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung bzw. Dampfreformierung von kohlestoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlestoffhaltigen Produkte auf. Daneben weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung auf, welche erhitzten Wasserdampf in die Vergasereinrichtung einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des wasserstoffenthaltenden bei der Vergasung entstandenen Synthesegases auf, wobei die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Rückgewinnungseinrichtung auf, um für die Wasserstofferzeugung nicht mehr brauchbare Energie für die Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf wieder zu nutzen. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes am Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Bevorzugt beträgt dieser Energiezuwachs wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20% und bevorzugt wenigstens 40% und besonders bevorzugt wenigstens 50% und besonders bevorzugt wenigstens 60%.The present invention is also directed to a device for the conversion or steam reforming of raw materials containing carbon and in particular of biomass into hydrogen. This has a gasification device for gasifying the carbonaceous products. In addition, the device has a feed device which introduces heated steam into the gasification device in order to use it for gasification. Furthermore, the device has a cleaning device for cleaning the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification, the gasification being an allothermic gasification and the heated steam being used both as a gasifying agent and as a heat transfer medium for the gasification. According to the invention, the device has a recovery device in order to reuse energy that is no longer usable for the production of hydrogen for the production and overheating of steam. The chemical energy of the synthesis gas at the gasifier outlet is preferably higher than the chemical energy of the fuel at the inlet. This increase in energy can be up to 130% and more. This energy increase is preferably at least 10%, preferably at least 20% and preferably at least 40% and particularly preferably at least 50% and particularly preferably at least 60%.

Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine Erhitzungseinrichtung zum Erhitzen von Wasserdampf auf. Insbesondere weist die Vorrichtung wenigstens zwei und besonders bevorzugt wenigstens drei wechselwirkende Regeneratoren auf.The device particularly preferably has a heating device for heating steam. In particular, the device has at least two and particularly preferably at least three interacting regenerators.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese Vorrichtung weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe auf, sowie eine Zuführeinrichtung, welche erhitzten Wasserdampf in den Vergaser einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin ist eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstehenden Synthesegases vorgesehen, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und bevorzugt der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.The present invention is further directed to a device for converting carbonaceous raw materials and in particular biomass into hydrogen. This device has a gasification device for the gasification of the carbonaceous raw materials, as well as a feed device which introduces heated steam into the gasifier in order to use it for gasification. Furthermore, a cleaning device for cleaning the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification is provided, the gasification preferably being an allothermal gasification and the heated steam preferably being used both as a gasification medium and as a heat transfer medium for the gasification.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Umwandlungsprozesses auf und weiterhin weist die Vorrichtung wenigstens eine erste Sensoreinrichtung zur Erfassung eines ersten für den Umwandlungsprozess charakteristischen Messwert und wenigstens eine zweite Sensoreinrichtungen zur Erfassung eines zweiten für den Umwandlungsprozess charakteristischen Messwert auf, und die Steuerungseinrichtung steuert den Umwandlungsprozess sowohl auf Basis des ersten als auch auf Basis des zweiten Messwerts.According to the invention, the device has a control device for controlling the conversion process and the device also has at least one first sensor device for detecting a first measured value characteristic of the conversion process and at least one second sensor device for detecting a second measured value characteristic of the conversion process, and the control device controls the Conversion process based on both the first and the second measurement value.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe auf, sowie eine Zuführeinrichtung, welche erhitzten Wasserdampf in die Vergasereinrichtung einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstandenen Synthesegases auf, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und bevorzugt der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.The present invention is further directed to a device for converting carbonaceous raw materials and in particular biomass into hydrogen. This has a gasification device for gasifying the carbonaceous raw materials, as well as a feed device which introduces heated steam into the gasification device in order to use it for gasification. Furthermore, the device has a cleaning device for cleaning the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification, the gasification preferably being an allothermal gasification and the heated steam preferably being used both as a gasification medium and as a heat transfer medium for the gasification.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Reinigungsbetrieb zum Reinigen von Bestandteilen der Vorrichtung und insbesondere des Vergasers auf oder ermöglicht diesen, wobei im Rahmen dieses Reinigungsbetriebs diese Bestandteile mit einem fließfähigen Reinigungsmedium und insbesondere mit Wasserdampf reinigbar sind.According to the invention, the device has or enables a cleaning operation for cleaning components of the device and in particular the carburetor, wherein these components can be cleaned with a free-flowing cleaning medium and in particular with steam during this cleaning operation.

Bei einer weiteren (alternativen oder zusätzlichen) erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Messeinrichtungen auf, welche eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe messen und es ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Vorrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe steuert.In a further (alternative or additional) embodiment according to the invention, the device has at least two different measuring devices, which measure a variable characteristic of the conversion process, and a control device is provided, which controls the device taking this characteristic variable into account.

Es wird also auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Messeinrichtungen für den Umwandlungsprozess charakteristische Messwerte aufnehmen und unter Berücksichtigung dieser Messwerte die Steuerung der Vorrichtung erfolgt. Bevorzugt sind die Messeinrichtungen dazu geeignet und bestimmt, die Messwerte kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum hinweg aufzunehmen.It is therefore also proposed within the scope of the device according to the invention that at least two measuring devices record measured values that are characteristic of the conversion process and that the device is controlled taking these measured values into account. The measuring devices are preferably suitable and intended for recording the measured values continuously over a specific period of time.

Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens vier Temperaturmesseinrichtungen zur Bestimmung von Temperaturen der Vergasereinrichtung aufweist sowie wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Bestimmung einer Temperatur des Synthesegases.The device preferably has at least four temperature measuring devices for determining temperatures of the gasification device and at least one temperature measuring device for determining a temperature of the synthesis gas.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Analyseeinrichtung zur Analyse des Synthesegases hinsichtlich seiner Bestandteile auf.In a further preferred embodiment, the device has an analysis device for analyzing the synthesis gas with regard to its components.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Synthesegases auf.In a further preferred embodiment, the device has a detection device for detecting an oxygen content of the synthesis gas.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zur Förderung der kohlenstoffhalten Produkte auf und bevorzugt steuert die Steuerungseinrichtung diese Fördereinrichtung unter Berücksichtigung der genannten Messwerte.The device preferably has a conveying device for conveying the carbonaceous products, and the control device preferably controls this conveying device taking into account the measured values mentioned.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Erwärmungseinrichtung zur Überhitzung von Wasserdampf auf und bevorzugt wird auch diese Erwärmungseinrichtung in Abhängigkeit von gemessenen Messwerten gesteuert und geregeltThe device preferably has a heating device for superheating steam, and this heating device is preferably also controlled and regulated as a function of measured values

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine und bevorzugt wenigstens zwei Kühleinrichtungen zum Kühlen von wasserstoffenthaltenden Synthesegasen auf. Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei Kühleinrichtungen zum Kühlen des wasserstoffenthaltenden Synthesegases vorgesehen, die bevorzugt in der Strömungsrichtung des Synthesegases hintereinander angeordnet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Kryo-Kühler handeln.In a further advantageous embodiment, the device has at least one and preferably at least two cooling devices for cooling synthesis gases containing hydrogen. At least two cooling devices are particularly preferably provided for cooling the hydrogen-containing synthesis gas, which are preferably arranged one behind the other in the direction of flow of the synthesis gas. This can be a cryocooler, for example.

Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens eine Erzeugungseinrichtung und bevorzugt wenigstens zwei Erzeugungseinrichtungen zum Erzeugen von Wasserdampf auf. Bevorzugt handelt es sich bei der Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen und insbesondere zum Überhitzen von Wasserdampf um einen Rekuperator und besonders bevorzugt um einen Schüttgutregenerator.The device preferably has at least one generating device and preferably at least two generating devices for generating steam. The generating device for generating and in particular for superheating steam is preferably a recuperator and particularly preferably a bulk material regenerator.

Besonders bevorzugt weist dieser Schüttgutregenerator eine Wärmespeichermasse aus Schüttgut auf, welche innerhalb eines Behältnisses und welche besonders bevorzugt innerhalb zwei zueinander koaxialen zylinderförmigen Rosten angeordnet ist.This bulk material regenerator particularly preferably has a heat storage mass made of bulk material, which is arranged within a container and which is particularly preferably arranged within two cylindrical grates that are coaxial with one another.

Bevorzugt umgibt der innere dieser beiden Roste einen heißen Sammelraum für die heiße Gase. Um den äußeren zylinderförmigen Rost ist bevorzugt eine umlaufende Wandung angeordnet und besonders bevorzugt ist zwischen dem äußeren zylinderförmigen Rost und dieser Wandung ein Sammelraum für kalte Gase vorgesehen.The interior of these two grates preferably surrounds a hot collection space for the hot gases. A circumferential wall is preferably arranged around the outer cylindrical grate and a collecting space for cold gases is particularly preferably provided between the outer cylindrical grate and this wall.

Bevorzugt ist ein Anstieg des Druckverlustes während einer Heiz-Phase des Schüttgutregenerators mindestens mal so groß ist wie der Wert aus rho · g · H, wobei rho bzw. delta rho: die Gasdichte bei einer Temperatur von 20°C, g die Erdbeschleunigung und H die Höhe des Regenerators ist, und wobei bevorzugt Durchsatzleistung für das Gas mindestens 300 Nm3/h - m2 Fläche des heißen Rostes bei Normaldruck beträgt. 2An increase in the pressure loss during a heating phase of the bulk material regenerator is preferably at least times as large as the value from rho g H, where rho or delta rho: the gas density at a temperature of 20 ° C, g the acceleration due to gravity and H is the height of the regenerator, and the throughput capacity for the gas is preferably at least 300 Nm3/h - m2 of the area of the hot grate at normal pressure. 2

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Korngröße des Schüttgutes kleiner als 15 mm. Bevorzugt ist die Korngröße des Schüttguts größer als 2 mm.In a further preferred method, the grain size of the bulk material is less than 15 mm. The particle size of the bulk material is preferably greater than 2 mm.

Bevorzugt ist der äußere Durchmesser der ringförmigen Wärmespeichermasse höchstens doppelt so groß wie der innere Durchmesser. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Schüttgutregenerator mit einem Vormischbrenner beheizt.The outer diameter of the ring-shaped heat storage mass is preferably at most twice the inner diameter. In a further preferred embodiment, the bulk material regenerator is heated with a premix burner.

Ein Regenerator der hier beschriebenen Art eignet sich in besonderer Weise für die hier beschriebene Erzeugung von Wasserstoff.A regenerator of the type described here is particularly suitable for the generation of hydrogen described here.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Schüttgutregenerator eine Umwälzeinrichtung und/oder eine Umlauffördereinrichtung zum Umwälzen und/oder Umfödern von Schüttgut auf. Dabei kann, bevorzugt auch im laufenden Betrieb eine Umwälzung des Schüttguts ermöglicht werden. So wäre es möglich, dass Schüttgut aus einem ersten Bereich des Schüttgutregenerators abgefördert und einem anderen Bereich des Schüttgutregenerators zugeführt wird.In a preferred embodiment, at least one bulk material regenerator has a circulating device and/or a circulating conveyor device for circulating and/or re-conveying bulk material. A circulation of the bulk material can be made possible, preferably also during operation. It would thus be possible for bulk material to be conveyed away from a first area of the bulk material regenerator and fed to another area of the bulk material regenerator.

Bevorzugt erfolgt ein derartiges Umwälzen und/oder Umfördern des Schüttguts in vorgegebenen Zeiträumen, beispielsweise 1 - 2 mal pro TagSuch a tumbling and/or re-conveying of the bulk material preferably takes place in predetermined periods of time, for example 1-2 times per day

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, welche geeignet und bestimmt ist, eine Austragsmenge von Schüttgut aus dem Schüttgutregenerator zu bestimmen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Gewichtsmesseinrichtung handeln. Bevorzugt befindet sich während des Umwälzens und/oder Umlauffördern des Schüttguts ein vorgegebener Anteil des Schüttguts außerhalb einer aktiven Zone d.h. außerhalb einer Zone, in der das Schüttgut zum Erwärmen dient. Dieser Anteil liegt dabei bevorzugt zwischen 1 % und 2% der gesamten Menge an Schüttgut.The device preferably has a measuring device which is suitable and intended for determining a discharge quantity of bulk material from the bulk material regenerator. This can be a weight measuring device, for example. While the bulk material is being circulated and/or circulated, a predetermined proportion of the bulk material is preferably located outside an active zone, i.e. outside a zone in which the bulk material is used for heating. This proportion is preferably between 1% and 2% of the total amount of bulk material.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die oben beschriebene Sensoreinrichtung aus einer Gruppe von Sensoreinrichtungen ausgewählt, welche Temperaturmesseinrichtungen, Druckmesseinrichtungen, Feuchtigkeitsmesseinrichtungen, Drehmomentmesseinrichtungen, Durchflussmesseinrichtungen und dergleichen enthält. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung dazu geeignet und bestimmt, eine Temperatur des Wasserdampfs zu erfassen. Besonders bevorzugt sind die Messeinrichtungen wenigstens teilweise als Messsonden ausgebildet.In a further preferred embodiment, the sensor device described above is selected from a group of sensor devices which includes temperature measuring devices, pressure measuring devices, humidity measuring devices, torque measuring devices, flow measuring devices and the like. The sensor device is preferably suitable and intended for detecting a temperature of the water vapor. The measuring devices are particularly preferably designed at least partially as measuring probes.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung auf, welche die Bestandteile des Synthesegases bestimmt, insbesondere die Anteile unterschiedlicher Gase. Daneben ist bevorzugt auch eine Messeinrichtung vorgesehen, welche einen Sauerstoffanteil des Synthesegases bestimmt.In a further preferred embodiment, the device has a sensor device which determines the components of the synthesis gas, in particular the proportions of different gases. In addition, a measuring device is preferably also provided, which determines an oxygen content of the synthesis gas.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Messeinrichtungen wenigstens teilweise redundant angeordnet. So kann eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des Wasserdampfs oder einer Temperatur des Synthesegases redundant angeordnet sein, sodass bei Ausfall einer Messeinrichtung ein Betrieb weiter durchgeführt werden kann.In a preferred embodiment, measuring devices are arranged at least partially redundantly. Thus, a temperature measuring device for measuring a temperature of the water steam or a temperature of the synthesis gas can be arranged redundantly, so that operation can continue if a measuring device fails.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Zeitgeber auf, der zur Steuerung einzelner Anlagenteile geeignet und bestimmt ist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, welche angezeigte Messwerte anzeigt. Dabei ist es auch möglich, dass diese Anzeigeeinrichtung drahtlos mit den einzelnen Messeinrichtungen kommuniziert.In a preferred embodiment, the device has a timer which is suitable and intended for controlling individual parts of the plant. In a further preferred embodiment, the device has a display device which displays measured values that are displayed. It is also possible for this display device to communicate wirelessly with the individual measuring devices.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzeigeeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, von den Messeinrichtungen angezeigte Werte anzuzeigen. Dabei wird bevorzugt auch ein Messwert einer bestimmten Messeinrichtung zugeordnet. So ist es möglich, dass die Anzeigeeinrichtung eine Darstellung der vollständigen Anzeige zeigt und jeweils dargestellt wird, an welcher Stelle, welche Messwerte erfasst wurden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anzeigeeinrichtung tragbar ausgeführt, etwa in der Form eines tragbaren Touchscreens. Auf diese Weise kann der Bediener von unterschiedlichen Orten aus einer Überwachung und/oder Steuerung der Vorrichtung vornehmen.In a preferred embodiment, the display device is suitable and intended for displaying values displayed by the measuring devices. In this case, a measured value is preferably also assigned to a specific measuring device. It is thus possible for the display device to show a representation of the complete display and in each case to show which measured values were recorded at which point. In a preferred embodiment, the display device is portable, such as in the form of a portable touch screen. In this way, the operator can monitor and/or control the device from different locations.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Messeinrichtung eine Sendeeinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein gemessenes Signal drahtlos auszugeben. Bevorzugt ist diese Messeinrichtung und/oder die Sendeeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, zusätzlich zu dem Messwert auch eine Identifikation auszugeben, welche die Messeinrichtung insbesondere eindeutig identifiziert.In a further preferred embodiment, at least one measuring device has a transmission device which is suitable and intended for wirelessly outputting a measured signal. This measuring device and/or the transmitting device is/are preferably suitable and intended to output an identification in addition to the measured value, which in particular uniquely identifies the measuring device.

Bevorzugt ist wenigstens eine dieser Sensoreinrichtungen auswechselbar. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Bedienungseinrichtung auf, mittels derer ein Benutzer bestimmte Anlagenteile steuern oder regeln kann oder auf deren Steuerung oder Regelung einwirken kann. So ist es möglich, dass ein Benutzer selbsttätig Ventile einstellt oder auch die Zuführung von Biomasse an der Verdampfereinrichtung regelt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche einen Feuchtigkeitsgrad der zuzuführenden Biomasse misst. Daneben können auch Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, welche eine Temperatur der oben erwähnten Pebble-Heater bestimmen. Daneben kann auch eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, welche eine Temperaturmessung des bereits gekühlten Mediums, beispielsweise des gekühlten Wasserstoffs ermöglicht.At least one of these sensor devices is preferably exchangeable. In a further preferred embodiment, the device has an operating device, by means of which a user can control or regulate certain parts of the system or influence the control or regulation thereof. It is thus possible for a user to automatically adjust valves or regulate the supply of biomass to the evaporator device. In a further preferred embodiment, a sensor device is provided which measures the moisture content of the biomass to be supplied. In addition, sensor devices can also be provided which determine a temperature of the above-mentioned pebble heaters. In addition, a sensor device can also be provided which enables the temperature of the already cooled medium, for example the cooled hydrogen, to be measured.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, welche wenigstens einen Umgebungsparameter bestimmt. So kann beispielsweise eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen sein, welche eine Umgebungstemperatur misst oder eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Luftfeuchte oder eines Luftdrucks.In a further preferred embodiment, the device has at least one sensor device which determines at least one environmental parameter. For example, a temperature measuring device can be provided which measures an ambient temperature or a measuring device for determining air humidity or air pressure.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine von einer Antriebseinrichtung angetriebene Fördereinrichtung auf, welche die kohlenstoffhaltigen Produkte der Vergasereinrichtung zu fördert und diese Fördereinrichtung und/oder die Antriebseinrichtung wird bevorzugt in Abhängigkeit von wenigstens einem Messwert gesteuert.In a preferred embodiment, the device has a conveying device driven by a drive device, which conveys the carbonaceous products to the gasification device, and this conveying device and/or the drive device is preferably controlled as a function of at least one measured value.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vergasereinrichtung wenigstens zwei, bevorzugt mindestens drei und bevorzugt wenigstens vier Temperaturmesseinrichtungen auf, welche Temperaturen in unterschiedlichen Bereichen und/oder Zonen der Vergasereinrichtung messen. Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens fünf bevorzugt, wenigstens sechs derartige Temperaturmesseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt wird die Fördereinrichtung und/oder der Förderantrieb unter Berücksichtigung dieser Temperaturwerte gesteuert.In a preferred embodiment, the carburetor device has at least two, preferably at least three and preferably at least four temperature measuring devices, which measure temperatures in different areas and/or zones of the carburetor device. The device preferably has at least five, preferably at least six, such temperature measuring devices. The conveyor device and/or the conveyor drive is particularly preferably controlled taking these temperature values into account.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine und bevorzugt wenigstens zwei Druckmesseinrichtungen auf, welche bevorzugt an unterschiedlichen Positionen der Vorrichtung angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Druckmesseinrichtung dazu geeignet und bestimmt, einen Druckabfall oder eine Druckdifferenz zu bestimmen. So ist es möglich, dass eine der Druckmesseinrichtungen stromabwärts der zweiten Druckmesseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise bestimmt werden, ob ein Reinigungsvorgang an der Vorrichtung durchgeführt werden sollte.In a preferred embodiment, the device has at least one and preferably at least two pressure measuring devices, which are preferably arranged at different positions of the device. The pressure measuring device is particularly preferably suitable and intended for determining a pressure drop or a pressure difference. It is thus possible for one of the pressure measuring devices to be arranged downstream of the second pressure measuring device. In this way it can be determined, for example, whether a cleaning process should be carried out on the device.

Bevorzugt ist auch den Erzeugungs- und/oder Überhitzungseinrichtung zum Erhitzen von Wasserdamot wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet und bevorzugt wenigstens zwei Temperaturmesseinrichtungen. Diese können sich beispielsweise eingangsseitig und ausgangsseitig an der Überhitzungseinrichtung befinden. Die von diesen Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperaturwerte können zur Steuerung der Vorrichtung und insbesondere zur Steuerung der Überhitzung des Wasserdampfs dienen.At least one temperature measuring device and preferably at least two temperature measuring devices are also preferably assigned to the generation and/or overheating device for heating water vapor. These can be located, for example, on the input side and output side of the overheating device. The temperature values measured by this temperature measuring device can be used to control the device and in particular to control the superheating of the steam.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine (insbesondere elektronische) Speichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl von den von unterschiedlichen Messeinrichtungen gemessenen Messwerten auf. Dabei ist es möglich, dass die Speichereinrichtung über einen längeren Zeitraum derartige Messwerte aufnimmt. Besonders bevorzugt ist die Speichereinrichtung dazu geeignet und bestimmt, die Messwerte mit einer zeitlichen Zuordnung aufzunehmen und/oder zu bestimmen. Besonders bevorzugt werden diese Messwerte mit einem für einen Zeitpunkt charakteristischen Zeitwert aufgenommen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zeitgebereinrichtung auf.In a further advantageous embodiment, the device has a (in particular electronic) memory device for storing a large number of data from different measuring devices ments measured values. In this case, it is possible for the memory device to record such measured values over a longer period of time. The memory device is particularly preferably suitable and intended for recording and/or determining the measured values with a time assignment. These measured values are particularly preferably recorded with a time value that is characteristic of a point in time. In a particularly preferred embodiment, the device has a timer device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Warneinrichtung auf, welche auf einen durchzuführenden Reinigungsvorgang und/oder auf Störungen während des Arbeitsbetriebs der Vorrichtung hinweist. Daneben weist bevorzugt die Vorrichtung eine Speichereinrichtung auf, welche charakteristische Daten der Reinigung erfasst.In a preferred embodiment, the device has a warning device which indicates a cleaning process to be carried out and/or malfunctions during the working operation of the device. In addition, the device preferably has a memory device which records characteristic data of the cleaning.

Dabei kann es sich beispielsweise um einen Verbrauch eines Reinigungsmediums handeln, um eine Temperatur, bei der die Reinigung durchgeführt wurde, um eine Zeitdauer der Reinigung und dergleichen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung, und insbesondere eine entfernt angeordnete Prozessoreinrichtung auf, mittels derer eine Fernwartung und/oder eine Fernreinigung ermöglicht wird.This can be, for example, a consumption of a cleaning medium, a temperature at which the cleaning was carried out, a duration of the cleaning and the like. In a further preferred embodiment, the device has a processor device, and in particular a remotely arranged processor device, by means of which remote maintenance and/or remote cleaning is made possible.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung auf, um dem ersten Reinigungsmittel, beispielsweise Wasserdampf ein zweites Reinigungsmittel wie etwa ein Additiv zuzuführen. Auf diese Weise können zusätzlich zu dem Wasserdampf auch Reinigungsmittel eingesetzt werden, welche beispielsweise eine Reinigung von Teeren verbessern.In a further advantageous embodiment, the device has a supply device in order to supply a second cleaning agent, such as an additive, to the first cleaning agent, for example steam. In this way, in addition to the steam, cleaning agents can also be used, which, for example, improve the cleaning of tars.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine Messeinrichtung auf, welche einen für den Arbeitsbetrieb der Vorrichtung charakteristischen Parameter erfasst. Wie oben erwähnt, kann es sich dabei beispielsweise um eine Temperaturmesseinrichtung, eine Druckmesseinrichtung und dergleichen handeln.In a further preferred embodiment, the device has at least one measuring device, which detects a parameter that is characteristic of the working operation of the device. As mentioned above, this can be, for example, a temperature measuring device, a pressure measuring device and the like.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine weitere Brennkammer auf, welche insbesondere zur Durchführung des Reinigungsvorgangs dient. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Nachverbrennungskammer, welche insbesondere dazu dient, Wasserdampf noch weiter zu überhitzen.In a further advantageous embodiment, the device has a further combustion chamber, which is used in particular to carry out the cleaning process. This is preferably an afterburning chamber, which is used in particular to superheat water vapor even further.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von (zusätzlichem) Sauerstoff auf. Dabei kann insbesondere zu Reinigungszwecken und/oder zur Durchführung des Reinigungsvorgangs eine zusätzliche Menge an Sauerstoff zugeführt werden, um den Wasserdampf zu Reinigungszwecken noch weiter zu überhitzen.In a further preferred embodiment, the device has a supply device for supplying (additional) oxygen. In this case, in particular for cleaning purposes and/or for carrying out the cleaning process, an additional quantity of oxygen can be supplied in order to further superheat the steam for cleaning purposes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zuführung von (zusätzlichem) Sauerstoff in Reaktion und/oder unter Berücksichtigung wenigstens eines Messwerts, beispielsweise in Reaktion und/oder Berücksichtigung auf eine gemessene Temperatur, beispielsweise einer gemessenen Temperatur des Wasserdampfs.In a preferred embodiment, (additional) oxygen is supplied in response to and/or taking into account at least one measured value, for example in response to and/or taking into account a measured temperature, for example a measured temperature of the water vapor.

Für weitere Details hinsichtlich der Schüttgutregeneratoren wird auf die EP 0 620 909 B1 oder der DE 42 36 619 C2 hingewiesen. Der Offenbarungsgehalt der EP 0 620 909 B1 sowie der DE 42 36 619 C2 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Schüttgutregeneratoren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Vorrichtung. Hinsichtlich der DE 42 36 619 C2 wird insbesondere auf Sp 2, Z.55 bis Sp. 4, Z. 37 verwiesen.For further details regarding the bulk material regenerators, refer to the EP 0 620 909 B1 or the DE 42 36 619 C2 pointed out. The revelation of the EP 0 620 909 B1 as well as the DE 42 36 619 C2 is hereby fully incorporated by reference into the disclosure herein. The use of bulk material regenerators of this type results in a device that is more efficient than in the prior art. With regard to the DE 42 36 619 C2 reference is made in particular to column 2, line 55 to column 4, line 37.

Die hier vorgeschlagene Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer Energie von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen, die CO2 neutral sind, in Wasserstoff. Rohstoffe können verschiedene Biomasse (z.B. Holz, Holzreste, Abfallholz, Agrarabfall, Stroh, schnellwachsende Pflanzen, Abfall aus Nahrungsmittelindustrie, Gärreste, Biertreber), organische Abfälle (z.B. Hausmüll, Hausabfall, RDF - „refuse derived fuel“, Industrieabfall) und dergleichen sein.The invention proposed here relates to a method and device for converting chemical energy from carbonaceous raw materials that are CO 2 neutral into hydrogen. Raw materials can be various biomass (e.g. wood, wood residues, waste wood, agricultural waste, straw, fast-growing plants, waste from the food industry, fermentation residues, brewer's grains), organic waste (e.g. household waste, household waste, RDF - "refuse derived fuel", industrial waste) and the like.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren der allothermen Dampfreformierung von kohlenhaltigen Rohstoffen, wird die chemische Energie des Rohstoffes genutzt um die Kohlenstoffgehalt höchstmöglich auch für die Wasserstofferzeugung zu nutzen. Das Verfahren erzielt eine extrem hohe Ausbeute von Wasserstoff, durch die Nutzung von sehr stark überhitztem Wasserdampf, der gleichzeitig als Energieträger und als Reaktionsmittel fungiert. Die für die H2-Erzeugung nicht mehr brauchbare Energie wird für die Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf weitergenutzt, was zu einer sehr wirkungsvollen allothermen Reaktion führt. Das alles resultiert in einem sehr wirtschaftlichen Verfahren zur CO2-neutralen Wasserstoffgewinnung. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt._Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Bevorzugt beträgt dieser Energiezuwachs wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20% und bevorzugt wenigstens 40% und besonders bevorzugt wenigstens 50% und besonders bevorzugt wenigstens 60%.With the method according to the invention of allothermic steam reforming of raw materials containing carbon, the chemical energy of the raw material is used in order to use the carbon content as much as possible for the production of hydrogen. The process achieves an extremely high yield of hydrogen by using superheated steam, which acts both as an energy source and as a reactant. The energy that can no longer be used for H 2 production is reused for the production and overheating of steam, which leads to a very effective allothermic reaction. All of this results in a very economical process for CO 2 -neutral hydrogen production. The chemical energy of the synthesis gas at the gasifier outlet is preferably higher than the chemical energy of the fuel at the inlet. This energy increase can be up to 130% or more. This energy increase is preferably at least 10%, preferably at least 20% and preferably at least 40% and particularly preferably at least 50% and particularly preferably at least 60%.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus beigefügten Zeichnungen:

  • Darin zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    • 2 eine Darstellung eines vorteilhaften thermischen Crackers;
    • 3 eine Darstellung einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Synthesegases;
    • 4 eine Darstellung zur Verwendung von Teeren;
    • 5 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Steuerung der Vergasereinrichtung; und
    • 7 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Prozessablaufs.
Further advantages and embodiments result from the attached drawings:
  • Show in it:
    • 1 a schematic representation of a device according to the invention;
    • 2 an illustration of an advantageous thermal cracker;
    • 3 a representation of a cooling device for cooling the synthesis gas;
    • 4 an illustration of the use of tars;
    • 5 another advantageous embodiment of the present invention;
    • 6 a representation to illustrate the control of the carburetor device; and
    • 7 a representation to illustrate the process flow.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 zur Erzeugung von Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 1 auf einen Hochtemperatur - Reaktor bzw. Vergaser, in dem der Rohstoff entlang des Pfeil P2 eintritt. Das Bezugszeichen 31 kennzeichnet eine optionale Trocknungseinrichtung zum Trocknen des Rohstoffes. Aus der Leitung 19 kommt ein Gas, oder eine Gasmischung, das als Energieträger für die Reaktion und der als Reaktant dient. 1 shows a schematic representation of a device 200 according to the invention for generating hydrogen from carbonaceous raw materials. The reference number 1 refers to a high-temperature reactor or gasifier, in which the raw material enters along the arrow P2. Reference number 31 designates an optional drying device for drying the raw material. From the line 19 comes a gas, or a gas mixture, which serves as an energy source for the reaction and as a reactant.

Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt eine Transporteinrichtung auf, welche den Rohstoff von der Trocknungseinrichtung zu dem Hochtemperatur - Reaktor fördert. Diese Transporteinrichtung weist bevorzugt wenigstens ein und bevorzugt mehrere Transportbänder, wenigstens eine Transportschnecke und/oder wenigstens einen oder mehrere Kratzkettenförderer auf. Dabei kann eine Förderung des Rohstoffes kontinuierlich oder getaktet erfolgen.Furthermore, the device preferably has a transport device which conveys the raw material from the drying device to the high-temperature reactor. This transport device preferably has at least one and preferably several conveyor belts, at least one transport screw and/or at least one or more scraper chain conveyors. The raw material can be conveyed continuously or in cycles.

Dieses aus der Leitung 19 kommende Gas besteht bevorzugt aus sehr hoch überhitztem Wasserdampf oder weist solchen auf. Damit ist bevorzugt eine allotherme Erzeugung von Synthesegas möglich. Falls der eingesetzte Rohstoff mineralische Bestandteile enthält, verlassen diese den Reaktor entlang der Pfeil P3 als Asche. Abhängig von herrschender Temperatur in diesem Bereich des Reaktors und von Aschezusammensetzung, kann die Asche in festem oder flüssigem Aggregatzustand abgeführt werden.This gas coming from line 19 preferably consists of very highly superheated steam or has such. Allothermic generation of synthesis gas is thus preferably possible. If the raw material used contains mineral components, these leave the reactor as ash along the arrow P3. Depending on the prevailing temperature in this area of the reactor and the composition of the ash, the ash can be removed in a solid or liquid state.

Ausgehend von dem Reaktor 1 gelangt das erzeugte Synthesegas, das sehr viel Wasserstoff enthält, über eine Leitung 100 in einen Zyklon, oder bevorzugt in ein Multizyklon. In diesem Zyklon 2 wird ein Großteil des Teeres und des anfallenden Staubes ausgeschieden und in einem Reservoir 3 zwischengespeichert. Damit stellt dieser Zyklon eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen des Synthesegases darStarting from the reactor 1, the synthesis gas produced, which contains a great deal of hydrogen, passes through a line 100 into a cyclone, or preferably into a multi-cyclone. In this cyclone 2, a large part of the tar and the dust that occurs is separated and temporarily stored in a reservoir 3. This cyclone thus represents a cleaning device for cleaning the synthesis gas

Bevorzugt wird mittels eine Pumpe 4 der Teer durch eine Leitung 109 transportiert, in die Leitung 19 injiziert und damit zurück in den Prozess zugeführt. Die Injektionsstelle kann kurz vor dem Reaktor 1, oder schon im Reaktor sein.The tar is preferably transported through a line 109 by means of a pump 4, injected into the line 19 and thus fed back into the process. The injection point can be just before reactor 1, or already inside the reactor.

Das so vorgereinigte Synthesegas, in dem Restteer zusammen mit restlichen Staubmengen vorhanden ist, gelangt über eine weitere Leitung 101 in einen Partikel-Filter 5. Dort wird die Staubmenge praktisch vollständig entfernt, so dass nur noch gasförmige leichtflüchtige Teere im Synthesegas weiter vorhanden sind. Diese werden bevorzugt in einem thermischen Cracker 6 zerstört, wohin die Gase über die Leitung 102 gelangen.The thus pre-cleaned synthesis gas, in which residual tar is present together with remaining amounts of dust, passes through a further line 101 into a particle filter 5. There, the amount of dust is almost completely removed, so that only gaseous, volatile tars are still present in the synthesis gas. These are preferably destroyed in a thermal cracker 6, where the gases reach via line 102.

Bevorzugt weist daher die Vorrichtung zwei aufeinanderfolgende Reinigungseinrichtungen zum Reinigen des Synthesegases auf. Bevorzugt wird das Synthesegas durch den von dem Wasserdampf stammenden Druck durch die Anlage gefördert.The device therefore preferably has two successive cleaning devices for cleaning the synthesis gas. The synthesis gas is preferably conveyed through the plant by the pressure originating from the steam.

In dem Cracker herrschen bevorzugt Temperaturen deutlich über 800°C, so dass neben den Teeren auch das im Synthesegas enthaltene Methan gecrackt, bzw. pyrolysiert wird. Auf diese Weise steigt den H2-Anteil im Synthesegas weiter. Um die Hochtemperatur zu behalten, bzw. die Reaktionsenergie zu erreichen, wird bevorzugt eine vorgegebene Menge Sauerstoff, oder Luft, entlang des Pfeils P4, dem Cracker zugeführt. Dadurch oxidiert ein Teil des Synthesegases (H2, CO, oder CH4) und die notwendige Energie wird freigesetzt.Temperatures well above 800° C. prevail in the cracker, so that not only the tars but also the methane contained in the synthesis gas is cracked or pyrolysed. In this way, the H 2 content in the synthesis gas increases further. In order to maintain the high temperature or to reach the reaction energy, a predetermined amount of oxygen or air is preferably supplied to the cracker along the arrow P4. As a result, part of the synthesis gas (H 2 , CO, or CH 4 ) oxidizes and the necessary energy is released.

Nach dem thermischen Cracker gelangt das Synthesegas über eine Leitung 103 in einen Gaskühler 7. In diesem Gaskühler wird das Synthesegas so weit abgekühlt, dass in dem, durch einen Leitung 104, nachgeschalteten Kondensator 8 überschussiger Wasserdampf auskondensiert wird. Bevorzugt kann dabei die Abwärme (P7) verwendet werden, um die Biomasse zu trocknen. Alternativ kann die Abwärme auch in ein Nahwärmenetz eingespeist werden.After the thermal cracker, the synthesis gas reaches a gas cooler 7 via a line 103. In this gas cooler, the synthesis gas is cooled to such an extent that excess water vapor is condensed out in the condenser 8 connected downstream through a line 104. The waste heat (P7) can preferably be used to dry the biomass. Alternatively, the waste heat can also be fed into a local heating network.

Abhängig von Kapazität der Anlage, beträgt das Durchmesser diese Rohrleitung zwischen mindestens 100 mm und normalerweise 800 mm. Bei extrem großen Anlagen können die Rohre auch einen Durchmesser über 1.000 mm haben. Besonders bevorzugt sind die Rohrleitungen aus Edelstahl gefertigt, um einerseits den hohen Temperaturen und andererseits aggressiven Komponenten des Synthesegases (wie Ameisensäure oder Schwefelsäure) standhalten zu können.Depending on the capacity of the plant, the diameter of this pipe ranges from a minimum of 100 mm and usually 800 mm. In extremely large systems, the pipes can also have a diameter of more than 1,000 mm. The pipelines are particularly preferably made of stainless steel in order to withstand the high temperatures on the one hand and the aggressive components of the synthe on the other to be able to withstand segases (such as formic acid or sulfuric acid).

Das austretende Synthesegas enthält noch eine Menge Restfeuchte, abhängig von herrschendem Druck und Temperatur. Deswegen leitet man bevorzugt durch eine Leitung 105 die Gasmischung in eine Kühleinrichtung, bevorzugt Cryo-Cooler 9, in dem bevorzugt Temperaturen unter 20°, bevorzugt unter 10° und besonders bevorzugt 0°C und besonders bevorzugt unter -5°C, und besonders bevorzugt unter -10°C herrschen. Dadurch wird das Synthesegas vollständig getrocknet und temperaturabhängig von leichtflüchtigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol, Naphthalin usw., befreit.The exiting synthesis gas still contains a lot of residual moisture, depending on the prevailing pressure and temperature. For this reason, the gas mixture is preferably passed through a line 105 into a cooling device, preferably a cryo-cooler 9, in which temperatures are preferably below 20°, preferably below 10° and particularly preferably 0° C. and particularly preferably below -5° C prevail below -10°C. This completely dries the synthesis gas and frees it from highly volatile gaseous hydrocarbons such as benzene, toluene, naphthalene, etc., depending on the temperature.

Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Kühlung des Synthesegases in wenigstens drei Stufen.In a preferred method, the synthesis gas is cooled in at least three stages.

Um weitere eventuell vorhandene Schadstoffe (Furane, Schwefel...) zu entfernen, wird über eine Leitung 106 ein Kohle-Filter 10 (alternativ: Gaswäsche), und bevorzugt weiter über eine Leitung 107 ein Zink-Oxyd-Filter (oder ein dotiertes Kohle-Filter für die Schwefel-Adsorption) 11, nachgeschaltet. So komplett gereinigtes Synthesegas wird über eine Leitung 108 im Verdichter 12 komprimiert, auf einen Druck der für die Wasserstoffseparation geeignet ist. Bevorzugt liegt dieser Druck in einem Bereich zwischen 10bar und 25bar, bevorzugt zwischen 12bar und 20bar. Zusätzlich oder alternativ wäre es auch möglich, eine Gaswäsche vorzunehmenIn order to remove any other pollutants that may be present (furans, sulfur...), a carbon filter 10 (alternatively: gas scrubbing) is connected via a line 106, and preferably a zinc oxide filter (or a doped carbon filter) via a line 107 -Filter for sulfur adsorption) 11, downstream. Synthesis gas that has been completely cleaned in this way is compressed in the compressor 12 via a line 108 to a pressure which is suitable for the hydrogen separation. This pressure is preferably in a range between 10 bar and 25 bar, preferably between 12 bar and 20 bar. Additionally or alternatively, it would also be possible to carry out gas scrubbing

Um Wasserstoff von anderen Gasen aus Synthesegas zu entfernen, wird bevorzugt eine PSA (Pressure Swing Adsorption) -Anlage 13 eingesetzt. Durch eine Leitung 40 gelangt der separierte Wasserstoff in einen H2-Kompressor 14, wo er auf 350 bar, oder noch höhere Drücke, verdichtet wird. Verdichteter Wasserstoff ist bereit für die weitere Nutzung und verlässt die Anlage entlang des Pfeils P6.In order to remove hydrogen from other gases from synthesis gas, a PSA (Pressure Swing Adsorption) plant 13 is preferably used. The separated hydrogen passes through a line 40 into an H 2 compressor 14, where it is compressed to 350 bar or even higher pressures. Compressed hydrogen is ready for further use and leaves the plant along arrow P6.

Das Tail-Gas (Off-Gas) aus der PSA-Anlage 13 enthält die Gase wie CO, CO2, CH4 und eine kleine Menge nicht ausgenutzte H2, mit einem ausreichenden Inhalt von chemischer Energie. Diese Energie wird ausgenutzt um Wasserdampf zu erzeugen (über eine Leitung 15), bzw. den Wasserdampf zu überhitzen (über eine Leitung 17).The tail gas (off-gas) from the PSA plant 13 contains the gases such as CO, CO 2 , CH 4 and a small amount of unused H 2 with a sufficient content of chemical energy. This energy is used to generate water vapor (via a line 15) or to superheat the water vapor (via a line 17).

Die Leitung 15 leitet einen Teil des Tail-Gases in einen Dampferzeuger 16, wo Sattdampf produziert ist. Als Speisewasser dient bevorzugt das auskondensierte Wasser aus dem Kondensator 8, dem über eine Leitung 81 und ein Dosierventil 82 Frischwasser aus einer Leitung 83 zugemischt wird. Eine Menge Frischwasser (ungefähr 1/3 des Speisewassers) ist nötig, weil dieses durch die Reaktion mit dem Kohlenstoff im Reaktor 1 für die Wasserstofferzeugung verbraucht wird.Line 15 directs part of the tail gas into a steam generator 16 where saturated steam is produced. The condensed water from the condenser 8 is preferably used as the feed water, to which fresh water from a line 83 is mixed via a line 81 and a metering valve 82 . A lot of fresh water (about 1/3 of the feed water) is needed because it is consumed by the reaction with the carbon in reactor 1 for hydrogen production.

Mit einer Speisewasserpumpe 71 wird der richtige Druck für den Dampfkessel 16 und den produzierten Sattdampf, bzw. für die ganze Anlage 200 erzeugt. Vor dem Eintritt in den Kessel 16 wird das Speisewasser in dem Wärmetauscher 7, durch die Nutzung der Wärme von Synthesegas, vorgewärmt. Beide, Frischwasser aus der Leitung 83 und auskondensiertes Wasser aus Leitung 81, werden in entsprechenden Anlagen, die hier nicht gezeigt sind, auf notwendige Qualität für den Kessel 16 aufbereitet.With a feed water pump 71, the correct pressure for the steam boiler 16 and the saturated steam produced, or for the entire system 200, is generated. Before entering the boiler 16, the feed water is preheated in the heat exchanger 7 by using the heat from synthesis gas. Both fresh water from line 83 and condensed water from line 81 are processed to the quality required for boiler 16 in appropriate systems, which are not shown here.

Bevorzugt weist die die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wasseraufbereitungseinrichtung auf.The device according to the invention preferably has a water treatment device.

Der Sattdampf gelangt anschließend über eine Verbindungsleitung 18, die in zwei Teilleitungen 18a und 18b aufgespalten wird, in zwei Erwärmungseinrichtungen, bevorzugt in zwei Regeneratoren 20 und 21. In diesen Regeneratoren wird der Wasserdampf auf die nötige Temperatur überhitzt. Bei der in 1 gezeigten Vorrichtung sind zwei Regeneratoren 20 und 21 vorgesehen, welche bevorzugt einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage ermöglichen.The saturated steam then reaches two heating devices, preferably two regenerators 20 and 21, via a connecting line 18, which is split into two sub-lines 18a and 18b. In these regenerators, the steam is superheated to the required temperature. At the in 1 The device shown has two regenerators 20 and 21 which preferably enable continuous operation of the system.

Während in dem Regenerator 20 der Wasserdampf überhitzt wird, befindet sich der Regenerator 21 in einer Aufheizphase, das heißt er wird hier insbesondere durch die Verbrennung von dem zweiten Teil des Tail-Gases 17, aus der PSA-Anlage 13, mit Wärmeenergie aufgeladen. Zur Ansteuerung der beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 22 bis 29 verwendet.While the water vapor is being overheated in the regenerator 20, the regenerator 21 is in a heating-up phase, ie it is charged with thermal energy here in particular by the combustion of the second part of the tail gas 17 from the PSA system 13. A large number of valves 22 to 29 are used to control the two regenerators.

Dabei sind die Ventile 22, 24, 26 und 28 dem Regenerator 20 zugeordnet und die Ventile 23, 25, 27 und 29 dem Regenerator 21. Durch eine Umschaltung, beispielsweise eine periodische Umschaltung der gezeigten Ventilen 22 bis 29 können die beiden Regeneratoren 20 und 21 wechselseitig betrieben werden. Durch die Ausnutzung der Energie des Tail-Gases 15 und 17, wird diese Energie, in der Form des sehr hoch überhitzten Wasserdampfs durch die Leitung 19, wieder in den Prozess rückgeführt.The valves 22, 24, 26 and 28 are assigned to the regenerator 20 and the valves 23, 25, 27 and 29 to the regenerator 21. By switching, for example a periodic switching of the valves 22 to 29 shown, the two regenerators 20 and 21 be operated alternately. By utilizing the energy of the tail gas 15 and 17, this energy is fed back into the process in the form of the very highly superheated water vapor through line 19.

Dabei ist es möglich, dass die Umschaltung mittels einer Zeitsteuerung gesteuert wird, dass also bevorzugt während des Arbeitsbetriebs zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in vorgegebenen Zeiträumen eine Umschaltung erfolgt. Weiterhin ist es auch möglich, dass eine Umschaltung auf Basis anderer Kenngrößen, wie etwa einer Temperaturmessung erfolgt. Daneben sind auch Kombinationen beider Steuerungen möglich.In this case, it is possible for the switchover to be controlled by means of a timer, that is to say that a switchover preferably takes place during working operation at predetermined points in time or in predetermined periods of time. Furthermore, it is also possible for a switchover to take place on the basis of other parameters, such as a temperature measurement. In addition, combinations of both controls are also possible.

So kann beispielsweise primär eine zeitabhängige Steuerung vorgesehen sein, wobei jedoch zusätzlich überprüft wird, ob eine Umschaltung auch durch entsprechende Temperaturen angezeigt ist. Daneben ist es auch möglich, dass an einen Maschinenbediener die Aufforderung ausgegeben wird, eine Umschaltung durchzuführen.For example, a time-dependent control can be provided primarily, but it is also checked whether a changeover is also indicated by corresponding temperatures. In addition, it is also possible for a machine operator to be asked to carry out a switchover.

Die jeweils entstehenden Verbrennungsgase verlassen die Regeneratoren durch einen Leitung 30 und gelangen in eine Trocknungsanlage 31. Dort ist ihre fühlbare Wärme ausgenutzt um den Wassergehalt des feuchten Rohstoffes, der entlang des Pfeils P1 in die Anlage 200 eintritt, deutlich zu reduzieren. Auf diese Weise reduziert sich den Wassergehalt des getrocknetes Rohstoffes der in den Reaktor 1 entlang des Pfeiles P2 gelangt, deutlich unter 10%, was eine Steigerung des Wirkungsgrades der gesamter Anlage 200 bedeutet. (10% bei 50% Eingang)The resulting combustion gases leave the regenerators through a line 30 and reach a drying system 31. There, their sensible heat is used to significantly reduce the water content of the moist raw material that enters the system 200 along the arrow P1. In this way, the water content of the dried raw material that enters the reactor 1 along the arrow P2 is reduced to well below 10%, which means an increase in the efficiency of the entire system 200 . (10% at 50% input)

Die Ausnutzung der chemischen Energie des Tail-Gases 15 und 17 aus der PSA-Anlage 13 und die Ausnutzung der Abwärme aus dem Gaskühler 7 für die Speisewasser-Vorwärmung, zusammen mit der oben beschriebenen Trocknungsanlage 31, resultieren in einem hohen Wirkungsgrad der gesamter Anlage 200 und einer wirtschaftliche Wasserstoffgewinnung. Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Zumischung von Synthesegas, insbesondere falls die Tail-Gas Menge nicht ausreichend ist)The utilization of the chemical energy of the tail gas 15 and 17 from the PSA plant 13 and the utilization of the waste heat from the gas cooler 7 for preheating the feed water, together with the drying plant 31 described above, result in a high efficiency of the entire plant 200 and economical hydrogen production. In a preferred method, synthesis gas is admixed, in particular if the amount of tail gas is not sufficient)

Anstelle der in 1 gezeigten zwei Regeneratoren 20 und 21, können auch drei oder auch mehrere Regeneratoren eingesetzt werden, um einen besonders gleichmäßigen Betrieb zu erreichen.Instead of the in 1 shown two regenerators 20 and 21, three or more regenerators can be used to achieve a particularly smooth operation.

Entlang des Pfeils P5 kann ein anderes Gas, oder eine Gasmischung, zum Wasserdampf in die Leitung 18 zugeführt werden. Das kann ein überschüssiges Tail-Gas aus der Anlage 13 sein, oder eine Menge Abgas welches aus der Leitung 30 aus der Regeneratoren 20, 21 abgezweigt. Es kann sich hierbei auch um ein externes Gas, welches von außerhalb der Anlage 200 stammt, handeln. Auf diese Weise kann man den Wasserdampfüberschuss im Reaktor 1 reduzieren und so den Wirkungsgrad weiter verbessern.Another gas, or a gas mixture, can be supplied to the water vapor in the line 18 along the arrow P5. This can be an excess tail gas from the plant 13, or an amount of exhaust gas which is branched off from the line 30 from the regenerators 20,21. This can also be an external gas that comes from outside the system 200 . In this way, the excess steam in the reactor 1 can be reduced and the efficiency further improved.

Es ist auch möglich, den ganzen Prozess zu optimieren, um die Ausbeute eines anderen Nebenproduktes, wie z.B. Benzols, zu erhöhen, um die Wirtschaftlichkeit weiter zu steigern. Falls ein besonders trockener Rohstoff vorliegt, entfällt der Bedarf nach der Trockner 31. In diesem Fall kann die Abwärme aus den Abgasen in der Leitung 30, für andere Zwecke, z.B. für eine Nahwärmenetz, ausgenutzt werden.It is also possible to optimize the whole process to increase the yield of another by-product such as benzene to further improve economics. If a particularly dry raw material is present, there is no need for the dryer 31. In this case, the waste heat from the exhaust gases in line 30 can be used for other purposes, e.g. for a local heating network.

Die Abwärme aus dem Kondensator 8, entlang des Pfeils P7, kann auch ausgenutzt werden, z.B. auch für ein Nahwärmenetz, für die zusätzliche Trocknung des Rohstoffes, oder für die Vorwärmung des Frischwassers aus der Leitung 83. Daneben kann ein (nicht gezeigter) Luftkühler vorgesehen sein.The waste heat from the condenser 8, along the arrow P7, can also be used, e.g be.

Falls der Rohstoff entlang des Pfeils P1 eine sehr gute und saubere Qualität ausweist, wird es möglich auf eine oder mehrere nachgeschaltete Reinigungskomponenten zu verzichten, wie z.B. Partikel-Filter 5, Cryo-Cooler 9, Kohle-Filter 10 und/oder ZnO-Filter 11. Abhängig von der Verunreinigungen im Synthesegas kann man die Reihenfolge der Komponenten 9, 10, 11 ändern, um ein optimales Ergebnis zu erreichen.If the raw material shows a very good and clean quality along the arrow P1, it is possible to dispense with one or more downstream cleaning components, such as particle filter 5, cryo-cooler 9, carbon filter 10 and/or ZnO filter 11 Depending on the impurities in the synthesis gas, the order of the components 9, 10, 11 can be changed in order to achieve an optimal result.

Zu diesem Zweck kann eine Bypass-Leitung vorgesehen sein, welche einen oder mehrere Anlagenteile umgeht. Mittels Ventilen kann das Synthesegas über diese Bypass-Leitung geführt werden.For this purpose, a bypass line can be provided, which bypasses one or more parts of the plant. The synthesis gas can be routed via this bypass line by means of valves.

2 zeigt eine Detaildarstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der in 1 gezeigten thermischen Cracker 6. Um einen niedrigen Energieverbrauch der Anlage, trotz sehr hohen Temperaturen in die Cracking-Zone, zu erreichen, nutzt man bevorzugt wieder zwei wechselwirkende Regeneratoreinrichtungen und insbesondere Regeneratoren-Schichten 65 und 66. Für die Ansteuerung die beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 61 bis 64 verwendet. 2 shows a detailed representation of a particularly advantageous embodiment of the 1 thermal cracker 6 shown. In order to achieve low energy consumption of the plant, despite very high temperatures in the cracking zone, two interacting regenerator devices and in particular regenerator layers 65 and 66 are preferably used again used by valves 61 to 64.

Dabei kennzeichnen die Bezugszeichen 65a und 66a jeweils die oberen bzw. wärmeren Bereiche /Seiten dieser Schichten und die Bezugszeichen 65b und 66b jeweils die unteren bzw. kühleren Bereiche /Seiten dieser Schichten. Diese Schichten können dabei radial oder auch axial nebeneinander angeordnet sein.The reference symbols 65a and 66a each identify the upper or warmer areas/sides of these layers and the reference symbols 65b and 66b each indicate the lower or cooler areas/sides of these layers. These layers can be arranged radially or also axially next to one another.

Das Roh-Synthesegas strömt aus der Leitung 102, durch das Ventil 61 und die Regenerator-Schicht 65, wo es auf eine sehr hohe Temperatur, bevorzugt deutlich über 800°C, vorgewärmt wird. Durch diese Temperatur findet ein spontanes thermisches Cracking von Teeren und Methan statt. Da das Synthesegas einen hohen Überschuss an Wasserdampf enthält, entstehen dabei zusätzliche Menge von Wasserstoff. Bevorzugt werden die oben genannten Schichten von dem Synthesegas nacheinander durchlaufen.The raw syngas flows from line 102, through valve 61 and regenerator layer 65 where it is preheated to a very high temperature, preferably well above 800°C. This temperature causes spontaneous thermal cracking of tars and methane. Since the synthesis gas contains a large excess of water vapor, additional amounts of hydrogen are produced. The synthesis gas preferably passes through the above-mentioned layers in succession.

Um der Energiebedarf für das Cracking, sowie die Energieverluste der Anlage 6 zu decken, wird bevorzugt eine kleine Menge des Synthesegases nachverbrannt, weswegen bevorzugt entlang des Pfeils P4 Sauerstoff zugeführt wird. Statt Sauerstoff kann man auch Luft zuführen und insbesondere eindüsen: Ein Vorteil dieser Vorgehensweise sind niedrigere Kosten, aber ein großer Nachteil, dass dadurch das Synthesegas auch Stickstoff enthalten wird.In order to cover the energy requirement for the cracking and the energy losses of the plant 6, a small amount of the synthesis gas is preferably post-combusted, which is why oxygen is preferably supplied along the arrow P4. Instead of oxygen you can also supply air and in particular Inject: An advantage of this approach is lower costs, but a major disadvantage is that the synthesis gas will also contain nitrogen.

Heißes gecracktes Synthesegas strömt bevorzugt durch die zweite Regenerator-Schicht 66, so dass es wieder abgekühlt und insbesondere auf die fast Eingangstemperatur gebracht wird. Die Austrittstemperatur liegt normalerweise nur 5K bis 50K oberhalb der Eingangstemperatur.Hot cracked synthesis gas preferentially flows through the second regenerator layer 66 so that it is recooled and in particular brought to near entry temperature. The outlet temperature is normally only 5K to 50K above the inlet temperature.

Durch das Ventil 64 verlässt das Gas die Anlage und strömt weiter durch die Leitung 103. Nach einer gewissen Zeit, wechseln durch die Ansteuerung der Ventile 61 bis 64, sich die Wirkung der zwei Regeneratoren ab.The gas leaves the system through the valve 64 and flows further through the line 103. After a certain time, the action of the two regenerators alternates due to the actuation of the valves 61 to 64.

Anstelle der in 2 gezeigten zwei Regeneratoren 65, 66 können auch drei oder mehrere Regeneratoren, die bevorzugt immer an der heißen Seite verbunden sind, eingesetzt werden. So wird möglich sein, einen besonders gleichmäßigen Betrieb, inklusive einer Spülphase, zu erreichen.Instead of the in 2 In addition to the two regenerators 65, 66 shown, three or more regenerators, which are preferably always connected on the hot side, can also be used. This will make it possible to achieve particularly smooth operation, including a rinsing phase.

Die Steuerung der Cracker 6, bzw. die Umschaltung zwischen die Regeneratorenschichten 65 und 66 auf 2 läuft in Abhängigkeit von Zeit, und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur. Jede Phase dauert eine gewisse Zeit, Δtc, normalerweise zwischen 2 und 5 Minuten.The control of the crackers 6, or the switching between the regenerator layers 65 and 66 2 runs as a function of time and/or as a function of temperature. Each phase lasts a certain time, Δtc, typically between 2 and 5 minutes.

Wenn diese Zeit abgelaufen ist, wird bevorzugt die Strömungsrichtung durch die Betätigung der Ventile 61 bis 64 geändert und eine neue Betriebsphase startet. Während dieser Zeit Δtc steigt die Temperatur am Austritt, gemessen an Messstellen 321, bzw. 322. Falls diese Temperatur eine gewissen Grenzwert TC1 übersteigt, schaltet man die Ventile 61 bis 64 um, um die Komponenten von der Überhitzung zu schützen. Dies bedeutet, dass bevorzugt auch dort die Temperatur der zweite Umschaltkriterium ist.When this time has expired, the direction of flow is preferably changed by actuating the valves 61 to 64 and a new operating phase starts. During this time Δtc, the temperature at the outlet increases, measured at measuring points 321 or 322. If this temperature exceeds a certain limit value TC1, the valves 61 to 64 are switched over in order to protect the components from overheating. This means that the temperature is preferably the second switching criterion there as well.

In die Hochtemperaturzone oberhalb der Schichten 65 und 66 herrscht eine hohe Reaktionstemperatur TC2, die bevorzugt vorgegeben ist um das gewünschte Cracking von höheren Kohlenwasserstoffmolekülen zu erzielen. Die Messtellen bzw. Temperaturmesseinrichtungen 323 und 324 messen die Temperatur in dieser Zone. Da die Crackingreaktionen endotherm sind, sinkt die Temperatur in der Strömungsrichtung und eine Menge Oxidationsmittel (Sauerstoff, Luft,...) entlang des Pfeils P4 muss zugegeben werden.In the high-temperature zone above layers 65 and 66, there is a high reaction temperature TC2, which is preferably specified in order to achieve the desired cracking of higher hydrocarbon molecules. The measuring points or temperature measuring devices 323 and 324 measure the temperature in this zone. Since the cracking reactions are endothermic, the temperature decreases in the flow direction and a quantity of oxidizing agent (oxygen, air,...) along the arrow P4 has to be added.

Dadurch oxydiert ein Anteil des Synthesegases und die notwendige hochtemperatur Wärme entsteht. Abhängig von der Temperaturmessungen 323 und 324 regelt das Ventil 325 die Menge an Oxydationsmittel, um die gewünschte Temperatur TC2 möglichst stabil zu halten.As a result, part of the synthesis gas oxidizes and the necessary high-temperature heat is generated. Depending on the temperature measurements 323 and 324, the valve 325 regulates the amount of oxidant to keep the desired temperature TC2 as stable as possible.

Falls die Anlage 6 mit radial durchströmten Schichten 65 und 66 ausgelegt ist, ist bevorzugt wieder die Umlaufförderung wie bei den Regeneratoren 20 und 21 vorgesehen, um die thermischen Spannungen in der radialen Richtung zu kontrollieren, bzw. zu reduzieren. Aber auch bei der axialen Auslegung der Schichten 65 und 66 kann man bevorzugt regelmäßig eine kleine Menge des Bettmaterials von unten herausnehmen und oben wieder einführen. In mittleren Schichten des Bettes entstehen die Ablagerungen von Rußpartikeln, die der Druckverlust erhöhen und die freie Durchströmung verhindern können. Durch die Umlaufförderung des Bettmaterials gelangen die rußhaltigen Partikel in die Hochtemperaturzone, wo Ruß wieder verschwindet.If the system 6 is designed with layers 65 and 66 through which the flow occurs radially, circulation conveyance is preferably provided again, as in the case of the regenerators 20 and 21, in order to control or reduce the thermal stresses in the radial direction. But even with the axial layout of the layers 65 and 66, a small amount of the bed material can preferably be regularly removed from below and reinserted above. Deposits of soot particles are formed in the middle layers of the bed, which can increase the pressure loss and prevent free flow. By circulating the bed material, the soot-containing particles reach the high-temperature zone, where soot disappears again.

3 zeigt eine Detaildarstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des in 1 gezeigten Kryo-Kühlers 9. Um einen niedrigen Energieverbrauch der Anlage, trotz sehr niedrigen Temperaturen in die Kälte-Zone, zu erreichen, nutzt man bevorzugt wieder zwei wechselwirkende Regeneratoren-Schichten 95 und 96. Diese Schichten können beispielsweise aus Kies bestehen. 3 shows a detailed representation of a particularly advantageous embodiment of the 1 shown cryo-cooler 9. In order to achieve low energy consumption of the system, despite very low temperatures in the cold zone, two interacting regenerator layers 95 and 96 are preferably used again. These layers can consist of gravel, for example.

Für die Ansteuerung die beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 91 bis 94 verwendet. Der große Wasserdampfüberschuss in dem Synthesegas wird bevorzugt vorher im Kondensator 8 entfernt, aber bevorzugt abhängig von dort herrschenden Temperatur und Druck. Dabei kann noch immer eine kleine Restfeuchte verbleiben, die in nachgeschalteten Komponenten Probleme für eine störungsfreien Betrieb verursachen kann.A large number of valves 91 to 94 are used to control the two regenerators. The large excess of water vapor in the synthesis gas is preferably removed beforehand in the condenser 8, but preferably depending on the temperature and pressure prevailing there. A small amount of residual moisture can still remain, which can cause problems for trouble-free operation in downstream components.

Deswegen strömt bevorzugt das Synthesegas aus der Leitung 105, durch das Ventil 91 und das Regenerator-Schicht 95, wo es auf eine sehr niedrige Temperatur, mindestens unter 0°C oder nach Bedarf deutlich unter 0°C, abgekühlt wird. Durch diese Temperatur findet eine Auskondensierung der Restfeuchte statt und das Synthesegas wird komplett trocken. Auch die extrem leichtflüchtigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol, Naphthalin usw., werden kondensieren. Es besteht die Möglichkeit manche von diesen Chemikalien zu extrahieren und für andere Prozesse weiter zu nutzen, was die Wirtschaftlichkeit dieser Anlage 200 erhöht.Therefore, the syngas preferably flows from line 105, through valve 91 and regenerator layer 95, where it is cooled to a very low temperature, at least below 0°C or well below 0°C as required. This temperature causes the residual moisture to condense out and the synthesis gas becomes completely dry. Extremely volatile gaseous hydrocarbons such as benzene, toluene, naphthalene, etc. will also condense. It is possible to extract some of these chemicals and reuse them for other processes, which increases the economics of this plant 200.

Um die niedrigen Temperaturen zu erhalten, sowie die Kälteverluste der Anlage 9 zu decken, wird bevorzugt eine Kälteanlage 97 nachgeschaltet. Kaltes und/oder getrocknetes Synthesegas strömt durch das zweite Regenerator-Schicht 96, so dass es fast wieder auf die Eingangstemperatur abgekühlt wird. Durch das Ventil 94 verlässt das Gas die Anlage und strömt weiter durch die Leitung 106. Bevorzugt findet also in diesem Prozess zunächst eine Abkühlung und anschließend eine Erwärmung des Synthesegases stattIn order to maintain the low temperatures and to cover the cooling losses of the system 9, a refrigeration system 97 is preferably connected downstream. Cold and/or dried synthesis gas flows through the second regenerator layer 96 so that it is cooled almost back to the inlet temperature. The gas leaves the system through the valve 94 and flows further through the line 106. In this process, cooling and then heating of the synthesis gas preferably takes place first

Nach einer gewissen Zeit wechseln sich durch die Ansteuerung der Ventile 91 bis 94 die Wirkungen der zwei Regeneratoren. Anstelle der in 3 gezeigten zwei Regeneratoren 95, 96 können auch drei oder mehrere Regeneratoren, die bevorzugt immer an der kalten Seite verbunden sind, eingesetzt werden. So wird es möglich, einen besonders gleichmäßigen Betrieb, inklusive einer Spülphase, zu erreichen.After a certain time, the effects of the two regenerators change due to the activation of the valves 91 to 94. Instead of the in 3 In addition to the two regenerators 95, 96 shown, three or more regenerators, which are preferably always connected on the cold side, can also be used. This makes it possible to achieve particularly smooth operation, including a rinsing phase.

Die Steuerung der Cryo-Cooler 9, bzw. die Umschaltung zwischen den Regeneratorenschichten 95 und 96 in 3 erfolgt bevorzugt nach Zeit, und/oder nach der Temperatur. Jede Phase dauert eine gewisse Zeit, Δtcc, normalerweise auch hier zwischen 2 und 5 Minuten.The control of the cryo-cooler 9, or the switching between the regenerator layers 95 and 96 in 3 takes place preferably according to time and/or according to temperature. Each phase lasts a certain amount of time, Δtcc, typically between 2 and 5 minutes.

Sobald diese Zeit abgelaufen ist, ändert man die Strömungsrichtung durch die Betätigung der Ventile 91 bis 94 und eine neue Betriebsphase startet. Während dieser Zeit Δtcc sinkt die Temperatur am Austritt, gemessen an den Messeinrichtungen bzw. Messstellen 331, bzw. 332. Falls diese Temperatur unter einen gewissen Grenzwert TCC1 fällt, werden bevorzugt Ventile 91 bis 94 umgeschaltet, bevor die Zeit abgelaufen ist, um den Wirkungsgrad der Anlage hoch zu halten, bzw. die Energieverbräuche der Kühlungsaggregat 97 niedrig zu halten. Bevorzugt erfolgt also hier eine Zeit- und TemperatursteuerungAs soon as this time has elapsed, the direction of flow is changed by actuating valves 91 to 94 and a new phase of operation begins. During this time Δtcc, the temperature at the outlet falls, measured at the measuring devices or measuring points 331 or 332. If this temperature falls below a certain limit value TCC1, valves 91 to 94 are preferably switched over before the time has expired in order to improve efficiency to keep the system high, or to keep the energy consumption of the cooling unit 97 low. Time and temperature control is therefore preferably carried out here

In die Niedrigtemperaturzone unterhalb der Schichten 95 und 96 herrscht eine sehr niedrige Temperatur TCC2, die vorgegeben ist um die gewünschte Austrocknung des Synthesegases, gleichzeitig mit der Ausscheidung der sehr flüchtigen, restlichen, Teerefraktionen (wie z.B. Naphthalin) zu erreichen. Die Messtellen 333 und 324 messen die Temperatur in dieser Zone. Um die Kondensationswärme zu überdecken, muss der Kühlungsaggregat 97 die anfallende Wärme herausbringen. Abhängig von der Temperaturmessungen 333 und 334 regelt man bevorzugt die Leistung der Aggregat 97, um die gewünschte Temperatur TCC2 möglichst stabil zu halten.In the low-temperature zone below layers 95 and 96 there is a very low temperature TCC2, which is specified in order to achieve the desired drying out of the synthesis gas, at the same time as the precipitation of the very volatile residual tar fractions (such as naphthalene). Measuring points 333 and 324 measure the temperature in this zone. In order to cover the heat of condensation, the cooling unit 97 has to extract the resulting heat. Depending on the temperature measurements 333 and 334, the power of the unit 97 is preferably regulated in order to keep the desired temperature TCC2 as stable as possible.

4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Die Teere aus der Leitung 109 werden direkt in die Hochtemperaturzone der Regeneratoren 20, 21 injiziert. Während einer Verbrennungsphase oxidieren die injizierten Teere und leisten einen Beitrag zum Vorheizen des Regenerators 20 in 4. Das ist besonders vorteilhaft, falls die Energiemenge des Tail-Gases aus der Leitung 17 nicht ausreichend ist. 4 shows another preferred embodiment. The tars from line 109 are injected directly into the high temperature zone of regenerators 20,21. During a combustion phase, the injected tars oxidize and contribute to the preheating of the regenerator 20 in 4 . This is particularly advantageous if the amount of energy in the tail gas from line 17 is insufficient.

Falls man die Teere während einer Dampfüberhitzungsphase injiziert, wie im Regenerator 21 in 4, reagieren die Teere mit dem Dampf. Durch diese Dampfreformierung entsteht sofort zusätzliche Mengen an H2, zusammen mit etwas CO/CO2, und so reduziert sich die Temperatur dieser Gasmischung. Auf diese Weise ist die thermische Belastung der Heißwindschieber 28, 29, der Leitung 19 und des Hochtemperatur-Teils des Reaktors 1, bei gleicher Energiezufuhr deutlich reduziert.If the tars are injected during a steam superheating phase, as in the regenerator 21 in 4 , the tars react with the steam. This steam reforming immediately produces additional amounts of H 2 , along with some CO/CO 2 , and so reduces the temperature of this gas mixture. In this way, the thermal load on the hot blast slides 28, 29, the line 19 and the high-temperature part of the reactor 1 is significantly reduced with the same energy supply.

Durch eine Betätigung der Ventile 110, 111 ist es möglich, auswählen, in welcher Betriebsphase der Regeneratoren 20, 21 die Teere injiziert werden sollen.By operating the valves 110, 111 it is possible to select in which operating phase of the regenerators 20, 21 the tars are to be injected.

Die Steuerung, bzw. Umschaltung der Regeneratoren 20 und 21 in 4 läuft bevorzugt zeitabhängig und/oder temperaturabhängig. Jede Heiz-, bzw. Dampfphase dauert eine gewisse Zeit, Δth, bzw. Δtd. Falls nur zwei Regeneratoren vorgesehen sind, ist Δth < Δtd, da man eine kurze Zeit braucht, um alle Ventile in die richtige Position zu bringen.The control or switching of the regenerators 20 and 21 in 4 preferably runs as a function of time and/or temperature. Each heating or vapor phase lasts a certain time, Δth, or Δtd. If only two regenerators are provided, Δth < Δtd since it takes a short time to bring all the valves into the right position.

Auf diese Weise ist die Lieferung des überhitzten Dampfs bevorzugt (absolut) kontinuierlich und der Rest des Prozesses im Reaktor 1 und in die ganze Anlage 200 läuft ohne Unterbrechung. Falls man drei oder mehrere Regeneratoren nutzt, ist die Heizphase entsprechend länger, aber mit reduziertem Durchfluss. z.B., bei drei Regeneratoren ist eine Heizphase etwas kürzer als die doppelte Dampfphase: Δth < 2Δtd. Auf diese Weise kann man den Druckverlust eine Heizphase ungefähr gleich wie bei der Dampfphase halten. Die Verbrennung findet normalerweise unter Umgebungsdruck statt, und die Dampfphase unter erhöhtem Druck.In this way the supply of the superheated steam is preferably (absolutely) continuous and the rest of the process in the reactor 1 and in the whole plant 200 runs without interruption. If you use three or more regenerators, the heating phase is correspondingly longer, but with a reduced flow. e.g., with three regenerators, one heating phase is slightly shorter than twice the vapor phase: Δth < 2Δtd. In this way one can keep the pressure loss of a heating phase approximately the same as in the vapor phase. Combustion normally takes place at ambient pressure and the vapor phase at elevated pressure.

Der zweite bevorzugte Umschaltkriterium ist die Temperatur. Während jeder Heizphase steigt die Temperatur des Abgases, gemessen an der Messstelle 310, bzw. 311. Falls diese Temperatur über eine vorgegeben Grenztemperatur TG1 steigt, wird die Heizphase beendet und geht wieder in die Dampfphase über. Der Grund dafür besteht darin, das Material vor der Überhitzung zu schützen, aber auch den Wirkungsgrad der Anlage hoch zu halten.The second preferred switching criterion is the temperature. During each heating phase, the temperature of the exhaust gas rises, measured at measuring point 310 or 311. If this temperature rises above a predetermined limit temperature TG1, the heating phase ends and returns to the vapor phase. The reason for this is to protect the material from overheating, but also to keep the efficiency of the system high.

Für den in 4 gezeichneten Fall (Regenerator 20 ist in der Heizphase), wird die Heizphase beendet bevor die Zeit Δth abgelaufen ist, falls die Temperatur an der Messstelle 310 den Wert TG1 erreicht hat.For the inside 4 drawn case (regenerator 20 is in the heating phase), the heating phase ends before the time Δth has expired if the temperature at the measuring point 310 has reached the value TG1.

Die Temperatur als Umschaltkriterium gilt bevorzugt auch für eine Dampfphase. Während jeder Dampfphase sinkt die Temperatur des überhitzten Dampfs, gemessen an der Messstelle bzw. mit der Messeinrichtung 312, bzw. 313. Falls diese Temperatur unter eine vorgegebene Grenztemperatur TG2 sinkt, wird bevorzugt die Dampfphase beendet und in die Heizphase aktiviert.The temperature as a switchover criterion preferably also applies to a vapor phase. During each steam phase, the temperature of the superheated steam falls, measured at the measuring point or with the measuring device 312 or 313. If this temperature falls below a predetermined limit temperature TG2 falls, the vapor phase is preferably ended and activated in the heating phase.

Der Grund dafür ist der Prozess im Reaktor 1. Falls die Dampftemperatur zu niedrig ist, reduziert sich die Ausbeute des Wasserstoffs. Für den in 4 gezeigten Fall (Regenerator 21 in die Dampfphase), wird die Dampfphase beendet bevor die Zeit Δtd abgelaufen ist, falls die Temperatur an der Messstelle 313 das Wert TG2 unterschritten hat.The reason for this is the process in reactor 1. If the steam temperature is too low, the yield of hydrogen will be reduced. For the inside 4 shown case (regenerator 21 in the vapor phase), the vapor phase is terminated before the time .DELTA.td has expired if the temperature at the measuring point 313 has fallen below the value TG2.

An der Regeneratoren 20 und 21 kann man noch weitere Temperaturmessstellen, die hier nicht gezeigt sind, anordnen um die korrekte Gasverteilung, bzw. der Verbrennungsprozess zu kontrollieren.Additional temperature measuring points, which are not shown here, can be arranged on the regenerators 20 and 21 in order to check the correct gas distribution or the combustion process.

Um die thermischen Spannungen in den radialen Richtungen der Regenerator 20 und 21 zu kontrollieren, bzw. zu reduzieren, wird bevorzugt ein Verfahren und entsprechende Einrichtungen, wie sie im Patent DE 97 44 387 C1 bzw. in die Patentanmeldung DE 10 2012 023 517 A1 beschrieben sind, genutzt.In order to control or reduce the thermal stresses in the radial directions of the regenerators 20 and 21, a method and corresponding devices as described in the patent are preferred DE 97 44 387 C1 or in the patent application DE 10 2012 023 517 A1 are described, used.

5 zeigt eine Alternative zu der Vorrichtung 200 aus 1. Die Energie, die für die Dampferzeugung im Kessel 16 notwendig ist, kommt nicht vom Tail-Gas, sondern von einer anderen externen Energiequelle, entlang des Pfeils P8. Dabei kann es sich wieder um den gleichen Rohstoff handeln wie in 1, z.B. Biomasse. 5 shows an alternative to the device 200 from 1 . The energy necessary for steam generation in the boiler 16 does not come from the tail gas but from another external energy source, along the arrow P8. This can again be the same raw material as in 1 , e.g. biomass.

Aber es kann sich auch um einen anderen Rohstoff handeln z.B. einen Industrieabfall, Abfallgas usw... In diesem Fall wird mehr Tail-Gas für die Dampfüberhitzung in den Regeneratoren 20, 21 zur Verfügung stehen. Falls das nicht notwendig ist, wird das überschüssiges Tail-Gas in die Sattdampfleitung 18, entlang des Pfeils P5, injiziert. Auf diese Weise entsteht mehr H2 und die H2-Ausbeute entlang des Pfeils P7 pro eingesetzte Rohstoffmenge P1 wird spezifisch höher sein. Das hat einen positiven Einfluss auf die Ausnutzung der Anlage 201 und dementsprechend auf die Wirtschaftlichkeit. Eine weitere Alternative ist die Verwendung einer externen Dampfquelle.But it can also be another raw material, eg industrial waste, waste gas, etc... In this case, more tail gas will be available for steam superheating in the regenerators 20, 21. If not necessary, the excess tail gas is injected into the saturated steam line 18 along arrow P5. In this way, more H 2 is produced and the H 2 yield along the arrow P7 per raw material quantity P1 used will be specifically higher. This has a positive influence on the utilization of the plant 201 and accordingly on the economy. Another alternative is to use an external steam source.

Inbetriebnahme und Reinigung:Commissioning and cleaning:

Um die Ablagerung der Teere zu verhindern, oder wenigstens zu minimieren, ist bevorzugt eine Begleitheizeinrichtung an wenigstens einer der Leitungen 100, 101, 102, 103, bevorzugt an mehreren dieser Leitungen und bevorzugt an allen diesen Leitungen vorgesehen. Bevorzugt ist auch eine Begleitheizeinrichtung an den Komponenten Zyklon 2 und Staubfilter 5 vorgesehen sowie bevorzugt an den Ventilen in der Umgebung des Cracker 6, 61 bis 64.In order to prevent or at least minimize the deposit of the tars, a trace heating device is preferably provided on at least one of the lines 100, 101, 102, 103, preferably on several of these lines and preferably on all of these lines. A trace heating device is preferably also provided on the cyclone 2 and dust filter 5 components and preferably on the valves in the vicinity of the cracker 6, 61 to 64.

Bevorzugt handelt es sich bei wenigstens einer dieser Begleitheizeinrichtungen, bevorzugt bei mehreren dieser Begleitheizeinrichtungen und besonders bevorzugt bei allen diesen Begleitheizeinrichtungen um eine elektrisch betriebene Heizeinrichtungen.Preferably, at least one of these tracer heating devices, preferably several of these tracer heating devices and particularly preferably all of these tracer heating devices is an electrically operated heating device.

Als Begleitheizeinrichtung ist bevorzugt eine Ausführung mit elektrischen Drähten die beste Lösung, aber es gibt auch andere Lösungen, z.B. Dampfheizung oder Warmwasserheizung.As a heat tracing device, an electric wire version is the best solution, but there are other solutions, e.g. steam heating or hot water heating.

Die elektrische Begleitheizeinrichtung wird bevorzugt sehr genau geregelt, weil die Wandtemperatur der Leitung nicht zu niedrig (intensive Auskondensierung der Teere), aber auch nicht zu hoch (Anbackungen von Teeren) sein darf.The electrical trace heating device is preferably controlled very precisely because the wall temperature of the line must not be too low (intensive condensation of the tar) but also not too high (caking of tar).

Vor der Inbetriebnahme der Anlage werden bevorzugt die genannten Leitungen und Komponenten auf eine Temperatur zwischen 50°C und 80°C vorgewärmt. Während der Inbetriebnahme steigt die Synthesegastemperatur und deswegen muss die Leistung der Begleitheizung auch steigen, so dass die Wandtemperatur immer die Synthesegastemperatur folgt.Before the plant is started up, the lines and components mentioned are preferably preheated to a temperature between 50.degree. C. and 80.degree. During start-up the synthesis gas temperature increases and therefore the heat tracing power must also increase so that the wall temperature always follows the synthesis gas temperature.

Falls man eine ausreichend gute Außenisolierung der Leitungen, bzw. die Komponenten, hat, wird bevorzugt beim Erreichen der nominalen Betriebsbedingungen die Leistung der Begleitheizeinrichtung(en) stark reduziert, oder sogar (wenigstens zeitweise) ausgeschaltet. Die Begleitheizeinrichtung dient dann bevorzugt nur, um die Wandtemperatur zu regeln, am bestens um einen Wert im Bereich der Synthesegastemperatur und besonders bevorzugt in einem Bereich von ±5 K der Synthesegastemperatur.If you have a sufficiently good external insulation of the lines or the components, the power of the trace heating device(s) is preferably greatly reduced or even switched off (at least temporarily) when the nominal operating conditions are reached. The trace heating device is then preferably only used to regulate the wall temperature, ideally around a value in the range of the synthesis gas temperature and particularly preferably in a range of ±5 K of the synthesis gas temperature.

Bevorzugt wird der untere Teil des Reaktors 1 mit Kalk, Dolomit, alter Asche (falls vorhanden) oder ähnlichem Material gefüllt. In diesem Fall liefern die Regeneratoren 20 und 21 nur leicht überhitzten Wasserdampf, ca. 200°C bis 300°C, um den leeren (ohne Biomasse!) Reaktor 1, Zyklon 2, Partikelfilter 5 und Cracker 6 vorzuwärmen.Preferably, the lower part of the reactor 1 is filled with lime, dolomite, old ash (if any) or similar material. In this case, the regenerators 20 and 21 supply only slightly superheated steam, approx. 200°C to 300°C, in order to preheat the empty (without biomass!) reactor 1, cyclone 2, particle filter 5 and cracker 6.

6 zeigt die wichtigsten Messtellen und Komponenten für die Sicherheit und Regelung der Vergasereinrichtung bzw. des Reaktors 1. Seitlich ist eine Vielzahl von Temperaturmessstellen bzw. Temperaturmesseinrichtung 300 vorgesehen, die auf unterschiedlichen Höhen des Bettes aus Brennstoff angeordnet sind. Es sind bevorzugt mindestens vier solcher Messtellen, bevorzugt mindestens acht, und besonders bevorzugt wenigstens zehn und bevorzugt zwölf. 6 shows the most important measuring points and components for the safety and regulation of the gasification device or the reactor 1. A large number of temperature measuring points or temperature measuring devices 300 are provided on the side, which are arranged at different heights of the fuel bed. There are preferably at least four such measuring points, preferably at least eight, and particularly preferably at least ten and preferably twelve.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Messstellen bzw. Messeinrichtungen In nicht übereinander, sondern rund um den Reaktor eingeordnet. In einem normalen Arbeitsbetrieb sollten gemessenen Temperaturen von unten nach oben abfallen. Falls das nicht der Fall ist, bedeutet es, dass das Bett nicht gleichmäßig durchgestromt ist, oder dass es im Bett leere Stellen gibt.In a preferred embodiment, these measuring points or measuring devices In are not on top of each other, but arranged around the reactor. In normal working conditions, measured temperatures should drop from bottom to top. If this is not the case, it means that the bed is not flowing evenly, or that there are empty spots in the bed.

In einem solchem Fall wird die Vergasereinrichtung angesteuert um deren Arbeitsbetrieb zu verändern. So können die Vergasungsmittel und Energieträger durch die Leitung 19 erhöht werden und/oder es können zusätzlichen Mengen an Brennstoff P2 eingeführt werden.
Um eine konstante Kapazität des Reaktors 1 zu erreichen, ist eine weitere Temperaturmesseinrichtung bzw. Messstelle 301 (unmittelbar) am Reaktoraustritt vorgesehen. Falls die dort gemessene Temperatur höher als eine Solltemperatur T1 ist, bedeutet das, dass nicht ausreichend Brennstoff im Reaktor ist. In diesem Fall können zusätzliche Mengen durch P2 eingefüllt werden. Die Temperatur sinkt in diesem Fall und falls eine untere Solltemperatur T2 erreicht wird, wird die weitere Brennstoffzufuhr gestoppt, bis die obere Solltemperatur T1 wieder erreicht wird.
In such a case, the carburetor device is controlled in order to change its working mode. Thus, the gasification agents and fuels can be increased through line 19 and/or additional amounts of fuel P2 can be introduced.
In order to achieve a constant capacity of the reactor 1, a further temperature measuring device or measuring point 301 is provided (directly) at the reactor outlet. If the temperature measured there is higher than a target temperature T1, this means that there is not enough fuel in the reactor. In this case, additional quantities can be filled in through P2. In this case, the temperature drops and if a lower target temperature T2 is reached, the further supply of fuel is stopped until the upper target temperature T1 is reached again.

Mit einem rotierenden Rechen 303 wird das eingeführte Brennstoff eben verteilt, um leere oder ungleich gefüllte Stellen im Bett zu vermeiden. Der Rechen ist mittels einer Welle 304 durch einen Motor 305 getrieben. Das Drehmoment an diesem Motor gibt Auskunft über die Brennstoffmengen im Reaktor 1, die als eine alternative Methode zur Kapazitätsregelung genutzt werden kann. Falls das Drehmoment kleiner als ein vorgegebener Wert M1 ist, bedeutet dies, dass das Rechen im Leeren rotiert und das Brennstoffmenge zu niedrig ist. Durch Zugabe des Brennstoffes durch P2 steigt das Drehmoment und sobald ein Wert M2 erreicht wird, wird die Brennstoffzufuhr gestoppt, bis der Drehmomentwert M1 wieder erreicht ist.With a rotating rake 303, the introduced fuel is evenly distributed to avoid empty or unevenly filled spots in the bed. The rake is driven by a motor 305 by means of a shaft 304 . The torque on this motor provides information about the fuel levels in reactor 1, which can be used as an alternative method for capacity control. If the torque is less than a given value M1, it means that the rake rotates empty and the amount of fuel is too low. By adding the fuel through P2, the torque increases and as soon as a value M2 is reached, the fuel supply is stopped until the torque value M1 is reached again.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird daher die Förderleistung der zu vergasenden Produkte in Abhängigkeit von mehreren Steuergrößen gesteuert und insbesondere geregelt. In a preferred method, the conveying capacity of the products to be gasified is therefore controlled and, in particular, regulated as a function of a number of control variables.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche eine Veränderung der vertikalen Position des Rechens 304 erlaubt. Die vertikale Position des Rechens 303 und/oder der Welle 304 kann insbesondere abhängig von der Brennstoffqualität (Zusammensetzung, Wassergehalt, Stückigkeit...) geändert werden. Das hat Einfluss auf die Solltemperaturen T1 und T2, bzw. auf die Drehmomente M1 und M2.In a further preferred embodiment, a drive device is provided which allows the vertical position of the rake 304 to be changed. The vertical position of the rake 303 and/or the shaft 304 can be changed in particular depending on the fuel quality (composition, water content, lumpiness...). This has an influence on the target temperatures T1 and T2, or on the torques M1 and M2.

Am Reaktoraustritt, oder an der Leitung 100. insbesondere unmittelbar nach dem Reaktor, wird bevorzugt man die Zusammensetzung des Synthesegases gemessen (Messstelle 302 im 6). Das dient dazu um die Eingangsparameter zu ändern, um eine höhe Ausbeute an Wasserstoff zu erreichen.At the reactor outlet, or at line 100, in particular immediately after the reactor, the composition of the synthesis gas is preferably measured (measuring point 302 in 6 ). This is used to change the input parameters in order to achieve a higher yield of hydrogen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines Sauerstoffgehalts des Synthesegases auf.The device preferably has a measuring device for determining an oxygen content of the synthesis gas.

Neben den üblichen Komponenten des Synthesegases (H2, CO, CO2, CH4...) misst man bevorzugt auch die Sauerstoffkonzentration (O2). Sauerstoff kann zum Beispiel durch die Biomasseschleuse in den Reaktor, und so im Synthesegas kommen.In addition to the usual components of the synthesis gas (H 2 , CO, CO 2 , CH 4 ...), the oxygen concentration (O 2 ) is also preferably measured. Oxygen can, for example, get into the reactor through the biomass lock and thus in the synthesis gas.

Das ist extrem unerwünscht, weil so Knallgas (Mischung aus H2+O2) entsteht, was die Anlage beschädigt und das Personal verletzen kann. Deswegen geht die Anlage sofort in einen NOT-Zustand, falls die Sauerstoffkonzentration einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Man stoppt (insbesondere sofort) die Zufuhr von Reaktionsmittel durch die Leitung 19, und düst bevorzugt Stickstoff ein und/oder öffnet die By-Pass Leitungen 111 bis 118, gezeichnet in 7.This is extremely undesirable as it creates oxyhydrogen (a mixture of H 2 +O 2 ) which can damage equipment and injure personnel. For this reason, the system immediately goes into an EMERGENCY state if the oxygen concentration has reached a specified value. The supply of reactant through line 19 is stopped (in particular immediately), and nitrogen is preferably injected and/or the bypass lines 111 to 118, shown in FIG 7 .

Erst wenn die Sauerstoffkonzentration deutlich unter den Grenzwert fällt, darf die Anlage wieder in Betrieb gehen. Falls eine derartige Situation erneut eintritt, muss die Anlage außer Betrieb gehen, bis die Ursache gefunden und beseitigt ist.Only when the oxygen concentration falls well below the limit value can the system be put back into operation. If such a situation occurs again, the system must be shut down until the cause has been found and eliminated.

Die Abgase, die auch etwas Teere von vorherigem Betrieb enthalten können, leitet man bevorzugt in eine Nachbrennkammer 50 (vgl. 7).
Anschließend wird bevorzugt die Dampfzufuhr gestoppt und mit der Befüllung des Reaktors 1 begonnen. Wenn das Reaktor 1 ausreichend mit dem Brennstoff gefüllt ist, wird bevorzugt wieder mit dem Wasserdampfzufuhr begonnen, so dass erste Mengen an Synthesegas entstehen.
The exhaust gases, which may also contain some tar from previous operation, are preferably fed into an afterburner chamber 50 (cf. 7 ).
The supply of steam is then preferably stopped and the filling of the reactor 1 is started. When the reactor 1 is sufficiently filled with the fuel, the supply of steam is preferably started again, so that the first amounts of synthesis gas are formed.

Während einer Inbetriebnahme wird bevorzugt nicht sofort die ganze Anlage 200 eingeschaltet, sondern ein Teil nach dem anderen. Deswegen sind bevorzugt mindestens zwei, bevorzugt vier oder noch mehr By-Pass-Leitungen vorgesehen. In 7 sind vier solche Leitungen, 111, 112, 116 und 118, zusammen mit einer Sammelleitung 120, dargestellt.During start-up, the entire system 200 is preferably not switched on immediately, but one part after the other. For this reason, at least two, preferably four or even more bypass lines are preferably provided. In 7 Four such lines, 111, 112, 116 and 118, along with a manifold 120, are shown.

Man verwendet bevorzugt die By-Pass-Ventile 351, 352, 356 und 358 dazu. Diese Ventile sind bevorzugt als Drei-Wege-Ventile ausgeführt (alternativ kann man zwei Zwei-Wege-Ventile mit gekoppeltem Antrieb nutzen). Am Anfang, durch Betätigung des Ventils 351, öffnet man die By-Pass-Leitung 111, so dass das Synthesegas nicht weiter in Richtung Partikelfilter 5 strömen kann.The by-pass valves 351, 352, 356 and 358 are preferably used for this purpose. These valves are preferably designed as three-way valves (alternatively, two two-way valves with a coupled drive can be used). At the beginning, by actuating the valve 351, the by-pass line 111 is opened so that the synthesis gas cannot flow any further in the direction of the particle filter 5.

Falls die Temperatur und der Betrieb des Zyklons 2 in Ordnung sind, öffnet man die By-Pass-Leitung 112, durch die Betätigung des Ventils 352. Dann schließt man die Leitung 111, so dass die ganze Menge des Synthesegases durch den Partikelfilter 5 und die Leitung 112 strömt. Diese Betriebsweise verfolgt man weiter, bis die letzte Leitung 118, durch die Betätigung des Ventils 358, geöffnet wird. Erstmals wann die Temperaturen, Gasqualität und das Druck des Synthesegases an dieser Stelle in Ordnung sind, schließt man bevorzugt die By-Pass-Leitung 118 und das Gas strömt über den Kompressor 12 durch die PSA-Anlage 13. Somit beginnt die Herstellung des reinen Wasserstoffes.If the temperature and the operation of the cyclone 2 are correct, the by-pass line 112 is opened by actuating the valve 352. Then the line 111 is closed so that the entire quantity of synthesis gas can flow through the particle filter 5 and the Line 112 flows. This mode of operation is continued until the last line 118 is opened by actuation of valve 358. As soon as the temperatures, gas quality and pressure of the synthesis gas are correct at this point, the bypass line 118 is preferably closed and the gas flows through the compressor 12 through the PSA system 13. The production of pure hydrogen thus begins .

Über die Leitung 120 gelangt das qualitativ minderwertige Synthesegas aus By-Pass-Leitungen 111 bis 118 in eine Nachbrennkammer 50, wo dieses Gas, zusammen mit mehr oder weniger Teerresten, nachverbrannt wird und die sauberen Abgase, durch den Kamin 51, in die Atmosphäre geleitet werden.Via line 120, the qualitatively inferior synthesis gas from by-pass lines 111 to 118 reaches an afterburner chamber 50, where this gas, together with more or less tar residues, is afterburned and the clean exhaust gases are discharged through the chimney 51 into the atmosphere become.

Die Nachbrennkammer 50 kann in die Brennkammer des Kessels 16 integriert werden, um die entwickelte Wärme für die Dampferzeugung auszunutzen. Während der Inbetriebnahme wird bevorzugt ein externer Brennstoff, am besten erneuerbarer Brennstoff wie Biomasse, Bio-Diesel oder Bio-Methan, für die Sattdampferzeugung im Kessel 16 und für die Dampfüberhitzung in Regeneratoren 20 und 21 genutzt. Erstmals wenn die Produktion des Synthesegases vollständig läuft, wird bevorzugt auf den externen Brennstoff verzichtet.The afterburner chamber 50 can be integrated into the combustion chamber of the boiler 16 in order to utilize the heat developed for steam generation. During start-up, an external fuel, preferably renewable fuel such as biomass, bio-diesel or bio-methane, is preferably used for saturated steam generation in boiler 16 and for steam superheating in regenerators 20 and 21. For the first time when the production of the synthesis gas is fully running, the external fuel is preferably dispensed with.

Reinigungcleaning

Nach einem Betriebstopp wird bevorzugt die Anlage gereinigt und/oder für die nächste Betriebsphase vorbereitet. Als erstes, wird der Reaktor 1 außer Betrieb gesetzt, d.h. es erfolgt kein Biomassezufuhr und/oder keine Dampfzufuhr mehr. Alternativ kann man statt Biomasse Kalk, Dolomit, alte Asche oder ähnliche Material füllen. Alle By-Pass Leitungen 111 bis 118 sind in dieser Phase bevorzugt geöffnet.After a shutdown, the system is preferably cleaned and/or prepared for the next phase of operation. First, the reactor 1 is shut down, i.e. there is no more biomass supply and/or no more steam supply. Alternatively, you can fill in lime, dolomite, old ash or similar material instead of biomass. All bypass lines 111 to 118 are preferably open in this phase.

Dann fährt man mit einer reduziertem Dampfzufuhr, mit immer niedriger Dampftemperatur, bis ca. 300°C erreicht sind.Then you run with a reduced steam supply, with ever lower steam temperature, until about 300°C are reached.

Wenn die Biomasse verbraucht ist oder durch die Ascheschleuse entfernt ist, beginnt die Reinigung der Anlage. Leicht überhitzte Wasserdampf (200-300°C) strömt durch den Reaktor 1 und durch die Leitungen 100, 101, 102, 103, durch den Zyklon 2, Partikelfilter 5 und den Cracker 6 und entfernt die eventuell abgelagerten Teere.When the biomass is consumed or removed through the ash sluice, cleaning of the plant begins. Slightly superheated steam (200-300°C) flows through the reactor 1 and through the lines 100, 101, 102, 103, through the cyclone 2, particle filter 5 and the cracker 6 and removes any tar that may have deposited.

Falls notwendig kann man Luft zum Sattdampf zumischen und beides auf 200°C bis 300°C überhitzen. Damit können die hartnäckigen Anbackungen von Teeren in den Leitungen verbrennen. Dabei wird bevorzugt die Temperatur zu überwacht, da zusätzliche Wärme entsteht. Am Ende stoppt man bevorzugt die Wasserdampfzufuhr und die Anlage kann sich abkühlen.If necessary, you can add air to the saturated steam and superheat both to 200°C to 300°C. This can burn the stubborn deposits of tar in the pipes. The temperature is preferably monitored, since additional heat is generated. At the end, the steam supply is preferably stopped and the system can cool down.

Abhängig von der Brennstoffqualität, können ein oder mehrere Anlageteile weggelassen werden, wie z.B. der Zyklon 2, der Partikelfilter 5 oder der Cracker 6.Depending on the fuel quality, one or more parts of the plant can be left out, such as the cyclone 2, the particle filter 5 or the cracker 6.

Falls ein Brennstoff absolut ohne Klein-Anteile verwendet wird, welcher bei der Reaktion mit Wasserdampf keine Partikel bildet, dann kann auf den Partikelfilter 5 verzichtet werden.If a fuel is used with absolutely no small parts, which does not form any particles when reacting with water vapor, then the particle filter 5 can be dispensed with.

Falls man einen Brennstoff chargiert, der keine flüchtigen Bestandteile erhält, kann der Einsatz der Cracker 6 überflüssig sein.If you charge a fuel that contains no volatile components, the use of crackers 6 may be superfluous.

Falls man einen schwefelfreien Brennstoff hat, dann ist der ZnO-Filter 11 nicht mehr nötig.If you have a sulfur-free fuel, then the ZnO filter 11 is no longer necessary.

Alle Bestandteile der Anlage 200 sind notwendig um eine sehr hohe Qualität des Wasserstoffs, wie z.B. für die Brennstoffzelle erforderlich, zu produzieren. Falls man den erzeugten Wasserstoff in eine Erdgasleitung einspeisen möchte, sind die Qualitätsanforderungen nicht so hoch, und eine oder mehrere Komponenten 9, 10 oder 11, können weglassen werden. Diese Komponenten (9, 10, 11) können auch in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten angeordnet sein.All components of the system 200 are necessary to produce a very high quality of hydrogen, such as that required for the fuel cell. If one wants to feed the generated hydrogen into a natural gas pipeline, the quality requirements are not so high and one or more components 9, 10 or 11 can be left out. These components (9, 10, 11) can also be arranged in a different order than that shown.

Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided they are new compared to the prior art, either individually or in combination. It is also pointed out that the individual figures also describe features which can be advantageous in and of themselves. The person skilled in the art recognizes immediately that a specific feature described in a figure can also be advantageous without adopting further features from this figure. Furthermore, the person skilled in the art recognizes that advantages can also result from a combination of several features shown in individual figures or in different figures.

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Claims (13)

Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff mit den Schritten: Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe (2) in einem Vergaser (1), wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser (1) eingeführt und zur Vergasung verwendet wird; Reinigung des Wasserstoff enthaltenden bei der Vergasung entstandenen Synthesegases wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf bevorzugt sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens zwei unterschiedlichen Messeinrichtungen eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe gemessen wird und das Verfahren mittels einer Steuerungseinrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe gesteuert wird.Process for converting carbon-containing raw materials and in particular biomass into hydrogen, comprising the steps: gasification of the carbon-containing raw materials (2) in a gasifier (1), with heated steam being introduced into the gasifier (1) and used for gasification; Purification of the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification, with the gasification preferably being an allothermic gasification and the heated steam being preferably used both as a gasifying agent and as a heat transfer medium for the gasification, characterized in that at least two different measuring devices measure a variable that is characteristic of the conversion process is measured and the method is controlled by a control device taking this characteristic variable into account. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser charakteristischen Größe eine Temperatur und insbesondere eine Temperatur und/oder ein Druck des Synthesegases ist.procedure after claim 1 characterized in that at least one of these characteristic variables is a temperature and in particular a temperature and/or a pressure of the synthesis gas. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen und/oder Sensoreinrichtungen unterschiedliche Prozessparameter aufgenommen werden, wobei die Aufnahme bevorzugt über einen längeren Zeitraum hinweg erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that different process parameters are recorded using a large number of measuring devices and/or sensor devices, the recording preferably taking place over a longer period of time. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine für den Vergasungsprozess charakteristische Temperatur gemessen wird und insbesondere an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen einer Vergasungseinrichtung diese Temperatur gemessen wirdMethod according to at least one of the preceding claims, characterized in that a temperature characteristic of the gasification process is measured and in particular that this temperature is measured at at least two different positions of a gasification device Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte und/oder Prozessparameter kontinuierlich und/oder getaktet aufgenommen werden und insbesondere mit einer zeitlichen Zuordnung aufgenommen werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measured values and/or process parameters are recorded continuously and/or clocked and in particular are recorded with a time allocation. Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass n-Tupel aus mehreren Messwerten aufgenommen werden, insbesondere mit einer zeitlichen Zuordnung.Method according to the preceding claim, characterized in that n tuples are recorded from a plurality of measured values, in particular with a time assignment. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung und/oder Prozessoreinrichtung aus den aufgenommenen Messwerten und/oder Daten Informationen ableitet, welche für den Betrieb der Vorrichtung oder des Verfahrens charakteristisch sind.procedure after claim 2 or 5 , characterized in that an evaluation device and/or processor device derives information characteristic of the operation of the device or the method from the measured values and/or data recorded. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Größe aus einer Gruppe von Größen ausgewählt ist, welche eine bei der Vergasung auftretende Temperatur des Wasserdampfs, eine Temperatur des Synthesegases, einen Druck des Synthesegases, ein Drehmoment einer Antriebseinrichtung, welche die Biomasse an den Vergaser fördert, eine Durchflussmenge, ein pH-Wert des kohlenstoffhaltigen Materials und dergleichen enthält.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the characteristic variable is selected from a group of variables which include a temperature of the water vapor occurring during gasification, a temperature of the synthesis gas, a pressure of the synthesis gas, a torque of a drive device which conveying biomass to the gasifier, flow rate, pH of the carbonaceous material, and the like. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe dem Vergasungsprozess mittels einer Fördereinrichtung zugeführt werden und bevorzugt diese Fördereinrichtung auf Basis wenigstens einer charakteristischen Größe gesteuert und insbesondere geregelt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carbon-containing raw materials are fed to the gasification process by means of a conveyor and this conveyor is preferably controlled and in particular regulated on the basis of at least one characteristic variable. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein für eine Fördereinrichtung zum Fördern der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe charakteristischer Parameter gemessen wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one parameter which is characteristic of a conveyor device for conveying the carbonaceous raw materials is measured. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen charakteristische Werte des Synthesegases bestimmt werden und der Umwandlungsprozess unter Zugrundelegung dieser Werte gesteuert wird, wobei dieser Werte bevorzugt aus einer Gruppe von Werten ausgewählt sind, welche Temperaturwerte, Druckwerte, Feuchtigkeitswerte des Synthesegases und dergleichen enthält.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that characteristic values of the synthesis gas are determined using a large number of measuring devices and the conversion process is controlled on the basis of these values, these values being preferably selected from a group of values which include temperature values, pressure values, moisture levels of the syngas and the like. Vorrichtung (200) zur Umwandlung von kohlenstoffhalten Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff mit einer Vergasereinrichtung (1) zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe (2), mit einer Zuführeinrichtung, welche erhitzten Wasserdampf in den Vergaser eingeführt (1) um diesen zur Vergasung zu verwenden und mit einer Reinigungseinrichtung (5, 6) zur Reinigung des Wasserstoff enthaltenden bei der Vergasung entstandenen Synthesegases wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf bevorzugt sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Messeinrichtungen aufweist, welche eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe messen und eine Steuerungseinrichtung die Vorrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe steuert.Device (200) for converting raw materials containing carbon and in particular biomass into hydrogen with a gasification device (1) for gasifying the raw materials containing carbon (2), with a feed device which introduces heated steam into the gasifier (1) in order to use it for gasification and with a cleaning device (5, 6) for cleaning the hydrogen-containing synthesis gas produced during the gasification, the gasification preferably being an allothermic gasification and the heated steam being preferably used both as a gasification medium and as a heat transfer medium for the gasification, characterized in that the Device has at least two different measuring devices, which measure a characteristic of the conversion process variable and a control device before direction taking this characteristic variable into account. Vorrichtung (200) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (200) eine Fördereinrichtung aufweist, welche die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in die Vergasereinrichtung (1) fördert.Device (200) according to the preceding claim, characterized in that the device (200) has a conveying device which conveys the carbonaceous raw materials into the gasification device (1).
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