DE10238185A1

DE10238185A1 - Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen

Info

Publication number: DE10238185A1
Application number: DE10238185A
Authority: DE
Inventors: Clemens Kiefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-04

Abstract

Es wird ein Vergasungsverfahren zur Anreicherung von Wasserstoff im Produktgas und zur Steuerung der Gaszusammensetzung beschrieben. Der Vergaser unterteilt sich in Entgasungszone, Verbrennungszone und Vergasungs- und Reduktionszone. Das in der Entgasungszone entstehende Pyrolysegas verbrennt in der Verbrennungszone. In die Verbrennungszone werden Zusatzbrennstoffe zugegeben, so dass die Temperatur der die Verbrennungszone verlassenden Brenngase steigt. In einer in der Verbrennungszone eingebauten Plasmabrennkammer wird dem Brenngas Energie übertragen. Die Steuerung des Vergasers erfolgt über die Zuführung von Zusatzbrennstoffen und/oder die in der Plasmabrennkammer zugeführte Energie.

Description

Bei den Vergasungsverfahren mit Luft als Vergasungsmittel ist im Produktgas H₂ und CO mit 10 bis, 20 Volumenprozent und zu etwa gleichen Teilen enthalten. Aufgrund des geringen Energiegehalts spricht man von einem Schwachgas. An den Vergaser angeschlossene Verbrennungsmotoren laufen nicht mit voller Leistung, wenn sie mit Schwachgas betrieben werden. Zur Verbesserung der Zündfähigkeit und der Leistung ist deshalb ein höherer Wasserstoffanteil im Produktgas wünschenswert. Soll das in einem Vergaser erzeugte Produktgas zur Methanol- oder Ammoniaksynthese verwendet werden, so ist ebenfalls ein hoher Wasserstoffanteil erforderlich.

Die heute bevorzugten Vergasungsverfahren mit hohem Wasserstoffanteil im erzeugten Produktgas verwenden Sauerstoff als Vergasungsmittel. In diesem Falle entstehen sehr hohe Temperaturen, wodurch hinzugefügter Wasserdampf in reduzierender Atmosphäre zersetzt wird. Nachteilig an diesem Verfahren sind die hohen Kosten der Sauerstoffbereitstellung und der infolge der sehr hohen Temperaturen in großen Feuerräumen einzusetzenden feuerfesten Materialien.

Bei der Vergasung hängt die Gasqualität von der Beschaffenheit des aus biologischen Rohstoffen bestehenden Brenngutes ab. Die Steuerung zur Erhaltung eines Gases gleichbleibender Qualität ist schwierig und in Vergasern kleiner Leistung aus Kostengründen oft nicht durchführbar.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Vergasungsverfahrens, bei dem ein hoher Wasserstoffanteil entsteht und die Gaszusammensetzung leicht gesteuert werden kann.

In der Zone der Trocknung und Entgasung wird das Brenngut in feste (Kohlenstoff, Koks) und flüchtige Bestandteile (Pyrolysegas) getrennt. Das Pyrolysegas besteht aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf. Die zur Trocknung und Entgasung benötigte Temperatur wird durch eine leichte Verbrennung des Brenngutes erzeugt. Der Koks gelangt in die Vergasungs- und Reduktionszone und das Pyrolysegas in die Verbrennungszone, in der es durch Zugabe von Luft und/oder Sauerstoff verbrennt. Es entsteht hauptsächlich CO₂. Die Brenngase gelangen in die Vergasungs- und Reduktionszone. Hier wird das CO₂ zu CO und H₂O zu H₂ und 0₂ reduziert und der Koks zu CO verbrannt (vergast).

Da die Reduktion ein endothermer Vorgang ist, muss in die Vergasungs- und Reduktionszone Energie zugeführt werden. Dies geschieht z.B. über die Verbrennung des Pyrolysegases in der Verbrennungszone. Je nach Feuchtigkeit und Zusammensetzung des Brenngutes wird die Temperatur der Brenngase schwanken. Bei zu niedriger Temperatur wird ein geringerer CO und H₂-Anteil im Produktgas vorhanden sein. Um den CO- und Wasserstoffanteil im Produktgas zu erhöhen, muss vorrangig die Temperatur der Brenngase erhöht werden.

Es wird vorgeschlagen, in der Verbrennungszone Energie zuzuführen. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:

1. In die Verbrennungszone werden flüssige und/oder feste und/oder gasförmige Zusatzbrennstoffe zugeführt. Dadurch wird die Verbrennung des Pyrolysegases gestützt. Als Zusatzbrennstoff eignen sich insbesondere Fett, kalt gepresste Öle, aber auch Frittenöl oder Altöl, die auf diese Weise im Vergaser entsorgt werden. Ebenso können Methan aus Biogasanlagen oder Erdgas eingesetzt werden. Als fester Brennstoff bietet sich Kohlenstaub oder Koks an. Je nach Menge des Zusatzbrennstoffes (10) wird für die Verbrennung mehr oder weniger Luft (7) zugeführt. Bezogen auf die den Vergaser durchlaufende Gesamtmenge von Brennstoff muss die Luftzufuhr unterstöchiometrisch erfolgen.
2. In die Verbrennungszone wird eine Plasmabrennkammer eingebaut. In der Plasmabrennkammer befinden sich Elektroden, an die eine Spannung angelegt wird, so dass ein Strom flie

ßen kann. Das Pyrolysegas tritt durch den Lichtbogen der Plasmabrennkammer und nimmt Energie auf. Die Brenngase erhalten somit eine sehr hohe Temperatur. Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht in dem geringeren Energieeinsatz gegenüber der reinen Plasmapyrolyse. Das Pyrolysegas oder Pyrolysegas und Zusatzbrennstoff können vor oder in der Plasmabrennkammer mit Luft gemischt werden, so dass infolge der Verbrennung eine hohe Ausgangstemperatur entsteht. Dem Lichtbogen muß zur weiteren Erhöhung der Temperatur nur wenig Energie zugeführt werden. Die Plasmabrennkammer wird nur vom Pyrolysegas vermischt mit Wasserdampf und/oder Zusatzbrennstoff, d.h. hauptsächlich von den wasserstofftragenden Molekülen durchströmt. Die Festbestandteile (hauptsächlich Koks), die größere Querschnitte benötigen, gelangen aus der Entgasungszone in die Vergasungs- und Reduktionszone und durchlaufen somit nicht die Plasmabrennkammer.

Wird in der Verbrennungszone nur soviel Luft zugeführt, wie zur Verbrennung des Pyrolysegases stöchiometrisch notwendig ist, so werden der Zusatzbrennstoff und Wasser in der Plasmabrennkammer gekrackt. Es entsteht CO und H₂. In die Vergasungs- und Reduktionszone treten somit CO und H₂ zusammen mit CO₂ und evtl. Restwasser ein. Hier werden das CO₂ und Wasser reduziert. Es entstehen weiteres CO und H₂.

Über die Zufuhr des Zusatzbrennstoffes und/oder über die Energiezufuhr in der Plasmabrennkammer erfolgt gleichzeitig eine Steuerung der Zusammensetzung des Produktgases.

Die Plasmabrennkammer kann in jedem Vergasungsverfahren eingesetzt werden. Es wird hier ein Vergasungsverfahren beschrieben, in dem sowohl der Einbau der Pyrolysekammer als auch die Zufuhr von Zusatzbrennstoff unkompliziert ist.

Der Vergaser besteht aus einem senkrecht stehenden Vergaserschacht (1), der in eine oben liegende Entgasungszone (2) und in die darunter liegende Vergasungs- und Reduktions zone (3) unterteilt ist. Die Entgasungszone (2) wird von einer Schleuse (5) abgeschlossen. Über diese gelangt das Brenngut (13) in den Vergaser. Der Vergaserschacht (1) ist ständig mit Brenngut (13) gefüllt. Vom oberen Bereich der Entgasungszone (2) führt ein Verbindungskanal (4) in den unteren Bereich der Vergasungs- und Reduktionszone (3). Der Verbindungskanal (4) ist die Verbrennungszone. Hier wird der Zusatzbrennstoff (10) zugeführt und die Plasmabrennkammer (11) eingebaut. Der sich im Verbindungskanal (4) befindende Ventilator (6) saugt das Pyrolysegas aus der Entgasungszone (2) an und drückt die Brenngase in den unteren Bereich der Vergasungs- und Reduktionszone (3) oberhalb der Ascheabführvorrichtung (9). Luft (7) wird vorrangig im unteren Bereich der Entgasungszone (2) und in den Verbindungskanal (4) zugeführt. Das Gas (8) strömt aus dem oberen Bereich der Vergasungs- und Reduktionszone (3) ab. Die Zündung in der Verbrennungszone (4) erfolgt mittels Brenner (12).

1: Vergaserschacht
2: Entgasungszone
3: Vergasung- und Reduktionszone
4: Verbindungskanal, Verbrennungszone
5: Schleuse
6: Ventilator
7: Luft
8: Gas
9: Ascheabführvorrichtung
10: Zusatzbrennstoff
11: Plasmabrennkammer
12: Brenner
13: Brenngut

Claims

1, erfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen da durch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Energiezufuhr in der Verbrennungszone (4) erfolgt.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbrennungszone (4) Zusatzbrennstoff (10) zugeführt wird, der hier vollständig oder teilweise verbrennt.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Verbrennungszone eine Plasmabrennkammer befindet, durch die das Gas strömt und Energie aufnimmt.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Plasmabrennkammer Pyrolysegas und Zusatzbrennstoff strömen.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzbrennstoffe Pflanzenöl und/oder Altöl und/oder Frittenöl und/oder Erdgas und/oder Biogas und/oder Kohlenstaub und/oder Koks eingesetzt werden.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Gaszusammensetzung des Produktgases über die Zugabe von Zusatzbrennstoff (10) und/oder die Energiezufuhr in der Plasmabrennkammer (11) erfolgt.

Verfahren zur Vergasung von biologischen Rohstoffen nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungskanal (4), der den oberen Bereich der Entgasungszone (2) mit dem unteren Bereich der Vergasungs- und Reduktionszone (3) außerhalb des Vergaserschachtes (1) verbindet und der als Verbrennungszone dient, Zusatzbrennstoff (10) zugeführt wird und/oder die Plasmabrennkammer (11) eingebaut wird.