DE10345672B4 - Process for the gasification of pyrolysis condensates - Google Patents

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Abstract

Method for gasification of pyrolysis condensates comprises: (a) separating the condensate into a liquid organic and a liquid aqueous phase; (b) feeding the two phases separately or together, along with a sub-stoichiometric amount of oxygen into a gasifier, the organic phase being fed continuously into it.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten gemäß dem ersten Patentanspruch.The The invention relates to a process for the gasification of pyrolysis condensates according to the first Claim.

Als Energieträger ist aus Umweltschutzgründen seit einiger Zeit Biomasse, also Abfall aus der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere Holzabfall, von besonderem Interesse. Da aus technischer Sicht flüssige und gasförmige Energieträger bevorzugt werden, gibt es eine Reihe von Versuchen, die feste, umständlich zu handhabende Biomasse in solche Energieträger zu konvertieren.When fuels is for environmental reasons biomass, ie waste from agriculture and forestry, especially wood waste, of particular interest. Because of technical View liquid and gaseous fuels are preferred, there are a number of attempts that are fixed, cumbersome too to convert handling biomass into such energy sources.

Dabei ist die Pyrolyse ein gut geeigneter Weg. Vor allem Holzabfälle, aber auch andere trockene Lignocellulose-Abfälle, lassen sich durch Schnellpyrolyse, bei der die Abfälle für wenige Sekunden auf hohe Temperaturen erhitzt werden, effektiv in ein sogenanntes Bioöl konvertieren.there Pyrolysis is a well suited way. Especially wood waste, but other dry lignocellulosic waste can also be obtained by rapid pyrolysis, at the waste for a few Be heated to high temperatures, effectively in a so-called Convert bio-oil.

Leider hat das so gewonnene Bioöl einige entscheidende Nachteile. Es ist vor allem nicht stabil und lagerfähig. Vielmehr neigt es nach mehr oder weniger langer Zeit zur Entmischung, wobei sich eine wässrige und eine organische Phase bilden. Die wässrige Phase kann mehr oder weniger große Mengen wasserlöslicher organischer Verbindungen enthalten, insbesondere Essigsäure, Alkohole und andere Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff oder weiteren Heteroatomen.Unfortunately has the bio-oil thus obtained some crucial disadvantages. It is not stable and above all storable. Rather, it tends to segregate after more or less long time, being an aqueous and form an organic phase. The aqueous phase may be more or less big Quantities of water-soluble contain organic compounds, in particular acetic acid, alcohols and other hydrocarbons with oxygen or other heteroatoms.

Das Bioöl kann in einem Vergaser, insbesondere in einem Flugstrom-Druckvergaser umgesetzt werden, um einen höherwertigen Energieträger zu erhalten. Hierbei wird das Bioöl im Flugstromvergaser mit reinem Sauerstoff in unterstöchiometrischem Verhältnis umgesetzt. Ein solches Verfahren wird in der DE 101 51 054 A1 beschrieben.The bio-oil can be reacted in a gasifier, in particular in an entrained-flow gasifier, in order to obtain a higher-quality energy source. Here, the bio-oil is converted in the air flow gasifier with pure oxygen in substoichiometric ratio. Such a procedure is described in the DE 101 51 054 A1 described.

Aus der DE 196 09 721 C2 ist bekannt, dass die Kondensation von Pyrolysegasen einerseits bei 60 °C durchgeführt werden kann, wobei ein Öl/Wasser-Gemisch auskondensiert. Wird die Kondensation bei 90 °C vorgenommen, fällt ausschließlich ein öliges Kondensat an.From the DE 196 09 721 C2 It is known that the condensation of pyrolysis gases on the one hand can be carried out at 60 ° C, with an oil / water mixture condensed out. If the condensation is carried out at 90 ° C, only an oily condensate accumulates.

Aus der DE 693 08 884 T4 ist die Schnellpyrolyse von Biomasse oder biomassestämmiger Substanzen bei Temperaturen zwischen 400 °C und 650 °C und bei einer Verweilzeit kleiner zwei Sekunden unter Verwendung eines Wärmeträgers bekannt.From the DE 693 08 884 T4 is the rapid pyrolysis of biomass or biomass-derived substances at temperatures between 400 ° C and 650 ° C and a residence time less than two seconds using a heat carrier known.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Einspeisung des Bioöls in den Flugstromvergaser gravierende Sicherheitsprobleme auftau chen können. Diese Sicherheitsprobleme hängen mit der erwähnten Neigung des Bioöls zur Entmischung zusammen. Da das Bioöl zur Vergasung in einem Tank bevorratet werden muss, besteht die Gefahr, dass aus dem Tank für kürzere oder längere Zeit ausschließlich die wässrige Phase des Bioöls entnommen wird. Die Gefahr besteht insbesondere dann, wenn der Tankinhalt nicht kontinuierlich und nicht ausreichend effizient durchmischt werden kann. Wegen der kurzen Verweilzeit des Bioöls im Flugstromvergaser – typischerweise einige Sekunden – tritt dabei ein Betriebszustand ein, in dem der Sauerstoff ausschließlich mit der wässrigen Phase in Berührung kommt.It However, it has been shown that in the feed of bio-oil in the Air stream gasifier can thwart serious security problems. These Security problems hang with the mentioned Tendency of the bio-oil for demixing together. Because the bio-oil for gasification in a tank there is a risk that out of the tank for shorter or longer Time exclusively the watery Phase of the bio-oil is removed. The danger exists in particular if the tank contents are not be mixed continuously and not sufficiently efficiently can. Because of the short residence time of bio-oil in the entrainment gasifier - typically a few seconds - occurs while an operating condition in which the oxygen exclusively with the aqueous Phase in touch comes.

An sich braucht sich dabei nicht unbedingt ein gefährlicher Betriebszustand einzustellen. Enthält die wässrige Phase eine ausreichend hohe Menge an brennbaren organischen Verbindungen, besteht keine Gefahr. Äußerst gefährlich ist es jedoch, wenn die wässrige Phase einen niedrigen Heizwert aufweist, somit im wesentlichen nur aus Wasser besteht und kaum brennbare Verbindungen in gelöster Form enthält. Dann stellt sich im Flugstromvergaser für einige Zeit ein Sauerstoffüberschuss ein, der in Folge der Vermischung mit zuvor erzeugtem Synthesegas zur Explosion führen kann. Da die Zusammensetzung des Bioöls und damit die Zusammensetzung der wässrigen Phase je nach der Art der Ausgangs-Biomasse variiert, lässt sich nicht zuverlässig vorhersagen, ob die erwähnte Gefahr besteht. Hinzu kommt, dass die Zusammensetzungen der organischen und der wässrigen Phase je nach Art der Lagerung bei ein und demselben Bioöl unterschiedlich sein können, etwa weil sich niedrig siedende Bestandteile verflüchtigt haben.At This does not necessarily mean that a dangerous operating state has to be set. Contains the aqueous Phase a sufficiently high amount of combustible organic compounds, there is no danger. Extremely dangerous it, however, if the watery Phase has a low calorific value, thus essentially only consists of water and contains hardly any flammable compounds in dissolved form. Then For a while, there is an excess of oxygen in the air flow gasifier a, due to the mixing with previously generated synthesis gas for Cause an explosion can. Since the composition of the bio oil and thus the composition of the aqueous Phase varies depending on the type of starting biomass, can not be reliably predicted, whether the mentioned Danger exists. In addition, the compositions of the organic and the watery Depending on the type of storage may be different in one and the same bio-oil can, because, for example, low-boiling constituents have volatilized.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten anzugeben, bei dem der Flugstromvergaser sicher betrieben werden kann. Die Lösung der Aufgabe efolgt mit der Merkmale – kombination des Patentanschpruchs 1. In den weiteren Ansprüchen werden bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens angegeben.Of the Invention is therefore the object of a method for gasification indicate pyrolysis condensates in which the entrained flow gasifier can be safely operated. The solution of the task follows the characteristics - combination Patent Attention 1. In the further claims, preferred embodiments of the method indicated.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Entmischung des Bioöls vorwegzunehmen, um auf diese Weise einen sicheren Betrieb des Flugstromvergasers zu gewährleisten, und zwar soll das Bioöl in eine wässrige und eine organische Phase getrennt werden. Die organische Phase enthält in jedem Fall einen ausreichend hohen Brennwert, um gefährliche Betriebszustände im Flugstromvergaser zu vermeiden; sie wird daher kontinuierlich und ohne Unterbrechung dem Flugstromvergaser zugeführt. Die wässrige Phase wird separat in den Flugstromvergaser eingespeist, wobei es unerheblich ist, ob die Einspeisung kontinuierlich oder diskontinuierlich – etwa in Intervallen – erfolgt. Auf diese Weise kann es nicht zu einer überstöchiometrischen Konzentration des Sauerstoffs im Vergaser kommen. Die Einspeisung kann in zwei verschiedenen Einspeisedüsen, aber auch in einer gemeinsamen Einspeisedüse erfolgen.The basic idea of the invention is to anticipate the segregation of the bio-oil in order to ensure a safe operation of the entrained-flow gasifier, namely to separate the bio-oil into an aqueous and an organic phase. The organic phase contains in any case a sufficiently high calorific value to avoid dangerous operating conditions in the entrained flow gasifier; It is therefore fed continuously and without interruption the entrainment gasifier. The aqueous phase is fed separately into the entrained flow gasifier, it is irrelevant whether the feed is continuous or discontinuous - at intervals - occurs. That way it can do not come to a superstoichiometric concentration of oxygen in the carburetor. The feed can be made in two different feed nozzles, but also in a common feed nozzle.

Die Trennung des Bioöls in die zwei Phasen wird vorzugsweise in der Weise durchgeführt, dass die organische Phase allenfalls einen geringen Wassergehalt, auf jeden Fall einen Wassergehalt unter 25, besser unter 20 Gew.-% aufweist. Der Wassergehalt der wässrigen Phase beträgt demgegenüber vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%. Die beiden Phasen können unter diesen Bedingungen längere Zeit gelagert werden und neigen nicht mehr zu einer erneuten Phasentrennung.The Separation of bio-oil in the two phases is preferably carried out in such a way that the organic phase at most a low water content, on each Case has a water content below 25, better below 20 wt .-%. The water content of the aqueous Phase is In contrast, preferably at least 50% by weight. The two phases can be under these conditions longer Time are stored and no longer prone to a renewed phase separation.

Die Trennung des Bioöls in die zwei Phasen erfolgt vorzugsweise durch fraktionierte Kondensation während der Erzeugung des Bioöls in der Schnellpyrolyse. Vorzugsweise wird die Schnellpyrolyse mit Lignocellulose durchgeführt, wobei die Lignocellulose mit Sand oder einem anderen geeigneten Wärmeträger, der eine Temperatur von 500°C bis 600°C aufweist, für die Dauer von 1 bis 10 Sekunden in Kontakt gebracht wird. Das gebildete Bioöl wird der erwähnten fraktionierten Kondensation unterworfen, so dass die beschriebenen beiden Phasen entstehen. Alternativ könnte Bioöl durch längere Lagerung und Dekantieren in zwei Phasen aufgetrennt werden.The Separation of bio-oil The two phases are preferably carried out by fractional condensation while the production of bio-oil in rapid pyrolysis. Preferably, the fast pyrolysis with lignocellulose carried out, where the lignocellulosic with sand or another suitable Heat transfer medium, the a temperature of 500 ° C up to 600 ° C has, for the duration of 1 to 10 seconds is brought into contact. The educated Bio Oil will the mentioned subjected to fractional condensation, so that the described two phases arise. Alternatively, bio-oil could be left for longer storage and decanting be separated into two phases.

Aus Vorversuchen ergibt sich, dass sich das Bioöl unter den erwähnten Randbedingungen in eine organische Rohholzteer-Phase und eine wässrige Rohholzessig-Phase auftrennt. Diese Phasentrennung kann in einer technischen Anlage leicht durch eine fraktionierte Kondensation erreicht werden. Die Untersuchung der Phasen ergab für die organische Phase einen Feststoffgehalt zwischen 26 und 29 Gew.-%, eine Dichte von 1250 bis 1290 kg/m3, eine Viskosität bei Zimmertemperatur von ca. 5 Pas und einen Heizwert von 20,8 bis 21,5 MJ/kg. Die entsprechenden Werte für die wässrige Phase sind: Feststoff 29 Gew.-%, Dichte ca. 1200 kg/m3, Viskosität bei Zimmertemperatur ca. 1 Pas und einen Heizwert von lediglich 9 MJ/kg.Preliminary results show that the bio-oil separates under the mentioned boundary conditions into an organic raw wood tar phase and an aqueous raw wood vinegar phase. This phase separation can be easily achieved in a technical plant by a fractional condensation. Examination of the phases showed for the organic phase a solids content between 26 and 29 wt .-%, a density of 1250 to 1290 kg / m 3 , a viscosity at room temperature of about 5 Pas and a calorific value of 20.8 to 21, 5 MJ / kg. The corresponding values for the aqueous phase are: solids 29% by weight, density about 1200 kg / m 3 , viscosity at room temperature about 1 Pas and a calorific value of only 9 MJ / kg.

Sowohl die organische als auch die wässrige Phase erweisen sich als langzeitstabil, so dass gegen eine längere, getrennte Lagerung keine Sicherheitsbedenken bestehen. Beide Phasen können mit oder ohne Zusatz von 3 Gew.-% Strohasche bei Zimmertemperatur über einen Zeitraum von 15 Monaten beispielsweise in unter Luft verschlossenen Gasflaschen gelagert werden, ohne dass eine nennenswerte Entmischung eintritt. Zusammensetzung, Dichte, Heizwert und Viskosität bleiben über die Lagerzeit hinweg praktisch gleich.Either the organic as well as the aqueous phase prove to be long-term stable, so that against a longer, separate Storage no safety concerns exist. Both phases can be with or without addition of 3% by weight of straw ash at room temperature over one For example, a period of 15 months in air-locked Gas cylinders are stored without any significant segregation entry. Composition, density, calorific value and viscosity remain above the Storage time practically the same.

Bei Bedarf kann einer oder beiden Phasen vor der Einspeisung in den Vergaser pulverförmiger Pyrolysekoks und/oder ein Schlackepelzbildner zugemischt werden. Der Pyrolysekoks stabilisiert den Betrieb des Vergasers wegen des zusätzlichen Brennstoffes, während durch den Schlackepelzbildner der Innenraum des Vergasers gegen die korrosiven und aggressiven Bedingungen geschützt wird.at Demand can be one or both phases before feeding into the Carburetor powdered pyrolysis coke and / or a slag fur builder. The pyrolysis coke stabilizes the operation of the carburetor because of the additional fuel, while by the slag fur builder the interior of the carburetor against the corrosive and aggressive conditions are protected.

Claims (3)

Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten aus der Schnellpyrolyse von Lignocellulose mit den Schritten: – die Pyrolysekondensate werden in eine flüssige organische und eine flüssige wässrige Phase getrennt, – die organische und die wässrige Phase werden zusammen mit einer unterstöchiometrischen Menge an Sauerstoff in einen Flugstromvergaser eingespeist, wobei – zumindest die organische Phase kontinuierlich dem Flugstromvergaser zugeführt wird.Process for the gasification of pyrolysis condensates from the rapid pyrolysis of lignocellulose with the steps: - The pyrolysis condensates be in a liquid organic and a liquid aqueous Phase separated, - the organic and watery Phase together with a substoichiometric amount of oxygen fed into an entrainment gasifier, wherein - at least the organic phase is fed continuously to the entrained flow gasifier. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pyrolysekondensate durch eine Schnellpyrolyse von Lignocellulose erzeugt werden, wobei – die Lignocellulose für 1 bis 10 Sekunden mit einem Wärmeträger einer Temperatur von 500°C bis 600°C in Kontakt gebracht und – durch eine fraktionierte Kondensation das dabei entstehende Pyrolysekondensat in die organische und die wässrige Phase getrennt wird.Process according to claim 1, wherein the pyrolysis condensates be produced by a rapid pyrolysis of lignocellulose, wherein - the lignocellulose for 1 to 10 seconds with a heat transfer medium Temperature of 500 ° C up to 600 ° C in Brought and - by a fractional condensation the resulting pyrolysis condensate into the organic and the aqueous Phase is disconnected. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem einer der beiden Phasen ein pulverförmiger Pyrolysekoks und/oder ein Schlackepelzbildner zugemischt wird.The method of claim 1, wherein one of the two Phases a powdery Pyrolysis coke and / or a Schlackepelzbildner is admixed.
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