DE112007003336B4

DE112007003336B4 - Brennstoff-Vergasungssystem

Info

Publication number: DE112007003336B4
Application number: DE112007003336T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Murakami; Koubun Kyo; Toshiyuki Suda
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: AU2007347600B2; AR065427A1; CN101611123B; US9523053B2; CN101611123A; AU2007347600A1; US20140215922A1; US8747501B2; DE112007003336T5; WO2008102414A1; US20130078158A1; US20100050516A1

Abstract

Brennstoff-Vergasungssystem, umfassend: einen Vergasungsofen, der ein Fließbett aufweist, das durch ein fluidisierendes Reaktionsgas zur Vergasung von vorgelegtem Brennstoff zu Vergasungsgas und einen brennbaren Feststoffanteil gebildet wird, einen Verbrennungsofen, in den der brennbare Feststoffanteil, der im Vergasungsofen gebildet worden ist, zusammen mit dem Bettmaterial eingeleitet wird, das ein durch das fluidisierende Reaktionsgas gebildetes Fließbett aufweist, um den brennbaren Feststoffanteil zu verbrennen, und einen Materialabscheider zur Abtrennung von Bettmaterial aus dem in den Verbrennungsofen eingeleiteten Abgas, um das abgetrennte Bettmaterial in den Vergasungsofen einzuspeisen, wobei das Brennstoff-Vergasungssystem eine Teerzersetzungseinrichtung zur Erwärmung des im Vergasungsofen erzeugten Vergasungsgases umfasst, um den im Vergasungsgas enthaltenen Teer zu zersetzen, wobei die Teerzersetzungseinrichtung durch einen Wärmetauscher gebildet wird, der eine Vergasungsgaspassage umfasst, die an einer äußeren Oberfläche eines Fallrohrs ausgebildet ist, um im Materialabscheider abgetrenntes Bettmaterial in den Vergasungsofen zu leiten, wobei das Vergasungsgas in die Vergasungsgaspassage eingeleitet und durch die...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoff-Vergasungssystem.
Technischer Hintergrund
Ein Brennstoff-Vergasungssystem zur Erzeugung von durch Vergasung gebildetem Gas (nachstehend als Vergasungsgas bezeichnet) unter Verwendung von Kohle, Biomasse, Kunststoffabfällen, verschiedenen nassen Abfällen oder dergl. als Brennstoff wurde entwickelt.
Im Brennstoff-Vergasungssystem ist Teer in dem in einem Vergasungsofen erzeugten, Vergasungsgas enthalten. Insbesondere ist die Schwerölkomponente des Teers hochgradig viskos und neigt zur Anhaftung an Rohren oder dergl., was beim Langzeitbetrieb in nachteiliger Weise zum Verstopfen der Rohre oder dergl. führt.
Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde beispielsweise ein Brennstoff-Vergasungssystem gemäß Darstellung in 1 entwickelt, das folgendes umfasst: einen Vergasungsofen 100 zur partiellen Oxidation von Brennstoff, wie Kohle, Biomasse, Kunststoffabfällen oder verschiedenen nassen Abfällen, zu Vergasungsgas, einen Dampferzeuger 101 zur Erzeugung von Dampf zur Einspeisung in den Ofen 100, einen Wäscher 102 zur Abtrennung von Teer und dergl. von dem im Ofen 100 gebildeten Vergasungsgas, einen elektrischen Staubabscheider 103 zum Abfangen von Teilchen und dergl. aus dem Vergasungsgas, das im Wäscher 102 von Teer und dergl. befreit worden ist, einen Verbrennungsmotor 104, z. B. einen Gasmotor oder eine Gasturbine, der durch Verbrennen des Vergasungsgases, das im Abscheider 103 von Teilchen und dergl. befreit worden ist, als Brennstoff betrieben wird, einen Stromgenerator 105, der durch den Motor 104 betrieben wird, eine Vorrichtung 106 zur Rückgewinnung von thermischer Energie, wie beispielsweise einen Wärmetauscher zur Gewinnung von Wärme aus dem vom Motor 104 abgegebenen Gas umfasst folgendes: einen Abzug 107 zum Austragen des nach der Wärmebehandlung in der Rückgewinnungsvorrichtung 106 anfallenden Abgases an die Atmosphäre, einen Teer/Wasser-Abscheider 108 zum Abscheiden von Teer und Wasser, die im Wäscher 102 aus dem Vergasungsgas abgeschieden worden sind, einen Teerbehälter 109 zur Aufnahme des im Abscheider 108 abgeschiedenen Teers und einen Verbrennungsofen 110 zum Verbrennen des im Behälter 109 aufgenommenen Teers.
In dem in 1 dargestellten Brennstoff-Vergasungssystem wird der Brennstoff, wie Kohle, Biomasse, Kunststoffabfälle oder verschiedene nasse Abfälle, partiell im Verbrennungsofen 100 zu Vergasungsgas oxidiert, das dann in den Wäscher 102 eingeleitet wird, wo Wasser auf das Vergasungsgas gesprüht wird, um Teer und dergl. abzutrennen und Dampf in dem Vergasungsgas zu kondensieren. Das Vergasunggas, das von Teer und dergl. befreit worden ist, wird in den elektrischen Staubabscheider 103 eingeleitet, wo Teilchen und dergl. aus dem Vergasungsgas abgefangen werden. Das Vergasungsgas, das frei von Teilchen und dergl. ist, wird als Brennstoff verbrannt, um den Motor 104 zu betreiben und im Stromgenerator 105 Elektrizität zu erzeugen. Das Abgas aus dem Motor 104 wird in der Vorrichtung 106 zur Rückgewinnung von Wärme einem Wärmetausch mit Luft unterzogen, um Wärme zurückzugewinnen, und durch den Abzug 107 in die Atmosphäre ausgetragen.
Der Teer, der aus dem Vergasungsgas durch Aufsprühen von Wasser im Wäscher 102 abgetrennt worden ist, wird im Teer/Wasser-Abscheider 108 vom Wasser getrennt. Der Teer, von dem im Abscheider 108 das Wasser abgetrennt worden ist, wird im Teerbehälter 109 aufgenommen und im Verbrennungsofen 110 verbrannt. Das Wasser, das im Teer/Wasser-Abscheider 108 vom Teer abgetrennt worden ist, wird im Dampferzeuger 101 in Dampf umgewandelt und zusammen mit der Luft, die in der Vorrichtung 106 zur Rückgewinnung von Wärmeenergie erwärmt worden ist, in den Vergasungsofen 100 eingeleitet.
Beim herkömmlichen Brennstoff-Vergasungssystem kann sich an den Vergasungsofen 100 ein Reformierofen anschließen, in den Sauerstoff eingeleitet wird, um das Vergasungsgas zur Zersetzung des Teers partiell zu verbrennen.
Ein dem Stand der Technik entsprechendes Brennstoff-Vergasungssystem zur partiellen Oxidation von Brennstoff, wie Kohle, durch ein Oxidationsmittel zu Vergasungsgas wird beispielsweise in der Druckschrift 1 beschrieben.
Druckschrift 2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbrennen von feuchtem Abfall.
Druckschrift 3 beschreibt eine Vorrichtung zum Modifizieren von Brennstoffgas in einem Biomasse-Verbrennungssystem.
Druckschrift 4 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konvertieren von brennbarem Gas in Brennstoff.
[Druckschrift 1] JP 2000-355693A
[Druckschrift 2] JP 2006-132885A
[Druckschrift 3] JP 2005-060533A
[Druckschrift 4] JP 2001-172648A
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
Jedoch ist die Gewinnung von Teer durch den Wäscher 102 und den Teer/Wasser-Abscheider 108, die vorstehend erwähnt wurden, im Hinblick auf die Abwasserbehandlung kostspielig. Außerdem wird es durch Einspeisen des gewonnenen Teers in den Verbrennungsofen 110, um dessen Verbrennung vorzunehmen, erschwert, den Vergasungswirkungsgrad zu erhöhen.
Durch die Tatsache, dass sich an den Vergasungsofen 100 der Reformierofen anschließt, in den Sauerstoff zur partiellen Verbrennung des Vergasungsgases eingeleitet wird, erhöht sich die Konzentration an Kohlendioxid, so dass keine Erhöhung des Vergasungswirkungsgrads erwartet werden kann.
In Anbetracht dieser Sachlage wurde die vorliegende Erfindung gemacht, deren Aufgabe darin besteht, ein Brennstoff-Vergasungssystem bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, in wirksamer Weise den im Vergasungsgas enthaltenen Teer und dergl. zu zersetzen, ohne dass Wasser und dergl. verwendet wird, wodurch das Anhaften von Teer an den Rohren oder dergl. verhindert werden kann, was einen Langzeitbetrieb ermöglicht und eine Erhöhung des Vergasungswirkungsgrads bewirken kann.
Mittel oder Maßnahmen zur Lösung der Aufgaben
Die Erfindung ist auf ein Brennstoff-Vergasungssystem nach Anspruch 1 abgestellt, das eine Teerzersetzungseinrichtung zur Erwärmung des in einem Vergasungsofen erzeugten Vergasungsgases umfasst, um den im Vergasungsgas enthaltenen Teer zu zersetzen.
Im Brennstoff-Vergasungssystem erweist es sich als wirksam, dass die Teerzersetzungseinrichtung aus einem Doppelrohr-Wärmetauscher besteht, der koaxial angeordnete, innere und äußere Rohre umfasst, wobei Abgas aus einem Verbrennungsofen, das in einem Materialabscheider abgetrennt worden ist, in eine Abgaspassage im inneren Rohr eingeleitet wird, während Vergasungsgas in eine Vergasungsgaspassage zwischen dem inneren und äußeren Rohr eingeleitet wird und durch das Abgas aus dem Verbrennungsofen erwärmt wird.
Im Brennstoff-Vergasungssystem kann alternativ die Teerzersetzungseinrichtung aus einem Doppelrohr-Wärmetauscher bestehen, der koaxial angeordnete innere und äußere Rohre umfasst, wobei durch Vergasung gebildetes Gas in eine Vergasungsgaspassage im inneren Rohr eingeleitet wird, während das Abgas aus dem Verbrennungsofen, das in einem Materialabscheider abgetrennt worden ist, in eine Abgaspassage zwischen dem inneren und äußeren Rohr eingeleitet wird, wobei das Verbrennungsgas durch das Abgas aus dem Verbrennungsofen erwärmt wird.
In diesen Fällen können zusätzliche Erwärmungseinrichtungen vorgesehen werden, um die Temperatur des in die Abgaspassage eingeleiteten Abgases zu erhöhen.
Die Erfindung ist auf ein Brennstoff-Vergasungssystem nach Anspruch 1 abgestellt, das folgendes umfasst:
einen Vergasungsofen, der ein Fließbett aufweist, das durch ein fluidisierendes Reaktionsgas zur Vergasung von vorgelegtem Brennstoff zu Vergasungsgas und einen brennbaren Feststoffanteil gebildet wird,
einen Verbrennungsofen, in den der brennbare Feststoffanteil, der im Vergasungsofen gebildet worden ist, zusammen mit dem Bettmaterial eingeleitet wird, und der ein durch das fluidisierende Reaktionsgas gebildetes Fließbett aufweist, um den brennbaren Feststoffanteil zu verbrennen, und
einen Materialabscheider zur Abtrennung von Bettmaterial aus dem in den Verbrennungsofen eingeleiteten Abgas, um das abgetrennte Bettmaterial in den Vergasungsofen einzuspeisen,
wobei das Brennstoff-Vergasungssystem eine Teerzersetzungseinrichtung zur Erwärmung des im Vergasungsofen erzeugten Vergasungsgases umfasst, um den im Vergasungsgas enthaltenen Teer zu zersetzen.
Im Brennstoff-Vergasungssystem kann die Teerzersetzungseinrichtung durch einen Wärmetauscher gebildet werden, der eine Vergasungsgaspassage umfasst, die an einer inneren Oberfläche des Verbrennungsofens ausgebildet ist, wobei das Vergasungsgas in die Vergasungsgaspassage eingeleitet und durch die Wärme des Verbrennungsofens erwärmt wird.
Im Brennstoff-Vergasungssystem kann die Teerzersetzungseinrichtung durch einen Wärmetauscher gebildet werden, der eine Vergasungsgaspassage umfasst, die an einer äußeren Oberfläche des Verbrennungsofens ausgebildet ist, wobei das Vergasungsgas in die Vergasungsgaspassage eingeleitet und durch die Wärme des Verbrennungsofens erwärmt wird.
Im Brennstoff-Vergasungssystem der Erfindung wird die Teerzersetzungseinrichtung durch einen Wärmetauscher gebildet, der eine Vergasungsgaspassage umfasst, die an einer äußeren Oberfläche eines Fallrohrs ausgebildet ist, um im Materialabscheider abgetrenntes Bettmaterial in den Vergasungsofen zu leiten, wobei das Vergasungsgas in die Vergasungsgaspassage eingeleitet und durch die Wärme des Fallrohrs erwärmt wird.
An einer äußeren Oberfläche des Wärmetauschers, der die Vergasungsgaspassage umfasst, die an der äußeren Oberfläche des Fallrohrs ausgebildet ist, kann eine Abgaspassage ausgebildet sein, in die das Abgas aus dem Verbrennungsofen eingeleitet wird und dessen Temperatur durch eine zusätzliche Erwärmungseinrichtung erhöht wird.
Im Brennstoff-Vergasungssystem ist es bevorzugt, dass es sich bei der Vergasungsgaspassage um eine spiralförmige Passage handelt.
Eine senkrechte Anordnung der Vergasungsgaspassage erweist sich in Bezug auf den Anordnungsraum als effektiv.
Wirkungen der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Brennstoff-Vergasungssystem kann zu besonderen Wirkungen und Vorteilen insofern führen, als der im Vergasungsgas enthaltene Teer in wirksamer Weise ohne Verwendung von Wasser und dergl. zersetzt werden kann, dass ein Anhaften des Teers an Rohren oder dergl. verhindert werden kann, dass ein Langzeitbetrieb durchgeführt werden kann und dass der Vergasungswirkungsgrad erhöht werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: Schematische Gesamtdarstellung eines herkömmlichen Brennstoff-Vergasungssystems.
2: Schematische Gesamtdarstellung zur Erläuterung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3: Schematische Gesamtdarstellung zur Erläuterung einer nicht erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform.
4: Schematische Gesamtdarstellung zur Erläuterung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5: Schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Fließbett
2: Vergasungsofen
3: Einleitungsrohr
4: Fließbett
5: Verbrennungsofen
6: Abgasrohr
7: Fallrohr
8: Materialabscheider
9: Teerzersetzungseinrichtung
10: Inneres Rohr
11: Äußeres Rohr
12: Abgaspassage
13: Vergasungsgaspassage
13a: Spiralförmige Passage
14: Doppelrohr-Wärmetauscher
16: Zusätzliche Erwärmungseinrichtung
17: Kontrollfenster
23: Wärmetauscher
24: Wärmetauscher
25: Wärmetauscher

Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
2 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines Brennstoff-Vergasungssystems, das folgendes umfasst: einen Vergasungsofen 2 mit einem Fließbett 1, das darin durch Dampf und ein fluidisierendes Reaktionsgas, wie Luft oder Sauerstoff, gebildet ist, um zugeführten Brennstoff, wie Kohle, Biomasse, Kunststoffabfälle oder verschiedene nasse Abfälle, zu Vergasungsgas und einen brennbaren Feststoffanteil zu vergasen; einen Verbrennungsofen 5, in den der im Vergasungsofen 2 gebildete brennbare Feststoffanteil über ein Einleitungsrohr 3 zusammen mit Bettmaterial eingeleitet wird, und in dem ein Fließbett 4 durch das fluidisierende Reaktionsgas gebildet wird, um den brennbaren Feststoffanteil zu verbrennen; und einen Materialabscheider 8, wie einen Wärmezyklon, in den das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5 über ein Abgasrohr 6 eingeleitet wird, um es vom Bettmaterial abzutrennen, das seinerseits über ein Fallrohr 7 in den Vergasungsofen 2 eingespeist wird, wobei das Brennstoff-Vergasungssystem mit einer Teerzersetzungseinrichtung 9 versehen ist, die das im Vergasungsofen 2 erzeugte Vergasungsgas erwärmt, um den im Vergasungsgas enthaltenen Teer zu zersetzen.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Teerzersetzungseinrichtung 9 aus einem Doppelrohr-Wärmetauscher 14, der sich in senkrechter Richtung erstreckende und koaxial angeordnete innere und äußere Rohre 10 und 11 umfasst, wobei das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das im Abscheider 8 abgetrennt worden ist, in die Abgaspassage 12 im inneren Rohr 10 eingeleitet wird, während das im Vergasungsofen 2 erzeugte Vergasungsgas, das im Abscheider 15 vom Bettmaterial abgetrennt worden ist, in eine Vergasungsgaspassage 13 zwischen dem inneren und äußeren Rohr 10 und 11 eingeleitet wird, um damit durch das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5 erwärmt zu werden, wobei das aus dem Vergasungsgas abgetrennte Bettmaterial in den Vergasungsofen 2 zurückgeführt wird. Alternativ können die Vergasungsgaspassage und die Abgaspassage im Rohr 10 bzw. zwischen den Rohren 10 und 11 gebildet werden, wobei das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das im Abscheider 8 abgetrennt worden ist, in die Passage zwischen den Rohren 10 und 11 eingeleitet wird, während das Vergasungsgas in die Passage im Rohr 10 eingeleitet wird.
Es ist allgemein bekannt, dass im Gas enthaltener Teer zersetzt wird, wenn das Gas 15 Sekunden bei etwa 800°C (1073 K) oder 5 Sekunden bei etwa 1000°C (1273 K) gehalten wird. Um diese Bedingung zu erfüllen, kann je nach Bedarf eine zusätzliche Heizeinrichtung 16, z. B. eine Brennkammer, vorgesehen werden, um die Temperatur des in die Passage 12 einzuleitenden Abgases zu erhöhen, um damit das Vergasungsgas zu erwärmen, wobei die Vergasungsgaspassage 13 in Form einer spiralförmigen Passage 13a mit Wärmespeichermaterial (nicht dargestellt) ausgebildet ist, um für eine ausreichende Verweilzeit des Vergasungsgases im Doppelrohr-Wärmetauscher 14 unter Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur zu sorgen. Das äußere Rohr 11 des Wärmetauschers 14 ist unten mit einem Kontrollfenster 17 ausgestattet, um feststellen zu können, ob Teer in der Passage 13 anhaftet. Je nach dem durch das Kontrollfenster 17 festgestellten Haftstatus kann zusätzlicher Brennstoff der zusätzlichen Heizeinrichtung 16 zugeführt werden, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Selbstverständlich ist es nicht notwendig, die zusätzliche Heizeinrichtung 16 bereitzustellen, wenn das aus dem Verbrennungsofen 5 ausgetragene Abgas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist. Ferner ist es selbstverständlich nicht erforderlich, die Vergasungsgaspassage in Form einer spiralförmigen Passage 13a auszubilden, wenn eine ausreichende Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 14 gewährleistet werden kann.
In dem in 2 dargestellten Brennstoff-Vergasungssystem wird das Vergasungsgas mit dem darin enthaltenen, der Zersetzung unterliegenden Teer, das die Passage 13 im Wärmetauscher 14 durchlaufen hat, in der Vorrichtung 18 zur Wärmerückgewinnung einem Wärmeaustausch mit Wasser und Luft oder Sauerstoff unterworfen, so dass Dampf und fluidisierendes Reaktionsgas, wie Luft oder Sauerstoff, erzeugt werden. Der erzeugte Dampf wird unten am Vergasungsofen 2 eingespeist, während das fluidisierende Reaktionsgas unten an den Öfen 2 und 5 eingespeist wird, so dass die Fließbetten 1 bzw. 4 gebildet werden. Das Vergasungsgas, das in der Rückgewinnungsvorrichtung 18 einer Wärmerückgewinnung unterworfen worden ist, wird im Verbrennungsmotor 19 verbrannt, um den Motor 19 zur Erzeugung von Elektrizität im Stromgenerator 20 zu betreiben. Das beim Betrieb des Motors 19 entstehende Abgas wird durch den Abzug 21 an die Atmosphäre abgegeben. Anstelle der Zufuhr des Vergasungsgases, das der Wärmerückgewinnung in der Rückgewinnungsvorrichtung 18 unterzogen worden ist, in den Motor 19 kann das Gas in eine Gas-Flüssigkeit-Vorrichtung (nicht dargestellt) eingespeist werden, um Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Ethanol, DME (Dimethylether) oder dergl. zu gewinnen.
Das Abgas, das die Passage 12 im Wärmetauscher 14 durchlaufen hat, wird ferner einer Wärmerückgewinnung in der Vorrichtung 22 zur Wärmerückgewinnung, die einen Wärmetauscher oder dergl. umfasst, unterworfen und durch den Abzug 21 an die Atmosphäre abgegeben.
Nachstehend wird die Betriebsweise der vorstehenden Ausführungsform beschrieben.
Im Vergasungsofen 2 wird dann, wenn Brennstoff, wie Kohle, Biomasse, Kunststoffabfälle oder verschiedene nasse Abfälle, in das Fließbett 1, das durch den Dampf und das fluidisierende Reaktionsgas, wie Luft oder Sauerstoff, gebildet wird, geleitet wird, dieser Brennstoff partiell unter Vergasung oxidiert, so dass Vergasungsgas und ein brennbarer Feststoffanteil erzeugt werden. Der im Ofen 2 erzeugte brennbare Feststoffanteil wird durch die Leitung 3 zusammen mit dem Bettmaterial in den Verbrennungsofen 5 eingeleitet, worin durch das fluidisierende Reaktionsgas das Fließbett 4 gebildet wird, so dass der brennbare Feststoffanteil verbrannt wird. Das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5 wird über die Abgasleitung 6 in den Materialabscheider 8 geleitet, wo das Bettmaterial vom Abgas getrennt wird und über das Fallrohr 7 in den Vergasungsofen 2 zur Kreislaufführung zurückgeführt wird. Im Vergasungsofen 2 wird eine hohe Temperatur in Gegenwart des unten am Ofen 2 eingespeisten Dampfes und der Feuchtigkeit, die aus dem Brennstoff selbst verdampft, beibehalten, so dass die Wassergasreaktion (C + H₂O = H₂ + CO) und/oder die Wasserstoffübertragungsreaktion (CO + H₂O = H₂ + CO₂) ablaufen, was zur Bildung von brennbarem Vergasungsgas, wie H₂ oder CO₃ führt.
Das im Vergasungsofen 2 erzeugte Vergasungsgas wird im Materialabscheider 15 vom Bettmaterial getrennt und in die Passage 13 zwischen dem inneren und äußeren Rohr 10 und 11 des Doppelrohr-Wärmetauschers 14, der die Teerzersetzungseinrichtung 9 darstellt, eingeleitet. Das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das im Materialabscheider 8 vom Bettmaterial abgetrennt worden ist, wird in die Passage 12 im inneren Rohr 10 des Doppelrohr-Wärmetauschers 14 eingeleitet. Das Vergasungsgas wird durch das Abgas, das durch die Passage 12 strömt, erwärmt, während es die Passage 13 durchläuft, so dass im Vergasungsgas enthaltener Teer zersetzt wird. Der Status des in der Passage 13 anhaftenden Teers wird durch das Kontrollfenster 17 festgestellt. Wenn Teer anhaftet, wird zusätzlicher Brennstoff in die zusätzliche Erwärmungseinrichtung 16 eingespeist, so dass die Temperatur des Abgases steigt. Sofern die Vergasungsgaspassage und die Abgaspassage im Innenrohr 10 bzw. zwischen den Rohren 10 und 11 ausgebildet sind, wird das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das im Abscheider 8 abgetrennt worden ist, in die Passage zwischen den Rohren 10 und 11 geleitet, während das Vergasungsgas in die Passage im Rohr 10 geleitet wird.
Das Vergasungsgas, das die Passage 13 im Wärmetauscher 14 unter Zersetzung des enthaltenen Teers durchlaufen hat, wird in der Vorrichtung 18 zur Rückgewinnung von Wärmeenergie einem Wärmeaustausch mit Wasser und Luft und einer Wärmerückgewinnung unterworfen und sodann in den Verbrennungsmotor 19 eingeleitet und verbrannt, so dass der Verbrennungsmotor 19 unter Erzeugung von Elektrizität durch den Stromgenerator 20 betrieben wird. Das beim Betrieb des Motors 19 anfallende Abgas wird durch den Abzug 21 an die Atmosphäre abgegeben. Das Abgas, das die Passage 12 im Wärmetauscher 14 zur Erwärmung des Vergasungsgases durchlaufen hat, wird ferner einer Wärmerückgewinnung in der Vorrichtung 22 zur Rückgewinnung von Wärmeenergie unterworfen und durch den Abzug 21 an die Atmosphäre abgegeben. Der in der Rückgewinnungsvorrichtung 18 erzeugte Dampf wird unten in den Vergasungsofen eingeleitet, während das in der Rückgewinnungsvorrichtung 18 erzeugte fluidisierende Reaktionsgas unten an den Öfen 2 und 5 eingeleitet wird, um die Fließbetten 1 bzw. 4 zu erzeugen.
Im Ergebnis zeigt sich im Vergleich zur herkömmlichen Gewinnung von Teer durch den Wäscher 102 und den Teer/Wasser-Abscheider 108 sowie zur Zufuhr des gewonnenen Teers in den Verbrennungsofen 110 und zur darin stattfindenden Verbrennung, dass eine kostengünstige Abwasserbehandlung ermöglicht wird und der Vergasungswirkungsgrad erhöht werden kann. Ferner ergibt sich im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung des Vergasungsofens, dem sich ein Reformierofen anschließt, in den Sauerstoff eingespeist wird, um das Vergasungsgas partiell zu verbrennen, dass die Konzentration des Kohlendioxids nicht erhöht wird und sich eine Erhöhung des Vergasungswirkungsgrads erwarten lässt. Die räumliche Anordnung erweist sich insofern als effektiv, als die Vergasungsgaspassage 13 der Teerzersetzungseinrichtung senkrecht angeordnet ist.
Somit lässt sich Teer, der im Vergasungsgas enthalten ist, in wirksamer Weise ohne Verwendung von Wasser oder dergl. zersetzen. Ein Anhaften des Teers an den Rohren oder dergl. kann verhindert werden. Ferner kann ein Langzeitbetrieb durchgeführt werden und der Vergasungswirkungsgrad lässt sich erhöhen.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei Teile, die identisch mit denen von 2 sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Die grundlegende Struktur ist ähnlich wie in 2. Die vorliegende Ausführungsform ist in 3 in charakteristischer Weise insofern dargestellt, dass die Teerzersetzungseinrichtung 9 durch einen Wärmetauscher 23 gebildet wird, der durch die Wärme eines Verbrennungsofens 5 das in die Vergasungsgaspassage 13, die an einer inneren Oberfläche des Ofens 5 ausgebildet ist, eingeleitete Vergasungsgas erwärmt. Es braucht nicht erwähnt zu werden, dass die Vergasungsgaspassage 13 an der inneren Oberfläche des Ofens 5 je nach Bedarf in Form einer spiralförmigen Passage (ähnlich wie bei der Ausführungsform 2) ausgebildet werden kann, so dass die Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 23 verlängert werden kann.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform wird das in einem Vergasungsofen 2 erzeugte Vergasungsgas, das in einem Materialabscheider 15 vom Bettmaterial getrennt worden ist, in die Vergasungsgaspassage 13 des Wärmetauschers 23, der die Teerzersetzungseinrichtung 9 darstellt, eingeleitet und durch die Wärme des Verbrennungsofens 5 erwärmt, während es die Passage 13 durchläuft, wobei der im Vergasungsgas enthaltene Teer zersetzt wird.
4 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der Teile, die identisch mit denen von 2 sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die grundlegende Struktur ist ähnlich wie in 2. Die vorliegende Ausführungsform ist in charakteristischer Weise in 4 insofern dargestellt, als die Teerzersetzungseinrichtung 9 durch einen Wärmetauscher 24 gebildet wird, der durch die Wärme eines Verbrennungsofens 5 Vergasungsgas, das in eine Vergasungsgaspassage 13, die an der äußeren Oberfläche des Ofens 5 ausgebildet ist, eingeleitet wird, erwärmt. In der Ausführungsform von 4 liegt die an der äußeren Oberfläche des Ofens 5 gebildete Vergasungsgaspassage 13 in Form einer spiralförmigen Passage 13a mit Wärmespeichermaterial (nicht dargestellt) vor, so dass eine hohe Temperatur aufrechterhalten werden kann, während die Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 24 gewährleistet wird. Eine Abgaspassage 12 ist an der äußeren Oberfläche der Vergasungsgaspassage 13 des Wärmetauschers 24 ausgebildet, so dass Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das durch die zusätzliche Erwärmungsvorrichtung 16 einer Temperaturerhöhung unterzogen worden ist, in die Passage 12 eingeleitet wird. Wenn eine ausreichende Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 24 gewährleistet werden kann, muss die Vergasungsgaspassage 13 nicht notwendigerweise in Form einer spiralförmigen Passage 13a vorliegen. Wenn das Abgas, das aus dem Verbrennungsofen 5 abgegeben wird, eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, muss die zusätzliche Erwärmungseinrichtung 16 nicht notwendigerweise bereitgestellt werden.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform wird das im Vergasungsofen 2 erzeugte und im Abscheider 15 vom Bettmaterial abgetrennte Gas in die Vergasungsgaspassage 13 des Wärmetauschers 24, der die Teerzersetzungseinrichtung 9 darstellt, eingeleitet, wobei aus dem Verbrennungofen 5 das Abgas, das im Abscheider 8 vom Bettmaterial getrennt worden ist, in die Passage 12 des Wärmetauschers 24 eingeleitet wird. Das Vergasungsgas wird durch Wärme, die vom Verbrennungsofen 5 übertragen wird, und durch das Abgas, das durch die Passage 12 strömt, erwärmt, während das Vergasungsgas durch die Passage 13 geleitet wird, wobei der im Vergasungsgas enthaltene Teer zersetzt wird.
5 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile, die mit denen von 2 identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Die grundlegende Struktur ist ähnlich wie in 2. Die vorliegende Ausführungsform ist in charakteristischer Weise in 5 dargestellt, wobei die Teerzersetzungseinrichtung 9 aus einem Wärmetauscher 25 besteht, der durch Wärme eines Fallrohrs 7, das in einem Materialabscheider 8 abgetrenntes Bettmaterial in einen Vergasungsofen 2 führt, Vergasungsgas erwärmt, das in eine Vergasungsgaspassage 13, die an einer äußeren Oberfläche des Fallrohrs 7 ausgebildet ist, eingeleitet wird. In der Ausführungsform von 5 liegt die Vergasungsgaspassage 13, die an der äußeren Oberfläche des Fallrohrs 7 ausgebildet ist, in Form einer spiralförmigen Passage 13a mit Wärmespeichermaterial (nicht dargestellt) vor, so dass eine hohe Temperatur aufrechterhalten werden kann, während eine ausreichende Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 25 gewährleistet wird. Eine Abgaspassage 12 ist an einer äußeren Oberfläche der Vergasungsgaspassage 13 des Wärmetauschers 25 ausgebildet, wobei Abgas aus einem Verbrennungsofen 5, das durch eine zusätzliche Erwärmungsvorrichtung 16 auf eine erhöhte Temperatur gebracht worden ist, in die Passage 12 eingeleitet wird. Wenn eine ausreichende Verweilzeit des Vergasungsgases im Wärmetauscher 25 gewährleistet werden kann, muss die Vergasungsgaspassage 13 nicht notwendigerweise als spiralförmige Passage 13a vorliegen. Wenn das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5 eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, muss die zusätzliche Erwärmungseinrichtung 16 nicht notwendigerweise vorgesehen sein.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform wird das im Vergasungsofen 2 erzeugte Vergasungsgas, das im Abscheider 15 vom Bettmaterial getrennt worden ist, in die Vergasungsgaspassage 13 des Wärmetauschers 25, der die Teerzersetzungseinrichtung 9 darstellt, eingeleitet, wobei das Abgas aus dem Verbrennungsofen 5, das im Abscheider 8 vom Bettmaterial getrennt worden ist, in die Passage 12 des Wärmetauschers 25 eingeleitet wird. Das Vergasungsgas wird durch die aus dem Fallrohr 7 übertragene Wärme und durch das Abgas, das durch die Passage 12 strömt, erwärmt, während das Vergasungsgas durch die Passage 13 geleitet wird, wobei der im Vergasungsgas enthaltene Teer zersetzt wird.
Im Ergebnis zeigt sich im Vergleich zur herkömmlichen Teergewinnung mit dem Wäscher 102 und dem Teer/Wasser-Abscheider 108 und im Vergleich zur Zufuhr des gewonnenen Teers in den Verbrennungsofen 110 und zur darin stattfindenden Verbrennung, dass sich in den in den 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen eine kostengünstige Abwasserbehandlung ergibt und der Vergasungswirkungsgrad ähnlich wie bei der in 2 dargestellten Ausführungsform in wirksamer Weise erhöht werden kann. Ferner ergibt sich im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung des Vergasungsofens, an den sich der Reformierofen anschließt, in den Sauerstoff zur partiellen Verbrennung des Vergasungsgases eingeleitet wird, dass die Konzentration an Kohlendioxid nicht erhöht wird und sich eine Erhöhung des Vergasungswirkungsgrads erwarten lässt.
Wie bei der in den 2, 3 und 4 dargestellten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen lässt sich auch bei der in 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform der im Vergasungsgas enthaltene Teer in wirksamer Weise ohne Verwendung von Wasser oder dergl. zersetzen. Ein Anhaften des Teers an den Rohren oder dergl. kann verhindert werden. Ferner kann ein Langzeitbetrieb vorgenommen werden und der Vergasungswirkungsgrad lässt sich erhöhen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Brennstoff-Vergasungssystem nicht auf die vorstehenden Ausführungen beschränkt ist und dass verschiedene Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.

Claims

Brennstoff-Vergasungssystem, umfassend: einen Vergasungsofen, der ein Fließbett aufweist, das durch ein fluidisierendes Reaktionsgas zur Vergasung von vorgelegtem Brennstoff zu Vergasungsgas und einen brennbaren Feststoffanteil gebildet wird, einen Verbrennungsofen, in den der brennbare Feststoffanteil, der im Vergasungsofen gebildet worden ist, zusammen mit dem Bettmaterial eingeleitet wird, das ein durch das fluidisierende Reaktionsgas gebildetes Fließbett aufweist, um den brennbaren Feststoffanteil zu verbrennen, und einen Materialabscheider zur Abtrennung von Bettmaterial aus dem in den Verbrennungsofen eingeleiteten Abgas, um das abgetrennte Bettmaterial in den Vergasungsofen einzuspeisen, wobei das Brennstoff-Vergasungssystem eine Teerzersetzungseinrichtung zur Erwärmung des im Vergasungsofen erzeugten Vergasungsgases umfasst, um den im Vergasungsgas enthaltenen Teer zu zersetzen, wobei die Teerzersetzungseinrichtung durch einen Wärmetauscher gebildet wird, der eine Vergasungsgaspassage umfasst, die an einer äußeren Oberfläche eines Fallrohrs ausgebildet ist, um im Materialabscheider abgetrenntes Bettmaterial in den Vergasungsofen zu leiten, wobei das Vergasungsgas in die Vergasungsgaspassage eingeleitet und durch die Wärme des Fallrohrs erwärmt wird.
Brennstoff-Vergasungssystem nach Anspruch 1, wobei an einer äußeren Oberfläche des Wärmetauschers, der die Vergasungsgaspassage umfasst, eine Abgaspassage ausgebildet ist, in die das Abgas aus dem Verbrennungsofen, das durch die zusätzliche Erwärmungseinrichtung auf eine erhöhte Temperatur gebracht worden ist, eingeleitet wird.
Brennstoff-Vergasungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei es sich bei der Vergasungsgaspassage um eine spiralförmige Passage handelt.
Brennstoff-Vergasungssystem nach Anspruch 3, wobei die Vergasungsgaspassage senkrecht angeordnet ist.