DE112011102289B4

DE112011102289B4 - Verringerter fossiler Brennstoff in einer Oxidationsanlage stromabwärts von einem Biomasseofen

Info

Publication number: DE112011102289B4
Application number: DE112011102289.1T
Authority: DE
Inventors: James T. Cash; Jeffrey C. Rudolph
Original assignee: Babcock and Wilcox Megtec LLC
Current assignee: Durr Systems Inc NDGes D Staates Delawa Us
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: GB2494796A; WO2012006280A1; CA2798537A1; GB201221007D0; US8945423B2; GB2494796B; DE112011102289T5; CA2798537C; US20120174431A1

Abstract

Verfahren zum Halten einer regenerativen thermischen Oxidationsanlage bei Betriebstemperatur, während die Verwendung fossilen Brennstoffs in der Oxidationsanlage minimiert wird, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Biomasseofens, um stromabwärts stattfindende Prozesse mit thermischer Energie zu versorgen; Verbrennen von Biomasse in dem Ofen in einem ersten Schritt, wobei die Verbrennung in einer Sauerstoff-armen Umgebung stattfindet, und in einem zweiten Schritt, wobei die Verbrennung in einer Umgebung stattfindet, bei der der Sauerstoffgehalt höher ist als in der Sauerstoff-armen Umgebung; Extrahieren von Synthesegas vor dessen vollständiger Verbrennung; Konditionieren des extrahierten Synthesegases, um partikelförmige Stoffe aus diesem zu entfernen, und Einbringen des konditionierten Synthesegases in die regenerative thermische Oxidationsanlage.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung mit der Nummer 61/362,084, die am 7. Juli 2010 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
GEBIET
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind allgemein auf Prozesse bzw. Verfahren gerichtet, die einen Biomassebrenner (als ein Ofen oder eine Feuerungsanlage bezeichnet) verwenden und eine Oxidations- bzw. Abluftreinigungsanlage betreiben. Genauer sind die Ausführungsformen darauf gerichtet, fossile Brennstoffe zu verringern, die in der Oxidations- bzw. Abluftreinigungsanlage verbraucht werden, die typischerweise verwendet wird, um von einem Prozess bzw. Verfahren erzeugte Gase zu reinigen, indem brennbare Gase aus dem Ofen verwendet oder extrahiert und in die Oxidationsanlage eingebracht werden. Die Gase werden bevorzugt vor ihrem Einbringen in die Oxidationsanlage konditioniert oder aufbereitet, was sie praktikabler zur Verwendung beim Ergänzen der Energieanforderungen der Abluftreinigungsanlage macht.
HINTERGRUND
Thermische Oxidationsanlagen bzw. Abluftreinigungsanlagen (thermal oxidizers) und insbesondere regenerative Abluftreinigungsanlagen bzw. regenerative thermische Oxidationsanlagen sind stromabwärts von bzw. hinter Trocknungssystemen verwendet worden, um flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) und Kohlenmonoxid- (CO-) Emissionen zu entfernen. Diese Trocknungssysteme können jegliche von unzähligen Materialien trocknen, wie etwa grünes bzw. frisches Holz, Holzfaser, Kaffeebohnen, landwirtschaftliche Erzeugnisse und andere Materialien, um den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials zu senken, so dass es in ein Endprodukt umgewandelt werden kann. Ferner verwenden diese Trocknungssysteme oft einen Biomassebrennstoffofen, um für die Trocknungseinrichtung Wärme bereitzustellen. Das Unterbindungssystem, das oft verwendet wird, um strenge Luftqualitätsstandards zu erfüllen, weist typischerweise eine Vorrichtung oder Vorrichtungen zur Entfernung von partikelförmigen Stoffen bzw. Staub und eine Vorrichtung zur Entfernung von gasförmigen organischen Verbindungen auf. Die Entfernung von partikelförmigen Stoffen bzw. Staub kann zum Beispiel mit Hilfe von Zentrifugalabscheidern, Gewebefiltereinrichtungen, Nassabscheidern und, typischer, Trocken- oder Nasselektroabscheidern erreicht werden. Diese Partikel- bzw. Staubvorrichtungen können alleine arbeiten, aber wenn VOC, CO und andere gasförmige organische Verbindungen entfernt werden müssen, werden sie als ein Vorfilter für eine Oxidationsanlage eingesetzt. Zusätzliche Herstellungsschritte, wie etwa bei dem Pressprozess, setzen ebenfalls VOCs frei, die in zusätzlichen Oxidationsanlagen behandelt werden können. Der gebräuchlichste Typ von Oxidations- bzw. Abluftreinigungsanlage (oxidizer) ist eine regenerative Abluftreinigungsanlage bzw. regenerative thermische Oxidationsanlage (bekannt als eine RTO), die bis zu ungefähr 98 Prozent Energiewiedergewinnung von dem oxidierten Gas aufweisen kann. Oxidationsanlagen sind eingesetzt worden, um flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs) aus industriellen Prozessen zu bekämpfen, und diese Praxis ist wohl bekannt.
In einigen Industrien bzw. Branchen enthält die Menge an abgegebenen VOCs einen Wärmewert oder Heizwert, der hoch genug ist, um den thermischen Energieanforderungen der Oxidationsanlage zu gleichen, so dass, sobald die Betriebstemperatur durch den Oxidationsanlagenbrenner erreicht ist, der Oxidationsanlagenbrenner ausschaltet oder zu niedriger Flamme wechselt, wobei der Rest der zur Verbrennung erforderlichen Energie von der Verbrennung der VOCs in dem Prozessgas stammt. Dies ist typischerweise in anderen Industrien, wie etwa in der Hartpappeherstellung, nicht der Fall. Als eine Folge haben Unternehmen seit Mitte der 1990er Jahre nach alternativen Wegen zum Betreiben der Oxidationsanlage gesucht, die anders sind als durch den Verbrauch von fossilen Brennstoffen (wie etwa Erdgas oder Propan). Ein derartiger Vorschlag besteht darin, ein einen Biomassevergaser zu bauen und den Oxidationsanlagenbrenner mit dem „Generatorgas“ („producer“) oder „Syngas“ bzw. „Synthesegas“ („syngas“), wie es bezeichnet wird, in dem RTO-Brenner zu befeuern (im Folgenden „Synthesegas“). Diese Idee ist aus mehreren Gründen untauglich gewesen. Das typische Synthesegas hat einen viel geringeren Brennwert oder Heizwert als Erdgas, typischerweise ein Zehntel davon, und arbeitet daher in einem herkömmlichen Brenner nicht sehr gut. Der Heizwert oder Brennwert des Gases ändert sich auch mit der Zeit. Aus diesem Grund würde das große Volumen von Synthesegas, wenn es direkt in die Brennerkammer eingespeist wird, die Massenbilanz der Oxidationsanlage beeinflussen, was einen Abfall der thermischen Effizienz zur Folge hätte. Der wichtigste Grund dafür, dass diese Idee untauglich gewesen ist, besteht darin, dass ein selbstständiger Biomassevergaser, der mit den erforderlichen Einrichtungen zum Konditionieren des Synthesegases vor der Zuführung zu der Oxidationsanlage ausgestattet ist, sehr teuer ist und eine sehr lange Kapitalrendite hat.
Von den vorliegenden Erfindern sind kontinuierliche Anstrengungen unternommen worden, um einen tauglicheren und ökonomischeren Weg zu entwerfen, um den fossilen Brennstoff zu ergänzen oder zu ersetzen, der in einer Oxidationsanlage verwendet wird. Es ist beobachtet worden, dass viele dieser Typen von Herstellungseinrichtungen, wenn sie in den letzten Jahren neu konstruiert worden sind, Biomasseöfen installiert haben, um die Trocknungseinrichtungen und Warmölsysteme zu erwärmen.
Diese Öfen haben ältere Technologie ersetzt, wie etwa Suspensionsbrenner, die die Verwendung von trockenen und feinen kleinen Holzpartikeln erfordern, um ein Feuer zur Erwärmung zu erzeugen. Stattdessen können diese Öfen nasses (typischerweise 25% bis 50% Feuchtigkeit) Abfall- bzw. Verschnittmaterial verbrennen, wie etwa Rinde, Kiefernnadeln und geschredderte Stümpfe. Viele ältere Einrichtungen sind nachträglich mit diesem Typ von Ofen ausgestattet worden, um die Kosten der Biomasse (Abfall) zu verringern, die verwendet wird, um den Prozess zu erwärmen. Es ist ferner beobachtet worden, dass diese Öfen typischerweise einen zweistufigen Verbrennungsprozess aufweisen. Schritt eins umfasst einen Haufen oder Hügel des Materials, der am Boden des Ofens brennt, wobei ein Minimum an Verbrennungsluft von der Seite oder von unterhalb des Haufens hinzugefügt wird. Diese langsame Verbrennung und dieses Minimum an Luft bewirkt eine niedrige Temperatur und eine reduzierte (niedriger Gehalt an Sauerstoff) Umgebung um den Brennstoff. Das herauskommende Gas hat ähnliche Eigenschaften, einschließlich des Brennwerts, wie diejenigen, die in Vergasersystemen erzeugt werden. Dieses Gas bewegt sich dann innerhalb des Ofens eine Strecke, bis in Schritt 2 Sekundärluft hinzugefügt wird, was die Verbrennung vervollständigt und hochwertige Wärme für den Trocknungsprozess erzeugt.
In der US 2009/0221866 A1 wird beschrieben, wie bei einem Herstellungsverfahren anfallender fester Abfall und organischer Abfall, der in einer Luftströmung enthaltenen ist, weiterbehandelt werden. Der organische Abfall wird in einer thermischen Oxidationsvorrichtung oxidiert. Aus dem festen Abfall wird synthetisches Gas erzeugt, das in die thermische Oxidationsvorrichtung eingeführt wird, um dort zusätzliche thermische Energie für die Oxidation des organischen Abfalls bereitzustellen.
Es wäre wünschenswert, einen Prozess bzw. ein Verfahren bereitzustellen, um das in einem Vergaser erzeugte Synthesegas effektiv und effizient zu nutzen, um eine nachgeschaltete RTO zu betreiben, wie etwa dadurch, dass die RTO bei der Betriebstemperatur gehalten wird, während die Verwendung fossilen Brennstoffs minimiert oder eliminiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Halten einer regenerativen thermischen Oxidationsanlage bei Betriebstemperatur und ist in den Ansprüchen 1 und 13 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum erfolgreichen Extrahieren von Synthesegas zwischen der Zone in dem Ofen, in der die unter Sauerstoffmangel stattfindende Verbrennung von Biomasse stattfindet, und der Zone in dem Ofen, in der Sekundärluft hinzugefügt wird, um die Verbrennung zu vervollständigen, zum Konditionieren und Reinigen des extrahierten Synthesegases und zum Zuführen von diesem in einer abgemessenen Menge an die Oxidationsanlage oder an eine Stelle vor bzw. stromaufwärts von der Oxidationsanlage, um den Bedarf an zusätzlichen fossilen Brennstoffen zu verringern oder zu eliminieren, sobald die Oxidationsanlage ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Der Konditionierungsprozess ermöglicht einen Transport des extrahierten Synthesegases über bzw. durch eine Herstellungseinrichtung, so dass es verwendet werden kann, um sogar entfernte Oxidationsanlagen oder eventuell andere Vorrichtungen zu betreiben, die typischerweise fossile Brennstoffe verwenden.
Wenn eine Herstellungseinrichtung einen Biomassevergaser hat, können die hierin dargestellten Konditionierungsverfahren verwendet werden, um den Transport des Brennstoffgases und die Verwendung für die Oxidationsanlage zweckmäßig zu machen. Bestehende Teilsysteme innerhalb dieser Einrichtungen können ferner verwendet werden, um die Kosten des Gaskonditionierungssystems zu verringern. In bestimmten Ausführungsformen verbrennt der Vergaser oder Ofen dementsprechend festen Abfall und erzeugt ein Synthesegas. Das Synthesegas, das relativ hohe Konzentrationen an CO enthält, wird aus dem Ofen extrahiert, konditioniert und in eine regenerative Abluftreinigungsanlage bzw. regenerative thermische Oxidationsanlage als eine Brennstoffquelle für die Oxidationsanlage eingebracht, die verunreinigtes Prozessgas verbrennt und das saubere (z.B. 98 bis 99% reine) Gas in die Atmosphäre ablässt.
In bestimmten Ausführungsformen findet keine Extraktion von Synthesegas aus dem Ofen statt. Stattdessen werden die Ofenbedingungen in der Weise geeignet manipuliert, dass normalerweise unerwünschte Konzentrationen an CO und anderen VOCs in dem Prozessstrom verbleiben. Die Wärme aus dem Ofen wird wie beabsichtigt verwendet (z.B. zum Erwärmen einer Trocknungseinrichtung), und der Strom wird konditioniert und gelangt letztendlich zu einer stromabwärts angeordneten RTO. Da der Gasstrom an CO und VOCs reich bleibt, ist sein Brennwert in der RTO wesentlich höher als es ansonsten der Fall wäre, wenn der Biomasseofen nicht in dieser Weise manipuliert würde.
Figurenliste

1 ist eine schematische grafische Darstellung einer Herstellungseinrichtung, die einen Ofen und eine regenerative Abluftreinigungsanlage bzw. regenerative thermische Oxidationsanlage gemäß bestimmten Ausführungsformen enthält,
2 ist eine Querschnittsansicht des Synthesegas-Extraktionspunktes in dem Ofen der 1,
3 ist eine Querschnittsansicht eines Venturiwäschers, der gemäß bestimmten Ausführungsformen verwendet werden kann, um das von dem Vergaser extrahierte Synthesegas zu konditionieren, und
4 ist eine schematische grafische Darstellung eines Teilchenseparators, der gemäß bestimmten Ausführungsformen stromaufwärts von bzw. vor einer regenerativen Abluftreinigungsanlage bzw. regenerativen thermischen Oxidationsanlage gezeigt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hierin offenbarten Ausführungsformen beziehen sich auf Verfahren zum Reduzieren bzw. Eliminieren der Notwendigkeit von Zusatzbrennstoff in der Oxidationsanlage (als die RTO bezeichnet) in einer Herstellungseinrichtung, die einen Biomasseofen oder -vergaser und eine Trocknungseinrichtung aufweist. Der Ofen kann so betrieben werden, A) dass überschüssiges CO und überschüssige VOCs aus dem Ofen freigesetzt, durch die Partikelentfernungsvorrichtungen konditioniert und in die Verbrennungskammer einer Oxidationsanlage geleitet werden, wo diese Gase verbrannt werden, um CO₂ und H₂O zu bilden, während einiges der Energie oder die gesamte Energie bereitgestellt wird, um den Oxidationsanlagenbetrieb aufrecht zu erhalten, oder so, B) dass Synthesegas, das in dem Ofen gebildet wird, extrahiert, konditioniert und der Oxidationsanlage zugeführt werden kann, wo diese Gase verbrannt werden, um CO₂ und H₂O zu bilden, während einiges der Energie oder die gesamte Energie bereitgestellt wird, um den Oxidationsanlagenbetrieb aufrecht zu erhalten. Es wird auch ein Verfahren zum Konditionieren des Gases offenbart, das den Transport und die Verwendung dieses Gases als Energie zu Verwendung in dem Oxidationsanlagensystem ermöglicht.
Sogar bei der hohen thermischen Effizienz der RTO erfordern die großen von typischen Herstellungseinrichtungs-Trocknungseinrichtungen abgegebenen Luftvolumina (typischerweise 50.000 bis 500.000 Kubikfuß pro Minute) und die sehr geringe VOC-Konzentration (niedriger Heizwert) beträchtliche Mengen an fossilem Brennstoff (typischerweise Erdgas oder Propan), um die Oxidationsanlage zu betreiben, und haben daher laufende Betriebskosten für den Eigentümer zur Folge. Manche dieser Einrichtungen weisen auch zusätzliche Oxidationsanlagen auf, um flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) zu behandeln, wie es bei einer Holzpresse der Fall ist, die verwendet wird, um Holzplatten herzustellen, wie etwa Holzfaserplatten, Spanplatten oder Platten mittlerer Dichte. Diese Oxidationsanlagen würden ebenfalls von zusätzlicher Energie profitieren, die von dem Biomasseofen transportiert wird, wie es in 1 gezeigt ist.
In dem Ofen gebildetes Synthesegas (Biogas) hat aufgrund der Bildung in einer reduzierten Atmosphäre in dem Ofen typischerweise niedrige Sauerstoffkonzentrationen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird das Biogas dementsprechend vor dem Eintritt in die Oxidationsanlage mit dem viel größeren Volumen des Prozessgases gemischt und weist daher ausreichend Sauerstoff auf, um in der Oxidationsanlage (RTO) zu verbrennen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die Verringerung der Verwendung von fossilem Brennstoff in der Oxidationsanlage erreicht, indem der Betrieb des Ofens in der Weise gesteuert wird, dass überschüssiges CO und überschüssige VOCs aus dem Ofen freigesetzt werden. Dies kann erreicht werden, indem die Biomassebrennstoffrate, die Feuchtigkeit und die Oberluft-(over-fire air) oder Sekundärverbrennungsluft manipuliert werden. Ein weiteres Verfahren besteht darin, einen Anschluss bzw. eine Öffnung in der Oberluft- (over-fire air) oder Sekundärverbrennungsluft zu blockieren, um absichtlich in dem Ofen eine Zone zu erzeugen, die die Verbrennung nicht vervollständigt bzw. beendet und es daher ermöglicht, dass sich einiges von dem Synthesegas/Generatorgas durch den Ofen bewegt, und wahrscheinlich wäre eine größere Menge an CO als typisch ebenfalls wünschenswert. Ein weiteres Verfahren besteht darin, eine Lanze zu verwenden, um Wasser in einen Abschnitt des Ofens einzuspritzen bzw. einzubringen. Der resultierende Wasserdampf unterdrückt die Verbrennung in ähnlicher Weise wie das Blockieren eines Teils der Verbrennungsluft. Dieses Verfahren erfordert zusätzliche Einrichtungen, aber kann einen größeren Bereich an Steuerung bereitstellen. Das Zulassen einer Bewegung von Produkten unvollständiger Verbrennung durch den Ofen erreicht einen höheren Heizwert des Gasstroms, der letztendlich durch die Oxidationsanlage behandelt wird. Ein höherer Heizwert in dem Ofenabgas kann erreicht werden, indem die Steuerung der Brennstoffzufuhr, der Unterluftzufuhr und der Oberluftzufuhr manipuliert wird, um hohe CO-Konzentrationen und andere Produkte teilweiser Verbrennung aus dem Ofen zu erzeugen. Diese Ausführungsform ist in der Hinsicht das einfachste Verfahren, dass minimale Änderungen an bestehenden Einrichtungen erforderlich sind oder dass die Notwendigkeit zusätzlicher Einrichtungen in bestehenden Einrichtungen nicht erforderlich ist. Dieses Verfahren ist jedoch dadurch ein wenig beschränkt, dass es lediglich die fossilen Brennstoffanforderungen einer Oxidationsanlage (von Oxidationsanlagen) unmittelbar hinter dem Ofen bzw. stromabwärts des Ofens verringert und keinen Transport von Energie zu anderen Oxidationsanlagen in der Einrichtung bereitstellt, die sich nicht in Fluidverbindung mit dem Ofen befinden. Eine weitere Beschränkung besteht darin, dass es sich als schwierig erweisen kann, den Brennwert zu steuern, wie er sich auf mehr als eine stromabwärts angeordnete Oxidationsanlage bezieht, d.h. es kann den Brennwert nicht unabhängig für zwei oder mehr Oxidationsanlagen ändern, die das Prozessgas behandeln. Der höhere Heizwert des Ofenabgases wird einer Konditionierung durch die bestehenden Partikelentfernungsvorrichtungen (typischerweise ein Wäscher oder Elektroabscheider bzw. elektrostatischer Gasreiniger, z.B. 4) stromaufwärts von der Oxidationsanlage als das Prozessgas unterzogen und ergibt somit ferner ein sauberes Brennstoffgas mit minimaler benötigter Ausrüstung. Durch Verringern der Menge an Sekundärverbrennungsluft und daher Sauerstoff in dem zweiten Schritt des Verbrennungsprozesses wird überschüssiges CO als ein Nebenprodukt der unvollständigen Verbrennung erzeugt. Dies steht typischerweise in der Hinsicht im Gegensatz zu dem Ziel des Ofenbedieners oder -lieferanten, dass CO typischerweise als zu vermeidende Verunreinigungssubstanz bzw. als zu vermeidender Schadstoff betrachtet wird. Es wäre nicht wünschenswert, hohe Konzentrationen an CO in die Atmosphäre abzulassen, wenn die Position der Oxidationsanlage nicht zwischen der CO-Quelle und dem Abgaskamin (exhaust stack) stromabwärts von der Oxidationsanlage wäre. Die hohen Temperaturen in der Oxidationsanlage vervollständigen die Umsetzung von CO in CO₂ und profitieren in dem Prozess von der exothermen Reaktion, was den Bedarf an fossilem Brennstoff verringert.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen stellt ein zweites Verfahren eine zuverlässigere Steuerung von Synthesegas bereit und kann verwendet werden, um ergänzend Energie an Oxidationsanlagen zu liefern, die sich entfernter von dem Ofen befinden, insbesondere Oxidationsanlagen, die nicht in Fluidverbindung mit dem Prozessstrom stehen. In dem Ofen gebildetes Synthesegas wird extrahiert, konditioniert und der Oxidationsanlage zugeführt, an die diese Gase verbrannt werden, um CO₂ und H₂O zu bilden, während einiges der Energie oder die gesamte Energie bereitgestellt wird, um den Oxidationsanlagenbetrieb aufrecht zu erhalten. Dieses Verfahren erfordert keine Änderung des Ofenbetriebs oder der Ofenbilanz, um eine unvollständige Verbrennung zu gewährleisten, wie es die erste Ausführungsform tut, da es lediglich einen relativ kleinen Teil (z.B. 5 bis 6%) des Synthesegases extrahiert, bevor dieser kleine Teil vollständig verbrannt worden ist. Außerdem kann das extrahierte Gas nach dem Konditionierungsverfahren geteilt werden, und es ist sowohl möglich, es mehreren Oxidationsanlagen oder Prozesseinrichtungen zuzuführen, als auch möglich, die Gasrate für die Brennstoffanforderungen jedes Systems unabhängig zu steuern, wie es in 1 gezeigt ist.
Nun auf 1 Bezug nehmend ist dort schematisch eine Herstellungseinrichtung gezeigt, wie etwa eine Einrichtung, die Holzplatten herstellt. Fachleute werden erkennen, dass das Produkt, das hergestellt wird, nicht speziell beschränkt ist. Der gemeinsame Faktor besteht darin, dass seine Herstellung in einer Quelle verunreinigter Luft resultiert, die VOCs enthält, die vor dem Ablassen in die Atmosphäre eine Zerstörung erfordern. In der gezeigten Ausführungsform weist die Einrichtung einen Ofen oder Vergaser 10, eine Trocknungseinrichtung 12, eine Partikelentfernungsvorrichtung 14, ein Gebläse bzw. einen Ventilator 16, eine zweite Partikelentfernungsvorrichtung 18 und eine Oxidationsanlage 20 auf. Fachleute werden erkennen, dass das gezeigte Diagramm nur der Veranschaulichung dient. Nicht alle Komponenten sind notwendigerweise wesentlich für die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen. Biomasse wird durch irgendwelche geeigneten Mittel in den Ofen oder Vergaser 10 eingebracht. Es kann jeder geeignete Vergaser verwendet werden, wie etwa eine Wander- oder Schüttelrostfeuerung, die detaillierter in 2 gezeigt ist und der Unterluft beispielsweise mit dem Gebläse 5 zugeführt wird und Oberluft beispielsweise mit dem Gebläse 6 zugeführt wird und die mit einer zugehörigen Ascheentfernungsvorrichtung 22 ausgestattet ist, wie etwa eine Fördereinrichtung. Wärme von dem Vergaser 10 (Verbrennungskammertemperaturen in dem Bereich von ungefähr 1600 bis 2000 °F werden erreicht) kann zu einem thermischen Ölheizer 11 oder einem Dampfkessel 13 geleitet werden, damit Dampfturbinen und Generatoren wie gezeigt Elektrizität erzeugen. Wie in 2 zu sehen ist, weist ein typischer Ofen oder Vergaser 10 eine untere Vergasungskammer und eine obere Vergasungskammer 17 auf, die geringe Emissionen bei guter Steuerung des Verbrennungsprozesses ermöglicht. Der Ofen oder Vergaser 10 weist Mittel (typischerweise an einer Vielzahl von Orten in dem Ofen) zum Einbringen von Sekundärverbrennungsluft oder „Oberluft“ („over-air“) bei 23 und zusätzlicher Verbrennungsluft bei 24 auf, wie etwa mit Hilfe des Gebläses 7. Hohe CO-Gehalte können mit Ofengas erzeugt werden, indem ein Teil der Sekundärverbrennungsluft begrenzt wird. Dies kann ein fester prozentualer Anteil der Ofenkammer sein, wie etwa das Blockieren von 5 Prozent der gesamten Sekundärluft, oder kann aktiv gesteuert werden, indem CO und O₂ an dem Ofenauslass überwacht werden und die Zufuhr von Sekundärluft entsprechend eingestellt wird, wie etwa durch Steuern des Gebläses 6.
Das Heißgasprodukt des Vergasers kann verwendet werden, um Produkte, wie etwa Holzspäne und dergleichen, in einer Trocknungseinrichtung bzw. einem Trockner 12 zu trocknen, wo sie in einer herkömmlichen Weise getrocknet werden. Die getrennten Gase werden in eine Partikelentfernungsvorrichtung 14, wie etwa einen Zyklon bzw. Zentrifugalabscheider, eingebracht, aus dem Stäube von dem Boden extrahiert werden, und der Gasstrom tritt an der Oberseite des Zyklons aus. Das den Zyklon verlassende getrennte Gas kann in einer zweiten Partikelentfernungsvorrichtung 18, wie etwa einem Nasselektrofilter 18 (1 und 4) weiter gereinigt werden, woraufhin es zu einer regenerativen Abluftreinigungsanlage bzw. regenerativen thermischen Oxidationsanlage 20 geschickt wird, wie etwa mit dem Gebläse oder der Pumpe 9. Die Oxidationsanlage verbrennt flüchtige organische Komponenten und bläst sauberes Gas über den Abluftkamin (exhaust stack) 30 in die Atmosphäre ab. Weil CO und/oder VOCs absichtlich in dem den Ofen 10 verlassenden Gas belassen wurden, hat das in die RTO eintretende Gas einen hohen Energiegehalt, der ausreicht, um den Betrieb der RTO ohne das Einbringen von Zusatzbrennstoff, wie etwa Erdgas, bei einer optimalen Temperatur aufrecht zu erhalten.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird in dem Vergaser erzeugtes Synthesegas extrahiert, bevorzugt an einer Stelle vor bzw. stromaufwärts von der Verbrennungskammer 17. Wie in 3 zu sehen ist, kann dies mit einem Synthesegasextraktionsrohr 40 oder dergleichen erreicht werden, das eine Wand 41 des Ofens 10 durchdringt. Das extrahierte Synthesegas wird bevorzugt konditioniert (z.B. Synthesegaswegoption #1, die in 1 gezeigt ist) und dann in die regenerative Abluftreinigungsanlage bzw. regenerative thermische Oxidationsanlage 20 eingebracht, wie etwa in den Einlass 51 von einem der Wärmeaustauschbetten der Oxidationsanlage 20 oder in die Verbrennungszone 53 der Oxidationsanlage 20. Da das Synthesegas vor der vollständigen Verbrennung aus dem Ofen 10 extrahiert wird, ist es mit CO und VOCs beladen und hat somit einen relativ hohen Energiegehalt. Es ist somit zur Verwendung in einer RTO (z.B. einer stromabwärts angeordneten Reihen-RTO (inline, downstream RTO) und/oder einer RTO in der Einrichtung, die nicht in Reihe angeordnet ist) als ein Brennstoff zur Oxidation von Prozessgas-VOCs geeignet.
Um eine hohe Partikelentfernung mit dem Synthesegas zu erreichen, insbesondere der in dem Synthesegas enthaltenen Flugasche, wird bevorzugt ein Venturiwäscher 45 mit großem Druckabfall, ein Hochtemperatur-Gewebefilter oder ein Abscheider 18 verwendet. Normalerweise ist ein Venturiwäscher mit großem Druckabfall zur Entfernung feiner Partikel für große Gasströme nicht wünschenswert, da dies zu einer sehr großen elektrischen Anforderung durch das Gebläse führt, aber in Fällen, in denen das Volumen klein ist, ist dies keine Sorge. Wenn das Rauchgas bzw. Abgas oberhalb von 500 °F gehalten wird, kann ein Trockenelektrofilter verwendet werden, aber dies kann untauglich sein, um das Synthesegas über irgendeine Distanz von über 50 Fuß zu transportieren, weil eine Kühlung des Leitungssystems ein Absetzen der schweren organischen Verbindungen bewirkt, wenn nicht das gesamte Leitungssystem beheizt und isoliert wird. Auch wenn in einer Ausführungsform eine trockene Filterung in Betracht gezogen wird, sind die geringeren Installationskosten des Nasswäschers 45 (3) bevorzugt, insbesondere in Anbetracht seiner Fähigkeit, Feuer oder die Ausbreitung von Feuern aus dem Ofen in das Prozessleitungssystem zu verhindern. Wie in 3 gezeigt ist, stellen sowohl die kontinuierliche Zufuhr von Wasser als auch die hohe Geschwindigkeit in dem Venturiabschnitt effiziente Flammenbarrieren bereit. Die Geschwindigkeit in dem Venturi beträgt typischerweise 100 bis 250 mph, erheblich über der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit. Um die Entfernungseffizienz schwerer organischer Verbindungen weiter zu verbessern, kann das Zusatzwasser für den Wäscher durch einen Wärmetauscher (nicht gezeigt) gekühlt werden, was zu einer weiteren Reduktion schwerer organischer Verbindungen durch Kondensation führt. Ein Hochdruck-Nasswäscher bzw. -Nassabscheider hat keine Filter oder anderen Medien, die ersetzt werden müssen, und hat wenige bewegliche Teile. In dem Venturiwäscher verbleibendes Wasser kann zu dem Nasselektrofilter 18 zur Verwendung darin geleitet werden. Ein Venturi mit variablem Hals ist bevorzugt, da er die Entfernungseffizienz über einen größeren Bereich von Strömungen beibehält. Sowohl der Bedarf an zusätzlicher Energie durch die Oxidationsanlage als auch der Wärmewert des Synthesegases variieren mit der Zeit, so dass es wichtig ist, ein System zu konstruieren, das eine variable Menge von Synthesegas an die Oxidationsanlage liefern kann.
Diese Einrichtungen haben häufig bestehende Wasseraufbereitungssystem, wie es für eine RTO mit einem Nasselektrofilter (wet electrostatic precipitator, WESP) stromaufwärts der Fall ist. Kapital- und Betriebskosten können durch Behandlung des Ablaufwassers aus dem Synthesegaswäscher 45 verringert werden, indem es zu dem Wasseraufbereitungssystem für den Prozessgasvorfilter geleitet wird. Derartige Systeme enthalten typischerweise ein Drehsieb oder eine Zentrifuge zur Entfernung von Feststoffen aus dem Wasser. Die Verwendung bestehender Wasserspeichertanks und Wasseraufbereitung spart erhebliche Kosten. Wenn eine Einrichtung einen Biomassevergaser aufweist, können die darin vorgesehenen Konditionierungsverfahren verwendet werden, um den Transport des Brennstoffgases und die Verwendung für die Oxidationsanlage zweckmäßig zu machen.
Das gereinigte Synthesegas kann in den Einlass 51 der RTO 20 oder direkt in die RTO-Verbrennungskammer eingebracht werden. Derartige Oxidationsanlagen erfordern typischerweise hohe Oxidationstemperaturen, um eine hohe VOC-Zerstörung zu erreichen. Um eine hohe Wärmerückgewinnungseffizienz zu erzielen, wird das „schmutzige“ Prozessgas, das behandelt werden soll, vor der Oxidation vorgewärmt. Zum Vorwärmen dieser Gase ist typischerweise eine Wärmetauschersäule 52A vorgesehen. Die Säule ist gewöhnlich mit einem Wärmetauschermaterial gepackt, das eine gute thermische und mechanische Stabilität und eine ausreichende Speichermasse aufweist. Im Betrieb wird das Prozessgas durch eine zuvor erwärmte Wärmetauschersäule geleitet, die wiederum das Prozessgas auf eine Temperatur erwärmt, die sich an seine VOC-Oxidationstemperatur annähert oder diese erreicht. Dieses vorgewärmte Prozessgas wird dann in eine Verbrennungszone 53 geleitet, wo jegliche unvollständige VOC-Oxidation gewöhnlich vervollständigt wird. Das behandelte, nun „saubere“ Gas wird dann aus der Verbrennungszone 53 heraus und zurück durch die Wärmetauschersäule oder durch eine zweite Wärmetauschersäule 52B geleitet. Während sich das heiße oxidierte Gas weiter durch diese Säule bewegt, überträgt das Gas seine Wärme auf die Wärmeaustauschmedien in dieser Säule, was das Gas kühlt und die Wärmeaustauschmedien vorwärmt, so dass eine weitere Menge an Prozessgas vor der Oxidationsbehandlung vorgewärmt werden kann. Gewöhnlich weist eine regenerative Abluftreinigungsanlage bzw. regenerative thermische Oxidationsanlage mindestens zwei Wärmetauschersäulen 52A, 52B auf, die abwechselnd Prozess- und behandelte Gase empfangen. Dieser Prozess wird über den Schalter eines geeigneten Ventilsystems kontinuierlich ausgeführt, was es ermöglicht, ein großes Volumen von Prozessgas effizient zu behandeln. Aus dem Auslass 54 der zweiten Säule 52B austretendes gereinigtes Gas wird über den Kamin 30 ausgelassen.
Beispiel 1
Ein Prozessgasstrom von 100.000 Nassstandardkubikfuß pro Minute (wet standard cubic feet per minute, wscfm) mit einer Einlasstemperatur von 160 °F, die 100 Pfund pro Stunde (pounds per hour) an VOC enthält, wird mit einer RTO mit einer thermischen Nenneffizienz von 95 % behandelt. Der Brennwert (higher heating value, HHV) der VOC beträgt 14.000 btu/lb. Dieses System erfordert ungefähr 9.500.000 btu pro Stunde an zusätzlicher Energie. Die aus dem Ofen zwischen den zwei Verbrennungsschritten extrahierten Gase weisen typischerweise einen Heizwert von 80 bis 100 btu pro Standardkubikfuß auf. Um den fossilen Brennstoff an die RTO vollständig zu ergänzen, muss daher ein Gasvolumen von 1500 bis 2000 Standardkubikfuß extrahiert, gereinigt und zu dem RTO-Einlass transportiert werden. Das Gas in diesem Teil des Ofens hat typischerweise 400 bis 800 °F und enthält Flugasche- (Partikel-) Stickstoff, Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff- (H₂-) Wasserdampf, Methan (CH₄), Wasserdampf (H₂O) und verschiedene organische Verbindungen von hohem Molekulargewicht, wie etwa Terpene. Dies stellt für den Transport in traditionellen Rohrleitungen aufgrund der Tendenz von Stäuben bzw. partikelförmigen Stoffen und schweren organischen Verbindungen, in dem Rohrleitungssystem und den Ventilen auszuplattieren, ein Problem dar und kein sauberer Brennstoff für die RTO, was zu Vorrichtungsverschmutzung führt. Das Volumen des Gases ist relativ klein (2000 scfm Brennstoffgas im Vergleich zu 100.000 scfm Prozessgas, das durch die Oxidationsanlage behandelt wird). Daher wird ein Wäscher mit hohem Druckabfall, der von relativ geringer Größe ist, dicht an oder benachbart zu der Ofenverbindung angeordnet. Das Synthesegas bewegt sich sofort durch den Wäscher, um schädliche partikelförmige Stoffe, schwere kondensierbare Stoffe und andere Elemente zu entfernen, die in einem Brennstoffgas nicht erwünscht sind. Ein speziell dafür vorgesehenes Gebläse 46 von ungefähr 30 bis 50 Inch Wassersäulendruck wird verwendet, um das Synthesegas aus dem Ofen und durch den Wäscher zu ziehen sowie um den Druck für den Transport des Brennstoffgases zu der RTO bereit zu stellen. Die Rate der Synthesegasentnahme aus dem Ofen wird bevorzugt als ein Teil des Sicherheitssystems für den Brennstoffzug gemessen oder überwacht, und der Druckabfall des gesamten Wäschers oder eines Teils von diesem kann dafür verwendet werden. Das Anordnen des Gebläse des 46 hinter bzw. stromabwärts von dem Wäscher 45 spart Betriebskosten, da die effektive Leistung durch Handhaben des kühleren Wäscherauslasses und dann des wärmeren Ofengases verringert wird. Wenn zusätzlicher Druck benötigt wird, können zwei Gebläse in Reihe verwendet werden. Eine Strömungssteuerung kann durch Modulieren der Ventilatorgebläsegeschwindigkeit oder mit Modulationsdämpfungseinrichtungen erreicht werden.
Eine weitere Anforderung des Synthesegassystems besteht darin, entweder das System auszugestalten, um zu gewährleisten, dass das Gas außerhalb des entflammbaren Bereichs bleibt (durch Eliminieren des Vorhandenseins eines Oxidationsmittels), oder das System auszugestalten, um ein potenziell entflammbares Gas sicher zu handhaben und zu transportieren. Der Grund für diese Anforderung liegt darin, dass es, auch wenn zu erwarten ist, dass das Synthesegas, das aus dem Ofen extrahiert wird, einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist, schwierig ist, zu gewährleisten, dass dies der Fall ist. Beim Standardofenbetrieb ist dies kein Problem, weil die Verbrennung in der sekundären Verbrennungszone des Ofens schnell vervollständigt wird. Weil die Verbrennungsreaktionen in dem Wäscher jedoch gequenscht werden können, während das Gas in dem entflammbaren Bereich bleibt, geht dies nicht notwendigerweise in dem Synthesegas-Extraktionssystem. Während die Gase in der Anwesenheit von Wasser in dem Wäscher bleiben, ist das System durch den löschenden Effekt des Wassers geschützt. Sobald das Wasser jedoch entfernt wird, muss die Möglichkeit, dass das Gas in der Anwesenheit einer Zündquelle gezündet wird, berücksichtigt werden.
Es gibt vier Verfahren, die verwendet werden können, um das System für diese Gefahr sicher auszugestalten.
Das erste und bevorzugte Verfahren zur Minimierung der Möglichkeit einer Deflagration oder Detonation besteht darin, in allen Punkten flüssiges Wasser in dem System zu halten. Flüssiges Wasser verhindert oder löscht unmittelbar jeden Funken, vorausgesetzt dass es in der unmittelbaren Nähe der Zündquelle vorhanden ist. Dieses Verfahren ist bevorzugt, weil die Kosten für das Halten von Flüssigkeit in Kontakt mit dem Gas relativ gering sind und weil das kleine Flüssigkeitsvolumen kein Problem in Bezug auf den Betrieb des Rests des Systems darstellt. Um zu gewährleisten, dass Wasser jederzeit vorhanden ist, können Strömungssensoren an jeder Wasserzugabevorrichtung hinzugefügt werden, deren Versagen es ermöglichen würde, dass das System an Wasserunterdrückung verliert. Darüber hinaus wäre dieses Verfahren mit keiner der Ausführungsformen zweckmäßig, die ein trockenes Verfahren zur Steuerung bzw. Kontrolle partikelförmiger Stoffe verwenden (z.B. Hochtemperaturgewebefilter oder Trockenelektrofilter).
Das zweite Verfahren besteht darin, das System auszugestalten, um jegliches potentielles Feuer oder jegliche potentielle Explosion einzuschließen, zu unterdrücken oder abzulassen. Dieses sind die drei Sicherheitsverfahren, die in den Empfehlungen der NFPA vorgeschrieben sind, wenn die Bedingungen nicht erfüllt werden können, um den Eintritt des Ereignisses zu verhindern.
Dieses Verfahren ist aufgrund der Schwierigkeit und der Kosten weniger wünschenswert, die mit der Zertifizierung verbunden sind, dass das System sicher ausgestaltet ist. Darüber hinaus würde ein solches System Deflagrations- oder Detonationssperren erfordern, die für Verstopfung anfällig sind.
Das dritte Verfahren besteht darin, das Gas kontinuierlich auf Sauerstoff hin zu analysieren, um zu gewährleisten, dass der Gehalt niedriger als derjenige ist, der zum Start einer Deflagration erforderlich ist. Wenn dieser Weg beschritten wird, müssen die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Analyse in Betracht gezogen werden.
Auch wenn die Konstruktion des Systems zur Bereitstellung eines zuverlässigen Sauerstoffmesswertes ohne Weiteres erreichbar ist, erfordert es wahrscheinlich eine Gaskonditionierung in jedem Probennahmeverfahren, was die Reaktionszeit der Analyseeinrichtung erhöht. Alternativ könnte eine Sauerstoffmessung vom Lasertyp verwendet werden, um eine direkte Messung zu erhalten, allerdings bei erheblichen Zusatzkosten. Standardsensoren vom Zirconiumdioxidtyp sind nicht zweckmäßig, weil die hohe Temperatur des Sensors eine potenzielle Zündquelle ist, die nicht nur möglicherweise die Explosion zünden kann, die verhindert werden soll, sondern auch aufgrund des Verbrauchs von O₂ durch den bei den hohen Temperaturen des Sensors vorhandenen Brennstoff wahrscheinlich einen fälschlicherweise niedrigen O₂-Messwert liefert.
Die Reaktionszeit des O₂-Sensors ist dadurch kritisch, dass alle Komponenten stromabwärts von dem O₂-Sensor, die das Gas erreichen könnte, bevor eine hohe Sauerstoffkonzentration in dem Bereich von 5-7% detektiert und umgeleitet wird, durch Einschluss-, Unterdrückungs- oder Ablasssysteme geschützt werden müssen.
Aufgrund des hohen Partikel- bzw. Staubgehalts des Ofengases ist eine Sauerstoffdetektion stromabwärts von bzw. hinter der Gasreinigungsvorrichtung (d.h. Venturiwäscher, Trockenelektrofilter, Nasselektrofilter, usw.) bevorzugt.
Wenn das Verfahren gewählt wird, würde ein Inertgas zum Reinigen des Systems von Sauerstoff erforderlich sein, bevor das Synthesegas in das System gelassen wird. Das Inertgas könnte auch verwendet werden, um den O₂-Gehalt nach Bedarf zu steuern.
Dieses Verfahren ist weniger wünschenswert, weil es zusätzlich zu den Kosten des Sauerstoffdetektions- und -umlenksystems nicht ermöglichen würde, dass das System arbeitet, wenn eine wesentliche Menge an Sauerstoff vorhanden ist, und es kann wünschenswert sein, den Systembetrieb in diesem Zustand fortzusetzen.
Das vierte Verfahren besteht darin, den Biomasseofen in der Weise zu steuern, dass der O₂-Gehalt nicht hoch genug werden kann, damit das Gas explosiv werden kann. Dieses Verfahren ist weniger wünschenswert, weil es die in weiten Bereichen variierenden Bedingungen in dem Ofen sehr schwierig machen, die Gasbedingungen an dem Punkt konsistent zu steuern, an dem das Synthesegas entfernt wird.
Zusätzlich dazu, Synthesegas sicher als eine Brennstoffquelle stromaufwärts von bzw. vor der RTO zu der Oxidationsanlage hinzuzufügen, muss gezeigt werden, dass die kombinierte UEG des Synthesegases und des Prozessgases so gesteuert werden kann, dass unter allen Betriebsbedingungen die untere Explosionsgrenze (UEG) der kombinierten Strömungen unter 25% ist, wie es durch gesetzliche Regelungen erfordert wird (z.B. NFPA 86).
Es gibt drei Verfahren, um dies zu erreichen. Das erste und bevorzugte Verfahren besteht darin, die Synthesegasinjektion so zu steuern, dass die kombinierte Strömung unter keinen Betriebsbedingungen 25% UEG überschreiten kann. Um dies zu erreichen, müssen die folgenden vier Variablen gemessen oder berechnet werden:

• Der minimale Strom von Prozessgas (F_p) in Standardkubikfuß pro Minute (SCFM)
• Die maximale UEG des Prozessgases (UEG_p)
• Der maximale Strom von Synthesegas (F_s) in Standardkubikfuß pro Minute (SCFM)
• Die maximale UEG des Synthesegases (UEG_s)

Die maximale UEG der kombinierten Strömung wird durch die Gleichung definiert: ${UEG}_{max} = (F_{p} {UEG}_{p} + F_{s} {UEG}_{s}) / (F_{p} + F_{s})$
Für Fachleute kann die maximale UEG jeder Strömung auf Basis von Prozessdaten und historischen Informationen über diese Prozesse berechnet werden. Der Strom von Prozessgas muss gemessen und instrumentiert werden, um ein zuverlässiges Signal bereitzustellen, falls der Prozessgasstrom unter diesen minimalen Strom fallen sollte. In ähnlicher Weise muss der Strom von Synthesegas gemessen und instrumentiert werden, um ein zuverlässiges Signal bereitzustellen, falls der Synthesegasstrom diesen maximalen Strom überschreiten sollte. Jedes dieser Signale kann verwendet werden, um das Synthesegasinjektionssystem abzuschalten, um eine 25% UEG überschreitende Prozessgaskonzentration daran zu hindern, in die Oxidationsanlage einzutreten. Strömungsmessungsvorrichtungen müssen gewählt werden, um in gesättigten Strömungen und mit partikelförmigen Stoffen beladenen Umgebungen zu arbeiten (4).
Das zweite Verfahren besteht darin, den Energiegehalt des Synthesegases mit einer BTU-Analyseeinrichtung zu messen ( 3) und diese Analyseeinrichtung zu verwenden, um den zulässigen maximalen Betrag an Synthesegasstrom einzustellen. Dieses Verfahren ist aufgrund der Beladung mit partikelförmigen Stoffen und der gesättigten Natur der Strömung weniger wünschenswert, welche wahrscheinlich eine Konditionierung der Probe vor der Analyseeinrichtung erfordern könnten, was eine lange Reaktionszeit und die Notwendigkeit zusätzlicher Sicherheitsvorrichtung verursacht, um mehrere maximale Synthesegasstromeinstellungen zu ermöglichen.
Das dritte Verfahren besteht darin, die UEG der Gasströmung zu überwachen, wie etwa durch Detektion der UEG mit einer UEG-Überwachungseinrichtung, um zu gewährleisten, dass sie in allen Fällen unter 25% bleibt.
Dieses Verfahren ist weniger wünschenswert, weil es erfordert, dass das System die Gase ablassen oder sie auf andere Weise daran hindern kann, in die Oxidationsanlage einzutreten, wenn 25% UEG erreicht sind. Dies erfordert es, dass die Reaktionszeit des Sensors und des Steuersystems berücksichtigt werden, um zu gewährleisten, dass das Prozessgas rechtzeitig daran gehindert werden kann, in die Oxidationsanlage oder eine andere Zündquelle einzutreten. Außerdem könnten es die Beladung mit partikelförmigen Stoffen und die gesättigte Natur der Strömung wahrscheinlich erfordern, die Probe vor der Analyseeinrichtung zu konditionieren, wodurch die Reaktionszeit erhöht wird.
In der Ausführungsform, in der die Ofensteuerung manipuliert wird, um höhere CO- und VOC-Konzentrationen zu erzeugen, die den Ofen verlassen, würde wahrscheinlich eine UEG- oder CO-Überwachungseinrichtung erforderlich sein (2), um zu gewährleisten, dass die Konzentration des den Ofen verlassenen Gases 25% UEG nicht überschreitet. Diese Analyseeinrichtungen würden ähnliche Probenkonditionierungsprobleme haben, wie diejenigen, die oben erwähnt sind.
Nachdem nun die Erfindung detailliert beschrieben worden ist, werden Fachleute Modifikationen und Ersetzungen an den in der Beschreibung angegebenen Ausführungsformen erkennen, die verwendet werden können, um bestimmte Betriebsanforderungen zu erfüllen. Derartige Modifikationen und Ersetzungen sollen in dem Bereich der Erfindung liegen, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Halten einer regenerativen thermischen Oxidationsanlage bei Betriebstemperatur, während die Verwendung fossilen Brennstoffs in der Oxidationsanlage minimiert wird, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Biomasseofens, um stromabwärts stattfindende Prozesse mit thermischer Energie zu versorgen; Verbrennen von Biomasse in dem Ofen in einem ersten Schritt, wobei die Verbrennung in einer Sauerstoff-armen Umgebung stattfindet, und in einem zweiten Schritt, wobei die Verbrennung in einer Umgebung stattfindet, bei der der Sauerstoffgehalt höher ist als in der Sauerstoff-armen Umgebung; Extrahieren von Synthesegas vor dessen vollständiger Verbrennung; Konditionieren des extrahierten Synthesegases, um partikelförmige Stoffe aus diesem zu entfernen, und Einbringen des konditionierten Synthesegases in die regenerative thermische Oxidationsanlage.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Synthesegas mit einem Nass- oder Trockenabscheider stromaufwärts von der Oxidationsanlage konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Synthesegas mit einem Nassabscheider konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, vor dem Einbringen des konditionierten Synthesegases in die regenerative thermische Oxidationsanlage flüssiges Wasser in das Synthesegasas einzubringen, um das Eintreten einer Deflagration oder Detonation zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Deflagrations- oder Detonations-, -unterdrückungs-, -einschluss- oder -ablassverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, die Sauerstoffkonzentration des Synthesegases zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Sauerstoffkonzentration des Synthesegases, das in die Oxidationsanlage eingebracht wird, durch Hinzufügen eines Inertgases zu dem Synthesegas gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Synthesegas mit einem Venturiwäscher konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, die maximale UEG des Synthesegases, das in die Oxidationsanlage eintritt, durch Begrenzen des maximalen Synthesegasstroms und des minimalen Prozessgasstroms zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, die maximale UEG des Synthesegases, das in die Oxidationsanlage eintritt, durch Überwachen der Energie des Synthesegases mit einer BTU-Überwachungseinrichtung zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, die maximale UEG des Synthesegases, das in die Oxidationsanlage eintritt, durch Überwachen der unteren Explosionsgrenze des Synthesegases, das in die Oxidationsanlage eintritt, mit einer UEG-Überwachungseinrichtung zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Venturiwäscher einen Einlass hat und bei dem Wasser in den Venturiwäschereinlass eingebracht wird, um die Entflammbarkeit des Synthesegases darin zu verringern.
Verfahren zum Halten einer regenerativen thermischen Oxidationsanlage bei Betriebstemperatur, während die Verwendung fossilen Brennstoffs in der Oxidationsanlage minimiert wird, das aufweist, Biomasse in einem Biomasseofen zu verbrennen, um Wärme zur Benutzung in stromabwärts stattfindenden Prozessen zu produzieren, die Verbrennung der Biomasse in dem Ofen zu steuern, derart, dass eine erhöhte Konzentration von Kohlenstoffmonoxid und flüchtigen organischen Verbindungen im Abgas des Ofens bereit steht, um den in der regenerativen thermischen Oxidationsanlage zu behandelnden Gasstrom mit höheren Heizwerten zu versorgen, den abgelassenen Gasstrom zu konditionieren, um partikelförmige Stoffe aus diesem zu entfernen, und den konditionierten Gasstrom in die regenerative thermische Oxidationsanlage einzubringen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Verbrennung durch Analysieren des CO-Gehalts des Gasstroms an dem Auslass des Biomasseofens gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Verbrennung durch Detektieren der UEG des Gasstroms an dem Auslass des Biomasseofens gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil des von dem Ofen produzierten Gases, nachdem es Wärme für einen stromabwärts Prozess bereit gestellt hat, in eine regenerative thermische Oxidationsanlage zum Kontrollieren von Verunreinigungen eingeleitet wird.