DE19602900A1 - Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Konversions-Generator - Google Patents

Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Konversions-Generator

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, schadstoff­ freie Kohlenstoffträger, wie Holz, Bagasse etc. ggfs. in Verbindung mit energiereichen Stoffen, wie halogenfreiem Kunststoffmüll in einem vertikalen Schachtofen mit Luft, einem Luft-O₂-Gemisch, oder nur mit O₂ bei ca. 900°C zu vergasen und das erzeugte Gas zum Beispiel in einem groß­ volumigen Ottomotor der durch einen Kompressor aufgeladen wird, in Strom und Heizwärme umzusetzen.
Heute fallen sehr viele Abfallstoffe an, die an sich ei­ nen energetischen Wert besitzen, aber verschmäht werden, weil sie uns nutzlos erscheinen. Um nur einige zu nennen: Bagasse, Maiskolben entkornt, Schwachholz etc. Für unsere Breiten ist das Schwachholz oder Holz überhaupt als Brenn­ stoff fast kein Thema. Der Grund liegt daran, daß bis heu­ te kaum ein Verfahren besteht, um diese nachwachsenden Brennstoffe richtig zu nutzen. Im 2. Weltkrieg war es üb­ lich mit sogen. Holzvergasern Fahrzeuge anzutreiben. Diese Gegenstromvergaser waren, hauptsächlich wegen der Feuchtigkeit im Vergasungsgut Holz, sehr störanfällig, so daß sie nach dem Krieg schnell verschwanden. Heute wird Holz nur in Form von Hackschnitzel in Heizwerken einge­ setzt, was aber in keinem Verhältnis zum Anfall in unse­ ren Wäldern steht. Auch Kunstoffmüll fällt reichlich an, ohne daß eine vernünftige Wiederverwertung bis heute be­ kannt wäre. Er wird z. T. bis nach China verfrachtet (per Tonne für DM 3.000.-).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, um diese schadstofffreie Kohlenstoffträger für die Kraft- Wärme-Kopplung nutzbar zu machen. Gelöst wird dies durch Anspruch 1 und die Nebenansprüche.
Heizkraftwerke, auch kleine, werden hauptsächlich mit Erdgas, zum geringeren Teil mit Heizöl betrieben. Nun gibt es sehr viele waldreiche Gemeinden und Kommunen, die mit dem reichlich anfallenden Schwachholz nichts anfangen können. Auch in den Großstädten fällt jähr­ lich pro Einwohner ca. 15 kg Baumschnitt und Fällreste an, das bei einer Großstadt wie Frankfurt ca. 10.000 Tonnen ausmacht. Eine Verwertung außer kompostieren gibt es nicht. Auch Kunststoffabfälle fallen, gesam­ melt durch das DSD (Duales System Deutschland), in gro­ ßen Mengen an. Dieser Kunststoffmüll muß grob zerklei­ nert und dann, durch an sich bekannte Verfahren, wer­ den halogenhaltige Kunststoffe abgetrennt, so daß meist nur PP und PE-Kunststoffe übrig bleiben, die schadstofffrei sind. Die halogenhaltige Kunststoffe kön­ nen über einen Extruder zu Gehwegplatten verarbeitet werden. Diese Art der Verwertung wäre ein großer Vor­ teil, da der Altkunststoff (Müll) da nutzbringend ver­ braucht wird, wo er entsteht und somit keine großen LKW- Reisen mehr benötigt. Das im Glutbett des Konversions- Generator entstehende Schwachgas, kann in einer Gastur­ bine oder einem großvolumigen Ottomotor zu elektrischer und thermischer Energie verarbeitet werden, wobei es vorteilhaft ist diese Ottomotoren mit einem Kompressor aufzuladen, da so der Wirkungsgrad bedeutend erhöht wird. Diese Anlagen eignen sich da am besten, wo ganz­ jährig Strom und Wärme benötigt werden z,B. Schwimm­ bäder, Krankenhäuser, Großküchen etc. Für waldreiche Kommunen und Gemeinden bietet sich an, freie Flächen die in jeder Gemeinde vorhanden sind, mit schnellwach­ senden Bäumen z. B. Birken zu bepflanzen, die nach ca. 8 Jahren geschlagen werden können und immer wieder aus­ treiben. Es ist ein doppelter Nutzen: Es entsteht Brenn­ material, das CO₂ neutral ist und vergrößert unsere grünen Lungen.
Eine Ausführungsform des Konversions-Generators besteht aus einem Stahlrohr (1) mit einem Durchmesser von 600-800 mm und einer Wandstärke von ca. 3-5 mm, an des­ sen Unterteil ein Ringrohr (4) angeordnet ist, von dem mindestens 3 schräg nach unten gerichtete Düsenrohre mit Düsen (20) in das Rohr (1) weisen, die aber in keinem Fall im Rohr überstehen dürfen, da sie sonst das nach unten gleiten­ de Vergasungsmaterial hemmen. Die Düsen sollten einen Durchmesser von 5-12 mm haben. Weiter unten ist ein Rost (5) angeordnete der als Dreh- oder Vibrationsrost ausgebildet ist. Über das oben offene Rohrende (3) wird ein Kohlenstoffträger z. B. stückiges Holz oder Gemischen von stückigem Holz mit Stoffen wie: Sägemehl, Bagasse, Sägespäne, zerkleinerte Rindenabfällen, zerkleinertem halogenfreiem Kunststoffmüll eingetragen. Über Mittel­ rohr (6) kann, bei getrenntem Eintrag, halogenfreier, vorzerkleinerter Kunststoffmüll eingetragen werden. Dieses Mittelrohr (6) eignet sich aber auch zur Zugabe von Stoffen wie: Sägemehl, Bagasse, Sägespäne, zerklei­ nerte Rindenabfälle und vielem anderen mehr, Voraus­ setzung ist, daß es schadstofffrei ist. Über Verdichter (8) wird über Leitung (12) und Wärmetauscher (7) und Leitung (11) vorgewärmte und verdichtete Luft über Ringrohr (4) und Düsen (20) in das bestehende Glutbett eingeblasen. Die im Gleichstrom durchgeführte Vergasung findet bei einer Temperatur zwischen 700-1000°C, vor­ zugsweise bei 900°C statt. Zur Steuerung der Tempera­ tur kann am Ansaug des Verdichters (8) Wasserdampf zu­ gegeben werden. Über Leitung (17) wird das Rohgas, das hauptsächlich aus N, CO und H₂ besteht, über Wärmetau­ scher (7), wo es seine fühlbare Wärme an die Vergasungs­ luft abgibt, in eine Entstaubungsanlage (18) geleitet und weiter als Schwachgas zu einem Verbraucher (16), möglicherweise einem Gasmotor. Um eine Überhitzung des Unterteils des Generators zu vermeiden, ist es mit einem Wassermantel (21) ausgestattet. Die überschüssige Wärme wird abgeführt. Das Unterteil kann in einer nicht darge­ stellten Wassertasse stehen, wodurch auch die Asche über (2) ausgetragen wird.
Eine weitere Ausführungsform des Konversions-Generators be­ steht aus einem viereckigen Stahlrohr (1), mit den Maßen ei­ nes kleinen HD-Strohballens und einer Wandstärke von ca. 3-5 mm, an dessen Unterteil ein Ringrohr (4) angeordnet ist, von dem mindestens 4 schräg nach unten gerichtete Düsenrohre mit Düsen (20) in das Rohr (1) weisen ,wobei die Düsenöff­ nungen flach und breit gestaltet sein sollen. Sie sollen in keinem Fall im Rohr (1) überstehen,da sie sonst das nach un­ ten gleitende Vergasungsmaterial hemmen weiter unten ist ein Rost (5) angeordnet, der als Dreh- oder Vibrationsrost ausgebildet ist. Über das oben offene Rohrende (3) werden als Kohlenstoffträger z. B. HD-Strohballen eingetragen. Nach jedem 2. oder 3. Ballen muß stückiges Holz zugegeben werden, um das Glutbett in jeden Fall zu erhalten. Über Verdichter (8) wird über Leitung (12) und Wärmetauscher (7) und Lei­ tung (11) vorgewärmte und verdichtete Luft oder durch eine Membrananlage auf 30-40% O₂ angereicherte Luft über Ringrohr (4) und Düsen (20) in das bestehende Glutbett eingeblasen. Die im Gleichstrom durchgeführte Vergasung findet bei einer Temperatur zwischen 700-1000°C, vorzugsweise bei 900°C statt. Zur Steuerung der Temperatur kann am Ansaug des Ver­ dichters (8) Wasserdampf zugegeben werden. Über Leitung (17) wird das Rohgas, das hauptsächlich aus N, CO, H₂ und CO₂ be­ steht, über Wärmetauscher (7), wo es seine fühlbare Wärme an die Vergasungsluft ab gibt, in eine Entstaubungsanlage (18) geleitet und weiter als Brenngas zu einem Verbraucher (16), möglicherweise einem aufgeladenen Gasmotor.
Eine dritte Ausführungsform des Konversions-Gasgenerators ist etwas größer, viereckig mit den Maßen 750×1250 mm, mit 16 Düsen (2-6-2-6), wobei mit sauerstoffangereicherter Luft vergast werden kann, ca. 30-40% O₂, durch das an sich be­ kannte Membranverfahren, aber auch mit Reinsauerstoff Er­ zeugung von Reichgas durch Einsatz eines Molekularsiebes. Zur Vergasung kommen Großstrohballen (700×1200 mm), aber auch in Foliensäcke verpackter Krankenhausabfall, dies geht natürlich auch in vorher schon beschriebenen Vergasern, bei ca. 900°C. Ein weiteres zur Vergasung geeignetes Material ist ein durch kompostierende Trocknung erzeugter Formkör­ per mit Belüftungskanälen und ca. 15% Restfeuchte, beste­ hend aus einem Gemisch von Klärschlämmen, Strohhächsel und/ oder Sägemehl, Bioabfall aus der Tonne etc., sowie zerklei­ nerter Kunststoffmüll, der das Gas bereichert. Eine weite­ re Einsatzmöglichkeit besteht in der Reinigung von leich­ ten, kontaminierter Böden in dem, in dem schon beschriebe­ nen Mittelrohr, ein Gemisch von verschmutzten Böden mit Strohhächsel oder Sägemehl und/oder zerkleinertem Kunst­ stoffmüll etc. bei Temperaturen von 350-900°C dekontami­ niert werden. Rund um das Mittelrohr wird stückiges Holz zugegeben und vergast. Bei Böden die z. B. nur mit Benzin oder Dieselöl kontaminiert sind, langen ca. 350°C um sie auszutreiben und man muß sie in keinem Fall bei 900°C ver­ brennen. Natürlich können die erzeugten Gase auch wieder zum Betrieb eines Motors genutzt werden. Die Verfahren lau­ fen sonst ab, wie schon vorher beschrieben.

Claims (6)

1. Verfahren der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Konver­ sions-Generator dadurch gekennzeichnet, daß
  • - am Unterteil eines runden oder Viereckigen, vertika­ len Generatorrohrs (3) ein Ringrohr (4) angeordnet ist, von dem mindestens ein Düsenrohr (20) schräg nach un­ ten mit dem Generatorrohr (3) verbunden ist, in dem Düsen (10) angeordnet sind, wobei jedoch im inneren des Generatorrohrs (3) nicht überstehen darf,
  • - über das oben offene, vertikale Generatorrohr (3) schadstofffreie Kohlenstoffträger, wie z. B. stückiges Holz, Ballenstroh etc., eingetragen werden,
  • - im untersten Teil des Generatorrohres (3) ein Rost (5) angeordnet ist,
  • - von einem Verdichter (8) über einen Wärmetauscher (7) und Rohre (12 u. 11), sowie Ringrohr (4), Düsenrohr (20) und Düsen (10) Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder Sauerstoff in den Konversions-Generator einge­ blasen, im Gleichstrom durch das Glutbett geführt und das entstehende Gas über den Rostraum (9), Leitung (17) und dem Wärmetauscher (7), einer Entstaubungsanlage (18) einem Endverbraucher (16) (z. B. einem Motor) zugeführt wird,
  • - im unteren Teil des Konversions-Generators (1), das Generatorrohr (3) mit einem Wassermantel (21) verse­ hen ist,
  • - die Asche über eine Schleuse (2) ausgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzei­ chnet, daß der Düsenmund rund oder vorzugsweise flach und breit, mit schmaler Öffnung ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzei­ chnet, daß der Rost (5) als Dreh- oder Vibrations­ rost ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzei­ chnet, daß von einem Motor (16), über den Wärme­ tauscher (7), Ringrohr (4), Düsenrohr (20) und Düsen (10), Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder O₂, saugend durch den Konversions-Generator (1) geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzei­ chnet, daß das Vergasungsmaterial über eine Schleuse, z. B. eine Zellenradschleuse in den Konversi­ ons-Generator (1) eingetragen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzei­ chnet, daß das Mittelrohr (6) leicht zu demon­ tieren ist.
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