DE19610490A1 - Operation of thermal gasification reactor supplying internal combustion engines - Google Patents

Operation of thermal gasification reactor supplying internal combustion engines

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Abstract

In the operation of a gasification reactor (1), where solid fuel is thermally gasified, the gas is fed to internal combustion engines (3). The gas is first cooled, intercepting the condensate, which is sprayed through a nozzle (5), in atomised form, back into the reactor. Also claimed is the plant to carry out the process, in which the incandescent bed temperature is measured to determine when condensate shall be sprayed in.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ver­ gasungsreaktors zur Bereitstellung eines Brenngases für Brenn­ kraftmaschinen, wobei in dem Reaktor festes Brennmaterial thermisch vergast und das Reaktionsgas als Brenngas anschließend der Brennkraftmaschine zugeführt wird.The invention relates to a method for operating a Ver Gassing reactor for providing a fuel gas for fuel Engines, solid fuel in the reactor thermally gasified and then the reaction gas as fuel gas is fed to the internal combustion engine.

Solche Verfahren sind beispielsweise aus der DE-A-44 17 082 be­ kannt oder in der DE 195 36 920 beschrieben. Der Vergasungsreaktor wirkt mit einer als Motor oder Generator dienenden Brennkraftma­ schine zusammen. Das gebildete Reaktionsgas dient zum Betreiben des Motors, bei dem es sich vorzugsweise um einen Dieselmotor han­ delt, der mit Dieselkraftstoff gestartet und wenn die Betriebstem­ peratur erreicht ist, später mit dem Reaktionsgas befeuert wird. Um Schäden in dem Motor zu vermeiden muß das Reaktionsgas zuvor gereinigt, insbesondere aber entstaubt werden.Such methods are for example from DE-A-44 17 082 be knows or described in DE 195 36 920. The gasification reactor works with an internal combustion engine serving as a motor or generator seem together. The reaction gas formed is used for operation of the engine, which is preferably a diesel engine delt that started with diesel fuel and when the operating temperature is reached, is later fired with the reaction gas. In order to avoid damage in the engine, the reaction gas must first cleaned, but especially dusted.

Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine steigt mit sinkender Tem­ peratur des Brenngases, da bekanntlich die Masse eines Gases bei sinkender Temperatur und gleichem Volumen steigt. Aus diesem Grund sollte das Brenngas, bevor es der Brennkraftmaschine zugeführt wird, gekühlt werden. The efficiency of the internal combustion engine increases with falling temperature temperature of the fuel gas, as is known for the mass of a gas falling temperature and the same volume increases. For this reason should the fuel gas before it is fed to the internal combustion engine will be cooled.  

Bei der Kühlung entsteht aber hochbelastetes Kondensat, das neben Wasser auch teerige Bestandteile, Salze und Phenole enthält. Die­ ses Kondensat muß aufgefangen und entsorgt werden. Eine Einleitung ins Abwassernetz ist unzulässig. Bekanntlich ist die Reinigung von kontaminiertem Abwasser kompliziert. Insbesondere weil bei der Abkühlung des Reaktionsgases keine großen Mengen Kondensat anfal­ len, ist eine wirtschaftliche Abwasseraufbereitung vor Ort kaum möglich, so daß zu den Entsorgungskosten auch noch die Transport­ kosten des kontaminierten Abwassers zu einer Aufbereitungsanlage hinzuzurechnen sind.During cooling, however, highly contaminated condensate is created, which besides Water also contains tarry ingredients, salts and phenols. The This condensate must be collected and disposed of. An introduction into the sewage network is not permitted. The cleaning of contaminated wastewater complicated. Especially because at the Cooling of the reaction gas no large amounts of condensate economic wastewater treatment is hardly possible on site possible, so that transport costs are added to the disposal costs cost of the contaminated wastewater to a treatment plant are to be added.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll das eingangs erläuterte Verfahren verbessert werden.Starting from this problem, the above should be explained Procedures to be improved.

Zur Problemlösung wird das aus dem Reaktor aus tretende Reaktions­ gas vor der Zuführung zur Brennkraftmaschine abgekühlt, das dabei entstehende Kondensat aufgefangen und über eine Düse in zerstäub­ ter Form in den Reaktor wieder eingespritzt.To solve the problem is the reaction emerging from the reactor gas cooled before being fed to the internal combustion engine The resulting condensate is collected and atomized through a nozzle ter form injected back into the reactor.

Durch die Wärme im Reaktor läuft die bekannte Wassergasreaktion ab, und das Wasser und der Kohlenstoff des Kondensats sowie der Kohlenstoff des Glutbetts reagieren zu Wasserstoff und Kohlenmon­ oxyd. Beide Gase werden im Motor anschließend verbrannt. Die übri­ gen Bestandteile des Kondensats können mit der Asche aus dem Reak­ tor abgeführt und entsorgt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren ist es folglich möglich, ein kühles Brenngas der Brenn­ kraftmaschine zuzuführen, ohne daß ein wäßriges Kondensat ent­ sorgt werden müßte. Es steigt folglich der Wirkungsgrad der Brenn­ kraftmaschine und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.The well-known water gas reaction runs through the heat in the reactor and the water and carbon of the condensate as well as the Carbon from the ember bed reacts to hydrogen and carbon mon oxide. Both gases are then burned in the engine. The rest Components of the condensate can be removed with the ash from the reac be removed and disposed of. With the Ver It is therefore possible to drive a cool fuel gas from the burner fed to the engine without ent ent watery condensate should be taken care of. The efficiency of the firing consequently increases engine and the economy of the overall system.

Vorzugsweise erfolgt die Einspritzung des zerstäubten Kondensats unmittelbar über der Glut. Dadurch erfolgt eine rasche Umsetzung der chemischen Reaktion. Außerdem kann dabei der Gesamtprozeß ge­ steuert werden, indem die Temperatur im Reaktor gesenkt und die Glut reduziert wird. The atomized condensate is preferably injected immediately above the embers. This enables rapid implementation the chemical reaction. In addition, the overall process can ge can be controlled by lowering the temperature in the reactor and the Embers are reduced.  

Vorteilhaft dabei ist es, wenn die Reaktor- oder Gluttemperatur gemessen wird, und die Einspritzung des Kondensats erst dann er­ folgt, wenn im Reaktor eine zuvor definierte Mindesttemperatur herrscht, bzw. wenn die Glut eine zuvor definierte Mindesttempera­ tur hat.It is advantageous if the reactor or ember temperature is measured, and then the injection of the condensate follows if there is a previously defined minimum temperature in the reactor prevails, or if the embers have a previously defined minimum temperature has.

Während der Anfahrphase des Reaktors erfolgt dann keine Kondensat­ einspritzung, so daß der Vergasungsreaktor schnell die optimale Betriebstemperatur erreicht. Wird die optimale Betriebstemperatur überschritten, wird solange Kondensat eingespritzt und damit ent­ sorgt, bis die optimale Temperatur wieder eingestellt wird. Dadurch kann der Gesamtprozeß vorteilhaft gesteuert werden.No condensate then occurs during the start-up phase of the reactor injection, so that the gasification reactor quickly the optimal Operating temperature reached. Will the optimal operating temperature exceeded, condensate is injected and thus ent ensures that the optimum temperature is set again. As a result, the overall process can be advantageously controlled.

Das Reaktionsgas wird auf eine Temperatur vorzugsweise unter 70°C, insbesondere auf 30°C abgekühlt. Eine entsprechend ausgewählte Düse verstäubt das Kondensat in feinster Form bei etwa 10 bis 20 bar. Hierzu können durchaus handelsübliche Einspritzdüsen dienen.The reaction gas is brought to a temperature, preferably below 70 ° C., especially cooled to 30 ° C. An appropriately selected one Nozzle atomizes the condensate in the finest form at around 10 to 20 bar. Commercially available injection nozzles can certainly serve this purpose.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch einen zwischen dem Vergasungsreaktor und der Brennkraftmaschine angeord­ neten Kühler gekennzeichnet, der eine Kondensatauffangeinrichtung aufweist, wobei der Kühler vom Reaktionsgas aus dem Vergasungsre­ aktor durchströmt wird und die Kondensatauffangeinrichtung über eine Leitung und eine Düse mit dem Reaktor so verbunden ist, daß Kondensat in zerstäubter Form in den Reaktor einspritzbar ist. A device for performing the method is by a arranged between the gasification reactor and the internal combustion engine Neten cooler characterized by a condensate trap has, wherein the cooler from the reaction gas from the gasification is flowed through the actuator and the condensate trap a line and a nozzle are connected to the reactor so that Condensate in atomized form can be injected into the reactor.  

Anhand einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläu­ tert werden. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with the aid of a drawing be tert. It shows:

Fig. 1 die vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitendarstellung im Teilschnitt, Fig. 1 is a simplified representation of an inventive device in side view, in partial section,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows the top view of the device according to FIG. 1.

Der Vergasungsreaktor 1 ist auf einem Maschinengestell 10 befe­ stigt und wird über einen Vorratssilo 11 und eine Förderschnecke 12 mit festem bzw. fasrigem Brennstoff versorgt. Zur Entstaubung des Reaktionsgases wird dieses in einen im Vorratssilo 11 angeord­ neten Zyklon 13 geleitet und gelangt von dort über die Leitung 6 in den Kühler 3 und von dort in die Brennkraftmaschine 2. Dabei wird das Reaktionsgas über das Saug-/Druckgebläse 7 gefördert.The gasification reactor 1 is Stigt on a machine frame 10 BEFE and is powered by a storage hopper 11 and an auger 12 with solid or fibrous fuel. To remove dust from the reaction gas, it is passed into a cyclone 13 arranged in the storage silo 11 and from there passes via line 6 into the cooler 3 and from there into the internal combustion engine 2 . The reaction gas is conveyed via the suction / pressure blower 7 .

Der Kühler 3 ist mit einer Kondensatsammeleinrichtung 7 versehen, in der das beim Herunterkühlen des Reaktionsgases (Brenngas) ent­ stehende Kondensat aufgefangen wird. Über eine Leitung 4 ist die Kondensatsammeleinrichtung 7 mit dem Reaktor 1 verbunden. Die Lei­ tung 4 setzt sich im Inneren des Reaktors 1 fort und endet in ei­ ner Düse 5, die in unmittelbarer Nähe des der im Vergasungsraum 8 befindlichen Glut endet.The cooler 3 is provided with a condensate collecting device 7 , in which the condensate formed when the reaction gas (fuel gas) cools down is collected. The condensate collection device 7 is connected to the reactor 1 via a line 4 . The Lei device 4 continues inside the reactor 1 and ends in egg ner nozzle 5 , which ends in the immediate vicinity of the embers located in the gasification chamber 8 .

In die Leitung 4 integriert ist eine hier nicht näher dargestellte Hochdruckpumpe, über die das Kondensat der Düse 5 zugeführt werden kann. Die Düse 5 ist so ausgebildet, daß das Kondensat feinstver­ teilt wird, so daß ein Kondensatnebel entsteht und die Wassergas­ reaktionIntegrated in line 4 is a high-pressure pump, not shown here, via which the condensate can be fed to nozzle 5 . The nozzle 5 is designed so that the condensate is divided finely, so that a condensate mist is formed and the water gas reaction

H₂O + C → H₂ + COH₂O + C → H₂ + CO

abläuft. Der im wäßrigen Kondensat enthaltene Kohlenstoff (tee­ rige Bestandteile) und der im Glutbett vorhandene Kohlenstoff rea­ giert folglich mit dem Wasser zu Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und bildet so - über das nach der Generatorgasgleichungexpires. The carbon (tea other components) and the carbon present in the ember bed rea consequently, hydrogen and carbon monoxide and thus forms - according to the generator gas equation

C + O = COC + O = CO

erzeugte Schwachgas hinaus - zusätzliches Schwachgas. Die übrigen im Kondensat enthaltenen Bestandteile werden zusammen mit der Asche über die Förderschnecke 9 in den dafür vorgesehenen Sammel­ behälter 13 geleitet.lean gas generated - additional lean gas. The remaining constituents contained in the condensate are passed together with the ash via the screw conveyor 9 into the collecting container 13 provided for this purpose.

Bei dem Kühler 3 kann es sich um einen handelsüblichen Wärmetau­ scher handeln. Die Temperatur, auf die das Reaktionsgas abgekühlt wird, kann entsprechend dem optimalen Wirkungsgrad der Brennkraft­ maschine 2 eingestellt werden.The cooler 3 can be a commercially available heat exchanger. The temperature to which the reaction gas is cooled can be set in accordance with the optimal efficiency of the internal combustion engine 2 .

Es können hier nicht näher dargestellte Temperaturfühler im Reak­ tor 1 bzw. im Vergasungsraum 8 vorgesehen sein, über die die Reak­ tortemperatur, bzw. die Gluttemperatur ermittelt wird. Über geeig­ nete Steuermaßnahmen kann die Kondensatpumpe dann so angesteuert werden, daß erst dann Kondensat in den Reaktor 1 eingespritzt wird, wenn die Temperatur einen bestimmten eingestellten Bereich überschritten hat.Temperature sensors (not shown in more detail) can be provided in the reactor 1 or in the gasification chamber 8 , via which the reactor temperature or the ember temperature is determined. Appropriate control measures, the condensate pump can then be controlled so that condensate is only injected into the reactor 1 when the temperature has exceeded a certain set range.

BezugszeichenlisteReference list

1 Vergasungsreaktor
2 Brennkraftmaschine
3 Kühler
4 Leitung
5 Düse
6 Leitung
7 Kondensatsammeleinrichtung
8 Vergasungsraum
9 Förderschnecke
10 Maschinengestell
11 Vorratssilo
12 Förderschnecke
13 Sammelbehälter 1 gasification reactor
2 internal combustion engine
3 coolers
4 line
5 nozzle
6 line
7 condensate collection device
8 gasification room
9 screw conveyor
10 machine frame
11 storage silo
12 screw conveyor
13 collecting containers

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben eines Vergasungsreaktors (1) zur Be­ reitstellung eines Brenngases für Brennkraftmaschinen (3), wobei in dem Reaktor (1) festes Brennmaterial thermisch ver­ gast und das Reaktionsgas als Brenngas anschließend der Brennkraftmaschine (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das aus dem Reaktor (1) austretende Reaktionsgas vor der Zuführung zur Brennkraftmaschine (3) abgekühlt wird, daß dabei entstehende Kondensat aufgefangen und über ein Düse (5) in zerstäubter Form in den Reaktor (1) wieder eingespritzt wird.1. A method of operating a gasification reactor (1) for loading woman on top of a fuel gas for internal combustion engines (3), wherein hospitable thermally ver in the reactor (1) of solid fuel and the reaction gas is supplied as fuel gas then the internal combustion engine (3), characterized net gekennzeich that the emerging from the reactor (1) reaction gas is cooled before being fed to the internal combustion engine (3) that were trapped condensate produced and is re-injected via a nozzle (5) in atomized form into the reactor (1). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung unmittelbar in die Glut erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the Injection takes place directly in the embers. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas auf eine Temperatur unter 70°C abgekühlt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the Reaction gas is cooled to a temperature below 70 ° C. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abkühlung auf 30°C erfolgt. 4. The method according to claim 3, characterized in that a Cooling down to 30 ° C takes place.   5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Konden­ sats erst erfolgt, wenn im Reaktor (1) eine zuvor definierte Mindesttemperatur herrscht.5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the condensate is only injected when a predetermined minimum temperature prevails in the reactor ( 1 ). 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gluttemperatur im Reak­ tor (1) gemessen wird und die Einspritzung des Kondensats erst erfolgt, wenn die Glut eine zuvor definierte Mindesttem­ peratur hat.6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the glow temperature in the reactor ( 1 ) is measured and the condensate is not injected until the glow has a previously defined minimum temperature. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Vergasungsreaktor (1) und der Brennkraftmaschine (2) angeord­ neten Kühler (3), mit einer Kondensatsammeleinrichtung (7), wobei der Kühler (3) vom Reaktionsgas aus dem Vergasungsreak­ tor (1) durchströmt wird und die Kondensatsammeleinrichtung (7) über eine Leitung (4) und eine Düse (5) mit dem Reaktor (1) so verbunden ist, daß Kondensat in zerstäubter Form in den Reaktor (1) einspritzbar ist.7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, characterized by a between the gasification reactor ( 1 ) and the internal combustion engine ( 2 ) angeord Neten cooler ( 3 ), with a condensate collection device ( 7 ), the cooler ( 3 ) tor from the reaction gas from the Vergasungsreak (1) is flowed through and the condensate collection device (7) is connected via a line (4) and a nozzle (5) to the reactor (1) so that condensate in atomized form into the reactor (1) is injectable.
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