DE19618213A1 - Fuel gas production from e.g. organic waste matter in two stage process - Google Patents

Fuel gas production from e.g. organic waste matter in two stage process

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Abstract

The new process produces fuel gas from organic materials, especially wood and other biomass. These are pyrolysed, producing low temperature carbonisation gas It contains hydrocarbons, tar and water vapour removed with thermal decomposition. The residue is a char containing inorganic matter. The resultant gas is burned rich, at temperatures of 1200 deg C and above. Resultant hot gas is used to gasify the char, producing dust-laden synthesis gas, which is then cleaned. Novel features include removal of the low temperature carbonisation gas with minimal dust loading. Its subsequent combustion is only partial, under conditions of imposed vorticity. Also claimed is a plant to carry out the process described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus organischen Stoffen, insbesondere Holz und anderen Biomassen, bei dem in einer Pyrolysestufe die organischen Stoffe unter Erzeugung von Schwelgas enthaltend neben gasförmigen Kohlenwasserstoffen flüssige Kohlenwasserstoffe (Teere) und Wasserdampf und von Schwelkoks enthaltend Kohlenstoff und anorganische Bestandteile thermisch zerlegt werden, das Schwelgas in einer Schwelgasverbrennungsstufe bei Temperaturen von 1200°C und höher zumindest teilweise zu einem heißen Verbrennungsgas verbrannt wird und der Schwelkoks mittels des heißen Verbrennungsgases in einer Vergasungsstufe zu einem staubhaltigen Synthesegas vergast wird und das Synthesegas in einer Entstaubungsstufe entstaubt wird.The invention relates to a method for producing fuel gas from organic matter, especially wood and other biomass, in which a pyrolysis stage the organic substances with the production of carbonization gas containing liquid gaseous hydrocarbons Containing hydrocarbons (tars) and water vapor and from smoked coke Carbon and inorganic components are thermally decomposed Smoldering gas in a smoldering gas combustion stage at temperatures of 1200 ° C and higher at least partially to a hot combustion gas is burned and the Schwelkoks by means of the hot combustion gas in a gasification stage is gasified to a dust-containing synthesis gas and the synthesis gas is dedusted in a dedusting stage.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 44 04 673 bekannt.Such a method is known from DE-OS 44 04 673.

Bei der Pyrolyse von organischen Stoffen, insbesondere Holz, kann beispielsweise ein Schwelgas mit folgender ungefährer Zusammensetzung (auf trockene Basis bezogen) erzeugt werden: 20 Vol.-% CO, 11 Vol.-% H₂, 12 Vol.-% CO₂, 54 Vol.-% N₂ und 3 Vol.-% CH₄ sowie Spuren von Ar, H₂S, HCl. In diesem Gas sind allerdings auch vom Feuchtegehalt des eingesetzten Holzes abhängige Wasserdampfgehalte (bei naturfeuchtem Holz ca. 26%) und Teer- und Phenolgehalte von bis zu 15 g/Nm³ vorhanden. Wegen dieses hohen Gehaltes an Teer kann ein solches Synthesegas nicht ohne Gefahr von Schäden im Dauerbetrieb in einem Gasmotor verarbeitet werden. Das bekannte Verfahren schlägt daher vor, das Schwelgas vollständig zu verbrennen und mit Hilfe der bei der Verbrennung entstehenden thermischen Energie den Schwelkoks bei Temperaturen von 800-900°C zu vergasen. Bei der bekannten Verfahrensführung ist aber beabsichtigt, das Schwelgas in einer Schmelzkammer zu verbrennen. Hierbei wird nicht berücksichtigt, daß gerade bei der Pyrolyse von Holz eine alkalireiche Asche entsteht.In the pyrolysis of organic substances, especially wood, can for example a carbonization gas with the following approximate composition (on dry basis): 20 vol .-% CO, 11 vol .-% H₂, 12 vol .-% CO₂, 54 vol .-% N₂ and 3 vol .-% CH₄ and traces of Ar, H₂S, HCl. In this gas, however, the moisture content of the used Wood dependent water vapor content (approx. 26% for naturally moist wood) and Tar and phenol contents of up to 15 g / Nm³ available. Because of this high Such a synthesis gas cannot contain tar without the risk of Damages in continuous operation are processed in a gas engine. The Known methods therefore propose to completely smolder the gas burn and with the help of the thermal generated during combustion Energy to gasify the coke at temperatures of 800-900 ° C. At  the known procedure is intended, however, the carbonization in a Burn melting chamber. It does not take into account that just During the pyrolysis of wood, an alkali-rich ash is created.

Weiterhin wird bei dem bekannten Verfahren der aus dem Synthesegas abgeschiedene Staub, der aus den anorganischen, insbesondere alkalischen Bestandteilen des Kokes besteht, in die Schwelgasverbrennungskammer zurückgeführt.Furthermore, in the known method, the synthesis gas separated dust that comes from inorganic, especially alkaline Constituents of the coke exist in the smoldering gas combustion chamber returned.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem die Probleme, die auf schmelzende Bestandteile zurückzuführen sind, vermindert werden und bei denen die Verbrennung des Schwelgases verbessert wird.It is the object of the present invention, a method of Specify generic type in which the problems caused by melting Components are attributable to be reduced and in which the Combustion of the carbonization gas is improved.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Schwelgas mit möglichst geringer Staubbeladung aus der Pyrolysestufe abgezogen wird und in der Schwelgasverbrennungsstufe nur teilweise verbrannt wird und daß dem Schwelgas in der Schwelgasteilverbrennungsstufe zumindest mittels Luft ein Drall aufgeprägt wird und die Verbrennung bei höchstens 1500°C erfolgt.This object is achieved in that the carbonization gas with as little as possible Dust load is withdrawn from the pyrolysis stage and in the Smoldering gas combustion stage is only partially burned and that Smoldering gas in the smoldering gas partial combustion stage at least by means of air Swirl is impressed and the combustion takes place at a maximum of 1500 ° C.

So wird zunächst zum einen dafür Sorge getragen, daß aus der Pyrolysestufe möglichst wenig Staub mit dem Schwelgas ausgetragen wird. Als Pyrolysestufe eignet sich zum Beispiel der Wamsler-Thermoprozessor®, der durch folgende Schutzrechte bzw. Schutzrechtsanmeldungen umrissen ist:
DE 42 30 311 C1, DE 43 16 869 C1, DE-A5 26 04 409, DE 27 35 139, DE 39 24 626, DE 39 00 977 und DE 39 06 790. Bei einem solchen Festbettvergaser mit Gleichstromführung von zu vergasenden Stoffen und Vergasungsmittel ist der Staubanteil in Schwelgas relativ gering. Bei einer Wirbelschichtvergasung müßte die Pyrolysestufe mit einem zusätzlichen Abscheider versehen werden.First of all, care is taken to ensure that as little dust as possible is discharged with the carbonization gas from the pyrolysis stage. A suitable pyrolysis level is, for example, the Wamsler Thermoprocessor®, which is outlined by the following property rights or property right applications:
DE 42 30 311 C1, DE 43 16 869 C1, DE-A5 26 04 409, DE 27 35 139, DE 39 24 626, DE 39 00 977 and DE 39 06 790. In such a fixed bed gasifier with direct current flow of substances to be gasified and The gas content of the gasification agent is relatively low in carbonization gas. In the case of fluidized bed gasification, the pyrolysis stage would have to be provided with an additional separator.

Weiterhin wird durch die Ausbildung der Schwelgasteilverbrennungsstufe als Verbrennungsstufe mit einer Drallströmung eine sichere Umsetzung im gewünschten Umfang bezüglich der Teere erreicht.Furthermore, through the formation of the partial carbonization stage as Combustion stage with a swirl flow a safe implementation in the desired extent with respect to the tars reached.

Vorzugsweise wird der Schwelgasteilverbrennungsstufe zusätzlich Wasserdampf zugeführt, sofern in der Schwelgasteilverbrennungsstufe reduzierende Bedingungen vorherrschen, wenn der bei der Pyrolyse freigesetzte Wasserdampf nicht ausreicht. Durch den Wasserdampf wird die Wassergasreaktion angeregt, die erheblich zur Teercrackung beiträgt. Gleichzeitig wird aber die Temperaturerhöhung in der Kammer nicht zu intensiv, d. h. die Temperatur wird auf einer Temperatur 1500°C gehalten, um das Material zu schonen.Preferably, the partial smoldering combustion stage is additional Water vapor supplied, if in the partial smoldering combustion stage reducing conditions prevail when the pyrolysis  released water vapor is not sufficient. Through the water vapor Water gas reaction stimulated, which contributes significantly to tar cracking. At the same time, however, the temperature increase in the chamber does not increase intense, d. H. the temperature is kept at a temperature of 1500 ° C. to protect the material.

Da in der Vergasungsstufe nicht nur der C-Gehalt des Schwelkokses unter Bildung von CO über die Boudouard-Reaktion reduziert wird, sondern gleichzeitig dort auch die Wassergas-Reaktion abläuft, kann es sinnvoll sein, auch der Vergasungsstufe zusätzlich Wasserdampf zuzuführen. Die Temperatur in der Vergasungsstufe wird vorzugsweise im Bereich 750-900°C, weiter bevorzugt 800-850°C gehalten, denn einerseits geht die Geschwindigkeit der Vergasungsreaktionen gegen Null, wenn das Verbrennungsgas der Schwelgasteilverbrennungsstufe und der Koks eine Temperatur von 750°C unterschreiten, andererseits beginnen bei Temperaturen über 850°C die alkalischen anorganischen Bestandteile des Schwelkokses zu sintern.Because in the gasification stage not only the C content of the smoked coke is below Formation of CO is reduced via the Boudouard reaction, but at the same time the water gas reaction takes place there, it can make sense also add water vapor to the gasification stage. The Temperature in the gasification stage is preferably in the range 750-900 ° C, more preferably 800-850 ° C, because on the one hand it works Speed of gasification reactions towards zero if that Partial combustion stage and coke one combustion gas Temperature below 750 ° C, on the other hand start at Temperatures above 850 ° C the alkaline inorganic components of the Sintering smoked coke.

In Abweichung von der bekannten Verfahrensführung wird aus eben diesem Grunde auch der in der Entstaubungsstufe abgeschiedene Staub nicht der Schwelgasverbrennungskammer, sondern in bevorzugter Weise der Pyrolysestufe zugeführt. Beim teilweisen Verbrennen des Schwelgases in der Schwelgasteilverbrennungsstufe unter Aufprägung eines Dralls ist es sinnvoll und wird bevorzugt, daß das Verbrennungsgas der Schwelgasteilver­ brennungsstufe unter Aufrechterhaltung des aufgeprägten Dralls in die Vergasungsstufe überführt wird und der Schwelkoks in die Drallströmung der Vergasungsstufe eingeführt wird. Der Drehimpuls der Verbrennungsgase aus der Schwelgasteilverbrennungsstufe bleibt beim Durchtritt in die Vergasungsstufe hinein weitestgehend erhalten, so daß sich auch in der oberen Stufe eine Drallströmung ähnlich der einer Zyklonbrennkammer ausbildet.In deviation from the known procedure, this becomes Basically, the dust separated in the dedusting stage is not that Smoldering gas combustion chamber, but preferably the Pyrolysis stage supplied. When the smoldering gas is partially burned in the Partial combustion stage with an imprint of a swirl makes sense and it is preferred that the combustion gas of the Schwelgaseilver combustion stage while maintaining the imprinted swirl in the Gasification stage is transferred and the Schwelkoks in the swirl flow of the Gasification stage is introduced. The angular momentum of the combustion gases the partial carbonization stage remains when entering the Gasification level largely preserved, so that also in the upper stage a swirl flow similar to that of a cyclone combustion chamber trains.

Der Schwelkoks wird nach Austritt aus der Pyrolysestufe auf eine Korngröße gemahlen, die für eine Vergasung in einer Zyklonreaktionskammer geeignet ist, d. h. nach Eintrag in die Vergasungsstufe von der Drallströmung mitgenommen werden kann. Die Schwelkokskörner werden von der rotierenden Strömung erfaßt und infolge ihrer im Vergleich zum Gas wesentlich höheren Dichte zentrifugal nach außen getragen. Die Schwelkokspartikel bewegen sich so lange auf spiralförmigen Bahnen, bis sie infolge der Abzehrung des Kohlenstoffes, hervorgerufen durch die Vergasungsreaktionen, so klein bzw. leicht geworden sind, daß sie der aus der Verbrennungsstufe austretenden Strömung folgen können. Sie verlassen dann in Form von sehr kleinen Ascheteilchen die Vergasungsstufe an ihrem oberen Ende. Bei einer solchen Ausgestaltung der Vergasungsstufe kann die optimale Verweilzeit durch die Beeinflussung der Drallzahl und damit das Verhältnis Zentrifugalkraft/Schleppkraft der Strömung für die einzelnen Teilchen eingestellt werden.After leaving the pyrolysis stage, the smoked coke is reduced to a grain size ground, which is suitable for gasification in a cyclone reaction chamber, d. H. taken from the swirl flow after entry in the gasification stage can be. The smoked coke grains are from the rotating flow recorded and due to their density, which is significantly higher than that of gas Centrifugally carried outwards. The smoldering coke particles move in this way  long on spiral tracks until it is due to the consumption of the Carbon, caused by the gasification reactions, so small or have become easy that they emerge from the combustion stage Can follow the current. They then leave in the form of very small ones Ash particles the gasification level at their top end. With one The design of the gasification stage can determine the optimal dwell time Influencing the swirl number and thus the ratio Centrifugal force / drag force of the flow for the individual particles can be set.

Neben der Überleitung der Drallströmung aus der Schwelgasteilverbrennungs­ stufe in die Vergasungsstufe unter Aufrechterhaltung des Dralls ist es auch denkbar, nur die Schwelgasteilverbrennungsstufe mit einer Drallströmung zu betreiben und das Verbrennungsgas der Schwelgasteilverbrennungsstufe als Wirbelmedium in ein in der Vergasungsstufe aus Schwelkoks aufgebautes Wirbelbett überzuleiten. Da das aus der Vergasungsstufe abgezogene Synthesegas noch einen hohen Wärmeinhalt hat, ist es zweckmäßig, daß durch Wärmetausch mit dem heißen Synthesegas Luft erwärmt wird, die der Schwelgasteilverbrennungsstufe, der Pyrolysestufe und/oder der Vergasungsstufe zugeführt wird.In addition to the transfer of the swirl flow from the partial gas combustion It is also in the gasification stage while maintaining the swirl conceivable, only the partial carbonization stage with a swirl flow operate and the combustion gas of the partial smoldering stage as Eddy medium in a gasifier built up in the gasification stage Transfer fluidized bed. Since that is subtracted from the gasification stage Syngas has a high heat content, it is appropriate that is heated by heat exchange with the hot synthesis gas air, which the Partial combustion stage, the pyrolysis stage and / or the Gasification stage is supplied.

Der Anspruch 8 und die von ihm abhängigen Unteransprüche 9-14 richten sich auf eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The claim 8 and the dependent claims 9-14 judge on a plant for performing the method according to the invention.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren in einigen Beispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will now be described in some examples with reference to the attached figures are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockfließschema einer Holzvergasungsanlage mit den Stufen Pyrolyse, Schwelgasteilverbrennung und Schwelkoksvergasung, Fig. 1 is a block flow diagram of a wood gasification plant comprising the steps of pyrolysis, and Schwelgasteilverbrennung Schwelkoksvergasung,

Fig. 2 eine Ausführungsform der Baugruppe Schwelgasverbrennungskammer mit aufgesetztem Vergasungsreaktor mit freier Querschnittsverengung zwischen den beiden Kammern, FIG. 2 shows an embodiment of the carbonization gas combustion chamber assembly with a gasification reactor with a free cross-sectional constriction between the two chambers, FIG.

Fig. 3 eine Baugruppe vergleichbar Fig. 2 mit Lochblech zwischen den beiden Kammern und Fig. 3 shows an assembly comparable to Fig. 2 with perforated plate between the two chambers and

Fig. 4 eine Baugruppe, bei der die Schwelgasverbrennungskammer wie bei den Fig. 2 und 3 als Drall- oder Zyklonbrennkammer ausgebildet ist, während die Vergasungsstufe als Wirbelbettkammer ausgebildet ist. Fig. 4 is an assembly in which the carbonization gas combustion chamber is designed as in FIGS . 2 and 3 as a swirl or cyclone combustion chamber, while the gasification stage is designed as a fluidized bed chamber.

Gemäß dem Blockfließschema nach Fig. 1 wird in einer Pyrolysestufe 1 mit Feststoff aufbereitetes Holz 2 mit auf ca. 700°C vorgewärmter Frischluft 3 pyrolysiert. Aus der Pyrolysestufe wird Schwelgas 4 mit möglichst geringer Staubbeladung abgezogen und einer Schwelgasteilverbrennungsstufe 5 zugeführt. In der Schwelgasteilverbrennungsstufe erfolgt unter Zufuhr von vorgewärmter Luft 6 eine Teilverbrennung unter unterstöchiometrischen Bedingungen im Temperaturbereich von vorzugsweise 1200-1500°C. Bei diesen Temperaturen wandeln sich alle im Schwelgas vorhandenen Teere in niedermolekulare Vergasungsbestandteile wie CH₄, CO und H₂ um. Bei der beispielhaften Verfahrensführung weist das die Pyrolysestufe verlassende Schwelgas 4 noch eine Temperatur von 700°C auf, so daß die Temperaturerhöhung auf 1200-1500°C technisch realisierbar ist.According to the block flow diagram according to FIG. 1, in a pyrolysis stage 1 wood 2 prepared with solid is pyrolyzed with fresh air 3 preheated to approx. 700 ° C. Carbonization gas 4 is drawn off from the pyrolysis stage with the lowest possible dust load and fed to a partial carbonization combustion stage 5 . In the partial smoldering combustion stage, with the supply of preheated air 6, partial combustion takes place under substoichiometric conditions in the temperature range of preferably 1200-1500 ° C. At these temperatures, all the tars present in the carbonization gas are converted into low-molecular gasification components such as CH₄, CO and H₂. In the exemplary procedure, the carbonization gas 4 leaving the pyrolysis stage still has a temperature of 700 ° C., so that the temperature increase to 1200-1500 ° C. can be achieved technically.

Die aus der Pyrolysestufe als Schwelkoks abgezogene Holzkohle 7 wird in einer nachgeschalteten Mahleinrichtung 8 soweit zerkleinert, daß er von einer in einer der Mahleinrichtung nachgeschalteten Vergasungsstufe 9 aufgebauten Drallströmung mitgenommen werden kann (vgl. Fig. 2).The charcoal 7 drawn off from the pyrolysis stage as smoked coke is comminuted in a downstream grinding device 8 to such an extent that it can be carried along by a swirl flow built up in a gasification stage 9 connected downstream of the grinding device (cf. FIG. 2).

Der Vergasungsstufe 9 wird Dampf 10 zugeführt. Die gestrichelte Linie, die von der Dampfleitung abzweigt und zur Schwelgasteilverbrennungsstufe 5 führt, zeigt an, daß in bevorzugter Weise auch der Schwelgasteilverbrennungsstufe Dampf 11 zugeführt wird. Das unterstöchiometrische Verbrennungsgas 12 aus der Teilverbrennung unter unterstöchiometrischen Bedingungen tritt mit einer Temperatur von 1200-1500°C in die Vergasungsstufe ein. In der Vergasungsstufe 9 werden mit Hilfe der Cfix-Anteile des Schwelkokses das herangeführte Kohlendioxid zumindest teilweise zu Kohlenmonoxid und der im Schwelgas vorhandene und der zugeführte Dampf 10 zumindest teilweise zu Wasserstoff wärmeverbrauchend reduziert. Das Synthesegas 13 wird über einen Wärmetauscher 14 einer Gasreinigungseinrichtung 15 zugeführt, die zumindest einen Staubabscheider 16 aufweist. Der in dem Staubabscheider 16 abgeschiedene Feinstaub 17 wird der Pyrolysestufe 1 zugeführt. Es kann auch sinnvoll sein, die Staubabscheidung vor dem Wärmetauscher durchzuführen. The gasification stage 9 is supplied with steam 10 . The dashed line, which branches off from the steam line and leads to the partial sulfur combustion stage 5 , indicates that steam 11 is preferably also supplied to the partial sulfur combustion stage. The substoichiometric combustion gas 12 from the partial combustion under substoichiometric conditions enters the gasification stage at a temperature of 1200-1500 ° C. In the gasification stage 9 , the carbon dioxide introduced is at least partially reduced to carbon monoxide and the vapor 10 present in the carbonization gas and the steam 10 supplied is at least partially reduced to hydrogen using the C fix components of the carbonized coke. The synthesis gas 13 is fed via a heat exchanger 14 to a gas cleaning device 15 which has at least one dust separator 16 . The fine dust 17 separated in the dust separator 16 is fed to the pyrolysis stage 1 . It can also make sense to carry out the dust separation in front of the heat exchanger.

Der Wärmetauscher 14 ist ein Gas-Gaswärmetauscher, in dem Frischluft 18 einem Wärmetausch mit dem Synthesegas 13 unterzogen wird. Die erwärmte Frischluft wird als Frischluft 3 der Pyrolysestufe und als Frischluft 6 der Schwelgasteilverbrennungsstufe zugeführt und kann auch anteilig als vorgewärmte Luft 15 der Vergasungsstufe 9 zugeführt werden, wie dies in der Fig. 1 punktiert dargestellt worden ist.The heat exchanger 14 is a gas-gas heat exchanger in which fresh air 18 is subjected to a heat exchange with the synthesis gas 13 . The heated fresh air is supplied as fresh air 3 to the pyrolysis stage and as fresh air 6 to the partial sulfur combustion stage and can also be supplied proportionately as preheated air 15 to the gasification stage 9 , as has been shown in dotted lines in FIG. 1.

Das behandelte Synthesegas wird in einem nachgeschalteten Gasmotor 19, der einen Generator 20 antreibt, genutzt. Die Abgase des Gasmotors werden über einen Wärmetauscher 22 und einen Abgaskatalysator 23 geführt und dann in die Atmosphäre entlassen.The treated synthesis gas is used in a downstream gas engine 19 , which drives a generator 20 . The exhaust gases of the gas engine are passed through a heat exchanger 22 and an exhaust gas catalytic converter 23 and then released into the atmosphere.

In der Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer aus der Schwelgasteilverbrennungsstufe 5 und der Vergasungsstufe 9 bestehenden Crackstufe dargestellt. Sie besteht aus der Schwelgasteilverbrennungskammer 24 und aus der oberhalb der Schwelgasteilverbrennungskammer angeordneten Vergasungskammer 25. Das Schwelgas 4 wird durch einen am unteren Ende der Vergasungskammer angeordneten Gaszufuhrkanal 26 zugeführt und tritt über einen zylindrischen Drall auf Bauabschnitt 27 in einen sich konisch erweiternden Hauptabschnitt 28 ein. Der Hauptabschnitt der Kammer ist durch einen vorzugsweise ebenfalls konisch gestalteten Dachabschnitt 29 mit mittiger Abzugsöffnung 30 verschlossen. Der Hauptabschnitt 28 ist von einem Doppelmantel 31 mit Abstand umgeben. FIG. 2 shows a first embodiment of the embodiment according to the invention of a cracking stage consisting of the partial smoldering combustion stage 5 and the gasification stage 9 . It consists of the partial carbonization combustion chamber 24 and the gasification chamber 25 arranged above the partial carbonization combustion chamber. The carbonization gas 4 is supplied through a gas supply channel 26 arranged at the lower end of the gasification chamber and enters a conically widening main section 28 via a cylindrical swirl on construction section 27 . The main section of the chamber is closed by a preferably also conical roof section 29 with a central exhaust opening 30 . The main section 28 is surrounded by a double jacket 31 at a distance.

Zur Erzeugung des Dralls in der Schwelgasteilverbrennungskammer 24 ist mindestens eine tangential angeordnete Einlaßöffnung 32 vorgesehen, über die die Luft 6 und der Dampf 11 zugeführt werden. Über einen Anschlußzylinder 33 schließt sich die Vergasungskammer 25 an. Diese besteht aus einem konischen Bodenabschnitt 34 und zylindrischem Hauptabschnitt 35 sowie einem Dachabschnitt 36 mit mittiger Abzugsöffnung 37. Dem Hauptabschnitt 35 wird über mindestens eine tangential angeordnete Einlaßöffnung 38 der Dampf 10 und vorgewärmte Verbrennungsluft 15 zugeführt. Der Koks 7 wird der Vergasungskammer über ein seitliches Zuführorgan 39 zugeführt.To generate the swirl in the partial smoldering combustion chamber 24 , at least one tangentially arranged inlet opening 32 is provided, through which the air 6 and the steam 11 are supplied. The gasification chamber 25 connects via a connecting cylinder 33 . This consists of a conical base section 34 and a cylindrical main section 35 and a roof section 36 with a central discharge opening 37 . The main section 35 is supplied with the steam 10 and preheated combustion air 15 via at least one tangentially arranged inlet opening 38 . The coke 7 is fed to the gasification chamber via a lateral feed member 39 .

Es wird darauf hingewiesen, daß die Zufuhr von Luft und Dampf nicht über gemeinsame Einlaßöffnungen 32 und 38 erfolgen muß; sie können auch getrennt zugeführt werden. Gleichzeitig ist es von Vorteil, wenn die Zufuhr über gleichmäßig um den Umfang verteilte mehrere Einlaßöffnungen 32 und 38 erfolgt.It should be noted that the supply of air and steam does not have to be via common inlet openings 32 and 38 ; they can also be fed separately. At the same time, it is advantageous if the supply takes place via a plurality of inlet openings 32 and 38 distributed uniformly around the circumference.

Wie in der Fig. 2 dargestellt, baut sich in der Verbrennungskammer 24 eine Drallströmung D₂₄ auf. Durch die Verengung der Öffnung 30 und den Anschlußzylinder 33 bleibt bei Durchtritt des Verbrennungsgases 12 durch den Anschlußzylinder der Drehimpuls weitestgehend erhalten, so daß sich auch in der oberen Kammer eine Drallströmung D₂₅ ausbilden kann, deren Drehimpuls durch die tangentiale Zufuhr des Dampfes 10 bzw. der Luft 15 unterstützt wird. Die Schwelkokspartikel bewegen sich in der Vergasungskammer 25 so lange auf spiralförmigen Bahnen, bis infolge der Abzehrung des Kohlenstoffanteils durch die Vergasungsreaktionen sie der durch die Öffnung 38 abströmenden Hauptströmung folgen können. Infolge des Staudrucks des durch die enge Öffnung 30 aufwärts strömenden heißen Verbrennungsgases können sowohl Holzkohleteilchen als auch die sich bildenden Aschepartikel nicht nach unten in die Verbrennungskammer 24 fallen. Hier könnten sie infolge ihres Alkaligehaltes zu Problemen durch erhöhten Schmelzfluß und damit Wandabzehrungen oder Anbackungen führen. Am Ausgang der Vergasungskammer wird die Temperatur auf 750-900°C gehalten, vorzugsweise bei 800-850°C und wiederum bevorzugt bei 800°C. Infolge der langen Verweilzeit der einzelnen Koksteilchen 7 im Zentrifugalfeld ist es möglich, bei einer relativ niedrigen Vergasungstemperatur von 800°C einen hohen Umsatzgrad zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu erreichen. Durch die chemischen Reaktionen wird die hohe Eingangs­ temperatur relativ schnell abgebaut.As shown in Fig. 2, a swirl flow D₂₄ builds up in the combustion chamber 24 . Due to the narrowing of the opening 30 and the connecting cylinder 33 , the angular momentum is largely preserved when the combustion gas 12 passes through the connecting cylinder, so that a swirl flow D₂₅ can also form in the upper chamber, the angular momentum due to the tangential supply of the steam 10 or Air 15 is supported. The smoldering coke particles move in the gasification chamber 25 until they can follow the main flow flowing through the opening 38 as a result of the consumption of carbon by the gasification reactions. As a result of the dynamic pressure of the hot combustion gas flowing up through the narrow opening 30 , both charcoal particles and the ash particles which form cannot fall down into the combustion chamber 24 . Here, due to their alkali content, they could lead to problems due to increased melt flow and thus wall wasting or caking. At the exit of the gasification chamber, the temperature is kept at 750-900 ° C, preferably at 800-850 ° C and again preferably at 800 ° C. Due to the long residence time of the individual coke particles 7 in the centrifugal field, it is possible to achieve a high degree of conversion for the formation of carbon monoxide and hydrogen at a relatively low gasification temperature of 800 ° C. The high inlet temperature is reduced relatively quickly by the chemical reactions.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dadurch, daß der Durchmesser der mittigen Abzugsöffnung 30′ gegenüber der Öffnung 30 größer gewählt worden ist und in dem Zylinder 33′ ein Lochblech 40 angeordnet ist.The embodiment according to FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 2 in that the diameter of the central discharge opening 30 'has been chosen larger than the opening 30 and a perforated plate 40 is arranged in the cylinder 33 '.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird auf die Erhaltung des Drehimpulses beim Übergang aus der Verbrennungskammer 24 in die Vergasungskammer 25 verzichtet. Vielmehr wird in der Vergasungskammer ein stationäres Wirbelbett 41 oberhalb eines im Verbindungszylinder 33′′ angeordneten Wirbelbodens 42 aufgebaut. In the embodiment according to FIG. 4, the maintenance of the angular momentum during the transition from the combustion chamber 24 into the gasification chamber 25 is dispensed with. Rather, a stationary fluidized bed 41 is built up in the gasification chamber 41 above a vortex bottom 42 arranged in the connecting cylinder 33 ''.

Da das Schwelgas nicht völlig frei von einer Staubbeladung gehalten werden kann, kann sich vielleicht noch ein sehr kleiner Anteil an Flugstaubpartikeln an den Wandungen der Verbrennungskammer 24 abscheiden, so daß gegebenenfalls am unteren Ende der Kammer ein Schmelzeabzug vorzusehen ist.Since the carbonization gas cannot be kept completely free of a dust load, a very small proportion of airborne dust particles may still separate out on the walls of the combustion chamber 24 , so that a melt outlet may have to be provided at the lower end of the chamber.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus organischen Stoffen, insbesondere Holz und anderen Biomassen, bei dem in einer Pyrolysestufe die organischen Stoffe unter Erzeugung von Schwelgas enthaltend neben gasförmigen Kohlenwasserstoffen flüssige Kohlenwasserstoffe (Teere) und Wasserdampf und von Schwelkoks enthaltend Kohlenstoff und anorganische Bestandteile thermisch zerlegt werden, das Schwelgas in einer Schwelgasverbrennungstufe bei Temperaturen von 1200°C und höher zumindest teilweise zu einem heißen Verbrennungsgas verbrannt wird und der Schwelkoks mittels des heißen Verbrennungsgases in einer Vergasungsstufe zu einem staubhaltigen Synthesegas vergast wird und das Synthesegas in einer Entstaubungsstufe entstaubt wird dadurch gekennzeichnet, daß das Schwelgas mit möglichst geringer Staubbeladung aus der Pyrolysestufe abgezogen und in der Schwelgasverbrennungsstufe nur teilweise verbrannt wird und daß dem Schwelgas in der Schwelgasverbrennungstufe zumindest mittels Luft ein Drall aufgeprägt wird.1. A process for the production of fuel gas from organic substances, in particular wood and other biomasses, in which the organic substances are thermally decomposed in a pyrolysis stage to produce carbonization gas containing, in addition to gaseous hydrocarbons, liquid hydrocarbons (tars) and water vapor and carbonization carbon and carbon and inorganic constituents the smoldering gas is at least partially burned to a hot combustion gas in a smoldering gas combustion stage at temperatures of 1200 ° C. and higher and the smoldering coke is gasified to a dust-containing synthesis gas in a gasification stage in a gasification stage and the synthesis gas is dedusted in a dedusting stage , that the carbonization gas is withdrawn from the pyrolysis stage with as little dust load as possible and is only partially burned in the carbonization gas combustion stage and that the carbonization gas in the carbonization stage burns at least by means of air e is imprinted in twist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelgasteilver­ brennungsstufe zusätzlich Wasserdampf zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Schwelgaseilver combustion stage additional steam is supplied. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsstufe zusätzlich Dampf zugeführt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gasification stage additional steam is supplied.   4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Entstaubungsstufe abgeschiedene Staub der Pyrolysestufe zugeführt wird.4. The method according to at least one of claims 1-3, characterized in that in the dedusting stage separated dust is fed to the pyrolysis stage. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas der Schwelgasteilverbrennungsstufe unter Aufrechterhaltung des aufgeprägten Dralls in die Vergasungsstufe überführt wird und der Schwelkoks in die Drallströmung in der Vergasungsstufe eingeführt wird.5. The method according to at least one of claims 1-4, characterized in that the combustion gas of the Partial carbonization combustion stage while maintaining the imprinted swirl is transferred to the gasification stage and the Smoke coke is introduced into the swirl flow in the gasification stage. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas der Schwelgasteilverbrennungsstufe als Wirbelmedium in ein in der Vergasungsstufe aus Schwelkoks aufgebautes Wirbelbett übergeleitet wird.6. The method according to at least one of claims 1-4, characterized in that the combustion gas of the Schwelgas partial combustion stage as a fluidizing medium in a Gasification stage transferred from a fluidized bed made of smoked coke becomes. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß durch Wärmetausch mit dem heißen Synthesegas Luft erwärmt wird, die der Schwelgasteilver­ brennungsstufe, der Pyrolysestufe und/oder der Vergasungsstufe zugeführt wird.7. The method according to at least one of claims 1-6 characterized in that by heat exchange with the hot synthesis gas air is heated, which the Schwelgaseilver combustion stage, the pyrolysis stage and / or the gasification stage is fed. 8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, mit einem Pyrolysereaktor, einer dem Pyrolysereaktor gasseitig nachgeschalteten Schwelgasverbrennungskammer, einer dem Pyrolysereaktor schwelkoksseitig nachgeschalteten und oberhalb der Schwelgasverbrennungskammer angeordneten Vergasungskammer und einem der Vergasungskammer nachgeschalteten Staubabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (24) an ihrem unteren Ende einen Schwelgaseintritt (24) und mindestens einen tangential ausgerichteten Lufteintritt (32) zum Aufbau einer Drallströmung in der Verbrennungskammer (24) aufweist und die Verbrennungskammer im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.8. Plant for carrying out the method according to at least one of claims 1-7, with a pyrolysis reactor, a carbonization gas chamber connected downstream of the pyrolysis reactor on the gas side, a gasification chamber downstream of the pyrolysis reactor on the carbonization side and arranged above the carbonization gas combustion chamber, and a dust separator downstream of the gasification chamber, characterized in that Combustion chamber ( 24 ) has at its lower end a carbonization gas inlet ( 24 ) and at least one tangentially oriented air inlet ( 32 ) to build up a swirl flow in the combustion chamber ( 24 ) and the combustion chamber is essentially rotationally symmetrical. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lufteintritt (32) in die Verbrennungskammer (24) ein von der Luft (6) durchströmter Doppelmantel (31) vorgeschaltet ist.9. Plant according to claim 8, characterized in that the air inlet ( 32 ) into the combustion chamber ( 24 ) is preceded by a double jacket ( 31 ) through which the air ( 6 ) flows. 10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (24) an ihrem oberen Ende eine Querschnittsverengung (30, 33) aufweist derart, daß beim Durchtritt des Verbrennungsgases in die Vergasungskammer (25) dessen Drehimpuls weitestgehend erhalten bleibt.10. Plant according to claim 8 or 9, characterized in that the combustion chamber ( 24 ) at its upper end has a cross-sectional constriction ( 30 , 33 ) such that when the combustion gas passes into the gasification chamber ( 25 ) its angular momentum is largely preserved. 11. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Querschnittsverengung ein Lochblech (40) angeordnet ist.11. Plant according to at least one of claims 8-10, characterized in that a perforated plate ( 40 ) is arranged in the cross-sectional constriction. 12. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vergasungskammer (25) auf einem Wirbelboden (42) ein Wirbelbett aufgebaut ist.12. Plant according to claim 8 or 9, characterized in that in the gasification chamber ( 25 ) on a fluidized bed ( 42 ) a fluidized bed is constructed. 13. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungskammer (25) ein Entstauber (16) nachgeschaltet ist, der staubseitig (17) mit dem Pyrolysereaktor (1) verbunden ist.13. Plant according to at least one of claims 8-12, characterized in that the gasification chamber ( 25 ) is followed by a deduster ( 16 ) which is connected on the dust side ( 17 ) to the pyrolysis reactor ( 1 ). 14. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entstauber (16) ein Wärmetauscher (14) vor- oder nachgeschaltet ist, in dem ein Wärmetausch zwischen dem die Vergasungskammer (25) verlassenden Gas und der dem Pyrolysereaktor (1), der Verbrennungskammer (24) und/oder der Vergasungskammer (25) zuzuführende Luft erfolgt.14. Plant according to at least one of claims 8-13, characterized in that the deduster ( 16 ) is preceded or followed by a heat exchanger ( 14 ) in which a heat exchange between the gas leaving the gasification chamber ( 25 ) and the pyrolysis reactor ( 1 ), the combustion chamber ( 24 ) and / or the gasification chamber ( 25 ) air to be supplied.
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