DE19846805A1 - Process for gasifying or degasifying dry or moist finely ground or bulky biomass and waste comprises passing pyrolysis gas and coke to a gasifier after passing through a crusher joined to the lower end of the degasifier - Google Patents
Process for gasifying or degasifying dry or moist finely ground or bulky biomass and waste comprises passing pyrolysis gas and coke to a gasifier after passing through a crusher joined to the lower end of the degasifierInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von biologischen Rohstoffen.The invention relates to a method and a Device for the gasification of biological raw materials.
Der technische Stand für Vergaser, in denen Brennstoffe weitestgehend unabhängig von der Stückgröße eingesetzt werden, wird in den Patenten Nr. DE 41 30 416 C1 und EP 443596 A1 beschrieben. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für kleinere, dezentrale Anlagen aufgrund des hohen apparativen Aufwandes nicht geeignet ist. Die zusätzlich erforderliche Sauerstofferzeugungsanlage und die aufwendige Filtertechnik verursachen hohe Investitionskosten und zusätzlichen Energieverbrauch, so daß in kleinen Anlagen die Wirtschaftlichkeit nicht gegeben ist.The state of the art for carburetors in which fuels largely used regardless of the piece size are in the patent numbers DE 41 30 416 C1 and EP 443596 A1 described. This method has the disadvantage that it for smaller, decentralized plants due to the high apparatus expenditure is not suitable. The additional required oxygen production system and the complex Filter technology cause high investment costs and additional energy consumption, so that in small systems Profitability is not given.
In den Patenten DE 44 14 579 und in der Patentanmeldung 19720331 werden Verfahren beschrieben, die in kleinen, dezentralen Anlagen einsetzbar sind.In the patents DE 44 14 579 and in the patent application 19720331 procedures are described that are in small, decentralized systems can be used.
In Flugstromvergasern und Wirbelschichtvergasern kann nur kleinstückiges Brenngut eingesetzt werden. Diese Verfahren können aufgrund ihrer komplizierten Technik im kleinen Leistungsbereich nicht wirtschaftlich arbeiten. Um ein möglichst homogenes Glutbett zu erhalten, wird auch in Festbettvergasern kleinstückiger Brennstoff verwendet. Dies ist nachteilig, wenn für die Zerkleinerung des Brennstoffes viel Energie verbraucht werden muß. Örtliche Unterschiede in der Verweilzeit der Schwelgase im Glutbett und örtliche Temperaturunterschiede führen zu einem erhöhten Schad stoffausstoß. In Anlagen kleiner Leistung enthält deshalb das erzeugte Gas Teer und kann ungereinigt nicht einem Gasmotor zugeführt werden. In bekannten Vergasungsanlagen wird versucht, durch den Einsatz von Rührern eine Homo genisierung des Brennstoffgemisches zu erreichen. Mittels Förderschnecken wird der Brennstoff transportiert. Dadurch wird die Technik kompliziert und die Wirtschaftlichkeit ist im kleinen Leistungsbereich nicht mehr gegeben. In den meisten Vergasungsverfahren werden Stützbrenner eingesetzt. Diese Brenner haben den Nachteil, daß sie die Druckverhält nisse im Vergaser verändern, wenn sie ein- und ausgeschaltet werden. Damit wird die Steuerung der Luftzufuhr erschwert und es kann zu Schadstoffausstößen kommen. Werden solche Brenner ununterbrochen im Vergasungsprozeß eingesetzt, so wird Gas oder Öl zusätzlich benötigt, was sich auf die Wirtschaftlichkeit auswirken kann.In entrained flow gasifiers and fluidized bed gasifiers only small pieces of firing material can be used. This procedure can because of their complicated technology in small Performance range does not work economically. To a To get as homogeneous as possible ember bed is also in Fixed bed gasifiers used small-sized fuel. This is disadvantageous if for the crushing of the fuel a lot of energy needs to be consumed. Local differences in the dwell time of the smoldering gases in the ember bed and local Differences in temperature lead to increased damage fabric emission. In plants with low power therefore contains the gas produced tar and unpurified cannot one Gas engine are supplied. In known gasification plants is trying to get a homo by using stirrers to achieve genization of the fuel mixture. Means The fuel is transported by screw conveyors. Thereby the technology becomes complicated and the economy is no longer available in the small power range. In the Support gas burners are used in most gasification processes. These burners have the disadvantage that they have the pressure ratio The carburetor changes when switched on and off become. This makes it difficult to control the air supply and it can lead to pollutant emissions. Become such Burner used continuously in the gasification process, so is gas or oil required, which affects the Profitability can impact.
Ziel der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Vergasungsverfahren kleiner Anlagen zu beheben. Gelöst werden soll dies erfindungsgemäß dadurch, daß die einzelnen Vergasungsschritte - Entgasung, Ver brennung, Vergasung (Reduktion) - in getrennten Räumen stattfinden und somit einzeln optimiert werden können. Der Einsatz von Rührern und Förderschnecken wird vermieden, indem diese Räume übereinander angeordnet sind, so daß das Brenngut infolge der Schwerkraft von einem zum anderen Raum gelangt. Ein Zerkleinerer (5) sorgt für die dosierte Zu führung des Brenngutes vom oberen Entgasungsofen (1) zum unteren Brennraum (3) und Vergasungsreaktor (2). Zur Zündung des im Entgasungsofen (1) entstehenden und in den Brennraum (3) eintretenden Schwelgases und zur Aufrechterhaltung der für die Verbrennung des Schwelgases erforderlichen Tempe ratur kann ein Brenner (20) (z. B. Gas-, Ölbrenner) ein gesetzt werden. In der Erfindung wird ein Koksbrenner beschrieben, der für den Vergasungsprozeß besser geeignet ist. Sein Vorteil ist, daß die Druckverhältnisse im Vergaser nicht beeinflußt werden und daß kein zusätzlicher Brennstoff (Gas, Öl) benötigt wird. Der Koks fällt auf den Brennerrost (4), der im Brennraum (3) des Vergasungsreaktors (2) angebracht ist. Durch seine Verbrennung kann bei ent sprechender Luftzufuhr eine sehr hohe Temperatur entstehen. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the known gasification processes of small plants described above. This is to be solved according to the invention in that the individual gasification steps - degassing, combustion, gasification (reduction) - take place in separate rooms and can thus be individually optimized. The use of stirrers and screw conveyors is avoided by arranging these spaces one above the other so that the material to be fired moves from one space to another as a result of gravity. A shredder ( 5 ) ensures the metered supply of the fuel from the upper degassing furnace ( 1 ) to the lower combustion chamber ( 3 ) and gasification reactor ( 2 ). A burner ( 20 ) (e.g. gas, oil burner) can be used to ignite the smoldering gas that arises in the degassing furnace ( 1 ) and enters the combustion chamber ( 3 ) and to maintain the temperature required for the combustion of the smoldering gas. In the invention, a coke burner is described which is more suitable for the gasification process. Its advantage is that the pressure conditions in the carburettor are not affected and that no additional fuel (gas, oil) is required. The coke falls on the burner grate ( 4 ), which is attached in the combustion chamber ( 3 ) of the gasification reactor ( 2 ). Its combustion can result in a very high temperature when the air is supplied appropriately.
Der Vorteil des Brennerrostes (4) ist, daß der sich im Entgasungsofen (1) bildende Teer nicht ins Glutbett gelangt, sondern auf den Brennerrost (4) tropft und hier verdampft und verbrennt. Ebenso werden die auf den Brennerrost fallenden Koksstücke weiter entgast, so daß die noch in den Koksstücken enthaltenen flüchtigen Bestandteile entweichen und verbrennen.The advantage of the burner grate ( 4 ) is that the tar that forms in the degassing furnace ( 1 ) does not get into the ember bed, but drips onto the burner grate ( 4 ) and evaporates and burns there. Likewise, the coke pieces falling on the burner grate are further degassed, so that the volatile constituents still contained in the coke pieces escape and burn.
Um zu vermeiden, daß noch nicht vollständig entgaste Holz kohle auf das Glutbett fällt und einen Ausstoß teerhaltiger Produkte verursacht, kann vor jedem Betätigen des Zerklei nerers (5) der Brennerrost (4) um 180° gedreht werden. Dadurch fallen entgaste Holzkohle sowie Schlacke und Metallteile vom Brennerrost (4) auf das Glutbett (7). Beim anschließenden Betätigen des Zerkleinerers (5) fällt die Holzkohle auf den leeren Rost. Zum schnelleren Zünden kann kurzzeitig z. B. ein Ölbrenner eingeschaltet werden.To avoid that not yet fully degassed charcoal falls on the bed of embers and causes ejection of tar-containing products, the burner grate ( 4 ) can be rotated through 180 ° each time the Zerklei nerers ( 5 ) is actuated. As a result, degassed charcoal as well as slag and metal parts fall from the burner grate ( 4 ) onto the ember bed ( 7 ). When the shredder ( 5 ) is then actuated, the charcoal falls onto the empty grate. For faster ignition, z. B. an oil burner can be switched on.
Vorteilhaft bei dem in der Erfindung vorgeschlagenen Ver fahren ist außerdem, daß im Zerkleinerer (5) Kohlenstaub entsteht, der in den Brennraum (3) rieselt und hier die Verbrennung der Schwelgase unterstützt. Im Brennraum (3) können somit sehr hohe Temperaturen erzielt werden.Another advantage of the method proposed in the invention is that coal dust is generated in the shredder ( 5 ), which trickles into the combustion chamber ( 3 ) and supports the combustion of the carbonization gases here. Very high temperatures can thus be achieved in the combustion chamber ( 3 ).
Die Vorrichtung für das Verfahren ist in Fig. 1 dargestellt. Die Vergasungsanlage besteht aus dem Entgasungsofen (1) und dem darunterliegenden Vergasungsreaktor (2). Im oberen Teil des Vergasungsreaktors (2) ist ein Brennraum (3) angeordnet. In ihm befindet sich ein Brennerrost (4). Das Brenngut (9) gelangt durch die Schleuse (6) in den oberen Teil des Ent gasungsofens (1). Im Entgasungsofen (1) findet nach Zündung des Brenngutes eine verhaltene Verbrennung durch gedrosselte Luftzufuhr statt. Aufgrund dieser leichten Verbrennung entsteht im Entgasungsofen (1) eine ausreichend hohe Temperatur, so daß die flüchtigen Bestandteile aus dem Brenngut entweichen (Pyrolysegas). Um zu vermeiden, daß nach dem mehrmaligen Nachfüllen des Brenngutes unkontrollierte Brennherde entstehen, werden in den Luftzuführungsrohren Zündbrenner (19) installiert. Diese werden nach längeren Zeitintervallen gezündet. Am unteren Ende des Entga sungsofens (1) befindet sich ein Zerkleinerer (5). Er bewirkt, daß der im Entgasungsofen (1) entstehende Koks zerkleinert und dosiert dem Vergasungsreaktor (2) zugeführt wird. Der Zerkleinerer (5) besteht z. B. aus zwei im ent gegengesetzten Drehsinn laufenden mit Zähnen besetzten Walzen. Wenn sich die Walzen des Zerkleinerers (5) drehen, fällt Koks auf den im Brennraum (3) installierten Brennerrost (4). Nachdem dieser gefüllt ist, fällt der Koks auf das Glutbett (7) des Vergasungsreaktors (2) Durch Luftzugabe mittels Lanzen brennt der Koks auf dem Brennerrost (4) und es entsteht die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung des Pyrolysegases notwendige Temperatur. Die Verbrennungstemperatur wird durch die zugegebene Luftmenge geregelt. Vom Brennerrost nicht aufgenommener Koks fällt auf das Glutbett (7).The device for the method is shown in FIG. 1. The gasification plant consists of the degassing furnace ( 1 ) and the gasification reactor ( 2 ) underneath. A combustion chamber ( 3 ) is arranged in the upper part of the gasification reactor ( 2 ). There is a burner grate in it ( 4 ). The kiln ( 9 ) passes through the lock ( 6 ) in the upper part of the Ent gasification furnace ( 1 ). In the degassing furnace ( 1 ) there is a restrained combustion by throttled air supply after the fired material has been ignited. Because of this slight combustion, the degassing furnace ( 1 ) has a sufficiently high temperature so that the volatile constituents escape from the fuel (pyrolysis gas). In order to prevent uncontrolled stoves from appearing after the fuel has been refilled several times, pilot burners ( 19 ) are installed in the air supply pipes. These are ignited after longer time intervals. At the lower end of the degassing furnace ( 1 ) there is a shredder ( 5 ). It causes the coke formed in the degassing furnace ( 1 ) to be comminuted and metered into the gasification reactor ( 2 ). The shredder ( 5 ) consists, for. B. from two ent in the opposite direction of rotation running with teeth rollers. When the rollers of the shredder ( 5 ) turn, coke falls on the burner grate ( 4 ) installed in the combustion chamber ( 3 ). After this is filled, the coke falls on the embers ( 7 ) of the gasification reactor ( 2 ). By adding air by means of lances, the coke burns on the burner grate ( 4 ) and the temperature required to maintain the combustion of the pyrolysis gas is created. The combustion temperature is regulated by the amount of air added. Coke not taken up by the burner grate falls on the ember bed ( 7 ).
Das im Entgasungsofen (1) entstehende Pyrolysegas gelangt durch den Zerkleinerer (5) in den Brennraum (3) des Ver gasungsreaktors (2). Hier wird es gezündet und verbrennt unter Luftzugabe. Das sich infolge der Verbrennung des Pyrolysegases und des Kokses im Brennraum (3) bildende Abgas (CO2) strömt zusammen mit dem Dampf des im Brennstoff enthaltenen Wassers durch das Glutbett (7). Hier findet die Reduktion von CO2 zu CO und die Verbrennung von C zu CO statt. Durch die hohe Energie der aus dem Brennraum aus tretenden Verbrennungsgase kann der endotherme Reduktions vorgang im Glutbett (7) aufrechterhalten werden.The pyrolysis gas generated in the degassing furnace ( 1 ) passes through the shredder ( 5 ) into the combustion chamber ( 3 ) of the gasification reactor ( 2 ). Here it is ignited and burns with the addition of air. The exhaust gas (CO 2 ) formed as a result of the combustion of the pyrolysis gas and the coke in the combustion chamber ( 3 ) flows through the ember bed ( 7 ) together with the steam of the water contained in the fuel. Here the reduction of CO 2 to CO and the combustion of C to CO take place. Due to the high energy of the combustion gases emerging from the combustion chamber, the endothermic reduction process in the ember bed ( 7 ) can be maintained.
Luft wird über dem Glutbett nur unterstöchiometrisch zuge führt, so daß keine vollständige Verbrennung stattfindet. Der Ausstoß von CO2 wird somit auf ein Minimum reduziert. Das Wasser wird teilweise in H2 und O2 zerlegt. Den Vergaser verläßt ein hauptsächlich aus N2 CO und H2 bestehendes Schwachgas. Das entstehende Schwachgas wird in einem Wärmetauscher (10) abgekühlt. Es wird von einem Geblä se (17) abgesaugt. Zusätzlich zum Sauggebläse kann für die Zufuhr von Luft (8) ein Druckgebläse eingesetzt werden.Air is only supplied substoichiometrically over the ember bed, so that no complete combustion takes place. The emission of CO 2 is thus reduced to a minimum. The water is partially broken down into H 2 and O 2 . A weak gas consisting mainly of N 2 CO and H 2 leaves the gasifier. The resulting lean gas is cooled in a heat exchanger ( 10 ). It is sucked off by a fan ( 17 ). In addition to the suction fan, a pressure fan can be used to supply air ( 8 ).
Zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur im Glutbett (7) kann bei Bedarf Energie zugeführt werden, indem die Luft zu fuhr über dem Glutbett etwas erhöht wird. Damit findet in der oberen Glutschicht eine Verbrennung statt, die zu einer Temperaturerhöhung führt. Andererseits wird die Temperatur erniedrigt, wenn Wasserdampf in den Brennraum (3) eingedüst wird. Die wechselweise zusätzliche Zufuhr von Luft und Wasserdampf führt zur Erhöhung des Wasserstoffanteils und damit des Energieinhalts des erzeugten Gases. Durch Zufuhr von z. B. in einer Druckwechseladsorptionsanlage erzeugtem Sauerstoff wird das Temperaturniveau ebenso erhöht. Damit kann auch feuchtes Brenngut eingesetzt werden. Der Wasser stoffgehalt des erzeugten Gases wird erhöht und der Stick stoffanteil reduziert. Der Energieinhalt des Gases steigt (Kraftgas). Dieses Gas kann als Ausgangsgas zur Methanol synthese dienen.To maintain the high temperature in the ember bed ( 7 ), energy can be added if necessary by slightly increasing the air supply above the ember bed. This means that combustion takes place in the upper ember layer, which leads to an increase in temperature. On the other hand, the temperature is lowered when water vapor is injected into the combustion chamber ( 3 ). The alternate additional supply of air and water vapor leads to an increase in the hydrogen content and thus the energy content of the gas produced. By adding z. B. generated in a pressure swing adsorption system, the temperature level is also increased. This means that moist firing material can also be used. The hydrogen content of the generated gas is increased and the nitrogen content is reduced. The energy content of the gas increases (power gas). This gas can serve as the starting gas for methanol synthesis.
Der Vorteil des in der Erfindung dargestellten Vergasungs verfahrens besteht darin, daß sowohl klein- als auch groß stückige Brennstoffe eingesetzt werden können. Durch den Zerkleinerer wird der Koks gebrochen. Die dafür aufzuwenden de Energie ist gering im Vergleich zur mechanischen Zerklei nerung von Holz. Der Brennraum des Vergasungsreaktors kann so groß ausgelegt werden, daß die Pyrolysegase genügend lang bei sehr hohen Temperaturen verweilen, so daß eine Krackung oder Verbrennung zuverlässig stattfindet. Trotz des Einsat zes großstückiger Brennstoffe ist im Vergleich zu herkömmli chen Festbettvergasern das Glutbett (7) homogen, da reiner Koks kleinstückig in den Vergasungsreaktor gelangt. Im Glut bett (7) werden die Reste der nicht verbrannten Schwelgase gekrackt. Das erzeugte Gas ist somit teerfrei. The advantage of the gasification process shown in the invention is that both small and large pieces of fuel can be used. The coke is broken by the shredder. The energy required for this is low compared to the mechanical comminution of wood. The combustion chamber of the gasification reactor can be designed so large that the pyrolysis gases remain sufficiently long at very high temperatures so that cracking or combustion takes place reliably. Despite the use of large-sized fuels, the glow bed ( 7 ) is homogeneous compared to conventional fixed bed gasifiers, since pure coke gets into the gasification reactor in small pieces. In the ember bed ( 7 ), the remains of the unburned smoldering gases are cracked. The gas generated is therefore tar-free.
Mit dem in der Erfindung vorgestellten Verfahren können Schadstoffe durch eine einfache Filtertechnik herausgefil tert werden. Aufgrund der Vergasung bilden sich im Koks Mikroporen aus, die die innere Oberfläche stark vergrößern. Da der Koks kleinstückig in den Vergasungsreaktor (2) gelangt, bildet sich im Glutbett Aktivkohle aus. Mit einer Förderschnecke (15) wird am Rande des Glutbettes (7) Aktiv kohle entnommen und über einen gekühlten Kanal in den Filter (18) befördert. Das produzierte Schwachgas (16) wird durch den Filter (18) geleitet. Schadstoffe bleiben in der Aktiv kohle zurück. Die verbrauchte Aktivkohle wird mittels För derschnecke (15) an einen Ort, der von der Aktivkohleentnah mestelle entfernt gelegen ist, dem Glutbett (7) wieder zuge führt. Letztendlich sammeln sich die Schadstoffe in der Asche an, die am Ausgang des Vergasungsreaktors (2) anfällt. Die Asche wird aus dem Vergasungsreaktor mit einer Ascheab führeinrichtung (13) abtransportiert.With the method presented in the invention, pollutants can be filtered out by a simple filter technique. Due to the gasification, micropores form in the coke, which greatly enlarge the inner surface. Since the coke gets into the gasification reactor ( 2 ) in small pieces, activated carbon forms in the ember bed. With a screw conveyor ( 15 ) activated carbon is removed from the edge of the ember bed ( 7 ) and conveyed into the filter ( 18 ) via a cooled channel. The lean gas ( 16 ) produced is passed through the filter ( 18 ). Pollutants remain in the activated carbon. The spent activated carbon is fed by means of the conveyor screw ( 15 ) to a location which is located away from the activated carbon extraction point, the ember bed ( 7 ). Ultimately, the pollutants accumulate in the ash that arises at the exit of the gasification reactor ( 2 ). The ash is removed from the gasification reactor with an ash removal device ( 13 ).
Das in der Erfindung vorgestellte Vergasungsverfahren kann zur reinen Verbrennung eingesetzt werden. Eine zusätzliche Luftzufuhr erfolgt im Gaskanal (11). Hier verbrennt das erzeugte Schwachgas. Die hohe Temperatur entsteht somit im Gaskanal und nicht im Glutbett. Dadurch wird die Bildung von Schlacke weitestgehend vermieden.The gasification method presented in the invention can be used for pure combustion. An additional air supply takes place in the gas duct ( 11 ). The lean gas generated burns here. The high temperature thus arises in the gas channel and not in the ember bed. This largely prevents the formation of slag.
Das in der Erfindung vorgestellte Vergasungsverfahren kann zur Holzkohleherstellung angewendet werden. Nur ein kleiner Teil der Holzkohle gelangt auf den Brennerrost (4). Die Bildung des Glutbettes (7) wird vermieden. Die Verbrennung eines kleinen Teils der Holzkohle auf dem Brennerrost (4) dient zur Unterstützung der Pyrolysegasverbrennung im Brenn raum (3). Die Holzkohle wird unmittelbar nach dem Zerkleine rer (5) mit einer Trogschnecke entnommen. Im Trog ist ein Schlitz vorhanden, der eine Siebung der Holzkohle ermög licht. Kohlenstaub und kleinstückige Holzkohle fallen durch den Schlitz auf den Brennerrost (4). The gasification process presented in the invention can be used for charcoal production. Only a small part of the charcoal gets onto the burner grate ( 4 ). The formation of the embers bed ( 7 ) is avoided. The combustion of a small part of the charcoal on the burner grate ( 4 ) serves to support the pyrolysis gas combustion in the combustion chamber ( 3 ). The charcoal is removed immediately after the shredder ( 5 ) with a trough screw. There is a slot in the trough that enables the charcoal to be screened. Coal dust and small pieces of charcoal fall through the slot onto the burner grate ( 4 ).
Ein Vorteil des in der Erfindung dargestellten Vergasungs verfahrens besteht auch darin, daß es zur Aktivkohleherstel lung angewandt werden kann. Hierzu muß der Zerkleinerer (5) wie eine Mühle arbeiten, so daß aus ihm kleinkörnige Holzkohle austritt. Die Vergasung wird nur teilweise durch geführt, so daß anstelle von Asche Aktivkohle aus dem Verga sungsreaktor (2) mit der Abführeinrichtung abtransportiert wird. An advantage of the gasification process shown in the invention is also that it can be used for the production of activated carbon. For this purpose, the shredder ( 5 ) has to work like a mill so that small-grain charcoal emerges from it. The gasification is only partially carried out so that, instead of ash, activated carbon is removed from the gasification reactor ( 2 ) with the discharge device.
11
Entgasungsofen
Degassing furnace
22nd
Vergasungsreaktor
Gasification reactor
33rd
Brennraum
Combustion chamber
44th
Brennerrost
Burner grate
55
Zerkleinerer
Shredder
66
Schleuse
lock
77
Glutbett
Ember bed
88th
Luft
air
99
Brenngut
Brenngut
1010th
Wärmetauscher
Heat exchanger
1111
Gaskanal
Gas channel
1313
Ascheabführeinrichtung
Ash removal device
1515
Förderschnecke
Auger
1616
Schwachgas
Lean gas
1717th
Gebläse
fan
1818th
Filter
filter
1919th
Zündbrenner
Pilot burner
2020th
Brenner
burner
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