DE202007002014U1 - Unit for generating combustible gases from pieces of wood comprises reactor with oxidation zone, in which air or oxygen jets are mounted which have at least two gas outlets, one of which is at end of jet and other in its side - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus stückigem Holz, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for producing a combustible Gas mixture of a carbonaceous starting material, in particular from lumpy Wood, according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of technology
Bereits seit Jahrzehnten sind Holzvergaser für die motorische Verbrennung im Einsatz. Beispielsweise wurde 1923 die absteigende Vergaseranlage im Gleichstrom entwickelt, die sogenannte „Imbert-Holzgas-Anlage". Entsprechende Anlagen wurden vor allem zusammen mit Gasmotoren bereits in der ersten Hälfte des 20.Jahrhunderts beispielsweise in Traktoren, Autos, Motorräder oder Kraftwerken zur Kraft-, Strom- und/oder Wärmeerzeugung eingebaut. Daneben sind z.B. auch aufsteigende Vergaseranlagen im Gegenstrom und Querstrom-Vergaser gebräuchlich.Already For decades, wood gasifiers for engine combustion in use. For example, 1923 was the descending carburetor developed in direct current, the so-called "Imbert wood gas plant." Corresponding plants were especially with gas engines already in the first half of the year 20.Jahrhunderts example in tractors, cars, motorcycles or Power plants installed for power, electricity and / or heat generation. Besides are e.g. also rising carburetor systems in countercurrent and cross-flow carburettor common.
Die „Imbert-Holzgas-Anlage" oder vergleichbare
Vorrichtungen arbeiten im Gleichstrom, wobei insbesondere stückiges Holz
dem Reaktor des Gaserzeugers zugeführt wird. Spezielle, gattungsgemäße Gaserzeuger
sind beispielsweise in den Druckschriften
Das Holz wird hierbei im Allgemeinen in einer ersten Stufe thermisch in unterschiedliche Bestandteile zersetzt. Dies erfolgt vor allem im Reaktor in einem Bereich von entsprechend angeordneten Luftdüsen oder dergleichen mittels unterstöchiometrischer Verbrennung bzw. Oxidation, wobei Wärme freigesetzt wird und Temperaturen von einigen Hundert Grad, z.B. ca. 800°C, erreicht werden. Durch aufsteigende Wärme wird das Holz im oberen Bereich des Reaktors teilweise vorgetrocknet.The Wood generally becomes thermal in a first stage decomposed into different components. This is done especially in the reactor in a range of appropriately arranged air nozzles or the like by means of substoichiometric Combustion or oxidation, whereby heat is released and temperatures of a few hundred degrees, e.g. about 800 ° C, can be achieved. By ascending Heat is The wood in the upper part of the reactor partially pre-dried.
In der Oxidationszone entsteht u.a. verkokstes Holz bzw. Kohle, Wasser sowie weitere Verbrennungsprodukte, die sowohl bereits brennbare Gasbestandteile als auch nichtbrennbare gasförmige Zwischenprodukte aufweisen, wie z.B. Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2).The oxidation zone produces, among other things, coked wood or coal, water and other combustion products that already contain flammable gas components as well as non-combustible gaseous intermediates, such as carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ).
Das verkokste Holz bzw. die erzeugte Kohle bewegt sich im Allgemeinen von der Oxidationszone nach unten in eine Reduktionszone weiter und reduziert hierbei einen Teil der Verbrennungsprodukte zu weiteren brennbaren Gasbestandteilen. Zum Beispiel wird Kohlendioxid mittels der Kohle u.a. zu zusätzlichem Kohlenmonoxid reduziert, wodurch ein relativ hoher Anteil unter anderem an Kohlenmonoxid in dem erzeugten brennbaren Gasgemisch erreicht werden kann. Das brennbare Gasgemisch weist als brennbare Bestandteile vor allem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan auf.The Charred wood or coal is generally moving from the oxidation zone down into a reduction zone on and reduces some of the combustion products to more combustible gas components. For example, carbon dioxide is used by the coal u.a. to additional Carbon monoxide is reduced, causing a relatively high proportion below to carbon monoxide in the generated combustible gas mixture can be achieved. The combustible gas mixture is combustible Components mainly carbon monoxide, hydrogen and methane.
Das Volumen des Holzes wird bei der Verkoksung stark verringert, so dass zur Ausbildung einer vergleichsweise kompakten Reduktionszone eine Einschnürung des Reaktors im Übergangsbereich der Oxidationszone zur Reduktionszone vorzusehen ist. Diese Einschnürung erfolgt häufig mittels Schamottsteinen oder dergleichen. Die kompakte Reduktionszone ermöglicht vorteilhafterweise eine Reduktion des Gasstromes sowie wenigstens teilweise eine Filtrierung fester Bestandteile der Verbrennungsprodukte aus der Oxidationszone.The Volume of wood is greatly reduced during coking, so that for forming a comparatively compact reduction zone a constriction of the reactor in the transition region the oxidation zone is provided to the reduction zone. This constriction occurs often by means of firebricks or the like. The compact reduction zone allows advantageously a reduction of the gas stream and at least partially a filtration of solid components of the combustion products from the oxidation zone.
Aus der Reduktionszone wird das erzeugte brennbare Gasgemisch vor allem zu einem Gasmotor, Gasspeicher oder dergleichen abgeleitet bzw. abgesaugt. Mit Hilfe eines bewegbaren Rostes wird Kohlestaub oder gegebenenfalls überschüssige Asche, etc. von der Kohle bzw. dem ausströmenden Gasgemisch abgetrennt.Out The reduction zone becomes the combustible gas mixture produced above all derived to a gas engine, gas storage or the like or aspirated. With the help of a movable grate becomes coal dust or if necessary, excess ash, etc. separated from the coal or the outflowing gas mixture.
Hierbei strömt das Gasgemisch im Wesentlichen in vertikaler Richtung durch den Rost bzw. dessen Öffnungen und/oder durch wenigstens eine Öffnung, die durch den Rost und die Seitenwand des Reaktors gebildet wird. Das sogenannte „Rütteln" des Rostes führt im Wesentlichen zu einem Bewegen des unteren Bereichs der Reduktionszone, wodurch ein Verstopfen des Durchflusses der Reduktionszone und/oder der vorhandenen Öffnungen verhindert werden soll.in this connection flows the gas mixture substantially in the vertical direction through the Rust or its openings and / or through at least one opening, which is formed by the grate and the side wall of the reactor. The so-called "shaking" of the grate essentially leads to move the lower portion of the reduction zone, thereby Clogging of the flow of the reduction zone and / or the existing openings should be prevented.
Bei Holzvergasern nach dem Stand der Technik kann unter bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei der Verwendung von ligninhaltiger Biomasse wie Holz von Fichten, Tannen oder dergleichen und/oder bei einer Zufuhr von sogenannter „Falschluft", die Vergasung beeinträchtigt werden.at Wood gasifiers according to the prior art can, under certain operating conditions, in particular when using lignocellulosic biomass such as wood from spruce, Firs or the like and / or with a supply of so-called "false air", the gasification are impaired.
Nachteilig hierbei ist, dass sich vor allem die Qualität des erzeugten Gasgemisches verringert und darüber hinaus Teer bzw. Teergas gebildet wird. Der relativ heiße, gasförmige Teer kondensiert gegebenenfalls an mechanisch beweglichen Teilen, insbesondere einer Zufuhreinheit zur Zuführung des Holzes in den Reaktor, wodurch diese mit Teer belegt werden und eine starke Beeinträchtigung der Funktionsweise bzw. ein Festsitzen der entsprechenden Teile entsteht.adversely Here is that, above all, the quality of the gas mixture produced reduced and over Be tar or tar gas is formed. The relatively hot, gaseous tar optionally condenses on mechanically moving parts, in particular a supply unit for feeding of the wood in the reactor, whereby they are covered with tar and a severe impairment the functioning or a seizing of the corresponding parts arises.
Die Zufuhr des Holzes erfolgt im Allgemeinen oberhalb der Oxidationszone. Gemäß dem Stand der Technik ist die Zufuhreinheit, mit oder ohne Schleusenvorrichtung, oberhalb des Reaktors angeordnet, so dass die Zuführung durch öffnen einer Klappe, eines Schiebers, eines Schaufelrades oder dergleichen erfolgt. Hierbei wird jedoch nachteilige „Falschluft" in den Reaktor eingebracht, die die Vergasung des Holzes stark beeinträchtigt.The Feed of the wood is generally made above the oxidation zone. According to the state the technique is the supply unit, with or without lock device, arranged above the reactor, so that the supply by opening a Flap, a slider, a paddle wheel or the like takes place. In this case, however, disadvantageous "false air" is introduced into the reactor, which greatly affects the gasification of the wood.
Die sogenannte „Falschluft" wird im Allgemeinen bei der Beschickung des Holzvergasers eingebracht. Aus diesen Gründen ist bei Holzvergasern gemäß dem Stand der Technik eine kontinuierliche bzw. automatische Beschickung nur eingeschränkt möglich bzw. ist eine häufige und aufwendige Entfernung von Teer an insbesondere festsitzenden Teilen der Zufuhreinheit notwendig. Gegebenenfalls müssen die entsprechenden Teile ausgetauscht werden.The so-called "false air" is generally introduced during the loading of the wood gasifier. For these reasons is in wood gasifiers according to the state the technique of a continuous or automatic loading only limited possible or is a common one and costly removal of tar on especially stuck Parts of the supply unit necessary. If necessary, the corresponding parts are replaced.
Darüber hinaus ist die Verwendung von wirtschaftlich günstigem und besonders umweltschonendem Restholz bzw. Abfallholz, wie z.B. Hackgut, Rinde, Sägemehl, Sägenebenprodukte oder dergleichen, aus dem holzverarbeitenden Bereich und/oder der Forstwirtschaft durch die mögliche Teerbildung stark eingeschränkt.Furthermore is the use of economically favorable and particularly environmentally friendly Waste wood, e.g. Wood chips, bark, sawdust, Sawmill by-products or the like, from the woodworking sector and / or the Forestry through the possible Tar formation severely limited.
Zudem wird durch die vergleichsweise geringe Qualität des Gasgemisches der dem Holzvergaser nachgeschaltete Gasmotor beeinträchtigt bzw. durch relativ hohe Teergehalte im Gasgemisch zerstört. Der Gasmotor kann beispielsweise für ein Fahrzeug, zur Erzeugung von Wärme, u.a. mittels eines entsprechenden Generators zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme und/oder dergleichen verwendet werden. Hierfür sollte der Teergehalt im Holzgas weniger als ca. 50 Milligramm je Kubikmeter enthalten, da ansonsten Rückstände die Ventile des Gasmotors belegen bzw. verkleben. Die Folge ist, dass diese dann blockieren und zum Stillstand des Motors führen. Aus diesen Gründen wird häufig eine Gaswäsche mit Zyklonabscheidern, Filtern oder dergleichen dem Gasmotor vorgeschaltet.moreover is due to the comparatively low quality of the gas mixture of the Wood gasifier downstream gas engine affected or by relatively high Tar contents in the gas mixture destroyed. The gas engine can be used, for example, for a vehicle for generating of heat, et al by means of a corresponding generator for generating electricity and / or heat and / or the like. For this, the tar content in the Wood gas containing less than about 50 milligrams per cubic meter, since otherwise residues the Occupy or glue valves of the gas engine. The consequence is that then block them and cause the motor to stop. Out these reasons becomes common a gas wash upstream of the gas engine with cyclone separators, filters or the like.
Darüber hinaus
offenbart die
Die weitgehend kontinuierliche Zufuhr des Ausgangsstoffes zum Reaktor ermöglicht eine Vergasung des Ausgangsstoffes bzw. Holzes, so dass qualitativ hochwertiges Gasgemisch erzeugt werden kann. Die diskontinuierliche, insbesondere vergleichsweise kurzzeitige Zufuhr des Ausgangsstoffes zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine weitestgehende Verringerung der „Falschluft"-Menge durch die Beschickung der Vorrichtung. Die Speichervorrichtung ist in vorteilhafter Weise in Richtung zum Reaktor im Allgemeinen gasdurchlässig und zur Beschickung weitestgehend gasundurchlässig verschließbar ausgebildet. Zum Anmeldezeitpunkt sind bereits zwei entsprechend ausgebildete „Joos-Vergaser" in Betrieb, die als einzige, in Fachkreisen bekannte Holzvergaser, kontinuierlich Holzgas erzeugen.The largely continuous feed of the starting material to the reactor allows a gasification of the starting material or wood, so that qualitatively high quality gas mixture can be produced. The discontinuous, in particular comparatively short-term supply of the starting material to Device according to the invention allows the largest possible reduction of the "false air" amount by the Charging the device. The storage device is in an advantageous Way towards the reactor is generally gas permeable and designed for charging largely gas-impermeable sealable. At the time of application already two appropriately trained "Joos carburetor" in operation, the as the only wood gasifier known in the art, continuously Generate wood gas.
Nachteilig hierbei waren jedoch einzelne Störungen des kontinuierlichen Betriebs durch nicht optimale Oxidation, insbesondere bei vergleichsweise großen Reaktoren, Verhacken von Holzstücken im oberen Bereich des Reaktors etc..adversely however, these were individual disorders continuous operation due to non-optimal oxidation, in particular at comparatively large Reactors, piling of pieces of wood in the upper part of the reactor etc.
Aufgabe und Vorteile der ErfindungTask and Advantages of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus stückigem Holz, wobei ein Reaktor wenigstens eine Oxidationszone zur Oxidation des Ausgangsstoffes sowie eine Reduktionszone zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei im Bereich der Oxidationszone wenigstens eine, insbesondere mehrere, zumindest eine erste Ausströmöffnung aufweisende Luftdüse zum Einbringen von Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff bzw. Luft, angeordnet ist, vorzuschlagen, die den Stand der Technik deutlich verbessert.task the invention it is in contrast, a Apparatus for producing a combustible gas mixture from a carbonaceous starting material, in particular of chunky wood, wherein a reactor at least one oxidation zone for the oxidation of the Starting material and a reduction zone for the reduction of at least an intermediate of the oxidation, wherein in the region of the oxidation zone at least one, in particular a plurality, at least one first outflow opening having air nozzle for introducing oxidizing agent, in particular oxygen or Air, is arranged to suggest that the state of the art clearly improved.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, insbesondere durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und/oder 10 gelöst.These Task is, starting from a device of the introduction mentioned Art, in particular by the characterizing features of claims 1 and / or 10 solved.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.By in the subclaims mentioned measures are advantageous embodiments and further developments of the invention possible.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dadurch aus, dass die Luftdüse wenigstens eine zweite Ausströmöffnung zum Einbringen von Oxidationsmittel aufweist. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann die Oxidation, insbesondere auch bei relativ großen Reaktoren, verbessert werden. Entsprechend besser wird das Oxidationsmittel, insbesondere Luft, besser, insbesondere gleichmäßiger in der Oxidationszone verteilbar.Accordingly a device according to the invention is characterized in particular characterized in that the air nozzle at least one second outflow opening for Introducing oxidizing agent. With the help of this measure can the oxidation, especially in relatively large reactors can be improved. Correspondingly better is the oxidizing agent, in particular air, better, especially more even in the oxidation zone distributable.
Vorteilhafterweise weist die Luftdüse wenigstens eine dritte Ausströmöffnung zum Einbringen von Oxidationsmittel auf. Hiermit kann die Verteilung des Oxidationsmittels noch gleichmäßiger erfolgen.advantageously, has the air nozzle at least one third outflow opening to Introducing oxidizing agent. This can be the distribution the oxidizing agent even more evenly.
Vorzugsweise sind mindestens fünf Ausströmöffnung pro Luftdüse vorhanden. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders vorteilhafte Verteilung des Oxidationsmittels, insbesondere auch in Längsrichtung der Luftdüse. Beispielsweise kann im vorderen bzw. inneren und/oder im hinteren bzw. äußeren Bereich der Luftdüse jeweils eine Öffnung vorgesehen werden.Preferably, at least five outflow openings per air nozzle are present. This measure allows a particularly advantageous distribution of the oxidizing agent, in particular in the longitudinal direction of the air nozzle. For example, in each case an opening can be provided in the front or inner and / or in the rear or outer region of the air nozzle.
Gemäß der Erfindung wird eine Zonierung der Oxidationszone vor allem in radialer Richtung verhindert.According to the invention Zoning of the oxidation zone is prevented especially in the radial direction.
Vorzugsweise ist die Ausströmrichtung des Oxidationsmittels der zweiten und/oder der dritten, etc. Ausströmöffnung quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Ausströmrichtung des Oxidationsmittels der ersten Ausströmöffnung ausgerichtet. Hier werden z.B. auch Bereiche zwischen zwei Luftdüsen vorteilhaft mit Oxidationsmittel versogbar.Preferably is the outflow direction the oxidant of the second and / or the third, etc. outflow opening transversely, in particular substantially perpendicular to the outflow direction the oxidizing agent of the first outflow opening aligned. Be here e.g. also areas between two air nozzles advantageous with oxidizing agent versogbar.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Ausströmrichtung des Oxidationsmittels der ersten und der zweiten und/oder der dritten, etc. Ausströmöffnung im Wesentlichen auf der horizontalen Ebene. Hiermit wird erreicht, dass die Oxidationszone nahezu perfekt über den gesamten Querschnitt des Reaktors ausbildbar ist.In a particular embodiment of the invention is the outflow direction the oxidizing agent of the first and second and / or third, etc. outflow opening in Essentially on the horizontal plane. This is achieved that the oxidation zone is almost perfect over the entire cross section of the Reactor is formed.
Vorteilhafterweise ist die erste Ausströmöffnung stirnseitig an der Lüftdüse und/oder die zweite und/oder dritte Ausströmöffnung umfangsseitig an der Luftdüse angeordnet. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine derartige Ausbildung ganz besonders einfach realisierbar ist. Beispielsweise wird als Luftdüse ein Rohr verwendet, so dass die Zufuhröffnung zum Zuführen des Oxidationsmittels zur Luftdüse und die stirnseitige Ausströmöffnung durch die beiden Enden des Rohres gebildet werden. Gemäß der Erfindung können die weiteren Öffnungen durch eine oder mehrere Querbohrungen umfangseitig am Rohr hergestellt werden.advantageously, is the first outflow opening at the front at the vent and / or the second and / or third outflow opening on the circumference of the air nozzle arranged. It has been shown in practice that such Training is particularly easy to implement. For example is called an air nozzle a pipe is used so that the feed opening for feeding the Oxidizing agent to the air nozzle and the frontal discharge opening through the two ends of the tube are formed. According to the invention, the further openings made by one or more cross holes circumferentially on the pipe become.
Bevorzugt sind mehrere Lüftdüsen im Wesentlichen radial angeordnet. Die optimiert die Ausbildung der Oxidationszone.Prefers are several air vents essentially arranged radially. This optimizes the formation of the oxidation zone.
In vorteilhafter Weise ist die Anzahl der Luftdüsen mit dem Durchmesser und/oder der Querschnittsfläche der Oxidationszone angepasst. Mit dieser Maßnahme kann eine nahezu beliebige Größe und/oder Querschnittsfläche des Reaktors und/oder der Oxidationszone realisiert werden. Dies ist vor allem für Anlagen mit größerer Leistung von besonderer Bedeutung. Beispielsweise müssen nicht mehrere kleinere Reaktoren miteinander Brenngas produzieren, sondern es kann ggf. nur ein einziger, großer Reaktor verwendet werden.In Advantageously, the number of air nozzles with the diameter and / or the cross-sectional area adapted to the oxidation zone. With this measure, almost any Size and / or Cross sectional area the reactor and / or the oxidation zone can be realized. This is especially for Systems with higher performance really important. For example, do not have several smaller ones Reactors with each other to produce fuel gas, but it may possibly just a single big reactor be used.
Bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ist alternativ oder in Kombination mit den zuvor genannten Maßnahmen von Vorteil, dass wenigstens im Bereich des Reaktoreinganges und/oder der Oxidationszone eine Leitvorrichtung zum Leiten des Ausgangsstoffes vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann besonders grober Ausgangsstoff und/oder Ausgangsstoff mit sehr unterschiedlich großen Stücken in vorteilhafter Weise verarbeitet bzw. genutzt werden. Bislang hat sich bei derartigem Ausgangsstoff immer wieder einzelne Stücke im Reaktor verhackt, so dass es zu Störungen gekommen ist. Dis wird mit dieser Maßnahme wirkungsvoll verhindert.at a device according to the preamble of claim 1, is alternative or in combination with the aforementioned measures advantageous that at least in the region of the reactor inlet and / or the oxidation zone one Guide device is provided for conducting the starting material. With help this measure can be very coarse starting material and / or starting material with very different sizes pieces be processed or used in an advantageous manner. So far has with such starting material again and again individual pieces in the reactor hogged, causing it to interfere is. Dis comes with this measure effectively prevented.
Vorzugsweise weist die Leitvorrichtung in Strömungsrichtung des Ausgangsstoffes eine Verjüngung und/oder einen Trichter und/oder Kegelstumpf auf. Es hat sich gezeigt, dass derartige Leitvorrichtung den Ausgangsstoff nahezu optimal beim eintritt in den Reaktor und innerhalb vom Reaktor vorteilhaft leiten, ohne dass sich dieser verklemmen bzw. Verhacken kann.Preferably has the guide device in the flow direction of the starting material a rejuvenation and / or a funnel and / or truncated cone. It has shown, that such Leitvorrichtung the starting material almost optimally when entering the reactor and within the reactor advantageous lead, without this jamming or pinning can.
Grundsätzlich kann, insbesondere bei Verwendung von stückigem Nadel- und/oder Laub-Holz wie Hackschnitzel oder dergleichen, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Reaktor realisiert werden, der einen annäherungsweise konstanten Füllstand, eine weitgehend gleichbleibende Menge an Kohle in der Reduktionszone, eine glühende, relativ heiße, z.B. ca. 800°C heiße, Kohle in der Reduktionszone, nahezu keine Abfälle, außer gegebenenfalls relativ geringe Mengen Kohlenstaub, im Allgemeinen kein sogenanntes Hohlbrennen bzw. Durchbrennen und vor allem weitestgehend kein Teer bzw. Teergas aufweist. Der Kohlenstaub wird der Oxidationszone in vorteilhafter Weise wieder zugeführt, so dass ein weitestgehend Abfall freier Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich ist.Basically, especially when using lumpy needle and / or deciduous wood such Wood chips or the like, with the aid of the device according to the invention a reactor can be realized which has an approximately constant level, a largely constant amount of coal in the reduction zone, a glowing, relatively hot, e.g. about 800 ° C name is, Coal in the reduction zone, almost no waste, except where appropriate relative small amounts of coal dust, generally no so-called hollow burning or burning through and, above all, as far as possible no tar or tarry gas having. The coal dust is the oxidation zone in an advantageous Way fed again, allowing a largely waste free operation of the device according to the invention possible is.
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Füllstandsensor zur Messung des Füllungsgrades bzw. des Füllstandes des Reaktors im Wesentlichen horizontal neben der Oxidationszone und/oder horizontal neben einer Trocknungszone des Reaktors zum wenigstens teilweise Trocknen des Ausgangsstoffes angeordnet ist. Es hat ich gezeigt, dass mit einem erfindungsgemäß angeordneten Füllstandsensor eine genauere und störungssichere Kontrolle bzw. Betrieb des Reaktors erreichbar ist.A particularly advantageous device according to the preamble of the claim 1 is for the solution the task of the invention characterized in that at least one level sensor for measuring the filling degree or the level of the reactor substantially horizontally adjacent to the oxidation zone and / or horizontally adjacent to a drying zone of the reactor for at least partially drying of the starting material is arranged. It has been shown that with a fill level sensor arranged according to the invention a more accurate and trouble-proof Control or operation of the reactor can be achieved.
Vorzugsweise ist der Erfassungsbereich des Füllstandsensors in vertikaler Richtung betrachtet oberhalb einer Luftzufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Luft angeordnet. Hiermit wird die Menge des Ausgangsstoffes im Reaktor besonders einfach und genau einstellbar.Preferably is the detection range of the level sensor viewed in the vertical direction above an air supply device arranged to supply air. This is the amount of starting material particularly easy and precisely adjustable in the reactor.
Beispielsweise ist der Füllstandssensor als Sender mit Empfänger für vorteilhafte Wellen, insbesondere Ultraschall und/oder elektromagnetische Wellen wie z.B. Radar oder dergleichen, optische Wellen wie z.B. sichtbares und/oder infrarotes Licht ausgebildet. Vorzugsweise ist der Füllstandsensor wenigstens teilweise als mechanisch abtastender Füllstandsensor, insbesondere als Flügelradsensor ausgebildet.For example, the level sensor is as Transmitter with receiver for advantageous waves, in particular ultrasound and / or electromagnetic waves such as radar or the like, optical waves such as visible and / or infrared light formed. Preferably, the level sensor is at least partially designed as a mechanically scanning level sensor, in particular as an impeller.
Generell ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weitgehend mit wenigstens einer thermischen Isoliereinrichtung ummantelt, so dass thermische Verluste weitestgehend verhindert werden können. Dies ermöglicht ein vorteilhaftes Wärmemanagement der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung, wodurch die Vergasung des Ausgangsstoffes vorteilhaft umgesetzt werden kann. Im Allgemeinen weist der Reaktor eine Betriebstemperatur von ca. 800°C auf. Dies gewährleistet sowohl eine vorteilhafte Oxidation als auch Reduktion in den entsprechenden Zonen des Reaktors.As a general rule is the device according to the invention largely encased with at least one thermal insulation device, so that thermal losses can be largely prevented. This allows an advantageous thermal management of entire device according to the invention, whereby the gasification of the starting material is advantageously implemented can be. In general, the reactor has an operating temperature from about 800 ° C on. This ensures both a favorable oxidation and reduction in the corresponding Zones of the reactor.
Grundsätzlich weist die Reduktionszone des Reaktors eine Betriebstemperatur auf, die neben einer Reduktion von Kohlendioxid und/oder dergleichen vor allem auch eine Umsetzung von in der Oxidationszone erzeugtem Staub oder ähnlichem ermöglicht. Mit dieser Maßnahme wird insbesondere die Qualität des zu erzeugenden Gasgemisches für die Anwendung bzw. Verbrennung in einem Gasmotor zusätzlich verbessert.Basically the reduction zone of the reactor to an operating temperature, the in addition to a reduction of carbon dioxide and / or the like in particular, a reaction of dust generated in the oxidation zone or similar allows. With this measure especially the quality of the gas mixture to be generated for the application or combustion in addition to a gas engine improved.
Generell kann für bestimmte Maßnahmen wie Wartung, Reparatur, Umbau oder dergleichen kann ein wiederverschließbarer Reaktor bzw. ein Deckelelement vorgesehen werden, das insbesondere weitgehend gasdicht abzudichten ist, so dass hierdurch keine nachteilige „Falschluft" in den Reaktor gelangen kann.As a general rule can for certain measures such as Maintenance, repair, conversion or the like may be a resealable reactor or a cover element are provided, which in particular largely To seal gas-tight, so that thereby reach no adverse "false air" in the reactor can.
Vorzugsweise wird der Teer im Reaktor zur Umformung wieder der oder den Reaktionszonen zugeführt, so dass die im Teer enthaltene Energie von der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwertbar ist. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich erhöht.Preferably The tar is in the reactor for forming again the or the reaction zones supplied so that the energy contained in the tar of the inventive device is usable. As a result, the overall efficiency of the device according to the invention significantly increased.
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei relativ hoher Betriebssicherheit in vorteilhafter Weise eine weitgehend kontinuierliche und/oder automatische Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbar. Hierdurch wird ein bevorzugter, wirtschaftlicher Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung in Kraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie bzw. in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, Fahrzeugen oder dergleichen auch unter hohen betriebstechnischen und umweltrelevanten Anforderungen bei entsprechenden Anlagen möglich.With the device according to the invention is at relatively high reliability in an advantageous manner a largely continuous and / or automatic mode of operation the device according to the invention realizable. This is a preferred, economical use the device according to the invention in power plants for the production of electrical energy or in combined heat and power plants, Vehicles or the like also under high operational and environmentally relevant requirements for corresponding plants possible.
Gemäß der Erfindung wird, ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Zufuhreinheit und/oder ohne relativ häufige bzw. aufwendige Wartung der Zufuhreinheit, eine Verwendung beliebiger kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe, insbesondere nachwachsende Biomasse, bzw. beliebiger Hölzer ermöglicht. Beispielsweise können Nadel- und/oder Laubhölzer als Hackgut, Sägemehl und/oder Pellet, sonstige nachwachsende Rohstoffe wie Stroh sowie Klärschlamm oder dergleichen bzw. entsprechende Mischungen verwendet werden. Die Verwendung von vielfach anfallenden Abfall- bzw. Resthölzern gewährleistet eine besonders wirtschaftlich günstige und umweltschonende Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.According to the invention will, without impairment the functioning of the supply unit and / or without relatively frequent or extensive maintenance of the feed unit, a use of any carbonaceous Starting materials, in particular renewable biomass, or any Woods possible. For example, you can Conifers and / or hardwoods as wood chips, sawdust and / or pellet, other renewable resources such as straw and sewage sludge or the like or corresponding mixtures. Ensures the use of multiple accumulating refuse or residual wood a particularly economically favorable and Environmentally friendly operation of the device according to the invention.
Vorzugsweise ist eine Steuer- bzw. Regeleinheit zur nahezu vollautomatischen Steuerung bzw. Regelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen. Diese ermöglicht insbesondere eine kontrollierte und dosierte Zufuhr des Ausgangsstoffes, unter anderem im Zusammenwirken mit dem Füllstandsensor des Reaktors. Beispielsweise kann eine weitgehend konstante Füllhöhe im Reaktor eingeregelt werden. Gegebenenfalls ist die Luftzufuhr zum Reaktor regelbar bzw. in Abhängigkeit zur Füllstandshöhe des Reaktors und/oder Zufuhrmenge des Ausgangsstoffes bzw. der erzeugten Menge des brennbaren Gasgemisches, u.s.w. einzustellen. Diese Maßnahmen sind für die Vergasung bzw. die Umformungen im Reaktor von Vorteil, so dass qualitativ hochwertiges brennbares Gasgemisch erzeugt werden kann.Preferably is a control unit for almost fully automatic Control or regulation of the device according to the invention provided. This allows in particular a controlled and metered supply of the starting material, inter alia, in cooperation with the level sensor of the reactor. For example, a largely constant filling level can be regulated in the reactor. Optionally, the air supply to the reactor is controllable or dependent to the filling level of the reactor and / or supply amount of the starting material or the amount produced the combustible gas mixture, u.s.w. adjust. These measures are for the gasification or the transformations in the reactor of advantage, so that high-quality combustible gas mixture can be produced.
Gegebenenfalls können eine oder mehrere Reinigungsstufen bzw. -vorrichtungen zwischen dem Gasmotor und der Vorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet werden, beispielsweise Gravitationsabscheider, Massenträgheitsreiniger wie z.B. Fliehkraftabscheider bzw. Zyklon- oder Prallblechreiniger, Nasswäscher, Ölbad-, Kies- bzw. Sandbett-, Elektro-, Adsorptionsfilter wie z.B. Tuch- bzw. Gewebe-, Kork-, Aktivkohle- oder Keramikfilter, katalytisch aktive Reinigungselemente, u.s.w.. Vorzugsweise wird die Reinigungsvorrichtung regenerierbar ausgebildet.Possibly can one or more purification stages or devices between the gas engine and the device according to the invention arranged For example, gravitational separators, inertia cleaners such as. Centrifugal separator or cyclone or baffle plate cleaner, wet scrubber, oil bath, gravel or sand bed, electric, adsorption filters such as e.g. Cloth or Tissue, cork, activated carbon or ceramic filters, catalytically active Cleaning elements, u.s.w .. Preferably, the cleaning device regenerated trained.
Generell können beispielsweise verschiedenste Sensoren in der Vorrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere im Reaktor, verwendet werden. Vor allem Sensoren zur Messung von Temperaturen, Feuchtegehalte, Gewichte, Arten des Ausgangsstoffes, einzelnen oder mehreren Gasbestandteilen, Drücken, optischen Parametern wie Durchlässigkeit, Befüllungsgrade bzw. Füllstände oder dergleichen. Diese Sensoren wirken insbesondere mit einer entsprechenden Auswerte- und/oder Steuereinheit zur weitgehend automatischen Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen.As a general rule can For example, a wide variety of sensors in the device according to the invention, especially in the reactor. Especially sensors for Measurement of temperatures, moisture contents, weights, types of starting material, single or multiple gas components, pressures, optical parameters like permeability, filling grade or fill levels or like. These sensors act in particular with a corresponding one Evaluation and / or control unit for largely automatic operation the device according to the invention together.
Vorteilhafterweise weist eine Luftzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Luft zur Oxidationszone wenigstens eine Heizeinheit zur Erwärmung der zuzuführenden Luft auf. Hierdurch wird eine vorteilhafte Vorwärmung der dem Reaktor zuzuführenden Luft realisierbar. Dies verbessert die Vergasung des Ausgangsstoffes bzw. des Holzes und erhöht zusätzlich die Qualität des brennbaren Gasgemisches.Advantageously, an air supply is provided Direction for supplying air to the oxidation zone at least one heating unit for heating the supplied air. As a result, an advantageous preheating of the air to be supplied to the reactor can be realized. This improves the gasification of the starting material or of the wood and additionally increases the quality of the combustible gas mixture.
Generell ist neben der Luftfeuchtigkeit insbesondere der Sauerstoff in der Luft für die Vergasung entscheidend, so dass in einer speziellen Variante der Erfindung auch nahezu reiner Sauerstoff dem Reaktor zugeführt werden kann. Gegebenenfalls ist auch eine Befeuchtungseinheit zur Regelung bzw. Be- und/oder Entfeuchtung der zuzuführenden Luft vorzusehen.As a general rule is in addition to the humidity in particular the oxygen in the Air for the gasification crucial, so that in a special variant of the Invention almost pure oxygen are fed to the reactor can. Optionally, a humidification unit for control or loading and / or Dehumidification of the supplied Provide air.
Vorzugsweise ist die Heizeinheit als Wärmetauscherelement zum Wärmeaustauschen der zuzuführenden Luft mit dem Reaktor ausgebildet. In vorteilhafter Weise ist die Luftzufuhrvorrichtung im Wesentlichen längs des Reaktorumfangs angeordnet. Mit Hilfe dieser Maßnahmen ist ein weitgehendes Energiemanagement der Vorrichtung gemäß der Erfindung realisierbar. Insbesondere bei der Vergasung von Holz ist die Temperatur im Reaktor von entscheidender Bedeutung, so dass mittels eines weitgehenden Energiemanagements eine besonders vorteilhafte Vergasung ermöglicht wird.Preferably is the heating unit as a heat exchanger element for heat exchange to be supplied Air is formed with the reactor. Advantageously, the Air supply device arranged substantially along the reactor circumference. With Help of these measures is a far-reaching energy management of the device according to the invention realizable. Especially at the gasification of wood is the temperature in the reactor of crucial importance, so that by means of a far-reaching Energy management a particularly advantageous gasification is possible.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Luftzufuhrvorrichtung wenigstens im oberen Bereich der Oxidationszone angeordnet. Hiermit wird gewährleistet, dass der relativ heiße obere Bereich des Reaktors, d.h. im Bereich der Oxidationszone, zur relativ heißen Vorwärmung der Luft oder dergleichen verwendet werden kann. Hierdurch wird die Umsetzung des Ausgangsstoffes zusätzlich verbessert, was zu einer besonders hohen Qualität des brennbaren Gasgemisches führt.In A preferred variant of the invention is the air supply device arranged at least in the upper region of the oxidation zone. Herewith is guaranteed that the relatively hot upper portion of the reactor, i. in the area of the oxidation zone, to relatively hot preheating the air or the like can be used. This will the conversion of the starting material additionally improved, resulting in a especially high quality of the combustible gas mixture leads.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and is based on the Figures in more detail below explained.
Im Einzelnen zeigt:in the Individual shows:
In
Als
Ausgangsstoff sind in nicht näher
dargestellter Weise beispielsweise Hackschnitzel aus Abfall- bzw.
Restholz im Vorratssilo
Vorzugsweise
wird das Holz im Silo
Die
Hackschnitzel werden z.B. mittels einer Schneckenbeschickung
Ein
Füllstandssensor
Die
Hackschnitzel werden mittels eines Schneckenantriebs
Am
Schneckenantrieb
Das
vom Reaktor
Der
Reaktor
Zur
Ermittlung der Füllstandshöhe der Hackschnitzel
weist der Reaktor
Die
Sauerstoffzuführung
in den Reaktor bzw. zur Oxidationszone
Die
dem Reaktor
Entgegen
der Darstellung in
Gemäß der Erfindung
weisen die Lüftdüsen
In
Weiterhin
ist ein Einfalltrichter
Mit
Hilfe eines Rüttelrostes
Weiterhin
weist der Reaktor
Weiterhin
kann die Isolation
Gemäß der Erfindung
sind mehrere Schamottsteine
Beispielsweise
ist der Reaktor
Darüber hinaus
ist im engsten Bereich der Schamottsteine
Der
Rüttelrost
Vorteilhafterweise
sind die oberen Rostringe
Mit
Hilfe des Rüttelrostes
Beispielsweise
kann der Reaktor
Generell kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung weitgehend mit relativ gewöhnlichem Stahl oder dergleichen realisiert werden, wodurch neben einer vergleichsweise guten Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Werkstoffs, die sich vorteilhaft auf die Vergasung auswirkt, auch eine wirtschaftlich günstige Fertigung möglich ist.As a general rule the device according to the invention largely with relatively ordinary Steel or the like can be realized, which in addition to a comparatively good thermal conductivity the material used, which is beneficial to the gasification also economically viable production is possible.
Grundsätzlich kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Brennstofferzeugung für einen Gasmotor, insbesondere eines Fahrzeugs, Kraft-Wärme-Kopplung, elektrischen Stromerzeugung, oder dergleichen eingesetzt werden. Hierfür ist insbesondere eine entsprechende Anlage mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einem Gasmotor und gegebenenfalls einem elektrischen Generator vorzusehen.Basically the device according to the invention for fuel production for a gas engine, in particular a vehicle, combined heat and power, electric power generation, or the like can be used. Therefor is in particular a corresponding system with a device according to the invention together with a gas engine and optionally an electric Provide generator.
Generell kann der Reaktor zwei oder mehrere Zufuhreinheiten aufweisen. Dies ermöglicht eine getrennte Zufuhr von verschiedenen Ausgangsstoffen wie Sägemehl, Hackschnitzel, Stroh, Klärschlamm oder dergleichen zum Reaktor, wodurch eine vorteilhafte Vermischung der Ausgangsstoffe im Reaktor realisierbar ist. Ein mögliches, nachteiliges Entmischen der Ausgangsstoffe kann hierdurch verhindert werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Beschickung verschiedener Ausgangsstoffe in eine einzelne Zufuhrvorrichtung bzw. Speichervorrichtung verwirklicht werden.As a general rule For example, the reactor may have two or more feed units. This allows a separate supply of various raw materials such as sawdust, Wood chips, straw, sewage sludge or the like to the reactor, whereby a favorable mixing the starting materials in the reactor can be realized. One possible, Adverse demixing of the starting materials can thereby be prevented become. Alternatively or in combination with this may also be a charge different starting materials in a single feed device or storage device can be realized.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Brennstofferzeugung einer Brennstoffzelle verwendet werden, d.h. im Sinne der Erfindung ist der Generator bzw. die Verbrennungsmaschine als Brennstoffzelle ausgebildet. Beispielsweise kann hierbei der Wasserstoff, das Methan oder dergleichen des Brenngases bzw. Holzgases in entsprechenden Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen werden.Furthermore the device according to the invention used for fuel production of a fuel cell, i.e. According to the invention, the generator or the internal combustion engine designed as a fuel cell. For example, here the Hydrogen, the methane or the like of the fuel gas or wood gas in corresponding fuel cells for generating electrical energy be provided.
Generell können insbesondere zur Realisierung vergleichsweiser leistungsstarker bzw. großer Einheiten mehrere bzw. zahlreiche Vorrichtungen gemäß der Erfindung modular miteinander gekoppelt und betrieben werden. Gegebenenfalls können hierbei ein oder mehrere Gasmotoren und/oder elektrische Generatoren vorgesehen werden. Beim Ausfall eines Moduls kann hierbei in vorteilhafter Weise ein anderes Modul den Ausfall wenigstens teilweise kompensieren.As a general rule can in particular for the realization of comparatively powerful ones or large units several or numerous devices according to the invention modular with each other be coupled and operated. Optionally, one or more Gas engines and / or electrical generators are provided. At the Failure of a module can hereby advantageously another Module compensate for the failure at least partially.
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