DE202007013672U1

DE202007013672U1 - Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse sowie Haus- bzw. Gewerbemüll

Info

Publication number: DE202007013672U1
Application number: DE200720013672
Authority: DE
Original assignee: G & A Industrieanlagen GmbH
Current assignee: G & A Industrieanlagen GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-09-29

Abstract

Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse, insbesondere Holz und Klärschlamm und/oder Haus- bzw. Gewerbemüll, im Wesentlichen bestehend aus einem Schneckenreaktor, in dem die vorgenannten Stoffe unter Luftausschluss getrocknet und pyrolysiert werden, und einem zweiten Reaktor, in welchem eine partielle Oxidation durch unterstöchiometrische Zugabe von Luft und eine Aufspaltung der langkettigen Teermoleküle stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reaktor als Zyklon (17) ausgebildet ist und dass die verbleibenden Feststoffe (F) der Pyrolyse am unteren und das Pyrolsegas (P) am oberen Ende des Zyklons abgezogen (17) werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse, insbesondere Holz und Klärschlamm und/oder Haus- bzw. Gewerbemüll, im Wesentlichen bestehend aus einem Schneckenreaktor, in dem die vorgenannten Stoffe unter Luftausschluss getrocknet und pyrolysiert werden, und einem zweiten Reaktor, in welchem eine partielle Oxidation durch unterstöchiometrische Zugabe von Luft und eine Aufspaltung der langkettigen Teermoleküle stattfindet.
Eine derartige Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist bereits grundsätzlich bekannt und dient zur Durchführung des so genannten Viking-Verfahrens, welches druckschriftlich nicht belegbar ist.
Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik weist einen Schneckenreaktor auf, in dem Biomasse, vorzugsweise Holzhackschnitzel, getrocknet und pyrolysiert werden. Aus dem Schneckenreaktor gelangt das Rohgas, die Reststoffe der Pyrolyse und der Wasserdampf in einen zweiten Reaktor. Dieser Reaktor ist ein senkrecht stehender Zylinder mit einem horizontalen Rost im unteren Bereich. Die Reststoffe der Pyrolyse bilden ein Festbett auf dem Rost. Der Rost ist zur Begrenzung der Festbetthöhe beweglich. Oberhalb des Rostes wird dem Rohgas Luft zugegeben und unterhalb des Rostes werden das Produktgas und die Feststoffe abgezogen. Da im Reaktor eine partielle Oxidation stattfindet, werden hohe Temperaturen erreicht, so dass die langkettigen Teermoleküle größtenteils zerstört werden. Die Entstaubung des Gases erfolgt teilweise beim Durchströmen durch das Festbett und des Weiteren durch zusätzliche nachgeschaltete Einrichtungen.
Bei der bekannten Vorrichtung wird es jedoch als nachteilig angesehen, dass der bewegliche Rost sehr störanfällig ist. Auch ist es aufwändig, die entstehenden Feststoffe aus dem Reaktor zu entfernen. Letztlich ergeben sich Druckverluste im Gasstrom beim Durchströmen des Festbettes.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik besteht nunmehr die Aufgabe, eine neue Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse und/oder Haus- bzw. Gewerbemüll zu schaffen, bei der die Störanfälligkeit verringert ist und möglichst kein Druckverlust entsteht.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere dem Merkmal des Kennzeichenteils, wonach der zweite Reaktor als Zyklon ausgebildet ist und wonach die verbleibenden Feststoffe der Pyrolyse am unteren und das Pyrolysegas am oberen Ende des Zyklons abgezogen werden.
Der grundsätzliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Ausgestaltung des zweiten Reaktors als Zyklon die Möglichkeit schafft, im zweiten Reaktor eine Trennung von Feststoffstrom und Gasstrom zu erreichen. Dadurch ist es auch möglich, auf einen störanfälligen beweglichen Rost im zweiten Reaktor zu verzichten.
Darüber hinaus wird durch den speziellen Strömungsverlauf in einem Zyklon einerseits eine Abtrennung der Feststoffpartikel aus dem Gasstrom erreicht und andererseits die Verweildauer vergrößert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der als Zyklon ausgebildete zweite Reaktor durch den Schneckenförderer über einen Auslaufschacht und einen zusätzlich mit einem geringen Förderquerschnitt versehenen Schneckenförderer beschickt.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine zuverlässige, störungsfreie Zuführung der aus dem Schneckenreaktor transportierten Reststoffe sowie des Pyrolysegases in den Zyklon möglich wird, ohne dass die Strömungsverhältnisse im Zyklon relevant gestört werden. Die Einleitung insbesondere des Pyrolysegases erfolgt dabei tangential.
Des Weiteren weist eine besonders bevorzugte Ausführungsform eine unterstöchiometrische Zugabe von Luft im Bereich des zusätzlichen Schneckenförderers auf. Durch diese Zugabe von Luft im Schneckenförderer wird bereits die partielle Oxidation frühzeitig begonnen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus dem nachfolgenden Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
In der Fig. ist eine mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse gezeigt.
Eine derartige Vorrichtung weist zunächst einen ersten Reaktor 11 auf, der mit einem Schneckenförderer 12 versehen ist. Um den ersten Reaktor 11 herum ist eine Heizvorrichtung 13 angeordnet. Der erste Reaktor 11 ist mit einem Fülltrichter 14 versehen, über den vorzugsweise Holzhackschnitzel H dem ersten Reaktor 11 zugeführt werden. Die Zuführung der Holzhackschnitzel H erfolgt auf nicht dargestellte Weise über eine Fördereinrichtung und Zellenradschleuse. Am Ende des Schneckenförderers 12 ist ein Auslaufschacht 15 vorgesehen, der in einen zusätzlichen Schneckenförderer 16 mündet. Der Schneckenförderer 16 wiederum ist an einen Zyklon 17 angeschlossen, auf dessen Funktion nachfolgend noch eingegangen wird. Der Zyklon 17 weist an seinem unteren Ende eine Austragsöffnung 18 für Feststoffe auf, welche in einer gekühlten Förderschnecke 19 endet. Im oberen Bereich des Zyklons 17 ist ein zentrales Steigrohr 20 angeordnet, in welchem das Pyrolysegas in Richtung eines nicht dargestellten Gasmotors geleitet wird.
Der Betrieb der Vorrichtung 10 erfolgt nun auf folgende Weise. Die Holzhackschnitzel H werden zunächst über den Fülltrichter 14 des Schneckenförderers 12 im ersten Reaktor 11 zugeführt. Der Reaktor 11 weist einen Durchmesser von ca. 80 cm auf. Dort werden die Holzhackschnitzel H von der Heizeinrichtung 13 auf Temperaturen bis zu 550°C erwärmt. Hierbei kommt es innerhalb einer Verweildauer von ca. 1,5 Stunden während des Transportes innerhalb des Reaktors 11 unter Luftabschluss zur Bildung von Pyrolysegas und koksartigen Feststoffen. Dann werden die verbleibenden Feststoffe F über den Auslaufschacht 15 mit Hilfe der Schwerkraft in den zusätzlichen Schneckenförderer 16 transportiert. Während der gesamten Verweildauer von 1,5 Stunden wird selbstverständlich das jeweils entstehende Pyrolysegas ständig über den Auslaufschacht 15 und den zusätzlichen Schneckenförderer 16 dem Zyklon 17 zugeführt.
Wichtig ist der Umstand, dass im Bereich des zusätzlichen Schneckenförderers 16 – dem Auslaufschacht vorgeordnet – eine unterstöchiometrische Luftzugabe L erfolgt.
Mit Hilfe des zusätzlichen Schneckenförderers 16, der nur einen Durchmesser von ca. 6 cm aufweist, werden einerseits das Pyrolysegas-/Luftgemisch und andererseits die Feststoffe F kontrolliert dem Zyklon 17 zugeführt. Die Einleitung des Pyrolysegas-/Luftgemisches erfolgt tangential, so dass sich im Zyklon 17 eine spiralförmige Strömung in Schwerkraftrichtung entwickelt, wobei durch die Fliehkraft ein großer Teil der Feststoffpartikel vom Pyrolysegas-/Luftgemisch getrennt werden und an der Innenumfangsfläche des Zyklons 17 sich in Schwerkraftrichtung zur Austragsöffnung 18 bewegen.
Durch die im zusätzlichen Schneckenförderer 16 durch unterstöchiometrische Zugabe von Luft sich ergebende partielle Oxidation steigt im Zyklon 17 die Temperatur auf ca. 1.150°C, wodurch auch die langkettigen Teermoleküle aufgespalten (gecrackt) werden und somit zusätzliches Gas entsteht. Nachdem das mit Feststoffpartikeln versehene Pyrolyse-/Luftgemisch sich spiralförmig an der Innenumfangswandung des Zyklons 17 in Richtung Austragsöffnung 18 bewegt hat, ergibt sich des Weiteren im Zentrum des Zyklons 17 ein von den Staubpartikeln weitgehend gereinigter Sekundärstrom, der vom Steigrohr 20 aufgenommen wird und in Richtung des nicht dargestellten Gasmotors transportiert wird.
Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass das im Zyklon 17 vorgereinigte Pyrolysegas P auf ebenfalls nicht dargestellte Weise anschließend in einem ersten Wärmetauscher von ca. 800°C auf 650°C abgekühlt wird. Anschließend wird das Pyrolysegas P mit Wasser gequenscht, das heißt, es wird Wassernebel in den Gasstrom eingespritzt, wodurch die Temperatur auf ca. 200°C herabgesetzt wird.
Letztlich wird in einem Filter der Feinstaub abgeschieden und in einem weiteren Wärmetauscher das Gas auf nahezu Umgebungstemperatur abgekühlt und dann dem Gasmotor zugeführt. Die im Gasmotor entstehende elektrische Energie wird ins Versorgungsnetz eingespeist. Die ebenfalls entstehende Wärme dient letztlich der Beheizung des ersten Reaktors.

Claims

Vorrichtung zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse, insbesondere Holz und Klärschlamm und/oder Haus- bzw. Gewerbemüll, im Wesentlichen bestehend aus einem Schneckenreaktor, in dem die vorgenannten Stoffe unter Luftausschluss getrocknet und pyrolysiert werden, und einem zweiten Reaktor, in welchem eine partielle Oxidation durch unterstöchiometrische Zugabe von Luft und eine Aufspaltung der langkettigen Teermoleküle stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reaktor als Zyklon (17) ausgebildet ist und dass die verbleibenden Feststoffe (F) der Pyrolyse am unteren und das Pyrolsegas (P) am oberen Ende des Zyklons abgezogen (17) werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Zyklon (17) ausgebildete zweite Reaktor durch den Schneckenförderer (12) über einen Auslaufschacht (18) und einen zusätzlichen, mit einem geringen Förderquerschnitt versehenen Schneckenförderer (16) beschickt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zusätzlichen Schneckenförderers (16) die unterstöchiometrische Zugabe von Luft (L) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten als Zyklon (17) ausgebildeten Reaktor ein Gasmotor nachgeordnet ist, mit dem elektrische Energie und Wärme erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Zyklons (17) ein gekühlter Schneckenförderer (19) angeordnet ist, der die im Zyklon (17) anfallende Asche aufnimmt.