DE202012005916U1

DE202012005916U1 - Vergaser- und Syntheseapparatur für Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen mit solarer und/oder regenerativer Energiespeisung

Info

Publication number: DE202012005916U1
Application number: DE202012005916U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-16
Filing date: 2012-06-16
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2022-06-17

Abstract

Anordnung zur Vergasung, Pyrolyse, Synthese und/oder verwandter chemischer Prozesse von Kohlenstoff und/oder Kohlenstoffverbindungen und/oder anderer chemischer Stoffe zur Veränderung und/oder Umwandlung in energiereichere oder in sonstiger Form vorteilhafte chemische Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung eines Vergaserrektors so gestaltet ist, dass die prozessnotwendige Energie aus Anordnungen der regenerativen Energietechnik, insbesondere aus Solarenergie stammt und/oder der Reaktor direkt im Brennpunkt von Parabolspiegeln oder Parabolrinnen angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zu beschreiben, die in besonders vorteilhafter Weise die Vergasung von insbesondere Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen, wie Holz, Kohle, Ölsande, Bioreststoffe und ähnlichen Rohstoffen oder kontaminierten Reststoffen, ermöglicht, weil die Zuführung der prozessnotwendigen Energie aus einer Solaranordnung erfolgt, wodurch eine Nutzung dieser preiswerten Energie besteht.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung von Synthesegas mit besonderer Reinheit durch die Zugabe von förderlichen Gasen und chemischen Stoffen an vorteilhaften Orten der Anordnung zur optimalen Verfahrensgestaltung der Vergasung, Pyrolyse und Synthese. Dabei kann auch eine Elektrolyse zur Gaserzeugung, oder eine Lichtbogenverdampfung zur Erzeugung besonderen Eigenschaften in der Anordnung integriert oder extern gekoppelt sein. Die Anordnung kann zur Erzeugung prozessrelevanter Vorgänge und Gleichgewichte als Druckgefäß gestaltet oder segmentiert sein.
Die Zuführung der notwendigen Prozesswärme ist besonders vorteilhafter Weise so gestaltet, dass sie hauptsächlich aus einer solaren Anordnung erfolgen kann, die solare Energie aufnimmt, konzentriert und optimal einem Reaktor zuführt, in dem die Vergaser- und Syntheseapparatur angeordnet ist. Prozessbedingte Zusatzenergien, wie Strom und Hilfsenergien werden zusätzlich bereitgestellt oder durch tangierende solare Verfahren, wie Photovoltaik, Wind oder Biogas, erzeugt.
Die Erfindung ermöglicht durch die Umwandlung solarer Energie in chemische Energie eine Speicherung dieser Energie in vorteilhafter Form zu gestalten. Die optimale Verfahrensgestaltung der Vergasung, Pyrolyse und Synthese kann in kompakter Form in einem Reaktor oder segmentiert in verfahrenstechnisch optimierten Teilapparaten erfolgen.
Stand der Technik
Vergaser- und Syntheseapparaturen für Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen, Kohleverflüssigung, Holzvergasung, Pyrolyse und die Verwendung von Synthesegasen zur Herstellung langgliedriger Kohlenstoffverbindungen sind in der Verfahrenstechnik bekannt.
Die Zuführung der Prozesswärme für diese Vergaser- und Syntheseapparaturen erfolgt durch teure externe Energiequellen oder durch interne exotherme Vorgänge wobei in nachteiliger Form meistens der Grundstoff Kohlenstoff oxidiert wird, was den Wirkungsgrad und die Synthesegasqualität verschlechtert.
(Auswahl: DE 3239624 C2 , DE 4413668 A1 , DE 4437012 A1 )
Die verfahrenstechnische Beschreibungen nennen Festbett- und Wirbelschichtvergaser und Anordnungen zur Herstellung von Synthesegas und zur Synthetisierung langgliedriger Kohlenstoffverbindungen, welche aufgrund der nötigen teuren Prozesswärmezufuhr aufwendig und teuer optimiert und mit teuren Teilanlagen versehen werden müssen, um eine wirtschaftliche Gestaltung zu ermöglichen.
(Auswahl: DE 10030778 A1 , DE 10226862 B3 , DE 19536383 A1 )
Aufgabenstellung
In der erfindungsgemäßen Anordnung soll die Aufgaben der preiswerten Vergasung von Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen, wie Holz, Kohle, Ölsande, Bioreststoffe und ähnlichen Rohstoffen oder kontaminierter Reststoffe dadurch gelöst werden, dass die Vergaser- und Syntheseanordnung so gestaltet ist, dass sie hauptsächlich aus einer solaren Anordnung preiswerte Energie aufnimmt. In der solaren Anordnung wird die Energie durch Konzentration auf ein hohes Temperaturniveau gebracht und in optimaler Form einem Reaktor zuführt.
Weiterhin soll die Erfindung für die Herstellung von Synthesegas mit besonderer Reinheit durch die Zugabe von förderlichen Gasen und chemischen Stoffen an vorteilhaften Orten der Anordnung zur optimalen Verfahrensgestaltung der Vergasung, Pyrolyse und Synthese ausgelegt sein.
Weiterhin soll auch eine Elektrolyse zur Gaserzeugung, oder eine Lichtbogenverdampfung zur Erzeugung besonderen Eigenschaften in der Anordnung integriert oder extern gekoppelt werden können. Die Anordnung soll zur Erzeugung prozessrelevanter Vorgänge und Gleichgewichte als Druckgefäß gestaltet oder segmentiert sein können.
Die Erfindung soll durch die Umwandlung solarer Energie in chemische Energie auch eine Speicherung dieser Energie in industriell vorteilhafter Form und wirtschaftlich günstiger Form zu Verfügung stellen.
Erfindungsgemäße Lösung
Die beschriebenen Aufgabenstellungen werden durch Vorrichtungen des Anspruches 1–8 in erfindungsgemäßer Weise gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten und optionale Gestaltungen können aber auch einzeln Bereiche der Aufgabenstellung unabhängig lösen und einzeln unabhängig Anwendung finden (1).
In der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Anordnung beschrieben, die in besonders vorteilhafter, preiswerter Weise die Vergasung von Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen, wie Holz, Kohle, Ölsande, Bioreststoffe und ähnlichen Rohstoffen oder kontaminierten Reststoffen, ermöglicht, weil die Zuführung der prozessnotwendigen Energie aus einer Solaranordnung erfolgt.
Die Zuführung der prozessnotwendigen Energie aus einer Solaranordnung erfolgt über Wärmeträger und/oder durch die direkte Platzierung der Anordnung in konzentrierenden Solaranordnungen wie Parabolspiegeln oder Parabolrinnen.
In der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Anordnung beschrieben, welche insbesondere unter Luftabschluss eine besondere Reinheit des erzeugten Gases aufweist. Durch die Zugabe von förderlichen Gasen und verwendungstechnisch optimierten chemischen Stoffen an besonders zugeordneten Anschlüssen der Anordnung werden besondere Eigenschaften in der Qualität und der Beschaffenheit des Synthesegases erreicht.
Zur Erzeugung besondere Eigenschaften in der Qualität und der Beschaffenheit des Synthesegases kann eine Elektrolyse zur Gaserzeugung oder Reaktionsgaserzeugung in der Anordnung integriert oder extern gekoppelt sein. Auch eine Lichtbogenverdampfung oder sonstige Hochtemperaturverfahren können zur Erzeugung besonderen Eigenschaften Anwendung finden.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung als Druckgefäß gestaltet oder segmentiert sein. Die Erzeugung prozessrelevanter vorteilhafter Druckverhältnisse und daraus resultierender chemischer Gleichgewichte bewirkt eine Verbesserung der Ausbeute an Synthesegas oder anderen chemischen Stoffen.
Die für die chemischen Reaktionen notwendigen Prozesswärme wird hauptsächlich in solaren Anordnungen erzeugt, die solare Energie aufnehmen, konzentrieren und optimal einem Reaktor zuführen, in dem die Vergaser- und Syntheseapparatur angeordnet ist. Prozessbedingte Zusatzenergien, wie Strom und Hilfsenergien werden zusätzlich bereitgestellt oder durch tangierende solare Verfahren, wie Photovoltaik, Wind oder Biogas, erzeugt.
Eine Speicherung solarer Energie besteht durch die chemische Umwandlung von Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen oder anderen Reaktionsträgern in chemische Verbindungen, welche einen höheren Energieinhalt besitzen.
Zur vorteilhaften, optimalen Verfahrensgestaltung kann eine Vergasung, Pyrolyse und Synthese in kompakter Form in einem Reaktor oder segmentiert in verfahrenstechnisch optimierten Teilapparaten erfolgen.
Ausführungsbeispiel
Im gewählten Ausführungsbeispiel ist eine Vergasung von Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen insbesondere aus Ölsanden, Roh- und Reststoffen beschrieben.
Die Anordnung gewährleistet neben der reinen Vergasung der Stoffe auch die Beeinflussung der Eigenschaften der erzeugten Gase zur Synthesegaserzeugung und die Möglichkeit zur Produktion anderer chemischen Produkte.
Die Anordnung besteht aus einen Vergaserreaktor, der im Brennpunkt einer Solar Parabolrinne angeordnet ist, welche dem Sonnenstand optimal nachgeführt ist. Durch die Konzentration der Solarenergie werden hohe Reaktionstemperaturen im Innenraum des Vergaserreaktors erreicht. Hinter der Rückseite des Vergaserreaktors ist ein gebogener Spiegel angeordnet, welcher die vorbeistrahlende Solarenergie umgreifend von hinten dem Reaktor zuführt und eine umfassende Beheizung gewährleistet.
Der Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen insbesondere aus Ölsanden, Roh- und Reststoffen werden zyklisch oder kontinuierlich dem insbesondere röhrenförmigen Vergaserreaktor zugeführt und Reststoffe abgeführt und bei vorteilhafter Ausgestaltung unter günstigen Reaktionsdruck gehalten. Durch die Erzeugung prozessrelevanter vorteilhafter Druckverhältnisse und daraus resultierender chemischer Gleichgewichte ist eine Verbesserung der Ausbeute an Synthesegas oder anderen chemischen Stoffen erwirkt.
Der chemische Vorgang, welcher in dieser Anordnung zur Reaktion gebracht wird ist vielfältig und kann sich zwischen einfacher Vergasung und Pyrolyse bis zur gesteuerten Synthese bewegen, je nachdem wie die Parameter eingestellt sind und ob der Reaktor einfach als Röhrenkörper oder segmentiert für verschiedene chemische Phasen ausgeführt ist.
In der gewählten Anordnung wird ein Vergaserreaktor beschrieben, welcher insbesondere unter Luftabschluss eine besondere Reinheit des erzeugten Gases aufweist. Durch die Zugabe von förderlichen Gasen, wie Wasserstoff oder Sauerstoff aus einer Elektrolyse, die sich intern oder extern befinden kann und in günstiger Weise energiesparend durch eine Photovoltaikspeisung betrieben wird, können zusätzliche Reaktionsgase zur Steuerung der Synthesegaszusammensetzung verwendet werden. Andere Gase oder chemische Stoffe wie Wasserdampf, zur Beeinflussung der Eigenschaften des Gases können an ausgewählten Punkten dem Reaktor zugeführt werden.
In der gewählten Anordnung kann im Vergaserreaktor auch eine zusätzliche Heizung oder Lichtbogenverdampfung zur Beeinflussung der Produkteigenschaften erfolgen.
In der gewählten Anordnung kann der Vergaserreaktor auch derart segmentiert sein, dass die Synthese chemischer Stoffe durch die Prozesseigenschaften in geeigneten Segmenten oder Katalysatoren ermöglicht ist.
Die Energiezufuhr zu chemisch energieärmeren Stoffen zur Umwandlung in energiereichere Stoffe gestaltet die Möglichkeit die zugeführte, insbesondere solare Energie, in Form des energiereicheren Stoffes zu speichern.
In besonders vorteilhafter Form wird diesem Anliegen in dieser Anordnung entsprochen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3239624 C2 [0006]
DE 4413668 A1 [0006]
DE 4437012 A1 [0006]
DE 10030778 A1 [0007]
DE 10226862 B3 [0007]
DE 19536383 A1 [0007]

Claims

Anordnung zur Vergasung, Pyrolyse, Synthese und/oder verwandter chemischer Prozesse von Kohlenstoff und/oder Kohlenstoffverbindungen und/oder anderer chemischer Stoffe zur Veränderung und/oder Umwandlung in energiereichere oder in sonstiger Form vorteilhafte chemische Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung eines Vergaserrektors so gestaltet ist, dass die prozessnotwendige Energie aus Anordnungen der regenerativen Energietechnik, insbesondere aus Solarenergie stammt und/oder der Reaktor direkt im Brennpunkt von Parabolspiegeln oder Parabolrinnen angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur chemischen Veränderung, wie Vergasung, Pyrolyse und Synthese vielfältiger Kohlenstoffverbindungen, wie Holz, Kohle, Ölsande, Bioreststoffe und ähnlichen Rohstoffen oder kontaminierten Reststoffen bestimmt ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung geschlossen gegen das Eindringen schädlicher Stoffe wie Luft oder Verunreinigungen ausgeführt ist, so das sie zur Herstellung von Gasen und Chemikalien mit besonderer Reinheit geeignet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit Zuführungen für förderliche Gase und/oder chemischer Stoffe derart ausgestattet ist, dass an vorteilhaften Orten der Anordnung die Zuführung derart erfolgt, dass eine optimale Verfahrensgestaltung für die verschiedenen möglichen Prozesse der Vergasung, Pyrolyse, Synthese oder sonstige Umwandlung besteht.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Anordnung und/oder direkt im Reaktor eine Elektrolyse zur speziellen Zusatzgaserzeugung, und/oder eine Lichtbogenverdampfung zur Erzeugung besonderen Eigenschaften integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor der Anordnung als Druckgefäß gestaltet ist und/oder der Art segmentiert ist, dass prozessrelevante Vorgänge begünstigt und/oder chemische Gleichgewichte in vorteilhafter Weise eingestellt sind.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Speicherung solarer Energie durch Umwandlung solarer Energie in chemische Energie derart bestimmt ist, dass der Energieinhalt der chemischen Stoffe, Gase und Verbindungen durch die Prozesse in der Anordnung durch eine Erhöhung gekennzeichnet ist.