DE3323675A1 - Einrichtung zur karbonisierung, vergasung, biooel-gewinnung und synthesegas-gewinnung - Google Patents

Einrichtung zur karbonisierung, vergasung, biooel-gewinnung und synthesegas-gewinnung

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Description

Richard Janesch:"Einrichtung zu*,K&rboK±si"ejhun^j(./.*l]!: /27.06.1983
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Karbonisierung, Vergasung, Bioöl-Gewinnung und Synthesegas-Gewinnung aus staubförmiger bis stückiger Biomasse (Ernte-Abfälle aller Art, Holzabfälle, Kohle, Meeresalgen, Torf usw.) in einem zylindrischen Behälter mit Rührwerks-Einsatz und ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.
Ähnliche Vergasungs-Einrichtungen (allerdings ohne Rührwerks-Einsatz und ohne Eintrags-Förderschnecke) sind in großem Umfang in der Zeit vor und während des letzten Weltkrieges in Nutzfahrzeugen eingesetzt worden (sog. Holzvergaser-Fahrzeuge).
Die Entwicklung dieser Holzvergaser wird seit einiger Zeit wieder intensiv weiterbetrieben, vor allem als Folge der weltweit anhaltenden Verteuerung der flüssigen Kraftstoffe.
Diese Vergaser hatten in der Vergangenheit und haben zum größten Teil auch beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung den erheblichen Nachteil, daß nur stückiges Holz (etwa von der Größe einer Streichholzschachtel) eingesetzt werden kann, aus dem dann sog. Generatorgas gewonnen wird,
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, mit der erstens verschiedene Arten von Biomassen bei verschiedenen Korngrößen verarbeitet werden können und zweitens mit der man nicht nur Generatorgas, sondern bei Bedarf auch Holzkohle, Bioöl oder Synthesegas produzieren kann.
Richard Janesch: "Einrichtung zur Karbonisierungj, ·.«!',/27·06· 1983
Die Erfindung geht von einer Einrichtung zum Karbonisieren, Vergasen, Bioöl-Gewinnung und Synthesegas-Gewinnung aus Biomassen in einem zylindrischen Behälter mit Herdeinsatz und Austragsbecken aus; der Herdeinsatz und das Austragsbecken sind hierbei koaxial zum zylindrischen Behälter angeordnet.
Die vorliegende Erfindung kennzeichnet sich dadurch aus, daß die Rotorwelle des Rührwerkes natriumgekühlt und hohl ist; am Außenmantel vorgewärmte Luft wird über ein Verbindungsrohr dieser Hohlwelle zugeführt und an die Luftverteilungsrohre des Rotors weitergeleitet. Die Erfindung kennzeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß der Rotor am unteren Ende schräggestellte Austragsschaufeln aufweist sowie dadurch, daß die Asche bzw. Holzkohle am unteren Ende des zylindrischen Behälters über ein Austragsbecken einem Sammelkonus zugeführt wird.
Besonderes Merkmal der Erfindung ist außerdem die Tatsache, daß der Antrieb des Rotors von oben erfolgt und stufenlos regelbar ist; im Hinblick darauf ist hier zu bemerken, daß die Einrichtung nach dem Prinzip der absteigenden Vergasung arbeitet.
Die Erfindung ist in folgenden Abbildungen dargestellt:
Fig. 1: ein Längsschnitt durch die Einrichtung
Fig. 2: Draufsicht der Einrichtung
51g. 3' Querschnitt durch den Rotor
Flg. k'· Teilansicht des Rotors
'Ji'S1
Richard Janesch: "Einrichtung zur Karbonisierung. »-<■ ι· /27.06.1983
Die Einrichtung besteht aus Sammelkonus (12), der am unte ren Ende des zylindrischen Behälters angebracht ist und der 3 gleichmäßig am Umfang verteilte Stützkonsolen für das Austragsbecken (11) aufnimmt sowie aus dem eigentlichen zylindrischen Behälter (18), an dessen Außenwand das wendeiförmige Leitblech (7) für die Luftvorwärmung vorgesehen ist. Der obere Teil des Behälters (18) nimmt die Eintrags-Förderschnecke (10) und die Gassammelleitung (16) auf, am Behälterkopf ist der Antrieb und die Lagerung des Rotors (2) sowie eine Verpuffungsklappe angebracht.
Im Folgenden wird der Prozessablauf der Einrichtung im allgemeinen und für den Betrieb bei verschiedenen Endprodukten im besonderen beschrieben»
Wie bereits erwähnt, erfolgt der Eintrag der Biomasse mit Hilfe der Förderschnecke (10). Die Feuchte des Materials kann maximal 30% (bez. auf atro) betragen, an die Körnung werden keine sonderlichen Anforderungen gestellt - jedoch sollten die größten Stücke nicht wesentlich größer als eine Streichholzschachtel sein. Als Pufferzone für den kontinuierlichen Biomassen-Eintrag dient der Biomasse-Aufnahmekonus (20). Für den Start wird zunächst die Verpuffungsklappe im Kopf des Behälters (die gleichzeitig als Öffnung zum Zünden dient) geöffnet und soviel Biomasse eingefüllt, daß der Herdeinsatz (17) bis zur Hälfte gefüllt ist. Die Verpuffungsklappe wird, nachdem das Material gezündet worden ist, geschlossen und das Gaa-Sauggebläse (in den Fig.! bis if nicht dargestellt, da es nicht unmittelbar zur Einrichtung gehört) eingeschaltet. Nach Erreichen einer Herdtemperatur von ca. 5000C wird die Biomassen-Förderschnecke eingeschaltet.
Richard Janesch:"Einrichtung zur Karbonis;lstrung*,-.,"- /27.06.1983
Die Reaktionstemperatur wird mittels Änderung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses gesteuert, d.h. es ist die Stellung der Luft-Regelklappe (19) oder die Drehzahl der Biomassen-Förderschnecke zu ändern» Das erzeugte Gas umspült beim Aufsteigen zur Sammelleitung (16) die Innenwand des zylindrischen Behälters (18) und gibt einen erheblichen Anteil der Wärme an die Vergasungsluft, die über das wendeiförmige Leitblech (7) zunächst in die Sammelkammer (15) und dann über die Hohlwelle (3) des Rotors (2) den Luftverteilungsrohren (9) zugeleitet wird. Die Luftmenge wird, wie bereits erwähnt, mittels der Regelklappe (19) reguliert.
Die Natriumfüllung des Rotors dient dazu, die thermisch hoch belasteten Rotorteile zu kühlen. Das verdampfende Natrium nimmt die diesen Rotorteilen (vorwiegend im Bereich der Herdzone) zugeführte Wärme auf und steigt nach oben, wo es von der durch die Hohlwelle des Rotors absteigenden Luft gekühlt wird, kondensiert und wieder zurückfällt. Dieses Kühlverfahren hat zwei wesentliche Vorteile: zum einen wird durch das verdampfende Natrium ein sehr intensiver Wärmeübergang gewährleistet (was für eine partielle effektive Kühlung sehr wichtig ist), zum andern geht diese Wärme nicht verloren, sie wird vielmehr an die Vergasungsluft abgegeben und direkt in die Reaktionszone zurückgeführt.
Die Reaktionszone läßt sich in 3 grundlegende Bereiche aufteilen: a) den Schwelbereich - hier kommt es zu ersten
leichten Reaktionen mit dem Sauerstoff, b) den Oxydationsbereich - hier findet die eigentliche Teilverbrennung statt (etwa Bereich des Herdeinsatzes (17))»
ORIGINAL INSPECTED
Hi chard Janesch: "Einrichtung zur Karbonisisrung. *-,-'* /27.06.1983
c) den Reduktionsbereich - der Kohlenstoff der erzeugten Holzkohle reagiert mit dem im Gas vorhandenen CCU» es entsteht ein erhöhter An teil an CO, der CX)2-Anteil nimmt dabei ab (der Reduktionsbereich der vorliegenden Einrichtung befindet sich in der Zone der Austragsschaufeln (8), bzw. des Austragsbeckens(11).
Die Austragsschaufeln (8) sind schräggestellt (Pig. W) und dienen dazu die Asche bzw. Holzkohle aus dem Austragsbecken(11) in den Sammelkonus (12) zu transportieren. Die Austragsgeschwindigkeit wird hierbei über die Drehzahl des Rotors gesteuert.
Wie bereits beschrieben, liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, aus verschiedenen Biomasse-Arten unterschiedliche Endprodukte zu erzeugen. Im Folgenden werden die entsprechenden Betriebsarten (also Karbonisierung, Vergasung, Bioöl-Gewinnung und Synthesegas-Gewinnung) erläutert.
a) Karbonisierung
Wie der Name dieses Prozesses schon andeutet, wird hier als Endprodukt ein Maximum an Kohlenstoff (bzw. Holzkohle) angestrebt.
Die Betriebstemperatur im Herdeinsatz(Oxidationszone) beträgt hierbei 8000C. Diese relativ hohe Temperatur hat den Vorteil, daß das als Nebenprodukt anfallende Generatorgas nur geringe Anteile an Verunreinigungen mit sich führt und somit ohne größere Reinigungsprozeduren z.B. in einer Brennkraftmaschine zur Stromerzeugung verwendet werden kann«
BAD ORIGINAL
Richard Janesch:"Einrichtung zur KarboniEi&rung-.r·" /27.06.1983
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Die Temperatur wird über Regelung der Vergasungsluftmenge gesteuert; die maximale Holzkohle-Produktion wird über Optimierung der Austragsgeschwindigkeit im Austragsbecken (also Regelung der Rotordrehzahl) erzielt. Teillastbetrieb ist hierbei kein Problem, da lediglich die Eintragsgeschwindigkeit der Biomasse zu regeln und die Luftmenge entsprechend anzupassen ist (Regelklappe (19) in Pig. T).
b) Vergasung
Die Betriebstemperatur des reinen Vergasungsprozesses beträgt 10000C; Endprodukte sind von Verunreinigungen völlig freies Generatorgas und Asche. Regelung und Teillastverhalten erfolgt wie beim Karbonisierungsprozess; die Rotorgeschwindigkeit ist hierbei soweit zu drosseln, bis im Sammelkonus (12) nur Asche ohne Holzkohle-Anteile anfällt.
c) Bioö'l-Gewinnung
Dieser Prozess läuft bei einer Betriebstemperatur von 6000C ab; Endprodukte sind hierbei Bioöl, relativ stark verteertes Generatorgas (Verwendung z.· B. für Heizzwekke) und Holzkohle. Das Bioöl wird aus dem erzeugten Gas in einem speziellen Kuhler herauskondensiert. Regelung und Teillastverhalten wie beim Karbonisierungsprozess.
ORIGINAL INSPECTED
Richard Janesch:"Einrichtung zur !Carbonisierung;,·-.-": /27.06· 1983
d) Synthesegas-Gewinnung
Der Prozess zur Synthesegas-Produktion läuft ebenfalls bei einer Betriebstemperatur von 10000C ab. Anstelle von Luft wird hierbei Sauerstoff eingesetzt. Endprodukte sind Synthesegas und Asche. Das zunächst sehr COp-haltige erzeugte Gas wird nach der Kühlung in einem speziellen COp-Wäscher nachbehandelt, wodurch Synthesegas-Qualität erzielt wird.
Die Regelung erfolgt wie beim Vergasungsprozess; Teillastverhalten ist hier ebenfalls problemlos.
Richard Janesch:"Einrichtung' zur Karbonisierung..." /27.06.1983
Verzeichnis der Bezugsnummern (RLg, 1 bis k)
1 Antrieb mit stufenloser Drehzahlregelung
2 Rotor
3 Hohlwelle des Rotors
k Reaktionsherd
5 äußere Ringkammer der Hohlwelle
. 6 Natrium-Füllung
7 wendeiförmiges Leitblech zur Luftvorwärmung
. 8 Keramikschaufeln des Rotors
9 Luftverteilungsrohre
10 Biomassen-Eintragsschnecke
11 Austragsbecken für Holzkohle bzw. Asche
12 Sammelkonus für Holzkohle bzw. Asche
13 Austragungszone für Holzkohle bzw. Asche 1 if Verbindungsrohr für die vorgewärmte Luft
15 Sammelkammer für die vorgewärmte Luft
16 Gassammelleitung
17 Herdeinsatz
18 zylindrischer Behälter
19 Regelklappe zur Luftmengen-Steuerung
20 Biomasse-Aufnahmekonus

Claims (6)

Richard Janesch:"Einrichtung zur !Carbonisierung. ._,."„ /27.06.1983
1. Einrichtung zur Karbonisierung, Vergasung, Bioöl-Gewinnung und Synthesegas-Gewinnung aus staubförmiger bis stückiger Biomasse in einem zylindrischen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte, konzentrisch zum Behälter angebrachte Rotor (2), über dessen Hohlwelle (3) vorgewärmte Luft (bzw. Sauerstoff im Fall von Synthesegas-Gewinnung) in den Reaktionsherd (i+) geleitet wird, das Biomassen-Bett durchmischt, für eine gleichmäßige Temperatur-Verteilung des Bettes in den Rotationsebenen der Reaktionszone sorgt und die Austragung der Holzkohle bzw. der Asche vornimmt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) als Doppelmantel-Rotor ausgeführt ist, dessen äußere Ringkammer (5) hermetisch dicht und im Bereich der Reaktionszone mit Natrium gefüllt ist (6), sowie dadurch, daß der Rotor seitliche Luftverteilungsrohre (9) besitzt,
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) in der Holzkohle- bzw. Asche-Austragungszone (13) mit schräggestellten Austragsschaufeln (8) bestückt ist.
Zf. Einrichtung zur Luftvorwärmung an der Außenwand des zylindrischen Behälters. Sie besteht aus wendelförmig an der Außenwand angebrachtem Leitblech (7), wodurch die Vergasungsluft bei relativ hoher Geschwindigkeit die gesamte Zylinderwand bespült und somit ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.
5. Stufenlose Drehzahlregelung (1) des Rotor-Antriebes
Richard Janesch: "Einrichtung zur Karbqnijeierung^«·" /27.06.1983
6. Einrichtung zur Austragung von Holzkohle bzw. Asche bestehend aus Austragungsbecken (11) und Sammelkonus (12),
7· Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beginn des Vergasungsvorganges durch Variation der Rotor-Drehzahl und der Luftzufuhr die Vergasungstemperatur und die Verweilzeit der Biomasse in der Reaktionszone gesteuert werden kann. Dadurch kann je nach Bedarf ein Maximum an Holzkohle, Generatorgas oder Bioöl produziert werden. Die zur Vergasungsreaktion benötigte Luft wird nach dem Vorwärm-Vorgang (Anspruch Zf auf Bl. 1) über ein Verbindungsrohr (1Zf) und die Sammelkammer (15) in die Hohlwelle des Rotors (2) eingeleitet und über die Luftverteilungsrohre (9) der Reaktionszone (Zf) zugeführt.
Wird anstelle von Luft Sauerstoff eingesetzt, so kann mit der Einrichtung Synthesegas produziert werden.
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