DE3820913A1 - Verfahren zum schwelen von holz zur erzeugung von holzkohle - Google Patents
Verfahren zum schwelen von holz zur erzeugung von holzkohleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahlen zum Schwelen von Holz
im Wanderbett in einem von heißem Spülgas durchströmten
Schachtreaktor zum Erzeugen von Holzkohle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwelung
wirtschaftlich und möglichst umweltschonend durchzuführen.
Erfindungsgemäß erreicht man dies dadurch, daß man am
oberen Ende des Schachtreaktors ein Schwelgase und
Schweldämpfe enthaltendes Abgas abzieht und direkt in eine
Brennkammer leitet, daß man in einem ersten Abschnitt der
Brennkammer das Abgas mit Luft in unterstöchiometrischem
bis stöchiometrischem Verhältnis bei Temperaturen von 800
bis 1250°C verbrennt, aus dem ersten Abschnitt einen Teil
des Verbrennungsgases abzieht, auf Temperaturen von etwa
450 bis 900°C kühlt und als Spülgas in den Schachtreaktor
leitet, und daß man in einem zweiten Abschnitt der
Brennkammer unter Luftzufuhr in überstöchiometrischer
Menge das Abgas vollständig verbrennt. Das aus dem
Schachtreaktor oben abgezogene Abgas wird ohne Kühlung und
unter Vermeidung der Kondensatbildung in die Brennkammer
geleitet.
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit
Hilfe der Zeichnung erläutert.
Das zu schwelende stückige Holz, das einen
Feuchtigkeitsgehalt von üblicherweise 15 bis 30 Gew.-% und
darüber aufweist, kommt aus dem Vorratsbunker (1) und
gelangt durch die Leitung (2) in den Schachtreaktor (3),
der nachfolgend auch als Schwelreaktor bezeichnet wird. Im
Reaktor bildet das Holz eine Schüttung oder ein
Wanderbett, das sich langsam nach unten bewegt. Die
Schwelung erfolgt im direkten Kontakt mit heißen
Spülgasen, die aus der Leitung (4) kommen und mit
Temperaturen von 450 bis 900°C etwa in den mittleren
Bereich des Reaktors eingeleitet werden. Beim
Aufwärtsströmen der Spülgase wird das Holz geschwelt und
im obersten Bereich des Reaktors getrocknet. Das
entstehende Abgas, bestehend aus Spülgas, Schwelgas und
Schweldämpfen, zieht man am oberen Ende des Reaktors (3)
durch die Leitung (6) ab und leitet die Abgase in eine
Brennkammer (7). Zur Verhinderung von Kondensation in der
Leitung (6) kann es zweckmäßig sein, einen Teilstrom der
heißen Spülgase durch die Leitung (5) zuzugeben.
Die Brennkammer (7) weist zwei Abschnitte auf, in welcher
unterschiedliche Verbrennungsbedingungen herrschen. Dem
ersten Abschnitt (7 a) führt man durch die Leitung (8) Luft
im unterstöchiometrischem bis gerade stöchiometrischem
Verhältnis zu, so daß dort die Oxidation der brennbaren
Bestandteile nicht vollständig erfolgt und möglichst kein
oder kaum freier Sauerstoff in den Verbrennungsgasen
enthalten ist. Falls erforderlich, z.B. beim Anfahren,
wird durch die Leitung (10) Zusatzbrennstoff herangeführt.
Aus dem ersten Abschnitt (7 a) der Brennkammer zieht man
durch die Leitung (11) den für die Schwelung im
Reaktor (3) benötigten Teil der Verbrennungsgase mit
Temperaturen im Bereich von 800 bis 1250°C ab. Diese
Verbrennungsgase kann man je nach gewünschter Temperatur
durch einen Einspritzkühler (12) leiten, dem man durch die
Leitung (13) Wasser aufgibt. Neben Frischwasser kann hier
auch im Verfahren anfallendes Abwasser verwendet werden.
Je nach der gewünschten Wärmenutzung können die heißen
Verbrennungsgase der Leitung (11) auch indirekt durch
Vorwärmung der Verbrennungsluft der Leitungen (8) und (9)
auf die für die Schwelung erforderliche Temperatur gekühlt
werden.
Das gekühlte Verbrennungsgas, das einen Wasserdampfgehalt
von 40 bis 60 Vol.-% und je nach Einzelfall eine
Temperatur im Bereich von 450 bis 900°C aufweist, führt
man in der Leitung (4) dem Schwelreaktor (3) als Spülgas
zu.
In der Brennkammer (7) gelangen die restlichen Gase in den
zweiten Abschnitt (7 b) und werden dort mit Luft aus der
Leitung (9) vollständig, d.h. mit Sauerstoff-Überschuß,
verbrannt. Auf diese Weise werden störende Bestandteile
weitgehend beseitigt. Die Verbrennungsgase können deshalb
üblicherweise ohne weitere Behandlung in der Leitung (15)
abgezogen und durch den Kamin (16) in die Atmosphäre
geleitet werden. Es ist möglicherweise auch zweckmäßig,
die Verbrennungsluft der Leitungen (8) und (9) durch
indirekten Wärmeaustausch mit den Abgasen der Leitung (15)
vorzuwärmen, was in der Zeichnung aber nicht
berücksichtigt wurde.
Die im Schwelreaktor (3) erzeugte Holzkohle wird im
unteren Abschnitt des Reaktors gekühlt. Hierzu dient
Kühlgas, das man mit Temperaturen von etwa 30 bis 60°C in
der Leitung (16) zuführt, das im Wanderbett des
Reaktors (3) nach oben strömt, in der Leitung (17)
abgezogen wird und im Kreislauf durch einen
Naß-Gaskühler (18) und die Leitung (16) zurückgeführt
wird. Das Kühlwasser kommt aus der Leitung (19) und
verläßt den Kühler durch die Leitung (20).
Das Abwasser der Leitung (20) wird teilweise über einen
Rückkühler (22) auf die erforderliche Temperatur von etwa
20 bis 40°C gebracht und im Kreislauf zurück zum
Naß-Gaskühler (18) geführt. Frischwasser kommt aus der
Leitung (23). Einen Teilstrom des feststoffhaltigen
Abwassers kann man durch die Leitung (13) dem
Einspritzkühler (12) aufgeben.
In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrensführung
wird stückiges Eukalyptus-Holz mit einem
Feuchtigkeitsgehalt von 15 Gew.-% geschwelt und zu
Holzkohle mit durchschnittlich 92% fixem
Kohlenstoffanteil umgewandelt. Die maximale Temperatur im
Schwelreaktor (3) beträgt 650°C.
Die nachfolgenden Angaben beziehen sich auf 1 kg
Holztrockensubstanz im Holzeinsatz. Dem Reaktor (3) werden
durch die Leitung (4) 0,75 Nm3 (Nm3 = m3 im
Normzustand) an heißem Spülgas mit 680°C zugeführt. Das
Abgas, das mit maximal 140°C den Reaktor (3) verläßt, wird
durch Zumischen von 0,12 Nm3 heißem Spülgas aus der
Leitung (5) auf 180°C erhitzt. In der Brennkammer liegen
die Temperaturen bei 1120°C. Insgesamt werden in der
Brennkammer 3 Nm3 Verbrennungsgase erzeugt. Im
Einspritzkühler (12) werden 0,15 kg Abwasser verbraucht.
Das Kühlgas der Leitung (16) hat eine Temperatur von 50°C
und das abgezogene Gas der Leitung (17) eine Temperatur
von 350°C. Die erzeugte Holzkohle wird in der Metallurgie
als Reduktionsmittel eingesetzt.
Ebenfalls in einer der Zeichnung entsprechenden
Verfahrensführung wird stückiges Eichenholz mit einem
Feuchtigkeitsgehalt von 20 Gew.-% bei einer Temperatur von
maximal 430°C geschwelt und dabei eine Holzkohle mit
durchschnittlich 82% fixem Kohlenstoffanteil erzeugt. Die
Holzkohle kann beispielsweise zum Grillen verwendet werden.
Die Verbrennungstemperaturen liegen in der Brennkammer bei
935°C. Die nachfolgenden Angaben beziehen sich wiederum
auf 1 kg Holztrockensubstanz im Holzeinsatz. In der
Brennkammer werden Verbrennungsgase in einer Gesamtmenge
von 3,8 Nm3 erzeugt, ein Teilstrom von 1,3 Nm3 wird
dem Reaktor (3) als heißes Spülgas mit einer Temperatur
von 480°C zugeführt. Das Spülgas war zuvor im
Einspritzkühler (12) mit 0,23 kg Abwasser aus dem
Gas-Kühlkreislauf gekühlt worden. Das Abgas verläßt den
Reaktor (3) mit einer Temperatur von etwa 120°C und wird
durch Zumischen von 0,24 Nm3 heißem Spülgas aus der
Leitung (5) auf 180°C erhitzt. Die Temperatur in der
Leitung (16) beträgt 40°C und in der Leitung (17) 250°C.
Claims (6)
1. Verfahren zum Schwelen von Holz im Wanderbett in einem
von heißem Spülgas durchströmten Schachtreaktor, in den
man das Holz oben aufgibt und aus dessen unterem
Bereich man die Holzkohle abzieht, dadurch
gekennzeichnet, daß man am oberen Ende des
Schachtreaktors ein Schwelgase und Schweldämpfe
enthaltendes Abgas abzieht und direkt in eine
Brennkammer leitet, daß man in einem ersten Abschnitt
der Brennkammer das Abgas mit Luft in
unterstöchiometrischem bis stöchiometrischem Verhältnis
bei Temperaturen von 800 bis 1250°C verbrennt, aus dem
ersten Abschnitt einen Teil des Verbrennungsgases
abzieht, auf Temperaturen von etwa 450 bis 900°C kühlt
und als Spülgas in den Schachtreaktor leitet, und daß
man in einem zweiten Abschnitt der Brennkammer unter
Luftzufuhr in überstöchiometrischer Menge das Abgas
vollständig verbrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Holzkohle im unteren Bereich des
Schachtreaktors mit einem im Kreislauf geführten
Kühlgas kühlt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man das aus dem ersten Abschnitt
der Brennkammer abgezogene Verbrennungsgas durch
Einspritzen von Wasser kühlt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlung des im Kreislauf
geführten Kühlgases durch Einspritzen von Wasser in
einem Naß-Gaskühler erfolgt und das aus dem
Naß-Gaskühler abgezogene Wasser mindestens teilweise
zum Kühlen des aus dem ersten Abschnitt der Brennkammer
abgezogenen Verbrennungsgases verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teilstrom des
Spülgases dem aus dem Schachtreaktor abgezogenen Abgas
zumischt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbrennungsluft
durch indirekten Wärmeaustausch mit Verbrennungsgasen
der Brennkammer erhitzt.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |