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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergasung
von Biomasse, umfassend die Schritte des Einführens dieser Biomasse in einen
Reaktor und des Unterwerfens der Biomasse einer Temperatur von zwischen
600 bis 1300°C,
wobei substöchiometrische
Mengen von Sauerstoff zugeführt
werden, des Unterwerfens des erhaltenen Synthesegases unter einen
Reinigungsschritt, um die Teersorten zu entfernen, die durch diesen
vorhanden sind, und des Zuleitens des Synthesegases zu einem Verbraucher.
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Unter
dem Begriff Biomasse werden Kulturpflanzen, Biomassereststoffströme wie Gehölzschnitt,
Schnittabfall und Abfall aus Parks und öffentlichen Gärten, und
Abfall wie Holz von Abrissarbeiten und der ungetrennte, bioabbaubare
Anteil am Hausmüll
und am Industrieabfall verstanden.
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Vergasung
von Biomasse muss unterschieden werden von der Pyrolyse von Biomasse.
Pyrolyse unterscheidet sich von der Vergasung dadurch, dass bei
der Pyrolyse keinerlei Sauerstoff zugeführt wird und das Verfahren
bei niedrigeren Temperaturen (400 bis 700°C) stattfindet. In beiden Verfahren
wird Gas (Synthesegas, Syngas oder Brenngas) und Halbkoks gebildet.
Das Gas enthält
Komponenten, die bei Raumtemperatur im Wesentlichen flüssig vorliegen,
bekannt als Teersorten (engl.: tars). Im Fall der Pyrolyse gibt
es einen signifikanten Prozentsatz an Teersorten (ungefähr 65 Gew.-%
bezogen auf das Einsatzmaterial), für den besondere Verfahren entwickelt
wurden, um diese große
Menge an flüssigem Teer
im Wesentlichen als Produktöl
vom Produktgas zu trennen. Das US-Patent 4,206,186 bezieht sich die Pyrolyse
eines Abfallstroms. In dieser beschriebenen Pyrolyse werden Sauerstoff
oder Sauerstoff enthaltende Verbindungen zugeführt und es liegen allgemein
weniger als 10 Gew.-% Teer vor.
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Das
Pyrolysegas wird in diesem Fall mit einem Reinigungsöl behandelt
und auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes von Wasser abgekühlt. Adsorption
oder Absorption findet dann mit Hilfe von Trockenmasse statt. Als
ein Ergebnis werden schädliche
anorganische Substanzen entfernt und dann wird das Wasser auskondensiert.
Das auskondensierte Wasser muss dann einem sorgfältigen Reinigungsschritt unterworfen
werden, damit zurückgebliebener
Teer und andere ölähnliche
Komponenten entfernt werden. Dies erfordert Filtration durch Aktivkohle.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Teer, selbst wenn er
in sehr kleinen Mengen vorliegt, aus dem Gas (Synthesegas) zu entfernen, bevor
letzteres weiter verwendet wird. Ein Beispiel für eine solche weitere Verwendung,
die erwähnt
werden sollte, ist sein Einsatz in kleinen Kraftwerken mit einer
thermischen Nutzleistung von beispielsweise 5 bis 100 Megawatt oder
für chemische
Synthesen.
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Wenn
Teersorten anwesend sind, verursachen sie Probleme, da er während dem
Abkühlen kondensiert
und Aerosole bildet. Temperaturerniedrigung ist beispielsweise nötig in Verbindung
mit einer stromabwärts
angeordneten Auswaschstufe und auch, um die größtmögliche Wirksamkeit in der darauf
folgenden Verwendung des Gases in einem Motor zu erreichen. Kondensation
von Teer und Ablagerung von Teeraerosolen in beispielsweise stromabwärts angeordnete
Motoren oder auf Turbinenblättern
oder -flügeln
von stromabwärts
angeordneten Gasturbinen führt
zur Blockade und Beschädigung. Es
ist möglich,
einen signifikanten Anteil der Teersorten durch Teerkondensation
im Wasserauswaschungsschritt zu entfernen, aber dies führt zu einer Verunreinigung
des Wassers, insbesondere die wasserlöslichen Teersorten (und insbesondere
Phenol) verursachen Probleme, da sie schwierig aus dem Wasser zu
entfernen sind. Das Entfernen von Teeraerosolen während des
Wasserauswaschungsschritts ist sehr begrenzt und diese Aerosole
verursachen weiterhin Probleme beim Einsatz des Gases.
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Das
Ziel der Entfernung des Teers aus dem Synthesegas, das während der
Vergasung erhalten wird, wird umgesetzt durch die Reinigung des
Synthesegases, umfassend seine Sättigung
mit einem Öl,
das getrennt zugeführt
wird, Kondensation dieses Öles
zusammen mit einem Anteil des Teers und Durchleitung des Gases durch
eine Absorptionseinrichtung, während
weiteres Öl
zu dem Gas zugegeben wird, um den Teer zu absorbieren, Austragen
des gereinigten Gases, Trennung des Teers von dem Öl. Die vollständige Sättigung
oder Übersättigung
des Gases mit dem zugeführten Öl ermöglicht es
sicherzustellen, dass alle wesentlichen organischen Verunreinigungen
aus dem Gas entfernt werden.
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Die
Kondensation des Öls
und des Teers findet in einem separaten Schritt stromaufwärts der
Absorptionsvorrichtung statt, kann aber ebenso teilweise in der
Absorptionsvorrichtung stattfinden. Eine Kombination ist auch möglich. Die
Sättigung
findet bevorzugt unter atmosphärischen
Bedingungen statt. In dem vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff im
Wesentlichen atmosphärische
Bedingungen verstanden als einen Druck bedeutend, der im Bereich zwischen
0,8 bis 2 bar liegt.
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Im
Allgemeinen wird das Gas einem Auswaschungssystem zugeführt, umfassend
eine Sättigungs-,
Kondensations- und Absorptionsvorrichtung, bei relativ hohen Temperaturen
wie ungefähr
500°C. Da
sich das Gas bei höheren
Temperaturen (700 bis 1000°C)
befindet, wenn es die Vergasungsvorrichtung verlässt, kann die Wärme, die
während
des Temperaturabfalls freigesetzt wird, zur Erwärmung des Auswaschungssystems
verwendet werden. Es ist auch möglich,
einen getrennten, dazwischen liegenden Abkühlungsschritt einzufügen, indem
die auf diese Weise erhaltene, qualitativ hochwertige Wärme einer
nützlichen
Verwendung zugeführt
werden kann. Es ist wichtig, dass die Temperatur in dem Auswaschungssystem
deutlich oberhalb des Taupunkts des Wassers bleibt, das im Synthesegas
vorhanden ist/sein kann, beispielsweise zwischen 70 und 100°C. Bei Atmosphärendruck
und einem Wassergehalt von ungefähr
10 bis 15 Gew.-% liegt der Taupunkt bei ungefähr 60°C, das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung
stellt die Ausführung
des Übersättigungsschritts
bei einer Temperatur von unter 120°C sicher, dass alle organischen
Komponenten absorbiert werden, so dass das Wasser diese Komponenten
nicht mehr enthält.
Gemäß der Erfindung
ist es nicht wünschenswert,
dass das Wasser im Auswaschungsschritt abgetrennt wird. Dies findet
bevorzugt in einem Schritt stromabwärts statt. In einem sich anschließenden Schritt
dieser Art, beispielsweise mit Hilfe eines Wasserauswaschungsschritts
stromabwärts,
in welchem die Temperatur weiter erniedrigt wird und das Wasser
kondensiert, wobei beispielsweise Ammoniak und Salzsäure entfernt
werden können.
Aus Ammoniak kann ein Ammoniaksalz, beispielsweise Ammoniumsulfat
hergestellt werden. Ammoniak kann vom Synthesegas abgetrennt werden
und für
die Produktion von Ammoniumsulfat verwendet werden, das in der chemischen
Industrie, der Textilindustrie, der Gasindustrie und für die Produktion
von Düngemitteln
Verwendung findet. Da nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren
Teer schon aus dem Synthesegas entfernt wurde, wird das Ammoniumsalz
relativ rein erhalten. Nach dem Abtrennen genügt ein einfacher Kristallisationsschritt,
um weitere Produkte für
die chemische Industrie zu erhalten. Die Abtrennung von Teer von
dem auf diese Weise erhaltenen Ammoniumsalz ist nicht notwendig,
im Gegensatz zu Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt
sind, und in denen Ammoniak aus dem Synthesegas entfernt wird.
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Das
oben beschriebene Verfahren kann einige Male in Folge wiederholt
werden, entweder bei der gleichen Temperatur oder bei verschiedenen
Temperaturen.
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Es
wurde gefunden, dass mit dem oben beschriebenen Verfahren sowohl
Teersorten mit einem hohen Siedepunkt als auch Teersorten mit einem niedrigen
Siedepunkt entfernt werden. Es wurde auch gefunden, dass Staub,
Ruß, Asche
und andere Teilchen ausgewaschen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird wenigstens ein Anteil des Öls, das in dem oben beschriebenen
Auswaschungs/Sättigungsverfahren
verwendet wird, in den Reaktor eingeführt wird und an der Vergasung
teilnimmt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
dieser Erfindung wird das teerbeladene Öl einem Trennungsschritt zur
Auftrennung von Teer/Öl unterworfen,
wobei das in diesem Schritt freigesetzte Teer dem Reaktor zur Vergasung
der besagten Biomasse zugeführt
wird, und das erhaltene Öl
wenigstens teilweise dem Sättigungsschritt,
dem Kondensations- oder Absorptionsschritt zurückgeführt wird. Abhängig von
der Ausführung
des Trennungsschritts kann der zurückgeführte Teer ungefähr 50% Öl enthalten.
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Obwohl
die Menge an in den Reaktor zurückgeführtem Teer
in Bezug auf das Gewicht sehr klein ist, verkörpert diese Menge, abhängig von
der Zusammensetzung des Gases, 5 bis 20% des Energiegehaltes des
Synthesegases, dass auf diese Weise nutzbringend verwendet wird,
so dass der Wirkungsgrad steigt.
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Nach
dem in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung mit Öl durchgeführten Sättigungsschritt, kann das Gas
einem Wasserentfernungsschritt unterworfen werden, beispielsweise
durch Kondensation. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen weiteren Ölsättigungsschritt
bei einer deutlichen niedrigeren Temperatur stromabwärts anzuschließen, da
das Risiko von auskondensierendem Wasser nicht mehr besteht. In
diesem Schritt ist es auch möglich,
Substanzen wie Benzol, Toluol und Xylen zu entfernen.
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Vor
der Ausführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
feste Teilchen vom Synthesegas mit Hilfe eines Zyklons abzutrennen.
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Abhängig vom
verwendeten Öl
und den gestellten Anforderungen an das Öl, das durch das Synthesegas
geleitet werden muss, um die Teersorten abzutrennen, ist es möglich, sich
für einen
größeren oder
kleineren Prozentsatz an Wiederververwendung zu entscheiden.
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Durch
Verwendung einer Venturivorrichtung ist es möglich, für eine optimale Übersättigung
und Kondensation des Synthesegases mit Öl zu sorgen. Stromabwärts des
Venturis ist es möglich,
kondensierendes Öl
und Teer stromaufwärts
von der Absorptionsvorrichtung zu sammeln, und sie wie beschrieben
weiterzuverarbeiten oder einfach das Öl in dem Absorptionsschritt
zu entfernen.
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Es
ist auch möglich,
wasserlösliche
Teerverbindungen (solche wie Phenol) während der Absorption zu entfernen.
Dies hindert diese Verbindungen daran, einen Wasserauswaschungsschritt
stromabwärts
zu erreichen. Überdies
ist bekannt, dass es besonders schwierig ist, Phenol wieder aus
dem Wasser zu entfernen.
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Das
in dem Verfahren verwendete Öl
kann jedes Mineralöl
oder pflanzliche Öl
sein, das im Stand der Technik bekannt ist. Bevorzugt wird ein nicht-flüchtiges Öl verwendet,
und besonders bevorzugt ein Öl,
indem die Moleküle
ungefähr
15 bis 50 Kohlenstoffatome enthalten. Der Begriff nicht-flüchtig wird
als eine Ölsorte
bedeutend verstanden, die bei Temperaturen zwischen 70 und 100°C weniger
als 10 mg Öl
pro Standard Kubikmeter an gereinigtem Synthesegas freisetzt. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird der abgetrennte Teer bevorzugt als Öl für das oben
beschriebene Sättigungs- und Kondensationsverfahren
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung wird bevorzugt unter im Wesentlichen atmosphärischen
Bedingungen ausgeführt,
im Gegensatz zu Verfahren wie dem Reinigungsschritt nach der Vergasung
von Kohle und Mineralölrückständen, bei
denen erhöhte
Temperaturen von 1200 bis 1500°C
und ein Druck von ungefähr 10
bis 40 bar verwendet werden, so dass relativ leichtes Öl verwendet
wird. In Verfahren dieser Art ist die Bildung von Phenol im Prinzip
unwahrscheinlich, deshalb müssen
keine speziellen Maßnahmen
getroffen werden, wie in der Absorptionsvorrichtung, die gemäß der Erfindung
verwendet wird. Erfindungsgemäß liegt
die Temperatur des Gases während
der Kondensation des besagten Öls
höher als
der Taupunkt jeglichen Wassers, das unter den entsprechenden Bedingungen
vorliegt, das heißt
höher als
70 bis 100°C.
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Das
oben beschriebene Verfahren führt
zur Bildung von gereinigtem Synthesegas. Dieses Gas enthält vorherrschend
Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Darüber hinaus
können nicht-kondensierbare
Kohlenwasserstoffe wie CH4, C2H2, C2H4,
C2H6 und C3H8 ebenso wie Kohlenwasserstoffe
mit einem höheren
Molekulargewicht und inerte Komponenten wie Stickstoff, Argon und
Helium vorliegen. Die Zusammensetzung und Konzentrationen hängen von
der verwendeten Biomasse ab. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der oben beschriebenen Methode findet eine weitere Auftrennung des
auf diese Weise erhaltenen Gases statt, um einige der oben beschriebenen
Gase zu isolieren. Eine Trennmethode ist Kühlen, beispielsweise Kühlen auf –200°C. Auf diese
Weise ist es möglich,
Gase/Gasmischungen zu erhalten, die zum Beispiel zur Substitution
von natürlichem
Gas, Brennstoff zur Stromerzeugung (in Brennstoffzellen), als Ausgangsmaterial
für weitere
chemischen Reaktionen usw. weiterverwendet werden. Falls geeignet
kann eine Auftrennung dieser Art in Stufen durchgeführt werden.
Beispielsweise kann in einer ersten Stufe Kohlenstoffdioxid abgetrennt
und in einem darauf folgenden Trennschritt die kohlenwasserstoffhaltigen
Komponenten von den anderen erwähnten
Substanzen abgetrennt werden. Die Abtrennung ist nicht auf die spezielle,
oben beschriebene Vergasung beschränkt, sondern kann in Kombination
mit jeder Art von Vergasung und/oder Pyrolyse von Biomasse verwendet werden.
Das bedeutet, dass während
der Pyrolyse oder Vergasung von Biomasse freigesetztes Gas einer
Trennbehandlung wie oben beschrieben unterworfen werden kann, und
das so erhaltene Produkt entweder als Brennstoff oder in der chemischen
Industrie verwendet werden kann.
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Es
versteht sich, dass die Zusammensetzung dieser Gase nicht nur von
der zugeführten
Biomasse abhängig
ist, sondern auch von den Bedingungen, unter denen die Vergasung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
wird. Dies bezieht sich sowohl auf die Temperatur als auch auf die
Menge an Sauerstoff. Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist es
möglich,
ein Synthesegas bereitzustellen, in dem weder Staub noch organische
Verunreinigungen/anorganische Verunreinigungen vorliegen, die Probleme
im Trennverfahren zur Gewinnung spezifischer Gase aus dem Synthesegas
verursachen können.
Probleme dieser Art treten unter anderen bei der Tieftemperaturproduktauftrennung
auf.
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Bei
dem oben beschriebenen Verfahren werden sowohl leichte als auch
schwere Teersorten gebildet. Die leichten Teersorten sind organische
Verbindungen wie Phenol, Benzol, Toluol, Xylol und Naphthalin. Auch
diese können
nutzbringend verwertet werden, entweder in Kombination oder als
getrennte Ströme.
Diese Substanzen können
auch als Basischemikalien in der chemischen Industrie verwendet
werden. Sie können
auch als Lösungsmittel verwendet
werden.
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Die
nach dem oben beschriebenen Verfahren gebildeten schweren Teersorten
enthalten organische Verbindungen mit relativ hohem Siedepunkt, wie
Anthracene, Fluoranthen und Phenanthren. Diese schweren Teersorten
können
direkt zur weiteren Verwendung ausgetragen werden oder können zuerst
aufgetrennt werden. Mögliche
Fraktionen bestehen aus Carbolineum, Kreosotöl, Pech, leichtes Anthracenöl und schweres
Anthracenöl.
Substanzen dieser Art können
auch in Farben, Beschichtungen, der Schmiermittelindustrie, zur
Betonherstellung, in Medikamenten und in der Papierindustrie verwendet werden.
Die in den oben beschriebenen Verfahren gebildeten leichten Teersorten
können
auf ähnliche Weise
nutzbringend in der chemischen Industrie verwertet werden und sind
für die
Produktion von Brennstoffen geeignet.
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Die
Erfindung wird nachstehend ausführlicher
beschrieben mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform,
die in der Zeichnung dargestellt ist, in der:
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1 eine
sehr schematische Illustration eines Beispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung gibt; und
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2 die
weitere Bearbeitung des in diesem Verfahren erhaltenen Synthesegases
zeigt; und
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3 schematisch
das Abkühlen
des Synthesegases zeigt.
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In
diesen Figuren bezeichnet 1 einen Vergaser. Die Zufuhr
zum Vergaser für
Material, das vergast werden soll, ist mit 2 bezeichnet.
Die Zufuhr des Vergasungsmittels mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden
Verbindungen zum Vergaser 1 ist mit 7 gekennzeichnet.
Der Auslass des Synthesegases ist mit 3 bezeichnet. Das
Synthesegas wird anfangs in den Zyklon 4 geleitet, in dem
die festen Teilchen abgetrennt werden, und wird via Leitung 5 ausgelassen.
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Das
aus dem Zyklon kommende Synthesegas wird durch eine Sättigungsvorrichtung
geleitet. Die Sättigung
mit Öl
muss bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt werden, da erfindungsgemäß das Öl in flüssiger Form
zugeführt
wird und verdampft werden muss. Beispielhaft wird eine Temperatur
von 280°C
genannt. Falls geeignet kann ein Kühlerstrom aufwärts der
Sättigungsvorrichtung
angeschlossen werden. Dies wird ausführlicher in Bezug auf 3 beschrieben.
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In
der Sättigungsvorrichtung 8 wird
das Synthesegas durch Berieseln mit möglichst heißem Öl gesättigt. Das Öl kommt aus Leitung 39.
Es gibt einen Venturi in der Kondensationsvorrichtung 9.
Nahe der Stelle mit der höchsten
Gasgeschwindigkeit wird kaltes Öl
via Leitung 38 eingespritzt, so dass das Gas übersättigt ist,
das Öl
und der Teer kondensieren und Tropfen formen, die in Folge der Übersättigung
und der Temperaturerniedrigung wachsen. In diesem Verfahren werden
die Aerosole auch in Folge ihrer Zusammenlagerung zur Bildung größerer Tropfen
entfernt.
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Das ölgesättigte Synthesegas
fließt
zusammen mit den Öl/Teertropfen
durch Leitung 10 zu einem Gas/Flüssigkeitsabscheider 11.
Die bei diesem Prozess freigesetzte Öl/Teerflüssigkeit wird durch Leitung 12 in
eine Trennvorrichtung 13 überführt. Die Trennung wird in dieser
Trennvorrichtung auf Basis der Schwerkraft durchgeführt. Die
schwerere Fraktion, die mehr Teer enthält, wird in Leitung 25 ausgetragen.
Diese Fraktion kann vollständig
oder teilweise in den Vergaser überführt werden.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsvariante
der Erfindung ist es möglich,
eine Trennvorrichtung in Leitung 25 einzubauen, mit deren
Hilfe Öl
und Teer/Öl-Produkte
getrennt werden. In diesem Fall kann das Öl in das Verfahren zurückgeführt werden, das
heißt,
es wird nicht dem Einlass des Vergasers 1 zugeführt. Die
Teer/Öl-Produkte
können
entweder dem Vergaser 1 zugeführt werden oder in der Industrie
verwendet werden.
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Es
versteht sich, dass dieser Schritt der Trennung von Öl und Teer
für jede Öl/Teer-Mischung verwendet
werden kann, die bei Vergasung oder Pyrolyse gebildet wird und bei
dem das gebildete Teer weiterverwendet wird, beispielsweise in der
chemischen Industrie.
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Das
Synthesegas wird der Absorptionsvorrichtung 15 über Leitung 14 zugeführt. Auch
bei diesem Prozess werden jegliche vorliegenden Aerosole entfernt. Öl wird in
diese Absorptionssäule 15 über Leitung 16 und/oder 17 bei
Temperaturen von bevorzugt 70 bis 100°C eingeführt. Das Auswaschöl bewegt
sich von oben nach unten durch die Absorptionsvorrichtung. Eine
Folge davon ist, dass das Synthesegas im Gegenstrom mit dem Auswaschöl in Kontakt
gebracht wird. Das Synthesegas kühlt
in der Absorptionsvorrichtung ab, so dass sowohl die Absorption
der gasförmigen
Teerverbindungen (einschließlich
der wasserlöslichen
Teersorten), auch Kondensation von Teer stattfinden kann. Die Absorptionsvorrichtung
kann als Auswaschvorrichtung des Plattentyps gestaltet sein oder
mit einer Füllung
ausgestattet sein. In diesem Fall ist die Absorptionsvorrichtung
so ausgelegt, dass das Wasser unter den herrschenden Bedingungen
(Druck, Temperatur und Anteil) gerade nicht kondensiert. Restlicher
Teer löst sich
in dem Öl.
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Die
Mischung aus Öl
und Teersorten wird über
Leitung 18 zu einem Regenerator 19 ausgetragen.
Eventuell vorgewärmte
Luft wird über
den Einlass 20 eingeführt.
Durch das Inkontaktbringen des Öls
mit Luft werden die absorbierten gasförmigen Teersorten größtenteils
abgetrennt und über
Leitung 21 an die Luft abgeführt. Der Kontakt erfolgt bevorzugt
durch Berieselung. Leitung 21 ist mit Leitung 7 verbunden,
das heißt,
die Teerverbindungen in der freigesetzten Luft/Teer-Mischung, die
während
der Regeneration abgetrennt wurden, werden zu der Vergasung zurückgeführt. Gemäß einer
besonderen Ausführungsvariante
der Erfindung ist es möglich, die
Trennvorrichtung in Leitung 18 einzugliedern, um das Öl und das Öl/Teer-Produkt
zu trennen und eventuell besondere Teerkomponenten oder Gruppen
von Komponenten abzutrennen.
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Es
versteht sich, dass die Teerkomponenten oder Gruppen von Komponenten,
die abgetrennt wurden, weiterverwertet werden können, beispielsweise in der
chemischen Industrie.
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Das
freigesetzte Öl
wird über
Leitung 22 ausgetragen, die mit den Leitungen 16, 38 und 39 verbunden
ist.
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In
der Trennvorrichtung 13 werden Teer/Öl-Mischungen, die aus der Leitung 12 kommen,
soweit wie möglich
getrennt und der Teer, der bis zu 50% Öl enthalten kann, wird via
Leitung 25 in den Vergaser 1 zurückgeführt, während das Öl, aus dem
der Teer im Wesentlichen entfernt worden ist, in den Ölkreislauf über Leitung 17 zurückgeführt wird.
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Das
von Teer befreite Synthesegas wird über Leitung 26 in
die Wasserauswaschstufe 27 geführt. Falls geeignet können Wärmeaustauscher
in die Leitungen 3, 5 und 26 eingefügt werden,
um die Temperatur des Synthesegases herabzusetzen und diese Wärme kann
woanders in dem Verfahren nutzbringend verwendet werden oder auf
andere Weise. Falls geeignet, können
Wärmeaustauscher
in die Leitungen 16 und/oder 17, 38 und 39 eingebunden
werden, um das Öl
auf die gewünschte
Temperatur zu bringen. Für
Leitung 16 und/oder 17 beträgt diese Temperatur 70 bis
100°C, für Leitung 38 beträgt sie 20
bis 100°C
und für
Leitung 39 beträgt
sie beispielsweise 280°C. 28 bezeichnet
die Verbindungsleitung zu einem Verbrennungsmotor oder ähnlichem,
indem das Synthesegas verwendet wird.
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Vorstehend
wurde nur eine exemplarische Ausführungsform von möglichen
Wegen, Teer aus Synthesegas gemäß der vorliegenden
Erfindung zu entfernen, beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl
von Varianten möglich
ist, und dass bestimmte Teile ausgelassen oder ersetzt werden können durch
andere Trenn- und/oder Mischungsvorrichtungen, die im Stand der
Technik bekannt sind. Zum Beispiel ist es möglich, den Schritt des Rückführens eines
Anteils des Öls
via Leitung 25 auszulassen, abhängig von den Verfahrensbedingungen.
Darüber
hinaus ist es möglich,
verschiedene der in diesem Text getrennt beschriebenen Teile zusammenzufassen,
was nicht nur eine kompakte Installation zur Folge hat sondern ebenso
den Vorteil, dass die Energie optimal genutzt werden kann und dass
die verschiedenen Prozessströme
vereinfacht werden können. 2 zeigt
als Beispiel den weiteren oben beschriebenen Prozessverlauf. 27 entspricht
Block 27 in 1, das heißt die Verfügbarkeit von sauberem Synthesegas.
Dieses kann dann einem Gaskonditionierungsschritt bei 28 unterworfen
werden, wobei die Tieftemperaturprodukttrennung bei 29 stattfindet.
Auf der einen Seite wird restliches Gas freigesetzt, wie es durch 30 angegeben
wird, und auf der anderen Seite werden Produkte, die mit 31 bezeichnet
sind, gebildet.
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Abkühlen kann
in verschiedenen Stufen stattfinden. Während einer ersten Stufe kann
CO2 entfernt werden (Erstarrungspunkt –78°C). In einer darauf
folgenden Stufe können
die meisten der Kohlenwasserstoffverbindungen abgetrennt werden.
Findet das Abkühlen
auf bis zu –161°C statt,
wird eine zu LNG ähnliche
Mischung gebildet, und das restliche Gas ist Syngas, das heißt eine
Mischung aus H2 und CO.
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Als
Zwischenstufe kann (stufenweise) auf –104°C abgekühlt werden, während dieser
Stufe werden C2H4 und
C2H2 erhalten, und
diese Verbindungen können
in der chemischen Industrie verwendet werden. Das restliche in diesem
Fall gebildete Gas besteht aus dem oben erwähnten Syngas und speziellen
Kohlenwasserstoffverbindungen wie Methan. Diese können zur
Energieerzeugung verwendet werden. Natürlich kann das Abkühlen auch
in einer großen
Zahl von Stufen durchgeführt
werden, in denen Komponenten wie NH3 und
CO2 zusammen und/oder getrennt ausgetragen
werden können.
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Auf
die oben beschriebene Weise ist es durch Vergasung von Biomasse
möglich,
Ausgangsmaterialien für
die chemische Industrie (wie Ethen) zu erhalten, ohne dass komplizierte
Zwischenstufen benötigt
werden.
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3 stellt
schematisch das Vorkühlen
des Synthesegases und die Sättigung
dar (vgl. 8 in 1). Abkühlen des Synthesegases aus
dem Vergaser findet sowohl während
der Vorkühlung
und während
der Sättigung
statt. Der Vorkühler
ist mit 35 bezeichnet, während in diesem spezifischen
Beispiel die Sättigungsvorrichtung
mit 36 bezeichnet wird. Der Vorkühler kann einen Wärmeaustauscher
mit separatem Medium umfassen, das heißt, es gibt keinen direkten
Kontakt zwischen dem Gas und dem zirkulierendem Medium, das mit 37 bezeichnet
ist. Dieses zirkulierende Medium 37 tauscht die Wärme mit
einem weiteren Austauscher, der mit 40 bezeichnet ist und
der zur Erzeugung von übersättigtem
Dampf 41 verwendet wird. Um Niederschläge auf die Wärmeaustauscherwände zu vermeiden,
wird der Temperaturabfall im Wärmeaustauscher 35 auf
350°C begrenzt.
Oberhalb dieser Temperatur gibt es ein vernachlässigbares Risiko für Niederschläge. Statt
der oben beschriebenen separaten Medien ist direkter Kontakt möglich, mit
der Hilfe von beispielsweise festen Substanzen wie Sand, in diesem
Fall wurde gefunden, dass in dem Prozess auch Staub, Asche und Ruß ebenso
wie andere feste Teilchen aus dem Gas entfernt werden.
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Direktes
Berieseln des Gases mit Hilfe des Öls 41 findet im Wärmeaustauscher 36 statt.
Verunreinigungen und Kondensationsprodukte werden durch das Öl ausgewaschen,
und da es direkten Kontakt gibt, gibt es kein Risiko, dass die wärmeaustauschenden
Oberflächen
verunreinigt werden.
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Für dieses
Medium 41 ist es möglich,
in Wärmeaustausch
mit dem Dampf 42 gebracht zu werden, der erhitzt werden
soll.
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Es
versteht sich, dass dieser Schritt des wenigstens zweistufigen Abkühlens des
erhaltenen Gases ebenso in anderen Verfahren verwendet werden kann,
beispielsweise in anderen Vergasungen von Biomasse und/oder deren
Pyrolyse. Darüber
hinaus kann der vorstehend beschriebene Weg der Gasreinigung auch
auf andere Gase mit organischen Verunreinigungen (Kokereigas, Industriegas
und in der Spanplattenindustrie freigesetzte Gase) angewendet werden.
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Änderungen
dieser Natur liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden
Erfindung, wie in den beigefügten
Ansprüchen
beschrieben.