EP0971017A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden festen Brennstoffs - Google Patents

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EP0971017A2
EP0971017A2 EP99112863A EP99112863A EP0971017A2 EP 0971017 A2 EP0971017 A2 EP 0971017A2 EP 99112863 A EP99112863 A EP 99112863A EP 99112863 A EP99112863 A EP 99112863A EP 0971017 A2 EP0971017 A2 EP 0971017A2
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EP
European Patent Office
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reactor
fuel
degassing
combustion
lean gas
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Withdrawn
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EP99112863A
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EP0971017A3 (de
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Stefan Dipl.-Ing. Gores
Jutta Dipl.-Ing. Herzogenrath
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Krantz TKT GmbH
Original Assignee
Krantz TKT GmbH
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Publication date
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Publication of EP0971017A2 publication Critical patent/EP0971017A2/de
Publication of EP0971017A3 publication Critical patent/EP0971017A3/de
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
    • C10K3/003—Reducing the tar content
    • C10K3/008—Reducing the tar content by cracking
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    • C10J2300/0916—Biomass
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    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating

Definitions

  • the invention relates to a process for the gasification of a solid fuel in particulate form to a combustible lean gas, the fuel being heated in a degassing reactor to a temperature T 1 such that gasification associated with its pyrolysis takes place.
  • the invention further relates to a device for performing such a method.
  • a particularly interesting way of gasifying wood is with the lean gas generated the internal combustion engines or gas turbines of a combined heat and power plant to operate. Combined heat and power plants stand out due to the combined heat and power by their very high efficiency.
  • the flow of the fuel is conducted in the opposite direction to the flow of the lean gas.
  • So-called ascending countercurrent gasifier in which an oxidation zone of the fuel forms above a grate. Above it is a reduction zone, which in turn is overlaid by the pyrolysis zone in which the fuel gasification takes place
  • the counterflow gasifier is removed, where new fuel is also fed in.
  • a second known method for gasification provides that the flow of the fuel and the flow of the lean gas run in the same direction.
  • Devices for performing this method are called descending direct current gasifier "and are provided with a cross-sectional constriction in the area of the oxidation zone in order to ensure that the glow bed is supplied with air or the oxidizing agent as evenly as possible. As a result, the most uniform possible oxidation zone is to be formed over the entire cross section.
  • a disadvantage of the DC gasifiers is that they are very are sensitive to differences in the fuel size. Furthermore is the controllability very poor, especially if the oxidation zone is even should extend over the entire cross section of the carburetor. Furthermore, Such types of carburettors are very difficult to design for outputs above 1 MW.
  • a wood gasifier for cogeneration plants has become known as a gasifier which uses the fluidized bed technology known from large power plants.
  • the core of the gasifier is a reactor, into which air is blown from the underside, which whirls up a bed of sand mixed with wood chips. While the particles go up whirled, the wood burns up, producing a flammable lean gas.
  • the lean gas must be fed to a cyclone separator be used to separate sand and ashes that enter the swirl chamber via a siphon to be led back.
  • the lean gas must be one Gas cooler and then fed to a secondary cyclone in which a deposition from fly ash.
  • the separation of filter ash before the lean gas finally becomes a gas engine can be supplied.
  • the invention has for its object a method for the gasification of a solid To propose fuel, in which a flammable lean gas in a simple manner is generated that an internal combustion engine without further cleaning measures can be supplied.
  • this object is achieved according to the invention in that the lean gas formed is heated in a post-treatment reactor to a temperature T 2 such that long-chain and / or cyclic hydrocarbon compounds contained in the lean gas are thermally split.
  • the thermal breakdown of the long-chain and / or (poly) cyclic hydrocarbon compounds by realizing a sufficiently long dwell time of the Gases in a hot environment is a very elegant way to get around Process end product after the aftertreatment reactor to obtain a lean gas, fed directly to an internal combustion engine without further treatment can be.
  • the weak gas thus obtained contains almost no tar compounds and no more dust and burns almost soot-free with a bluish flame. Even in continuous operation with a lean gas, that with the invention Process was produced, there were no faults in test engines or failures.
  • the weak gas obtained has a particularly high Calorific value.
  • a dilution, such as when using Air as an oxidizing agent due to the nitrogen it contains can affect this Way can be prevented.
  • the degassed fuel is advantageously oxidized in a combustion reactor, the heat released for heating the fuel in the degassing reactor is used.
  • the supply of the oxidizing agent to the combustion reactor is thus decoupled from the degassing of the fuel in the degassing reactor.
  • the invention Processes can be controlled or regulated particularly well in this way.
  • the temperature T 2 is at least 600 ° C, preferably 800 ° C to 1000 ° C.
  • a device for the gasification of a piece of fuel into a combustible lean gas has a degassing reactor in which the fuel can be heated to a temperature such that gasification associated with its pyrolysis occurs and is characterized according to the invention by an aftertreatment reactor for the lean gas, in which it can be heated to a temperature T 2 such that long-chain and / or (poly) cyclic hydrocarbon compounds contained in the lean gas can be thermally split.
  • the fuel in the degassing reactor can be heated indirectly via at least one heat exchanger surface. This can prevent the lean gas from being diluted with air, nitrogen or CO 2, for example, as would be the case with heating by combustion gases. The entry of ash from the oxidation of the degassed fuel is also avoided.
  • a particularly simple controllability of the device results when the fuel oxidizable in a combustion reactor separate from the degassing reactor is.
  • an embodiment of the device offers particular advantages in which the aftertreatment reactor is arranged inside the combustion reactor and this is arranged inside the degassing reactor.
  • the zones of highest temperatures are in this arrangement in a central area of the device, the as Isolation "acting edge areas (degassing reactor) can cover their energy needs in the form of waste heat from the combustion reactor.
  • the aftertreatment reactor is in the form of a tube spiral. This will create a large heat transfer area and a sufficiently long residence time of the Low gas guaranteed in the aftertreatment reactor.
  • the degassing reactor and Combustion reactor form a fuel reactor unit through which the fuel following the force of gravity, which is counter to gravity from the Fuel reactor unit flowing lean gas in the arranged next to this Aftertreatment reactor can be conducted with the fuel reactor unit in the area has a common wall in a combustion zone.
  • the fuel is transported in a simple manner by the action of gravity, and the lean gas is the appropriate channels Area of the combustion zone.
  • the aftertreatment reactor and the combustion reactor so that it there is no dilution effect of the weak gas.
  • the fuel reactor unit on its underside is provided with a conveyor with which the fuel in the area of a combustion zone in the lateral direction below a section of the aftertreatment reactor is eligible.
  • an embodiment of the device according to the invention also provides that heat exchanger surfaces of the aftertreatment reactor with catalytically active Fabrics are provided, reducing the degree of implementation of the long chain and / or (Poly) cyclic hydrocarbon compounds further increased or the required Dwell time can be reduced.
  • FIG. 1 illustrates that wood and water are fed to a degassing reactor 1.
  • a heat exchanger surface 2 of the degassing reactor 1 transfers the heat of flue gas, which comes from a combustion reactor 3, to the wood in the degassing reactor 1, whereby this is gasified to a lean gas, leaving only coal.
  • the coal is conveyed to the combustion reactor 3 by means of suitable conveying means - indicated by the dash-dotted line 4 - where it is burned to ashes with the supply of air.
  • the energy released during coal combustion is transferred via a heat exchanger surface 5 into an aftertreatment reactor 6, in which the lean gas coming from the degassing reactor 1 is heated to a temperature such that tar-like substances are thermally split.
  • FIG. 2 shows the basic structure of a discontinuously operating gasifier, in which three reactors are arranged coaxially to one another:
  • the spiral-shaped aftertreatment reactor is located inside the device 11 12 through which the initially tar-containing lean gas is passed.
  • the aftertreatment reactor 12 is located inside the tubular combustion reactor 13, in which the degassed glowing charcoal is located Ash burns.
  • the combustion reactor 13 In its lower section, the combustion reactor 13 has one Grate 14, through which the resulting ash into an ash container 15 falls.
  • Below the grate 14 is the combustion reactor 13 with a nozzle 16 provided for the supply of combustion air. The exhaust gas leaves the combustion reactor 13 at the top.
  • the combustion reactor 13 is surrounded on all sides by the degassing reactor 17 in where the wood to be gasified is. Because of the heat given off by the combustion reactor 13 the wood in the degassing reactor is heated to such a temperature heated that a gasification associated with the pyrolysis of the wood takes place.
  • the tar-containing lean gas formed during the gasification is by a End connector 18 of the aftertreatment reactor 12 is introduced into and leaves the latter this as tar-free and low calorific gas.
  • the walls of the degassing reactor 17 are provided with insulation 19 on all sides, to keep the heat loss of the device 11 low.
  • the feed of the Wood in the degassing reactor 17 and the transport of the degassed charcoal from the degassing reactor 17 into the combustion reactor 13 is in the drawing not shown, but can be done using known conveyor technology, so that the method can also be operated continuously.
  • a nozzle 20 can Degassing reactor 17 water are supplied.
  • the degassing reactor and the Combustion reactor a fuel reactor unit 22.
  • this fuel reactor unit 22 Within this fuel reactor unit 22 is the degassing zone 23 of the upper area wood fed from above, while in a lower area the combustion zone 24 for the charcoal.
  • the ashes fall through a grate 25 into an ash collecting container 26 through a nozzle 27 the supply of the combustion zone 24 with combustion air possible.
  • the aftertreatment reactor is located to the side of the fuel reactor unit 22 28, in which the lean gas flows in from above after being in an upper one Area 29 of the fuel reactor unit 22 was deflected.
  • a good heat conductor Wall 30 seals fuel reactor unit 22 from the aftertreatment reactor 28 from.
  • the device 31 shown in FIG. 4 has a structure which is comparable in principle like the device 21 shown in FIG. 3, but is in the region of the combustion zone 32 provided with a conveyor 33, the glowing charcoal in a region to the side next to the degassing zone 34.
  • the fuel reactor unit 35 therefore has the shape of an L. This also applies accordingly to the Post-treatment reactor arranged laterally next to the fuel reactor unit 35 36.
  • a very large contact area 38 can be of the aftertreatment reactor 36 can be achieved with the combustion zone 32, whereby there is a particularly effective thermal decomposition in the weak gas contained tar compounds results.
  • An advantage of the device described above is that due to the combined Fuel reactor unit a transport of the degassed fuel from a Degassing reactor in a combustion reactor is not required.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden festen Brennstoffs zu einem brennbaren Schwachgas wird der Brennstoff in einem Entgasungsreaktor auf eine solche Temperatur T1 erhitzt, daß eine mit seiner Pyrolyse einhergehende Vergasung erfolgt. Um ein von teerartigen Substanzen freies Schwachgas zu erhalten, das ohne weitere Reinigungsschritte einem Verbrennungsmotor zuführbar ist, wird vorgeschlagen, daß das entstehende Schwachgas in einem Nachbehandlungsreaktor auf eine solche Temperatur T2 erhitzt wird, daß in dem Schwachgas enthaltene langkettige und/oder (poly)zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen thermisch aufgespalten werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden festen Brennstoffs zu einem brennbaren Schwachgas, wobei der Brennstoff in einem Entgasungsreaktor auf eine solche Temperatur T1 erhitzt wird, daß eine mit seiner Pyrolyse einhergehende Vergasung erfolgt. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Verfahren der vorgenannten Art sind bereits seit den 40er Jahren dieses Jahrhunderts allgemein bekannt, wobei das damit erzeugte Schwachgas zunächst hauptsächlich zum Antrieb von Kraftfahrzeugen diente und nicht verfügbare Kraftstoffe auf Mineralölbasis ersetzen sollte. Im Zuge eines gesteigerten Umweltbewußtseins, insbesondere im Hinblick auf Forderungen nach einer vermehrten Verwendung regenerativer Energieträger, ist das Interesse an derartigen Verfahren wieder gewachsen. Als Brennstoff kommt dabei insbesondere Holz in Form von Schwachholz oder Holzabfällen in Frage, die in der Regel verrotten oder - ohne dabei zur Energieerzeugung herangezogen zu werden - in der freien Natur verbrannt werden.
Eine besonders interessante Möglichkeit der Holzvergasung besteht darin, mit dem erzeugten Schwachgas die Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen eines Blockheizkraftwerks zu betreiben. Blockheizkraftwerke zeichnen sich aufgrund der Kraft-Wärme-Kopplung durch ihren sehr hohen Wirkungsgrad aus.
Das Problem der Verbrennung des Schwachgases in Verbrennungsmotoren besteht darin, daß dessen Gehalt an Staub und an langkettigen und/oder (poly)zyklischen Kohlenwasserstoffverbindungen sehr hoch ist. Bei einer Zuführung des Schwachgases zu dem Motor oder der Gasturbine kommt es somit zur Kondensation von teerartigen Substanzen und zum Verkleben des Staubes, was einen Motorbetrieb auf längere Dauer unmöglich macht. Eine Vielzahl von Versuchen, diese Substanzen auszufiltern oder abzuscheiden, hat bis jetzt zu keiner praxistauglichen Lösung geführt.
Prinzipiell sind zwei verschiedene Verfahren zur Holzvergasung bekannt:
Bei einem ersten Verfahren wird der Strom des Brennstoffs entgegengesetzt zum Strom des Schwachgases geführt. Zur Durchführung derartiger Verfahren werden sogenannte
Figure 00020001
aufsteigende Gegenstromvergaser" verwendet, bei denen sich oberhalb eines Rostes eine Oxidationszone des Brennstoffs ausbildet. Darüber befindet sich eine Reduktionszone, die wiederum von der Pyrolysezone überlagert wird, in der die Brennstoffvergasung stattfindet. Das nach oben aus dem Brennstoff aufsteigende Schwachgas wird am oberen Ende des Gegenstromvergasers abgezogen, wo auch die Zufuhr neuen Brennstoffs erfolgt. Unterhalb des Rostes, durch den auch die zur Oxidation des Brennstoffs erforderliche Luft zugeführt wird, befindet sich ein Auffangbehälter für Asche.
Der Nachteil bei diesen Verfahren besteht darin, daß der Teer- und Staubgehalt des entstehenden Schwachgases sehr hoch ist.
Ein zweites bekanntes Verfahren zur Vergasung sieht vor, daß der Strom des Brennstoffs und der Strom des Schwachgases in die gleiche Richtung verlaufen. Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens werden als absteigende Gleichstromvergaser" bezeichnet und sind im Bereich der Oxidationszone mit einer Querschnittseinschnürung versehen, um eine möglichst gleichmäßige Versorgung dessen Glutbetts mit Luft bzw. dem Oxidationsmittel zu erreichen. Hierdurch soll über den gesamten Querschnitt eine möglichst gleichmäßige Oxidationszone ausgebildet werden.
Als nachteilig tritt bei den Gleichstromvergasern in Erscheinung, daß diese sehr empfindlich auf Unterschiede in der Brennstoffstückigkeit reagieren. Des weiteren ist die Regelbarkeit sehr schlecht, insbesondere wenn die Oxidationszone sich gleichmäßig über den gesamten Vergaserquerschnitt erstrecken soll. Ferner lassen sich derartige Vergasertypen nur sehr schwierig für Leistungen oberhalb von 1 MW auslegen.
Aus dem Fraunhofer-Magazin 1.1998 ist auf Seite 50 ff. unter dem Titel Ein Holzvergaser für Blockheizkraftwerke" ein Vergaser bekannt geworden, bei dem die aus Großkraftwerken bekannte Wirbelschichttechnik zur Anwendung kommt. Kernstück des Vergasers ist ein Reaktor, in den Luft von dessen Unterseite eingeblasen wird, die ein mit Holzschnitzeln vermischtes Sandbett aufwirbelt. Während die Teilchen nach oben gewirbelt werden, verglüht das Holz, wobei ein brennbares Schwachgas erzeugt wird.
Nachteiligerweise muß das Schwachgas jedoch einem Zyklonabscheider zugeführt werden, um Sand und Asche abzutrennen, die über einen Siphon in die Wirbelkammer zurückgeführt werden. In einem nächsten Schrift muß das Schwachgas einem Gaskühler und sodann einem Sekundärzyklon zugeführt werden, in dem eine Abscheidung von Flugasche erfolgt. Schließlich erfolgt mit Hilfe eines Gasfilters noch die Abtrennung von Filterasche, bevor das Schwachgas schließlich einem Gasmotor zugeführt werden kann.
Verständlicherweise ist die bekannte Anlage sehr aufwendig in ihrem Aufbau und daher auch sehr teuer. Sie eignet sich daher nicht für Vergaser mit kleinen Leistungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergasung eines festen Brennstoffs vorzuschlagen, bei dem auf einfache Weise ein brennbares Schwachgas erzeugt wird, das ohne weitere Reinigungsmaßnahmen einem Verbrennungsmotor zugeführt werden kann.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das entstehende Schwachgas in einem Nachbehandlungsreaktor auf eine solche Temperatur T2 erhitzt wird, daß in dem Schwachgas enthaltene langkettige und/oder zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen thermisch aufgespalten werden.
Die thermische Aufspaltung der langkettigen und/oder (poly)zyklischen Kohlenwasserstoffverbindungen durch Realisierung einer hinreichend großen Verweilzeit des Gases in einer heißen Umgebung stellt eine sehr elegante Möglichkeit dar, um als Verfahrensendprodukt nach dem Nachbehandlungsreaktor ein Schwachgas zu erhalten, das ohne weitere Behandlung direkt einem Verbrennungsmotor zugeführt werden kann. Das so erhaltene Schwachgas enthält nahezu keine Teerverbindungen und keine Stäube mehr und verbrennt nahezu rußfrei mit bläulicher Flamme. Auch bei einem Dauerbetrieb mit einem Schwachgas, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, zeigten sich bei Versuchsmotoren keinerlei Störungen oder Ausfälle.
Wenn die Erhitzung des Brennstoffs auf indirekte Weise ohne Zuführung eines Oxidationsmittels erfolgt, weist das erhaltene Schwachgas einen besonders hohen Brennwert auf. Eine Verdünnung, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Luft als Oxidationsmittel durch den darin enthaltenen Stickstoff auftritt, kann auf diese Weise verhindert werden.
Vorteilhafterweise wird der entgaste Brennstoff in einem Verbrennungsreaktor oxidiert, wobei die frei werdende Wärme zur Erhitzung des Brennstoffs in dem Entgasungsreaktor verwendet wird.
Die Zufuhr des Oxidationsmittels zu dem Verbrennungsreaktor ist somit entkoppelt von der Entgasung des Brennstoffs in dem Entgasungsreaktor. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf diese Weise besonders gut steuern bzw. regeln.
Zum Erhalt eines Schwachgases mit besonders hohem Wasserstoffgehalt wird vorgeschlagen, daß dem Entgasungsreaktor Wasser zugeführt wird.
Um eine vollständige thermische Aufspaltung der Teerverbindungen zu garantieren, ist vorgesehen, daß die Temperatur T2 mindestens 600 °C, vorzugsweise 800 °C bis 1000°C, beträgt.
Eine Vorrichtung zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden Brennstoffs zu einem brennbaren Schwachgas weist einen Entgasungsreaktor auf, in dem der Brennstoff auf eine solche Temperatur erhitzbar ist, daß eine mit seiner Pyrolyse einhergehende Vergasung erfolgt, und ist erfindungsgemäß durch einen Nachbehandlungsreaktor für das Schwachgas gekennzeichnet, in dem dieses auf eine solche Temperatur T2 erhitzbar ist, daß in dem Schwachgas enthaltene langkettige und/oder (poly)zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen thermisch aufspaltbar sind.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich auf einfache Weise ein hochwertiges teer- und staubfreies Schwachgas erzeugen, das ohne weitere Reinigungs- oder Abscheidevorgänge direkt in einem Verbrennungsmotor verwendbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter ausgestaltend, wird vorgeschlagen, daß der Brennstoff in dem Entgasungsreaktor indirekt über mindestens eine Wärmetauscherfläche erhitzbar ist. Hierdurch kann verhindert werden, daß das Schwachgas beispielsweise mit Luft, Stickstoff oder CO2 verdünnt wird, wie dies bei einer Erhitzung durch Verbrennungsgase erfolgen würde. Ebenso wird der Eintrag von Asche aus der Oxidation des entgasten Brennstoffs vermieden.
Eine besonders einfache Regelbarkeit der Vorrichtung ergibt sich, wenn der Brennstoff in einem von dem Entgasungsreaktor getrennten Verbrennungsreaktor oxidierbar ist.
Vorteilhafterweise ist die bei der Oxidation des Brennstoffs in dem Verbrennungsreaktor frei werdende Wärme dem Entgasungsreaktor und/oder dem Nachbehandlungsreaktor zuführbar.
Aus energietechnischer Sicht bietet eine Ausführungsform der Vorrichtung besondere Vorteile, bei der der Nachbehandlungsreaktor im Inneren des Verbrennungsreaktors und dieser im Inneren des Entgasungsreaktors angeordnet ist. Die Zonen höchster Temperaturen befinden sich bei dieser Anordnung in einem Zentralbereich der Vorrichtung, wobei die als Isolierung" wirkenden Randbereiche (Entgasungsreaktor) ihren Energiebedarf in Form der Abwärme des Verbrennungsreaktors decken können.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es besonders von Vorteil, wenn der Nachbehandlungsreaktor in Form einer Rohrspirale ausgebildet ist. Hierdurch werden eine große Wärmeübertragungsfläche sowie eine hinreichend lange Verweilzeit des Schwachgases in dem Nachbehandlungsreaktor gewährleistet.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Entgasungsreaktor und der Verbrennungsreaktor eine Brennstoffreaktor-Einheit bilden, durch die der Brennstoff der Schwerkraft folgend bewegbar ist, wobei das entgegen der Schwerkraft aus der Brennstoffreaktor-Einheit abströmende Schwachgas in den neben dieser angeordneten Nachbehandlungsreaktor leitbar ist, der mit der Brennstoffreaktor-Einheit im Bereich einer Verbrennungszone eine gemeinsame Wand besitzt.
Bei einer derartigen Vorrichtung erfolgt der Brennstofftransport auf einfache Weise durch Schwerkraftwirkung, und das Schwachgas wird durch geeignete Kanäle dem Bereich der Verbrennungszone zugeführt. Dabei besteht keine direkte Verbindung zwischen dem Nachbehandlungsreaktor und dem Verbrennungsreaktor, so daß es zu keinem Verdünnungseffekt des Schwachgases kommt.
Des weiteren ist vorgesehen, daß die Brennstoffreaktor-Einheit an ihrer Unterseite mit einer Fördereinrichtung versehen ist, mit der der Brennstoff im Bereich einer Verbrennungszone in seitliche Richtung unterhalb eines Abschnitts des Nachbehandlungsreaktors förderbar ist.
Auf diese Weise kann die Kontaktzone zwischen dem Nachbehandlungsreaktor und dem Verbrennungsreaktor vergrößert und daher der Wärmeübergang in den Nachbehandlungsreaktor sowie die Verweildauer des Schwachgases darin vergrößert werden.
Schließlich sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch vor, daß Wärmetauscherflächen des Nachbehandlungsreaktors mit katalytisch wirkenden Stoffen versehen sind, wodurch der Grad der Umsetzung der langkettigen und/oder (poly)zyklischen Kohlenwasserstoffverbindungen weiter gesteigert bzw. die erforderliche Verweilzeit gesenkt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen, die zu seiner Durchführung geeignet sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
ein prinzipielles Verfahrensschaubild;
Fig. 2
eine Vergaservorrichtung mit koaxial zueinander angeordnetem Nachbehandlungsreaktor, Verbrennungsreaktor und Entgasungsreaktor;
Fig-. 3
eine alternative Ausführung mit einer Brennstoftreaktor-Einheit und
Fig. 4
wie Fig. 3, jedoch mit beweglichem Rost.
Das in Fig. 1 gezeigte Verfahrensschaubild verdeutlicht, daß einem Entgasungsreaktor 1 Holz und Wasser zugeführt werden. Eine Wärmetauscherfläche 2 des Entgasungsreaktors 1 überträgt die Wärme von Rauchgas, das aus einem Verbrennungsreaktor 3 stammt, auf das in dem Entgasungsreaktor 1 befindliche Holz, wodurch dieses zu einem Schwachgas vergast wird, wobei lediglich Kohle verbleibt. Die Kohle wird mittels geeigneter Fördermittel - angedeutet durch die strichpunktierte Linie 4 - zu dem Verbrennungsreaktor 3 geleitet, wo sie unter Luftzufuhr zu Asche verbrannt wird. Die bei der Kohleverbrennung frei werdende Energie wird über eine Wärmetauscherfläche 5 in einen Nachbehandlungsreaktor 6 übertragen, in dem das aus dem Entgasungsreaktor 1 kommende Schwachgas auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß teerartige Substanzen thermisch aufgespalten werden. Aus dem teerhaltigen Schwachgas wird auf diese Weise ein hochwertiges teer- und staubfreies Holzgas mit einem hohen H2-Gehalt erzeugt. Das zur Erhitzung des Entgasungsreaktors 1 verwendete Rauchgas aus dem Verbrennungsreaktor 3 wird abgekühlt als Abgas abgegeben.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines diskontinuierlich arbeitenden Vergasers, bei dem drei Reaktoren koaxial zueinander angeordnet sind:
Im Inneren der Vorrichtung 11 befindet sich der spiralförmig ausgestaltete Nachbehandlungsreaktor 12, durch den das zunächst teerhaltige Schwachgas geleitet wird. Der Nachbehandlungsreaktor 12 befindet sich im Inneren des rohrförmigen Verbrennungsreaktors 13, in dem sich die entgaste glühende Holzkohle befindet, die zu Asche verbrennt. In seinem unteren Abschnitt weist der Verbrennungsreaktor 13 einen Rost 14 auf, durch den die entstehende Asche in einen Ascheauffangbehälter 15 fällt. Unterhalb des Rostes 14 ist der Verbrennungsreaktor 13 mit einem Stutzen 16 zur Zufuhr von Verbrennungsluft versehen. Das Abgas verläßt den Verbrennungsreaktor 13 an dessen oberem Ende.
Der Verbrennungsreaktor 13 ist allseits von dem Entgasungsreaktor 17 umgeben, in dem sich das zu vergasende Holz befindet. Aufgrund der Wärmeabgabe des Verbrennungsreaktors 13 wird das Holz im Entgasungsreaktor auf eine solche Temperatur erhitzt, daß eine mit der Pyrolyse des Holzes einhergehende Vergasung stattfindet. Das bei der Vergasung gebildete teerhaltige Schwachgas wird durch einen Endstutzen 18 des Nachbehandlungsreaktors 12 in diesen eingeleitet und verläßt diesen als teerfreies und einen hohen Brennwert aufweisendes Schwachgas.
Die Wandungen des Entgasungsreaktors 17 sind allseits mit einer Isolierung 19 versehen, um den Wärmeverlust der Vorrichtung 11 gering zu halten. Die Zufuhr des Holzes in den Entgasungsreaktor 17 sowie der Transport der entgasten Holzkohle aus dem Entgasungsreaktor 17 in den Verbrennungsreaktor 13 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, können jedoch mittels bekannter Fördertechnik erfolgen, so daß das Verfahren auch kontinuierlich betreibbar ist. Durch einen Stutzen 20 kann dem Entgasungsreaktor 17 Wasser zugeführt werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung bilden der Entgasungsreaktor und der Verbrennungsreaktor eine Brennstoffreaktor-Einheit 22. Innerhalb dieser Brennstoffreaktor-Einheit 22 befindet sich im oberen Bereich die Entgasungszone 23 des von oben zugeführten Holzes, während sich in einem unteren Bereich die Verbrennungszone 24 für die Holzkohle befindet.
Durch ein Rost 25 fällt die Asche in einen Ascheauffangbehälter 26. Über diesen ist durch einen Stutzen 27 die Versorgung der Verbrennungszone 24 mit Verbrennungsluft möglich.
Seitlich neben der Brennstoffreaktor-Einheit 22 befindet sich der Nachbehandlungsreaktor 28, in dem das Schwachgas von oben einströmt, nachdem es in einem oberen Bereich 29 der Brennstoffreaktor-Einheit 22 umgelenkt wurde. Eine gut wärmeleitende Wand 30 schottet die Brennstoffreaktor-Einheit 22 von dem Nachbehandlungsreaktor 28 ab. Die vorbeschriebene Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß ein Transport des unverbrannten wie des entgasten Brennstoffs allein durch die Schwerkraft erfolgt und keinerlei anzutreibende Fördermittel für heiße Stoffe erforderlich sind.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 31 weist einen prinzipiell vergleichbaren Aufbau wie die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung 21 auf, ist jedoch im Bereich der Verbrennungszone 32 mit einer Fördereinrichtung 33 versehen, die die glühende Holzkohle in einen Bereich seitlich neben die Entgasungszone 34 fördert. Die Brennstoffreaktor-Einheit 35 besitzt daher die Form eines L. Dies gilt entsprechend auch für den seitlich neben der Brennstoffreaktor-Einheit 35 angeordneten Nachbehandlungsreaktor 36.
Aufgrund des horizontalen L-Schenkels 37 kann eine sehr große Kontaktfläche 38 des Nachbehandlungsreaktors 36 mit der Verbrennungszone 32 erzielt werden, wodurch sich eine besonders wirksame thermische Aufspaltung der in dem Schwachgas enthaltenen Teerverbindungen ergibt.
Ein Vorteil der vorbeschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß aufgrund der kombinierten Brennstoffreaktor-Einheit ein Transport des entgasten Brennstoffs aus einem Entgasungsreaktor in einen Verbrennungsreaktor entfällt.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden festen Brennstoffs zu einem brennbaren Schwachgas, wobei der Brennstoff in einem Entgasungsreaktor auf eine solche Temperatur T1 erhitzt wird, daß eine mit seiner Pyrolyse einhergehende Vergasung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das entstehende Schwachgas in einem Nachbehandlungsreaktor auf eine solche Temperatur T2 erhitzt wird, daß in dem Schwachgas enthaltene langkettige und/oder (poly)zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen thermisch aufgespalten werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Brennstoffs auf indirekte Weise ohne Zuführung eines Oxidationsmittels erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der entgaste Brennstoff in einem Verbrennungsreaktor oxidiert und die dabei frei werdende Wärme zur Erhitzung des Brennstoffs in dem Entgasungsreaktor verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsreaktor Wasser zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T2 mindestens 600 °C, vorzugsweise 800°C bis 1000 °C, beträgt.
  6. Vorrichtung zur Vergasung eines in stückiger Form vorliegenden Brennstoffs zu einem brennbaren Schwachgas, mit einem Entgasungsreaktor, in dem der Brennstoff auf eine solche Temperatur T1 erhitzt wird, daß eine mit seiner Pyrolyse einhergehende Vergasung erfolgt, gekennzeichnet durch einen Nachbehandlungsreaktor (12, 27, 36) für das Schwachgas, in dem dieses auf eine solche Temperatur T2 erhitzbar ist, daß in dem Schwachgas enthaltene langkettige und/oder (poly)zyklische Kohlenwasserstoffverbindungen thermisch aufgespalten werden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in dem Entgasungsreaktor (17) indirekt über mindestens eine Wärmetauschefläche erhitzbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in einem von dem Entgasungsreaktor (17) getrennten Verbrennungsreaktor (13) oxidierbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Oxidation des Brennstoffs in dem Verbrennungsreaktor (13) frei werdende Wärme dem Entgasungsreaktor (17) und/oder dem Nachbehandlungsreaktor (12) zuführbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbehandlungsreaktor (12) im Inneren des Verbrennungsreaktors (13) und dieser im Inneren des Entgasungsreaktors (17) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbehandlungsreaktor (12) in Form einer Rohrspirale ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor und der Verbrennungsreaktor eine Brennstoffreaktor-Einheit (22, 35) bilden, durch die der Brennstoff der Schwerkraft folgend bewegbar ist, wobei das entgegen der Schwerkraft aus der Brennstoffreaktor-Einheit (22,35) abströmende Schwachgas in den neben dieser angeordneten Nachbehandlungsreaktor (28, 36) leitbar ist, der mit der Brennstoffreaktor-Einheit (22, 35) im Bereich einer Verbrennungszone (24, 32) eine gemeinsame Wand (30, 38) besitzt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffreaktor-Einheit (35) an ihrer Unterseite mit einer Fördereinrichtung (33) versehen ist, mit der der Brennstoff im Bereich einer Verbrennungszone (32) in seitliche Richtung unterhalb eines Abschnitts des Nachbehandlungsreaktors (36) förderbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscherflächen des Nachbehandlungsreaktors (12, 28, 36) mit katalytisch wirkenden Stoffen versehen sind.
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