EP2501790A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs aus festen oder pastösen energierohstoffen durch torrefizierung und zerkleinerung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines feinkörnigen brennstoffs aus festen oder pastösen energierohstoffen durch torrefizierung und zerkleinerung

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EP2501790A1
EP2501790A1 EP10784261A EP10784261A EP2501790A1 EP 2501790 A1 EP2501790 A1 EP 2501790A1 EP 10784261 A EP10784261 A EP 10784261A EP 10784261 A EP10784261 A EP 10784261A EP 2501790 A1 EP2501790 A1 EP 2501790A1
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EP
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reactor
gas stream
stream
baffle
energy raw
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10784261A
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English (en)
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Inventor
Ralf Abraham
Stefan Hamel
Ralf Schäfer
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Proactor Schutzrechtsverwaltungs GmbH
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Uhde GmbH
Proactor Schutzrechtsverwaltungs GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE102010006921A external-priority patent/DE102010006921A1/de
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Definitions

  • the invention relates to the thermal pretreatment, also referred to as Torrefizierung, of carbonaceous and hydrogen-containing solid fuels, which may be present in pasty or viscous form and are referred to hereinafter as solid or pasty energy resources, including, for example, biogenic and other highly reactive Fuels, fossil fuels and residuals count in an impingement reactor.
  • solid or pasty energy resources including, for example, biogenic and other highly reactive Fuels, fossil fuels and residuals count in an impingement reactor.
  • solids and liquid fractions are mixed together, examples of which are sewage sludge and industrial residues, either on an aqueous basis or on the basis of solvents or energy-containing liquids, such as lubricants.
  • the entrainment gasification with plants for entrained flow gasification usually have very high performance and are also operated with coal. Also, the invention allows the use of problematic substances in entrained flow systems or boiler systems, problem substances in this sense are, for example, the fibrous and woody components in mostly younger coals, which are found as recognizable residues of plants.
  • Torrefication is understood as meaning a mild thermal treatment of solid fuels with exclusion of oxygen at temperatures of 220 to 350.degree. C., low oxygen contents being permissible in the present invention as well.
  • the residence time required to achieve complete torrefaction of the feed is in the range of 15 to 120 minutes. The residence time is determined by the particle size of the feed and the heat transfer characteristic of the method used. While
  • further heating here by the example of wood, carbon dioxide, and organic acids such as acetic acid and formic acid are released up to about 200-220 ° C next to the water vapor first.
  • Further heating to about 280-350 ° C continue to release mainly carbon dioxide and organic acids, in addition due to the onset of pyrolytic decomposition, carbon monoxide is increasingly released with increasing temperature.
  • the pyrolytic decomposition reactions of the marcomolecules rise sharply beyond the 350-400 ° C. (depending on the biomass).
  • the amount of gas released increases, however, the higher hydrocarbons released reach e.g. for beech wood at about 480-500 ° C, a maximum.
  • condensable hydrocarbons also collectively referred to as tars, released.
  • about 15 wt .-% are released as gas and about 15 wt .-% remain as a solid residue, so-called coke.
  • biogenic raw materials In addition to carbon and hydrogen, many biogenic raw materials also contain considerable amounts of oxygen and other elements in each case in bound form.
  • the oxygen compounds are released from the fuel resulting in increased levels of generated carbon dioxide over the desired carbon monoxide in the synthesis gas, as well as water vapor rather than hydrogen. It would therefore be desirable to reduce the molecular fraction of the oxygen compounds in the biogenic raw material used as early as during the pretreatment, and to achieve a fuel revaluation by means of this oxygen depletion, in order to thereby improve the quality of the synthesis gas to be produced.
  • the object of the invention is therefore to provide a device-simplified apparatus and a more energy-saving method available, with the torrefaction and crushing can be done in one step, wherein the solid or pasty energy raw materials are pretreated so that they for a Residual flow gasification is operational without further measures.
  • the invention achieves the object by a device comprising
  • a feed device for solid or pasty energy raw materials in the head region of the impact reactor is a feed device for solid or pasty energy raw materials in the head region of the impact reactor
  • the Torrefiz michsgas is introduced in the region of a labyrinth seal and / or through a labyrinth seal into the baffle reactor, which is arranged in the rotor shaft of the baffle reactor, and separated by the interior of the baffle reactor fluidly from the outside environment becomes.
  • Abweiseradsichter be provided as a separation and withdrawal device for crushed and torrefied energy commodity particles.
  • a circuit circuit is also provided, the gas cycle containing additional A post-combustion device for the gas stream depleted in comminuted and torrefied energy raw material particles and obtained from the precipitation device, with a device for utilizing waste heat of the resulting flue gas,
  • An adding device of nitrogen into the recycle gas stream An adding device of nitrogen into the recycle gas stream
  • the cycle gas stream For the supply in the bottom area or at a suitable procedural point of the baffle reactor, the cycle gas stream also forms the Torrefiz istsgasstrom that transports the required heat.
  • a suitable impact reactor is described for example in the OS DE 196 00 482 A1.
  • This apparatus is surprisingly capable of producing biomass, e.g. Treat straw or green waste in the same way as the plastic fractions described there.
  • biomass e.g. Treat straw or green waste
  • devices as described in the application DE 10 2005 055 620 A1 can also be usefully used.
  • Another object of the device according to the invention relates to the deduction of Torrefiziertm material, wherein different fractions of different particle sizes should be deducted from the impingement reactor.
  • the invention solves the problem by side screens are provided as a separation and withdrawal device for crushed and dried energy raw material particles. By different design and mesh sizes can be deposited in this way different grain fractions.
  • FIG. 1 Further embodiments of the device according to the invention relate to the supply of the Torrefiz michsgases in the lower part of the Torrefiz michtechniksreaktors.
  • the object of the invention to be able to bring in larger amounts of Torrefiz michsgas in the impingement reactor.
  • the invention solves the problem by provided as a feeder for hot Torrefiz istsgas in the lower region of the baffle reactor distributed over the circumference holes.
  • the holes are made inclined in the radial direction.
  • the bores are aligned tangentially to the direction of rotation of the baffle elements. In this case, the outlet direction of the holes can be aligned with or against the direction of rotation of the rotor of the baffle reactor.
  • the process-technically more favorable solution depends on the interaction of the properties of the material to be comminuted and the geometric configurations of the rotor and the impact elements and the operation of the rotor, so for example the speed and the resulting influence on the local flow processes from.
  • the invention achieves the object by providing as a hot Torrefiz istsgas supply device in the lower region of the baffle reactor distributed over the circumference slit-shaped openings.
  • the slots may also have a radial inclination.
  • the slots are formed by overlapping mounting of floor panels.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a fine-grained fuel from solid or pasty energy resources by Torrefizierung and crushing using a baffle reactor with a rotor and baffles, wherein
  • Solid or pasty energy raw materials are fed to an impact reactor in the head region of the impact reactor at 190 to 350 degrees Celsuis,
  • Hot Torrefiz istsgas is supplied in the bottom region of the baffle reactor,
  • the solid or pasty energy raw materials in the impact reactor are comminuted, dried and torrefied, and
  • the thermal treatment is provided in the typical temperature range of torrefaction, ie from 190-350 ° C. This has the consequence that the mass decreases by about 30%, but the energy content only by about 10%, which sets a specific significantly higher calorific value.
  • the biomass structure changes from fibrous to brittle due to the torrefaction, which greatly reduces the energy required for comminution.
  • Torrefizierungsgrad and type of biomass energy consumption for comminution by 50% can be reduced to 85%, see Kaltschmitt et al .: "Energy from biomass", ISBN 978-3-540-85094-6, 2009, pages 703-709.
  • Torrefiz ist and comminution take place simultaneously, synergy effects, of which both processes receive benefits.
  • torrefaction takes place in a separate reactor, i.
  • the particles require a certain residence time in accordance with their size and the reactor-dependent heat transfer behavior in order to be torrefied completely and continuously.
  • this residence time in the reactor can only be achieved by reducing the particle size, which must be carried out before entry.
  • the torrechal convinced particles are crushed to a target size.
  • the continuous comminution and mechanical removal of the torrefied layers significantly reduces the total torrefaction time of a single particle.
  • the mechanical complexity of comminution is reduced because the already torrefied and thus brittle parts of the particles can be crushed much more effective.
  • the circulation operation is provided, wherein
  • At least a part of the gas stream, which is obtained from the particle separator, is subjected to a post-combustion device, the energy of the obtained NEN flue gas is used directly or indirectly for heating the cycle gas stream,
  • Nitrogen is added to the cycle gas stream
  • the withdrawn from the particle separator dust-containing gas is branched into a recycle gas stream and a residual gas stream and the circulating stream is additionally heated in the secondary stream or in the main stream or in both.
  • At least a portion of the Torrefiz michrajsgases is performed together with the energy raw materials through the feed device into the reactor. It is important to ensure that the Torrefiz mich michsgas is sufficiently cool introduced into the feeder.
  • the introduction of the Torrefiz michtechniksgases a drying of the outer surface of the energy raw materials, especially in the case of solid energy resources, causes, which leads to improved conveyability and significantly reduces the tendency to stick.
  • the passage of the Torrefiz mich michesgases can be carried out both in countercurrent and in direct current.
  • the supply device is heated indirectly. Due to the drying effect, the Torrefiz michsgas cools during passage through the feeding device. The heating counteracts this cooling. For heating, the hot Torrefiz michsgas be used, which itself cools and then passed through the feeder.
  • the invention also relates to the use of the solid energy raw materials pretreated in an entrained flow gasification, in an entrained flow combustion, in a fluidized bed gasification and in a fluidized bed combustion.
  • FIG. 1 shows the method according to the invention with indirect additional heating of the recycle gas
  • FIGS. 2 and 3 provide a branch
  • FIG. 4 a method with direct additional heating without branching is shown.
  • Fig. 5 the erfindungssconcee labyrinth seal is shown.
  • the biomass 2 is conveyed via the screw conveyor 3 and the rotary valve 4 in the baffle reactor 5. There it is crushed by means of the rotor 7.
  • Torrefiz istsgas is supplied in the form of hot recycle gas 8a and 8b.
  • the comminuted, dried and torrefied particles 11 are withdrawn via a separator 6, which is preferably a motor-operated rotary separator, with the gas stream 9 from the impingement reactor 5 and into the particle separator 10, here shown as centrifugal.
  • the size of the exiting with the gas stream 9 particles can be adjusted by the use of the classifier 6. It may also be advantageous to dispense with the motor-driven rotary sifter and to use screens or perforated plates, by which the particle size of the solids contained in the gas stream 9 can be influenced.
  • the target particle size of the torrefied particles 11 is defined by various requirements of the gasification or incineration plant. These are e.g. Requirements for the interaction of reactivity and particle size, on the conveying properties or further, thus may be advantageous for different starting materials, a different particle size or particle size distribution. Therefore, different methods for pre-separation such as sifters or sieves are useful. Depending on the desired particle size can be useful as a particle separator 10 and a mass separator or a filtering separator used.
  • the torrehus believing particles 11 are separated and discharged by the rotary valve 12, then they are given with the screw conveyor 13 in the storage tank 14.
  • the recycle gas 15 obtained from the centrifugal separator 10 contains only small amounts of dust and, in addition, the gas components released during torrefaction of the feed, which must be post-combusted.
  • a residual gas stream 17 is passed by means of the blower 18 in the burner 19, where the residual gas is post-combusted together with air 20 and fuel gas 21.
  • the hot flue gas transfers its heat in the heat exchanger 22 to the recycle gas 27 and can then be discharged into the atmosphere 23.
  • Nitrogen 25 is added to the circulating gas 24 in approximately the amount which is discharged to residual gas 17, with an oxygen content of not more than 8% being regulated at the entrance of the impingement reactor.
  • the pressure loss is compensated in the cycle gas compressor 26, the recycle gas 27 is heated in the heat exchanger and fed as hot recycle gas 8 back to the impingement reactor.
  • the feed devices are arranged by way of example so that the hot cycle gas 8 is supplied in the region of the labyrinth seal 33 and at the same time the labyrinth seal 33 flows through itself.
  • a secondary stream 28 is branched off from the circulating gas 16, which is conveyed by a support fan 29 for operated with air 30 additional burner 31 and heated.
  • the hot gas 32 is added to the cycle gas 8 again.
  • the burner 19 is arranged directly in the recycle gas 27.
  • This method variant is preferable, for example, when the gas components released from the torrefaction contribute a significant amount and calorific value.
  • the process for the thermal pretreatment of coal-containing and hydrogen-containing solid fuels can also be carried out without circulation according to the invention. This is particularly advantageous if integration into an existing plant infrastructure is provided. If, for example, the co-gasification of biomass and coal in an entrained-flow gasifier is desired, coupling may take place in such a manner that the gas stream 15 leaving the gasification, here e.g. the Aufliestbrenner the Kohlenmahlstrom, is supplied. At the same time, the preheated gas stream 8a, 8b to be supplied can likewise be made available from the gasification plant. This may be, for example, a partial flow from the heated mill cycle gas of the coal grinding plant or, for example, consist of an inert gas stream preheated within the gasification plant.
  • the obtained torrequel loved particles 11 can be entered via the feed tank 14 for co-gasification either in the coal dust stream or together with the raw coal in the coal grinding plant, which essentially depends on the degree of crushing, which was set in the impact reactor 5.
  • the described coupling with the gasification plant is only an example and can be done in many other ways, since within a complex gasification with upstream coal grinding plant a variety of partial and auxiliary currents are available and a variety of ways for heat extraction exist.
  • FIG. 5 shows a fragmentary detailed view of the impact reactor 5 in the region of the rotor shaft 34, via which the rotor 7 is driven by a motor not shown in more detail.
  • a rotor receptacle 35 is located at the front end of the rotor shaft 34, in the underside of which a circumferential depression or groove 36 is introduced, which for example has a rectangular cross-section.
  • a circumferential recess 36 extends from below a circumferential projection 37, which is preferably arranged on the bottom plate 38 of the baffle reactor 5.
  • the projection 37 has a width which is smaller than the width of the recess 36, and does not extend completely with its top to the bottom of the recess, so that between the outer surface of the projection 37 and the inner surface of the recess 36, a labyrinth seal 33rd is formed with a labyrinth passage 33a through which the Torrefiz istsgas or other gas is introduced into the interior of the baffle reactor 5.
  • the labyrinth passage may have a width in the range of 2mm to 20mm.
  • the labyrinth seal 33 seen to improve the sealing effect in the radial direction also have two or more projections 37 which extend into associated recesses 36 which are adapted in shape of the shape of the projections ,
  • the supply of Torrefizianssgases 8a, 8b is preferably carried out by one or more below the bottom plate 38 in the shaft guide 39 arranged holes 40 therethrough along the direction indicated by the arrows 42 Zufarweges.
  • This runs first in the direction of the rotor shaft 34, ie the center of rotation of the rotor 7, then substantially parallel to the rotor shaft or axis of rotation of the rotor 7 in the upward direction and then above the bottom plate 38 again in the opposite direction through the labyrinth passage 33a therethrough radially outside of the center of rotation of the baffle reactor 5 away, resulting in a particularly efficient sealing and distribution of Torrefizianssgases inside the reactor.
  • This can be achieved through the use of one or more, the labyrinth passage 33a fluidly downstream Schleuderolin 41 additionally be improved.
  • Rotor 29 support fan hot recycle gas / 30 air
  • Particle separator 33 Labyrinth seal Torrefied particles 33a Labyrinth passage

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung, enthaltend einen Prallreaktor mit einem Rotor und Prallelementen, der Temperatur-beständig bis 350 Grad Celsius ist, eine Zuführungsvorrichtung für heißes Kreislaufgas im unteren Bereich des Prallreaktors, eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors, mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, und eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG EINES FEINKÖRNIGEN BRENNSTOFFS AUS FESTEN ODER PASTÖSEN ENERGIEROHSTOFFEN DURCH TORREFI- ZIERUNG UND ZERKLEINERUNG
[0001] Die Erfindung betrifft die thermische Vorbehandlung, auch als Torrefizierung bezeichnet, von kohlen- und wasserstoffhaltigen festen Brennstoffen, die auch in pastöser oder zähfließender Form vorliegen können und im folgenden als feste oder pastöse Energierohstoffe bezeichnet werden, wozu zum Beispiel biogene und andere hochreaktive Brennstoffe, fossile Brennstoffe und Reststoffe zählen, in einem Prallreaktor. Als pastös werden hierbei alle Stoffe verstanden, in denen Feststoffe und flüssige Anteile miteinander vermengt sind, Beispiele hierfür sind Klärschlämme und Industrierückstände, entweder auf wässriger Basis oder auf der Basis von Lösungsmitteln oder energiehaltigen Flüssigkeiten, etwa Öl- und Schmierstoffen. Der Ausbau der Nutzung von regenerativen Energieträgern und die Verwertung von Abfällen und Reststoffen wird weltweit angestrebt, wobei eine energetisch auch stofflich besonders effektive Nutzung mit thermischer Vergasung möglich ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die Flugstromvergasung, wobei Anlagen zur Flugstromvergasung üblicherweise sehr große Leistungen aufweisen und auch mit Kohle betrieben werden. Ebenfalls ermöglicht die Erfindung den Einsatz von Problemstoffen in Flugstromverbrennungsanlagen bzw. Kesselanlagen, Problemstoffe in diesem Sinne sind zum Beispiel die faser- und holzartigen Bestandteile in meist jüngeren Kohlen, die als noch erkennbare Rückstände von Pflanzen gefunden werden.
[0002] Um feste Brennstoffe im Flugstromvergaser einsetzen zu können, müssen sie auf eine geeignete Partikelgröße zerkleinert werden, außerdem ist eine Reduzierung des Feuchtegehalts vorteilhaft. Bei Energierohstoffen wie Biomassen, biogenen Reststoffen und Abfällen sind aufgrund der oftmals zähen und faserigen Struktur solche Vorbehandlungen nach herkömmlichem Stand der Technik nur unter hohem Energie- und Apparateaufwand zu erreichen. So ist bekannt, dass durch eine thermische Behandlung der Biomasse bei milden Pyrolysebedingungen, d.h. einer Torrefizierung, die Zellstrukturen derart geschwächt werden, dass der mechanische Aufwand für eine nachfolgende Zerkleinerung stark reduziert wird.
[0003] Unter Torrefizierung wird eine milde thermische Behandlung von Festbrennstoffen unter Sauerstoffabschluss bei Temperaturen von 220 bis 350 °C verstanden, wobei in der vorliegenden Erfindung auch geringe Sauerstoffgehalte zulässig sind. Die notwendige Verweilzeit, um eine vollständige Torrefizierung des Einsatzstoffes zu erreichen, liegt im Bereich 15 bis 120 Minuten. Die Verweilzeit wird bestimmt durch die Partikelgröße des Einsatzstoffes und der Wärmeübertragungscharakteristik des angewendeten Verfahrens. Während
BESTÄTIGUNGSKOPIE der Aufheizung des Einsatzstoffes durchläuft dieser zunächst den Trocknungsschritt. Mit weiterer Aufheizung, hier am Beispiel von Holz, werden bis ca. 200-220°C neben dem Wasserdampf zunächst Kohlendioxid, und organische Säuren wie z.B. Essigsäure und Ameisensäure freigesetzt. Bei weiterer Aufheizung bis ca. 280-350°C werden weiterhin überwiegend Kohlendioxid und organische Säuren freigesetzt, zusätzlich aufgrund der einsetzenden pyrolytischen Zersetzung wird mit zunehmender Temperatur in zunehmendem Maße auch Koh- lenmonoxid freigesetzt.
[0004] Wird die Temperatur über den erfindungsrelevanten Temperaturbereich weiter gesteigert, so steigen jenseits der 350-400°C (abhängig von der Biomasse) die pyrolytischen Zersetzungsreaktionen der Markomoleküle stark an. Die Menge der freigesetzten Gase steigt an, allerdings erreichen die freigesetzten höheren Kohlenwasserstoffe z.B. für Buchenholz bei etwa 480-500°C, ein Maximum. Hier werden z.B. aus Buchenholz etwa 70 Gew.-% der wasser- und aschefreien Brennstoffsubstanz als höhere, kondensierbare Kohlenwasserstoffe, auch zusammenfassend als Teere bezeichnet, freigesetzt. Etwa 15 Gew.-% werden als Gas freigesetzt und rund 15 Gew.-% verbleiben als fester Rückstand, sogenannter Koks.
[0005] Viele biogene Rohstoffe enthalten außer Kohlen- und Wasserstoff auch erhebliche Mengen Sauerstoff und weitere Elemente jeweils in gebundener Form. Während einer Flugstromvergasung, die unter reduzierender, sauerstoffarmer Atmosphäre zur Gewinnung von Synthesegas durchgeführt wird, werden die Sauerstoffverbindungen aus dem Brennstoff freigesetzt, was zu erhöhtem Anteil von erzeugtem Kohlendioxid gegenüber dem gewünschten Kohlenmonoxid im Synthesegas führt, ferner zu Wasserdampf statt Wasserstoff. Man möchte daher den molekularen Anteil der Sauerstoffverbindungen im eingesetzten biogenen Rohstoff möglichst schon während der Vorbehandlung verringern, und durch diese Sauer- stoffabreicherung eine Brennstoffaufwertung erreichen, um damit die Qualität des zu erzeugenden Synthesegases zu verbessern.
[0006] Zur Torrefizierung von Biomassen sind verschiedene Verfahren im Stand der Technik bekannt. Eine prinzipielle Übersicht zu der grundsätzlichen Vorgehensweise dazu gibt z.B. Kaltschmitt et al., "Energie aus Biomasse", ISBN 978-3-540-85094-6, 2009, Seiten 703-709. Demnach werden verschiedene Grundreaktortypen zur Biomassetorrefizierung eingesetzt, wie Festbett bzw. Wanderbettreaktor, Trommelreaktor, Scheibenreaktor und Schnecken- oder Paddelreaktoren. Ein Wanderbettreaktor wird beispielsweise auch in der WO 2007/078199 A1 vorgeschlagen. Die Schaltungsvariante eines Verfahrens zur Torrefizierung wird beispielsweise in der WO 2005/056723 A1 vorgestellt.
[0007] Allen diesen genannten Verfahren ist gemeinsam, dass sie die thermische Behandlung von Biomassen zum Ziel haben. Die anschließende Aufbereitung der torrefizierten Biomasse, also die Zerkleinerung, ist nicht vorgesehen und muss in einem nachfolgenden Schritt erfolgen. Die Zerkleinerung oder Mahlung erfordert also in den oben genannten Beispielen aus dem Stand der Technik zwingend eine weitere Prozessstufe und damit weitere Aggregate.
[0008] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine apparativ vereinfachte Vorrichtung und ein energiesparenderes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Torrefizierung und Zerkleinerung in einem Schritt erfolgen kann, wobei die festen oder pastösen Energierohstoffe so vorbehandelt werden, dass sie für eine Flugstromvergasung ohne weitere Maßnahmen einsatzfähig ist.
[0009] Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung, enthaltend
• einen Prallreaktor mit einem Rotor und Prallelementen, der Temperatur-beständig bis 350 Grad Celsius ist,
• eine Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors,
• eine Zuführungsvorrichtung für feste oder pastöse Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors,
• mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und torrefizierte Energie- rohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom, und
• eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel aus dem Gasstrom, der aus dem Prallreaktor abgezogen wird.
[0010] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Torrefizierungsgas im Bereich einer Labyrinthdichtung und/oder durch eine Labyrinthdichtung hindurch in den Prallreaktor eingebracht, die im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors angeordnet ist, und über die der Innenraum des Prallreaktors strömungsmäßig von der Außenumgebung getrennt wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders effiziente Verteilung des Torrefizierungsgases innerhalb des Prallreaktors sowie auch ein vom Boden des Reaktors nach oben gerichteter Produktstrom, in welchem die torrefizierten Partikel in Aufwärtsrichtung transportiert werden.
[0011] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel Abweiseradsichter vorgesehen.
[0012] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner eine Kreislaufschaltung vorgesehen, der Gaskreislauf enthaltend zusätzlich • eine Nachverbrennungseinrichtung für den an zerkleinerten und torrefizierten Energierohstoffpartikel abgereicherten und aus der Abscheidevorrichtung erhaltenen Gasstrom, mit einer Vorrichtung zur Abwärmenutzung des erhaltenen Rauchgases,
• einer Zugabevorrichtung von Stickstoff in den Kreislaufgasstrom,
• einer Druckerhöhungsvorrichtung im Kreislaufgasstrom, und
• eine Vorrichtung zur Einkopplung der aus dem Rauchgas erhaltenen Abwärme in den Kreislaufgasstrom.
Für die Zuführung im Bodenbereich oder an einer verfahrenstechnisch geeigneten Stelle des Prallreaktors bildet hierbei der Kreislaufgasstrom auch den Torrefizierungsgasstrom, der die erforderliche Wärme transportiert.
[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, eine Abzweigung für einen Kreislaufgasstrom und einen Restgasstrom nach der Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom vorzusehen nach der Abzweigung für den Kreislaufstrom einen Aufheizbrenner im Kreislaufstrom anzuordnen. Dieser Aufheizbrenner kann sowohl im Nebenstrom als auch im Hauptstrom des Kreislaufgases angeordnet werden.
[0014] Ein geeigneter Prallreaktor wird beispielsweise in der OS DE 196 00 482 A1 beschrieben. Dieser Apparat ist überraschenderweise in der Lage, Biomasse, wie z.B. Stroh oder Grünabfälle, in der gleichen Weise wie die dort beschriebenen Kunststofffraktionen zu behandeln. Zur Verbesserung der Wirkungsweise können auch Vorrichtungen, wie in der Anmeldeschrift DE 10 2005 055 620 A1 beschrieben, sinnvoll zum Einsatz kommen.
[0015] Eine weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft den Abzug von torrefiziertem Material, wobei verschiedene Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen aus dem Prallreaktor abgezogen werden können sollen. Die Erfindung löst die Aufgabe, indem als Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel Seitensiebe vorgesehen werden. Durch unterschiedliche Gestaltung und Maschenweiten lassen sich auf diese Weise verschiedene Kornfraktionen abscheiden.
[0016] Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung betreffen die Zuführung des Torrefizierungsgases im unteren Bereich des Torrefizierungsreaktors. Hierbei besteht die Aufgabe der Erfindung, auch größere Mengen an Torrefizierungsgas in den Prallreaktor einbringen zu können.
[0017] Die Erfindung löst die Aufgabe, indem als Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors über den Umfang verteilte Bohrungen vorgesehen werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Bohrungen in radialer Richtung geneigt ausgeführt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Bohrungen tangential zur Umlaufrichtung der Prallelemente ausgerichtet sind. Dabei kann die Auslassrichtung der Bohrungen mit oder entgegen der Drehrichtung des Rotors des Prallreaktors ausgerichtet sein. Die verfahrenstechnisch günstigere Lösung hängt vom Zusammenwirken der Eigenschaften des zu zerkleinernden Guts und den geometrischen Gestaltungen des Rotors und der Prallelemente und der Betriebsweise des Rotors, also z.B. der Drehzahl und des daraus resultierenden Einflusses auf die lokalen Strömungsvorgänge, ab.
[0018] Alternativ löst die Erfindung die Aufgabe, indem als Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors über den Umfang verteilte schlitzförmige Öffnungen vorgesehen werden. Hierbei können auch die Schlitze eine radiale Neigung aufweisen.
[0019] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Schlitze durch überlappende Montage von Bodenplatten gebildet.
[0020] Alle Zuführungsarten für Torrefizierungsgas können auch additiv verwendet werden. Es ist also möglich, Torrefizierungsgas sowohl über die beschriebene Labyrinthdichtung, als auch über die Zuführungsvorrichtung für Energierohstoffe, als auch über Bohrungen und Schlitze im Bodenbereich des Prallreaktors in den Praüreaktor einzuführen und damit auf unterschiedlichste Rohstoffe verfahrenstechnisch zu reagieren, was ein Vorteil der Erfindung ist.
[0021] Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung und Zerkleinerung unter Einsatz eines Prallreaktors mit einem Rotor und Prallelementen gelöst, wobei
• feste oder pastöse Energierohstoffe einem Prallreaktor im Kopfbereich des Prallreaktors bei 190 bis 350 Grad Celsuis zugeführt wird,
• heißes Torrefizierungsgas im Bodenbereich des Prallreaktors zugeführt wird,
• die festen oder pastösen Energierohstoffe im Prallreaktor zerkleinert, getrocknet und torrefiziert werden, und
• zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel in einem sie enthaltenden Gasstrom aus dem Prallreaktor in einen Partikelabscheider geführt werden.
[0022] In der vorliegenden Erfindung wird die thermische Behandlung im typischen Temperaturbereich der Torrefizierung vorgesehen, also von 190-350°C. Die hat zum Einen zur Folge, dass die Masse etwa um 30% abnimmt, der Energieinhalt aber nur um etwa 10%, wodurch sich ein spezifisch erheblich höherer Heizwert einstellt. Zum anderen ändert sich durch die Torrefizierung die Biomassestruktur von faserartig zu spröde, wodurch die benötigte Energie zur Zerkleinerung stark reduziert wird. Je nach Torrefizierungsgrad und Biomasseart kann der Energieaufwand zur Zerkleinerung um 50% bis zu 85% reduziert werden, siehe Kaltschmitt et al.: "Energie aus Biomasse", ISBN 978-3-540-85094-6, 2009, Seiten 703- 709.
[0022] Dadurch, dass in der vorliegenden Erfindung die Torrefizierung und die Zerkleinerung gleichzeitig erfolgen, entstehen Synergieeffekte, wovon beide Vorgänge Vorteile erhalten. Im Stand der Technik erfolgt die Torrefizierung in einem eigenen Reaktor, d.h. die Partikel benötigen entsprechend ihrer Größe und dem reaktorabhängigen Wärmeübergangsverhalten eine bestimmte Verweilzeit, um vollständig und durchgehend torrefiziert zu werden. Bei konstanter Reaktortemperatur kann diese Verweilzeit im Reaktor nur durch eine Verkleinerung der Partikelgröße erreicht werden, die vor Eintrag durchgeführt werden muss. Anschließend werden die torrefizierten Partikel auf eine Zielgröße zerkleinert.
[0023] Durch die simultane Behandlung in der Erfindung findet nach Eintrag der groben Partikel eine schnelle Trocknung statt und durch die weitere Partikelaufheizung findet, von außen nach innen, eine entsprechende Torrefizierung ebenfalls vom Partikeläußeren zum Partikelinneren statt. Während in den bekannten Verfahren nach Stand der Technik die Partikelgröße während der Torrefizierung erhalten bleibt, findet hier gleichzeitig eine Zerkleinerung durch den Pralleffekt statt. Dabei werden bei Kontakt mit den Prallelementen vorzugsweise die bereits torrefizierten äußeren Partikelschichten aufgrund dessen spröder Materialeigenschaften abgeschlagen. Der verbleibende, noch nicht vollständig torrefizierte Partikelkern wird dadurch wieder freigelegt und ist wieder dem vollen Wärmeübertragung bei gleichzeitig verringerter Größe ausgesetzt. Durch die kontinuierliche Zerkleinerung und mechanische Abtragung der torrefizierten Schichten wird die Gesamt-Torrefizierungszeit eines Ein- zelpartikels deutlich reduziert. Gleichzeitig wird der mechanische Aufwand der Zerkleinerung reduziert, da sich die bereits torrefizierten und damit spröden Teile der Partikel erheblich effektiver zerkleinern lassen.
[0024] Durch die Erfindung wird einerseits der apparative Aufwand der üblichen Behandlungskette deutlich verringert und gleichzeitig der benötigte spezifische Zeitbedarf ebenfalls reduziert.
[0025] In Ausgestaltungen des Verfahrens wird auch der Kreislaufbetrieb vorgesehen, wobei
• wenigstens ein Teil des Gasstroms, der aus dem Partikelabscheider erhalten wird, einer Nachverbrennungseinrichtung unterzogen wird, wobei die Energie des erhalte- nen Rauchgases direkt oder indirekt zur Aufheizung des Kreislaufgasstroms genutzt wird,
• dem Kreislaufgasstrom Stickstoff zugegeben wird,
• der Druckverlust im Kreislaufgasstrom ausgeglichen wird, und
• der erhitzte Kreislaufgasstrom wieder in den unteren Bereich des Prallreaktors zurückgeführt wird.
[0026] In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens wird vorgesehen, dass das aus dem Partikelabscheider abgezogene staubhaltige Gas in einen Kreislaufgasstrom und einen Restgasstrom verzweigt wird und der Kreislaufstrom zusätzlich im Nebenstrom oder im Hauptstrom oder in beiden aufgeheizt wird.
[0027] In einer weiter verbesserten Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgesehen, dass mindestens ein Teil des Torrefizierungsgases zusammen mit den Energierohstoffen durch dessen Zuführungsvorrichtung in den Reaktor geführt wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Torrefizierungsgas ausreichend kühl in die Zuführungsvorrichtung eingeleitet wird. Durch die Einleitung des Torrefizierungsgases wird eine Antrocknung der äußeren Oberfläche der Energierohstoffe, insbesondere im Falle fester Energierohstoffe, bewirkt, was zu einer verbesserten Förderbarkeit führt und die Verklebungsneigung erheblich verringert. Die Durchleitung des Torrefizierungsgases kann sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom erfolgen.
[0028] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgesehen, dass die Zuführungsvorrichtung indirekt beheizt wird. Aufgrund der Trocknungswirkung kühlt sich das Torrefizierungsgas während des Durchtritts durch die Zuführungsvorrichtung ab. Die Beheizung wirkt dieser Abkühlung entgegen. Zur Beheizung kann auch das heiße Torrefizierungsgas benutzt werden, welches sich dabei selbst abkühlt und anschließend durch die Zuführungsvorrichtung hindurchgeführt wird.
[0029] Falls vorgesehen wird, die Energierohstoffe zunächst mit einer Förderschnecke aus dem Silo auszutragen und die Dosierung in den Prallreaktor mit einer Zellenradschleuse vorzunehmen, wäre im vorliegenden Fall diese Reihenfolge umzudrehen. Dadurch wird verhindert, dass durch die Fördereinrichtung hindurchgeleitetes Torrefizierungsgas in das Silo zurückströmen kann. Über die Förderschnecke, die zum Prallreaktor offen ist, kann das Torrefizierungsgas ungehindert in den Prallreaktor eingeleitet werden. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Energierohstoffe und das Torrefizierungsgas im Gleichstrom durch die Förderschnecke geleitet werden. [0030] Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der so vorbehandelten festen Energierohstoffe in einer Flugstromvergasung, in einer Flugstromverbrennung, in einer Wirbelschichtvergasung und in einer Wirbelschichtverbrennung.
[0031] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von 5 Verfahrensskizzen mit Kreislauffahrweise näher erläutert, wobei beispielhaft Biomasse torrefiziert wird. Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren mit indirekter Zusatzaufheizung des Kreislaufgases, Fig. 2 und 3 sehen eine Verzweigung vor, in Fig. 4 wird ein Verfahren mit direkter Zusatzheizung ohne Verzweigung gezeigt. In Fig. 5 wird die erfindungssgemäße Labyrinthdichtung dargestellt.
[0032] Aus dem Vorlagebehälter 1 wird die Biomasse 2 über die Förderschnecke 3 und die Zellenradschleuse 4 in den Prallreaktor 5 gefördert. Dort wird sie mittels des Rotors 7 zerkleinert. Im Bodenbereich des Prallreaktors 5 wird Torrefizierungsgas in Form von heißem Kreislaufgas 8a und 8b zugeführt. Die zerkleinerten, getrockneten und torrefizierten Partikel 11 werden über einen Sichter 6, der bevorzugt ein motorbetriebener Rotationssichter ist, mit dem Gasstrom 9 aus dem Prallreaktor 5 abgezogen und in den Partikelabscheider 10, hier als Zentrifugalabscheider dargestellt, geführt.
[0033] Hierbei ist es vorteilhaft, dass durch den Einsatz des Sichters 6 die Größe der mit dem Gasstrom 9 austretenden Partikel eingestellt werden kann. Es kann auch vorteilhaft sein, auf den motorbetriebenen Rotationssichter zu verzichten und Siebe oder Lochbleche einzusetzen, durch die die Partikelgröße der im Gasstrom 9 enthaltenen Feststoffanteile beeinflußt werden kann.
[0034] Je nach gewünschter Verwendung des vorbehandelten Brennstoffes wird die Zielpartikelgröße der torrefizierten Partikel 11 von verschiedenen Anforderungen der Verga- sungs- oder Verbrennungsanlage definiert. Dies sind z.B. Anforderungen an das Zusammenspiel Reaktivität und Partikelgröße, an die Fördereigenschaften oder weitere, somit kann für verschiedene Einsatzstoffe eine unterschiedliche Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung vorteilhaft sein. Daher sind auch unterschiedliche Methoden zur Vorabscheidung wie Sichter oder Siebe sinnvoll. Je nach gewünschter Partikelgröße kann als Partikelabscheider 10 auch ein Massenkraftabscheider oder auch ein filternder Abscheider sinnvoll zum Einsatz kommen.
[0035] Im Partikelabscheider 10 werden die torrefizierten Partikel 11 abgeschieden und mittels der Zellenradschleuse 12 ausgeschleust, danach werden sie mit der Förderschnecke 13 in den Vorlagebehälter 14 gegeben.
[0036] Das Kreislaufgas 15, welches aus dem Zentrifugalabscheider 10 erhalten wird, enthält nur geringe Mengen von Staub und zusätzlich die Gaskomponenten, die während der Torrefizierung des Einsatzstoffes freigesetzt wurden, welche nachverbrannt werden müssen. Nach der Verzweigung 16 wird ein Restgasstrom 17 mittels des Gebläses 18 in den Brenner 19 geleitet, wo das Restgas zusammen mit Luft 20 und Brenngas 21 nachverbrannt wird. Das heiße Rauchgas überträgt im Wärmetauscher 22 seine Energie an das Kreislaufgas 27 und kann danach in die Atmosphäre 23 abgeleitet werden.
[0037] Dem Kreislaufgas 24 wird Stickstoff 25 in etwa der Menge zugegeben, die an Restgas 17 ausgeschleust wird, wobei ein Sauerstoffgehalt von maximal 8 % am Eintritt des Prallreaktors eingeregelt wird. Der Druckverlust wird im Kreisgasverdichter 26 ausgeglichen, das Kreislaufgas 27 wird im Wärmetauscher erhitzt und als heißes Kreislaufgas 8 wieder dem Prallreaktor zugeführt. Dabei sind die Zuführungsvorrichtungen beispielhaft so angeordnet, dass das heiße Kreislaufgas 8 im Bereich der Labyrinthdichtung 33 zugeführt wird und gleichzeitig die Labyrinthdichtung 33 selbst durchströmt wird.
[0038] In Fig. 2 wird aus dem Kreislaufgas 16 ein Nebenstrom 28 abgezweigt, der von einem Unterstützungsgebläse 29 zum mit Luft 30 betriebenen Zusatzbrenner 31 gefördert und erhitzt wird. Das heiße Gas 32 wird dem Kreislaufgas 8 wieder zugemischt.
[0039] In Fig. 3 wird gegenüber Fig. 1 der Wärmetauscher 22 eingespart, indem das Rauchgas 33 in das Kreislaufgas 27 direkt zurückgespeist wird, nachdem ein Teil davon zur Atmosphäre 23 ausgeschleust worden ist.
[0040] In Fig. 4 wird der Brenner 19 direkt im Kreislaufgas 27 angeordnet. Diese Verfahrensvariante ist beispielsweise dann vorzuziehen, wenn die aus der Torrefizierung freigesetzten Gaskomponenten eine nennenswerte Menge und Heizwert beitragen.
[0041] Das Verfahren zur thermischen Vorbehandlung von kohlen- und wasserstoffhalti- gen festen Brennstoffen kann erfindungsgemäß auch ohne Kreislauf durchgeführt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Integration in eine vorhandene Anlagen- infrastuktur vorgesehen ist. Wird beispielsweise die Co-Vergasung von Biomasse und Kohle in einem Flugstromvergaser angestrebt, so kann eine Kopplung in der Art erfolgen, dass der austretende Gasstrom 15 der Vergasung, hier z.B. dem Aufheizbrenner der Kohlenmahlanlage, zugeführt wird. Gleichzeitig kann der zuzuführende, vorgeheizte Gasstrom 8a, 8b ebenfalls aus der Vergasungsanlage zur Verfügung gestellt werden. Dies kann beispielsweise ein Teilstrom aus dem aufgeheizten Mühlenkreislaufgas der Kohlenmahlanlage sein oder beispielsweise aus einem innerhalb der Vergasungsanlage vorgewärmte Inertgasstrom bestehen.
[0042] Die erhaltenen torrefizierten Partikel 11 können über den Vorlagebehälter 14 zur Co-Vergasung entweder in den Kohlenstaubstrom eingegeben werden oder mit der Rohkohle zusammen in die Kohlenmahlanlage gegeben werden, was im Wesentlichen vom Grad der Zerkleinerung abhängt, die im Prallreaktor 5 eingestellt wurde. [0043] Die beschriebene Kopplung mit der Vergasungsanlage ist nur beispielhaft und kann auf vielfältige andere Weisen erfolgen, da innerhalb einer komplexen Vergasung mit vorgelagerter Kohlenmahlanlage eine Vielzahl von Teil- und Hilfströmen vorhanden sind sowie eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Wärmeauskopplung bestehen.
[0044] In der gleichen Weise kann auch eine Kopplung mit einem Kraftwerksprozess mit einer Verbrennungsanlage vorgenommen werden, wobei die erhaltenen torrefizierten Partikel 11 über den Vorlagebehälter 14 in einem solchen Fall zur Co-Verbrennung geführt werden.
[0045] Weiterhin ist in Fig. 5 eine ausschnittsweise Detailansicht des Prallreaktors 5 im Bereich der Rotorwelle 34 dargestellt, über welche der Rotor 7 durch einen nicht näher gezeigten Motor angetrieben wird. Wie der Darstellung von Fig. 5 hierbei entnommen werden kann, befindet sich am stirnseitigen Ende der Rotorwelle 34 eine Rotoraufnahme 35, in deren Unterseite eine umlaufende Vertiefung oder Nut 36 eingebracht ist, die beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt. In die umlaufende Vertiefung 36 hinein erstreckt sich von unten her ein umlaufender Vorsprung 37, der bevorzugt an der Bodenplatte 38 des Prallreaktors 5 angeordnet ist. Der Vorsprung 37 besitzt eine Breite, die kleiner als die Breite der Vertiefung 36 ist, und erstreckt sich mit seiner Oberseite nicht vollständig bis an den Grund der Vertiefung heran, so dass zwischen der Außenfläche des Vorsprungs 37 und der Innenfläche der Vertiefung 36 eine Labyrinthdichtung 33 mit einem Labyrinthgang 33a entsteht, durch den hindurch das Torrefizierungsgas oder auch ein anderes Gas in den Innenraum des Prallreaktors 5 eingebracht wird. Der Labyrinthgang kann beispielsweise eine Breite im Bereich von 2 mm bis zu 20 mm besitzen.
[0046] Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Labyrinthdichtung 33 zur Verbesserung der Dichtwirkung in radialer Richtung betrachtet auch zwei oder mehr Vorsprünge 37 aufweisen, die sich in zugehörige Vertiefungen 36 hinein erstrecken, welche von ihrer Form her der Form der Vorsprünge angepasst sind.
[0047] Die Zufuhr des Torrefizierungsgases 8a, 8b erfolgt bevorzugt durch ein oder auch mehrere unterhalb der Bodenplatte 38 in der Wellenführung 39 angeordnete Bohrungen 40 hindurch entlang des durch die Pfeile 42 angedeuteten Zufuhrweges. Dieser verläuft zuerst in Richtung auf die Rotorwelle 34, d.h. das Drehzentrum des Rotors 7 zu, dann im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle bzw. Drehachse des Rotors 7 in Aufwärtsrichtung und anschließend oberhalb der Bodenplatte 38 wieder in entgegen gesetzter Richtung durch den Labyrinthgang 33a hindurch radial nach außen vom Drehzentrum des Prallreaktors 5 weg, wodurch sich eine besonders effiziente Abdichtung sowie auch Verteilung des Torrefizierungsgases im Reaktorinnenraum ergibt. Diese kann durch den Einsatz von einer oder mehrerer, dem Labyrinthgang 33a strömungsmäßig nachgeordneter Schleuderleisten 41 zusätzlich noch verbessert werden.
Bezugszeichenliste
Vorlagebehälter 23 Atmosphäre
Biomasse 24 Kreislaufgas
Förderschnecke 25 Stickstoff
Zellenradschleuse 26 Kreisgasverdichter
Prallreaktor 27 Kreislaufgas
Sichter 28 Nebenstrom
Rotor 29 Unterstützungsgebläse heißes Kreislaufgas/ 30 Luft
Torrefizierungsgas 31 Zusatzbrenner
Gasstrom 32 heißes Gas
Partikelabscheider 33 Labyrinthdichtung torrefizierte Partikel 33a Labyrinthgang
Zellenradschleuse 34 Rotorwelle
Förderschnecke 35 Rotoraufnahme
Vorlagebehälter 36 Vertiefung
Kreislaufgas 37 Vorsprung
Kreislaufgas 38 Bodenplatte
Restgas 39 Wellenführung
Gebläse 40 Bohrung
Brenner 41 Schleuderleiste
Luft 42 Pfeile
Brenngas M Motor
Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung und Zerkleinerung, aufweisend
• einen Prallreaktor (5) mit einem Rotor (7) und Prallelementen, der Temperaturbeständig bis mindestens 350 Grad Celsius ist,
• mindestens eine Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas (8, 8a, 8b) im unteren Bereich des Prallreaktors (5),
• mindestens eine Zuführungsvorrichtung (3, 4) für feste oder pastöse Energierohstoffe im Kopfbereich des Prallreaktors (5),
• mindestens eine Abzugsvorrichtung für einen zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel enthaltenden Gasstrom (9), sowie
• eine Abscheide- und Abzugsvorrichtung (10) für zerkleinerte und torrefizierte
Energierohstoffpartikel (11) aus dem Gasstrom (9), der aus dem Prallreaktor (5) abgezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Torrefizierungsgas (8, 8a, 8b) im Bereich einer Labyrinthdichtung (33) und/oder durch eine Labyrinthdichtung hindurch in den Prallreaktor (5) eingebracht wird, die im Bereich der Rotorwelle des Prallreaktors (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel Abweiseradsichter vorgesehen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kreislaufschaltung mit einem Gaskreislauf, enthaltend zusätzlich
• mindestens eine Nachverbrennungseinrichtung (19, 31) für den an zerkleinerten und torrefizierten Energierohstoffpartikeln abgereicherten und aus der Abscheidevorrichtung erhaltenen Gasstrom (15),
• mindestens einer Zugabevorrichtung von Stickstoff (25) in den Kreislaufgasstrom,
• mindestens einer Druckerhöhungsvorrichtung (18, 26, 29) im Kreislaufgasstrom,
• mindestens eine Vorrichtung zur Einkopplung der aus dem Rauchgas erhaltenen Abwärme in den Kreislaufgasstrom.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abzweigung für einen Kreislaufgasstrom und einen Restgasstrom nach der Abscheide- und Abzugsvorrichtung (10) für zerkleinerte und torrefizierte Biomassepartikel aus dem aus dem Prallreaktor abgezogenen Gasstrom (15) vorgesehen wird und dass nach der Abzweigung (28) für den Kreislaufstrom ein Aufheizbrenner (31) im Kreislaufstrom angeordnet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufheizbrenner im Hauptstrom des Kreislaufstroms angeordnet wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufheizbrenner im Nebenstrom des Kreislaufstroms angeordnet wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Abscheide- und Abzugsvorrichtung für zerkleinerte und getrocknete Energierohstoffpartikel Seitensiebe vorgesehen werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors (5) über den Umfang verteilte Bohrungen vorgesehen werden.
10 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in radialer Richtung geneigt ausgeführt werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen tangential zur Umlaufrichtung der Prallelemente ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Zuführungsvorrichtung für heißes Torrefizierungsgas im unteren Bereich des Prallreaktors über den Umfang verteilte schlitzförmige Öffnungen vorgesehen werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze eine radiale Neigung aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze durch überlappende Montage von Bodenplatten gebildet werden.
15. Verfahren zur Erzeugung eines feinkörnigen Brennstoffs aus festen oder pastösen Energierohstoffen durch Torrefizierung unter Einsatz eines Prallreaktors (5) mit einem Rotor (7) und Prallelementen, wobei
• feste oder pastöse Energierohstoffe dem Prallreaktor (5) im Kopfbereich des Prallreaktors (5) zugeführt werden, • heißes Torrefizierungsgas (8, 8a, 8b) im Bodenbereich des Prallreaktors (5) zugeführt wird,
• die Energierohstoffe im Prallreaktor zerkleinert, getrocknet und torrefiziert werden, und
• zerkleinerte und torrefizierte Energierohstoffpartikel in einem sie enthaltenden Gasstrom aus dem Prallreaktor in einen Partikelabscheider (10) geführt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreislaufbetrieb vorgesehen wird, wobei
• wenigstens ein Teil des Gasstroms, der aus dem Partikelabscheider (10) erhalten wird, einer Nachverbrennungseinrichtung (19) unterzogen wird, wobei die Energie des erhaltenen Rauchgases direkt oder indirekt zur Aufheizung des Kreislaufgasstroms genutzt wird,
• dem Kreislaufgasstrom Stickstoff (25) zugegeben wird,
• der Druckverlust im Kreislaufgasstrom ausgeglichen wird, und
• der erhitzte Kreislaufstrom wieder in den Bodenbereich des Prallreaktors zurückgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufstrom zusätzlich im Nebenstrom oder im Hauptstrom aufgeheizt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Partikelabscheider abgezogene staubhaltige Gas ( 5) in einen Kreislaufgasstrom und einen Restgasstrom verzweigt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Torrefizierungsgases zusammen mit den Energierohstoffen durch dessen Zuführungsvorrichtung in den Reaktor geführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsvorrichtung für den Energierohstoff in den Reaktor indirekt beheizt wird.
21. Verwendung eines nach einem Verfahren der Ansprüche 15 bis 20 hergestellten
Brennstoffs in einer Flugstromvergasung.
22. Verwendung eines nach einem Verfahren der Ansprüche 15 bis 20 hergestellten
Brennstoffs in einer Flugstromverbrennung.
23. Verwendung eines nach einem Verfahren der Ansprüche 15 bis 20 hergestellten
Brennstoffs in einer Wirbelschichtvergasung. Verwendung eines nach einem Verfahren der Ansprüche 15 bis 20 hergestellten Brennstoffs in einer Wirbelschichtverbrennung.
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