EP2808377A1 - Anlage zum Vergasen von stückigen Brennstoffen - Google Patents

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EP2808377A1
EP2808377A1 EP14450028.7A EP14450028A EP2808377A1 EP 2808377 A1 EP2808377 A1 EP 2808377A1 EP 14450028 A EP14450028 A EP 14450028A EP 2808377 A1 EP2808377 A1 EP 2808377A1
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EP
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gas
pyrolysis reactor
combustion chamber
pyrolysis
chamber
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Helmut Ludwig Timmerer
Peter Haselbacher
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Cleanstgas GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a system for gasifying lumpy fuels according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to provide a system for gasifying lumpy fuels of the type mentioned, with which a high efficiency can be achieved.
  • the invention relates to a method for gasifying particulate fuels according to claim 11.
  • the object of the invention is further to provide a method for gasifying particulate fuels of the type mentioned, with which a high efficiency can be achieved.
  • the Fig. 1 to 3 show different embodiments of a plant 1 for gasification of particulate fuels with a pyrolysis reactor 2 and a gas engine 6.
  • the particulate fuels may in particular be biogenic fuels, in particular wood or halmgutieri substances.
  • the pyrolysis reactor 2 is used for pyrolysis of the lumpy fuel.
  • the pyrolysis reactor 2 may be particularly preferably designed as a double-shell pyrolysis reactor 21, which has a pyrolysis chamber 24 and an outer chamber 28.
  • the pyrolysis chamber 24 may in particular be tubular and have at one end a fuel supply 22, which is provided for equipping the pyrolysis chamber 24 with the lumpy fuel. Furthermore, it can be provided that in the pyrolysis 24, a screw conveyor for further transport of the lumpy fuel is arranged.
  • the outer chamber 28 is preferably arranged at least partially around the pyrolysis chamber 24. The outer chamber 28 serves to heat the pyrolysis chamber 24, in particular by receiving a hot gas. Here, the heating of the lumpy fuel in the pyrolysis 24 can be done indirectly.
  • an exhaust gas outlet 65 of the gas engine 6 is connected to an input 71 of an afterburner combustion chamber 7.
  • the afterburning combustion chamber 7 may in particular comprise a burner, particularly preferably a gas burner, the heat being supplied into the afterburning combustion chamber 7 through the burner.
  • the burner may be designed in the afterburner combustion chamber 7 as a gas burner, liquid burner or solid fuel burner.
  • An exhaust gas outlet 75 of the afterburner combustion chamber 7 is connected to at least one heating gas inlet 23 of the pyrolysis reactor 2.
  • the heat of the exhaust gas of the post-combustion combustion chamber 7 is used for the pyrolysis in the pyrolysis reactor 2.
  • the pyrolysis process can be improved by the increased temperature of the heating gas from the afterburning combustion chamber 7 compared to the temperature of the exhaust gas from the gas engine 6. Furthermore, thereby the throughput of the lumpy fuel through the pyrolysis reactor 2 can be increased.
  • a method for gasifying particulate fuels is provided, wherein the particulate fuels in the pyrolysis reactor 2 subjected to pyrolysis and then gasified to a product gas, wherein the product gas formed by the gasification gas is supplied to the gas engine 6, wherein exhaust gases of the gas engine 6 in the Nachverbrennungsbrennhunt 7 are guided and heated there, and wherein exhaust gases of the post-combustion chamber 7 are fed into the pyrolysis reactor 2.
  • the product gas may be a combustible gas, the essential combustible constituents of which are carbon monoxide and hydrogen.
  • the carbon monoxide content in the product gas may be in particular between 15% and 40%.
  • the gas engine 6 may be in particular for the production of electric power and useful heat.
  • the gas engine 6 can in particular have an air inlet 62, via which air or another oxygen-containing gas in the gas engine 6 can burn together with the product gas.
  • air inlet 62 via which air or another oxygen-containing gas in the gas engine 6 can burn together with the product gas.
  • each oxygen-containing gas is referred to as air in sequence.
  • the exhaust gases of the gas engine 6 are heated in the afterburner combustion chamber 7 to a temperature greater than 800 ° C.
  • the heating gas for the pyrolysis reactor 2 have an initial temperature which is greater than 800 ° C, in particular between 800 ° C and 950 ° C.
  • the exhaust gases of the gas engine 6 usually have a temperature of about 600 ° C.
  • the exhaust gases of the gas engine 6 are heated by the afterburner combustion chamber 7 by at least 200 ° C.
  • a pyrolysis gas, a pyrolysis coke and a pyrolysis oil is preferably produced from the lumpy fuel.
  • Pyrolysis here refers to the thermal decomposition of chemical compounds under oxygen deficiency.
  • the pyrolysis reactor 2 may in particular be free of an air supply. The ratio of these pyrolysis products usually depends on the nature of the lumpy fuel and the process parameters of the pyrolysis.
  • a pyrolysis gas outlet 25 of the pyrolysis reactor 2 is connected to an inlet 31 of an oxidation chamber 3 and a coke outlet 26 of the pyrolysis reactor 2 is connected to an inlet 41 of a reduction furnace 4.
  • a stepped gasification of the solid fuels is provided, whereby a separate optimization of the individual process steps can take place.
  • the pyrolysis gas from the pyrolysis reactor 2 is partially oxidized in an oxidation chamber 3, and that the product gas is recovered from a pyrolysis coke of the pyrolysis reactor 2 in the reduction furnace 4.
  • the oxidation chamber 3 may have an air inlet 32 and a steam inlet 33 through which air and water vapor can enter the oxidation chamber 3 and react there with the pyrolysis gas.
  • the oxidation chamber 3 may have a temperature of about 1050 ° C. Due to the partial oxidation of the pyrolysis gas in the oxidation chamber 3, an oxidation product of the partial oxidation can be obtained.
  • the oxidation chamber 3 has an oxidation product output 35, and that the oxidation product output 35 of the oxidation chamber 3 is connected to the inlet 41 of the reduction furnace 4. In this case, the oxidation product of the oxidation chamber 3 can be further processed in the reduction furnace 4.
  • the reduction furnace 4 may have an air inlet 42 and a steam inlet 43 through which air and water vapor can enter the reduction furnace 4 and react with the pyrolysis coke.
  • the product gas is recovered from the pyrolysis coke and the oxidation products.
  • an ash also falls, which can be eliminated from the reduction furnace 4 via an ash outlet 46.
  • the reduction furnace 4 has a reduction zone and an afterburner zone arranged below the reduction zone (viewed in the operating position), and that a gas collection space is arranged between the reduction zone and the post-combustion zone.
  • the reduction of the pyrolysis coke is carried out in the reduction zone, the pyrolysis coke here being present as a bed.
  • the post-combustion zone serves to post-combust the ash from the reduction zone and to reduce the carbon content in the ash to further increase the cold gas efficiency.
  • the gas collection chamber 4 serves to receive and pass on the product gas obtained in the reduction zone and in the post-combustion zone, whereby the reduction zone and the post-combustion zone can be separated in terms of process, since the product gas of the reduction zone is no longer guided through the post-combustion zone and vice versa.
  • the reduction zone and the post-combustion zone can be optimized independently of each other for the respective task.
  • the temperature, the residence time and the degree of turbulence of the gas stream can be adapted to the procedural requirements of reduction and post-combustion.
  • the reduction zone is surrounded at least in regions by an annular gas deflection chamber, and that the gas deflection chamber connects the gas collection chamber 4 with a gas outlet opening.
  • the product gas leaving the reduction zone is deflected, in particular upwards, whereby solid particles can settle out of the product gas stream.
  • the post-combustion zone can comprise a plurality of stacked ashtrays with a circulating and stripping device.
  • the ash can be placed on a large area for afterburning, whereby a constant circulation can take place, wherein the surface of the ashes available for the afterburning is always renewed.
  • the ash can be post-combusted in stages, wherein, for example, the oxygen content of the gas fed in the post-combustion zone can be adapted to the degree of burning of the ash.
  • a bottom of the reduction zone is formed by a reduction grid and that the reduction grid is operatively connected to a central displacement device.
  • the displacement device can be fastened in particular to the reduction grid.
  • the reduction grid in this case preferably forms an impenetrable for the reduction material bearing surface.
  • the displacer device is particularly preferably designed such that the solid reducing material is kept away from the center of the bottom of the reduction zone, since this region forms a dead zone for the transport of solids and for the gas-solid reactions, ie a reduction dead zone.
  • the displacement device has a first section widening from the reduction grid and a second section mounted on the first section, and that the second section is designed as a displacement cone.
  • a cross-section of the reduction zone is first narrowed by the second section in the direction in which the particulate material to be reduced passes through into the reduction zone, and then subsequently expanded again. In this way, a loose bed can be formed in the region of the reduction zone adjoining the first section.
  • the displacer device has stirring arms. By the stirring arms, a steady movement and a mechanical crushing of the reduction material can be achieved.
  • the stirring arms are arranged in a region of the largest diameter of the displacer device.
  • the area of the largest diameter of the displacer device may be the transition from the first section to the second section. In this case, the probability of the formation of a blocking or bridge formation can be effectively counteracted, since this is greatest in the area of the cross-sectional narrowing.
  • the displacer device has gas passage openings in the region adjacent to the reduction grid.
  • the reduction dead zone can be further reduced since the withdrawal of the product gas can take place via the displacer device arranged in the middle.
  • a product gas outlet 45 of the reduction furnace 4 is connected to an inlet 61 of the gas engine 6.
  • the product gas generated with the reduction furnace 4 is at least partially supplied to the gas engine 6 and utilized by this. This recovery can be in the sense of a combined heat and power in the provision of electricity and useful heat by the combustion of the product gas.
  • FIGS Fig. 1 to 3 can be provided in particular that between the product gas outlet 45 of the reduction furnace 4 and the input 61 of the gas engine 6, a gas treatment device 5 may be interposed.
  • the gas processing device 5 can be ensured that the operation of the gas engine 6 disturbing components of the product gas generated by the reduction furnace 4 are removed.
  • the product gas can be purified from the reduction furnace 4 and cooled.
  • the gas treatment device 5 has a cyclone 51, which cyclone 51 is a coarse dedusting of the product gas performs.
  • the gas treatment device 5 has a waste heat boiler 52, wherein the waste heat boiler 52 from the waste heat of the product gas useful heat and / or steam wins.
  • the product gas can be cooled down to approximately 100 ° C.
  • the gas conditioning device 5 has a dedusting device 53, wherein the dedusting device 53 may in particular comprise a fabric filter, with which a fine dedusting of the product gas is carried out.
  • the gas conditioning device 5 has a gas conditioning device 54.
  • the gas conditioning device 54 in this case water can be injected, wherein the product gas is dried by condensing and further cooled.
  • the product gas can be largely freed from ammonia and other pollutants in particular.
  • bypass line 91 is guided to the input 71 of the afterburner combustion chamber 7.
  • the bypass line 91 may in this case open directly into the burner of the afterburning combustion chamber 7, wherein the bypass line 91 may be formed as a fuel gas supply for the burner of the afterburning combustion chamber 7.
  • the burner of the afterburning combustion chamber 7 can be operated with the product gas generated by the reduction furnace 4, which can be largely dispensed with further energy sources in addition to the pyrolysis reactor 2 supplied solid fuels.
  • the bypass line 91 is branched off after the gas treatment device 5, whereby the purified product gas is also supplied to the afterburner combustion chamber 7, where it is preferably burned in the burner.
  • the product gas can be used as fuel gas for the burner of the afterburning combustion chamber 7.
  • the afterburning combustion chamber 7 optionally a Maintain process condition, which ensures the combustion of incompletely burned portions of the exhaust gas of the gas engine 6.
  • the afterburning combustion chamber 7 may have an air inlet 72 through which combustion air can pass into the afterburning combustion chamber 7.
  • the air inlet 72 can open directly in the burner of the afterburning combustion chamber 7.
  • the product gas or a foreign gas is burned in the afterburning combustion chamber 7.
  • the foreign gas may be another combustible gas which has a higher calorific value than the product gas.
  • the fuel gas may in particular contain natural gas or liquefied gas.
  • the afterburner combustion chamber 7 may have an additional foreign gas input, wherein optionally can be switched between a feed of the product gas, the foreign gas or a mixture of the two.
  • the foreign gas can be used in particular in a starting phase of the method, wherein in a regulating operation mainly product gas is used for the combustion in the afterburning combustion chamber 7.
  • the burner of the afterburning combustion chamber 7 is open to the afterburning combustion chamber 7.
  • the hot exhaust gases of the burner can mix with the exhaust gases from the gas engine 6 and leave them together through the exhaust gas outlet of the afterburner combustion chamber 7.
  • At least one heating gas outlet 27 of the pyrolysis reactor 2 may be connected to a first inlet 81 of a heat exchanger 8. With the heat exchanger 8, at least part of the waste heat remaining after the pyrolysis reactor 2 in the heating gas can be used.
  • the exhaust gas outlet 75 of the afterburner combustion chamber 7 can be connected directly to the first input 81 of the heat exchanger 8 via an exhaust gas bypass line 92.
  • the exhaust gas bypass line 92 Through the exhaust gas bypass line 92, the pyrolysis reactor the second supplied amount of heat to be controlled, with excess heat is passed over the exhaust gas bypass line 92 to the pyrolysis reactor 2. In this case, a particularly simple control can be ensured with a short reaction time of the amount of heat provided.
  • an exhaust gas purification device 69 can be interposed between the exhaust gas outlet 65 of the gas engine 6 and the inlet 71 of the afterburner combustion chamber 7.
  • the exhaust gas purification device 69 may be designed in particular for minimizing nitrogen oxides.
  • nitrogen oxides are removed from the exhaust gas of the gas engine 6 in the exhaust gas purification system 69 before the afterburning combustion chamber 7.
  • the pyrolysis reactor 2 is designed as a double-shell pyrolysis reactor 21 with an outer chamber 28.
  • the at least one heating gas inlet 23 of the pyrolysis reactor 2 may be connected to the outer chamber 28 of the double-shell pyrolysis reactor 21.
  • a particularly high degree of efficiency can be achieved if the outer chamber 28, seen in the longitudinal direction of the double-shell pyrolysis reactor 21, has at least two heating chambers 29 arranged one behind the other and acted upon in parallel.
  • Such a pyrolysis reactor is in Fig. 2 and Fig. 3 shown.
  • the flow of the heating gas can be shared and for different zones of the pyrolysis 24 different temperatures can be achieved.
  • the heat transfer in the pyrolysis reactor can be increased while reducing the Schugasstromdruck confusees.

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Abstract

Bei einer Anlage (1) zum Vergasen von stückigen Brennstoffen mit einem Pyrolysereaktor (2) und einem Gasmotor (6), wird vorgeschlagen, dass ein Abgas-Ausgang (65) des Gasmotors (6) mit einem Eingang (71) einer Nachverbrennungsbrennkammer (7) verbunden ist, und dass ein Abgas-Ausgang (75) der Nachverbrennungsbrennkammer (7) mit wenigstens einem Heizgas-Eingang (23) des Pyrolysereaktors (2) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Vergasen von stückigen Brennstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei bekannten Anlagen zum Vergasen von stückigen Brennstoffen mit einem Pyrolysereaktor und einem Gasmotor können auf einfache Weise Nutzwärme und Nutzenergie im Sinne einer Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Anlage zum Vergasen von stückigen Brennstoffen der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
  • Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann, da durch die externe Wärmezufuhr mit hoher Temperatur während der Pyrolyse diese effizient erfolgen kann und eine Teilverbrennung des Brennstoffes minimiert werden kann. Vergasungsanlagen weisen weiters oftmals einen hohen Kohlenmonoxidanteil im Produktgas auf. Durch die Spülverluste des Gasmotors kann es zu einer erhöhten Kohlenmonoxidkonzentration im Abgas des Gasmotors kommen. Durch die Nachverbrennungsbrennkammer kann eine weitgehend vollständige Verbrennung des Abgasschadstoffes Kohlenmonoxids sichergestellt werden.
  • Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vergasen von stückigen Brennstoffen gemäß dem Patentanspruch 11.
  • Aufgabe der Erfindung ist es weiters ein Verfahren zum Vergasen von stückigen Brennstoffen der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 11 erreicht.
  • Dadurch ergeben sich die vorstehend genannten Vorteile.
  • Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen dreier bevorzugter Ausführungsformen einer Anlage zum Vergasen von stückigen Brennstoffen.
  • Die Fig. 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Anlage 1 zum Vergasen von stückigen Brennstoffen mit einem Pyrolysereaktor 2 und einem Gasmotor 6. Die stückigen Brennstoffe können insbesondere biogene Brennstoffe, insbesondere Holz oder halmgutartige Stoffe, sein. Der Pyrolysereaktor 2 dient zur Pyrolyse des stückigen Brennstoffes.
  • In den schematischen Darstellungen in den Fig. 1 bis 3 wird der Fluss des stückigen Brennstoffes sowie dessen Erzeugnisse mittels durchgezogenen Pfeilen dargestellt. Ein strichlinierter Pfeil stellt in den meisten Fällen eine Luftzufuhr dar. Eine Abfuhr von Nutzwärme wird mit einem einfach durchgestrichenen Pfeil dargestellt. Eine Abfuhr oder Zufuhr von Dampf wird mit einem hakenförmig durchgestrichenen Pfeil dargestellt. Ein doppelt durchgestrichener Pfeil stellt eine Abgabe von elektrischer Energie dar.
  • Der Pyrolysereaktor 2 kann besonders bevorzugt als Doppelmantel-Pyrolysereaktor 21 ausgebildet sein, welcher eine Pyrolysekammer 24 und eine Außenkammer 28 aufweist. Die Pyrolysekammer 24 kann insbesondere rohrförmig sein und an einem Ende eine Brennstoffzufuhr 22 aufweisen, welche zur Bestückung der Pyrolysekammer 24 mit dem stückigen Brennstoff vorgesehen ist. Weiters kann vorgesehen sein, dass in der Pyrolysekammer 24 eine Förderschnecke zum Weitertransport des stückigen Brenngutes angeordnet ist. Die Außenkammer 28 ist vorzugsweise zumindest teilweise um die Pyrolysekammer 24 angeordnet. Die Außenkammer 28 dient zur Heizung der Pyrolysekammer 24, insbesondere durch die Aufnahme eines Heizgases. Hierbei kann die Erhitzung des stückigen Brenngutes in der Pyrolysekammer 24 indirekt erfolgen.
  • Vorgesehen ist, dass ein Abgas-Ausgang 65 des Gasmotors 6 mit einem Eingang 71 einer Nachverbrennungsbrennkammer 7 verbunden ist. In der Nachverbrennungsbrennkammer 7 wird die Temperatur des Abgases des Gasmotors 6 erhöht. Dabei werden auch unvollständig verbrannte Anteile des Abgases vollständig verbrannt. Die Nachverbrennungsbrennkammer 7 kann insbesondere einen Brenner, besonders bevorzugt einen Gasbrenner, umfassen, wobei durch den Brenner die Wärmezufuhr in die Nachverbrennungsbrennkammer 7 erfolgt. Der Brenner kann je nach Art des verwendeten Brennstoffes in der Nachverbrennungsbrennkammer 7 als Gasbrenner, Flüssigkeitsbrenner oder Feststoffbrenner ausgebildet sein. Ein Abgas-Ausgang 75 der Nachverbrennungsbrennkammer 7 ist mit wenigstens einem Heizgas-Eingang 23 des Pyrolysereaktors 2 verbunden. Dabei wird die Wärme des Abgases der Nachverbrennungsbrennkammer 7 für die Pyrolyse in dem Pyrolysereaktor 2 verwendet. Hierbei kann durch die erhöhte Temperatur des Heizgases aus der Nachverbrennungsbrennkammer 7 im Vergleich zu der Temperatur des Abgases aus dem Gasmotor 6 der Pyrolyseprozess verbessert werden. Weiters kann dadurch der Durchsatz des stückigen Brenngutes durch den Pyrolysereaktor 2 erhöht werden.
  • Weiters ist ein Verfahren zum Vergasen von stückigen Brennstoffen vorgesehen, wobei die stückigen Brennstoffe in dem Pyrolysereaktor 2 einer Pyrolyse unterzogen und anschließend zu einem Produktgas vergast wird, wobei das von dem Vergasen gebildete Produktgas dem Gasmotor 6 zugeführt wird, wobei Abgase des Gasmotors 6 in die Nachverbrennungsbrennkammer 7 geführt und dort erhitzt werden, und wobei Abgase der Nachverbrennungsbrennkammer 7 in den Pyrolysereaktor 2 geführt werden. Das Produktgas kann hierbei ein brennbares Gas sein, dessen wesentlichen brennbaren Bestandteile Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind. Der Kohlenmonoxidanteil im Produktgas kann hierbei insbesondere zwischen 15% und 40% betragen.
  • Der Gasmotor 6 kann insbesondere zur Erzeugung von elektrischem Strom und Nutzwärme sein. Hierbei kann der Gasmotor 6 insbesondere einen Lufteingang 62 aufweisen, über welchen Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas in dem Gasmotor 6 zusammen mit dem Produktgas verbrennen kann. Zum Zwecke der Knappheit wird jedes sauerstoffhältige Gas in Folge als Luft bezeichnet.
  • Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Abgase des Gasmotors 6 in der Nachverbrennungsbrennkammer 7 auf eine Temperatur größer als 800°C erhitzt werden. Hierbei kann das Heizgas für den Pyrolysereaktor 2 eine Anfangstemperatur aufweisen, welche größer als 800°C ist, insbesondere zwischen 800°C und 950°C ist. Hierbei haben die Abgase des Gasmotors 6 üblicherweise eine Temperatur von ungefähr 600°C. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Abgase des Gasmotors 6 durch die Nachverbrennungsbrennkammer 7 um mindestens 200°C erhitzt werden.
  • Bei der Pyrolyse des stückigen Brennstoffes wird vorzugsweise aus dem stückigen Brennstoff ein Pyrolysegas, ein Pyrolysekoks und ein Pyrolyseöl erzeugt. Die Pyrolyse bezeichnet hierbei die thermische Spaltung chemischer Verbindungen unter Sauerstoffmangel. Der Pyrolysereaktor 2 kann insbesondere frei von einer Luftzufuhr sein. Das Verhältnis dieser Pyrolyseerzeugnisse hängt hierbei in der Regel von der Beschaffenheit des stückigen Brennstoffes und den Prozessparametern der Pyrolyse ab.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Pyrolysegas-Ausgang 25 des Pyrolysereaktors 2 mit einem Eingang 31 einer Oxidationskammer 3 verbunden ist und ein Koks-Ausgang 26 des Pyrolysereaktors 2 ist mit einem Eingang 41 eines Reduktionsofens 4 verbunden. Dabei wird eine gestufte Vergasung der festen Brennstoffe bereitgestellt, wobei eine getrennte Optimierung der einzelnen Verfahrensschritte erfolgen kann.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Pyrolysegas aus dem Pyrolysereaktor 2 in einer Oxidationskammer 3 partiell oxidiert wird, und dass aus einem Pyrolysekoks des Pyrolysereaktors 2 in dem Reduktionsofen 4 das Produktgas gewonnen wird.
  • Die Oxidationskammer 3 kann einen Lufteingang 32 und einen Dampfeingang 33 aufweisen, durch welche Luft und Wasserdampf in die Oxidationskammer 3 gelangen und dort mit dem Pyrolysegas reagieren können. Die Oxidationskammer 3 kann insbesondere eine Temperatur von,ungefähr 1050°C aufweisen. Durch die partielle Oxidation des Pyrolysegas in der Oxidationskammer 3 kann ein Oxidationserzeugnis der partiellen Oxidation gewonnen werden.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Oxidationskammer 3 einen Oxidationserzeugnis-Ausgang 35 aufweist, und dass der Oxidationserzeugnis-Ausgang 35 der Oxidationskammer 3 mit dem Eingang 41 des Reduktionsofens 4 verbunden ist. Hierbei kann das Oxidationserzeugnis der Oxidationskammer 3 in dem Reduktionsofen 4 weiterverarbeitet werden.
  • Der Reduktionsofen 4 kann einen Lufteingang 42 und einen Dampfeingang 43 aufweisen, durch welche Luft und Wasserdampf in den Reduktionsofen 4 gelangen und mit dem Pyrolysekoks reagieren können. Bei der Reduktion in dem Reduktionsofen 4 wird aus dem Pyrolysekoks und dem Oxidationserzeugnisse das Produktgas gewonnen. Bei der Reduktion fällt weiters eine Asche an, welche über einen Asche-Ausgang 46 aus dem Reduktionsofen 4 ausgeschieden werden kann.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Reduktionsofen 4 einer Reduktionszone und eine - in Betriebslage gesehen - unterhalb der Reduktionszone angeordnete Nachverbrennungszone aufweist, und dass zwischen der Reduktionszone und der Nachverbrennungszone ein Gassammelraum angeordnet ist. Die Reduktion des Pyrolysekoks wird in der Reduktionszone durchgeführt, wobei das Pyrolysekoks hierbei als Schüttung vorliegt. Die Nachverbrennungszone dient zur Nachverbrennung der Asche aus der Reduktionszone und zur Reduktion des Kohlenstoffanteils in der Asche, um die Kaltgaseffizienz weiter zu erhöhen. Der Gassammelraum 4 dient zur Aufnahme und Weiterleitung des in der Reduktionszone und in der Nachverbrennungszone anfallenden Produktgases, wodurch die Reduktionszone und die Nachverbrennungszone prozesstechnisch getrennt werden können, da das Produktgas der Reduktionszone nicht mehr durch die Nachverbrennungszone geführt wird und umgekehrt. Durch diese prozesstechnische Trennung können die Reduktionszone und die Nachverbrennungszone unabhängig voneinander für die jeweilige Aufgabe optimiert werden. Hierbei können beispielsweise die Temperatur, die Verweilzeit und der Grad der Turbulenz des Gasstromes an die verfahrenstechnischen Erfordernisse der Reduktion und der Nachverbrennung angepasst werden.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Reduktionszone zumindest bereichsweise von einer ringförmigen Gasumlenkkammer umgeben ist, und dass die Gasumlenkkammer den Gassammelraum 4 mit einer Gasaustrittsöffnung verbindet.
  • In der Gasumlenkkammer wird das aus der Reduktionszone austretende Produktgas, insbesondere nach oben hin, umgelenkt, wodurch feste Teilchen sich aus dem Produktgasstrom absetzen können.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass Nachverbrennungszone mehrere übereinander angeordnete Ascherost-Teller mit einer Umwälz- und Abstreifeinrichtung umfasst. Hierdurch kann die Asche auf einer großen Fläche zur Nachverbrennung aufgelegt werden, wobei eine ständige Umwälzung erfolgen kann, wobei die zur Nachverbrennung zur Verfügung stehende Oberfläche der Asche stets erneuert wird. Weiters kann hierbei die Asche stufenweise nachverbrannt werden, wobei beispielsweise der Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases in der Nachverbrennungszone dem Abbrandgrad der Asche angepasst werden kann.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein Boden der Reduktionszone von einem Reduktionsrost gebildet ist und dass der Reduktionsrost mit einer zentralen Verdrängervorrichtung wirkverbunden ist. Hierbei kann die Verdrängervorrichtung insbesondere am Reduktionsrost befestigt sein. Der Reduktionsrost bildet hierbei vorzugsweise einen für das Reduktionsgut undurchdringbare Auflagefläche. Die Verdrängervorrichtung ist besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass das feste Reduktionsgut von der Mitte des Bodens der Reduktionszone ferngehalten wird, da dieser Bereich eine Totzone für den Feststofftransport und für die Gas-Feststoff-Reaktionen, also eine Reduktionstotzone, bildet.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verdrängervorrichtung einen sich von dem Reduktionsrost ausgehend verbreiternden ersten Abschnitt und einen auf den ersten Abschnitt aufgesetzten zweiten Abschnitt aufweist, und dass der zweite Abschnitt als Verdrängerkegel ausgebildet ist. Hierbei wird durch den zweiten Abschnitt in der Richtung, in welcher das stückige Reduktionsgut in die Reduktionszone durchwandert, ein Querschnitt der Reduktionszone zunächst verengt, um sich dann anschließend wieder zu erweitern. Hierdurch kann eine lockere Schüttung im an den ersten Abschnitt angrenzenden Bereich der Reduktionszone ausgebildet werden.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Verdrängervorrichtung Rührarme aufweist. Durch die Rührarme kann eine stetige Bewegung sowie eine mechanische Zerkleinerung des Reduktionsgutes erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Rührarme in einem Bereich des größten Durchmessers der Verdrängervorrichtung angeordnet sind. Der Bereich des größten Durchmessers der Verdrängervorrichtung kann insbesondere der Übergang von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt sein. Hierbei kann die Wahrscheinlichkeit der Bildung einer Verblockung oder einer Brückenbildung effektiv entgegengewirkt werden, da diese im Bereich der Querschnittseinengung am größten ist.
  • Weiters kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Verdrängervorrichtung im Bereich angrenzend an den Reduktionsrost Gasdurchtrittsöffnungen aufweist. Hierdurch kann die Reduktionstotzone weiter reduziert werden, da der Abzug des Produktgases über die in der Mitte angeordnete Verdrängervorrichtung erfolgen kann.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Produktgas-Ausgang 45 des Reduktionsofens 4 mit einem Eingang 61 des Gasmotors 6 verbunden ist. Das mit dem Reduktionsofen 4 erzeugte Produktgas wird zumindest teilweise dem Gasmotor 6 zugeführt und von diesem verwertet. Diese Verwertung kann im Sinne einer Kraft-Wärme-Kopplung in der Bereitstellung von Strom und Nutzwärme durch die Verbrennung des Produktgases liegen.
  • Wie in den bevorzugten Ausführungsformen in den Fig. 1 bis 3 gezeigt kann insbesondere vorgesehen sein, dass zwischen dem Produktgas-Ausgang 45 des Reduktionsofens 4 und dem Eingang 61 des Gasmotors 6 eine Gasaufbereitungseinrichtung 5 zwischengeschaltet sein kann. Durch die Gasaufbereitungseinrichtung 5 kann sichergestellt werden, dass den Betrieb des Gasmotors 6 störende Bestandteile des von dem Reduktionsofen 4 erzeugten Produktgases entfernt werden. Hierbei kann das Produktgas aus dem Reduktionsofen 4 gereinigt und abgekühlt werden.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Gasaufbereitungseinrichtung 5 einen Zyklon 51 aufweist, welcher Zyklon 51 eine Grobentstaubung des Produktgases durchführt.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Gasaufbereitungseinrichtung 5 einen Abhitzekessel 52 aufweist, wobei der Abhitzekessel 52 aus der Abwärme des Produktgases Nutzwärme und/oder Dampf gewinnt. Das Produktgas kann hierbei auf ungefähr 100°C herabgekühlt werden.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Gasaufbereitungseinrichtung 5 eine Entstaubungsvorrichtung 53 aufweist, wobei die Entstaubungsvorrichtung 53 insbesondere einen Gewebefilter aufweisen kann, mit welchem eine Feinentstaubung des Produktgases durchgeführt wird.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Gasaufbereitungseinrichtung 5 eine Gaskonditionierungseinrichtung 54 aufweist. In der Gaskonditionierungseinrichtung 54 kann hierbei Wasser eingespritzt werden, wobei das Produktgas mittels Kondensieren getrocknet und weiters abgekühlt wird. Hierbei kann das Produktgas insbesondere von Ammoniak und anderen Schadstoffen weitgehend befreit werden.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Produktgas-Ausgang 45 des Reduktionsofens 4 und dem Eingang 61 des Gasmotors 6 eine Bypassleitung 91 zu dem Eingang 71 der Nachverbrennungsbrennkammer 7 geführt ist. Die Bypassleitung 91 kann hierbei direkt in dem Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 münden, wobei die Bypassleitung 91 als Brenngasversorgung für den Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 ausgebildet sein kann. Der Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 kann mit dem von dem Reduktionsofen 4 erzeugten Produktgas betrieben werden, wodurch auf weitere Energiequellen neben den dem Pyrolysereaktor 2 zugeführten festen Brennstoffen weitgehend verzichtet werden kann.
  • Vorzugsweise wird die Bypassleitung 91 nach der Gasaufbereitungseinrichtung 5 abgezweigt, wobei auch der Nachverbrennungsbrennkammer 7 das gereinigte Produktgas zugeführt wird, und dort vorzugsweise in dem Brenner verbrannt wird. Hierbei kann insbesondere das Produktgas als Brenngas für den Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 verwendet werden.
  • Dabei kann in der Nachverbrennungsbrennkammer 7 gegebenenfalls ein Verfahrenszustand aufrecht erhalten werden, der die Verbrennung von unvollständig verbrannten Anteilen des Abgases des Gasmotors 6 sicherstellt.
  • Die Nachverbrennungsbrennkammer 7 kann einen Lufteingang 72 aufweisen, durch welchen Verbrennungsluft in die Nachverbrennungsbrennkammer 7 gelangen kann. Der Lufteingang 72 kann insbesondere direkt im Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 münden.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass in der Nachverbrennungsbrennkammer 7 wahlweise das Produktgas oder ein Fremdgas verbrannt wird. Hierbei kann insbesondere im Brenner eine direkte Verbrennung von Luft mit Produktgas oder Fremdgas erfolgen. Das Fremdgas kann ein weiteres brennbares Gas sein, welches einen höheren Brennwert aufweist als das Produktgas. Das Brenngas kann insbesondere Erdgas oder Flüssiggas enthalten. Hierbei kann die Nachverbrennungsbrennkammer 7 einen zusätzlichen Fremdgas-Eingang aufweisen, wobei wahlweise zwischen einer Beschickung mit dem Produktgas, dem Fremdgas oder einer Mischung der beiden umgeschaltet werden kann. Das Fremdgas kann hierbei insbesondere in einer Startphase des Verfahrens eingesetzt werden, wobei in einem Regelbetrieb hauptsächlich Produktgas für die Verbrennung in der Nachverbrennungsbrennkammer 7 verwendet wird.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Brenner der Nachverbrennungsbrennkammer 7 zu der Nachverbrennungsbrennkammer 7 hin offen ist. Hierbei können sich die heißen Abgase des Brenners mit den Abgasen von dem Gasmotor 6 vermischen und gemeinsam durch den Abgas-Ausgang der Nachverbrennungsbrennkammer 7 diese verlassen.
  • Wenigstens ein Heizgas-Ausgang 27 des Pyrolysereaktors 2 kann mit einem ersten Eingang 81 eines Wärmetauschers 8 verbunden sein. Mit dem Wärmetauscher 8 kann zumindest ein Teil der nach dem Pyrolysereaktor 2 in dem Heizgas verbliebenden Abwärme genutzt werden.
  • Der Abgas-Ausgang 75 der Nachverbrennungsbrennkammer 7 kann über eine Abgas-Bypassleitung 92 direkt mit dem ersten Eingang 81 des Wärmetauschers 8 verbunden sein. Durch die Abgas-Bypassleitung 92 kann die dem Pyrolysereaktor 2 zugeführte Wärmemenge geregelt werden, wobei überschüssige Wärme über die Abgas-Bypassleitung 92 an dem Pyrolysereaktor 2 vorbeigeleitet wird. Dabei kann eine besonders einfache Regelung mit einer kurzen Reaktionszeit der bereitgestellten Wärmemenge sichergestellt werden.
  • Wie in der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt, kann insbesondere zwischen dem Abgas-Ausgang 65 des Gasmotors 6 und dem Eingang 71 der Nachverbrennungsbrennkammer 7 eine Abgasreinigungseinrichtung 69 zwischengeschaltet sein. Die Abgasreinigungseinrichtung 69 kann insbesondere zur Minimierung von Stickoxiden ausgebildet sein.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass vor der Nachverbrennungsbrennkammer 7 aus dem Abgas des Gasmotors 6 in der Abgasreinigungsanlage 69 Stickoxide entfernt werden.
  • Als günstig hat sich herausgestellt, wenn der Pyrolysereaktor 2 als Doppelmantel-Pyrolysereaktor 21 mit einer Außenkammer 28 ausgebildet ist. Dabei kann der wenigstens eine Heizgas-Eingang 23 des Pyrolysereaktors 2 mit der Außenkammer 28 des Doppelmantel-Pyrolysereaktors 21 verbunden sein.
  • Ein besonderes hoher Wirkungsgrad kann erreicht werden, wenn die Außenkammer 28 - in Längsrichtung des Doppelmantel-Pyrolysereaktors 21 gesehen - zumindest zwei hintereinander angeordnete und parallel beaufschlagte Heizkammern 29 aufweist. Ein derartiger Pyrolysereaktor ist in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt.
  • Durch die geteilt ausgeführte Außenkammer 28 kann der Fluss des Heizgases geteilt werden und für verschiedene Zonen der Pyrolysekammer 24 unterschiedliche Temperaturen erreicht werden. Hierbei kann weiters der Wärmeübertrag im Pyrolysereaktor bei gleichzeitiger Verringerung des Heizgasstromdruckverlustes erhöht werden.

Claims (15)

  1. Anlage (1) zum Vergasen von stückigen Brennstoffen mit einem Pyrolysereaktor (2) und einem Gasmotor (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgas-Ausgang (65) des Gasmotors (6) mit einem Eingang (71) einer Nachverbrennungsbrennkammer (7) verbunden ist, und dass ein Abgas-Ausgang (75) der Nachverbrennungsbrennkammer (7) mit wenigstens einem Heizgas-Eingang (23) des Pyrolysereaktors (2) verbunden ist.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pyrolysegas-Ausgang (25) des Pyrolysereaktors (2) mit einem Eingang (31) einer Oxidationskammer (3) verbunden ist und dass ein Koks-Ausgang (26) des Pyrolysereaktors (2) mit einem Eingang (41) eines Reduktionsofens (4) verbunden ist.
  3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produktgas-Ausgang (45) des Reduktionsofens (4) mit einem Eingang (61) des Gasmotors (6) verbunden ist.
  4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Produktgas-Ausgang (45) des Reduktionsofens (4) und dem Eingang (61) des Gasmotors (6) eine Gasaufbereitungseinrichtung (5) zwischengeschaltet ist.
  5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Produktgas-Ausgang (45) des Reduktionsofens (4) und dem Eingang (61) des Gasmotors (6) eine Bypassleitung (91) zu dem Eingang (71) der Nachverbrennungsbrennkammer (7) geführt ist.
  6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Heizgas-Ausgang (27) des Pyrolysereaktors (2) mit einem ersten Eingang (81) eines Wärmetauschers (8) verbunden ist.
  7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas-Ausgang (75) der Nachverbrennungsbrennkammer (7) über eine Abgas-Bypassleitung (92) direkt mit dem ersten Eingang (81) des Wärmetauschers (8) verbunden ist.
  8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgas-Ausgang (65) des Gasmotors (6) und dem Eingang (71) der Nachverbrennungsbrennkammer (7) eine Abgasreinigungseinrichtung (69) zwischengeschaltet ist.
  9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (2) als Doppelmantel-Pyrolysereaktor (21) mit einer Außenkammer (28) ausgebildet ist und dass der wenigstens eine Heizgas-Eingang (23) des Pyrolysereaktors (2) mit der Außenkammer (28) des Doppelmantel-Pyrolysereaktors (21) verbunden ist.
  10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkammer (28) - in Längsrichtung des Doppelmantel-Pyrolysereaktors (21) gesehen - zumindest zwei hintereinander angeordnete und parallel beaufschlagte Heizkammern (29) aufweist.
  11. Verfahren zum Vergasen von stückigen Brennstoffen, wobei die stückigen Brennstoffe in einem Pyrolysereaktor (2) einer Pyrolyse unterzogen und anschließend zu einem Produktgas vergast wird, wobei das von dem Vergasen gebildete Produktgas einem Gasmotor (6) zugeführt wird, wobei Abgase des Gasmotors (6) in eine Nachverbrennungsbrennkammer (7) geführt und dort erhitzt werden, und wobei Abgase der Nachverbrennungsbrennkammer (7) in den Pyrolysereaktor (2) geführt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase des Gasmotors (6) in der Nachverbrennungsbrennkammer (7) auf eine Temperatur größer als 800°C erhitzt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pyrolysegas aus dem Pyrolysereaktor (2) in einer Oxidationskammer (3) partiell oxidiert wird, und dass aus einem Pyrolysekoks des Pyrolysereaktors (2) in einem Reduktionsofen (4) das Produktgas gewonnen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachverbrennungsbrennkammer (7) wahlweise das Produktgas oder ein Fremdgas verbrannt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Nachverbrennungsbrennkammer (7) aus dem Abgas des Gasmotors (6) in einer Abgasreinigungsanlage (69) Stickoxide entfernt werden.
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