EP2886190B1 - Verfahren und vorrichtung zum austragen von störstoffen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and a device for discharging contaminants from a gasifier for carbon-containing material, in particular a fluidized bed gasifier or fluidized bed reactor.
- the fluidized bed gasification describes a graded gasification process in which, after pyrolysis or carbonization of a carbonaceous material to a type of coke, the most complete gasification of the coke produced takes place together with a pyrolysis gas in a fluidized bed reactor in a so-called product gas.
- a fluidized bed reactor comprises a region which adjoins an inlet and widens in the shape of a truncated cone and merges into a cylinder section provided with an outlet at the end.
- This body contains a fixed bed suspended in the inflow of a gasification agent, which is formed from coke from the previous pyrolysis process.
- This coke is kept in suspension in an elevated position by appropriate introduction and metering of a gasification agent, such as air, and is continuously converted or gasified into a product gas.
- GB 673,648 describes a method and an apparatus in which coke and gasification gas are mixed orthogonally with one another and are introduced together into a reduction reactor.
- a method according to the invention is characterized in that charred biomass is held in suspension in the inflow of the gasification agent as a fixed bed in the fluidized bed reactor and underneath this floating bed, contaminants essentially sink into an area against an inflow of gasification agent or are otherwise moved, in particular by gas flows be used to collect the contaminants and is designed accordingly. According to the invention, contaminants can essentially be removed continuously without any negative effect on the amount of gas produced, its quality or the overall efficiency of a system.
- the gasification agent is introduced through a nozzle base into an inlet area below the reduction unit and from there carries coke to the reduction unit.
- the removal of impurities from an inlet area is carried out continuously in the sense that there is no interruption of an ongoing operation of the overall device. Accordingly, the above-mentioned space is used for the accumulation and also for the removal of accumulated impurities.
- the nozzle base is moved between at least two positions using a lifting means in order to remove collected contaminants in a targeted manner, in particular using a ramp into pressure-tight and lockable containers.
- an inflow of the gasification agent into the inlet area is largely shut off and a fixed bed in the fluidized bed reactor is then kept in suspension by a gasification agent introduced into the reduction unit via a nozzle unit.
- a device for solving the above-mentioned object is characterized in that charred biomass is arranged in the inflow of the gasification agent as a fixed bed within the floating bed reactor of the levitation and a space for collecting contaminants is provided below the fixed bed.
- a gas-tight container or a container is provided below the fluidized bed reactor.
- the container is separated from the inlet area by a baffle plate which only allows an opening for the entry of contaminants from the inlet area and in particular from a nozzle bottom into the container.
- An opening slot is preferably arranged behind the baffle plate, which is designed to discharge accumulated contaminants via a ramp into a container which can in particular be shut off separately.
- a nozzle floor through which gasification agent can flow is provided, which can be moved between two positions by a lifting device or other drive means and in particular can be lowered, swiveled and / or rotated or in some other way, in particular for the targeted removal of accumulated contaminants Is designed to be displaceable.
- a nozzle base is connected to slides and a drive means in such a way that, in the course of a displacement of the nozzle base, a supply of biomass is completed and at least one discharge for impurities is opened.
- a one-piece structural unit is preferably formed from a nozzle base, a slide as a closure for a biomass supply, and a closure for removing solid matter to a ramp through a further slide, and an opening or a hole for switching a solid, which is arranged in the direction of displacement for switching -Exit to the ramp.
- This arrangement results in a reduced travel distance ⁇ h of this unit compared to a nozzle bottom alone.
- only one drive is required.
- the nozzle base adjoining the inlet region is subsequently inclined on one side for the gasification agent.
- the nozzle base is based on this feature to discharge collected impurities in an embodiment of the invention, as it were, inclined to a slide, the slide in a second position of the nozzle bottom being essentially aligned with a ramp which is connected to a collecting container.
- At least one of the above-mentioned containers has a fill level meter or a window for optical inspection and accordingly a filling of at least one of the containers is monitored by sensors.
- FIG. 11 shows one from the DE 10 2007 012 452 A1 , to which reference is hereby made in its entirety, known device 1 for floating bed gasification of a carbon-containing material or of biomass as a complete system in a sectional view.
- the entire process path is shown here in connection with the supply of a biomass B, which is usually prepared by comminution and separation of foreign substances, into a pyrolysis unit 2 with gas nozzles 3, from there via an oxidation unit or transport route 4 with nozzle unit 5 until a product gas P emerges from a reduction unit 6, which here is provided with a nozzle unit 7 for introducing and metering gasification agent V.
- the reduction unit 6 in addition to the nozzle unit 7 for supplying gasification agent V, comprises an approximately frustoconically widening first section 8, which into a cylinder section 9 opens out, which runs out into an outlet 11 for product gas P via a section 10 which now tapers in the shape of a truncated cone.
- a normal degree of filling of the reduction unit 6 with a bed of coke pieces in the form of a fixed bed floating layer 12 shown hatched here is shown in FIG Figure 11 indicated. This level is monitored by a distance sensor 13 for measuring the level of the floating layer 12 made of coke pieces.
- a device according to Figure 11 basically a non-contaminant Input material, i.e. very carbon-containing and as much as possible charred biomass without the addition of impurities S.
- the biomass B fed to the device 1 must first be freed of metal and other objects by means of separators and should also be sieved if possible to separate other impurities, such as sand or stones, that cannot be removed by a separator from the biomass. Otherwise, such impurities, which cannot be converted into product gas, enter the reduction unit 6.
- the interfering substances S continue to accumulate, at least in the course of long-term operation of such a system, and ultimately lead to an interruption in the operation of the entire device 1 due to a reduction in efficiency.
- the floating layer 12 builds up very quickly after starting up the device 1 described above in the reactor 12, as a result of which the entire system 1 then operates in a basically stable production mode.
- biomass B is carbonized to a coke material K.
- This coke material K is then fed, for example via a screw conveyor, and is introduced into the reduction unit 6 via the inlet region 14 under the action of gaseous gasifying agent V.
- An entry of coke material K into the reduction unit 6 and the conversion of coke material K into the floating layer 12 are in equilibrium.
- the fixed bed 12 is lifted from the inlet area 14 by the supply of the coke pieces from the pyrolysis reactor 2 within the first section 8 of the reduction unit 6 which widens in the shape of a truncated cone.
- a zone is formed below the fixed bed 12, in which impurities or slag, which are not carried along by the upward flow, collect against the direction of flow at the lowest point of the reduction unit 6.
- upstream process stages such as the initial loading of the device 1 with biomaterial B or the pyrolysis in the pyrolysis unit 2, the contaminants have no process-relevant disadvantages have been shown or they have not yet been present, in particular in the form of slags.
- FIG. 1 shows a sectional view of a section of a reduction unit 6 around an inlet area 14 according to a first embodiment of the invention.
- the inlet area 14 is here compared to the representation of FIG Figure 11 have been modified in such a way that gasification agent V instead of through an annular nozzle unit 7, the gasification agent V now flows in via a connection 15 at the inlet area 14 parallel to a central axis M of the reduction unit 6 and counter to gravity.
- the transport unit 4 via which new coke material K is supplied, is arranged at the inlet region 14, essentially perpendicular to the connection 15 for the gasification agent V.
- a spiral or screw conveyor for metering according to requirements is to be supplied in previous sections of an overall system Figure 11 biomass K charred.
- the coke K is introduced into the reduction unit 6 in the inlet region 14 in the inflow of the gasification agent V essentially vertically and counter to gravity.
- the first section 8 of the reduction unit 6, which widens approximately in the shape of a truncated cone the coke particles are held in suspension as a fixed bed 12 and are progressively converted into product gas P.
- the coke particles K thus float on the flow of the gasification agent V and are thus lifted off the inlet area 14 as a floating layer 12. Underneath this floating bed 12, a largely free space is created in which biomass particles K and charred carbon can move freely in the buoyancy of the inflowing gasification agent V against the counteracting weight force.
- impurities S always have a higher density than a coke K to be converted in the fluidized bed reactor 6.
- all the contaminants S entered into the fluidized bed reactor 6 against the gas flow V decrease in a lowest point.
- An effective removal of contaminants S from the inlet area 14 takes place adjacent into a space designed as a gas-tight container or a container 17, as a result of which the use of a lock, which always represents a potential weak point in a device, is dispensed with can.
- the size of the container 17 is selected such that it should generally be emptied only every 100 operating hours, in particular in the course of an inspection of the entire system, which of course depends on the amount of the contaminants S contained in a carbon-containing starting product S.
- the container 17 is separated from the inlet area 14 by a baffle plate 18, which has only one opening 19 for the entry of contaminants S from the inlet area 14 and in particular from it from the nozzle bottom 16 into the container 17.
- the container 17 is in the embodiment of FIG Figure 1 expanded beyond a suggested flange connection and constructed in several parts.
- the baffle plate 18 separates the container 17 from the inlet area 14 except for an opening 19 which runs approximately radially with respect to a subsequent pipe contour, behind which contaminants S collect.
- Figure 2 shows the baffle plate 18 in a perspective view as a section of the cylinder jacket of the inlet area 14, indicating the opening 19 which results in the installed position and which may be crescent-shaped.
- an opening slit 20 of a height b of approximately 20 mm which is arranged behind the baffle plate 18 and can be seen in an installed position, can be seen, which for collecting contaminants S is discharged via a ramp 21 inclined at an angle ⁇ of approximately 30 ° to approximately 45 ° serves a lockable container 22, see Figure 1 .
- This entire container arrangement is pressure-tight. It is also connected to the inlet area 14 in a pressure-tight manner.
- a shut-off means 23 embodied here in the form of a ball valve
- the container 22 can be filled with accumulated contaminants S.
- the container After closing the ball valve 23, the container can be removed or emptied by opening and reconnected in a pressure-tight manner. In this way, very large quantities of contaminants S can be absorbed and / or the system described can be operated in continuous operation over a very long period of time without interference occurring due to the accumulation of contaminants S.
- Figure 3 represents a section of a reduction unit 6 according to a second embodiment of the invention in section analogous to the illustration of FIG Figure 1
- the basic functional principle remains the same, only the type, location and removal of accumulated contaminants S have been changed here for the discontinuous removal of accumulated contaminants S.
- the nozzle base 16 adjoining the inlet region 14 in the connection 15 for the gasification agent V is inclined on one side by an angle ⁇ of approximately 10 ° to approximately 45 °, but gasification agent V continues to flow through it vertically from below.
- the connection 15 branches and leads via a ramp 25 into a container 26. This arrangement is also again pressure-tight.
- the nozzle base 16 can be moved between the described position and at least one second position by a lifting means 27 by a height ⁇ h of about 30 cm here.
- the nozzle base 16 is aligned with the ramp 25 in such a way that impurities S which have accumulated on the nozzle base 16 slide into the container 26 via the ramp 25.
- a ball valve 28 is provided here so that the container 26 could also be opened or removed for emptying.
- contaminants S are continuously removed from the inlet area in the sense that there is no need to interrupt an ongoing operation of the overall device. Accordingly, the above-mentioned space 17, 26 is used for the accumulation and also for the discharge of accumulated impurities S.
- a major advantage of this second exemplary embodiment compared to the first exemplary embodiment lies in the fact that here an entire cross-sectional width of the reactor pointing upwards is opened downwards and thus also impurities in the form of larger pieces can be removed, and this even while the process is running, due to the pressure-tight design Operation of the entire system.
- the nozzle base 16 is designed such that it can be changed in the vertical position without the supply of gasifying agent V having to be interrupted.
- Figure 4 shows a sectional view of an arrangement according to a combination of a slightly modified first and the second embodiment of the invention analogous to the representations of the Figures 1 and 3rd .
- impurities in the form of ash accumulate behind an inner contour or the baffle plate 18, as the person skilled in the art usually only knows from combustion processes.
- continuous removal of such ash components also reduces the possibility of the formation of larger interfering bodies by agglomeration within the device described.
- an arrangement is according to Figure 5 as a substantially pure combination of the first and the second exemplary embodiment of the invention analogous to the representation of FIG Figure 1 particularly suitable for separating both ash-like contaminants S and comparatively "large” contaminants S in larger quantities and removing them from the device in an uninterrupted long-term operation without the need to interrupt the operation.
- a check of corresponding inspection openings or windows on the containers 17, 22, 26 can be included in the routine inspection process. According to an embodiment not shown in detail here, a filling of the container 17 and / or 22 and / or 26 is monitored by sensors. When a certain filling limit is reached, a corresponding message is then automatically sent to a plant operator.
- FIG. 6 a sectional view of the section around the reduction unit 12 according to the embodiment of FIG figure 4th as a variant with features that can be applied in an adapted manner to all of the above exemplary embodiments:
- a gas-permeable closure is provided in the transport section 4 from the oxidation unit, here indicated as a lowerable bulkhead 29 for safe retention of coke material K slipping from the transport section 4 into the inlet area 14.
- a gas-permeable closure is provided in the transport section 4 from the oxidation unit, here indicated as a lowerable bulkhead 29 for safe retention of coke material K slipping from the transport section 4 into the inlet area 14.
- a nozzle unit 7 for introducing and metering gasification agent V1 directly into the reduction unit 6 is also provided.
- a nozzle unit 7 for introducing and metering gasification agent V1 directly into the reduction unit 6 is also provided.
- at least one operation of the floating bed reactor 6 itself and an associated production of product gas P can be maintained without interruption even if the gasification agent V is blown in via the connection 15 into the Floating bed reactor 6 is temporarily interrupted or largely shut down.
- a sufficient amount of gasifying agent for a largely constant quality and amount of product gas P is then introduced as gasifying agent V1.
- FIG. 7 shows a sectional view of a fourth embodiment of the invention analogous to the illustration of Figure 1 .
- This fourth embodiment of the invention provides an alternative to the embodiment according to Figure 3 shows that here now a displacement of the nozzle base 16 is no longer essentially parallel to the central axis M, but essentially perpendicular this is done by a displacement width ⁇ b of approximately 125 mm here.
- An accumulation of interfering substances S located on the nozzle base 16 is caused by the amount of gravity against the inflow of gasification agent V on the shut-off means 23 as a result of the displacement caused by the lifting means 27 or due to a pivoting of the nozzle base 16 that runs essentially in one plane conveyed past into the gas-tight container 26 as the absolutely lowest point of this plant part.
- a scraper AB which is only indicated in terms of its position, can effectively support the removal or stripping of accumulated contaminant S from the nozzle base 16 in the course of the displacement movement.
- an appropriately designed edge of the outer housing can suffice, especially since an inclined position of the nozzle base 16 is not absolutely necessary.
- FIG. 8a a further variant, which is an adaptation of the embodiment of Figure 7 essentially only required in the dash-dotted area A:
- the nozzle base 16 is now part of a cylindrical body 30 which is now rotatably mounted in the area A with the connection 15 for gasifying agent V into the inlet area 14.
- the gasification agent V flows through the nozzle base 16, as already known.
- a curvature of the nozzle base 16 does not make any significant difference with regard to the function and accumulation of contaminants S compared to the preceding exemplary embodiments. If the cylindrical body 30 is now rotated by approximately 90 °, contaminants S collected on the nozzle base 16 fall through a continuous recess 31 and one Pipe section 32 into the container 26 arranged below.
- Figure 8a shows this cylindrical body 30 with a cylindrically continuous and closed recess 31 with the continuous tube section 32 adjoining it in three dimensions for the sake of clarity View with all hidden edges.
- the sequence of figures from Figure 8b to 8e shows a rear view through the cylindrical recess 31 in the direction of the curved nozzle base 16, followed by a representation of the body 30 which is tilted by 90 ° in relation to the first illustration, in which the continuous recess 31 is now connected to the inlet region 14 with a view through the pipe section 32 , where d denotes a diameter of the continuous recess 31 within the cylindrical body 30, which corresponds to a free cylindrical width in the area of the connection 15 and the inlet area 14 with a side view in FIG Figure 8d .
- this width d is approximately 115 mm, but it must be adapted to a particular system size to the extent evident to the person skilled in the art. See the secondary side view of the cylindrical body 30.
- Figure 8e a plan view corresponding to the rear view of the curved nozzle bottom 16 is shown.
- Figure 9 builds on that of Figure 3 and takes into account the possibility of blocking the coke entry, as in Figure 6 indicated.
- the ramp 25 for removing contaminant S is moved up to approximately the height of the transport route for the introduction of coke K.
- the nozzle base 16 is integrated into a one-piece structural unit, here, for example, welded in as a plane at an angle to a central axis.
- the structural unit is designed to be displaceable overall as a hollow cylindrical section 33 in the cylindrical inlet region 14.
- the cylindrical section 33 further comprises a slide 34 as a closure for the supply of biomass K and a further slide 35 as a closure for the solids removal to the ramp 26.
- an opening 36 is provided as a hole in the cylindrical section 33.
- this opening 36 in the course of a displacement of the section 33 by an amount .DELTA.h, access to the ramp 26 for the removal of contaminant S from the nozzle plate 16 is opened, wherein at the same time any supply of biomass K is interrupted by the slide 34 as a closure. In principle, no biomass K reach the ramp 26 via the inlet area 14, or mix with impurity S in any other conceivable manner.
- the side sectional view of the cylindrical portion 33 of Figure 10a illustrates how switching is effected by appropriate design of the slides 34, 35 and arrangement of the opening 36 in the direction of displacement, see also here Figure 10b in a side view rotated by 90 °.
- a travel distance .DELTA.h of the nozzle plate 16 has been reduced and thus the overall design has been shortened.
- only one drive is used to close a supply of biomass K together with a displacement of the nozzle plate 16.
- connection around the inlet area 14 can be modified in a manner that is obvious to a person skilled in the art, in order in particular to be able to meet space requirements.
- Figure 5 can be considered that when the branch with the ramp 25 is shifted, the two containers are combined to form a container which can then also be operated using only one closure means.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austragen von Störstoffen aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere einen Schwebebettvergaser bzw. Schwebebettreaktor.
- Aus der
DE 10 2007 012 452 A1 ist eine Vorrichtung zur Vergasung organischer Stoffe in einem Schwebebett bekannt. Die Schwebebettvergasung beschreibt ein gestuftes Vergasungsverfahren, bei dem nach erfolgter Pyrolyse bzw. Verkohlung eines kohlenstoffhaltigen Materials zu einer Art von Koks eine möglichst vollständige Vergasung des erzeugten Koks zusammen mit einem Pyrolysegas in einem Schwebebettreaktor in ein sog. Produktgas erfolgt. Ein derartiger Schwebebettreaktor umfasst einen an einen Einlass anschließenden und sich kegelstumpfförmig weitenden Bereich, der in einen endseitig mit einem Auslass versehenen Zylinderabschnitt übergeht. Dieser Körper beinhaltet ein im Zustrom eines Vergasungsmittels in der Schwebe gehaltenes Festbett, das aus Koks des vorangegangenen Pyrolyseprozesses gebildet wird. Dieser Koks wird durch eine entsprechende Einbringung und Dosierung eines Vergasungsmittels, wie z.B. Luft, in einer erhöhten Position in Schwebe gehalten und kontinuierlich in ein Produktgas umgesetzt bzw. vergast. - In der
US 4 023 280 wird ein Fließbettrektor beschrieben bei dem Koks von oben in den Rektor zugeführt wird und Sauerstoff von unten über eine Düse in den Reaktor eingeleitet wird. -
beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei Koks und Vergasungsgas orthogonal miteinander vermischt und zusammen in einen Reduktionsreaktor eingetragen werden.GB 673,648 - In einem grundsätzlich anzustrebenden Langzeitbetrieb derartiger Anlagen hat sich als Problem herausgestellt, dass sich im Schwebebettreaktor im Zuge der Schwebebettvergasung Störstoffe in Form beispielsweise von Steinen, Sandkörnern, Schlacken, Nägeln, sonstigen Metallteilen o.ä. ansammeln. Diese Störstoffe werden über das kohlenstoffhaltige Eingangs-Material in der Regel unbemerkt zugeführt, da sie z.B. in mechanisch zerkleinerten bzw. geschredderten Baumteilen von organischem Material teilweise umschlossen oder eingeschlossen sind. Ansammlungen von Störstoffen der vorstehend beispielhaft genannten Arten können die Effizienz der Anlage verringern und auf Dauer durch Verklumpung bzw. Agglomeration sogar zu Betriebsstörun-gen führen, insbesondere zu Verstopfungen oder mechanischen Beschädigungen innerhalb des Schwebebettreaktors.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb eines Schwebebettreaktors zu schaffen, die eine wesentlich geminderte Anfälligkeit gegenüber in kohlenstoffhaltige Eingangs-Material enthaltenen Störstoffen aufweisen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale eines Verfahrens gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass Störstoffe auf Dauer bzw. bei fortschreitender Umsetzung oder Vergasung des Koks-Anteils immer eine höhere Dichte als ein in dem Schwebebettreaktor umzusetzender Koks aufweisen. Damit kann eine Vorrichtung in angepasster Art und Weise zum Einsatz kommen, die als Schwerkraft- oder Windsichter insbesondere aus Getreidemühlen her bekannt ist, auch wenn dort die Spreu auszutragen und möglichst nur ein Mehlkörper eines Getreides einer weiteren Verarbeitung zuzuführen ist. Es wurde also als entscheidend erkannt, dass eine möglichst als Festbett ausgebildete Schicht innerhalb des Vergasungsreaktors von einem Einlassbereich abgehoben ist, also im vollen Sinn des Wortes wirklich auf der Gasströmung "schwebt", wie es bei der Schwebebettvergasung gemäß der Offenbarung derDE 10 2007 012 452 A1 der Fall ist. Demnach zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch aus, dass verkohlte Biomasse im Zustrom des Vergasungsmittels als Festbett in dem Schwebebettreaktor in der Schwebe gehalten und unterhalb dieses Schwebebetts Störstoffe im Wesentlichen gegen einen Zustrom von Vergasungsmittel in einen Raum hinein absinken oder in sonstiger Weise insbesondere durch Gasströmungen bewegt werden, der zum Sammeln der Störstoffe verwendet wird und dementsprechend ausgebildet ist. Störstoffe können erfindungsgemäß damit im Wesentlichen kontinuierlich entfernt werden, ohne dass eine produzierte Gasmenge, deren Qualität oder ein Gesamtwirkungsgrad einer Anlage negativ beeinflusst werden. - Bei anderen bekannten Verfahren, wie z.B. in der
DE 10 2009 047 445 A1 oder derWO 2010046222 A2 offenbart, wird umzusetzendes, vorbereitetes Bio-Material von unten her bzw. an einem niedrigsten Punkt bei einem Vergasungsreaktor mit einer mechanischen Vorrichtung an der Stelle nachgeschoben, an der sich Störstoffe absetzen und ansammeln könnten. Bei derartigen Verfahren ist eine selektive Entfernung von Störstoffen in einer hier beschriebenen Art und Weise damit prinzipiell nicht möglich. - Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird das Vergasungsmittel durch einen Düsenboden hindurch in einen Einlassbereich unterhalb der Reduktionseinheit eingeleitet und trägt von dort Koks zur Reduktionseinheit ein. Vorteilhafter Weise ist ein Abführen von Störstoffen aus einem Einlassbereich kontinuierlich in dem Sinne durchgeführt, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen wird. Demnach wird der vorstehend genannte Raum zum Ansammeln und auch zum Abführen angesammelter Störstoffe verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Düsenboden zwischen mindestens zwei Positionen unter Verwendung eines Hubmittels bewegt, um gesammelte Störstoffe gezielt abzuführen, insbesondere unter Verwendung einer Rampe in druckdichte und absperrbare Behälter hinein.
- Vorzugsweise wird bei zur gezielten Abführung gesammelter Störstoffe abgesenktem oder verschobenem Düsenboden ein Zustrom des Vergasungsmittels in den Einlassbereich weitgehend abgestellt und ein Festbett in dem Schwebebettreaktor dann durch ein über eine Düseneinheit in die Reduktionseinheit eingebrachtes Vergasungsmittel in der Schwebe gehalten.
- Eine Vorrichtung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass verkohlte Biomasse im Zustrom des Vergasungsmittels als Festbett innerhalb des Schwebebettreaktors der Schwebe gehalten angeordnet ist und unterhalb des Festbetts ein Raum zum Sammeln von Störstoffen vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zur Entfernung von Störstoffen aus einem Einlassbereich heraus angrenzend ein gasdichtes Behältnis bzw. ein Behälter unterhalb des Schwebebettreaktors vorgesehen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter gegenüber dem Einlassbereich durch eine Prallplatte abgetrennt, die nur eine Öffnung für den Eintritt von Störstoffen von dem Einlassbereich und insbesondere von einem Düsenboden her in den Behälter ermöglicht. Vorzugsweise ist hinter der Prallplatte ein Öffnungsschlitz angeordnet, der zum Abführen angesammelter Störstoffe über eine Rampe in einen insbesondere separat absperrbaren Behälter hinein ausgebildet ist.
- In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist an den Einlassbereich angrenzend ein von Vergasungsmittel durchströmbarer Düsenboden vorgesehen, der insbesondere zur gezielten Abförderung angesammelter Störstoffe zwischen zwei Positionen durch ein Hubmittel oder eine sonstiges Antriebsmittel beweglich und insbesondere absenk-, schwenk- und/oder drehbar oder in sonstiger Weise verschiebbar ausgebildet ist.
- Vorteilhafter Weise ist ein Düsenboden derart mit Schiebern und einem Antriebsmittel verbunden, dass im Zuge einer Verschiebung des Düsenbodens zugleich eine Zufuhr von Biomasse abgeschlossen und mindestens eine Abführung für Störstoffe geöffnet wird. Vorzugsweise wird einstückige bauliche Einheit gebildet aus einem Düsenboden, einem Schieber als Verschluss einer Biomassen-Zufuhr sowie einem Verschluss Feststoff-Abfuhr zu einer Rampe hin durch einen weiteren Schieber sowie eine dazu in Verschieberichtung zum Umschalten angeordnet Öffnung bzw. einem Loch zum wahlweisen Öffnen einer Feststoff-Abfuhr zu der Rampe hin. Aus dieser Anordnung ergeben sind ein geminderter Verfahrweg Δh dieser Einheit verglichen mit einem Düsenboden allein. Zudem wird nur ein Antrieb benötigt. Zudem ergibt sich eine insgesamt verkürzte Bauform der Anordnung in diesem Bereich. In einer Weiterbildung der Erfindung der an den Einlassbereich angrenzende Düsenboden im Anschluss für das Vergasungsmittel einseitig geneigt ausgebildet. Auf dieses Merkmal aufbauend ist der Düsenboden zum Abführen gesammelter Störstoffe in einer Ausführungsform der Erfindung gleichsam einer Rutsche schräg gestellt, wobei die Rutsche in einer zweiten Stellung des Düsenbodens im Wesentlichen mit einer Rampe fluchtet, die mit einem Sammelbehälter verbunden ist.
- Es wird weiter bevorzugt, dass mindestens einer der vorstehend genannten Behälter Füllstandsmesser oder ein Fenster zur optischen Inspektion aufweist und demnach eine Füllung mindestens eines der Behälter sensorisch überwacht wird.
- Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- Figur 1:
- eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Reduktionseinheit gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
- Figur 2:
- eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Prallplatte gemäß dem Ausführungsbeispiel von
Figur 1 ; - Figur 3:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 4:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer Kombination einer leicht abgewandelten ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 5:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 6:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung als Variante der zweiten Ausführungsform analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 7:
- eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figuren 8a
- bis 8e: eine dreidimensionale Ansicht einer zum Abführen angesammelter Störstoffe drehbaren Düsenplatte und weitere Ansichten,
- Figur 9:
- eine Variante des Ausführungsbeispiels von
Figur 3 in einer Schnittdarstellung sowie - Figur 10a
- und 10b: eine Schnittdarstellung einer seitlichen Ansicht sowie eine um 90° gedrehte Ansicht der Einheit aus Düsenboden und Schiebern des Ausführungsbeispiels von
Figur 10 und - Figur 11:
- eine Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Schwebebett-Vergasung von Biomasse.
- Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.
- Die Skizze von
Figur 11 zeigt eine aus derDE 10 2007 012 452 A1 , auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird, bekannte Vorrichtung 1 zur Schwebebett-Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Materials bzw. von Biomasse als vollständige Anlage in einer Schnittdarstellung. Hier ist der gesamte Prozessweg im Zusammenhang dargestellt von der Zuführung einer i.d.R. durch Zerkleinerung und Aussonderung von Fremdstoffen vorbereiteten Biomasse B in eine Pyrolyseeinheit 2 mit Gasdüsen 3, von dort über eine Oxidationseinheit bzw. Transportstrecke 4 mit Düseneinheit 5 bis zum Austritt eines Produktgases P aus einer Reduktionseinheit 6, die hier zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V mit einer Düseneinheit 7 versehen ist. - Wie durch die gestrichelte Linie in
Figur 11 angedeutet wird nachfolgend nur noch auf die Reduktionseinheit 6 als Schwebebettreaktor eingegangen werden, zumal eine Schwebebett-Vergasung von Biomasse bei Zuführung entsprechend aufbereiteter Biomasse auch in einem einstufigen Verfahren durchführbar sein kann. So könnte einer Verwertung insbesondere getrockneter Klärschlämme aufgrund deren Zusammensetzung aus überwiegend kohlenstoffhaltigem Material auch ohne Vorschaltung einer Pyrolyseeinheit 2 umgesetzt werden. Gleiches gilt grundsätzlich auch für eine erfindungsgemäße Verwertung von extern hergestellter Kohle oder Koks. Es ist also für den Betrieb eines Schwebebettreaktors nicht zwingend erforderlich, dass eine zugeführte Biomasse bereits weitgehend verkohlt ist, wenngleich nachfolgend nur noch von einer Zuführung von Koks K die Rede sein wird. Die Eingangs beschriebenen Probleme einer Ansammlung von Störstoffen würden auch hier in jedem Fall auftreten. - Ohne weitere Unterscheidung in ein-, zwei- oder mehrstufige Verfahren werden nachfolgend die Vorgänge innerhalb der Reduktionseinheit 6 beschrieben: Die Reduktionseinheit 6 umfasst hier an die Düseneinheit 7 zur Zuführung von Vergasungsmittel V anschließend einen sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitt 8, der in einen Zylinderabschnitt 9 mündet, der über einen sich nun kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 in einen Auslass 11 für Produktgas P hin ausläuft. Ein normaler Füllgrad der Reduktionseinheit 6 mit einer Schüttung aus Koks-Stückchen in Form einer hier schraffiert dargestellten Festbett-Schwebeschicht 12 ist in
Figur 11 angedeutet. Dieser Füllstand wird mit einem Abstandssensor 13 zur Füllhöhenmessung der Schwebeschicht 12 aus Koksstückchen überwacht. - Wie alle bekannten Vergasungssysteme, insbesondere Festbettvergasungssysteme im Gegenstrom- oder Gleichstrom-Betrieb, benötigt auch eine Vorrichtung gemäß
Figur 11 grundsätzlich ein störstofffreies Inputmaterial, also sehr kohlenstoffhaltiges und schon so weit als möglich verkohlte Biomasse ohne Beimischung von Störstoffen S. Das bedeutet aber, dass die der Vorrichtung 1 zugeführte Biomasse B zuvor mittels Abscheidern von Metall und sonstigen Gegenständen befreit werden muss und nach Möglichkeit auch noch gesiebt werden sollte, um andere durch einen Abscheider nicht entfernbare Störstoffe, wie z.B. Sand oder Steine, von der Biomasse zu separieren. Andernfalls gelangen derartige, nicht in Produktgas umwandelbare Störstoffe in die Reduktionseinheit 6 hinein. Dort sammeln sich die Störstoffe S zumindest im Zuge eines Langzeitbetriebes einer derartigen Anlage immer weiter an und führen über Effizienzminderungen schließlich zwangsläufig zu einer störungsbedingten Betriebsunterbrechung der gesamten Vorrichtung 1. - Die Schwebeschicht 12 baut sich nach einem Anfahren der vorstehend beschrieben Vorrichtung 1 in dem Reaktor 12 recht schnell auf, wodurch die Gesamtanlage 1 dann in einem grundsätzlich stabilen Produktionsmodus arbeitet. In der Pyrolyseeinheit 2 wird Biomasse B zu einem Koksmaterial K verkohlter. Beispielsweise über einen Schneckenförderer erfolgt dann eine geregelte Zuführung dieses Koksmaterials K, das unter Einwirkung von gasförmigem Vergasungsmittel V über einen Einlassbereich 14 in die Reduktionseinheit 6 eingetragen wird. Dabei befinden sich ein Eintrag von Koksmaterial K in die Reduktionseinheit 6 und die Umsetzung von Koksmaterial K in der Schwebeschicht 12 in einem Gleichgewicht.
- Aufgrund der besonderen Betriebsweise bei dem in
Figur 11 dargestellten Schwebebettverfahren ist das Festbett 12 von der Zuführung der Koksstückchen aus dem Pyrolysereaktor 2 innerhalb des sich kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitts 8 der Reduktionseinheit 6 von dem Einlassbereich 14 abgehoben. Hierdurch bildet sich unterhalb von dem Festbett 12 eine Zone aus, in welcher sich Störstoffe oder Schlacke, welche nicht von der nach oben gerichteten Strömung mitgenommen werden, gegen die Strömungsrichtung am niedrigsten Punkt der Reduktionseinheit 6 ansammeln. In vorgeschalteten Prozessstufen, wie der anfänglichen Beschickung der Vorrichtung 1 mit Biomaterial B oder der Pyrolyse in der Pyrolyseeinheit 2, haben die Störstoffe noch keine prozessrelevanten Nachteile gezeigt oder sie sind insbesondere in Form von Schlacken noch gar nicht vorhanden gewesen. Nun kommt es in dem Einlassbereich 14 und damit an dem niedrigst gelegenen bzw. tiefsten Punkt der Reduktionseinheit 6 zu einer fortschreitenden Ansammlung von Störstoffen S. Dem kann auf Dauer auch nicht dadurch ausreichend effektiv entgegen gewirkt werden, dass im Bereich einer Vorbereitung von in Produktgas umzusetzender Biomasse B oder Koks K zusätzliche Maßnahmen zur Aussonderung von in der Reduktionseinheit 6 zur Störstoffen werdenden Fremdstoffen ergriffen werden. - Nachfolgend werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand weiterer Abbildungen beschrieben, die insbesondere die vorteilhaften Eigenschaften eines vorstehend skizzierten Schwebebett-Verfahrens dazu nutzen, ein Abführen von Störstoffen aus einem Einlassbereich kontinuierlich in dem Sinne durchzuführen, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen werden muss. Dabei ist eine vorstehend z.B. durch eine Verstopfung hervorgerufene Störung innerhalb der Reduktionseinheit 6 so weit als technisch möglich ausgeschlossen. Zugleich werden an eine Vorbereitung einer Biomasse B, die der vorstehend unter Bezug auf die Abbildung von
Figur 11 beschriebenen Gesamtanlage 1 zugeführt wird, keine strengeren Anforderungen gestellt, so dass hier keine Zusatzkosten entstehen. Zudem sind alle nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in bestehenden Anlagen bzw. Schwebeschicht-Reduktionseinheiten 6 nachrüstbar und entsprechende Regel- und Steuerverfahren erweiterbar. - Die Abbildung von
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Reduktionseinheit 6 um einen Einlassbereich 14 herum gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Einlassbereich 14 ist hier gegenüber der Darstellung vonFigur 11 dahingehend modifiziert worden, dass Vergasungsmittel V statt durch eine ringförmige Düseneinheit 7 hier nun das Vergasungsmittel V über einen Anschluss 15 an dem Einlassbereich 14 parallel zu einer Mittelachse M der Reduktionseinheit 6 und entgegen der Schwerkraft eingeströmt wird. - Im Wesentlichen senkrecht zu dem Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V ist an dem Einlassbereich 14 die Transporteinheit 4 angeordnet, über die neues Koksmaterial K zugeführt wird. Hierzu wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Spiral- bzw. Schneckenförderer zur bedarfsgerechten Dosierung zuzuführender in vorangehenden Abschnitten einer Gesamtanlage gemäß
Figur 11 zu Koks verkohlter Biomasse K verwendet. Von der Transporteinheit 4 kommend wird der Koks K im Einlassbereich 14 im Zustrom des Vergasungsmittels V im Wesentlichen senkrecht und entgegen der Schwerkraft in die Reduktionseinheit 6 eingetragen. In dem sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitt 8 der Reduktionseinheit 6 werden die Kokspartikel als Festbett 12 in der Schwebe gehalten und fortschreitend in Produktgas P umgewandelt. Innerhalb des Reaktors 6 schweben die eingetragenen Kokspartikel K also auf der Strömung des Vergasungsmittels V und sind damit von dem Einlassbereich 14 als Schwebeschicht 12 abgehoben. Unterhalb dieses Schwebebetts 12 entsteht dadurch ein weitgehend freier Raum, in dem sich zu Koks verkohlte Biomasse-Partikel K und Störstoffe frei im Auftrieb des einströmenden Vergasungsmittels V gegen die entgegengerichtet wirkende Gewichtskraft bewegen können. Auf Dauer bzw. bei fortschreitender Umsetzung oder Vergasung des Koks-Anteils weisen Störstoffe S immer eine höhere Dichte als ein in dem Schwebebettreaktor 6 umzusetzender Koks K auf. Damit sinken mit der Zeit alle in den Schwebebettreaktor 6 eingetragenen Störstoffe S gegen den Gasstrom V in einem niedrigsten Punkt ab. Damit verlassen die Störstoffe S gemäß der Anordnung vonFigur 1 die Reduktionseinheit 6 wieder und treten wieder in den Einlassbereich 14 ein, wo sie von einem Düsenboden 16 an einem weiteren Absinken gehindert werden. Vom Düsenboden 16 wandern die sich ansammelnden Störstoffe S dann mit der Zeit in einen im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung des Gasstroms V verlaufenden Behälter 17 als Raum zum Ansammeln von Störstoffen S hinein. - Eine effektive Entfernung von Störstoffen S aus dem Einlassbereich 14 heraus erfolgt angrenzend in ein als gasdichtes Behältnis bzw. einen Behälter 17 ausgebildeten Raum hinein, wodurch grundsätzlich auf die Verwendung von einer Schleuse, welche immer eine potentielle Schwachstelle in einer Vorrichtung darstellt, verzichtet werden kann. Die Größe des Behältnisses 17 wird so gewählt, dass eine Entleerung i.d.R. nur alle 100 Betriebsstunden erfolgen sollte, insbesondere im Zuge einer Inspektion der Gesamtanlage, was selbstverständlich abhängig ist von der Menge der in einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsprodukt enthaltenen Störstoffe S.
- Um auch ein Ansammeln von Koks K im Behälter 17 so weit als möglich zu unterbinden, ist der Behälter 17 gegenüber dem Einlassbereich 14 durch eine Prallplatte 18 abgetrennt, die nur eine Öffnung 19 für den Eintritt von Störstoffen S von dem Einlassbereich 14 und insbesondere von dem vom Düsenboden 16 her in den Behälter 17 ermöglicht.
- Der Behälter 17 ist in dem Ausführungsbeispiel von
Figur 1 jenseits einer angedeuteten Flanschverbindung erweitert und mehrteilig aufgebaut. Durch die Prallplatte 18 ist der Behälter 17 gegenüber dem Einlassbereich 14 bis auf eine gegenüber einer anschließenden Rohrkontur ungefähr radial verlaufende Öffnung 19 abgetrennt, hinter der sich Störstoffe S ansammeln.Figur 2 zeigt die Prallplatte 18 in perspektivischer Ansicht als Ausschnitt des Zylindermantels des Einlassbereichs 14 unter Andeutung der sich in Einbaulage ergebenden Öffnung 19, die mondsichelförmig sein kann. Ferner ist hier ein in einer Einbaulage hinter der Prallplatte 18 angeordneter Öffnungsschlitz 20 einer Höhe b von ca. 20 mm zu erkennen, der zum Abführen angesammelter Störstoffe S über eine unter einem Winkel α von ca. 30° bis etwa 45° geneigten Rampe 21 in einen absperrbaren Behälter 22 hinein dient, sieheFigur 1 . Diese gesamte Behälteranordnung ist druckdicht ausgeführt. Sie ist auch druckdicht mit dem Einlassbereich 14 verbunden. Durch Öffnen eines hier in Form eines Kugelhahns ausgeführten Absperrmittels 23 kann der Behälter 22 mit angesammelten Störstoffen S gefüllt werden. Nach Verschließen des Kugelhahns 23 kann der Behälter entnommen oder durch Öffnen entleert und wieder druckdicht angeschlossen werden. So können sehr große Mengen an Störstoffen S aufgenommen und/oder die beschriebene Anlage über eine sehr lange Zeitspanne in einem Dauerbetrieb gefahren werden, ohne dass Störung aufgrund von Ansammlungen von Störstoffen S antreten könnten. -
Figur 3 stellt einen Ausschnitt einer Reduktionseinheit 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt analog der Darstellung vonFigur 1 dar. Das grundsätzliche Funktionsprinzip bleibt das gleiche, lediglich Art, Ort und Abtransport angelagerter Störstoffe S sind hier für eine diskontinuierliche Entnahme angesammelter Störstoffe S geändert worden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der an den Einlassbereich 14 angrenzende Düsenboden 16 im Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V einseitig um einen Winkel β von ca. 10° bis etwa 45° geneigt ausgebildet, wird aber weiterhin senkrecht von unten her von Vergasungsmittel V durchströmt. In einer dem Einlassbereich 14 entgegen gesetzter Richtung verzweigt sich der Anschluss 15 und führt über eine Rampe 25 in einen Behälter 26. Auch diese Anordnung ist wiederum druckdicht ausgeführt. Wie inFigur 3 angedeutet, so kann der Düsenboden 16 zwischen der beschriebenen Stellung und mindestens einer zweiten Stellung durch ein Hubmittel 27 um eine Höhe Δh von hier etwa 30 cm verfahren werden. In der zweiten Stellung fluchtet der Düsenboden 16 mit der Rampe 25 derart, dass auf dem Düsenboden 16 angesammelte Störstoffe S über die Rampe 25 in den Behälter 26 rutschen. Analog des Ausführungsbeispiels vonFigur 1 ist hier ein Kugelhahn 28 vorgesehen, so dass der Behälter 26 zum Entleeren auch geöffnet oder abgenommen werden könnte. Gemein ist beiden Ausführungsbeispielen aber, dass ein Abführen von Störstoffen S aus dem Einlassbereich heraus kontinuierlich in dem Sinne durchgeführt wird, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen werden muss. Demnach wird der vorstehend genannte Raum 17, 26 zum Ansammeln und auch zum Abführen angesammelter Störstoffe S verwendet. - Ein wesentlicher Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel liegt aber darin, dass hier eine gesamte Querschnittsweite des nach oben gerichteten Reaktors nach unten geöffnet wird und somit auch Störstoffe in Form größerer Stücke entfernt werden können, und das aufgrund der druckdichten Ausführung sogar während des laufenden Betriebs der Gesamtanlage. Hierzu ist der Düsenboden 16 so ausgeführt, dass dieser in der vertikalen Position verändert werden kann, ohne dass dabei die Zuführung von Vergasungsmittel V unterbrochen werden muss. Durch eine schräge Anordnung des Düsenbodens 16 kann ein "Abfließen" angesammelter Störstoffe S in den gasdichten Behälter 26 bei heruntergefahrenem Düsenboden 16 rein unter Einwirkung der Schwerkraft erleichtert werden.
-
Figur 4 zeigt als Schnittdarstellung eine Anordnung gemäß einer Kombination einer leicht abgewandelten ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellungen derFiguren 1 und3 . Es hat sich in Versuchen unter Verwendung einer Kombination Störstoff-Sammler gemäß des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt, dass sich bei der Variante vonFigur 3 , wenn vergleichsweise "große" Störstoffe S entfernt werden, hinter einer Innenkontur bzw. der Prallplatte 18 Störstoff in Form von Asche ansammelt, wie der Fachmann sie für gewöhnlich nur von Verbrennungsprozessen kennt. Ein fortlaufender Entzug auch derartiger Asche-Anteile mindert jedoch auch die Möglichkeit zur Bildung größerer Störkörper durch Agglomeration innerhalb der beschriebenen Vorrichtung zusätzlich. - Dementsprechend ist eine Anordnung gemäß
Figur 5 als im Wesentlichen reine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung analog der Darstellung vonFigur 1 dazu besonders geeignet, in einem unterbrechungsfreien Langzeitbetrieb sowohl ascheartige Störstoffe S, als auch vergleichsweise "große" Störstoffe S in jeweils größerer Menge abzusondern und aus der Vorrichtung zu entfernen, ohne dass dazu eine Betriebsunterbrechung notwendig wäre. - Eine Kontrolle entsprechender Inspektionsöffnungen bzw. Fenster an den Behältern 17, 22, 26 kann in den Ablauf einer Routineinspektion mit aufgenommen werden. Nach einem hier nicht weiter im Detail dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Füllung des Behälters 17 und/oder 22 und/oder 26 sensorisch überwacht. Bei Erreichen einer bestimmten Füllgrenze wird dann automatisch eine entsprechende Meldung an einen Anlagenbetreiber übermittelt.
- Abschließend zeigt
Figur 6 eine Schnittdarstellung des Ausschnitts um die Reduktionseinheit 12 gemäß des Ausführungsbeispiels vonFigur 4 als Variante mit Merkmalen, die auf alle vorstehenden Ausführungsbeispiele in angepasster Weise anwendbar sind:
Als erste Maßnahme ist in der Transportstrecke 4 von der Oxidationseinheit her ein gasdurchlässiger Verschluss vorgesehen, hier als absenkbares Schott 29 zur sicheren Zurückhaltung nachrutschenden Koksmaterial K aus der Transportstrecke 4 in den Einlassbereich 14 angedeutet. Durch ein Schließen dieses Schotts 29 kann jenseits einer weitestgehenden Beendigung einer Zufuhr neuen Koksmaterials K durch Stoppen, zurückziehen und/oder Umkehrförderung eines Schneckenförderers in der Transportstrecke 4 jede weitere Zufuhr neuen Koksmaterials K in den Einlassbereich 14 der Reduktionseinheit 6 hinein sicher ausgeschlossen werden. Damit ist auch sichergestellt, dass kein schweres und/oder großes Koksstück mehr sich im Bereich des Düsenbodens 16 befinden kann, wenn angesammelte Störstoffe S durch Verfahren des Düsenbodens 16 abgefördert werden sollen. - Weiter ist zusätzlich zu der Einblasung von Vergasungsmittel V über den Anschluss 15 an dem Einlassbereich 14 noch eine Düseneinheit 7 zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V1 direkt in die Reduktionseinheit 6 vorgesehen. Damit kann insbesondere im Fall einer Abführung angesammelter Störstoffe S mit abgesenktem oder verschobenem Düsenboden 16 zumindest ein Betrieb des Schwebebettreaktors 6 selber und eine damit verbundene Produktion von Produktgas P unterbrechungsfrei selbst dann aufrecht erhalten werden, wenn die Einblasung von Vergasungsmittel V über den Anschluss 15 in den Schwebebettreaktor 6 vorübergehend unterbrochen ist oder weitgehend abgestellt wird. Eine für eine weitgehend konstante Qualität und Menge an Produktgas P ausreichende Menge von Vergasungsmittel wird dann als Vergasungsmittel V1 eingebracht.
- Die Abbildung von
Figur 7 zeigt eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung vonFigur 1 . Diese vierte Ausführungsform der Erfindung stellt dahingehend eine Alternative zu der Ausführungsform gemäßFigur 3 dar, dass hier nun eine Verschiebung des Düsenbodens 16 nicht länger im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse M, sondern im Wesentlichen senkrecht dazu um eine Verschiebeweite Δb von hier ca. 125 mm erfolgt. Eine auf dem Düsenboden 16 befindliche Ansammlung von Störstoffen S wird im Zuge der durch das Hubmittel 27 bewirkten Verschiebung oder durch eine im Wesentlichen in einer Ebene verlaufende Verschwenkung des Düsenbodens 16 um einen Betrag unter Einwirkung der Schwerkraft gegen den Zustrom von Vergasungsmittel V an dem Absperrmittel 23 vorbei in den gasdichten Behälter 26 als nun absolut tiefsten Punkt dieses Anlagenteils befördert. Das bereits unter Bezugnahme auf die Abbildung vonFigur 6 beschriebene gasdurchlässige Schott 29 verhindert während dieses Vorgangs sicher jedes Nachrutschen von Koks K aus der Transporteinheit 4 in den Einlassbereich 14 hinein. Ein nur hinsichtlich seiner Lage angedeuteter Abstreifer AB kann ein Entfernen bzw. Abstreifen von angesammeltem Störstoff S von dem Düsenboden 16 im Zuge der Verschiebebewegung wirkungsvoll unterstützen. Zur Ausbildung eines Abstreifers AB kann bereits eine entsprechend ausgebildete Kante des Außengehäuses ausreichen, zumal eine Schrägstellung des Düsenbodens 16 nicht zwingend erforderlich ist. Mit einer Verschiebung des Düsenbodens 16 wird damit Störstoff S durch den Abstreifer AB in einfacher Weise entfernt. - Schließlich zeigt die Abbildung von
Figur 8a eine weitere Variante, die eine Anpassung des Ausführungsbeispiels vonFigur 7 im Wesentlichen nur in dem Strich-punktierten Bereich A erforderlich macht: Innerhalb des Anpassungsbereichs A ist der Düsenboden 16 nun Teil eines zylindrischen Körpers 30, der in dem Bereich A mit dem Anschluss 15 für Vergasungsmittel V in den Einlassbereich 14 hin nun drehbar gelagert ist. In einer Stellung durchströmt das Vergasungsmittel V den Düsenboden 16, wie bereits bekannt. Eine Krümmung des Düsenbodens 16 bewirkt gegenüber den vorangehenden Ausführungsbeispielen keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich Funktion und Ansammlung von Störstoffen S. Wird der zylindrische Körper 30 nun aber um etwa 90° gedreht, so fallen auf dem Düsenboden 16 angesammelte Störstoffe S durch eine durchgehende Ausnehmung 31 und einen Rohrabschnitt 32 hindurch in den unterhalb angeordneten Behälter 26 hinein.Figur 8a zeigt diesen zylindrischen Körper 30 mit zylindrisch durchgehender und geschlossener Ausnehmung 31 mit dem daran anschließenden, durchgehenden Rohrabschnitt 32 der Übersicht halber in dreidimensionaler Ansicht mit allen verdeckten Kanten. Die Figurenfolge vonFigur 8b bis 8e zeigt eine Rückansicht durch die zylindrische Ausnehmung 31 in Richtung des gekrümmten Düsenbodens 16, gefolgt von einer Darstellung des gegenüber der ersten Abbildung um 90° gekippten Körpers 30 in der nun die durchgehende Ausnehmung 31 mit dem Einlassbereich 14 verbunden ist mit Blick durch den Rohrabschnitt 32 hindurch, wobei d einen Durchmesser der durchgehenden Ausnehmung 31 innerhalb des zylindrischen Körpers 30 bezeichnet, die einer freien zylindrischen Weite im Bereich des Anschlusses 15 sowie des Einlassbereichs 14 entspricht mit Seitenansicht inFigur 8d .. Diese Weite d beträgt bei der beschriebenen Anlage ca. 115 mm, sie ist aber in dem Fachmann ersichtlichem Maße an eine jeweilige Anlagengröße anzupassen. Siehe hierzu die nebengeordnete Seitenansicht des zylindrischen Körpers 30. In einer letzten Skizze ist gemäßFigur 8e eine der Rückansicht korrespondierende Draufsicht auf den gekrümmten Düsenboden 16 dargestellt. - Das Ausführungsbeispiel von
Figur 9 baut auf dem vonFigur 3 auf und berücksichtigt die Möglichkeit einer Absperrung des Kokseintrags, wie inFigur 6 angedeutet. Dabei wird die Rampe 25 zum Abführen von Störstoff S ungefähr auf Hohe der Transportstrecke für den Eintrag von Koks K hinauf verlegt. Zugleich wird der Düsenboden 16 in eine einstückige bauliche Einheit integriert, hier als schräg gegenüber einer Mittelachse stehende Ebene z.B. eingeschweißt. Die bauliche Einheit ist insgesamt als hohlzylindrischer Abschnitt 33 in dem zylindrischen Einlassbereich 14 verschieblich ausgebildet. Der zylindrische Abschnitt 33 umfasst dabei weiter einen Schieber 34 als Verschluss für die Zufuhr von Biomasse K sowie einen weiteren Schieber 35 als Verschluss der Feststoff-Abfuhr zu der Rampe 26 hin. In Verschieberichtung oberhalb des Düsenbodens 16 und unterhalb des Schiebers 35 ist eine Öffnung 36 als Loch in dem zylindrischen Abschnitt 33 vorgesehen. Durch diese Öffnung 36 wird im Zuge einer Verschiebung des Abschnitts 33 um einen Betrag Δh ein Zugang zur Rampe 26 zur Abfuhr von Störstoff S von der Düsenplatte 16 geöffnet, wobei zugleich durch den Schieber 34 als Verschluss jede Zufuhr von Biomasse K unterbrochen wird. Damit kann grundsätzlich keine Biomasse K über den Einlassbereich 14 zur Rampe 26 hin gelangen, oder sich in sonstig denkbarer Weise mit Störstoff S vermengen. - Die seitliche Schnittdarstellung des zylindrischen Abschnitts 33 von
Figur 10a verdeutlicht, wie durch entsprechende Ausgestaltung der Schieber 34, 35 und Anordnung der Öffnung 36 in Verschieberichtung ein Umschalten bewirkt wird, siehe hierzu auchFigur 10b in einer um 90° gedrehten Seitenansicht. Gegenüber den Ausführungsbeispielen derFiguren 3 -6 ist ein Verfahrweg Δh der Düsenplatte 16 gemindert und damit auch die Bauform insgesamt verkürzt worden. Zudem wird auch zum Verschließen einer Zufuhr von Biomasse K zusammen mit einer Verschiebung der Düsenplatte 16 nur ein Antrieb verwendet. - Die Orientierung der Anschlüsse um den Einlassbereich 14 herum ist in einer dem Fachmann selbstverständlichen Art und Weise abwandelbar, um insbesondere Platzerfordernissen gerecht werden zu können. Auch könnte z.B. mit Blick auf das Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 5 in Erwägung gezogen werden, dass unter Verlagerung der Abzweigung mit der Rampe 25 die beiden Behälter zu einem Behälter zusammengelegt, der dann auch über nur ein Verschlussmittel bedienbar ausgeführt wird. -
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Pyrolyseeinheit
- 3
- Gasdüsen
- 4
- Oxidationseinheit mit Transportstrecke / Transporteinheit
- 5
- Düseneinheit
- 6
- Reduktionseinheit / Schwebebettreaktor
- 7
- Düseneinheit zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V in die Reduktionseinheit 6
- 8
- sich ungefähr kegelstumpfförmig weitender erster Abschnitt der Reduktionseinheit 6
- 9
- Zylinderabschnitt der Reduktionseinheit 6
- 10
- sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 der Reduktionseinheit 6
- 11
- Auslass der Reduktionseinheit 6
- 12
- Festbett / Schüttung aus Koks-Stückchen in Form einer Schwebeschicht
- 13
- Abstandssensor / Füllhöhen-Messung
- 14
- Einlassbereich in die Reduktionseinheit 6
- 15
- Anschluss für das Vergasungsmittel V am Einlassbereich 14
- 16
- Düsenboden
- 17
- Behältnis / Behälter / Raum zum Ansammeln von Störstoffen S
- 18
- Prallplatte
- 19
- ungefähr radial verlaufende Öffnung der Prallplatte 18
- 20
- Öffnungsschlitz
- 21
- Rampe
- 22
- absperrbarer Behälter
- 23
- Absperrmittel / Kugelhahn
- 24
- -
- 25
- Rampe
- 26
- Behälter
- 27
- Hubmittel
- 28
- -
- 29
- gasdurchlässiges Schott
- 30
- zylindrischer Körper
- 31
- durchgehende Ausnehmung
- 32
- Rohrstück, an die durchgehende Ausnehmung 31 anschließend
- 33
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 34
- Schieber als Verschluss für die Zufuhr von Biomasse K
- 35
- Schieber als Verschluss der Feststoff-Abfuhr zur Rampe 26 hin
- 36
- Öffnung
- A
- Anpassungsbereich am Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V
- B
- Biomasse
- M
- Mittelachse
- K
- Kokspartikel
- P
- Produktgas
- S
- Störstoff
- T-
- innere Kante an einem Gehäuse als Abstreifer für Düsenboden 16
- V
- Vergasungsmittel
- V1
- zusätzliches Vergasungsmittel
- b
- Höhe des Öffnungsschlitzes 20
- Δh
- Hubhöhe des Hubmittels 27
- Δb
- Verschiebeweite
- AB
- Abstreifer
- d
- Durchmesser durchgehende Ausnehmung 31 im zylindr. Körper 30
- α
- Neigungswinkel der Rampe 21, 25
- β
- Neigungswinkel des Düsenbodens 16
Claims (12)
- Verfahren zum Austragen von Störstoffen (S) aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material in Form eines Schwebebettreaktors (6), bei dem Biomasse und/oder Koks (K) im Zustrom eines gasförmigen Vergasungsmittels (V) in ein Produktgas (P) umgewandelt wird, wobeidie Biomasse und/oder Koks (K) im Zustrom des Vergasungsmittels (V) als Festbett (12) in dem Schwebebettreaktor (6) in der Schwebe gehalten wird,dadurch gekennzeichnet, dassdas Vergasungsmittel (V) durch einen Düsenboden (16) hindurch in einen Einlassbereich (14) unterhalb des Schwebebettreaktors (6) eingeleitet wird und von dort die Biomasse und/oder den Koks (K) in den Schwebebettreaktor (6) einträgt, undunterhalb des Schwebebetts (12) Störstoffe (S), die in der Biomasse und/oder im Koks enthalten sind und eine höhere Dichte als die Biomasse/der Koks aufweisen, im Wesentlichen gegen einen Zustrom von Vergasungsmittel (V) in einen Raum (17) hinein absinken oder bewegt werden, der zum Sammeln der Störstoffe (S) verwendet wird,wobei zur Entfernung von Störstoffen (S) aus einem Einlassbereich (14) heraus angrenzend ein gasdichtes Behältnis bzw. einen Behälter (17, 22, 26) vorgesehen ist.
- Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) zwischen mindestens zwei Positionen unter Verwendung eines Hubmittels (27) oder eines sonstigen Antriebsmittels bewegt wird, um gesammelte Störstoffe (S) gezielt abzuführen, insbesondere unter Verwendung einer Rampe (21, 25) in druckdichte und absprerrbare Behälter (22, 26) hinein.
- Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei zur gezielten Abführung gesammelter Störstoffe (S) abgesenktem, gedrehtem oder verschobenem Düsenboden (16) ein Zustrom des Vergasungsmittels (V) weitgehend abgestellt und ein Festbett (12) in dem Schwebebettreaktor (6) durch ein über eine Düseneinheit (7) in den Schwebebettreaktor (6) eingebrachtes Vergasungsmittel (V1) in der Schwebe gehalten wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllung mindestens eines der Behälter (17, 22, 26) sensorisch überwacht wird.
- Vorrichtung zum Austragen von Störstoffen aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material, die zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche besonders ausgebildet ist, wobeidie Biomasse und/oder der Koks (K) im Zustrom des Vergasungsmittels (V) als Festbett (12) innerhalb des Schwebebettreaktors (6) in der Schwebe gehalten wird unddas Vergasungsmittel (V) durch einen Düsenboden (16) hindurch in einen Einlassbereich (14) unterhalb des Schwebebettreaktors (6) eingeleitet wird und von dort die Biomasse und/oder den Koks (K) in den Schwebebettreaktor (6) einträgt, unddass zur Entfernung von Störstoffen (S) aus einem Einlassbereich (14) heraus angrenzend ein gasdichtes Behältnis bzw. einen Behälter (17) zum Sammeln der Störstoffe (S), die in der Biomasse und/oder im Koks enthalten sind und eine höhere Dichte als die Biomasse/der Koks aufweisen, vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (17) gegenüber dem Einlassbereich (14) durch eine Prallplatte (18) abgetrennt ist, die nur eine Öffnung (19) für den Eintritt von Störstoffen (S) von dem Einlassbereich (14) und insbesondere von dem Düsenboden (16) her in den Raum bzw. den Behälter (17) ermöglicht.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Prallplatte (18) ein Öffnungsschlitz (20) angeordnet ist, der zum Abführen angesammelter Störstoffe (S) über eine Rampe (21) in einen insbesondere separaten absperrbaren Behälter hinein ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) zwischen zwei Positionen beweglich, verschiebbar, absenkbar und/oder drehbar ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) Teil eines drehbaren zylindrischen Körpers (30) ist, der insbesondere in einer zweiten Position eine durchgehende Ausnehmung (31) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Einlassbereich (14) angrenzende Düsenboden (16) im Anschluss (15) für das Vergasungsmittel (V) mindestens einseitig um einen Winkel (ß) geneigt ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (15) zum Abführen gesammelter Störstoffe (S) gleichsam einer Rutsche schräg gestellt ist, wobei die Rutsche in einer zweiten Stellung des Düsenbodens (16) im Wesentlichen mit einer unter einem Winkel (α) stehenden Rampe (25) fluchtet, und die Rampe (25) insbesondere mit einem Sammelbehälter (26) verbunden ist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5-11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Behälter (17, 22, 26) einen Füllstandsmesser zur insbesondere sensorischen Füllstandsüberwachung oder ein Fenster zur optischen Inspektion aufweist.
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