EP3046998A1 - Verfahren und anlage zur zumindest teilweisen vergasung von festem, organischen einsatzmaterial - Google Patents

Verfahren und anlage zur zumindest teilweisen vergasung von festem, organischen einsatzmaterial

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EP3046998A1
EP3046998A1 EP14761792.2A EP14761792A EP3046998A1 EP 3046998 A1 EP3046998 A1 EP 3046998A1 EP 14761792 A EP14761792 A EP 14761792A EP 3046998 A1 EP3046998 A1 EP 3046998A1
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EP
European Patent Office
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synthesis gas
temperature
coke particles
coke
gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14761792.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald GAUBE
Ralf Tatschke
Jörg KLEEBERG
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
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    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
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    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for at least partial Verga- solution of solid organic feedstock, in particular of biomass, with a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier.
  • BTL Biomass to Liquids method
  • GTL gas-to-liquids
  • CTL coal-to- Liquids
  • An example of a plant for the production of BTL fuels is in Kiener, C. and Bilas, I .: Synthetic biofuel of the second generation. World's first commercial BTL production plant. Energy 2.0, July 2008, p. 42-44.
  • Processes and plants for the at least partial gasification of solid organic feedstock are also known for example from EP 0 745 114 B1, DE 41 39 512 A1 and DE 42 09 549 A1.
  • the present application relates in this case to such processes or plants which have a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier, as explained below. Compared to other methods, these enable u.a. a lower consumption of feed and have a higher cold gas efficiency.
  • the feedstock such as biomass
  • a gasification agent at temperatures between about 300 ° C and 600 ° C to coke (in the case of biomass so-called biococ) and
  • Smoldering is known to be characterized by substoichiometric oxygen supply and thus incomplete combustion at comparatively low temperatures.
  • the carbonization gas is then transferred to a combustion chamber of the high-temperature gasifier and there with an oxygen-containing gas, for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized. Heat released by this oxidation causes the temperature to rise to 1,200 ° C. to 2,000 ° C., for example 1,400 ° C. Under such conditions, aromatics, tars and oxo compounds contained in the carbonization gas are completely decomposed. As a result, a synthesis gas is formed, which essentially only contains carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide and water vapor. The synthesis gas can also be referred to as (synthesis) raw gas at this point.
  • an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized. Heat released by this oxidation causes the temperature to rise to 1,200 ° C.
  • the synthesis gas produced in this way can be brought into contact with coke from the low-temperature gasifier.
  • the coke may be previously treated separately (e.g., by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
  • chemical quench By endothermic reactions between coke and synthesis gas (so-called chemical quench) the latter is cooled to a target temperature of about 900 ° C. This also causes a partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
  • the carbon monoxide-rich synthesis gas produced in this way can then be further conditioned.
  • the conditioning includes, for example, a further cooling, dedusting, densification and / or the separation of residual carbon dioxide.
  • the conditioning comprises in particular the separation of residual coke from the synthesis gas. This is accomplished in practice by means of a cyclone and a downstream filter. The residual coke thus separated is then cooled in cooling screws and discharged from the pressure chamber via a container lock. discharged. A portion of the residual coke is introduced via container locks back into the pressure chamber and fed through a dense phase current to the burner (Hochtemperaturvergaser). During the cooling of the synthesis gas, however, there is a condensation of alkalis on the residual coke, so that not all the residual coke can be recycled to avoid too much alkali concentration in Hochtemperaturvergaser. In conventional systems, therefore, a portion of the alkali-loaded residual coke is removed from the system or discarded.
  • the invention is based on a known process for the at least partial gasification of solid organic feedstock, for example biomass.
  • a tarry carbonization gas is obtained by smoldering in a low-temperature gasifier, as explained above.
  • the carbonization gas is then reacted in a high-temperature gasifier by partial oxidation and then partial reduction to a synthesis gas and further processed downstream of the high-temperature gasifier in appropriate treatment facilities.
  • the synthesis gas is cooled after leaving the Hochtemperaturvergasers first in a cooling device to a temperature of about 600-800 ° C.
  • the cooling takes place according to the invention in such a way, ie to a temperature such that a substantial proportion (in particular at least% by weight 10%,% by weight 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90%) of the alkalis present in the synthesis gas remain in the gaseous phase, but coke particles are already no longer sticky.
  • a substantial proportion in particular at least% by weight 10%,% by weight 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90%
  • the alkalis present in the synthesis gas remain in the gaseous phase, but coke particles are already no longer sticky.
  • the stickiness of the coke particles is too pronounced, which can lead to problems in further handling.
  • the actual temperature to which it is cooled may depend on the composition of the feed and / or environmental conditions. To set a suitable temperature can be used on empirical values. It is also conceivable to provide corresponding sensors or measuring devices which detect the phase of the alkalis or the stickiness of the coke particles, and give the detected values to a control device, via which the temperature can be set.
  • the invention is characterized in that a coarse fraction of coke particles is separated from the synthesis gas in a cyclone device provided downstream of the high-temperature gasifier and the cooling device, a fine fraction of the coke particles passing through the cyclone device with the synthesis gas.
  • the fine fraction of coke particles leaves with the synthesis gas containing the gaseous alkalis, the cyclone device and can be removed from the system.
  • the coarse fraction of the coke particles which is substantially alkali-free, can be recycled to the high temperature gasifier.
  • the synthesis gas passing through the cyclone device is further cooled in a cooler provided downstream of the cyclone device.
  • the coke particles of the fine fraction present in the synthesis gas in this case have, for example, diameters of 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the alkalis also present in the synthesis gas condense on the surface of these coke particles.
  • a targeted separation of the alkalis takes place on the particles of the fine fraction, which passes through the cyclone device with the synthesis gas stream.
  • the particles of the fine Fraction are particularly well suited for alkali deposition as they have a relatively large surface area with relatively low mass. As a result, a relatively large surface area is available for the condensation, the calorific value loss being relatively low.
  • the coarse fraction of the coke particles in particular taking advantage of gravity, transferred in a buffer tank and then in a vertically arranged standpipe, wherein the height of the standpipe is selected so that in the lower part of a for fluidization tion sufficient pressure is provided to facilitate dense phase conveying and to ensure entry of the coke provided thereby into the high temperature gasifier.
  • the diameter of the standpipe is chosen so that bridging of the coke particles of the coarse fraction can be avoided.
  • the lowest part of the standpipe can be formed with a further reduced diameter, whereby an increase in the flow velocity can be provided, so that the required for the dense phase fluidization fluidization is ensured only in this lowermost region of the standpipe.
  • the residual coke present in the buffer tank or in the standpipe acts as a pressure barrier, so that coke recycled to the lowermost part of the standpipe into the high-temperature gasifier can be conveyed under a suitable delivery pressure.
  • a suitable delivery pressure Compared to the pressure in the cyclone device prevails in the lowest part of the standpipe preferably an overpressure of about 0.2 to 1 bar.
  • recycle of coke over the buffer vessel and standpipe is performed at a temperature substantially equal to the temperature in the cyclone device.
  • coke can be recycled to the high temperature gasifier at a very high temperature, whereby the efficiency of the gasification is improved accordingly, for example, 0.5% to 1%.
  • Figure 1 shows a system which is adapted to carry out a method according to the invention, in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a system which is set up to carry out a method according to the invention and designated overall by 10.
  • the system 10 comprises a low-temperature gasifier 1 and a high-temperature gasifier 2.
  • a feedstock such as biomass such as wood or corresponding waste, as previously explained, be fed (by means of arrow 1 1 illustrated).
  • oxygen can be fed in via a line 12.
  • the low-temperature gasifier 1 is set up to blaze the solid organic feedstock A.
  • the low temperature carburetor 1 externally, for example, with waste heat of Hochtemperaturvergasers 2, to a suitable temperature, for example 300 ° C to 600 ° C, heated.
  • starting torches of the high-temperature gasifier 2 can also be used.
  • a carbonization B can be discharged from the low-temperature carburetor 1 and transferred to the high temperature carburetor 2.
  • the high temperature carburetor 2 is formed in two parts. It comprises an oxidation unit 21 and a quench unit 22.
  • the carbonization gas B is partially oxidized with an oxygen-containing gas supplied, resulting in temperatures of, for example, 1400 ° C. to 2000 ° C.
  • a synthesis gas is obtained.
  • This synthesis gas contained coke particles have due to the high temperature on a strong stickiness.
  • the synthesis gas obtained at the outlet of the high-temperature gasifier 2 is fed to a cooler 30, where it is cooled to a temperature of 600 to 800 ° C., for example.
  • This temperature is chosen so that present in the synthesis gas alkalis remain in a substantial proportion in the gaseous phase, and in the synthesis gas contained coke particles have no more stickiness.
  • the synthesis gas is fed to a cyclone device 4 where a coarse fraction of the residual coke is deposited in a buffer vessel 15, while the synthesis gas, which among other things a fine fraction of Koksparti- no (for example, with diameters 0.1-10 ⁇ ) and receives gaseous alkalis is supplied via a line 17 to a further cooling device 19.
  • the synthesis gas is cooled in such a way, for example, to temperatures of 100 ° C to 200 ° C, so that the alkalis on the particles of the fine fraction of the coke particles condense. This contaminated with alkalies residual coke z. B. by means of (not shown) wet gas scrubbing from the syngas stream.
  • the diameter of the standpipe is chosen so that bridging of the coke particles can be avoided. Preferred diameters of the standpipe here are 300 mm to 1,000 mm.
  • the height h of the standpipe for example 5 to 50 meters, is selected such that a sufficiently large pressure build-up is achieved during fluidization of the coke particles present in the lowest part of the standpipe, so that dense phase conveying by means of a suitable conveying gas (inert gas, For example, C02) can be operated.
  • a suitable conveying gas for example, C02
  • Such a dense phase conveying represents a particularly effective form of conveying the coke back into the high-temperature gasifier.
  • the lowermost part 25a of the standpipe 25 is formed by reducing the diameter so that here the flow rate of the gas supplied for the fluidization is sufficient for the larger above it Cross section but not.
  • the plant shown is thus able to remove specific alkalis from the residual coke.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen wird, und das Schwelgas (B) anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, wodurch in einer stromabwärtig des Hochtemperaturvergasers (2) vorgesehenen Kühleinrichtung (30) das Synthesegas derart abgekühlt wird, dass im Synthesegas vorhandene Alkalien in der gasförmigen Phase verbleiben, und im Synthesegas vorhandene Kokspartikel bereits keine Klebrigkeit mehr aufweisen, und das in einer stromabwärtig der Kühleinrichtung (30) vorgesehenen Zykloneinrichtung (4) eine Grobfraktion von Kokspartikeln aus dem Synthesegas abgeschieden wird, wobei eine Feinfraktion der Kokspartikel die Zykloneinrichtung (4) mit dem Synthesegas passiert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen
Einsatzmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Verga- sung von festem organischen Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser.
Stand der Technik Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus festem organischen Einsatzmaterial, auch kurz als Vergasungsverfahren bezeichnet, sind bekannt. Vorteilhafterweise kommen als Einsatzmaterial für solche Verfahren Kohle oder Biomasse zum Einsatz. Bei Biomassevergasungsverfahren werden beispielsweise Alt- und Waldrestholz oder sogenannte Energiehölzer, aber auch Agrarreststoffe wie Stroh oder Häcksel verwendet.
Durch eine Vergasung von Biomasse zu Synthesegas mit nachgeschalteten Verfahrensschritten (sogenannte Biomass-to-Liquids-Verfahren, BTL) kann beispielsweise synthetischer Biokraftstoff gewonnen werden, der in seinen physikochemischen Eigenschaften bekannten Gas-to-Liquids-(GTL-) und Coal-to-Liquids-(CTL-)Kraftstoffen ähn- lieh ist. Ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung von BTL-Kraftstoffen ist bei Kiener, C. und Bilas, I.: Synthetischer Biokraftstoff der zweiten Generation. Weltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage. Energy 2.0, Juli 2008, S. 42 - 44, gezeigt.
Verfahren und Anlagen zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei solche Verfahren bzw. Anlagen, die einen Niedertemperaturvergaser und einen Hochtemperaturvergaser aufweisen, wie nachfolgend erläutert. Gegenüber anderen Verfahren ermöglichen diese u.a. einen niedrigeren Verbrauch an Einsatzmaterial und weisen einen höheren Kaltgaswirkungsgrad auf.
In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 600 °C zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem Biokoks) und
Schwelgas umgesetzt. Die Umsetzung wird im Rahmen dieser Anmeldung als "Schwelen" bezeichnet. Schwelen zeichnet sich bekanntermaßen durch unterstöchiometri- sches Sauerstoffangebot und damit eine unvollständige Verbrennung bei vergleichs- weise geringer Temperatur aus.
Das Schwelgas wird anschließend in eine Brennkammer des Hochtemperaturvergasers überführt und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise mit mehr oder weniger reinem Sauerstoff, aber auch mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Abgasen, z.B. aus Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren, partiell oxidiert. Durch diese Oxida- tion freiwerdende Wärme bewirkt einen Temperaturanstieg auf 1.200 °C bis 2.000 °C, beispielsweise 1.400 °C. Bei derartigen Bedingungen werden in dem Schwelgas enthaltene Aromaten, Teere und Oxoverbindungen vollständig zersetzt. Hierdurch bildet sich ein Synthesegas, das im Wesentlichen nur noch Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aufweist. Das Synthesegas kann an dieser Stelle auch als (Synthese-)Rohgas bezeichnet werden.
In einer weiteren Stufe, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, kann das auf diese Wei- se erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht werden. Der Koks kann zuvor gesondert (z.B. durch Mahlen und Sichten) aufbereitet und dann in die Quencheinheit eingebracht werden. Durch endotherme Reaktionen zwischen Koks und Synthesegas (sogenanntem chemischem Quench) wird letzteres auf eine Zieltemperatur von etwa 900 °C abgekühlt. Dies bewirkt auch eine teilwei- se Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid.
Das auf diese Weise erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst beispielsweise eine weitere Abkühlung, eine Entstaubung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von Restkoh- lendioxid.
Die Konditionierung umfasst insbesondere die Abtrennung von Restkoks aus dem Synthesegas. Dies wird in der Praxis mittels eines Zyklons und eines diesem nachgeschalteten Filters bewerkstelligt. Der so abgetrennte Restkoks wird anschließend in Kühl- Schnecken gekühlt und über eine Behälterschleuse aus dem Druckraum ausge- schleust. Ein Teil des Restkokses wird über Behälterschleusen wieder in den Druckraum eingeschleust und über eine Dichtstromförderung zum Brenner (Hochtemperaturvergaser) geführt. Während der Abkühlung des Synthesegases kommt es jedoch zu einer Kondensation von Alkalien auf dem Restkoks, so dass zur Vermeidung einer zu großen Alkaliaufkonzentration im Hochtemperaturvergaser nicht der gesamte Restkoks rückgeführt werden kann. Bei herkömmlichen Systemen wird daher ein Teil des mit Alkalien belasteten Restkokses aus dem System entfernt bzw. verworfen.
Durch diese teilweise Nichtweiterverwendung von Restkoks wird jedoch der Wirkungsgrad der Anlage insgesamt vermindert.
Es besteht daher der Bedarf nach Verbesserungen beim Betrieb entsprechender Anla- gen, insbesondere nach einer Möglichkeit einer effektiveren Verwertung von Restkoks.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht von einem bekannten Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, aus. Aus dem Einsatzmaterial wird in einem Niedertemperaturvergaser durch Schwelen ein teerhalti- ges Schwelgas gewonnen, wie zuvor erläutert. Das Schwelgas wird anschließend in einem Hochtemperaturvergaser durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt und stromab des Hochtemperaturvergasers in entsprechenden Aufbereitungseinrichtungen weiter aufbereitet. Das Synthesegas wird nach Verlassen des Hochtemperaturvergasers zunächst in einer Kühleinrichtung auf eine Temperatur von etwa 600-800°C gekühlt. Die Abkühlung erfolgt erfindungsgemäß derart, d. h. auf eine derartige Temperatur, dass ein wesentlicher Anteil (insbesondere wenigstens Gew.-% 10%, Gew.-% 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% oder 90%) der im Synthesegas vorhandenen Alkalien in der gasförmigen Phase verbleiben, Kokspartikel aber bereits nicht mehr klebrig sind. Bei höheren Temperaturen ist zwar ein Großteil der Alkalien in der gasförmigen Phase, die Klebrigkeit der Kokspartikel jedoch zu ausgeprägt, was zu Problemen bei der weiteren Handhabung führen kann.
Die konkrete Temperatur, auf die hier abgekühlt wird, kann von der Zusammensetzung des Einsatzmaterials und/oder von Umgebungsbedingungen abhängen. Zur Einstellung einer geeigneten Temperatur kann auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden. Es ist auch denkbar, entsprechende Sensoren bzw. Messeinrichtungen vorzusehen, welche die Phase der Alkalien bzw. die Klebrigkeit der Kokspartikel erfassen, und die erfassten Werte an eine Steuereinrichtung, über welche die Temperatur einstellbar ist, geben.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einer stromabwärtig des Hochtempe- raturvergasers und der Kühleinrichtung vorgesehenen Zykloneinrichtung eine Grobfraktion von Kokspartikeln aus dem Synthesegas abgeschieden wird, wobei eine Feinfraktion der Kokspartikel die Zykloneinrichtung mit dem Synthesegas passiert. Die Feinfraktion von Kokspartikeln verlässt mit dem Synthesegas, welches die gasförmigen Alkalien enthält, die Zykloneinrichtung und kann aus dem System entfernt werden. Die Grobfraktion der Kokspartikel, welche im Wesentlichen alkalifrei ist, kann dem Hochtemperaturvergaser wieder zugeführt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das die Zykloneinrichtung passierende Synthesegas in einem stromab- wärtig der Zykloneinrichtung vorgesehenen Kühler weiter abgekühlt. Die im Synthesegas vorhandenen Kokspartikel der Feinfraktion weisen hierbei beispielsweise Durchmesser von 0,1 bis 10 pm auf. Bei der weiteren Abkühlung kondensieren die ebenfalls im Synthesegas vorhandenen Alkalien auf der Oberfläche dieser Kokspartikel. Hiermit erfolgt eine gezielte Abscheidung der Alkalien auf den Partikeln der Feinfraktion, wel- che die Zykloneinrichtung mit dem Synthesegasstrom passiert. Die Partikel der Fein- fraktion eignen sich besonders gut für eine Alkaliabscheidung, da sie eine relativ große Oberfläche bei relativ geringer Masse aufweisen. Hierdurch steht für die Kondensation eine relativ große Oberfläche zur Verfügung, wobei der Heizwertverlust relativ gering ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Grobfraktion der Kokspartikel, insbesondere unter Ausnutzung der Schwerkraft, in einem Pufferbehälter und anschließend in ein senkrecht angeordnetes Standrohr überführt, wobei die Höhe des Standrohres so gewählt ist, dass in dessen unterstem Teil ein für eine Fluidisie- rung ausreichender Druck bereitgestellt wird, um eine Dichtstromförderung zu ermöglichen und den Eintritt des hierdurch bereitgestellten Kokses in den Hochtemperaturvergaser zu gewährleisten. Der Durchmesser des Standrohres wird so gewählt, dass eine Brückenbildung der Kokspartikel der Grobfraktion vermieden werden kann. In besonders vorteilhafter Weise kann der unterste Teil des Standrohres mit einem weiter verringerten Durchmesser ausgebildet sein, wodurch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt werden kann, so dass die für die Dichtstromförderung erforderliche Fluidisierung nur in diesem untersten Bereich des Standrohres gewährleistet ist.
Der im Pufferbehälter bzw. im Standrohr vorhandene Restkoks wirkt als Drucksperre, so dass vom untersten Teil des Standrohres in den Hochtemperaturvergaser zurückgeführter Koks unter einem geeigneten Förderdruck gefördert werden kann. Gegenüber dem Druck in der Zykloneinrichtung herrscht im untersten Teil des Standrohres bevor- zugt ein Überdruck von etwa 0,2 bis 1 bar.
Zweckmäßigerweise wird die Rückführung von Koks über den Pufferbehälter und das Standrohr bei einer Temperatur durchgeführt, welche im Wesentlichen der Temperatur in der Zykloneinrichtung entspricht. Hierdurch kann Koks auf sehr hoher Temperatur in den Hochtemperaturvergaser zurückgeführt werden, wodurch der Wirkungsgrad der Vergasung entsprechend verbessert ist, beispielsweise 0,5% bis 1%.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren weiter erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Anlage, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung.
Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist eine Anlage dargestellt, welche zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Anlage 10 um- fasst einen Niedertemperaturvergaser 1 und einen Hochtemperaturvergaser 2.
In den Niedertemperaturvergaser 1 kann ein Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse wie Holz oder entsprechende Abfälle, wie zuvor erläutert, eingespeist werden (mittels Pfeil 1 1 veranschaulicht). Über eine Leitung 12 kann beispielsweise Sauerstoff einge- speist werden. Der Niedertemperaturvergaser 1 ist zum Verschwelen des festen organischen Einsatzmaterials A eingerichtet. Hierzu kann der Niedertemperaturvergaser 1 extern, beispielsweise mit Abwärme des Hochtemperaturvergasers 2, auf eine geeignete Temperatur, beispielsweise 300 °C bis 600 °C, aufgeheizt werden. In einer Anfahrphase der Anlage können hierbei auch Anfahrbrenner des Hochtemperaturverga- sers 2 eingesetzt werden.
Über eine Leitung 13 kann aus dem Niedertemperaturvergaser 1 ein Schwelgas B ausgeleitet und in den Hochtemperaturvergaser 2 überführt werden. Der Hochtemperaturvergaser 2 ist zweiteilig ausgebildet. Er umfasst eine Oxidationseinheit 21 und eine Quencheinheit 22. In der Oxidationseinheit 21 wird das Schwelgas B mit einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas teilweise oxidiert, wodurch sich, Temperaturen von beispielsweise 1.400 °C bis 2.000 °C ergeben. Hierdurch wird ein Synthesegas erhalten. In diesem Synthesegas enthaltene Kokspartikel weisen aufgrund der hohen Temperatur eine starke Klebrikeit auf. Das am Ausgang des Hochtemperaturvergasers 2 erhal- tene Synthesegas wird einem Kühler 30 zugeführt, und dort beispielsweise auf eine Temperatur von 600 bis 800°C abgekühlt.
Diese Temperatur ist so gewählt, dass im Synthesegas vorhandene Alkalien zu einem wesentlichen Anteil in der gasförmigen Phase verbleiben, und in dem Synthesegas enthaltene Kokspartikel bereits keine Klebrigkeit mehr aufweisen. Nach dieser Kühleinrichtung wird das Synthesegas einer Zykloneinrichtung 4 zugeführt wo eine Grobfraktion des Restkokses in einem Pufferbehälter 15 abgeschieden wird, während das Synthesegas, welches unter Anderem eine Feinfraktion von Koksparti- kein (beispielsweise mit Durchmessern 0,1 - 10 μηη) und gasförmige Alkalien erhält, über eine Leitung 17 einer weiteren Kühleinrichtung 19 zugeführt wird.
In der Kühleinrichtung 19 wird das Synthesegas derart gekühlt, beispielsweise auf Temperaturen von 100°C bis 200°C, so dass die Alkalien auf den Partikeln der Fein- fraktion der Kokspartikel kondensieren. Dieser mit Alkalien kontaminierte Restkoks kann z. B. mittels (nicht dargestellter) nasser Gaswäsche aus dem Synthesegasstrom entfernt werden.
Die Grobfraktion des Restkokses, welche im Wesentlichen frei von Alkalien ist, gelangt, wie erwähnt, durch Schwerkraft in den Pufferbehälter 15 und anschließend in ein unterhalb des Pufferbehälters 15 senkrecht angeordnetes Standrohr 25. Der Durchmesser des Standrohres wird dazu gewählt, dass eine Brückenbildung der Kokspartikel vermieden werden kann. Bevorzugte Durchmesser des Standrohres sind hierbei 300 mm bis 1.000 mm.
Die Höhe h des Standrohres, beispielsweise 5 bis 50 Meter, wird so gewählt, dass bei einem Fluidisieren der im untersten Teil des Standrohres vorhandenen bzw. sich befindlichen Kokspartikel ein ausreichend großer Druckaufbau erreicht wird, so dass eine Dichtstromförderung mittels eines geeigneten Fördergases (Inertgas, beispielsweise C02) betrieben werden kann. Eine derartige Dichtstromförderung stellt eine besonders effektive Form der Förderung des Kokses zurück in den Hochtemperaturvergaser dar. Der unterste Teil 25a des Standrohres 25 wird durch eine Durchmesserverringerung so ausgebildet, dass hier die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Gases für die Fluidisierung ausreichend ist, für den darüber befindlichen größeren Querschnitt aber nicht.
Die Förderung des Kokses von dem Standrohr 25 zu dem Hochtemperaturvergaser erfolgt über eine Leitung 30, welche beispielsweise über ein Ventil 32, mit einem Fördergas beaufschlagbar ist. Es ist bevorzugt, dass die Förderung auf dem Temperatur- niveau der Zykloneinrichtung erfolgt. Dies bedeutet, dass der rückgeführte Koks bei seiner Rückführung in die in den Hochtemperaturvergaser im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie während seiner Abscheidung in der Zykloneinrichtung 4 aufweist.
Die dargestellte Anlage somit ist in der Lage, gezielt Alkalien aus dem zurückzuführen- den Restkoks auszuschleusen.
Sie ist ferner in der Lage, Restkoks mit hoher Temperatur in den Hochtemperaturvergaser zurückzuführen, wodurch insgesamt der Wirkungsgrad der Vergasung erhöht ist. Eine derartige Anlage ist in sehr kostengünstiger Weise bereitstellbar. Die Anlage weist keine mechanisch bewegten Teile auf, und ist daher im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen sehr zuverlässig und wartungsarm. Der Wirkungsgrad des Vergasers ist gegenüber herkömmlichen Lösungen erhöht, da ein geringerer Anteil von Koks verworfen werden muss. Die dargestellten Komponenten Zykloneinrichtung 4, Pufferbehälter 15 und Standrohr 25 können auch weiter stromabwärtig im System vorgesehen sein, beispielsweise stromabwärtig der Kühlungseinrichtung 19. In diesem Fall entfällt allerdings der Vorteil der effektiven Wärmerückführung und der gezielten Alkaliausschleusung. Der Vorteil der Zuverlässigkeit durch Abwesenheit bzw. Minimierung der Anzahl bewegter Teile bleibt erhalten.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischen Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem Niedertemperaturvergaser (1 ) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen wird, und das
Schwelgas (B) anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxi- dation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer stromabwärtig des Hochtemperaturvergasers (2) vorgesehenen Kühleinrichtung (30) das Synthesegas auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der im Synthesegas vorhandene Alkalien wenigstens teilweise in der gasförmigen Phase verbleiben, und im Synthesegas vorhandene Kokspartikel keine Klebrigkeit mehr aufweisen, und das in einer stromabwärtig der Kühleinrichtung (30) vorgesehenen Zykloneinrichtung (4) eine Grobfraktion von Kokspartikeln aus dem Synthesegas abgeschieden wird, wobei eine Feinfraktion der Kokspartikel die Zykloneinrichtung (4) mit dem Synthesegas passiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das die Zykloneinrichtung passierende Synthesegas in einem stromabwärtig der Zykloneinrichtung (4) vorgesehenen Kühler (19) abgekühlt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zykloneinrichtung abgeschiedene Grobfraktion der Kokspartikel in den Hochtemperaturvergaser (2) zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobfraktion der Kokspartikel insbesondere unter Anwendung der Schwerkraft in einen Pufferbehälter
(15) und anschließend in ein senkrecht angeordnetes Standrohr (25) überführt wird, wobei die Höhe des Standrohres so gewählt ist, dass im untersten Teil des Standrohres ein für ein Fluidisieren ausreichender Druck bereitstellbar ist, um eine Dichtstromförderung einzuleiten und den Eintritt des hierdurch bereitgestellten Kokses in den Hochtemperaturvergaser (2) zu gewährleisten.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Standrohres so gewählt ist, dass eine Brückenbildung der Kokspartikel vermieden wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung von Koks über den Pufferbehälter (15) und das Standrohr (25) bei einer Temperatur durchgeführt wird, welche im Wesentlichen der Tempe- ratur in der Zykloneinrichtung (4) entspricht.
7. Anlage, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit einem Niedertemperaturvergaser (1 ), in dem durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas aus einem festen organischen Einsatzmaterial gewonnen werden kann und einen Hochtemperaturvergaser, in dem das Schwelgas durch partielle Oxidation und anschließend teilweiser Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt werden kann, wobei stromabwärtig des Hochtemperaturvergasers eine Kühleinrichtung (30) vorgesehen ist, welche den Hochtemperaturvergaser verlassendes Synthesegas derart abkühlt, dass im Synthesegas vorhandene Alkalie in einem gas- förmigen Zustand verbleiben, wobei im Synthesegas vorhandene Kokspartikel bereits keine Klebrigkeit mehr aufweisen, und eine stromabwärtig der Kühleinrichtung (30) vorgesehene Zykloneinrichtung (4), mittels der eine Grobfraktion von Kokspartikeln aus dem Synthesegas abgeschieden wird, wobei eine Feinfraktion der Kokspartikel die Zykloneinrichtung mit dem Synthesegas passiert.
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