EP3309240A1 - Method and device for gasification of biomass - Google Patents

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EP3309240A1
EP3309240A1 EP16193586.1A EP16193586A EP3309240A1 EP 3309240 A1 EP3309240 A1 EP 3309240A1 EP 16193586 A EP16193586 A EP 16193586A EP 3309240 A1 EP3309240 A1 EP 3309240A1
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EP
European Patent Office
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zone
gas
activated carbon
gasification
biomass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16193586.1A
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German (de)
French (fr)
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Joachim A. Dr.-Ing. Wünning
Joachim G. Dr.-Ing. Wünning
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WS Warmeprozesstechnik GmbH
Original Assignee
WS Warmeprozesstechnik GmbH
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Publication date
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Priority to BR112019007436-8A priority patent/BR112019007436B1/en
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    • C10J2300/1625Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment

Definitions

  • biomass any carbonaceous biogenic mass such as wood waste, crop waste, grass clippings, digestate, sewage sludge or the like.
  • Decentralized small plants with a throughput of less than 200 kg of biomass per hour are used in practice, for example at farms or in the municipal sector, in order to prevent the transport of the biomass and the residues and to be able to use the waste heat on site.
  • the acceptance of such systems in the market is still missing today.
  • a major reason for this is the tar, which arises in the pyrolysis and gasification of biomass.
  • the tar has so far been consuming to remove and usually requires a high level of maintenance for the plants. If the gas produced in the gasification is then to be used in a combined heat and power plant, it is even necessary to completely remove the tar from the product gas produced. Not only the maintenance but also the purchase of such equipment is expensive.
  • a method and apparatus for gasification of biomass using a DC gasifier is out DE 10 2008 043 131 A1 known.
  • a one-stage process with the aid of the DC gasifier, wherein fuel is supplied to the gasification chamber against gravity.
  • a stationary fluidized bed In the reduction zone, above the oxidation zone formed a stationary fluidized bed. This is intended to avoid the critical channel formation known in fixed-bed gasifiers in the region of the reduction zone and in this way reduce the tar charge of the product gas.
  • the production of such a fluidized bed requires limiting the gasification to certain biogenic residues or particle sizes, since otherwise a stable fluidized bed can not be achieved.
  • EP 1 436 364 B1 describes a device with a reaction chamber in which the supply of biomass takes place laterally. In the reaction chamber, the tar-containing gases may condense on the closed lid. This allows either the removal of the condensed tar from the reaction chamber or the return of the tar in the reaction zones within the reduction chamber. This should increase the overall efficiency.
  • EP 2 522 707 A2 There is also an aftertreatment unit available, with the residue as completely as possible mineralized and "white ash" to be generated.
  • EP 2 636 720 A1 describes a process in which a synthesis gas is produced by steam reforming from biomass. This requires very large heating surfaces for indirect heating. In gasifier tubes or carburettor spirals is to be moved by moving paddle a fluidized bed be generated. The synthesis gas is then purified in a carbon filter in a countercurrent process and cools down as well.
  • DE 198 46 805 A1 describes a method and apparatus for gasification and combustion of biomass.
  • pyrolysis gas and coke are produced in a degassing furnace, which is fed to a gasification reactor in which the coke is partially gasified to form activated carbon.
  • the activated carbon is removed via a conveyor from the combustion chamber and transported in a filter outside the combustion chamber.
  • the product gas resulting from the process is removed separately from the activated carbon from the gasification reactor and cooled in a heat exchanger. Subsequently, the cooled product gas is passed through the filter filled with the activated carbon.
  • pollutants should remain in the activated carbon.
  • the product gas from the biomass which is supplied to a device for gasification of biomass, for example according to claim 13, generated in at least three process stages.
  • a raw gas and a carbonaceous residue are produced from the supplied biomass.
  • the biomass is oxidized substoichiometrically, for example in an oxidation zone by supplying an oxygen-containing gas, in particular air.
  • the oxygen-containing gas to be supplied may be preheated for this purpose.
  • the raw gas and a coke-like, carbonaceous residue are oxidized substoichiometrically, for example in an oxidation zone by supplying an oxygen-containing gas, in particular air.
  • the oxygen-containing gas to be supplied may be preheated for this purpose.
  • the raw gas and a coke-like, carbonaceous residue may be preheated for this purpose.
  • the biomass supplied in the first stage of the process, is dried in a first sub-stage in a heating zone and / or heated in such a way that the volatile components escape from the biomass, forming a pyrolysis gas and the carbonaceous residue. Drying and pyrolysis can be carried out in a common heating zone. Alternatively, the drying of the biomass and the pyrolysis can be carried out in separate zones.
  • the pyrolysis gas from the first stage in an oxidation zone is substoichiometrically oxidized by supplying the oxygen-containing gas, whereby the crude gas is formed.
  • the inventive method includes that carbonaceous residue and the raw gas from the first stage in a second stage of the process are partially gasified such that activated carbon is formed.
  • activated carbon preferably up to a maximum of 75% and more preferably up to a maximum of 60 to 65% of the carbonaceous residue in the gasification zone gasified.
  • the temperature in the gasification zone may be at least 800 ° C and at most 1000 ° C in one embodiment. In the gasification zone, a hot product gas and activated carbon is produced.
  • the hot product gas and at least part of the activated carbon cooled together are in a cooling zone the hot product gas and at least part of the activated carbon cooled together.
  • An adsorption process takes place in which the tar from the hot product gas attaches to the activated carbon.
  • the tar is removed from the hot product gas and the product gas provided subsequent to the third stage of the process is tar lean or substantially free of tar constituents.
  • the inventive method includes that a certain amount of the activated carbon produced in the gasification zone and the hot product gas, to which the supplied biomass has led, fed to the cooling zone and cooled together in the cooling zone, so that an adsorption process takes place during cooling, in which the specific amount of activated carbon is enriched during the cooling by tar from the hot product gas.
  • the specific amount of activated carbon has a mass mAK2, which is from a minimum of 2% to a maximum of 10% of the mass mBwaf of the biomass supplied based on the reference level water and ash-free (waf).
  • mAK2 per kilogram of biomass supplied, based on the reference state, water and ash-free 0.05 kg of activated carbon are conveyed into the cooling zone for co-cooling with the resulting product gas.
  • water and ash-free 0.05 kg of activated carbon are conveyed into the cooling zone for co-cooling with the resulting product gas.
  • the biomass will typically include water and minerals.
  • the mass flow mBroh fed biomass therefore corresponds to a mass flow mBwaf of biomass in the state of reference water and ash-free, which is usually smaller than the mass flow mBroh.
  • the process for gasification of biomass can be controlled or regulated, for example, such that only generates the specific amount of activated carbon in the gasification zone becomes.
  • excess activated carbon can be diverted from the gasification zone and / or between the gasification zone and the cooling zone.
  • the time delay must be considered, with which increasing or decreasing the supply of biomass at the input of the device for adjusting the demand for product gas increased or decreased Production of activated carbon in the gasification reactor leads. Therefore, the amount of activated carbon to be branched off is determined by the amount of biomass from which the instantaneous activated carbon and the instantaneous hot product gas are produced.
  • the temperature at which the product gas is cooled in the cooling zone is for example at most 50 ° C.
  • the cleaning becomes particularly efficient if the product gas and the determined amount of the activated carbon in the third stage of the process for the adsorption process in the cooling zone together are not cooled below a limit temperature which is greater than the dew point temperature of the product gas. In this way, a high loading capacity of the activated carbon remains usable.
  • the lower limit temperature of at least 10 to a maximum of 20 Kelvin is greater than the dew point temperature of the product gas.
  • the product gas purified by the adsorption process may be supplied as fuel to a device such as a gas turbine or a gas engine.
  • a device such as a gas turbine or a gas engine.
  • the mass flow of supplied biomass is adjusted in proportion to the power requirement of the device to be fed with purified product gas.
  • the particular mass flow of activated carbon supplied from the gasification zone of the cooling zone, which has arisen from the proportionally increased or decreased amount of supplied biomass, is preferably adjusted proportionally.
  • the gasification is carried out under an increased pressure relative to ambient pressure. For example, at a pressure in the range of about 5 bar.
  • the generated cooled product gas can then be used without intermediate compression in gas turbines or supercharged engines.
  • the at least one reaction chamber can be placed under a corresponding pressure.
  • the oxygen-containing Gas for example, air
  • the process under increased pressure it is also possible to increase the loading capacity of the activated carbon.
  • the gasification of the biomass is carried out in a stepped process.
  • a stepped process For example, an at least two-stage process is obtained if the heating for drying and pyrolysis on the one hand and the processing of the resulting pyrolysis gas and the carbonaceous residue by means of oxidation and / or gasification on the other hand carried out in separate chambers. It is particularly preferred, for example, if the heating zone for drying and / or pyrolysis on the one hand and the oxidation zone on the other hand are arranged in separate chambers.
  • the desired temperature in the oxidation zone can be largely independent of the size of the piece Biomass and the moisture of the biomass are reached and adjusted.
  • a three-stage process is obtained if, in addition, the substoichiometric oxidation on the one hand and the gasification of the carbonaceous residue on the other hand carried out in separate zones in separate chambers.
  • the temperature in the oxidation zone is less than the ash softening point or the ash melting point of the ashes of the carbonaceous residue. It is advantageous if the temperature in the oxidation zone is as close as possible to the ash softening point or ash melting point.
  • the substoichiometric oxidation is carried out at a temperature of a minimum of 1000 ° C to a maximum of 1200 ° C.
  • the calorific value of the product gas is between 1.5 and 2 kWh per cubic meter.
  • the cold gas efficiency of the process may be more than 80%.
  • the process according to the invention can work with a mixed form of autothermal and allothermal gasification.
  • the temperature in the oxidation zone is set in one embodiment by the amount and preferably also by the temperature of the supplied oxygen-containing gas. This allows gas production to be adapted to demand without affecting the temperature in the gasification zone.
  • the temperature in the gasification zone can be adjusted by indirect heating with a heater.
  • the heat for the gasification zone is provided by heat input from the oxidation zone, for example by partially oxidized carbonaceous residue and / or pyrolysis gas there.
  • the activated carbon and the hot product gas are preferably cooled in the cooling zone by indirect cooling.
  • the cooled product gas which can also be referred to as pure gas, can be fed to a filter and / or dust separator unit following the cooling zone in order to reduce the dust load of the product gas.
  • the filter can be fed with activated carbon, which diverted before the cooling zone as excess activated carbon and therefore not cooled together with the teerbehafteten product gas.
  • a cleaning device with swap bodies for the activated carbon can be used, as it is known per se.
  • activated carbon resulting from the process is combusted in a reactor which was previously used in the third process stage for cooling the product gas and the activated carbon.
  • the exhaust gas of the combustion is used to heat the heating zone. The overall efficiency is thereby increased.
  • the fuel for a reactor for generating the heat to dry or release the volatiles of the biomass during pyrolysis need not be supplied separately, but automatically accrues.
  • the gasification zone can be heated by the heat of a reactor. This can be done in particular by the indirect heating of a gasification zone having reaction chamber or the reaction chamber portion in which the gasification zone is present.
  • the activated carbon removed after cooling from the cooling zone can be used.
  • the surface area of the activated carbon before it is fed to the burner for example by grinding or grinding the activated carbon after removal from the cooling zone.
  • the apparatus according to the invention for gasification of biomass with which an embodiment of the method according to the invention can be carried out has at least one first chamber in which a heating zone for the biomass is provided. In the heating zone, the biomass can be dried and / or pyrolyzed.
  • the apparatus may provide a heating zone with separate sub-zones for drying and pyrolysis. The subzones may be arranged, for example, in mutually separate first chambers of the device.
  • the apparatus has a feeder which is adapted to feed the biomass to the heating zone to produce pyrolysis gas and carbonaceous residue.
  • the apparatus further includes at least one second chamber providing an oxidation zone for the oxidation of the pyrolysis gas and a gasification zone for the gasification of the carbonaceous residue.
  • the device may comprise separate second chambers, so that the oxidation zone and the gasification zone are provided in separate chambers.
  • the second chamber or chambers with the oxidation zone and the gasification zone are preferably separate from the first chamber with the heating zone, so that the heating zone on the one hand and the oxidation zone and the gasification zone on the other hand are separated from each other.
  • the device has a gas supply device, which is set up to supply an oxygen-containing gas, for example air, to the oxidation zone in an amount such that the pyrolysis gas present in the oxidation zone undergoes substoichiometric oxidation, whereby a crude gas is produced.
  • the amount of oxygen-containing gas supplied and the biomass supplied can be used to adjust the production of the product gas to the demand.
  • the apparatus comprises a conveying means adapted to convey the pyroles gas from the heating zone into the oxidation zone and the raw gas from the oxidation zone to the gasification zone and adapted to convey the carbonaceous residue from the heating zone to the gasification zone.
  • the conveyor operates, for example, with at least one conveyor and / or by means of the prevailing weight.
  • the apparatus further comprises a heating means adapted to adjust the temperature in the gasification zone so as to partially gasify the carbonaceous residue, optionally with gas constituents of the raw gas fed thereto into the gasification zone, whereby activated carbon and a hot product gas arise.
  • the heating means may be a heater for, for example, indirect, heating the gasification zone.
  • heating means for example, heat input from the oxidation zone in question.
  • the by the exothermic substoichiometric oxidation of pyrolysis gas and optionally also of carbonaceous Residual material in the oxidation zone resulting heat can be from the oxidation zone in the gasification zone, for example by heat radiation and / or by the hot raw gas or the heated carbonaceous residue, registered.
  • the product gas produced by the gasification is still teerbehaftet.
  • the device is therefore adapted to provide a certain amount - for example a certain mass flow - of the activated carbon from the gasification zone and the product gas from the gasification zone in a cooling zone of the device.
  • the device is adapted to convey a certain amount of the activated carbon and the hot product gas with a conveying means from the gasification zone into a cooling zone.
  • the conveyor has, for example, a conveyor and / or works by means of the prevailing weight.
  • the specific amount of activated carbon has a mass of at least 2% to a maximum of 10% of the mass of biomass (mwaf) supplied, based on the reference state, water-free and ash-free, from which the activated carbon and the hot product gas are produced.
  • the specific amount has, for example, a mass of 5% of the mass mwaf of the biomass supplied based on the reference state water and ash-free.
  • a mass flow mBroh is fed to biomass to the device, this corresponds to a mass flow mBwaf of biomass based on the reference state without water and ash, which as a rule is smaller than mBroh, since the biomass fed to the device is generally water and ash ( Minerals).
  • a mass flow of activated carbon mAK in the gasification zone is produced from the mass flow mBroh.
  • the device is adapted to supply a certain amount of activated carbon in the form of a specific mass flow mAK2 the cooling zone.
  • the device is in the event of a change in demand for pure product gas, for example, at a load change of the gas engine fed thereto, set up to determine the amount to be conveyed to the cooling zone activated carbon according to the amount of biomass (waf), which led to the activated carbon produced as explained in the description of the procedure.
  • the device can be set up to convey only a specific quantity, for example a specific mass flow, into the cooling zone such that the device controls the process, for example by means of a process control device, so that only a specific mass flow mAK2 of activated carbon from the region between minimum 2 % mBwaf up to a maximum of 10% mBwaf in the gasification zone.
  • the device may, for example, have a branching device, which is set up to branch off excess activated carbon upstream of the cooling zone, so that the excess activated carbon is not conveyed into the cooling zone.
  • the apparatus further comprises a cooling device having a cooling chamber for co-cooling the diverted particular amount of activated carbon and the product gas.
  • the cooling device is configured to co-cool the particular branched amount of activated carbon and the hot product gas in the cooling zone that provides the cooling chamber such that an adsorption process takes place during cooling in the cooling zone, wherein the activated carbon during cooling by tar from the hot product gas is enriched.
  • the tar is not at all or only a negligible proportion of the wall of the Cooling chamber of the cooling device from. Consequently, the cooling chamber does not need to be cleaned consuming. It is thus even a unmanned operation of the device possible.
  • the device has a common reaction chamber for oxidation and gasification.
  • the promotion of the raw gas and the carbonaceous residue from the oxidation zone in the gasification zone takes place at least supported by the weight force substantially in the vertical direction.
  • the transport of the hot product gas and the activated carbon from the gasification zone into the cooling zone can at least be assisted by the weight force.
  • appropriate conveying means such as augers or the like may be present.
  • the oxidation and gasification zones on the one hand and the cooling zone on the other hand are separated from each other.
  • the apparatus is arranged to perform a stepped process.
  • the device when the device is set up, to gasify the biomass at ambient pressure to be able to carry out increased pressure.
  • an outlet of the device for discharging the purified product gas and / or an output of the device for discharging ash each sluices are arranged, which are arranged so the device between input and output or To operate outlet at elevated pressure relative to ambient pressure.
  • FIG. 1 schematically a block diagram of an embodiment of the invention is illustrated.
  • the block diagram shows a method 10 or a device 11 for gasifying a biomass B.
  • the method essentially has three successive process stages 12, 13, 14.
  • the biomass B is supplied together with an oxygen-containing gas, an oxidation zone ZO.
  • an oxygen-containing gas in the embodiment, air L is used.
  • the amount of supplied air L is adjusted depending on the demand for a product gas to be generated.
  • a temperature TO in the oxidation zone ZO can be set.
  • the biomass B oxidizes substoichiometrically in the oxidation zone ZO.
  • the temperature TO in the oxidation zone is set below, but as close as possible to the ash melting point or ash softening point of the ashes of the carbonaceous residue RK. This avoids that the ash of the carbonaceous residue melts or softens in the oxidation zone ZO and is for bonding and in the region of the oxidation zone ZO comes.
  • a reduction of the tar content in the raw gas R is already achieved by a very high temperature TO in the oxidation zone ZO.
  • the raw gas R and the carbonaceous residue RK are then partially gasified in a second process stage 13 in a gasification zone ZV.
  • Gasification zone ZV can be heated indirectly by means of a heating device 15. Otherwise, the temperature TV in the gasification zone ZV can be adjusted, for example, by introducing heat from the oxidation zone ZO, in particular by introducing hot carbonaceous residue RK and hot raw gas R.
  • the heater 15 may include at least one burner 16 in the preferred embodiment.
  • the temperature TV in the gasification zone ZV can be adjusted via the heating device 15 independently of the temperature in the oxidation zone ZO.
  • the temperature TV in the gasification zone ZV is in the embodiment at least 800 ° C and at most 1000 ° C.
  • the carbonaceous residue RK is partly gasified in the gasification zone ZV with gas components of the raw gas, wherein in the embodiment, up to about 75% of the carbonaceous residue RK are gasified.
  • the gas components used for the gasification of the carbonaceous residue RK are mainly water vapor and carbon dioxide.
  • a hot product gas PH which still has an undesirably high proportion of tar, and activated carbon AK is formed in the gasification zone ZV.
  • the hot product gas PH and a certain amount of activated carbon MAK2 are then supplied to the cooling zone ZK to co-cool the product gas PH and the determined amount of activated carbon MAK2, so that the tar from the hot product gas PH on the amount of activated carbon MAK2 during co-cooling on the certain amount of activated carbon MAK2 is transferred.
  • precipitation of the tar on the wall of the chamber providing the cooling zone ZK can be prevented because the certain amount of activated carbon MAK2 absorbs the tar.
  • we used the activated carbon AK efficiently.
  • the amount of activated carbon MAK2, which is cooled together with the product glass PH, is determined by the amount of supplied biomass MB, which led to the activated carbon AK and the product glass PH.
  • the supplied amount of biomass MB usually contains water and ash and has a Mass mBroh on. This corresponds to a mass mBwaf in a reference state water-and ash-free (waf).
  • the amount of activated carbon MAK2, which is supplied to the cooling zone has a mass mAK2 that corresponds to a minimum of 2% to a maximum of 10% of the mass mWAF of the supplied biomass B based on a water and ash-free reference state of the supplied biomass B.
  • a third process stage 14 the hot product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 and the ashes produced in the gasifier are cooled indirectly with the aid of a cooling device 17.
  • a cooling device 17 takes place in the cooling zone ZK an adsorption process in which the tar from the product gas PH binds during the co-cooling with the specific amount of activated carbon MAK2.
  • the amount of activated carbon MAK2 is enriched by the tar from the product gas PH during cooling in a common chamber.
  • the hot product gas PH can be cooled within the cooling zone ZK, for example to a temperature of below 50 ° C.
  • the product gas PH and the determined amount of activated carbon MAK2 are preferably not cooled together in the third stage of the adsorption process below a lower limit temperature which is greater than the dew point temperature of the product gas PH. In this way, a high benefit can be drawn from the loading capacity of the activated carbon.
  • a cooled product gas PA which can also be referred to as pure gas PR, is formed at the end of the cooling zone ZK.
  • the clean gas PR is completely tar-free or contains only a negligible tar content.
  • the clean gas PR can be used to generate energy and, in particular, requires no further expensive aftertreatment for tar removal. In particular, the clean gas PR can be used directly in heating plants.
  • an excess amount of activated carbon MAK1 from the Vergaserzone ZV may remain an excess amount of activated carbon MAK1 from the Vergaserzone ZV. This can, as indicated by the arrow P in FIG. 1 indicated, branched off or removed before the cooling zone ZK.
  • the excess subset MAK1 with a mass flow mAK1 can be supplied for further fine cleaning of the clean gas PR a cleaning tank assembly to further reduce the residual tar content of the clean gas PR after co-cooling.
  • cleaning container arrangement for gas purification are known per se, so that can be dispensed with a detailed description.
  • the cooled product gas PA and the clean gas PR can be freed of dust in a suitable Staubabscheideech 18, for example by filters, electrostatic devices, cyclones or the like.
  • the amount of activated carbon MAK2 can be removed from the cooling zone ZK and ground or finely ground with the aid of a grinder 19.
  • the ground activated carbon hereinafter referred to as coal dust SK
  • the coal dust SK or at least a part thereof can be supplied to the burner of the heating device 15 for indirect heating of the gasification zone ZV.
  • FIG. 1 two possibilities for using an exhaust gas G of the at least one burner 16 of the heating device are illustrated.
  • the exhaust gas G can on the one hand in a drying device 20 for drying the Biomass B be used before feeding into the oxidation zone ZO.
  • the exhaust gas G can be used in a preheating device 21 for preheating the air L or the oxygen-containing gas prior to feeding to the oxidation zone ZO.
  • the process may be carried out as a mixed form of autothermal and allothermal gasification.
  • the gasification zone ZV in the second process stage 13 in one example at most 10% of the energy content of the biomass is needed.
  • the clean gas PR has a calorific value between 1.5 and 2 kWh / m 3 . Cold efficiencies of over 80% can be achieved.
  • the removal of the tar from the product gas PH by the adsorption during co-cooling of the product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 in the third process stage 14 is extremely economical and requires neither high investment costs, nor a high maintenance.
  • FIG. 2 a further embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention is illustrated. The following are the differences from the embodiment in FIG. 1 described. Otherwise, the description applies to the embodiment according to FIG. 1 ,
  • the first process stage 12 is in the embodiment according to FIG. 2 divided into a heating stage 12i and an oxidation stage 12ii.
  • the biomass B is fed to a heating zone ZE.
  • the heating zone ZE the biomass B is dried and heated so that the volatiles escape from the biomass B. This creates a gas from the volatile components PY (pyrolysis gas) and a carbonaceous residue RK.
  • the Heating zone ZE are heated with the exhaust gas G of the burner 16 of the heater 15.
  • the heating zone ZE can be heated with exhaust gas of a gas engine, which is fed with the clean gas PR from the process.
  • the temperature TE in the heating zone is about 500 ° C, for example.
  • the pyrolysis gas PY is supplied to the oxidation zone ZO.
  • the oxidation zone ZO is also supplied with an oxygen-containing gas, for example air L, in an amount such that the pyrolysis gas PY is substoichiometrically oxidized in the oxidation zone ZO.
  • the air L can be preheated in a preheating device 21 which is supplied with heat to the exhaust gas of the burner 16.
  • the carbonaceous residue RK can be conducted together with the pyrolysis PY of the oxidation zone ZO and / or be fed directly to the gasification zone ZV bypassing the oxidation zone ZO. A portion of the carbonaceous residue RK can substoichiometrically oxidize in the oxidation zone ZO.
  • the exhaust gas of the burner 16 of the heater 15 may optionally be used to heat the gasification zone ZV.
  • the process is carried out stepped.
  • the desired temperature TO in the oxidation zone ZO can thus be achieved and adjusted largely independently of the piece size of the biomass B and the moisture of the biomass.
  • FIG. 3 is schematically illustrated in a partially sectioned side view of an embodiment of an apparatus 11 for the gasification of biomass B.
  • the device 11 has a substantially vertically arranged, for example, cylindrical reaction vessel 22 which defines a common reaction chamber 23.
  • the oxidation zone ZO and in a subsequent section the gasification zone ZV is formed.
  • the vertical arrangement allows a simplified transport within the reaction chamber 23 without consuming conveyors reach.
  • the at least one reaction chamber 23 may be oriented horizontally or inclined to the vertical and horizontal.
  • the oxidation zone ZO and the gasification zone ZV can alternatively also be formed in reaction chambers which are separate from one another (in FIG FIG. 3 not shown).
  • the separate reaction chambers may be arranged in separate reaction containers.
  • carbonaceous residue RK and pyrolysis PY can be supplied.
  • the carbonaceous residue RK and the pyrolysis gas PY can be generated in a separate from the reaction chamber 23 heating chamber 24 of the device 11, which provides a heating zone ZE in the heating chamber 24 for drying and pyrolysis of the biomass B.
  • the heating chamber is connected to the reaction chamber 23 via a pipe 25 for pyrolysis gas PY and carbonaceous residue RK.
  • the heating chamber 24 is fed from a silo 26 or intermediate tank with biomass B.
  • the silo 26 or the intermediate container is connected to the inlet 27 of the heating chamber 24.
  • a first lock 28 is arranged between the silo 26 and the heating chamber 24 for drying and pyrolysis.
  • the mass flow mBroh can be adjusted to biomass B, which is supplied to the heating chamber 24.
  • a conveyor 29, such as a screw conveyor is arranged to promote the biomass B from the entrance 27 of the heating chamber 24 through the heating chamber 24.
  • this is connected via the line 25 to the reaction chamber 23, which provides the oxidation zone ZO and the gasification zone ZV.
  • the heating chamber ZE and the reaction chamber 23 are separate from each other chambers, so that the temperature in the reaction chamber 23 and the heating chamber 24 can be adjusted largely independently.
  • a gas supply means 31 for supplying the oxygen-containing gas and the air L into the oxidation zone ZO, respectively.
  • the air is conducted, for example, by means of a line 32 of the gas supply device 31 directly into the oxidation zone ZO.
  • a temperature sensor 33 for detecting the temperature TO in the oxidation zone ZO is present. The detected temperature is transmitted to control the temperature to a process control device not shown.
  • temperature sensors may be arranged, which detect the temperature in the heating zone ZE or in the gasification zone ZV and can forward it to the process control device.
  • end 34 of the reaction chamber 23 may be indicated by the arrow in FIG. 3 indicated branching device 35, which is adapted to excess activated carbon AK, not for the common cooling of activated carbon AK and product gas PH in the cooling zone ZK is to be used to branch off in front of the cooling zone ZK.
  • branching device 35 which is adapted to excess activated carbon AK, not for the common cooling of activated carbon AK and product gas PH in the cooling zone ZK is to be used to branch off in front of the cooling zone ZK.
  • branching device 35 which is adapted to excess activated carbon AK, not for the common cooling of activated carbon AK and product gas PH in the cooling zone ZK is to be used to branch off in front of the cooling zone ZK.
  • branching device 35 which is adapted to excess activated carbon AK, not for the common cooling of activated carbon AK and product gas PH in the cooling zone ZK is to be used to branch off in front of the cooling zone ZK.
  • the cooling chamber 36 provides a cooling zone Z
  • a conveyor 38 such as a screw conveyor, arranged, which is adapted to a certain amount, for example, a certain mass flow, the activated carbon AK produced in the reaction chamber 23 to lead through the cooling chamber 36.
  • the conveyor 38 can contribute to the promotion of the hot product gas PH in the cooling chamber 36 and the cooling zone ZK.
  • a separation chamber 40 having a filter 18 and an outlet 41 for the clean gas PR.
  • the filter 18 can be fed, for example, with activated carbon AK branched off before the cooling zone ZK.
  • a temperature sensor 42 is arranged, which detects the gas outlet temperature of the purified product gas PR and transmitted to the process control device.
  • the Abscheidehunt 40 also has at its lower end an outlet 43 for the loaded with tar activated carbon AK.
  • the separation chamber 40 is connected to a reactor 44 for combustion of the tar laden activated carbon AK.
  • a second lock 45 is arranged, through which the tar-charged activated carbon AK is conveyed into the reactor 44 for combustion of the tar-charged activated carbon.
  • the reactor 44 may also be fed in one embodiment with branched off before the cooling zone ZK excess activated carbon AK, with a corresponding Supply line in FIG. 3 not shown.
  • the second lock 45 like the first lock 28, is arranged at the inlet 27 of the heating chamber 24 in such a way that the device 11 in the heating chamber 24, the reaction chamber 23 of the cooling chamber 36 and the separation chamber 40 is at an elevated ambient pressure, for example 5 bar. can be operated.
  • the reactor 44 for the combustion of the loaded activated carbon AK has an outlet 46 for the ash, wherein the ash can be conveyed for example by means of a turntable 47 to the exit.
  • the reactor 44 has a third lock 48, which, like the other locks 28, 45, is set up such that the device 11 can be operated at elevated pressure relative to ambient pressure.
  • the heating chamber 24, which provides the heating zone ZE, is enclosed by an insulating jacket 49. Between the insulation jacket 49 and the outer wall of the container 50 for the heating chamber 24, a heating chamber 51 is formed.
  • the heating chamber 51 is connected to the reactor 44 for combustion of the tar-charged activated carbon via a corresponding line 52, via which the heating chamber 51 can be supplied with exhaust gas G of the reactor 44.
  • the heating chamber 51, as indicated by the arrow 52, with exhaust gases of a gas engine (not shown) are heated to generate electricity, which is fed for example with the purified product gas PA, PR as fuel.
  • the exhaust gas G can be discharged from the heating chamber 51 via an outlet 53 in the insulating jacket 49.
  • the reaction chamber 23 is likewise surrounded by an insulation jacket 54, which contains both the oxidation zone ZO, as well as the gasification zone ZV encloses. Between the insulating jacket 54 and the reaction chamber 23, a heating chamber for indirect heating of the gasification zone ZV and / or the oxidation zone ZO may be arranged (not shown), which can also be fed with exhaust gas G of the reactor 44.
  • the cooling chamber container 37 is enclosed by a jacket 56, wherein between the jacket 56 and the cooling chamber container 37, a cooling space 57 is formed, which can be fed via an input 58 with a coolant C, in the embodiment air.
  • the cooling space 57 has an outlet 59 for discharging the air C from the cooling space 57.
  • the heated by indirect cooling of the cooling chamber 36 air C can be supplied via a arranged between the outlet 59 and the reactor 44 line 60 to the reactor 44 for the combustion of activated carbon AK.
  • the outlet 41 for discharging the clean gas PR may, for example, be connected to a gas engine (not shown) which is to be operated with the clean gas PR.
  • a gas engine (not shown) which is to be operated with the clean gas PR.
  • the device 11 For generating the clean gas PR, the device 11 operates, for example, as follows:
  • the continuous production of clean gas PR by the device 11 or by the method 10 is usually in demand.
  • To generate the clean gas PR is usually a constant mass flow of biomass mBroh (reference state raw) from the silo 26 for the biomass B using the first lock 28 and, for example, gravity and the conveyor 29 of the heating chamber 24 for drying and pyrolysis of the biomass B. fed.
  • the biomass flow mBrohr corresponds to a biomass flow mBwaf (state of reference water- and ash-free).
  • the biomass B is dried by indirect heating of the heating zone ZE by the exhaust gas G of the reactor 44 and / or the gas engine at, for example, about 500 ° C and heated so that the volatile components from the biomass B escape (pyrolysis).
  • pyrolysis pyrolysis
  • the carbonaceous residue RK and the pyrolysis PY be promoted by means of the conveyor 29 in the oxidation zone ZO.
  • the pyrolysis PY under the supply of an oxygen-containing gas, such as air L, substoichiometrically oxidized at about 1000 to 1200 ° C, wherein a crude gas R is formed.
  • the tar constituents in the pyrolysis gas PY are for the most part cracked.
  • the air of the oxygen-containing gas L is regulated to adjust the temperature TO in the oxidation zone ZO. For example, 1 cubic meter of air per kilogram of biomass (waf) is needed. By preheating the air flow can still be reduced and the heating value of the clean gas PR can be increased.
  • the tar content in the raw gas R is lowered to well below 500 mg per cubic meter.
  • the gas transport of the raw gas R into the gasification zone ZV arranged below the oxidation zone ZO is achieved, for example, by feeding the oxygen-containing gas L at the vertically upper end 61 to the reaction chamber 23 and thus pushing the gas L vertically downwards in the reaction chamber 23.
  • a suction device not shown, for the product gas PH may be connected to bring about the gas transport within the reaction chamber 23 or support.
  • the majority of the carbonaceous residue RK is gasified endothermically, the gas temperature correspondingly falls to, for example, 700 ° C.
  • the proportion of carbonaceous residue RK from originally 20% after pyrolysis to, for example, 5% based on the supplied biomass flow mBwaf (reference water and ash-free) decline.
  • the result is coal AK with a strong porous structure (activated carbon).
  • the process control device of the device 11 is set up by controlling the process parameters, such as temperature and possibly also pressure, and / or by means of the branching device 35 and / or the conveyor 38 of the cooling chamber 36 a certain mass flow of activated carbon MAK2 from a range of minimum 0th , 02 kilograms to a maximum of 0.1 kilograms per kilogram of supplied biomass B (based on the reference state water and ash-free) from which the activated carbon AK were generated to promote from the gasification zone ZV in the cooling zone ZK of the cooling chamber 36 and there together with the at the gasification from the supplied biomass B teerbehafteten product gas PH to cool indirectly cooled to near ambient temperature.
  • the product gas PH is purified from the tar by the adsorption process and then supplied to the gas engine as pure gas PR.
  • the process control device is configured to take into account that the change of the mass flow mAK of activated carbon AK delayed occurs to the change of the mass flow of supplied biomass mBroh.
  • the quantity MAK2 or the mass flow mAK2 which is to be supplied to the cooling zone ZK from the mass flow activated carbon currently provided in the gasification zone ZV is also determined when there is a changing demand for clean gas PR, based on the amount or the supplied mass flow biomass (quantity or mass) Mass flow relative to reference state waf) from which the activated carbon mass flow mAK currently produced in the gasification zone ZV was generated.
  • the tar constituents and other pollutants from the product gas PH are adsorbed during the co-cooling of the activated carbon MAK2.
  • the loading capacity (adsorption capacity) of the activated carbon AK is so high that at a loading of only 2 percent by weight per kilogram of biomass B (waf), for example, 1 gram of tar constituents can be removed from the product gas PH.
  • the product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 are preferably not cooled below a lower limit temperature above the dew point of the product gas PH in the co-cooling, since the loading capacity of the activated carbon AK drops sharply toward a relative humidity of the product gas PH of 100%.
  • air C is used for the indirect cooling of the cooling zone ZK, the heated cooling air C being fed to the reactor for combustion of the activated carbon MAK2 on the tar.
  • the product gas PA, PR is separated in the embodiment after the cooling zone ZK with a dust filter 18 of the laden with pollutant activated carbon MAK2.
  • the loaded with pollutant activated carbon MAK2 is the reactor 22 via the second lock 45 and supplied with the consumed Cooling air C burned.
  • the ash is deposited, for example, via the turntable 47 and the third lock 48.
  • the heating zone ZE by indirect heating both with the exhaust gases of the gas engine and with the exhaust gases of the reactor 44 for the combustion of the tar-coated activated carbon MAK2.
  • the gasification at elevated pressure with corresponding locks 28, 45, 48 at the inlet and outlet of the carburetor 11 has the advantage that the purified product gas PR can be supplied to the pressure-charged gas engine without a compressor. In addition, this can increase the loading capacity of the activated carbon AK.
  • engine-friendly product gas PR can be produced without requiring downstream cleaning (for example by means of a wet scrubber, electrostatic precipitator or the like).
  • the cold gas efficiency of the carburettor is over 80% even with very moist biomass.
  • the invention relates to a method 10 for gasification of biomass B and a device 11 set up for this purpose.
  • the method takes place in at least three process stages 12, 12i, 12ii, 13, 14.
  • biogenic residue biomass of a heating zone ZE are fed to dry the biomass B and let the volatiles escape to produce a pyrolysis PY therefrom.
  • the pyrolysis PY is fed to an oxidation zone ZO and there oxidized substoichiometric, wherein a raw gas R is produced.
  • the coke-like, carbonaceous residue RK which is produced in the heating zone ZE, is partly gasified together with the raw gas R in a second process stage 13 in a gasification zone ZV.
  • the heating zone ZE can be heated indirectly.
  • the gasification zone ZV can also be heated indirectly.
  • the heating zone ZE and the oxidation zone ZO are preferably separate zones from each other in separate chambers 23, 24.
  • the gasification produces activated carbon AK and a hot process gas PH.
  • the inventive method 10 includes or the device 11 is adapted to a certain amount of activated carbon from a minimum of 0.02 kilograms to a maximum of 0.1 kilograms per kilogram of supplied biomass (water and ash free, waf), from which the activated carbon in the Gasification zone ZV has arisen, and the hot product gas PH in a third process stage 14 in a cooling zone ZK, for example, at most 50 ° C to cool.
  • the apparatus is preferably set up or includes the method in which the activated carbon AK and the hot process gas PH are cooled together in such a way that the temperature of the process gas PH in the cooling zone ZK remains above a lower limit temperature during co-cooling with the activated carbon AK is greater than the dew point temperature of the product gas PH.
  • the adsorption process taking place during the co-cooling of activated carbon AK and product gas PH causes tar to accumulate on the activated carbon AK in the cooling zone during cooling from the hot process gas PH.
  • a clean gas PR, PA is obtained, which is essentially free of tar.
  • the tar-enriched activated carbon AK can be at least partially combusted to heat the heating zone ZE and / or the gasification zone ZV.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Vergasung von Biomasse (B) sowie eine dazu eingerichtete Vorrichtung (11). Das Verfahren erfolgt in mindestens drei Verfahrensstufen (12, 12i, 12ii, 13, 14). In einer ersten Verfahrensstufe (12) kann in einem Ausführungsbeispiel biogener Reststoff (Biomasse) einer Erhitzungszone (ZE) zugeführt werden, um die Biomasse (B) zu trocken und die flüchtigen Bestandteile entweichen zu lassen, um einen Pyrolysegas (PY) daraus zu erzeugen. Das Pyrolysegas (PY) wird einer Oxidationszone (ZO) zugeführt und dort unterstöchiometrisch oxidiert, wobei ein Rohgas (R) erzeugt wird. Der koksartige, kohlenstoffhaltige Reststoff (RK), der in der Erhitzungszone (ZE) erzeugt wird, wird zusammen mit dem Rohgas (R) in einer zweiten Verfahrensstufe (13) in einer Vergasungszone (ZV) teilweise vergast. Die Erhitzungszone (ZE) kann indirekt beheizt werden. Die Vergasungszone (ZV) kann ebenso indirekt beheizt werden. Die Erhitzungszone (ZE) und die Oxidationszone (ZO) sind vorzugsweise voneinander separate Zonen in separaten Kammern (23, 24). Durch die Vergasung entsteht Aktivkohle (AK) sowie ein heißes Prozessgas (PH). Das erfindungsgemäße Verfahren (10) beinhaltet bzw. die Vorrichtung (11) ist dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge der Aktivkohle von minimal 0,02 Kilogramm bis maximale 0,1 Kilogramm je Kilogramm zugeführter Biomasse (wasser- und aschefrei, waf), aus der die Aktivkohle in der Vergasungszone (ZV) entstanden ist, sowie das heiße Produktgas (PH) in einer dritten Verfahrensstufe (14) in einer Kühlzone (ZK), beispielsweise auf höchstens 50°C, abzukühlen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet bzw. beinhaltet das Verfahren, dass die Aktivkohle (AK) sowie das heiße Prozessgas (PH) derart gemeinsam abgekühlt werden, dass die Temperatur des Prozessgases (PH) in der Kühlzone (ZK) beim gemeinsamen Abkühlen mit der Aktivkohle (AK) oberhalb einer unteren Grenztemperatur bleibt, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases (PH). Der während der gemeinsamen Abkühlung von Aktivkohle (AK) und Produktgas (PH) stattfindende Adsorptionsprozess führt dazu, dass sich Teer während der Abkühlung aus dem heißen Prozessgas (PH) an der Aktivkohle (AK) in der Kühlzone anlagert. Dadurch wird im Anschluss an die dritte Verfahrensstufe (14) ein Reingas (PR, PA) erhalten, das im Wesentlichen teerfrei ist. Die teerangereichte Aktivkohle (AK) kann zumindest teilweise zur Beheizung der Erhitzungszone (ZE) und/oder der Vergasungszone (ZV) verbrannt werden.The invention relates to a method (10) for the gasification of biomass (B) and to a device (11) arranged therefor. The process takes place in at least three stages (12, 12i, 12ii, 13, 14). In a first process stage (12), in one embodiment, biogenic residue (biomass) may be supplied to a heating zone (ZE) to dry the biomass (B) and allow the volatiles to escape to produce a pyrolysis gas (PY) therefrom. The pyrolysis gas (PY) is fed to an oxidation zone (ZO) where it is substoichiometrically oxidized to produce a crude gas (R). The coke-like, carbonaceous residue (RK) which is produced in the heating zone (ZE) is partially gasified together with the raw gas (R) in a second process stage (13) in a gasification zone (ZV). The heating zone (ZE) can be heated indirectly. The gasification zone (ZV) can also be heated indirectly. The heating zone (ZE) and the oxidation zone (ZO) are preferably separate from each other in separate chambers (23, 24). The gasification produces activated carbon (AK) and a hot process gas (PH). The inventive method (10) includes or the device (11) is adapted to a certain amount of activated carbon of a minimum of 0.02 kilograms to a maximum of 0.1 kilograms per kilogram of supplied biomass (water and ash free, waf), from the the activated carbon in the gasification zone (ZV) has arisen, and the hot product gas (PH) in a third process stage (14) in a cooling zone (ZK), for example, at most 50 ° C to cool. Preferably, the device is set up or includes the method that the activated carbon (AK) and the hot process gas (PH) are cooled together in such a way that the temperature of the process gas (PH) in the cooling zone (CC) during co-cooling with the activated carbon (AK) remains above a lower limit temperature which is greater than the dew point temperature of the product gas (PH). The adsorption process taking place during the co-cooling of activated carbon (AK) and product gas (PH) causes tar to accumulate in the cooling zone during cooling from the hot process gas (PH) on the activated carbon (AK). As a result, after the third process stage (14), a clean gas (PR, PA) is obtained, which is essentially free of tar. The tar-enriched activated carbon (AK) can be at least partially burned to heat the heating zone (ZE) and / or the gasification zone (ZV).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse. Unter Biomasse ist jede kohlenstoffhaltige biogene Masse wie etwa Holzabfälle, Ernteabfälle, Grasschnitt, Gärreste, Klärschlamm oder dergleichen zu verstehen.The invention relates to a method and a device for gasification of biomass. By biomass is meant any carbonaceous biogenic mass such as wood waste, crop waste, grass clippings, digestate, sewage sludge or the like.

In der Praxis kommen vorrangig dezentrale kleine Anlagen mit einem Durchsatz von unter 200 Kg Biomasse pro Stunde zum Einsatz, beispielsweise an Bauernhöfen oder im kommunalen Bereich, um den Transport für die Biomasse und die Reststoffe zu vermeiden und die Abwärme vor Ort nutzen zu können. Die Akzeptanz solcher Anlagen im Markt fehlt bis heute. Ein wesentlicher Grund hierfür ist der Teer, der bei der Pyrolyse und Vergasung von Biomasse entsteht. Der Teer muss bislang aufwendig entfernt werden und erfordert in der Regel einen hohen Wartungsaufwand für die Anlagen. Wenn das bei der Vergasung erzeugte Gas anschließend in einem Blockheizkraftwerk verwendet werden soll, ist es sogar notwendig den Teer vollständig aus dem erzeugten Produktgas zu entfernen. Nicht nur die Wartung sondern auch die Anschaffung solcher Anlagen ist bislang teuer.Decentralized small plants with a throughput of less than 200 kg of biomass per hour are used in practice, for example at farms or in the municipal sector, in order to prevent the transport of the biomass and the residues and to be able to use the waste heat on site. The acceptance of such systems in the market is still missing today. A major reason for this is the tar, which arises in the pyrolysis and gasification of biomass. The tar has so far been consuming to remove and usually requires a high level of maintenance for the plants. If the gas produced in the gasification is then to be used in a combined heat and power plant, it is even necessary to completely remove the tar from the product gas produced. Not only the maintenance but also the purchase of such equipment is expensive.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Verwendung eines Gleichstromvergasers ist aus DE 10 2008 043 131 A1 bekannt. Zur Vermeidung der Teerbeladung des Produktgases wird dort ein einstufiges Verfahren mit Hilfe des Gleichstromvergasers vorgeschlagen, wobei Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zugeführt wird. In der Reduktionszone wird oberhalb der Oxidationszone eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet. Dadurch soll die bei Festbettvergasern bekannte kritische Kanalbildung im Bereich der Reduktionszone vermieden und auf diese Weise die Teerbeladung des Produktegases reduziert werden. Allerdings erfordert die Erzeugung einer solchen Wirbelschicht das Beschränken der Vergasung auf bestimmte biogene Reststoffe bzw. Partikelgrößen, da ansonsten eine stabile Wirbelschicht nicht erreicht werden kann.A method and apparatus for gasification of biomass using a DC gasifier is out DE 10 2008 043 131 A1 known. To avoid the tar charge of the product gas, there is proposed a one-stage process with the aid of the DC gasifier, wherein fuel is supplied to the gasification chamber against gravity. In the reduction zone, above the oxidation zone formed a stationary fluidized bed. This is intended to avoid the critical channel formation known in fixed-bed gasifiers in the region of the reduction zone and in this way reduce the tar charge of the product gas. However, the production of such a fluidized bed requires limiting the gasification to certain biogenic residues or particle sizes, since otherwise a stable fluidized bed can not be achieved.

EP 1 436 364 B1 beschreibt eine Vorrichtung mit einer Reaktionskammer bei der die Zufuhr von Biomasse seitlich erfolgt. In der Reaktionskammer können die Teer enthaltenden Gase an dem geschlossenen Deckel kondensieren. Dies ermöglicht entweder das Entfernen des kondensierten Teers aus der Reaktionskammer oder das Zurückführen des Teers in die Reaktionszonen innerhalb der Reduktionskammer. Dadurch soll der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden. Eine ähnliche Einrichtung beschreibt auch EP 2 522 707 A2 . Dort ist zusätzlich eine Nachbehandlungseinheit vorhanden, mit der der Reststoff möglichst vollständig mineralisiert und "weiße Asche" erzeugt werden soll. EP 1 436 364 B1 describes a device with a reaction chamber in which the supply of biomass takes place laterally. In the reaction chamber, the tar-containing gases may condense on the closed lid. This allows either the removal of the condensed tar from the reaction chamber or the return of the tar in the reaction zones within the reduction chamber. This should increase the overall efficiency. A similar device also describes EP 2 522 707 A2 , There is also an aftertreatment unit available, with the residue as completely as possible mineralized and "white ash" to be generated.

Eine weitere Lösung zur Biomassevergasung ist in DE 20 2009 008 671 U1 beschrieben. Dort wird ein Gleichstromvergaser mit einer Pyrolysekammer und einem Vergaser vorgeschlagen. In der Oxidationszone des Vergasers wird das teerhaltige Pyrolysegas bei 1200°C verbrannt. Demensprechend sind sehr hohe Temperaturen in der Oxidationszone erforderlich.Another solution for biomass gasification is in DE 20 2009 008 671 U1 described. There, a direct current carburetor with a pyrolysis chamber and a carburetor is proposed. In the oxidation zone of the gasifier, the tar-containing pyrolysis gas is burned at 1200 ° C. Demensprechend very high temperatures in the oxidation zone are required.

EP 2 636 720 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Synthesegas durch eine Dampfreformierung aus Biomasse erzeugt wird. Dafür sind sehr große Heizflächen zur indirekten Beheizung erforderlich. In Vergaserrohren bzw. Vergaserspiralen soll durch bewegte Paddel eine Wirbelschicht erzeugt werden. Das Synthesegas wird anschließend in einem Kohlefilter im Gegenstromverfahren gereinigt und kühlt dabei auch ab. EP 2 636 720 A1 describes a process in which a synthesis gas is produced by steam reforming from biomass. This requires very large heating surfaces for indirect heating. In gasifier tubes or carburettor spirals is to be moved by moving paddle a fluidized bed be generated. The synthesis gas is then purified in a carbon filter in a countercurrent process and cools down as well.

DE 198 46 805 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von Biomasse. In dem Verfahren wird in einem Entgasungsofen Pyrolysegas und Koks erzeugt, das in einen Vergasungsreaktor gefördert wird, in dem der Koks teilweise vergast wird, wobei Aktivkohle entsteht. Die Aktivkohle wird über eine Fördereinrichtung aus dem Brennraum entfernt und in einen Filter außerhalb des Brennraums transportiert. Das aus dem Verfahren entstehende Produktgas wird gesondert von der Aktivkohle aus dem Vergasungsreaktor entfernt und in einem Wärmetauscher abgekühlt. Anschließend wird das abgekühlte Produktgas durch den mit der Aktivkohle gefüllten Filter geleitet. Dabei sollen Schadstoffe in der Aktivkohle zurückbleiben. DE 198 46 805 A1 describes a method and apparatus for gasification and combustion of biomass. In the process, pyrolysis gas and coke are produced in a degassing furnace, which is fed to a gasification reactor in which the coke is partially gasified to form activated carbon. The activated carbon is removed via a conveyor from the combustion chamber and transported in a filter outside the combustion chamber. The product gas resulting from the process is removed separately from the activated carbon from the gasification reactor and cooled in a heat exchanger. Subsequently, the cooled product gas is passed through the filter filled with the activated carbon. In the process, pollutants should remain in the activated carbon.

Ausgehend von diesem Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse zu schaffen, das unterschiedlichste biogene Reststoffe unabhängig von der Partikelgröße verarbeitet und ein teerarmes Produktgas wirtschaftlich erzeugen kann.Starting from this prior art, it can be regarded as an object of the present invention to provide a method and an apparatus for the gasification of biomass, which processes a wide variety of biogenic residues regardless of the particle size and can produce a low-tarry product gas economically.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 13.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Produktgas aus der Biomasse, die einer Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, beispielsweise gemäß Patentanspruch 13, zugeführt wird, in wenigstens drei Verfahrensstufen erzeugt. In einer ersten Verfahrensstufe wird aus der zugeführten Biomasse ein Rohgas und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff erzeugt.In the method according to the invention, the product gas from the biomass, which is supplied to a device for gasification of biomass, for example according to claim 13, generated in at least three process stages. In a first process stage, a raw gas and a carbonaceous residue are produced from the supplied biomass.

Dazu wird die Biomasse beispielsweise in einer Oxidationszone durch Zufuhr von einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere Luft, unterstöchiometrisch oxidiert. Das zuzuführende sauerstoffhaltige Gas kann dafür vorgewärmt sein. Bei der unterstöchiometrischen Oxidation entstehen das Rohgas und ein koksartiger, kohlenstoffhaltiger Reststoff.For this purpose, the biomass is oxidized substoichiometrically, for example in an oxidation zone by supplying an oxygen-containing gas, in particular air. The oxygen-containing gas to be supplied may be preheated for this purpose. In the substoichiometric oxidation, the raw gas and a coke-like, carbonaceous residue.

In einer Abwandlung des Verfahrens wird in der ersten Verfahrensstufe die zugeführte Biomasse in einer ersten Teilstufe in einer Erhitzungszone getrocknet und/oder derart erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse entweichen, wobei ein Pyrolysegas und der kohlenstoffhaltiger Reststoff entstehen. Trocknung und Pyrolyse können in einer gemeinsamen Erhitzungszone durchgeführt werden. Alternativ können die Trocknung der Biomasse und die Pyrolyse in voneinander getrennten Zonen durchgeführt werden. In einer zweiten Teilstufe wird das Pyrolysegas aus der ersten Verfahrensstufe in einer Oxidationszone durch Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases unterstöchiometrisch oxidiert, wodurch das Rohgas entsteht.In a modification of the method, in the first stage of the process, the biomass supplied is dried in a first sub-stage in a heating zone and / or heated in such a way that the volatile components escape from the biomass, forming a pyrolysis gas and the carbonaceous residue. Drying and pyrolysis can be carried out in a common heating zone. Alternatively, the drying of the biomass and the pyrolysis can be carried out in separate zones. In a second sub-stage, the pyrolysis gas from the first stage in an oxidation zone is substoichiometrically oxidized by supplying the oxygen-containing gas, whereby the crude gas is formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass kohlenstoffhaltiger Reststoff und das Rohgas aus der ersten Verfahrensstufe in einer zweiten Verfahrensstufe teilweise derart vergast werden, dass Aktivkohle entsteht. Dabei werden vorzugsweise bis zu maximal 75% und weiter vorzugsweise bis zu maximal 60 bis 65% des kohlenstoffhaltigen Reststoffes in der Vergasungszone vergast. Die Temperatur in der Vergasungszone kann bei einem Ausführungsbeispiel mindestens 800°C und maximal 1000°C betragen. In der Vergasungszone wird ein heißes Produktgas und Aktivkohle erzeugt.The inventive method includes that carbonaceous residue and the raw gas from the first stage in a second stage of the process are partially gasified such that activated carbon is formed. In this case, preferably up to a maximum of 75% and more preferably up to a maximum of 60 to 65% of the carbonaceous residue in the gasification zone gasified. The temperature in the gasification zone may be at least 800 ° C and at most 1000 ° C in one embodiment. In the gasification zone, a hot product gas and activated carbon is produced.

In der dritten Verfahrensstufe werden in einer Kühlzone das heiße Produktgas und wenigstens eine Teil der Aktivkohle gemeinsam abgekühlt. Dabei findet ein Adsorptionsprozess statt, bei dem sich der Teer aus dem heißen Produktgas an der Aktivkohle anlagert. Somit wird der Teer aus dem heißen Produktgas entfernt und das im Anschluss an die dritte Verfahrensstufe bereitgestellte Produktgas ist teerarm bzw. im Wesentlichen frei von Teerbestandteilen. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass eine bestimmte Menge der in der Vergasungszone erzeugten Aktivkohle und das heiße Produktgas, zu denen die zugeführte Biomasse geführt hat, der Kühlzone zugeführt und in der Kühlzone zusammen abgekühlt werden, so dass ein Adsorptionsprozess während des Abkühlens stattfindet, bei dem die bestimmte Menge Aktivkohle während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas angereichert wird.In the third process stage are in a cooling zone the hot product gas and at least part of the activated carbon cooled together. An adsorption process takes place in which the tar from the hot product gas attaches to the activated carbon. Thus, the tar is removed from the hot product gas and the product gas provided subsequent to the third stage of the process is tar lean or substantially free of tar constituents. The inventive method includes that a certain amount of the activated carbon produced in the gasification zone and the hot product gas, to which the supplied biomass has led, fed to the cooling zone and cooled together in the cooling zone, so that an adsorption process takes place during cooling, in which the specific amount of activated carbon is enriched during the cooling by tar from the hot product gas.

Die bestimmte Menge Aktivkohle weist eine Masse mAK2 auf, die von minimal 2% bis maximal 10% der Masse mBwaf der zugeführten Biomasse bezogen auf den Bezugsstand wasser- und aschefrei (waf) beträgt. Beispielsweise werden je Kilogramm zugeführter Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei 0,05 Kilogramm Aktivkohle in die Kühlzone zum gemeinsamen Abkühlen mit dem anfallenden Produktgas gefördert. Wenn beispielsweise ein Massenstrom von Biomasse mBroh der Vorrichtung zugeführt wird, so weist die Biomasse in der Regel Wasser und Mineralstoffe auf. Der Massenstrom mBroh zugeführter Biomasse entspricht daher einem Massenstrom mBwaf von Biomasse im Bezugszustand wasser- und aschefrei, der in der Regel kleiner ist als der Massenstrom mBroh. Bei konstantem Massenstrom zugeführter Biomasse wird ein bestimmter Massenstrom mAK2 Aktivkohle aus der Vergasungszone in die Kühlzone gefördert, wobei der bestimmte Massenstrom mAK2 mindestens 2% und höchstens 10% des Massenstroms mBwaf der Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei beträgt: mAK 2 = 0 , 02 0 , 1 mBwaf .

Figure imgb0001
The specific amount of activated carbon has a mass mAK2, which is from a minimum of 2% to a maximum of 10% of the mass mBwaf of the biomass supplied based on the reference level water and ash-free (waf). For example, per kilogram of biomass supplied, based on the reference state, water and ash-free 0.05 kg of activated carbon are conveyed into the cooling zone for co-cooling with the resulting product gas. For example, if a mass flow of biomass mBroh is fed to the device, the biomass will typically include water and minerals. The mass flow mBroh fed biomass therefore corresponds to a mass flow mBwaf of biomass in the state of reference water and ash-free, which is usually smaller than the mass flow mBroh. At a constant mass flow of fed biomass a certain mass flow mAK2 activated carbon is conveyed from the gasification zone into the cooling zone, wherein the determined mass flow mAK2 at least 2% and at most 10% of the mass flow mBwaf the biomass based on the reference state is water and ash-free: mAK 2 = 0 . 02 ... 0 . 1 mBwaf ,
Figure imgb0001

Um zu erreichen, dass nur eine bestimmte Menge Aktivkohle zusammen mit dem Produktgas der Kühlzone zugeführt und dort zusammen mit dem Produktgas abgekühlt wird, kann der Prozess zur Vergasung von Biomasse beispielsweise derart gesteuert oder geregelt werden, dass nur die bestimmte Menge Aktivkohle in der Vergasungszone erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann überschüssige Aktivkohle aus der Vergasungszone und/oder zwischen der Vergasungszone und der Kühlzone abgezweigt werden.In order to achieve that only a certain amount of activated carbon is supplied together with the product gas to the cooling zone and cooled there together with the product gas, the process for gasification of biomass can be controlled or regulated, for example, such that only generates the specific amount of activated carbon in the gasification zone becomes. Alternatively or additionally, excess activated carbon can be diverted from the gasification zone and / or between the gasification zone and the cooling zone.

Im Falle einer Änderung der Nachfrage nach reinem Produktgas, beispielsweise bei einer Laständerung eines damit gespeisten Motors, muss die Zeitverzögerung berücksichtigt werden, mit der eine Erhöhung oder Verminderung der Zufuhr an Biomasse am Eingang der Vorrichtung zur Anpassung des Bedarfs an Produktgas zu einer erhöhten oder verminderten Erzeugung von Aktivkohle in dem Vergasungsreaktor führt. Deshalb wird die Menge Aktivkohle, die abzuzweigen ist, an Hand der Menge der Biomasse bestimmt, aus der die momentan anfallende Aktivkohle und das momentan anfallende heiße Produktgas entstanden sind.In the event of a change in demand for pure product gas, for example a load change of a motor fed therewith, the time delay must be considered, with which increasing or decreasing the supply of biomass at the input of the device for adjusting the demand for product gas increased or decreased Production of activated carbon in the gasification reactor leads. Therefore, the amount of activated carbon to be branched off is determined by the amount of biomass from which the instantaneous activated carbon and the instantaneous hot product gas are produced.

Mit Hilfe dieses Verfahrens bzw. einer entsprechenden Vorrichtung, die die Verfahrensstufen bereitstellt, kann wirtschaftlich und einfach ein teerarmes Produktgas bei der Biomassevergasung erzeugt werden. Durch das gemeinsame Abkühlen wenigstens eines Teils der Aktivkohle und des heißen teerbehafteten Produktgases schlägt sich der Teer nicht oder nur in unwesentlichen Mengen an der Wand der Kammer ab, in der das teerbehaftete heiße Produktgas und der Teil der Aktivkohle gemeinsam abgekühlt werden. Vielmehr nimmt die bestimmte Menge Aktivkohle den Teer aus dem heißen Produktgas während des Abkühlens auf. Eine aufwendige Reinigung der Kammer von dem Teer ist daher nur selten bis gar nicht erforderlich.With the aid of this method or a corresponding device which provides the method steps, it is possible economically and simply to produce a tar-poor product gas in the biomass gasification. By co-cooling at least a portion of the activated carbon and the hot teerbehafteten product gas, the tar does not or only in insignificant amounts from the wall of the chamber, in which the teerbehaftete hot product gas and the part of the activated carbon are cooled together. Rather, the specific amount of activated carbon takes the tar from the hot product gas during the cooling down. An expensive cleaning of the chamber of the tar is therefore rarely or not at all necessary.

Die Temperatur auf die das Produktgas in der Kühlzone abgekühlt wird beträgt beispielsweise höchstens 50°C. Die Reinigung wird besonders effizient, wenn das Produktgas und die bestimmte Menge der Aktivkohle in der dritten Verfahrensstufe für den Adsorptionsprozess in der Kühlzone zusammen nicht unter eine Grenztemperatur abgekühlt werden, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases. Auf diese Weise bleibt eine hohe Beladekapazität der Aktivkohle nutzbar. Vorzugsweise ist die untere Grenztemperatur von minimal 10 bis maximal 20 Kelvin größer als die Taupunkttemperatur des Produktgases.The temperature at which the product gas is cooled in the cooling zone is for example at most 50 ° C. The cleaning becomes particularly efficient if the product gas and the determined amount of the activated carbon in the third stage of the process for the adsorption process in the cooling zone together are not cooled below a limit temperature which is greater than the dew point temperature of the product gas. In this way, a high loading capacity of the activated carbon remains usable. Preferably, the lower limit temperature of at least 10 to a maximum of 20 Kelvin is greater than the dew point temperature of the product gas.

Das durch den Adsorptionsprozess gereinigte Produktgas kann einer Vorrichtung, beispielsweise einer Gasturbine oder einem Gasmotor, als Brennstoff zugeführt werden. Vorzugsweise wird der Massenstrom zugeführter Biomasse proportional an die Leistungsanforderung der mit gereinigtem Produktgas zu speisenden Vorrichtung angepasst. Der aus der Vergasungszone der Kühlzone zugeführte bestimmte Massenstrom Aktivkohle, die aus der proportional erhöhten oder verminderten Menge zugeführter Biomasse entstanden ist, wird vorzugsweise entsprechend proportional angepasst.The product gas purified by the adsorption process may be supplied as fuel to a device such as a gas turbine or a gas engine. Preferably, the mass flow of supplied biomass is adjusted in proportion to the power requirement of the device to be fed with purified product gas. The particular mass flow of activated carbon supplied from the gasification zone of the cooling zone, which has arisen from the proportionally increased or decreased amount of supplied biomass, is preferably adjusted proportionally.

Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Vergasung unter einem gegenüber Umgebungsdruck erhöhten Druck ausgeführt wird. Beispielsweise bei einem Druck in einem Bereich von etwa 5 Bar. Das erzeugte abgekühlte Produktgas kann dann ohne Zwischenverdichtung in Gasturbinen oder druckaufgeladenen Motoren verwendet werden. Um dies zu erreichen, kann die wenigstens eine Reaktionskammer unter einen entsprechenden Druck gesetzt werden. Beispielsweise kann das sauerstoffhaltige Gas (zum Beispiel Luft) über einen Kompressor oder eine andere geeignete Verdichtungseinheit unter Druck in die wenigstens eine Reaktionskammer eingeleitet werden. Durch die Durchführung des Verfahrens bei erhöhtem Druck kann außerdem die Beladekapazität der Aktivkohle erhöht werden.It is also advantageous if the gasification is carried out under an increased pressure relative to ambient pressure. For example, at a pressure in the range of about 5 bar. The generated cooled product gas can then be used without intermediate compression in gas turbines or supercharged engines. To achieve this, the at least one reaction chamber can be placed under a corresponding pressure. For example, the oxygen-containing Gas (for example, air) are introduced via a compressor or other suitable compression unit under pressure in the at least one reaction chamber. By carrying out the process under increased pressure, it is also possible to increase the loading capacity of the activated carbon.

Bevorzugt wird die Vergasung der Biomasse in einem gestuften Verfahren durchgeführt. Beispielsweise wird ein wenigstens zweigestuftes Verfahren erhalten, wenn die Erhitzung zur Trocknung und Pyrolyse einerseits und die Verarbeitung des daraus entstehenden Pyrolysegases und des kohlenstoffhaltigen Reststoffs mittels Oxidation und/oder Vergasung andererseits in separaten Kammern durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist es beispielsweise, wenn die Erhitzungszone für die Trocknung und/oder Pyrolyse einerseits und die Oxidationszone andererseits in separaten Kammern angeordnet sind. Wenn die Erhitzung der Biomasse und/ oder die Freisetzung der flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse zur Erzeugung des Pyrolysegases einerseits und die unterstöchiometrische Oxidation andererseits in einem gestuften Verfahren in voneinander getrennten Zonen durchgeführt werden, kann die gewünschte Temperatur in der Oxidationszone weitgehend unabhängig von der Stückgröße der Biomasse und der Feuchtigkeit der Biomasse erreicht und eingestellt werden. Ein dreigestuftes Verfahren wird erhalten, wenn zusätzlich die unterstöchiometrische Oxidation einerseits und die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs andererseits in getrennten Zonen in voneinander gesonderten Kammern durchgeführt werden.Preferably, the gasification of the biomass is carried out in a stepped process. For example, an at least two-stage process is obtained if the heating for drying and pyrolysis on the one hand and the processing of the resulting pyrolysis gas and the carbonaceous residue by means of oxidation and / or gasification on the other hand carried out in separate chambers. It is particularly preferred, for example, if the heating zone for drying and / or pyrolysis on the one hand and the oxidation zone on the other hand are arranged in separate chambers. If the heating of the biomass and / or the release of the volatiles from the biomass for producing the pyrolysis gas on the one hand and the stoichiometric oxidation on the other hand carried out in a stepped process in separate zones, the desired temperature in the oxidation zone can be largely independent of the size of the piece Biomass and the moisture of the biomass are reached and adjusted. A three-stage process is obtained if, in addition, the substoichiometric oxidation on the one hand and the gasification of the carbonaceous residue on the other hand carried out in separate zones in separate chambers.

Es ist bevorzugt, wenn die Temperatur in der Oxidationszone kleiner ist als der Ascherweichungspunkt oder der Ascheschmelzpunkt der Asche des kohlenstoffhaltigen Reststoffes. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur in der Oxidationszone möglichst nahe an dem Ascherweichungspunkt bzw. dem Ascheschmelzpunkt liegt. Beispielsweise wird die unterstöchiometrische Oxidation bei einer Temperatur von minimal 1000°C bis maximal 1200°C durchgeführt.It is preferred if the temperature in the oxidation zone is less than the ash softening point or the ash melting point of the ashes of the carbonaceous residue. It is advantageous if the temperature in the oxidation zone is as close as possible to the ash softening point or ash melting point. For example, the substoichiometric oxidation is carried out at a temperature of a minimum of 1000 ° C to a maximum of 1200 ° C.

Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt der Heizwert des Produktgases zwischen 1,5 und 2 kWh pro Kubikmeter. Der Kaltgaswirkungsgrad des Verfahrens kann mehr als 80% betragen.In some embodiments, the calorific value of the product gas is between 1.5 and 2 kWh per cubic meter. The cold gas efficiency of the process may be more than 80%.

Mit diesem Verfahren können alle Arten und Größen von biogenen Reststoffen als Biomasse vergast werden. Die Ausbildung einer Wirbelschicht entfällt. Es entsteht kein belastetes Abwasser. Die Teerentfernung ist aus dem Produktgas ist auch bei kleinen Anlagen wirtschaftlich möglich, da weder hohe Investitionskosten in die Teerentfernung erforderlich sind und auch der Betrieb keinen hohen Wartungsaufwand mit sich bringt.With this method, all types and sizes of biogenic residues can be gasified as biomass. The formation of a fluidized bed is eliminated. There is no polluted wastewater. The tar removal is from the product gas is economically possible even for small plants, since neither high investment costs in the tar removal are required and also the operation does not require a high level of maintenance.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Mischform aus autothermer und allothermer Vergasung arbeiten. Die Temperatur in der Oxidationszone wird bei einem Ausführungsbeispiel durch die Menge und vorzugsweise auch durch die Temperatur des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases eingestellt. Dadurch lässt sich die Gasproduktion an den Bedarf anpassen, ohne die Temperatur in der Vergasungszone zu beeinflussen. Die Temperatur in der Vergasungszone kann durch indirektes Beheizen mit einer Heizeinrichtung eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich wird die Wärme für die Vergasungszone durch Wärmeeintrag von der Oxidationszone, beispielsweise durch dort teiloxidierten kohlenstoffhaltigen Reststoff und/oder Pyrolysegas, bereitgestellt.The process according to the invention can work with a mixed form of autothermal and allothermal gasification. The temperature in the oxidation zone is set in one embodiment by the amount and preferably also by the temperature of the supplied oxygen-containing gas. This allows gas production to be adapted to demand without affecting the temperature in the gasification zone. The temperature in the gasification zone can be adjusted by indirect heating with a heater. Alternatively or additionally, the heat for the gasification zone is provided by heat input from the oxidation zone, for example by partially oxidized carbonaceous residue and / or pyrolysis gas there.

Für ein indirektes Heizen der Vergasungszone werden bei einem Ausführungsbeispiel weniger als 10% des Energiegehalts der zugeführten Biomasse benötigt. Gegenüber einer rein allothermen Vergasung können daher kleinere Heizflächen in der Vergasungszone bereitgestellt werden.For indirect heating of the gasification zone in one embodiment requires less than 10% of the energy content of the biomass supplied. Compared to a purely allothermal gasification therefore smaller heating surfaces can be provided in the gasification zone.

Die Aktivkohle und das heiße Produktgas werden in der Kühlzone vorzugsweise durch indirektes Kühlen abgekühlt. Das abgekühlte Produktgas, das auch als Reingas bezeichnet werden kann, kann im Anschluss an die Kühlzone einer Filter- und/oder Staubabscheidereinheit zugeführt werden, um die Staubbelastung des Produktgases zu verringern. Der Filter kann mit Aktivkohle gespeist werden, die vor der Kühlzone als überschüssige Aktivkohle abgezweigt und daher nicht zusammen mit dem teerbehafteten Produktgas abgekühlt wurde. Für die Feinreinigung kann eine Reinigungseinrichtung mit Wechselbehältern für die Aktivkohle verwendet werden, wie sie an sich bekannt ist.The activated carbon and the hot product gas are preferably cooled in the cooling zone by indirect cooling. The cooled product gas, which can also be referred to as pure gas, can be fed to a filter and / or dust separator unit following the cooling zone in order to reduce the dust load of the product gas. The filter can be fed with activated carbon, which diverted before the cooling zone as excess activated carbon and therefore not cooled together with the teerbehafteten product gas. For the fine cleaning, a cleaning device with swap bodies for the activated carbon can be used, as it is known per se.

Es ist bevorzugt, wenn aus dem Verfahren entstehende Aktivkohle, zumindest der Teil mit dem daran adsorbierten Teer aus der dritten Verfahrensstufe, in einem Reaktor mit der Luft verbrannt wird, die in der dritten Verfahrensstufe zuvor zur Abkühlung des Produktgases und der Aktivkohle verwendet wurde. Bevorzugt wird das Abgas der Verbrennung zur Beheizung der Erhitzungszone verwendet. Der Gesamtwirkungsgrad wird dadurch erhöht. Der Brennstoff für einen Reaktor zur Erzeugung der Wärme zur Trocknung oder Freisetzung der flüchtigen Bestandteile der Biomasse bei der Pyrolyse muss nicht gesondert zugeführt werden, sondern fällt automatisch an.It is preferred if activated carbon resulting from the process, at least the part with the tar adsorbed thereon from the third process stage, is combusted in a reactor which was previously used in the third process stage for cooling the product gas and the activated carbon. Preferably, the exhaust gas of the combustion is used to heat the heating zone. The overall efficiency is thereby increased. The fuel for a reactor for generating the heat to dry or release the volatiles of the biomass during pyrolysis need not be supplied separately, but automatically accrues.

Die Vergasungszone kann durch die Wärme eines Reaktors beheizt werden. Dies kann insbesondere durch das indirekte Beheizen einer die Vergasungszone aufweisenden Reaktionskammer bzw. des Reaktionskammerabschnitts erfolgen, in dem die Vergasungszone vorhanden ist. Als Brennstoff für den Reaktor kann bei einem Ausführungsbeispiel die nach dem Abkühlen aus der Kühlzone entnommene Aktivkohle verwendet werden.The gasification zone can be heated by the heat of a reactor. This can be done in particular by the indirect heating of a gasification zone having reaction chamber or the reaction chamber portion in which the gasification zone is present. As fuel for the reactor, in one embodiment, the activated carbon removed after cooling from the cooling zone can be used.

Bei der Verbrennung der Aktivkohle in dem Reaktor kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche der Aktivkohle vor dem Zuführen zu dem Brenner zu vergrößern, beispielsweise indem die Aktivkohle nach der Entnahme aus der Kühlzone gemahlen bzw. feingemahlen wird. Durch ein oder mehrere der genannten Maßnahmen kann die Effizienz des Verfahrens bzw. der Vorrichtung weiter erhöht werden.During the combustion of the activated carbon in the reactor, it may be advantageous to increase the surface area of the activated carbon before it is fed to the burner, for example by grinding or grinding the activated carbon after removal from the cooling zone. By one or more of the measures mentioned, the efficiency of the method or the device can be further increased.

Es ist weiter vorteilhaft, ein bei der Verbrennung in dem Reaktor entstehendes Abgas zur Vorwärmung des sauerstoffhaltigen Gases vor dessen Zufuhr in die Oxidationszone zu verwenden.It is also advantageous to use an exhaust gas produced in the combustion in the reactor for preheating the oxygen-containing gas before it is fed into the oxidation zone.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse mit der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, weist wenigstens eine erste Kammer auf, in der eine Erhitzungszone für die Biomasse bereitgestellt wird. In der Erhitzungszone kann die Biomasse getrocknet und/oder pyrolisiert werden. Die Vorrichtung kann eine Erhitzungszone mit separaten Teilzonen für die Trocknung und die Pyrolyse bereitstellen. Die Teilzonen können beispielsweise in voneinander gesonderten ersten Kammern der Vorrichtung angeordnet sein. Die Vorrichtung weist eine Zuführeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Biomasse der Erhitzungszone zuzuführen, um Pyrolysegas und kohlenstoffhaltigen Reststoff zu erzeugen. Die Vorrichtung weist ferner wenigstens eine zweite Kammer auf, die eine Oxidationszone für die Oxidation des Pyrolysegases und eine Vergasungszone für die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs bereitstellt. Die Vorrichtung kann voneinander gesonderte zweite Kammern aufweisen, so dass die Oxidationszone und die Vergasungszone in getrennten Kammern bereitgestellt werden. Die zweite Kammer bzw. zweiten Kammern mit der Oxidationszone und der Vergasungszone sind vorzugsweise gesondert von der ersten Kammer mit der Erhitzungszone, so dass die Erhitzungszone einerseits und die Oxidationszone sowie die Vergasungszone andererseits voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung weist eine Gaszufuhreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, der Oxidationszone ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, in einer Menge zuzuführen, so dass das in der Oxidationszone vorhandene Pyrolysegas unterstöchiometrisch oxidiert, wodurch ein Rohgas entsteht. Über die Menge des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases und der zugeführten Biomasse lässt sich die Produktion des Produktgases an den Bedarf anpassen. Die Vorrichtung weist ein Fördermittel auf, das dazu eingerichtet ist, das Pyrolesegas aus der Erhitzungszone in die Oxidationszone und das Rohgas aus der Oxidationszone in die Vergasungszone zu fördern und die dazu eingerichtet ist, den kohlenstoffhaltigen Reststoff aus der Erhitzungszone in die Vergasungszone zu fördern. Das Fördermittel arbeitet beispielsweise mit wenigstens einer Fördereinrichtung und/oder mittels der herrschenden Gewichtskraft. Die Vorrichtung weist weiter ein Heizmittel auf, das dazu eingerichtet ist, die Temperatur in der Vergasungszone derart einzustellen, dass der kohlenstoffhaltige Reststoff, gegebenenfalls mit Gasbestandteilen des Rohgases, die dazu in die Vergasungszone gefördert werden, teilweise vergast wird, wodurch Aktivkohle und ein heißes Produktgas entstehen. Das Heizmittel kann eine Heizeinrichtung zum, beispielsweise indirekten, Beheizen der Vergasungszone sein. Alternativ oder zusätzlich kommt als Heizmittel beispielsweise Wärmeeintrag von der Oxidationszone in Frage. Die durch die exotherme unterstöchiometrische Oxidation von Pyrolysegas und gegebenenfalls auch von kohlenstoffhaltigem Reststoff in der Oxidationszone entstehende Wärme kann aus der Oxidationszone in die Vergasungszone beispielsweise durch Wärmestrahlung und/oder durch das heiße Rohgas oder den erhitzten kohlenstoffhaltigen Reststoff, eingetragen werden.The apparatus according to the invention for gasification of biomass with which an embodiment of the method according to the invention can be carried out has at least one first chamber in which a heating zone for the biomass is provided. In the heating zone, the biomass can be dried and / or pyrolyzed. The apparatus may provide a heating zone with separate sub-zones for drying and pyrolysis. The subzones may be arranged, for example, in mutually separate first chambers of the device. The apparatus has a feeder which is adapted to feed the biomass to the heating zone to produce pyrolysis gas and carbonaceous residue. The apparatus further includes at least one second chamber providing an oxidation zone for the oxidation of the pyrolysis gas and a gasification zone for the gasification of the carbonaceous residue. The device may comprise separate second chambers, so that the oxidation zone and the gasification zone are provided in separate chambers. The second chamber or chambers with the oxidation zone and the gasification zone are preferably separate from the first chamber with the heating zone, so that the heating zone on the one hand and the oxidation zone and the gasification zone on the other hand are separated from each other. The device has a gas supply device, which is set up to supply an oxygen-containing gas, for example air, to the oxidation zone in an amount such that the pyrolysis gas present in the oxidation zone undergoes substoichiometric oxidation, whereby a crude gas is produced. The amount of oxygen-containing gas supplied and the biomass supplied can be used to adjust the production of the product gas to the demand. The apparatus comprises a conveying means adapted to convey the pyroles gas from the heating zone into the oxidation zone and the raw gas from the oxidation zone to the gasification zone and adapted to convey the carbonaceous residue from the heating zone to the gasification zone. The conveyor operates, for example, with at least one conveyor and / or by means of the prevailing weight. The apparatus further comprises a heating means adapted to adjust the temperature in the gasification zone so as to partially gasify the carbonaceous residue, optionally with gas constituents of the raw gas fed thereto into the gasification zone, whereby activated carbon and a hot product gas arise. The heating means may be a heater for, for example, indirect, heating the gasification zone. Alternatively or additionally comes as heating means, for example, heat input from the oxidation zone in question. The by the exothermic substoichiometric oxidation of pyrolysis gas and optionally also of carbonaceous Residual material in the oxidation zone resulting heat can be from the oxidation zone in the gasification zone, for example by heat radiation and / or by the hot raw gas or the heated carbonaceous residue, registered.

Das durch die Vergasung erzeugte Produktgas ist noch teerbehaftet. Die Vorrichtung ist deshalb dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge - beispielsweise einen bestimmten Massenfluss - der Aktivkohle aus der Vergasungszone und das Produktgas aus der Vergasungszone in einer Kühlzone der Vorrichtung bereitzustellen. Beispielsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge der Aktivkohle und das heiße Produktgas mit einem Fördermittel aus der Vergasungszone in eine Kühlzone zu fördern. Das Fördermittel weist beispielsweise eine Fördereinrichtung auf und/oder arbeitet mittels der herrschenden Gewichtskraft. Die bestimmte Menge Aktivkohle weist eine Masse von minimal 2% bis maximal 10% der zugeführten Masse der Biomasse (mwaf) bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei auf, aus der die Aktivkohle und das heiße Produktgas entstanden sind. Die bestimmte Menge weist beispielsweise eine Masse von 5% der Masse mwaf der zugeführten Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei auf.The product gas produced by the gasification is still teerbehaftet. The device is therefore adapted to provide a certain amount - for example a certain mass flow - of the activated carbon from the gasification zone and the product gas from the gasification zone in a cooling zone of the device. For example, the device is adapted to convey a certain amount of the activated carbon and the hot product gas with a conveying means from the gasification zone into a cooling zone. The conveyor has, for example, a conveyor and / or works by means of the prevailing weight. The specific amount of activated carbon has a mass of at least 2% to a maximum of 10% of the mass of biomass (mwaf) supplied, based on the reference state, water-free and ash-free, from which the activated carbon and the hot product gas are produced. The specific amount has, for example, a mass of 5% of the mass mwaf of the biomass supplied based on the reference state water and ash-free.

Wenn der Vorrichtung beispielsweise ein Massestrom mBroh an Biomasse zugeführt wird, entsprich dies einem Massestrom mBwaf an Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei, der in der Regel kleiner ist als mBroh, da die der Vorrichtung zugeführte Biomasse in der Regel Wasser und Asche (Mineralstoffe) enthält. In der Vorrichtung entsteht aus dem Massestrom mBroh ein Massestrom an Aktivkohle mAK in der Vergasungszone. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge Aktivkohle in Form eines bestimmten Massenstroms mAK2 der Kühlzone zuzuführen. Und zwar wird eine bestimmte Menge Aktivkohle mit einem Massenstrom mAK2 von minimal 2% bis maximal 10% des Massenstroms an Biomasse bezogen auf den wasser- und aschefreien Bezugszustand der Kühlzone zugeführt. Die Vorrichtung ist für den Fall einer geänderten Nachfrage nach reinem Produktgas, beispielsweise bei einer Laständerung des damit gespeisten Gasmotors, dazu eingerichtet, die in die Kühlzone zu fördernde Menge Aktivkohle nach der Menge der Biomasse (waf) zu bestimmen, die zu der erzeugten Aktivkohle geführt hat, wie auch im Rahmen der Beschreibung des Verfahrens erläutert.If, for example, a mass flow mBroh is fed to biomass to the device, this corresponds to a mass flow mBwaf of biomass based on the reference state without water and ash, which as a rule is smaller than mBroh, since the biomass fed to the device is generally water and ash ( Minerals). In the apparatus, a mass flow of activated carbon mAK in the gasification zone is produced from the mass flow mBroh. The device is adapted to supply a certain amount of activated carbon in the form of a specific mass flow mAK2 the cooling zone. Namely, a certain amount of activated carbon with a mass flow mAK2 of at least 2% to a maximum of 10% of the mass flow of biomass based on the water and ash-free reference state of the cooling zone supplied. The device is in the event of a change in demand for pure product gas, for example, at a load change of the gas engine fed thereto, set up to determine the amount to be conveyed to the cooling zone activated carbon according to the amount of biomass (waf), which led to the activated carbon produced as explained in the description of the procedure.

Die Vorrichtung kann beispielsweise dadurch zur Förderung nur einer bestimmten Menge, beispielsweise eines bestimmten Massenstroms, in die Kühlzone eingerichtet sein, dass die Vorrichtung, beispielsweise mittels einer Prozesssteuerungseinrichtung, den Prozess derart steuert, dass nur ein bestimmter Massenstrom mAK2 Aktivkohle aus dem Bereich zwischen minimal 2% mBwaf bis maximal 10% mBwaf in der Vergasungszone erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung beispielsweise eine Abzweigeinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, überschüssige Aktivkohle vor der Kühlzone abzuzweigen, so dass die überschüssige Aktivkohle nicht in die Kühlzone gefördert wird.By way of example, the device can be set up to convey only a specific quantity, for example a specific mass flow, into the cooling zone such that the device controls the process, for example by means of a process control device, so that only a specific mass flow mAK2 of activated carbon from the region between minimum 2 % mBwaf up to a maximum of 10% mBwaf in the gasification zone. Alternatively or additionally, the device may, for example, have a branching device, which is set up to branch off excess activated carbon upstream of the cooling zone, so that the excess activated carbon is not conveyed into the cooling zone.

Die Vorrichtung weist außerdem eine Kühleinrichtung auf, die eine Kühlkammer zum gemeinsamen Abkühlen der abgezweigten bestimmten Menge Aktivkohle und des Produktgases aufweist. Die Kühleinrichtung ist dazu eingerichtet, die bestimmte abgezweigte Menge Aktivkohle und das heiße Produktgas in der Kühlzone, die die Kühlkammer bereitstellt, gemeinsam derart abzukühlen, dass ein Adsorptionsprozess während des Abkühlens in der Kühlzone stattfindet, bei dem die Aktivkohle während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas angereichert wird.The apparatus further comprises a cooling device having a cooling chamber for co-cooling the diverted particular amount of activated carbon and the product gas. The cooling device is configured to co-cool the particular branched amount of activated carbon and the hot product gas in the cooling zone that provides the cooling chamber such that an adsorption process takes place during cooling in the cooling zone, wherein the activated carbon during cooling by tar from the hot product gas is enriched.

Da die bestimmte Menge Aktivkohle und das heiße Produktgas in der Kühlkammer zusammen abgekühlt werden und es während der Abkühlung zu einer Adsorption des in dem Produktgas enthaltenen Teers an die Aktivkohle kommt, setzt sich der Teer überhaupt nicht oder nur zu einem vernachlässigbaren Anteil an der Wand der Kühlkammer der Kühleinrichtung ab. Folglich muss die Kühlkammer nicht aufwendig gereinigt werden. Es ist damit sogar ein mannloser Betrieb der Vorrichtung möglich.Since the specific amount of activated carbon and the hot product gas are cooled together in the cooling chamber and it comes to the adsorption of the tar contained in the product gas to the activated carbon during cooling, the tar is not at all or only a negligible proportion of the wall of the Cooling chamber of the cooling device from. Consequently, the cooling chamber does not need to be cleaned consuming. It is thus even a unmanned operation of the device possible.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung eine gemeinsame Reaktionskammer für die Oxidation und die Vergasung. Die Förderung des Rohgases und des kohlenstoffhaltigen Reststoffes von der Oxidationszone in die Vergasungszone findet zumindest unterstützt durch die Gewichtskraft im Wesentlichen in vertikaler Richtung statt. Gleichermaßen kann der Transport des heißen Produktgases und der Aktivkohle von der Vergasungszone in die Kühlzone zumindest unterstützt durch die Gewichtskraft erfolgen. Es ist bevorzugt die Oxidationszone und die Vergasungszone in einer Kammer und die Kühlzone in einer davon gesonderten weiteren Kammer anzuordnen. Zur Förderung der Stoffe zwischen den Kammern und/oder innerhalb der Kammern können entsprechende Fördermittel wie etwa Förderschnecken oder dergleichen vorhanden sein.In one embodiment, the device has a common reaction chamber for oxidation and gasification. The promotion of the raw gas and the carbonaceous residue from the oxidation zone in the gasification zone takes place at least supported by the weight force substantially in the vertical direction. Likewise, the transport of the hot product gas and the activated carbon from the gasification zone into the cooling zone can at least be assisted by the weight force. It is preferable to arrange the oxidation zone and the gasification zone in one chamber and the cooling zone in a separate chamber separate therefrom. To convey the substances between the chambers and / or within the chambers, appropriate conveying means such as augers or the like may be present.

Bevorzugt sind die Oxidations- und Vergasungszonen einerseits und die Kühlzone andererseits voneinander getrennt. Durch die Anordnung der Zonen in separaten Kammern ist die Vorrichtung zur Durchführung eines gestuften Verfahrens eingerichtet.Preferably, the oxidation and gasification zones on the one hand and the cooling zone on the other hand are separated from each other. By arranging the zones in separate chambers, the apparatus is arranged to perform a stepped process.

Es bevorzugt, wenn die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Vergasung der Biomasse bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck durchführen zu können. Beispielsweise sind dazu an einem Eingang der Vorrichtung zum Zuführen von Biomasse, einem Auslass der Vorrichtung zum Ableiten des gereinigten Produktgases und/oder einem Ausgang der Vorrichtung zum Abführen von Asche jeweils Schleusen angeordnet, die derart eingerichtet sind, die Vorrichtung zwischen Eingang und Ausgang bzw. Auslass bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck betreiben zu können.It is preferred, when the device is set up, to gasify the biomass at ambient pressure to be able to carry out increased pressure. For example, to an input of the device for supplying biomass, an outlet of the device for discharging the purified product gas and / or an output of the device for discharging ash each sluices are arranged, which are arranged so the device between input and output or To operate outlet at elevated pressure relative to ambient pressure.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

  • Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Figur 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit einer gesonderten Erhitzungskammer zur Trocknung und Pyrolyse und einer gemeinsamen Reaktionskammer für eine Oxidationszone und eine Vergasungszone sowie einer separaten Kühlzone in einer gesonderten Kühlkammer.
Advantageous embodiments of the method and the device will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • FIG. 1 a block diagram of an embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention.
  • FIG. 2 a block diagram of another embodiment of the method and the device according to the invention,
  • FIG. 3 An embodiment of the device with a separate heating chamber for drying and pyrolysis and a common reaction chamber for an oxidation zone and a gasification zone and a separate cooling zone in a separate cooling chamber.

Der Figur 1 ist schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Das Blockschaltbild zeigt ein Verfahren 10 bzw. eine Vorrichtung 11 zum Vergasen einer Biomasse B. Das Verfahren weist im Wesentlichen drei aufeinanderfolgende Verfahrensstufen 12, 13, 14 auf. In einer ersten Verfahrensstufe 12 wird die Biomasse B gemeinsam mit einem sauerstoffhaltigen Gas, einer Oxidationszone ZO zugeführt. Als sauerstoffhaltiges Gas wird beim Ausführungsbeispiel Luft L verwendet. Die Menge an zugeführter Luft L wird abhängig vom Bedarf an einem zu erzeugenden Produktgas eingestellt. Außerdem kann über die Menge an Luft L eine Temperatur TO in der Oxidationszone ZO eingestellt werden.Of the FIG. 1 schematically a block diagram of an embodiment of the invention is illustrated. The block diagram shows a method 10 or a device 11 for gasifying a biomass B. The method essentially has three successive process stages 12, 13, 14. In a first process stage 12, the biomass B is supplied together with an oxygen-containing gas, an oxidation zone ZO. As the oxygen-containing gas in the embodiment, air L is used. The amount of supplied air L is adjusted depending on the demand for a product gas to be generated. In addition, via the amount of air L, a temperature TO in the oxidation zone ZO can be set.

In dieser ersten Verfahrensstufe 12 oxidiert die Biomasse B in der Oxidationszone ZO unterstöchiometrisch. Dabei entsteht ein Rohgas R und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff RK. Die Temperatur TO in der Oxidationszone wird unterhalb, aber möglichst nahe am Ascheschmelzpunkt oder am Ascherweichungspunkt der Asche des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK eingestellt. Dadurch wird vermieden, dass die Asche des kohlenstoffhaltigen Reststoffes in der Oxidationszone ZO schmilzt bzw. erweicht und ist zur Verklebung und im Bereich der Oxidationszone ZO kommt. Andererseits wird durch eine sehr hohe Temperatur TO in der Oxidationszone ZO bereits eine Reduzierung des Teergehalts im Rohgas R erreicht. Das Rohgas R und der kohlenstoffhaltige Reststoff RK werden anschließend in einer zweiten Verfahrensstufe 13 in einer Vergasungszone ZV teilweise vergast. Vergasungszone ZV kann mit Hilfe einer Heizeinrichtung 15 indirekt beheizt werden. Andernfalls kann die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV beispielsweise durch Eintrag von Wärme aus der Oxidationszone ZO, insbesondere durch den Eintrag von heißem kohlenstoffhaltigem Reststoff RK sowie heißem Rohgas R eingestellt werden. Die Heizeinrichtung 15 kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielen wenigstens einen Brenner 16 aufweisen.In this first process stage 12, the biomass B oxidizes substoichiometrically in the oxidation zone ZO. This produces a raw gas R and a carbonaceous residue RK. The temperature TO in the oxidation zone is set below, but as close as possible to the ash melting point or ash softening point of the ashes of the carbonaceous residue RK. This avoids that the ash of the carbonaceous residue melts or softens in the oxidation zone ZO and is for bonding and in the region of the oxidation zone ZO comes. On the other hand, a reduction of the tar content in the raw gas R is already achieved by a very high temperature TO in the oxidation zone ZO. The raw gas R and the carbonaceous residue RK are then partially gasified in a second process stage 13 in a gasification zone ZV. Gasification zone ZV can be heated indirectly by means of a heating device 15. Otherwise, the temperature TV in the gasification zone ZV can be adjusted, for example, by introducing heat from the oxidation zone ZO, in particular by introducing hot carbonaceous residue RK and hot raw gas R. The heater 15 may include at least one burner 16 in the preferred embodiment.

Die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV kann über die Heizeinrichtung 15 unabhängig von der Temperatur in der Oxidationszone ZO eingestellt werden. Die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV beträgt beim Ausführungsbeispiel wenigstens 800°C und maximal 1000°C. Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK wird in der Vergasungszone ZV mit Gasbestandteilen des Rohgases teilweise vergast, wobei beim Ausführungsbeispiel bis zu etwa 75% des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK vergast werden. Die Gasbestandteile, die zu der Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK verwendet werden, sind hauptsächlich Wasserdampf und Kohlendioxid.The temperature TV in the gasification zone ZV can be adjusted via the heating device 15 independently of the temperature in the oxidation zone ZO. The temperature TV in the gasification zone ZV is in the embodiment at least 800 ° C and at most 1000 ° C. The carbonaceous residue RK is partly gasified in the gasification zone ZV with gas components of the raw gas, wherein in the embodiment, up to about 75% of the carbonaceous residue RK are gasified. The gas components used for the gasification of the carbonaceous residue RK are mainly water vapor and carbon dioxide.

Unter diesen Bedingungen entsteht in der Vergasungszone ZV ein heißes Produktgas PH, das noch einen unerwünscht hohen Anteil Teer aufweist, sowie Aktivkohle AK. Das heiße Produktgas PH und eine bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 werden daraufhin der Kühlzone ZK zugeführt, um das Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 gemeinsam abzukühlen, so dass der Teer aus dem heißen Produktgas PH auf die Menge Aktivkohle MAK2 während des gemeinsamen Abkühlens auf die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 übertragen wird. Auf diese Weise kann ein Niederschlag des Teers auf der Wand der Kammer, die die Kühlzone ZK bereitstellt, verhindert werden, da die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 den Teer aufnimmt. Andererseits wir die Aktivkohle AK effizient genutzt.Under these conditions, a hot product gas PH, which still has an undesirably high proportion of tar, and activated carbon AK is formed in the gasification zone ZV. The hot product gas PH and a certain amount of activated carbon MAK2 are then supplied to the cooling zone ZK to co-cool the product gas PH and the determined amount of activated carbon MAK2, so that the tar from the hot product gas PH on the amount of activated carbon MAK2 during co-cooling on the certain amount of activated carbon MAK2 is transferred. In this way, precipitation of the tar on the wall of the chamber providing the cooling zone ZK can be prevented because the certain amount of activated carbon MAK2 absorbs the tar. On the other hand, we used the activated carbon AK efficiently.

Die Menge Aktivkohle MAK2, die gemeinsam mit dem Produktglas PH abgekühlt wird, bestimmt sich nach der Menge zugeführter Biomasse MB, die zu der Aktivkohle AK sowie dem Produktglas PH geführt haben. Die zugeführte Menge Biomasse MB enthält in der Regel Wasser und Asche und weist eine Masse mBroh auf. Dies entspricht einer Masse mBwaf bei einem Bezugszustand wasser- und aschefrei (waf). Die Menge Aktivkohle MAK2, die der Kühlzone zugeführt wird, weist eine Masse mAK2 auf, die minimal 2% bis maximal 10% der Masse mWAF der zugeführten Biomasse B bezogen auf einen wasser-und aschefreien Bezugszustand der zugeführten Biomasse B entspricht.The amount of activated carbon MAK2, which is cooled together with the product glass PH, is determined by the amount of supplied biomass MB, which led to the activated carbon AK and the product glass PH. The supplied amount of biomass MB usually contains water and ash and has a Mass mBroh on. This corresponds to a mass mBwaf in a reference state water-and ash-free (waf). The amount of activated carbon MAK2, which is supplied to the cooling zone, has a mass mAK2 that corresponds to a minimum of 2% to a maximum of 10% of the mass mWAF of the supplied biomass B based on a water and ash-free reference state of the supplied biomass B.

In einer dritten Verfahrensstufe 14 wird das heiße Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 und die im Vergaser entstehende Asche mit Hilfe einer Kühleinrichtung 17 indirekt abgekühlt. Dabei findet in der Kühlzone ZK ein Adsorptionsprozess statt, bei dem sich der Teer aus dem Produktgas PH während des gemeinsamen Abkühlens mit der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 bindet. Die Menge Aktivkohle MAK2 wird durch den Teer aus dem Produktgas PH während des Abkühlens in einer gemeinsamen Kammer angereichert.In a third process stage 14, the hot product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 and the ashes produced in the gasifier are cooled indirectly with the aid of a cooling device 17. In this case, takes place in the cooling zone ZK an adsorption process in which the tar from the product gas PH binds during the co-cooling with the specific amount of activated carbon MAK2. The amount of activated carbon MAK2 is enriched by the tar from the product gas PH during cooling in a common chamber.

Das heiße Produktgas PH kann innerhalb der Kühlzone ZK beispielsweise auf eine Temperatur von unter 50°C abgekühlt werden. Das Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 werden in der dritten Verfahrensstufe für den Adsorptionsprozess vorzugsweise zusammen nicht unter eine untere Grenztemperatur abgekühlt, die größer ist als die Taupunktemperatur des Produktgases PH. Auf diese Weise kann ein hoher Nutzen aus der Beladekapazität der Aktivkohle gezogen werden. Durch das Anreichern der Aktivkohle MAK2 durch den Teer aus dem Produktgas PH entsteht am Ende der Kühlzone ZK ein abgekühltes Produktgas PA, das auch als Reingas PR bezeichnet werden kann. Das Reingas PR ist vollständig teerfrei oder enthält lediglich noch einen vernachlässigbaren Teeranteil. Das Reingas PR kann zur Energiegewinnung verwendet werden und bedarf insbesondere keiner weiteren aufwendigen Nachbehandlung zur Teerentfernung. Insbesondere kann das Reingas PR unmittelbar in Heizkraftwerken eingesetzt werden.The hot product gas PH can be cooled within the cooling zone ZK, for example to a temperature of below 50 ° C. The product gas PH and the determined amount of activated carbon MAK2 are preferably not cooled together in the third stage of the adsorption process below a lower limit temperature which is greater than the dew point temperature of the product gas PH. In this way, a high benefit can be drawn from the loading capacity of the activated carbon. By enriching the activated carbon MAK2 by the tar from the product gas PH, a cooled product gas PA, which can also be referred to as pure gas PR, is formed at the end of the cooling zone ZK. The clean gas PR is completely tar-free or contains only a negligible tar content. The clean gas PR can be used to generate energy and, in particular, requires no further expensive aftertreatment for tar removal. In particular, the clean gas PR can be used directly in heating plants.

Neben der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 zum gemeinsamen Abkühlen bleibt möglicherweise eine überschüssige Menge Aktivkohle MAK1 aus der Vergaserzone ZV übrig. Diese kann, wie durch den Pfeil P in Figur 1 angedeutet, vor der Kühlzone ZK abgezweigt bzw. entnommen werden. Die überschüssige Teilmenge MAK1 mit einem Massenstrom mAK1 kann zur weiteren Feinreinigung des Reingases PR einer Reinigungsbehälteranordnung zugeführt werden, um den Restteergehalt des Reingases PR nach dem gemeinsamen Abkühlen noch weiter zu reduzieren. Solche Reinigungsbehälteranordnung zur Gasreinigung sind an sich bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.In addition to the specific amount of activated carbon MAK2 for co-cooling may remain an excess amount of activated carbon MAK1 from the Vergaserzone ZV. This can, as indicated by the arrow P in FIG. 1 indicated, branched off or removed before the cooling zone ZK. The excess subset MAK1 with a mass flow mAK1 can be supplied for further fine cleaning of the clean gas PR a cleaning tank assembly to further reduce the residual tar content of the clean gas PR after co-cooling. Such cleaning container arrangement for gas purification are known per se, so that can be dispensed with a detailed description.

Wie in Figur 1 gestrichelt veranschaulicht, kann das abgekühlte Produktgas PA bzw. das Reingas PR in einer geeigneten Staubabscheideeinheit 18 von Staub befreit werden, beispielsweise durch Filter, elektrostatische Einrichtungen, Zyklone oder dergleichen.As in FIG. 1 illustrated by dashed lines, the cooled product gas PA and the clean gas PR can be freed of dust in a suitable Staubabscheideeinheit 18, for example by filters, electrostatic devices, cyclones or the like.

Die Menge Aktivkohle MAK2 kann aus der Kühlzone ZK entnommen und mit Hilfe einer Mahleinrichtung 19 gemahlen bzw. feingemahlen werden. Die gemahlene Aktivkohle, die nachfolgend als Kohlenstaub SK bezeichnet wird, kann als Energieträger für eine Verbrennung eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Kohlestaub SK oder zumindest ein Teil davon dem Brenner der Heizeinrichtung 15 zur indirekten Beheizung der Vergasungszone ZV zugeführt werden.The amount of activated carbon MAK2 can be removed from the cooling zone ZK and ground or finely ground with the aid of a grinder 19. The ground activated carbon, hereinafter referred to as coal dust SK, can be used as an energy source for combustion. For example, the coal dust SK or at least a part thereof can be supplied to the burner of the heating device 15 for indirect heating of the gasification zone ZV.

In Figur 1 sind außerdem zwei Möglichkeiten zur Verwendung eines Abgases G des wenigstens eines Brenners 16 der Heizeinrichtung veranschaulicht. Das Abgas G kann zum einen in einer Trocknungseinrichtung 20 zur Trocknung der Biomasse B vor dem Zuführen in die Oxidationszone ZO verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Abgas G in einer Vorwärmeinrichtung 21 zum Vorwärmen der Luft L bzw. des sauerstoffhaltigen Gases vor dem Zuführen zur Oxidationszone ZO eingesetzt werden.In FIG. 1 In addition, two possibilities for using an exhaust gas G of the at least one burner 16 of the heating device are illustrated. The exhaust gas G can on the one hand in a drying device 20 for drying the Biomass B be used before feeding into the oxidation zone ZO. Alternatively or additionally, the exhaust gas G can be used in a preheating device 21 for preheating the air L or the oxygen-containing gas prior to feeding to the oxidation zone ZO.

Das Verfahren kann als eine Mischform aus einer autothermen und allothermen Vergasung durchgeführt werden. Für die optionale indirekte Beheizung der Vergasungszone ZV in der zweiten Verfahrensstufe 13 werden in einem Beispiel höchstens 10% des Energiegehalts der Biomasse benötigt. Das Reingas PR hat einen Heizwert zwischen 1,5 und 2 kWh/m3. Es lassen sich Kaltwirkungsgrade von über 80% erreichen. Das Entnehmen des Teers aus dem Produktgas PH durch die Adsorption beim gemeinsamen Abkühlen des Produktgases PH und der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 in der dritten Verfahrensstufe 14 ist äußerst wirtschaftlich und erfordert weder hohe Investitionskosten, noch einen hohen Wartungsaufwand.The process may be carried out as a mixed form of autothermal and allothermal gasification. For the optional indirect heating of the gasification zone ZV in the second process stage 13, in one example at most 10% of the energy content of the biomass is needed. The clean gas PR has a calorific value between 1.5 and 2 kWh / m 3 . Cold efficiencies of over 80% can be achieved. The removal of the tar from the product gas PH by the adsorption during co-cooling of the product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 in the third process stage 14 is extremely economical and requires neither high investment costs, nor a high maintenance.

In Figur 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht. Im Folgenden werden die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 beschrieben. Ansonsten gilt die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.In FIG. 2 a further embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention is illustrated. The following are the differences from the embodiment in FIG. 1 described. Otherwise, the description applies to the embodiment according to FIG. 1 ,

Die erste Verfahrensstufe 12 ist in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 in eine Erhitzungsstufe 12i und eine Oxidationsstufe 12ii unterteilt. In der Erhitzungsstufe 12i wird die Biomasse B einer Erhitzungszone ZE zugeführt. In der Erhitzungszone ZE wird die Biomasse B getrocknet und derart erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse B entweichen. Dabei entsteht ein Gas aus den flüchtigen Bestandteilen PY (Pyrolysegas) und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff RK. Wie veranschaulicht, kann die Erhitzungszone ZE mit dem Abgas G des Brenners 16 der Heizeinrichtung 15 erhitzt werden. Alternativ oder zusätzlich, jedoch nicht dargestellt, kann die Erhitzungszone ZE mit Abgas eines Gasmotors beheizt werden, der mit dem Reingas PR aus dem Verfahren gespeist wird. Die Temperatur TE in der Erhitzungszone beträgt beispielsweise etwa 500°C. Das Pyrolysegas PY wird der Oxidationszone ZO zugeführt. Der Oxidationszone ZO wird außerdem ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft L, in einer Menge zugeführt, dass das Pyrolysegas PY in der Oxidationszone ZO unterstöchiometrisch oxidiert. Die Luft L kann in einer mit dem Abgas des Brenners 16 wärmegespeisten Vorwärmeinrichtung 21 vorgewärmt werden.The first process stage 12 is in the embodiment according to FIG. 2 divided into a heating stage 12i and an oxidation stage 12ii. In the heating stage 12i, the biomass B is fed to a heating zone ZE. In the heating zone ZE, the biomass B is dried and heated so that the volatiles escape from the biomass B. This creates a gas from the volatile components PY (pyrolysis gas) and a carbonaceous residue RK. As illustrated, the Heating zone ZE are heated with the exhaust gas G of the burner 16 of the heater 15. Alternatively or additionally, but not shown, the heating zone ZE can be heated with exhaust gas of a gas engine, which is fed with the clean gas PR from the process. The temperature TE in the heating zone is about 500 ° C, for example. The pyrolysis gas PY is supplied to the oxidation zone ZO. The oxidation zone ZO is also supplied with an oxygen-containing gas, for example air L, in an amount such that the pyrolysis gas PY is substoichiometrically oxidized in the oxidation zone ZO. The air L can be preheated in a preheating device 21 which is supplied with heat to the exhaust gas of the burner 16.

Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK kann zusammen mit dem Pyrolysegas PY der Oxidationszone ZO geführt werden und/oder unter Umgehung der Oxidationszone ZO direkt der Vergasungszone ZV zugeführt werden. Ein Teil des kohlenstoffhaltigen Reststoffs RK kann in der Oxidationszone ZO unterstöchiometrisch oxidieren.The carbonaceous residue RK can be conducted together with the pyrolysis PY of the oxidation zone ZO and / or be fed directly to the gasification zone ZV bypassing the oxidation zone ZO. A portion of the carbonaceous residue RK can substoichiometrically oxidize in the oxidation zone ZO.

Das Abgas des Brenners 16 der Heizeinrichtung 15 kann optional zur Beheizung der Vergasungszone ZV verwendet werden.The exhaust gas of the burner 16 of the heater 15 may optionally be used to heat the gasification zone ZV.

Durch eine räumliche Trennung von Erhitzung zur Trocknung und Pyrolyse einerseits und Oxidation andererseits wird das Verfahren gestuft ausgeführt. Die gewünschte Temperatur TO in der Oxidationszone ZO kann dadurch weitgehend unabhängig von der Stückgröße der Biomasse B sowie der Feuchtigkeit der Biomasse erreicht und eingestellt werden.By a spatial separation of heating for drying and pyrolysis on the one hand and oxidation on the other hand, the process is carried out stepped. The desired temperature TO in the oxidation zone ZO can thus be achieved and adjusted largely independently of the piece size of the biomass B and the moisture of the biomass.

In Figur 3 ist schematisch in einer teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 11 zur Vergasung von Biomasse B veranschaulicht. Die Vorrichtung 11 weist einen im Wesentlichen vertikal angeordneten, beispielsweise zylindrischen Reaktionsbehälter 22 auf, der eine gemeinsame Reaktionskammer 23 begrenzt. In einem oberen Abschnitt der Reaktionskammer 23 bzw. des Reaktionsbehälters 22 ist die Oxidationszone ZO und in einem sich daran anschließenden Abschnitt die Vergasungszone ZV gebildet. Durch die vertikale Anordnung lässt sich ein vereinfachter Transport innerhalb der Reaktionskammer 23 ohne aufwendige Fördereinrichtungen erreichen. Alternativ dazu kann die wenigstens eine Reaktionskammer 23 horizontal oder schräg zu der Vertikalen und Horizontalen geneigt ausgerichtet sein.In FIG. 3 is schematically illustrated in a partially sectioned side view of an embodiment of an apparatus 11 for the gasification of biomass B. The device 11 has a substantially vertically arranged, for example, cylindrical reaction vessel 22 which defines a common reaction chamber 23. In an upper portion of the reaction chamber 23 and the reaction vessel 22, the oxidation zone ZO and in a subsequent section, the gasification zone ZV is formed. The vertical arrangement allows a simplified transport within the reaction chamber 23 without consuming conveyors reach. Alternatively, the at least one reaction chamber 23 may be oriented horizontally or inclined to the vertical and horizontal.

Die Oxidationszone ZO und die Vergasungszone ZV können alternativ auch in voneinander gesonderten Reaktionskammern gebildet sein (in Figur 3 nicht dargestellt). Die gesonderten Reaktionskammern können in voneinander gesonderten Reaktionsbehältern angeordnet sein.The oxidation zone ZO and the gasification zone ZV can alternatively also be formed in reaction chambers which are separate from one another (in FIG FIG. 3 not shown). The separate reaction chambers may be arranged in separate reaction containers.

Beim vertikal oberen Ende des Reaktionsbehälters 22 kann der Reaktionskammer 23 kohlenstoffhaltiger Reststoff RK sowie Pyrolysegas PY zugeführt werden. Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK und das Pyrolysegas PY können in einer von der Reaktionskammer 23 gesonderten Erhitzungskammer 24 der Vorrichtung 11, die eine Erhitzungszone ZE in der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse der Biomasse B bereitstellt, erzeugt werden. Die Erhitzungskammer ist über eine Leitung 25 für Pyrolysegas PY und kohlenstoffhaltigen Reststoff RK mit der Reaktionskammer 23 verbunden.At the vertically upper end of the reaction vessel 22 of the reaction chamber 23 carbonaceous residue RK and pyrolysis PY can be supplied. The carbonaceous residue RK and the pyrolysis gas PY can be generated in a separate from the reaction chamber 23 heating chamber 24 of the device 11, which provides a heating zone ZE in the heating chamber 24 for drying and pyrolysis of the biomass B. The heating chamber is connected to the reaction chamber 23 via a pipe 25 for pyrolysis gas PY and carbonaceous residue RK.

Die Erhitzungskammer 24 wird aus einem Silo 26 oder einem Zwischenbehälter mit Biomasse B gespeist. Dazu ist, dass Silo 26 bzw. der Zwischenbehälter mit dem Eingang 27 der Erhitzungskammer 24 verbunden. Zwischen dem Silo 26 und der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse ist eine erste Schleuse 28 angeordnet. Beispielsweise kann mit dieser ersten Schleuse 28 der Massenstrom mBroh an Biomasse B, der der Erhitzungskammer 24 zugeführt wird, eingestellt werden. In der Erhitzungskammer 24, die gegenüber der Vertikalen bzw. Horizontalen schräg angestellt ist, ist eine Fördereinrichtung 29, beispielsweise eine Förderschnecke angeordnet, um die Biomasse B von dem Eingang 27 der Erhitzungskammer 24 durch die Erhitzungskammer 24 zu fördern. Am Ausgang 30 der Erhitzungskammer 24 ist diese über die Leitung 25 mit der Reaktionskammer 23 verbunden, die die Oxidationszone ZO und die Vergasungszone ZV bereitstellt. Die Erhitzungskammer ZE und die Reaktionskammer 23 sind voneinander gesonderte Kammern, so dass die Temperatur in der Reaktionskammer 23 und der Erhitzungskammer 24 weitgehend unabhängig voneinander eingestellt werden können. Im oberen Abschnitt des Reaktionsbehälters 22 ist außerdem eine Gaszufuhreinrichtung 31 zum Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases bzw. der Luft L in die Oxidationszone ZO vorhanden. Die Luft wird beispielsweise mittels einer Leitung 32 der Gaszufuhreinrichtung 31 direkt in die Oxidationszone ZO geleitet. In der Reaktionskammer 23 ist ein Temperatursensor 33 zur Erfassung der Temperatur TO in der Oxidationszone ZO vorhanden. Die erfasste Temperatur wird zur Regelung der Temperatur an eine nicht näher dargestellte Prozesssteuereinrichtung übermittelt. Ebenso können in der Erhitzungszone ZE sowie in der Vergasungszone ZV nicht näher dargestellte Temperatursensoren angeordnet sein, die die Temperatur in der Erhitzungszone ZE bzw. in der Vergasungszone ZV erfassen und an die Prozesssteuereinrichtung weiterleiten können.The heating chamber 24 is fed from a silo 26 or intermediate tank with biomass B. In addition, the silo 26 or the intermediate container is connected to the inlet 27 of the heating chamber 24. Between the silo 26 and the heating chamber 24 for drying and pyrolysis is a first lock 28 is arranged. For example, with this first lock 28, the mass flow mBroh can be adjusted to biomass B, which is supplied to the heating chamber 24. In the heating chamber 24, which is inclined relative to the vertical or horizontal, a conveyor 29, such as a screw conveyor is arranged to promote the biomass B from the entrance 27 of the heating chamber 24 through the heating chamber 24. At the outlet 30 of the heating chamber 24, this is connected via the line 25 to the reaction chamber 23, which provides the oxidation zone ZO and the gasification zone ZV. The heating chamber ZE and the reaction chamber 23 are separate from each other chambers, so that the temperature in the reaction chamber 23 and the heating chamber 24 can be adjusted largely independently. In the upper portion of the reaction vessel 22, there is also provided a gas supply means 31 for supplying the oxygen-containing gas and the air L into the oxidation zone ZO, respectively. The air is conducted, for example, by means of a line 32 of the gas supply device 31 directly into the oxidation zone ZO. In the reaction chamber 23, a temperature sensor 33 for detecting the temperature TO in the oxidation zone ZO is present. The detected temperature is transmitted to control the temperature to a process control device not shown. Likewise, in the heating zone ZE and in the gasification zone ZV not shown temperature sensors may be arranged, which detect the temperature in the heating zone ZE or in the gasification zone ZV and can forward it to the process control device.

An dem in Förderrichtung liegenden Ende 34 der Reaktionskammer 23 kann eine durch den Pfeil in Figur 3 angedeutete Abzweigeinrichtung 35 angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, überschüssige Aktivkohle AK, die nicht für die gemeinsame Kühlung von Aktivkohle AK und Produktgas PH in der Kühlzone ZK verwendet werden soll, vor der Kühlzone ZK abzuzweigen. An dem Ende 34 der Reaktionskammer 23 ist diese mit einer Kühlkammer 36 verbunden, die in einem Kühlkammerbehälter 37 enthalten ist. Die Kühlkammer 36 stellt eine Kühlzone ZK bereit. Die Kühlkammer 36 ist ebenfalls gegenüber der Vertikalen und Horizontalen schräg angestellt. Alternativ kann diese beispielsweise vertikal oder horizontal ausgerichtet sein. In der Kühlkammer 36 ist eine Fördereinrichtung 38, beispielsweise eine Förderschnecke, angeordnet, die dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Menge, beispielsweise einen bestimmten Massenfluss, der in der Reaktionskammer 23 erzeugten Aktivkohle AK durch die Kühlkammer 36 zu führen. Außerdem kann die Fördereinrichtung 38 zur Förderung des heißen Produktgases PH in die Kühlkammer 36 bzw. die Kühlzone ZK beitragen. An dem in Förderrichtung der Aktivkohle AK bzw. des Produktgases PH liegenden Ende 39 der Kühlkammer 36 ist diese mit einer Abscheidekammer 40 verbunden, die einen Filter 18 sowie einen Auslass 41 für das Reingas PR aufweist. Der Filter 18 kann beispielsweise mit vor der Kühlzone ZK abgezweigter Aktivkohle AK gespeist werden. An dem Auslass 41 ist ein Temperatursensor 42 angeordnet, der die Gasaustrittstemperatur des gereinigten Produktgases PR erfasst und an die Prozesssteuereinrichtung übermittelt. Die Abscheidekammer 40 weist außerdem an ihrem unteren Ende einen Auslass 43 für die mit Teer beladene Aktivkohle AK auf. An dem Auslass 43 ist die Abscheidekammer 40 mit einem Reaktor 44 zur Verbrennung der mit Teer beladenen Aktivkohle AK verbunden. Zwischen der Abscheidekammer 40 sowie dem Reaktor 44 ist eine zweite Schleuse 45 angeordnet, durch die die teerbehaftete Aktivkohle AK in den Reaktor 44 zur Verbrennung der teerbeladenen Aktivkohle befördert wird. Der Reaktor 44 kann in einem Ausführungsbeispiel außerdem mit vor der Kühlzone ZK abgezweigter überschüssiger Aktivkohle AK gespeist werden, wobei eine entsprechende Zuleitung in Figur 3 nicht dargestellt ist. Die zweite Schleuse 45 ist ebenso wie die erste Schleuse 28 am Eingang 27 der Erhitzungskammer 24 dazu eingerichtet, dass die Vorrichtung 11 in der Erhitzungskammer 24, der Reaktionskammer 23 der Kühlkammer 36 sowie der Abscheidekammer 40 bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck, beispielsweise bei 5 Bar, betrieben werden kann.At the lying in the conveying direction end 34 of the reaction chamber 23 may be indicated by the arrow in FIG FIG. 3 indicated branching device 35, which is adapted to excess activated carbon AK, not for the common cooling of activated carbon AK and product gas PH in the cooling zone ZK is to be used to branch off in front of the cooling zone ZK. At the end 34 of the reaction chamber 23, this is connected to a cooling chamber 36, which is contained in a cooling chamber container 37. The cooling chamber 36 provides a cooling zone ZK. The cooling chamber 36 is also inclined relative to the vertical and horizontal. Alternatively, this can be aligned, for example, vertically or horizontally. In the cooling chamber 36, a conveyor 38, such as a screw conveyor, arranged, which is adapted to a certain amount, for example, a certain mass flow, the activated carbon AK produced in the reaction chamber 23 to lead through the cooling chamber 36. In addition, the conveyor 38 can contribute to the promotion of the hot product gas PH in the cooling chamber 36 and the cooling zone ZK. At the lying in the conveying direction of the activated carbon AK and the product gas PH end 39 of the cooling chamber 36, this is connected to a separation chamber 40 having a filter 18 and an outlet 41 for the clean gas PR. The filter 18 can be fed, for example, with activated carbon AK branched off before the cooling zone ZK. At the outlet 41, a temperature sensor 42 is arranged, which detects the gas outlet temperature of the purified product gas PR and transmitted to the process control device. The Abscheidekammer 40 also has at its lower end an outlet 43 for the loaded with tar activated carbon AK. At the outlet 43, the separation chamber 40 is connected to a reactor 44 for combustion of the tar laden activated carbon AK. Between the separation chamber 40 and the reactor 44, a second lock 45 is arranged, through which the tar-charged activated carbon AK is conveyed into the reactor 44 for combustion of the tar-charged activated carbon. The reactor 44 may also be fed in one embodiment with branched off before the cooling zone ZK excess activated carbon AK, with a corresponding Supply line in FIG. 3 not shown. The second lock 45, like the first lock 28, is arranged at the inlet 27 of the heating chamber 24 in such a way that the device 11 in the heating chamber 24, the reaction chamber 23 of the cooling chamber 36 and the separation chamber 40 is at an elevated ambient pressure, for example 5 bar. can be operated.

Der Reaktor 44 zur Verbrennung der mit der beladenen Aktivkohle AK weist einen Auslass 46 für die Asche auf, wobei die Asche beispielsweise mittels eines Drehtellers 47 zum Ausgang befördert werden kann. An dem Auslass 46 weist der Reaktor 44 eine dritte Schleuse 48 auf, die wie die anderen Schleusen 28, 45 derart eingerichtet ist, so dass die Vorrichtung 11 bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck betrieben werden kann.The reactor 44 for the combustion of the loaded activated carbon AK has an outlet 46 for the ash, wherein the ash can be conveyed for example by means of a turntable 47 to the exit. At the outlet 46, the reactor 44 has a third lock 48, which, like the other locks 28, 45, is set up such that the device 11 can be operated at elevated pressure relative to ambient pressure.

Die Erhitzungskammer 24, die die Erhitzungszone ZE bereitstellt, ist von einem Isolationsmantel 49 umschlossen. Zwischen der Isolationsmantel 49 und der Außenwand des Behälters 50 für die Erhitzungskammer 24 ist ein Heizraum 51 gebildet. Der Heizraum 51 ist beim Ausführungsbeispiel mit dem Reaktor 44 zur Verbrennung der teerbeladenen Aktivkohle über eine entsprechende Leitung 52 verbunden, über die der Heizraum 51 mit Abgas G des Reaktors 44 gespeist werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Heizraum 51, wie durch den Pfeil 52 angedeutet, mit Abgasen eines Gasmotors (nicht dargestellt) zur Stromerzeugung beheizt werden, der beispielsweise mit dem gereinigten Produktgas PA, PR als Brennstoff gespeist wird. Das Abgas G kann aus dem Heizraum 51 über einen Auslass 53 in dem Isolationsmantel 49 abgeleitet werden.The heating chamber 24, which provides the heating zone ZE, is enclosed by an insulating jacket 49. Between the insulation jacket 49 and the outer wall of the container 50 for the heating chamber 24, a heating chamber 51 is formed. In the exemplary embodiment, the heating chamber 51 is connected to the reactor 44 for combustion of the tar-charged activated carbon via a corresponding line 52, via which the heating chamber 51 can be supplied with exhaust gas G of the reactor 44. Alternatively or additionally, the heating chamber 51, as indicated by the arrow 52, with exhaust gases of a gas engine (not shown) are heated to generate electricity, which is fed for example with the purified product gas PA, PR as fuel. The exhaust gas G can be discharged from the heating chamber 51 via an outlet 53 in the insulating jacket 49.

Die Reaktionskammer 23 wird ebenfalls von einem Isolationsmantel 54 umgeben, der sowohl die Oxidationszone ZO, als auch die Vergasungszone ZV umschließt. Zwischen dem Isolationsmantel 54 und der Reaktionskammer 23 kann ein Heizraum zur indirekten Heizung der Vergasungszone ZV und/oder der Oxidationszone ZO angeordnet sein (nicht dargestellt), der ebenfalls mit Abgas G des Reaktors 44 gespeist werden kann.The reaction chamber 23 is likewise surrounded by an insulation jacket 54, which contains both the oxidation zone ZO, as well as the gasification zone ZV encloses. Between the insulating jacket 54 and the reaction chamber 23, a heating chamber for indirect heating of the gasification zone ZV and / or the oxidation zone ZO may be arranged (not shown), which can also be fed with exhaust gas G of the reactor 44.

Der Kühlkammerbehälter 37 ist von einem Mantel 56 umschlossen, wobei zwischen dem Mantel 56 und dem Kühlkammerbehälter 37 ein Kühlraum 57 ausgebildet ist, der über einen Eingang 58 mit einem Kühlmittel C, im Ausführungsbeispiel Luft, gespeist werden kann. Der Kühlraum 57 weist einen Auslass 59 zum Auslassen der Luft C aus dem Kühlraum 57 auf. Die durch indirekte Kühlung der Kühlkammer 36 aufgewärmte Luft C kann über eine zwischen dem Auslass 59 und dem Reaktor 44 angeordnete Leitung 60 dem Reaktor 44 zur Verbrennung von Aktivkohle AK zugeführt werden.The cooling chamber container 37 is enclosed by a jacket 56, wherein between the jacket 56 and the cooling chamber container 37, a cooling space 57 is formed, which can be fed via an input 58 with a coolant C, in the embodiment air. The cooling space 57 has an outlet 59 for discharging the air C from the cooling space 57. The heated by indirect cooling of the cooling chamber 36 air C can be supplied via a arranged between the outlet 59 and the reactor 44 line 60 to the reactor 44 for the combustion of activated carbon AK.

Der Auslass 41 zur Ableitung des Reingases PR kann beispielsweise mit einem Gasmotor (nicht dargestellt) verbunden sein, der mit dem Reingas PR betrieben werden soll. Zur Erzeugung des Reingases PR arbeitet die Vorrichtung 11 beispielsweise wie folgt:The outlet 41 for discharging the clean gas PR may, for example, be connected to a gas engine (not shown) which is to be operated with the clean gas PR. For generating the clean gas PR, the device 11 operates, for example, as follows:

Im stationären Zustand, wenn der Gasmotor eine konstante mechanische Leistung liefern soll, wird in der Regel die kontinuierliche Erzeugung von Reingas PR durch die Vorrichtung 11 bzw. durch das Verfahren 10 nachgefragt. Zur Erzeugung des Reingases PR wird in der Regel ein konstanter Massenstrom Biomasse mBroh (Bezugszustand roh) aus dem Silo 26 für die Biomasse B mit Hilfe der ersten Schleuse 28 und beispielsweise der Schwerkraft sowie der Fördereinrichtung 29 der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse der Biomasse B zugeführt. Dem Biomassestrom mBrohr entspricht ein Biomassestrom mBwaf (Bezugszustand wasser- und aschefrei). In der Erhitzungskammer 24 bzw. der Erhitzungszone ZE wird die Biomasse B durch indirekte Beheizung der Erhitzungszone ZE durch das Abgas G des Reaktors 44 und/oder des Gasmotors bei beispielsweise etwa 500°C getrocknet und derart erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse B entweichen (Pyrolyse). Dabei entsteht kohlenstoffhaltiger Reststoff RK sowie Pyrolysegas PY, das einen Teeranteil von mehreren Gramm pro Kubikmeter aufweisen kann.In the steady state, when the gas engine is to provide a constant mechanical power, the continuous production of clean gas PR by the device 11 or by the method 10 is usually in demand. To generate the clean gas PR is usually a constant mass flow of biomass mBroh (reference state raw) from the silo 26 for the biomass B using the first lock 28 and, for example, gravity and the conveyor 29 of the heating chamber 24 for drying and pyrolysis of the biomass B. fed. The biomass flow mBrohr corresponds to a biomass flow mBwaf (state of reference water- and ash-free). In the heating chamber 24 or the heating zone ZE, the biomass B is dried by indirect heating of the heating zone ZE by the exhaust gas G of the reactor 44 and / or the gas engine at, for example, about 500 ° C and heated so that the volatile components from the biomass B escape (pyrolysis). This results in carbonaceous residue RK and pyrolysis PY, which may have a tar content of several grams per cubic meter.

Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK sowie das Pyrolysegas PY werden mit Hilfe der Fördereinrichtung 29 in die Oxidationszone ZO gefördert. Dort wird das Pyrolysegas PY unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft L, bei etwa 1000 bis 1200°C unterstöchiometrisch oxidiert, wobei ein Rohgas R entsteht. Die Teerbestandteile in dem Pyrolysegas PY werden dabei zum größten Teil gecrackt. Die Luft des sauerstoffhaltigen Gases L wird zur Einstellung der Temperatur TO in der Oxidationszone ZO geregelt. Es wird beispielsweise 1 Kubikmeter Luft je Kilogramm Biomasse (waf) benötigt. Durch Vorwärmung kann die Luftmenge noch reduziert und der Heizwert des Reingases PR erhöht werden. In der Oxidationszone ZO bzw. der Oxidationsstufe 12ii wird der Teeranteil im Rohgas R auf deutlich unter 500 mg pro Kubikmeter abgesenkt.The carbonaceous residue RK and the pyrolysis PY be promoted by means of the conveyor 29 in the oxidation zone ZO. There, the pyrolysis PY under the supply of an oxygen-containing gas, such as air L, substoichiometrically oxidized at about 1000 to 1200 ° C, wherein a crude gas R is formed. The tar constituents in the pyrolysis gas PY are for the most part cracked. The air of the oxygen-containing gas L is regulated to adjust the temperature TO in the oxidation zone ZO. For example, 1 cubic meter of air per kilogram of biomass (waf) is needed. By preheating the air flow can still be reduced and the heating value of the clean gas PR can be increased. In the oxidation zone ZO or the oxidation stage 12ii, the tar content in the raw gas R is lowered to well below 500 mg per cubic meter.

Der Gastransport des Rohgases R in die unter der Oxidationszone ZO angeordnete Vergasungszone ZV wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das sauerstoffhaltige Gas L am vertikal oberen Ende 61 der Reaktionskammer 23 zugeführt wird und das Gas L somit in der Reaktionskammer 23 vorhandene Gase vertikal nach unten drückt. Alternativ oder zusätzlich kann an dem Ende 34 der Reaktionskammer 23 oder der Vorrichtung 11 eine nicht dargestellte Absaugvorrichtung für das Produktgas PH angeschlossen sein, um den Gastransport innerhalb der Reaktionskammer 23 herbeizuführen oder zu unterstützen.The gas transport of the raw gas R into the gasification zone ZV arranged below the oxidation zone ZO is achieved, for example, by feeding the oxygen-containing gas L at the vertically upper end 61 to the reaction chamber 23 and thus pushing the gas L vertically downwards in the reaction chamber 23. Alternatively or additionally, at the end 34 of the reaction chamber 23 or the device 11, a suction device, not shown, for the product gas PH may be connected to bring about the gas transport within the reaction chamber 23 or support.

In der Vergasungszone ZV, die auch als Reduktionszone bezeichnet werden kann, wird der überwiegende Teil des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK endotherm vergast, wobei die Gastemperatur entsprechend bis auf beispielsweise 700°C fällt. Dabei kann der Anteil an kohlenstoffhaltigem Reststoff RK von ursprünglich 20% nach der Pyrolyse auf beispielsweise 5% bezogen auf den zugeführten Biomassestrom mBwaf (Bezugsstand wasser- und aschefrei) sinken. Es entsteht Kohle AK mit einer stark porösen Struktur (Aktivkohle).In the gasification zone ZV, which can also be referred to as a reduction zone, the majority of the carbonaceous residue RK is gasified endothermically, the gas temperature correspondingly falls to, for example, 700 ° C. The proportion of carbonaceous residue RK from originally 20% after pyrolysis to, for example, 5% based on the supplied biomass flow mBwaf (reference water and ash-free) decline. The result is coal AK with a strong porous structure (activated carbon).

Die Prozesssteuerungseinrichtung der Vorrichtung 11 ist dazu eingerichtet, durch Steuerung der Prozessparameter, wie beispielsweise Temperatur und ggf. auch Druck, und/oder mittels der Abzweigeinrichtung 35 und/oder der Fördereinrichtung 38 der Kühlkammer 36 einen bestimmten Massenstrom Aktivkohle MAK2 aus einem Bereich von minimal 0,02 Kilogramm bis maximal 0,1 Kilogramm je Kilogramm zugeführter Biomasse B (bezogen auf den Bezugszustand wasserund aschefrei), aus der die Aktivkohle AK erzeugt wurden, von der Vergasungszone ZV in die Kühlzone ZK der Kühlkammer 36 zu fördern und dort gemeinsam mit dem bei der Vergasung aus der zugeführten Biomasse B erzeugten teerbehafteten Produktgas PH bis in die Nähe der Umgebungstemperatur indirekt abzukühlen. Während der gemeinsamen Abkühlung wird das Produktgas PH durch den Adsorptionsprozess vom Teer gereinigt und daraufhin dem Gasmotor als Reingas PR zugeführt.The process control device of the device 11 is set up by controlling the process parameters, such as temperature and possibly also pressure, and / or by means of the branching device 35 and / or the conveyor 38 of the cooling chamber 36 a certain mass flow of activated carbon MAK2 from a range of minimum 0th , 02 kilograms to a maximum of 0.1 kilograms per kilogram of supplied biomass B (based on the reference state water and ash-free) from which the activated carbon AK were generated to promote from the gasification zone ZV in the cooling zone ZK of the cooling chamber 36 and there together with the at the gasification from the supplied biomass B teerbehafteten product gas PH to cool indirectly cooled to near ambient temperature. During the co-cooling, the product gas PH is purified from the tar by the adsorption process and then supplied to the gas engine as pure gas PR.

Bei Änderung der Nachfrage nach Reingas PR oder bei sich stark änderndem Heizwert der momentan bereitgestellten Biomasse B wird der Massenstrom mBroh zugeführter Biomasse B entsprechend geändert. Mit Zeitverzögerung wird dadurch ein geänderter Massenstrom Aktivkohle mAK in der Vergasungszone erzeugt. Die Prozesssteuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zu berücksichtigen, dass die Änderung des Massenstroms mAK erzeugter Aktivkohle AK verzögert zu der Änderung des Massenstroms zugeführter Biomasse mBroh auftritt. Daher wird auch bei sich ändernder Nachfrage nach Reingas PR die Menge MAK2 bzw. der Massenstrom mAK2, der der Kühlzone ZK aus dem momentan in der Vergasungszone ZV bereitgestellten Massestrom mAK Aktivkohle zuzuführen ist, an Hand der Menge bzw. dem zugeführten Massenstrom Biomasse (Menge bzw. Massenstrom bezogen auf Bezugszustand waf) bestimmt, aus der der momentan in der Vergasungszone ZV erzeugte Aktivkohlemassestrom mAK erzeugt wurde.When the demand for clean gas PR changes or when the calorific value of the currently provided biomass B changes greatly, the mass flow mBroh of supplied biomass B is correspondingly changed. With time delay, this will result in a modified mass flow of activated carbon mAK in the gasification zone generated. The process control device is configured to take into account that the change of the mass flow mAK of activated carbon AK delayed occurs to the change of the mass flow of supplied biomass mBroh. Therefore, the quantity MAK2 or the mass flow mAK2 which is to be supplied to the cooling zone ZK from the mass flow activated carbon currently provided in the gasification zone ZV is also determined when there is a changing demand for clean gas PR, based on the amount or the supplied mass flow biomass (quantity or mass) Mass flow relative to reference state waf) from which the activated carbon mass flow mAK currently produced in the gasification zone ZV was generated.

Die Teerbestandteile und andere Schadstoffe aus dem Produktgas PH werden während der gemeinsamen Abkühlung von der Aktivkohle MAK2 adsorbiert. Die Beladekapazität (Adsorptionskapazität) der Aktivkohle AK ist derart hoch, dass bei einer Beladung von nur 2 Gewichtsprozent je Kilogramm Biomasse B (waf) beispielsweise 1 Gramm Teerbestandteile aus dem Produktgas PH entfernt werden können. Das Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 werden bei der gemeinsamen Abkühlung vorzugsweise nicht unter eine untere Grenztemperatur oberhalb des Taupunkts des Produktgases PH abgekühlt, da die Beladekapazität der Aktivkohle AK hin zu einer relativen Feuchtigkeit des Produktgases PH von 100% stark abfällt. Beim Ausführungsbeispiel wird für die indirekte Kühlung der Kühlzone ZK Luft C verwendet, wobei die erhitzte Kühlluft C dem Reaktor zur Verbrennung der teerbehafteten Aktivkohle MAK2 zugeführt wird.The tar constituents and other pollutants from the product gas PH are adsorbed during the co-cooling of the activated carbon MAK2. The loading capacity (adsorption capacity) of the activated carbon AK is so high that at a loading of only 2 percent by weight per kilogram of biomass B (waf), for example, 1 gram of tar constituents can be removed from the product gas PH. The product gas PH and the specific amount of activated carbon MAK2 are preferably not cooled below a lower limit temperature above the dew point of the product gas PH in the co-cooling, since the loading capacity of the activated carbon AK drops sharply toward a relative humidity of the product gas PH of 100%. In the exemplary embodiment, air C is used for the indirect cooling of the cooling zone ZK, the heated cooling air C being fed to the reactor for combustion of the activated carbon MAK2 on the tar.

Das Produktgas PA, PR wird in dem Ausführungsbeispiel nach der Kühlzone ZK mit einem Staubfilter 18 von der mit Schadstoff beladenen Aktivkohle MAK2 abgetrennt. Die mit Schadstoff beladene Aktivkohle MAK2 wird dem Reaktor 22 über die zweite Schleuse 45 zugeführt und mit der verbrauchten Kühlluft C verbrannt. Die Asche wird zum Beispiel über den Drehteller 47 und die dritte Schleuse 48 abgeschieden.The product gas PA, PR is separated in the embodiment after the cooling zone ZK with a dust filter 18 of the laden with pollutant activated carbon MAK2. The loaded with pollutant activated carbon MAK2 is the reactor 22 via the second lock 45 and supplied with the consumed Cooling air C burned. The ash is deposited, for example, via the turntable 47 and the third lock 48.

Bei hoher Feuchtigkeit der Biomasse B kann es zweckmäßig sein, die Erhitzungszone ZE durch indirekte Beheizung sowohl mit den Abgasen des Gasmotors als auch mit den Abgases des Reaktors 44 zur Verbrennung der teerbehafteten Aktivkohle MAK2 zu beheizen.At high humidity of the biomass B, it may be appropriate to heat the heating zone ZE by indirect heating both with the exhaust gases of the gas engine and with the exhaust gases of the reactor 44 for the combustion of the tar-coated activated carbon MAK2.

Die Vergasung bei erhöhtem Druck mit entsprechenden Schleusen 28, 45, 48 am Ein- und Ausgang des Vergasers 11 hat den Vorteil, dass das gereinigte Produktgas PR dem Druck aufgeladenen Gasmotor ohne Kompressor zugeführt werden kann. Außerdem kann dadurch die Beladekapazität der Aktivkohle AK erhöht werden.The gasification at elevated pressure with corresponding locks 28, 45, 48 at the inlet and outlet of the carburetor 11 has the advantage that the purified product gas PR can be supplied to the pressure-charged gas engine without a compressor. In addition, this can increase the loading capacity of the activated carbon AK.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 und erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zur Feinreinigung kann motortaugliches Produktgas PR erzeugt werden, ohne dass eine nachgeschaltete Reinigung (zum Beispiel mittels Nasswäscher, Elektrofilter oder dergleichen) erforderlich wäre. Der Kaltgaswirkungsgrad des Vergasers liegt selbst bei sehr feuchter Biomasse über 80%.With the method 10 according to the invention and the fine cleaning device 11 according to the invention, engine-friendly product gas PR can be produced without requiring downstream cleaning (for example by means of a wet scrubber, electrostatic precipitator or the like). The cold gas efficiency of the carburettor is over 80% even with very moist biomass.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 10 zur Vergasung von Biomasse B sowie eine dazu eingerichtete Vorrichtung 11. Das Verfahren erfolgt in mindestens drei Verfahrensstufen 12, 12i, 12ii, 13, 14. In einer ersten Verfahrensstufe 12 kann in einem Ausführungsbeispiel biogener Reststoff Biomasse einer Erhitzungszone ZE zugeführt werden, um die Biomasse B zu trocken und die flüchtigen Bestandteile entweichen zu lassen, um einen Pyrolysegas PY daraus zu erzeugen. Das Pyrolysegas PY wird einer Oxidationszone ZO zugeführt und dort unterstöchiometrisch oxidiert, wobei ein Rohgas R erzeugt wird. Der koksartige, kohlenstoffhaltige Reststoff RK, der in der Erhitzungszone ZE erzeugt wird, wird zusammen mit dem Rohgas R in einer zweiten Verfahrensstufe 13 in einer Vergasungszone ZV teilweise vergast. Die Erhitzungszone ZE kann indirekt beheizt werden. Die Vergasungszone ZV kann ebenso indirekt beheizt werden. Die Erhitzungszone ZE und die Oxidationszone ZO sind vorzugsweise voneinander separate Zonen in separaten Kammern 23, 24. Durch die Vergasung entsteht Aktivkohle AK sowie ein heißes Prozessgas PH. Das erfindungsgemäße Verfahren 10 beinhaltet bzw. die Vorrichtung 11 ist dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge der Aktivkohle von minimal 0,02 Kilogramm bis maximale 0,1 Kilogramm je Kilogramm zugeführter Biomasse (wasser- und aschefrei, waf), aus der die Aktivkohle in der Vergasungszone ZV entstanden ist, sowie das heiße Produktgas PH in einer dritten Verfahrensstufe 14 in einer Kühlzone ZK, beispielsweise auf höchstens 50°C, abzukühlen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet bzw. beinhaltet das Verfahren, dass die Aktivkohle AK sowie das heiße Prozessgas PH derart gemeinsam abgekühlt werden, dass die Temperatur des Prozessgases PH in der Kühlzone ZK beim gemeinsamen Abkühlen mit der Aktivkohle AK oberhalb einer unteren Grenztemperatur bleibt, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases PH. Der während der gemeinsamen Abkühlung von Aktivkohle AK und Produktgas PH stattfindende Adsorptionsprozess führt dazu, dass sich Teer während der Abkühlung aus dem heißen Prozessgas PH an der Aktivkohle AK in der Kühlzone anlagert. Dadurch wird im Anschluss an die dritte Verfahrensstufe 14 ein Reingas PR, PA erhalten, das im Wesentlichen teerfrei ist. Die teerangereichte Aktivkohle AK kann zumindest teilweise zur Beheizung der Erhitzungszone ZE und/oder der Vergasungszone ZV verbrannt werden. Bezugszeichenliste: 10 Verfahren 11 Vorrichtung 12 erste Verfahrensstufe 12i Erhitzungsstufe 12ii Oxidationsstufe 13 zweite Verfahrensstufe 14 dritte Verfahrensstufe 15 Heizeinrichtung 16 Brenner 17 Kühleinrichtung 18 Staubabscheideeinheit 19 Mahleinrichtung 20 Trocknungseinrichtung 21 Vorwärmeinrichtung 22 Reaktionsbehälter 23 Reaktionskammer 24 Erhitzungskammer 25 Leitung 26 Silo 27 Eingang 28 erste Schleuse 29 Fördereinrichtung 30 Ausgang 31 Gaszufuhreinrichtung 32 Leitung 33 Temperatursensor 34 Ende 35 Abzweigeinrichtung 36 Kühlkammer 37 Kühlkammerbehälter 38 Fördereinrichtung 39 Ende 40 Abscheidekammer 41 Auslass 42 Temperatursensor 43 Auslass 44 Reaktor 45 zweite Schleuse 46 Auslass 47 Drehteller 48 Dritte Schleuse 49 Isolationsmantel 50 Behälter für die Erhitzungskammer 51 Heizraum 52 Pfeil 53 Auslass 54 Isolationsmantel 56 Mantel 57 Kühlraum 58 Eingang 59 Auslass 60 Leitung 61 oberes Ende B Biomasse L Luft R Rohgas RK Kohlenstoffhaltiger Reststoff PH Produktgas AK Aktivkohle PA, PR Abgekühltes Produktgas, Reingas SK Kohlestaub G Abgas PY Pyrolysegas MB Menge zugeführter Biomasse MAK2 bestimmte Menge Aktivkohle MAK1 überschüssige Menge Aktivkohle mBroh Masse, Massenstrom Biomasse (Bezugszustand roh) mBwaf Masse, Massenstrom Biomasse (Bezugszustand wasser- und aschefrei) mAK Masse, Massenstrom in der Vergasungszone entstehender Aktivkohle mAK2 Masse, Massenstrom der Aktivkohle für die gemeinsame Abkühlung mAK1 Masse, Massestrom an überschüssiger Aktivkohle ZO Oxidationszone TO Temperatur Oxidationszone ZV Vergasungszone TV Temperatur in Vergasungszone ZK Kühlzone ZE Erhitzungszone TE Temperatur Erhitzungszone P Pfeil The invention relates to a method 10 for gasification of biomass B and a device 11 set up for this purpose. The method takes place in at least three process stages 12, 12i, 12ii, 13, 14. In a first process stage 12, biogenic residue biomass of a heating zone ZE are fed to dry the biomass B and let the volatiles escape to produce a pyrolysis PY therefrom. The pyrolysis PY is fed to an oxidation zone ZO and there oxidized substoichiometric, wherein a raw gas R is produced. The coke-like, carbonaceous residue RK, which is produced in the heating zone ZE, is partly gasified together with the raw gas R in a second process stage 13 in a gasification zone ZV. The heating zone ZE can be heated indirectly. The gasification zone ZV can also be heated indirectly. The heating zone ZE and the oxidation zone ZO are preferably separate zones from each other in separate chambers 23, 24. The gasification produces activated carbon AK and a hot process gas PH. The inventive method 10 includes or the device 11 is adapted to a certain amount of activated carbon from a minimum of 0.02 kilograms to a maximum of 0.1 kilograms per kilogram of supplied biomass (water and ash free, waf), from which the activated carbon in the Gasification zone ZV has arisen, and the hot product gas PH in a third process stage 14 in a cooling zone ZK, for example, at most 50 ° C to cool. The apparatus is preferably set up or includes the method in which the activated carbon AK and the hot process gas PH are cooled together in such a way that the temperature of the process gas PH in the cooling zone ZK remains above a lower limit temperature during co-cooling with the activated carbon AK is greater than the dew point temperature of the product gas PH. The adsorption process taking place during the co-cooling of activated carbon AK and product gas PH causes tar to accumulate on the activated carbon AK in the cooling zone during cooling from the hot process gas PH. As a result, after the third process stage 14, a clean gas PR, PA is obtained, which is essentially free of tar. The tar-enriched activated carbon AK can be at least partially combusted to heat the heating zone ZE and / or the gasification zone ZV. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 method 11 contraption 12 first stage of the process 12i heating step 12ii oxidation state 13 second process stage 14 third stage of the process 15 heater 16 burner 17 cooling device 18 Staubabscheideeinheit 19 grinder 20 drying device 21 preheater 22 reaction vessel 23 reaction chamber 24 heating chamber 25 management 26 silo 27 entrance 28 first lock 29 Conveyor 30 output 31 Gas supply means 32 management 33 temperature sensor 34 The End 35 branch facility 36 cooling chamber 37 Cooling chamber container 38 Conveyor 39 The End 40 deposition 41 outlet 42 temperature sensor 43 outlet 44 reactor 45 second lock 46 outlet 47 turntable 48 Third lock 49 insulation jacket 50 Container for the heating chamber 51 boiler room 52 arrow 53 outlet 54 insulation jacket 56 coat 57 refrigerator 58 entrance 59 outlet 60 management 61 top end B biomass L air R raw gas RK Carbonaceous residue PH product gas AK activated carbon PA, PR Cooled product gas, clean gas SK coal dust G exhaust PY pyrolysis MB Amount of supplied biomass MAK2 certain amount of activated carbon MAK1 excess amount of activated carbon mBroh Mass, mass flow biomass (reference state raw) mBwaf Mass, mass flow biomass (state of reference water- and ash-free) mAK Mass, mass flow in the gasification zone resulting activated carbon MAK2 Mass, mass flow of activated carbon for the common cooling MAK1 Mass, mass flow of excess activated carbon ZO oxidation zone TO Temperature oxidation zone ZV gasification zone TV Temperature in gasification zone ZK cooling zone ZE heating zone TE Temperature heating zone P arrow

Claims (15)

Verfahren (10) zum Vergasen von Biomasse (B),
wobei einer Vorrichtung (11) Biomasse (B) zum Vergasen zugeführt wird,
wobei aus der zugeführten Biomasse (B) in einer ersten Verfahrensstufe (12, 12i, 12ii) ein Rohgas (R) und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff (RK) erzeugt wird,
wobei der kohlenstoffhaltige Reststoff (RK) mit Gasbestandteilen des Rohgases (R) in einer zweiten Verfahrensstufe (13) in einer Vergasungszone (ZV) teilweise vergast wird, wodurch Aktivkohle (AK) und eine heißes Produktgas (PH) entstehen,
wobei je Masseeinheit zugeführter Biomasse (B) bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei (waf) zwischen minimal 0,02 Masseeinheit und maximal 0,1 Masseeinheit Aktivkohle (AK) und das heiße Produktgas (PH), zu denen die zugeführte Biomasse (B) geführt hat, aus der Vergasungszone (ZV) entnommen, einer Kühlzone (ZK) zugeführt und in der Kühlzone (ZK) in einer dritten Verfahrensstufe (14) zusammen abgekühlt werden, so dass ein Adsorptionsprozess stattfindet, bei dem die Aktivkohle (MAK2) während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas (PH) angereichert wird.
Method (10) for gasifying biomass (B),
wherein a device (11) biomass (B) is supplied for gasification,
wherein from the supplied biomass (B) in a first process stage (12, 12i, 12ii) a raw gas (R) and a carbonaceous residue (RK) is generated,
wherein the carbonaceous residue (RK) is partially gasified with gas constituents of the raw gas (R) in a second process stage (13) in a gasification zone (ZV), whereby activated carbon (AK) and a hot product gas (PH) are formed,
wherein per unit mass supplied biomass (B) based on the reference state water and ash-free (waf) between a minimum of 0.02 mass unit and a maximum 0.1 mass unit of activated carbon (AK) and the hot product gas (PH), to which the supplied biomass (B ), taken from the gasification zone (ZV), fed to a cooling zone (ZK) and cooled together in the cooling zone (ZK) in a third process stage (14), so that an adsorption takes place, in which the activated carbon (MAK2) during of the cooling is enriched by tar from the hot product gas (PH).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Produktgas (PH) und die Aktivkohle (MAK2) in der dritten Verfahrenstufe (14) für den Adsorptionsprozess in der Kühlzone (ZK) zusammen nicht unter eine untere Grenztemperatur abgekühlt werden, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases (PA, PR).Process according to claim 1, wherein the product gas (PH) and the activated carbon (MAK2) in the third process stage (14) for the adsorption process in the cooling zone (ZK) together do not fall below a lower limit temperature be cooled, which is greater than the dew point temperature of the product gas (PA, PR). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die untere Grenztemperatur zwischen minimal 10 K und maximal 20 K größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases (PA, PR).The method of claim 2, wherein the lower limit temperature between a minimum of 10 K and a maximum of 20 K is greater than the dew point temperature of the product gas (PA, PR). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten Verfahrensstufe (12, 12i, 12ii) die zugeführte Biomasse (B) in einer ersten Teilstufe (12i) in einer Erhitzungszone (ZE) getrocknet und derart erwärmt wird, dass die flüchtigen Bestandteile der Biomasse (B) entweichen, wobei ein Pyrolysegas (PY) und der kohlenstoffhaltige Reststoff (RK) entstehen, und wobei zumindest das Pyrolysegas (PY) in einer darauffolgenden zweiten Teilstufe (12ii) der ersten Verfahrensstufe (12) in einer Oxidationszone (ZO) durch Zufuhr von einem sauerstoffhaltigem Gas (L) unterstöchiometrisch oxidiert wird, wodurch das Rohgas (R) entsteht.Method according to one of the preceding claims, wherein in the first process stage (12, 12i, 12ii) the supplied biomass (B) is dried in a first sub-stage (12i) in a heating zone (ZE) and heated so that the volatiles of the biomass (B) escape, wherein a pyrolysis (PY) and the carbonaceous residue (RK) arise, and wherein at least the pyrolysis (PY) in a subsequent second stage (12ii) of the first process stage (12) in an oxidation zone (ZO) by supplying is substoichiometrically oxidized by an oxygen-containing gas (L), whereby the raw gas (R) is formed. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Erhitzungszone (ZE) einerseits und die Oxidationszone (ZO) andererseits voneinander getrennte Zonen sind.A method according to claim 4, wherein the heating zone (ZE) on the one hand and the oxidation zone (ZO) on the other hand are separate zones. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die unterstöchiometrische Oxidation der Pyrolysegase (PY) und die Vergasung der des kohlenstoffhaltigen Reststoffs (RK) in voneinander getrennten Zonen durchgeführt werden.A method according to claim 4 or 5, wherein the substoichiometric oxidation of the pyrolysis gases (PY) and the gasification of the carbonaceous residue (RK) are carried out in separate zones. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die unterstöchiometrische Oxidation bei einer Temperatur (TO) von minimal 1000°C bis maximal 1200°C in der Oxidationszone (ZO) durchgeführt wird.Method according to one of claims 4 to 6, wherein the substoichiometric oxidation at a temperature (TO) of at least 1000 ° C to a maximum of 1200 ° C in the oxidation zone (ZO) is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Temperatur (TO) in der Oxidationszone (ZO) durch die Menge des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases (L) eingestellt wird.Method according to one of claims 4 to 7, wherein the temperature (TO) in the oxidation zone (ZO) by the amount of the supplied oxygen-containing gas (L) is adjusted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the method is carried out at elevated pressure relative to ambient pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das durch den Adsorptionsprozess gereinigte Produktgas (PA, PR) einer Vorrichtung, z.B. einem Gasmotor, als Brennstoff zugeführt wird, wobei die Menge der zugeführten Biomasse (MB) und die aus der Vergasungszone (MAK2) entnommene Menge Aktivkohle (AK) proportional an die Leistungsanforderung der Vorrichtung angepasst werden.A process according to any one of the preceding claims, wherein the product gas (PA, PR) purified by the adsorption process is a device, e.g. a gas engine is supplied as fuel, wherein the amount of biomass supplied (MB) and from the gasification zone (MAK2) removed amount of activated carbon (AK) are adjusted proportionally to the power requirement of the device. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohgas (R) und der kohlenstoffhaltige Reststoff (RK) in der Vergasungszone (ZV) durch indirektes Heizen erhitzt werden und/oder wobei die Aktivkohle (AK) und das heiße Produktgas (PH) in der Kühlzone (ZK) durch indirektes Kühlen abgekühlt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the raw gas (R) and the carbonaceous residue (RK) in the gasification zone (ZV) are heated by indirect heating and / or wherein the activated carbon (AK) and the hot product gas (PH) in the cooling zone (ZK) are cooled by indirect cooling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivkohle (AK) mit dem daran adsorbierten Teer aus der dritten Verfahrensstufe (14) in einem Reaktor (44) mit der Luft verbrannt wird, die in der dritten Verfahrensstufe (14) zur Abkühlung des Produktgases (PH) und der Aktivkohle (AK) verwendet wurde, wobei das Abgas (G) der Verbrennung vorzugsweise zur Beheizung der Erhitzungszone (ZE) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the activated carbon (AK) is burned with the tar adsorbed thereon from the third process stage (14) in a reactor (44) with the air, which in the third process stage (14) for cooling the product gas ( PH) and the activated carbon (AK) was used, wherein the exhaust gas (G) of the combustion is preferably used for heating the heating zone (ZE). Vorrichtung (11) zum Vergasen von Biomasse (B) mit wenigstens einer Kammer (24) mit einer Erhitzungszone (ZE),
einer Zufuhreinrichtung (28, 29), die dazu eingerichtet ist, die Biomasse (B) der Erhitzungszone (ZE) zuzuführen, um Pyrolysegas (PY) und kohlenstoffhaltigen Reststoff (RK) zu erzeugen,
wenigstens einer Kammer (23) mit einer Oxidationszone (ZO) für die Oxidation des Pyrolysegases (PY) und einer Vergasungszone (ZV) für die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs (RK),
einem Fördermittel (29), das dazu eingerichtet ist, das Pyrolysegas (PY) aus der Erhitzungszone (ZE) in die Oxidationszone (ZO) und ein Rohgas (R) aus der Oxidationszone (ZO) in die Vergasungszone (ZV) zu fördern und dazu eingerichtet ist, den kohlenstoffhaltigen Reststoff (RK) aus der Erhitzungszone (ZE) in die Vergasungszone (ZV) zu fördern,
einer Gaszufuhreinrichtung (31), die dazu eingerichtet ist, der Oxidationszone (ZO) ein sauerstoffhaltiges Gas (L) in einer Menge zuzuführen, so dass das in der Oxidationszone (ZO) vorhandene Pyrolysegas (PY) unterstöchiometrisch oxidiert, wodurch das Rohgas (R) entsteht,
mit einem Heizmittel zum Heizen der Vergasungszone, das dazu eingerichtet ist, die Temperatur (TV) in der Vergasungszone (ZV) derart einzustellen, dass der kohlenstoffhaltige Reststoff (RK) mit Gasbestandteilen des Rohgases (R) teilweise vergast wird, wodurch Aktivkohle (AK) und ein heißes Produktgas (PH) entstehen,
wobei die Vorrichtung (11) dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Menge (MAK2) der Aktivkohle (AK) und das Produktgas (PH) aus der Vergasungszone (ZV) in einer Kühlzone (ZK) bereitzustellen,
wobei die bestimmte Menge (MAK2) Aktivkohle eine Masse von minimal 2 Prozent bis maximal 10 Prozent der Masse der zugeführten Menge Biomasse (B) bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei aufweist, aus der die Aktivkohle (AK) und das heiße Produktgas (PH) entstanden sind,
mit einer Kühleinrichtung (ZK), die dazu eingerichtet ist, die bestimmte Menge (MAK2) Aktivkohle und das heiße Produktgas (PH) in der Kühlzone (ZK) gemeinsam derart abzukühlen, dass ein Adsorptionsprozess stattfindet, bei dem die Aktivkohle (MAK2) während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas (PH) angereichert wird.
Device (11) for gasification of biomass (B) with at least one chamber (24) with a heating zone (ZE),
a feed device (28, 29) which is adapted to feed the biomass (B) to the heating zone (ZE) in order to produce pyrolysis gas (PY) and carbonaceous residue (RK),
at least one chamber (23) having an oxidation zone (ZO) for the oxidation of the pyrolysis gas (PY) and a gasification zone (ZV) for the gasification of the carbonaceous residue (RK),
a conveying means (29) which is adapted to the pyrolysis gas (PY) from the heating zone (ZE) in the oxidation zone (ZO) and a raw gas (R) from the oxidation zone (ZO) in the gasification zone (ZV) to promote and is set up to convey the carbonaceous residue (RK) from the heating zone (ZE) into the gasification zone (ZV),
a gas supply device (31) which is set up to supply to the oxidation zone (ZO) an oxygen-containing gas (L) in an amount such that the pyrolysis gas (PY) present in the oxidation zone (ZO) substoichiometrically oxidizes, whereby the crude gas (R) arises
with a heating device for heating the gasification zone, which is set up to adjust the temperature (TV) in the gasification zone (ZV) such that the carbonaceous residue (RK) is partially gasified with gas constituents of the raw gas (R), whereby activated carbon (AK) and a hot product gas (PH) arise,
wherein the device (11) is adapted to provide a certain amount (MAK2) of the activated carbon (AK) and the product gas (PH) from the gasification zone (ZV) in a cooling zone (ZK),
wherein the determined amount (MAK2) of activated carbon has a mass of at least 2 percent to a maximum of 10 percent of the mass of the supplied biomass (B) in relation to the water and ash free reference state from which the activated carbon (AK) and the hot product gas (PH ),
with a cooling device (ZK) which is set up to jointly cool the determined amount (MAK2) of activated carbon and the hot product gas (PH) in the cooling zone (ZK) in such a way that an adsorption process takes place in which the activated carbon (MAK2) during the Cooling is enriched by tar from the hot product gas (PH).
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Erhitzungszone (ZE) einerseits und die Oxidationszone (ZO) andererseits in separaten Kammern (23, 24) angeordnet sind und/oder wobei die Vergasungszone (ZV) einerseits und die Kühlzone (ZK) andererseits in separaten Kammern (23, 36) angeordnet sind.Apparatus according to claim 13, wherein the heating zone (ZE) on the one hand and the oxidation zone (ZO) on the other hand in separate chambers (23, 24) are arranged and / or wherein the gasification zone (ZV) on the one hand and the cooling zone (ZK) on the other hand in separate chambers ( 23, 36) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Vorrichtung (11) dazu eingerichtet ist, die Vergasung bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck durchführen zu können.Apparatus according to claim 13 or 14, wherein the device (11) is adapted to perform the gasification at elevated pressure relative to ambient pressure.
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