EP3911599A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff

Info

Publication number
EP3911599A1
EP3911599A1 EP20707343.8A EP20707343A EP3911599A1 EP 3911599 A1 EP3911599 A1 EP 3911599A1 EP 20707343 A EP20707343 A EP 20707343A EP 3911599 A1 EP3911599 A1 EP 3911599A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pyrolysis reactor
pyrolysis
oxidation chamber
gas
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20707343.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
August Hermann ZÖCHBAUER
Pia Maria DIETACHMAIR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3911599A1 publication Critical patent/EP3911599A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/336—Preparation characterised by gaseous activating agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
    • C10K3/003—Reducing the tar content
    • C10K3/005—Reducing the tar content by partial oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for producing coal, in particular activated carbon and / or biochar, from, preferably lumpy, combustible fuel in the countercurrent principle, in which the fuel is introduced into a pyrolysis reactor and is pyrolyzed directly to coal by the pyrolysis reactor a hot gas is supplied from an oxidation chamber, which hot gas forms in the oxidation chamber by burning a carbonization gas from the pyrolysis reactor.
  • pyrolysis based on the countercurrent principle in which lumpy fuel is pyrolyzed directly in a pyrolysis reactor by a hot gas, formed in an oxidation chamber by combustion of a carbonization gas from the pyrolysis reactor.
  • the Oxidationskam mer has a support firing that brings the hot gas to the pyrolysis temperature for direct pyrolysis in the pyrolysis reactor.
  • auxiliary firing disadvantageously requires an additional fuel
  • the combustion of this additional fuel which differs in the composition of that particulate fuel in a pyrolysis reactor, can also adversely affect the quality of the coal produced.
  • comparatively complex control measures are required, via auxiliary firing in the oxidation chamber, in order to adjust the temperature in the pyrolysis reactor appropriately, which can also have a disadvantageous effect on the quality of the coal produced - at least that produced when the pyrolysis reactor was started up .
  • the invention has therefore based on the above-mentioned state of the art technology has the task of simplifying the start of pyrolysis in the counter-current principle in the process without thereby affecting the quality of the coal produced gene.
  • the invention solves the object of the method by the features of claim 1.
  • the pyrolysis reactor can be started up comparatively easily by combusting the introduced fuel - for example, from boilers known by regulating the supply quantity of fresh air.
  • Fresh air is preferably supplied as primary air.
  • Fresh air can also be used as secondary air or represent part of the secondary air.
  • Fresh air can also be called combustion air.
  • the method preferably produces activated carbon and / or biochar as coal.
  • coal is preferably made from lumpy fuel, such as wood chips, pellets, etc.
  • control effort of the operating state of the direct pyrolysis in countercurrent principle in the pyrolysis reactor can be further reduced if the hot gas flows into the pyrolysis reactor due to a variable differential pressure between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber.
  • the differential pressure between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber can be adjusted by a propelling nozzle provided, in particular, between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber.
  • An injector nozzle can preferably represent this driving nozzle - and also form a gas connection between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber.
  • this can be avoided from the prior art known movable parts in comparatively temperature-stressed areas, which can reproducibly pyrolyze fuel.
  • the propellant nozzle preferably draws in smoldering gas from the pyrolysis reactor by blowing in propellant gas, in particular comprising the fresh air, in order to regulate, for example, the combustion of the smoldering gas in the oxidation chamber.
  • the pyrolysis reactor has a first gas valve bridging the propellant nozzle, which is opened when starting up, for example to remove a combustion gas from the pyrolysis reactor with low resistance.
  • the first gas valve can, for example, be designed as a turntable valve - which further simplifies the construction.
  • the first gas valve for cleaning the pyrolysis reactor and / or the driving nozzle can be opened, via which hot gas flows from the oxidation chamber into the pyrolysis reactor.
  • the hot gas can namely Deposits in the pyrolysis reactor and / or on the driving nozzle can be safely reduced or removed by increasing the temperature and oxidation. For example, these volatile deposits are sucked off with the help of the propellant nozzle and burned in the oxidation chamber.
  • a turntable valve can be particularly suitable as the first gas valve.
  • the differential pressure between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber can be set by a fan, in particular a compressor, for example a high-temperature compressor.
  • the fan can preferably be provided after the oxidation chamber, for example in order to reduce the risk of deposits containing tar.
  • the smoldering gas of the pyrolysis reactor is supplied to the oxidation chamber provided above the pyrolysis reactor, the gas flow can be carried out in a reproducible manner.
  • a comparatively rapid heating of the oxidation chamber and thus a trouble-free ignition of the carbonization gases after the drive can be made possible. It is also possible to keep the base of the device small by this arrangement of the oxidation chamber.
  • this temperature control of the wall of the pyrolysis reactor can reduce the risk of caking in the pyrolysis reactor.
  • the supply amount of hot gas is set in the pyrolysis reactor via a second valve of the pyrolysis reactor.
  • the amount of hot gas fed into the pyrolysis reactor for example by adjusting the height of the grate, can be set to have an additional influence on the pyrolysis operating state.
  • a discharge amount of coal from the pyrolysis reactor can be set via the second valve of the pyrolysis reactor. This is done, for example, by the second valve opening a discharge opening on the pyrolysis reactor in order to discharge coal from the pyrolysis reactor via this discharge opening.
  • This setting is preferably easy to handle if a grate in the pyrolysis reactor forms the second valve, which grate for this purpose in the pyrolysis reactor is moved, in particular height-adjusted and / or rotated.
  • the quality of the coal produced can be further increased. It can also be used to ensure that this coal no longer ignites itself after subsequent storage and / or that a fine fraction of the coal can be bound.
  • coal is quenched when it is discharged - for example with the help of water (H20).
  • H20 water
  • a universal usability of the coal produced can be made possible if the coal is functionalized in this regard during the discharge.
  • quenching with acidic substances, in particular liquids makes it possible to adjust the pH and, for example, vegetable nutrients, essentially nitrogen, phosphorus, potassium, can be introduced into the coal in the best possible way by means of appropriate liquids.
  • the invention has also set itself the task of creating a device that facilitates starting the pyrolysis reactor, but can still ensure a high quality of the coal produced.
  • the invention solves the object with respect to the device by the features of claim 15th
  • a fresh air duct leads into the pyrolysis reactor, which is connected to the pyrolysis reactor when the pyrolysis reactor starts up and is designed to introduce fresh air as primary air into the pyrolysis reactor in order to burn the fuel in the pyrolysis reactor, this can make it possible for the manufactured one Coal forms almost exclusively in the operating state of direct pyrolysis according to the countercurrent principle - that is, according to the operating state of the start-up.
  • the device according to the invention can therefore reproducibly ensure a high quality of the coal produced.
  • the provision of a fresh air supply air supply to the device is comparatively simple to solve, which can reduce the design effort on the device. This also in that no additional constructive measures have to be provided on the device for starting in order to bring the pyrolysis reactor and the oxidation chamber to temperature.
  • a differential pressure between the pyrolysis reactor and the oxidation chamber can be adjusted in an improved manner.
  • moving parts can be avoided, which can simplify the construction.
  • propellant gas in particular having the fresh air
  • carbonization gas can thus be drawn in from the pyrolysis reactor.
  • this increased amount of air with high flow velocities can ensure turbulent and thus good mixing of the carbonization gas and the fresh air, which, for example, reduces the formation of gaseous pollutants, such as carbon monoxide (CO) and / or nitrogen oxides (NOx).
  • a comparatively simple design solution for switching between the different operating states can open up on the device if the pyrolysis reactor has a first gas valve, in particular a turntable valve, which bridges the propellant nozzle and in particular is arranged on the cover of the pyrolysis reactor.
  • this first gas valve can be used to clean the driving nozzle, whereby the stability of the device can be increased further.
  • the differential pressure can be generated if a fan, in particular a compressor, for example a high-temperature compressor, is provided after the oxidation chamber.
  • the size of the device can be further reduced if the oxidation chamber is provided above the pyrolysis reactor.
  • the gas duct surrounds the wall of the pyrolysis reactor at least in sections, it is possible to even out the temperature distribution in the pyrolysis reactor and to reduce deposits from the condensable parts of the carbonization gas, which can keep the progress of the pyrolysis of the fuel within narrow limits.
  • a supply amount of hot gas in the pyrolysis reactor and / or a discharge amount of discharged coal from the pyrolysis reactor can be set in a structurally simple manner if the pyrolysis reactor has a second valve, in particular in the region of the bottom of the pyrolysis reactor.
  • FIG. 1 is a side view of a device shown for tearing charcoal in the operating state "pyrolysis"
  • FIG. 2 shows the device shown in FIG. 1 in torn and enlarged view in the operating state "starting" and
  • Fig. 3 is a plan view of a pyrolysis reactor of the device of Fig. 1 in the operating state "start up” or “cleaning".
  • a device 1 for carrying out the method for freezing coal 2, namely activated carbon is shown.
  • device 1 Before device 1 has, inter alia, a pyrolysis reactor 3, an oxidation chamber 4 connected to the pyrolysis reactor 3 and a gas channel 5.
  • the pyrolysis reactor 3 When coal 2 is made from lumpy fuel 6 using the countercurrent principle, the pyrolysis reactor 3 is in a pyrolysis operating state in which the fuel 6 is pyrolyzed directly to coal 2.
  • a hot gas 4.1 is fed to the pyrolysis reactor 3 from an oxidation chamber 4 - specifically via the gas channel 5, which connects to the oxidation chamber 4 and to the pyrolysis reactor 3.
  • the pyrolysis operating state is shown in FIG. 1.
  • the hot gas 4.1 flows through the pyrolysis reactor 3 in the counterflow principle, since this hot gas 4.1 flows in the lower region of the pyrolysis reactor 3.
  • the hot gas 4.1 is created in the oxidation chamber 4 by burning a carbonization gas 3.1 from the pyrolysis reactor 3rd
  • the pyrolysis reactor 3 must be started up before the “pyrolysis” operating state, in which 400 to 1000 degrees Celsius prevail in pyrolysis reactor 3. At this temperature, a comparatively high quality in the coal produced can be achieved.
  • the pyrolysis reactor is preferably kept at 550 to 850 ° C. in order to directly pyrolyze the fuel 6 to coal 2.
  • the “start-up” operating state is characterized in that the fuel 6 introduced into the pyrolysis reactor 3 is burned as combustion air with the supply of fresh air 7, which operating state can be seen in FIG. 2.
  • the fresh air 7 is supplied at least as primary air.
  • the device according to the invention and the method according to the invention therefore do not require any additional fuel and / or no additional combustion chamber.
  • the preferably complete combustion in the “start-up” operating state does not result in pyrolysis residues or fuel residues in the pyrolysis actuator 3 - which avoids contamination of the coal 2, produced in the “pyrolysis” operating state with comparatively narrow process parameters.
  • a combustion air ratio l of 0.3 to 1.6, in particular 0.3 to 0.9 is set for starting in the pyrolysis reactor 3.
  • a substoichiometric reaction condition with a combustion air ratio l less than 1 is set.
  • a lower combustion air ratio l for example 0.3 to 0.5 and increased fuel bed height, the formation of fine dust emissions, essentially calcium and potassium compounds, can be reduced to a minimum when starting, which enables low-pollutant combustion of the fuel. In this way, it can be reproducibly ensured that the coal 2 produced according to the invention has a particularly high quality.
  • the pyrolysis reactor 3 is surrounded by hot gas 4.1 on the outer jacket side. This ensures an additional temperature input into the pyrolysis reactor 3 and an equalization of the temperature of the wall 12.1 of the pyrolysis reactor 3.
  • the height of a second valve 8, namely a grate 8.1 - in the exemplary embodiment a conical grate - in the pyrolysis reactor 3 can be adjusted linearly.
  • This height adjustment makes it possible to switch between the operating states.
  • the size of the hot gas opening 10 and discharge opening 11 in the wall 12.1 of the pyrolysis reactor 3 are changed or opened or closed.
  • the supply amount of hot gas 4.1 can be adjusted or the discharge of coal 2 from the pyrolysis reactor 3 can be made possible - the latter particularly by rotating the grate 8.1.
  • the device 1 is comparatively easy to handle and due to its special construction also stable in any operating condition.
  • the grate 8.1 forms the bottom 12.2 of the pyrolysis gate 3.
  • Deposits in the pyrolysis reactor 3 that arise during pyrolysis and / or combustion are removed in the “cleaning” operating state by opening the first gas valve 13, which, for example, forms the lid of the pyrolysis reactor 3.
  • the first gas valve 13 is not shown fully open, but this may be the case.
  • the first gas valve 13 connects to the gas channel 5 and can thus bridge the injector nozzle 14.1 in the gas flow to the oxidation chamber 4 with relatively little resistance.
  • hot gas 4.1 flows in the upper inner area of the pyrolysis reactor 3 and reliably removes deposits or pyrolysis residues by increasing the temperature in this area.
  • the gas valve 13 is designed in a structurally simple manner as a turntable valve.
  • the first gas valve 13 is also open in the “start-up” operating state of the pyrolysis reactor 3 in order to remove the combustion gases 3.2 from the pyrolysis reactor 3 with little resistance and thus to accelerate the start-up.
  • the grate 8.1 closes the hot gas openings 10 and discharge openings 11.
  • a differential pressure between the pyrolysis reactor 3 and the oxidation chamber 4 and the gas channel 5 ensures that hot gas 4.1 flows into the pyrolysis reactor 3 according to the countercurrent principle.
  • this differential pressure can be changed (namely adjustable) with the aid of a driving nozzle 14.
  • This driving nozzle 14 is provided between the pyrolysis actuator 3 and the oxidation chamber 4 and connects these in the form of an injector nozzle 14.1.
  • propellant gas namely fresh air 7
  • the propellant nozzle 14 sucks in carbonization gas 3.1 from the pyrolysis reactor 3 and carries this carbonization gas 3.1 into the oxidation chamber 4 for combustion in the “pyrolysis” operating state.
  • the injector geometry can also ensure good mixing of combustion and pyrolysis gases and can be specially designed for this.
  • the pyrolysis reactor 3 is operated in the “start-up” operating state. This is characterized by the combustion process.
  • the rotatable and height-adjustable grate 8.1 is raised as far as that the pyrolysis reactor 3 is closed at the bottom.
  • the recirculation openings 13.1 of the first gas valve 13 at the upper end of the pyrolysis reactor 3 are open - as can be seen in FIG. 3.
  • a substoichiometric reaction condition with a combustion air ratio l less than 1 is preferably set.
  • the combustion gases 3.2 heat the pyrolysis reactor 3, the driving nozzle 14 and the oxidation combustion chamber 5.
  • a measurement of the combustion ratio, not shown, is provided with a broadband lamb probe, which forms the basis for the regulation of the fresh air 7.
  • the hot combustion gases 3.2 flow in the annular gap 5.1 between the pyrolysis reactor 3 and the outer housing 16 of the device 1 downwards and leave them through the opening into the subsequent secondary combustion zone 17, in which the afterburning takes place under an overstoichiometric reaction condition with a combustion air ratio l of greater than or equal to 1 , for example 1, 1 -1, 5, instead. Then the combustion gases 3.2 are cooled in the water-guided tube bundle heat exchanger 18 and leave the device 1 by a suction fan not shown in a chimney.
  • propellant gas namely fresh air 7
  • the amount of propellant gas is regulated or set by an air control box, not shown.
  • According to the invention can by the operating state "start" on an external ignition device with powers> 1500W such. B. gas burners, etc. can be dispensed with.
  • the temperature of the oxidation chamber 4 rises to above the self-ignition temperature of the carbonization gas / air mixture in the "start-up" operating state, it is possible to switch to the "pyrolysis" operating state. This is namely the temperature for auto-ignition of the carbonization gas 3.1 in the oxidation chamber 4, which means that 4 hot gas 4.1 can be generated in the oxidation chamber.
  • the amount of propellant gas from the propellant nozzle 14 is successively increased, the recirculation openings 13.1 of the first gas valve 13 are closed, the grate 8.1 is moved down and the amount in fresh air
  • a differential pressure in the range of 0.1-10 mbar is established between the pyrolysis reactor 3 and the oxidation chamber 4.
  • This differential pressure drives a flow of the hot gas 4.1 from the oxidation chamber 4 downward, through an annular hot gas openings 10 and out Carrier openings 1 1 in the pyrolysis reactor 3.
  • the hot gas 4.1 with a tempera ture of 700 to 1200 degrees Celsius, when flowing through the fuel 6 in countercurrent, causes its heating in the absence of air to about 500-850 degrees Celsius, which directly pyrolyzes the fuel 6 to coal 2.
  • the escaping tar-containing carbonization gases are sucked out through the propellant nozzle 14 on the surface of the fuel bed and mixed within the propellant nozzle 14 with a propellant gas, namely fresh air 7 - and then burn in the oxidation chamber 4 under turbulent conditions at 800 to 1350 degrees Celsius, which takes place continuously .
  • the coal 2 falls onto the, preferably water-cooled, discharge device 19 and is pushed through, not shown, wiper blades, which are attached to the underside, into the discharge screw lying horizontally below.
  • the other components can be water-cooled and / or the coal 2 can be sprinkled directly with water.
  • Any conveyor system with a gas-tight seal (rotary valve, flap system, slide) is then used.
  • tar can be deposited. These deposits can lead to changes in the geometry of the injector nozzle 14.1 and, as a result, to malfunctions.
  • To remove these deposits they are removed by opening the first gas valve 13. 3, the recirculation openings 13.1 of the first gas valve 13 are not shown fully open, although this can of course be the case.
  • hot gas can flow directly from the oxidation chamber 4 into the pyrolysis reactor 3 and remove such deposits.
  • the first gas valve 13 or its recirculation openings 13.1 are closed and the device 1 can continue to work in the “pyrolysis” operating state.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kohle (2) aus Brennstoff (6) im Gegenstromprinzip gezeigt, bei dem der Brennstoff (6) in einen Pyrolysereaktor (3) eingebracht und zu Kohle (2) direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor (3) ein Heißgas (4.1) aus einer Oxidationskammer (4) zugeführt wird, welches Heißgas (4.1) sich in der Oxidationskammer (4) durch Verbrennung eines Schwelgases (3.1) aus dem Pyrolysereaktor (3) bildet. Um das Anfahren der Pyrolyse im Gegenstromprinzip zu vereinfachen, ohne damit die Qualität der hergestellten Kohle negativ zu beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) dessen eingebrachter Brennstoff (6) unter Zufuhr von Frischluft (7) verbrannt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Kohle aus Brennstoff
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Kohle, insbesondere Aktiv- und/oder Pflanzenkohle, aus, vorzugsweise stückigem, Brenn stoff im Gegenstromprinzip, bei dem der Brennstoff in einen Pyrolysereaktor einge bracht und zu Kohle direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor ein Heißgas aus einer Oxidationskammer zugeführt wird, welches Heißgas sich in der Oxidations kammer durch Verbrennung eines Schwelgases aus dem Pyrolysereaktor bildet.
Stand der Technik
Nach der EP 0 216 229 A2 ist eine Pyrolyse im Gegenstromprinzip bekannt, bei dem stückiger Brennstoff in einem Pyrolysereaktor durch ein Heißgas, gebildet in einer Oxidationskammer durch Verbrennung eines Schwelgases aus dem Pyrolysereaktor, direkt pyrolysiert wird. Zum Anfahren des Pyrolysereaktors weist die Oxidationskam mer eine Stützfeuerung auf, die das Heißgas auf Pyrolysetemperatur für eine direkte Pyrolyse im Pyrolysereaktor bringt.
Neben dem Umstand, dass eine Stützfeuerung nachteilig eines zusätzlichen Brenn stoffs bedarf, kann die Verbrennung dieses zusätzlichen Brennstoffs, der sich in der Zusammensetzung von jenem stückigen Brennstoff in einem Pyrolysereaktor unter scheidet, auch nachteilig auf die Qualität der hergestellten Kohle Einfluss nehmen. Des Weiteren bedarf es vergleichsweise aufwendiger regelungstechnischer Maßnah men, über eine Stützfeuerung in der Oxidationskammer, um die Temperatur im Pyro lysereaktor passend einzustellen, was sich ebenfalls nachteilig auf die Qualität der hergestellten Kohle - und zwar zumindest jener, beim Anfahren des Pyrolysereaktors hergestellten - auswirken kann. Darstellung der Erfindung
Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Tech nik die Aufgabe gestellt, das Anfahren der Pyrolyse im Gegenstromprinzip im Verfah ren zu vereinfachen, ohne damit die Qualität der hergestellten Kohle zu beeinträchti gen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zum Verfahren durch die Merkmale des An spruchs 1 .
Wird beim Anfahren des Pyrolysereaktors dessen eingebrachter Brennstoff unter Zu fuhr von Frischluft verbrannt, kann sichergestellt werden, dass sich die hergestellte Kohle nahezu ausschließlich im Betriebszustand der direkten Pyrolyse im Gegens tromprinzip - also nach dem Betriebszustand des Anfahrens - bildet. Der Umwand lungsprozess der Verbrennung des Brennstoffs beim Anfahren vermeidet nämlich un kontrolliert entstehende Pyrolysereste im Pyrolysereaktor, wodurch eine Kontamina tion der hergestellten Kohle vermieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher reproduzierbar eine hohe Qualität der damit hergestellten Kohle sicherstellen. Außerdem ist das Anfahren des Pyrolysereaktors durch Verbrennung des einge- brachten Brennstoffs vergleichsweise einfach handhabbar - beispielsweise von Heiz kesseln bekannt durch Regelung der Zufuhrmenge an Frischluft. Vorzugsweise wird Frischluft als Primärluft zugeführt. Auch kann Frischluft als Sekundärluft verwendet werden bzw. einen Teil der Sekundärluft darstellen. Frischluft kann auch als Verbren nungsluft bezeichnet werden.
Vorzugsweise stellt das Verfahren Aktiv- und/oder Pflanzenkohle als Kohle her. Vor zugsweise wird Kohle aus stückigem Brennstoff, beispielsweise Hackschnitzel, Pel lets etc., hergestellt.
Im Allgemeinen wird erwähnt, dass bei einer direkten Pyrolyse das zu pyrolysierende Gut durch Verbrennungsgase erhitzt wird. Die Pyrolyse kann sohin die erforderliche Wärmeenergie aus dem Pyrolysegut selbst gewinnen. Im Allgemeinen wird zudem erwähnt, dass unter„verbrannt“ bzw.„pyrolysiert“ verstanden wird, dass der stoffliche Umwandlungsprozess Verbrennung des Brennstoffs bzw. Pyrolyse des Brennstoffs stattfindet.
Der Regelungsaufwand des Betriebszustands der direkten Pyrolyse im Gegenstrom prinzip im Pyrolysereaktor ist weiter reduzierbar, wenn das Heißgas aufgrund eines veränderbaren Differenzdrucks zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer in den Pyrolysereaktor strömt.
Beispielsweise kann der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidations kammer durch eine, insbesondere zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer vorgesehene, Treibdüse eingestellt werden. Vorzugsweise kann eine Injektordüse diese Treibdüse darstellen - und auch eine Gasverbindung zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer ausbilden. Zudem kann dies -aus dem Stand der Technik be kannte- bewegliche Teile in vergleichsweise temperaturbelasteten Bereichen vermei den, was reproduzierbar Brennstoff pyrolysieren kann.
Vorzugsweise saugt die Treibdüse Schwelgas des Pyrolysereaktors durch Einblasen von Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft, an, um damit beispielsweise die Verbrennung des Schwelgases in der Oxidationskammer zu regeln.
Beim Anfahren des Pyrolysereaktors kann eine Reduktion des Strömungswider stands erreicht werden, wenn der Pyrolysereaktor ein die Treibdüse überbrückendes erstes Gasventil aufweist, das beim Anfahren geöffnet wird, um ein Verbrennungsgas aus dem Pyrolysereaktor beispielsweise widerstandsarm abzuführen. Das erste Gas ventil kann beispielsweise als Drehtellerventil ausgeführt sein - womit die Konstruk tion weiter zu vereinfachen ist. Zudem kann das erste Gasventil zur Abreinigung des Pyrolysereaktors und/oder der Treibdüse geöffnet werden, über welches Heißgas aus der Oxidationskammer in den Pyrolysereaktor einströmt. Das Heißgas kann nämlich Ablagerungen im Pyrolysereaktor und/oder an der Treibdüse durch Temperaturerhö hung und Oxidation sicher reduzieren bzw. entfernt. Beispielsweise werden diese flüchtigen Ablagerungen mit Hilfe der Treibdüse abgesaugt und in der Oxidations kammer verbrannt. Als erstes Gasventil kann sich insbesondere ein Drehtellerventil eignen.
Alternativ zu einer Treibdüse ist der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer durch einen Ventilator, insbesondere Verdichter, beispielsweise Hochtemperaturverdichter, einstellbar. Der Ventilator kann vorzugsweise nach der Oxidationskammer vorgesehen sein, beispielsweise um die Gefahr der Anlagerung von teerhaltigen Ablagerungen zu reduzieren.
Wird der oberhalb des Pyrolysereaktors vorgesehenen Oxidationskammer das Schwelgas des Pyrolysereaktors zugeführt, kann der Gasstrom reproduzierbarer ge führt werden. Außerdem kann damit eine vergleichsweise rasche Erwärmung der Oxi dationskammer und somit ein problemloses Zünden der Schwelgase nach dem An fahren ermöglicht werden. Zudem ist es möglich, durch diese Anordnung der Oxida tionskammer die Grundfläche der Vorrichtung gering zu halten.
Wird der Pyrolysereaktor außenmantelseitig mit Heißgas zumindest abschnittsweise umströmt, kann dies durch Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Pyroly sereaktor die Pyrolyse des Brennstoffs in engen Grenzen halten. Derart ist es also möglich, Kohle mit vergleichsweise hoher Qualität auf reproduzierbare und standfes tere Weise herzustellen. Außerdem kann durch diese Temperaturführung der Wand des Pyrolysereaktors die Gefahr an Anbackungen im Pyrolysereaktors vermindert werden.
Zwischen den Betriebszuständen kann handhabungsfreundlich umgeschaltet wer den, wenn eine Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor über ein zweites Ventil des Pyrolysereaktors eingestellt wird. Beispielsweise kann die Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor, beispielsweise durch Höhenverstellen des Rosts, eingestellt werden, um auf den Betriebszustand Pyrolyse zusätzlich Einfluss zu neh men.
Außerdem kann zusätzlich oder alternativ eine Austragungsmenge von Kohle aus dem Pyrolysereaktor über das zweite Ventil des Pyrolysereaktors eingestellt werden. Dies beispielsweise, indem das zweite Ventil eine Austragungsöffnung am Pyroly sereaktor öffnet, um über diese Austragungsöffnung Kohle aus dem Pyrolysereaktor auszutragen.
Vorzugsweise wird diese Einstellung handhabungsfreundlich möglich, wenn ein Rost im Pyrolysereaktor das zweite Ventil ausbildet, welcher Rost hierfür im Pyrolysereak tor bewegt, insbesondere höhenverstellt und/oder gedreht, wird.
Wird die an den Pyrolysereaktor anschließende Austragungsreinrichtung für die Kohle gekühlt, ist die Qualität der hergestellten Kohle weiter erhöhbar. Zudem kann damit sichergestellt werden, dass sich diese Kohle bei anschließender Lagerung nicht mehr selbst entzünden und/oder dass eine feine Fraktion der Kohle gebunden wer den kann.
Dies unter anderem auch dadurch, dass die Kohle bei ihrer Austragung abgeschreckt wird - beispielsweise mit Hilfe von Wasser (H20). Eine universelle Verwendbarkeit der hergestellten Kohle kann ermöglicht werden, wenn die Kohle bei der Austragung diesbezüglich funktionalisiert wird. Beispielsweise ermöglicht eine Abschreckung mit sauren Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, eine Anpassung des PH-Wertes sowie können beispielsweise pflanzliche Nährstoffe, im wesentlichen Stickstoff, Phosphor, Kalium, durch entsprechende Flüssigkeiten bestmöglich in die Kohle eingebracht werden.
Zudem ist vorstellbar, diese Qualität, insbesondere an der inneren Oberfläche (BET- Oberfläche) weiter zu verbessern, indem beim Pyrolysieren des Brennstoffs dem Py rolysereaktor Heißgas angereichert mit Wasserdampf und/oder mit einem Redukti onsmittel zugeführt wird. Das Anfahren kann besonders effizient durchgeführt werden, wenn im Pyrolysereak tor eine unterstöchiometrische Reaktionsbedingung und in der Oxidationskammer eine stöchiometrische bis überstöchiometrische Reaktionsbedingung eingestellt wird.
Die Erfindung hat sich zudem die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, die das Anfahren des Pyrolysereaktors erleichtert, dennoch aber eine hohe Qualität der hergestellten Kohle sicherstellen kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merk male des Anspruchs 15.
Mündet in den Pyrolysereaktor eine Frischluft führende Luftzuführung, die mit dem Pyrolysereaktor beim Anfahren des Pyrolysereaktors verbunden und dazu ausgebil det ist, Frischluft als Primärluft in den Pyrolysereaktor einzubringen, um den Brenn stoff im Pyrolysereaktor zu verbrennen, kann damit ermöglicht werden, dass sich die hergestellte Kohle nahezu ausschließlich im Betriebszustand der direkten Pyrolyse im Gegenstromprinzip -also nach dem Betriebszustand des Anfahrens- bildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher reproduzierbar eine hohe Qualität der hergestellten Kohle sicherstellen. Außerdem ist das Vorsehen einer, eine Frischluft führenden Luftzuführung an der Vorrichtung vergleichsweise konstruktiv einfach zu lösen, was den Konstruktionsaufwand an der Vorrichtung reduzieren kann. Dies auch dahingehend, dass für das Anfahren keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen an der Vorrichtung vorgesehen werden müssen, um den Pyrolysereaktor und die Oxi dationskammer auf Temperatur zu bringen.
Ist zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer eine Treibdüse, insbesondere Injektordüse, vorgesehen, kann ein Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor und Oxidationskammer verbessert eingestellt werden. Zudem lassen sich hierzu beweg liche Teile vermeiden, was die Konstruktion vereinfachen kann. Wird der Treibdüse Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft, zugeführt, kann damit Schwelgas vom Pyrolysereaktor angesaugt werden. Außerdem kann diese erhöhte Luftmenge mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu einer turbulen ten und somit guten Vermischung des Schwelgases und der Frischluft sorgen, was beispielsweise die Bildung von gasförmigen Schadstoffen, wie Kohlenstoffmonoxid (CO) und/oder Stickoxide (NOx) reduziert.
Eine vergleichsweise einfach konstruktive Lösung zum Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebszuständen kann sich an der Vorrichtung eröffnen, wenn der Pyrolysereaktor ein die Treibdüse überbrückendes und insbesondere am Deckel des Pyrolysereaktors angeordnetes, erstes Gasventil, insbesondere ein Drehtellerventil, aufweist. Außerdem kann dieses erste Gasventil zur Abreinigung der Treibdüse ver wendet werden, wodurch die Standfestigkeit der Vorrichtung weiter erhöhbar ist.
Alternativ kann der Differenzdruck erzeugt werden, wenn nach der Oxidationskam mer ein Ventilator, insbesondere Verdichter, beispielsweise Hochtemperaturverdich ter, vorgesehen ist.
Die Baugröße der Vorrichtung ist weiter verringerbar, wenn über dem Pyrolysereaktor die Oxidationskammer vorgesehen ist.
Umgibt der Gaskanal die Wand des Pyrolysereaktors zumindest abschnittsweise au ßen, ist es möglich, die Temperaturverteilung im Pyrolysereaktor zu vergleichmäßi gen sowie Ablagerungen von den kondensierbaren Teilen des Schwelgases zu redu zieren, was den Fortschritt der Pyrolyse des Brennstoffs in engen Grenzen halten kann.
Eine Zufuhrmenge an Heißgas in den Pyrolysereaktor und/oder eine Austragungs menge an ausgetragener Kohle aus dem Pyrolysereaktor kann -konstruktiv einfach gelöst- eingestellt werden, wenn der Pyrolysereaktor ein, insbesondere im Bereich des Bodens des Pyrolysereaktors vorgesehenes, zweites Ventil aufweist. Vorzugsweise bildet ein beweglicher, beispielsweise höhenverstellbarer und/oder drehbarer, Rost im Pyrolysereaktor in Zusammenwirken mit mindestens einem ande ren Teil des Pyrolysereaktors, vorzugsweise der Wand des Pyrolysereaktors, das zweite Ventil aus.
Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausfüh rungsvariante näher dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitansicht einer aufgerissen dargestellten Vorrichtung zur Fierstellung von Kohle im Betriebszustand„Pyrolyse“,
Fig. 2 die nach Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in abgerissener und vergrößerter An sicht im Betriebszustand„Anfahren“ und
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Pyrolysereaktor der Vorrichtung nach Fig. 1 im Be triebszustand„Anfahren“ bzw.„Reinigen“.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Nach den Figuren 1 bis 2 ist beispielsweise eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens zur Fierstellung von Kohle 2, nämlich Aktivkohle, dargestellt. Diese Vor richtung 1 weist unter anderem einen Pyrolysereaktor 3, eine mit dem Pyrolysereaktor 3 verbundene Oxidationskammer 4 und einen Gaskanal 5 auf.
Bei der Fierstellung von Kohle 2 aus stückigem Brennstoff 6 im Gegenstromprinzip befindet sich der Pyrolysereaktor 3 in einem Betriebszustand Pyrolyse, bei dem der Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt pyrolysiert wird. Hierbei wird dem Pyrolysereaktor 3 ein Heißgas 4.1 aus einer Oxidationskammer 4 zugeführt - und zwar über den Gaskanal 5, der an die Oxidationskammer 4 und an den Pyrolysereaktor 3 anschließt. Der Betriebszustand Pyrolyse ist in Fig. 1 dargestellt. Das Heißgas 4.1 durchströmt den Pyrolysereaktor 3 im Gegenstromprinzip, da dieses Heißgas 4.1 im unteren Be reich des Pyrolysereaktors 3 einströmt. Das Heißgas 4.1 entsteht in der Oxidations kammer 4 durch Verbrennen eines Schwelgases 3.1 aus dem Pyrolysereaktor 3.
Vor dem Betriebszustand„Pyrolyse“, bei dem 400 bis 1000 Grad Celsius im Pyroly sereaktor 3 herrschen, muss der Pyrolysereaktor 3 angefahren werden. Mit dieser Temperatur kann eine vergleichsweise hohe Qualität bei der hergestellten Kohle er reicht werden. Vorzugsweise wird der Pyrolysereaktor auf 550 bis 850°C gehalten, um den Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt zu pyrolysieren.
Erfindungsgemäß ist der Betriebszustand„Anfahren“ dadurch gekennzeichnet, dass der in den Pyrolysereaktor 3 eingebrachte Brennstoff 6 unter Zufuhr von Frischluft 7 als Verbrennungsluft verbrannt wird, welcher Betriebszustand in Fig. 2 erkennbar ist. Die Frischluft 7 wird zumindest als Primärluft zugeführt. Die erfindungsgemäße Vor richtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren benötigt daher im Gegensatz zum Stand der Technik keinen zusätzlichen Brennstoff und/oder auch keinen zusätzlichen Brennraum. Zudem entstehen durch die vorzugsweise vollständige Verbrennung im Betriebszustand„Anfahren“ keine Pyrolysereste bzw. Brennstoffreste im Pyrolysere aktor 3 - was eine Kontaminierung der Kohle 2, hergestellt im Betriebszustand„Pyro lyse“ mit vergleichsweise engen Verfahrensparametern, vermeidet. Dies kann bei spielsweise erreicht werden, wenn zum Anfahren im Pyrolysereaktor 3 ein Verbren nungsluftverhältnis l von 0,3 bis 1 ,6, insbesondere 0,3 bis 0,9, eingestellt wird. Vor zugsweise wird zum Anfahren im Pyrolysereaktor 3 eine unterstöchiometrische Re aktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis l kleiner 1 eingestellt. Bei ei nem dazu niedrigeren Verbrennungsluftverhältnis l, beispielsweise 0,3 bis 0,5 und erhöhter Brennstoffbetthöhe kann zugleich die Bildung von Feinstaubemissionen, im wesentlichen Kalzium und Kaliumverbindungen, beim Anfahren auf ein Minimum re duziert werden, welches eine schadstoffarme Verbrennung des Brennstoffes ermög licht. Reproduzierbar kann sohin sichergestellt werden, dass die erfindungsgemäß herge stellte Kohle 2 eine besonders hohe Qualität aufweist.
Nach Fig. 1 ist zudem zu erkennen, dass der Pyrolysereaktor 3 außenmantelseitig mit Heißgas 4.1 umströmt wird. Dies stellt einen zusätzlichen Temperatureintrag in den Pyrolysereaktor 3 sowie eine Vergleichmäßigung der Temperatur der Wand 12.1 des Pyrolysereaktors 3 sicher.
Wie im Vergleich der Figuren 1 und 2 zu erkennen, kann ein zweites Ventil 8, nämlich ein Rost 8.1 - im Ausführungsbeispiel ein Kegelrost - im Pyrolysereaktor 3 in der Höhe linear verstellt werden. Durch diese Höhenverstellung ist es möglich, zwischen den Betriebszuständen umzuschalten. So werden je nach dessen Höhenlage 9.1 , 9.2 die Größe der Heißgasöffnung 10 und Austragungsöffnung 1 1 in der Wand 12.1 des Py rolysereaktors 3 verändert bzw. geöffnet oder geschlossen. Auf diese Weise kann die Zufuhrmenge von Heißgas 4.1 eingestellt bzw. auch eine Austragung von Kohle 2 aus dem Pyrolysereaktor 3 ermöglicht werden - Letzteres besonders durch eine Dre hung des Rosts 8.1 . Die Vorrichtung 1 ist damit vergleichsweise handhabungsfreund lich und durch ihre spezielle Konstruktion auch standfest in jedem Betriebszustand. Wie in Fig. 2 näher dargestellt, bildet der Rost 8.1 den Boden 12.2 des Pyrolysereak tors 3 aus.
Jene bei der Pyrolyse und/oder Verbrennung entstehenden Ablagerungen im Pyroly sereaktor 3 werden im Betriebszustand„Reinigen“ durch Öffnen des ersten Gasven tils 13, das beispielsweise den Deckel des Pyrolysereaktors 3 ausbildet, entfernt. In Fig. 3 ist das erste Gasventil 13 nicht vollständig geöffnet dargestellt, was aber der Fall sein kann.
Das erste Gasventil 13 schließt hierzu an den Gaskanal 5 an und kann damit im Gasstrom zur Oxidationskammer 4 die Injektordüse 14.1 vergleichsweise widerstand arm überbrücken. Durch das Öffnen des ersten Gasventils 13 strömt Heißgas 4.1 in den oberen Innenbereich des Pyrolysereaktors 3 ein und beseitigt zuverlässig Abla gerungen bzw. Pyrolysereste durch Temperaturanstieg in diesem Bereich. Das Gas ventil 13 ist -konstruktiv einfach gelöst- als Drehtellerventil ausgeführt.
Das erste Gasventil 13 ist auch im Betriebszustand„Anfahren“ des Pyrolysereaktors 3 geöffnet, um die Verbrennungsgase 3.2 aus dem Pyrolysereaktor 3 widerstandsarm abzuführen und damit das Anfahren zu beschleunigen. Der Rost 8.1 verschließt in diesem Betriebszustand die Heißgasöffnungen 10 und Austragungsöffnungen 1 1 .
Im Betriebszustand„Pyrolyse“ sorgt ein Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor 3 und Oxidationskammer 4 sowie Gaskanal 5 dafür, dass Heißgas 4.1 in den Pyroly sereaktor 3 nach dem Gegenstromprinzip einströmt.
Erfindungsgemäß ist dieser Differenzdruck veränderbar (- nämlich einstellbar -), und zwar mit Hilfe einer Treibdüse 14. Diese Treibdüse 14 ist zwischen dem Pyrolysere aktor 3 und der Oxidationskammer 4 vorgesehen und verbindet diese in Form einer Injektordüse 14.1 . Durch das Einblasen von Treibgas, nämlich Frischluft 7, saugt die Treibdüse 14 Schwelgas 3.1 vom Pyrolysereaktor 3 an und trägt dieses Schwelgas 3.1 in die Oxidationskammer 4 zur Verbrennung im Betriebszustand„Pyrolyse“ ein. Die Injektor-Geometrie kann zudem für eine gute Durchmischung von Verbrennungs und Pyrolysegasen sorgen und dazu besonders ausgebildet sein.
Im Weiteren gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren in den verschiedenen Betriebszuständen wie folgt:
Betriebszustand„Anfahren“:
Zum Anfahren der Vorrichtung wird der Pyrolysereaktor 3 im Betriebszustand„Anfah ren“ betrieben. Dieser ist durch den Umwandlungsprozess Verbrennung gekenn zeichnet. Hierzu wird der drehbare und höhenverlagerbare Rost 8.1 soweit gehoben, dass der Pyrolysereaktor 3 nach unten verschlossen ist. Zudem sind im Betriebszu stand„Anfahren“ die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 am obe ren Ende des Pyrolysereaktors 3 geöffnet - wie dies in Fig. 3 erkannt werden kann.
Stückiger Brennstoff 6, beispielsweise Hackgut, Stroh, Laub, Heu etc. wird über eine Förderschnecke 15 in den Pyrolysereaktor 3 eingebracht, der anschließend auf den darunter angeordneten Rost 8.1 fällt. Es wird eine vorgegebenen Schütthöhe, bei spielsweise ca. 2-5 cm, angestrebt. Der Brennstoff 6 wird durch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung entzündet. Die für die Verbrennung nötige Primärluftmenge an Frischluft 7 wird durch eine nicht dargestellte Zuführeinrichtung über Öffnungen an der Unterseite des Pyrolysereaktors 3 zum Glutbett des Brennstoffs 6 gefördert. Die Verbrennungsgase 3.2 strömen im Pyrolysereaktor 3 nach oben und verlassen die sen durch die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13. Das erste Gas ventil 13 ist durch eine drehbar angeordnete Scheibe mit Aussparungen und eine feststehende Scheibe aus feuerfestem Material (beispielsweise Cordierit) mit seg mentförmigen Öffnungen ausgeführt. Dieses erste Gasventil 13 kann aber auch als Klappe etc. ausgeführt sein.
Im Pyrolysereaktor 3 wird ein Verbrennungsluftverhältnis l von ca. 0,3 bis 1 ,6, insbe sondere 0,3 bis 0,9, eingestellt wird. Vorzugsweise ist eine unterstöchiometrische Re aktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis l kleiner 1 eingestellt. Die Verbrennungsgase 3.2 erhitzen den Pyrolysereaktor 3, die Treibdüse 14 sowie die Oxidationsbrennkammer 5. In der primären Oxidationsbrennkammer 5 ist eine nicht dargestellte Messung des Verbrennungsverhältnisses mit einer Breitbandlamb dasonde vorgesehen, welche die Basis für die Regelung der Frischluft 7 darstellt.
Die heißen Verbrennungsgase 3.2 strömen im Ringspalt 5.1 zwischen Pyrolysereak tor 3 und Außengehäuse 16 der Vorrichtung 1 nach unten und verlassen diese durch die Öffnung in die anschließende sekundäre Verbrennungszone 17. In dieser findet die Nachverbrennung bei einer überstöchiometrischen Reaktionsbedingung mit einer Verbrennungsluftverhältnis l von größer gleich 1 , beispielsweise 1 ,1 -1 ,5, statt. Anschließend werden die Verbrennungsgase 3.2 im wassergeführten Rohrbündel wärmetauscher 18 abgekühlt und verlassen die Vorrichtung 1 durch ein nicht darge stelltes Saugzuggebläse in einen Kamin.
Im Betriebszustand„Anfahren“ kann zudem Treibgas, nämlich Frischluft 7, durch die Treibdüse 14 zugemischt werden. Die Treibgasmenge wird durch einen nicht darge stellten Luftregelkasten geregelt oder eingestellt.
Erfindungsgemäß kann durch den Betriebszustand„Anfahren“ auf eine externe Zünd vorrichtung mit Leistungen >1500W wie z. B. Gasbrenner, etc. verzichtet werden.
Betriebszustand„Pyrolyse“:
Steigt im Betriebszustand„Anfahren“ die Temperatur der Oxidationskammer 4 auf über die Selbstzündungstemperatur des Schwelgas/Luft-Gemisches an, kann in den Betriebszustand„Pyrolyse“ umgeschaltet werden. Bei dieser ist nämlich die Tempe ratur für eine Selbstzündung des Schwelgases 3.1 in der Oxidationskammer 4 er reicht, wodurch in der Oxidationskammer 4 Heißgas 4.1 erzeugt werden kann.
Für diesen Umschaltvorgang ist es vorzugsweise nötig, die Schütthöhe an Brennstoff
6 im Pyrolysereaktor 3 zu erhöhen, beispielsweise auf Höhe der Schnecke 15. Wäh rend des Füllvorganges des Pyrolysereaktors 3 wird die Treibgasmenge der Treib düse 14 sukzessive erhöht, die Rezirkulationsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 geschlossen, der Rost 8.1 nach unten gefahren und dabei die Menge an Frischluft
7 beim Rost 8.1 kontinuierlich vermindert.
Durch die erhöhte Treibgasmenge des Treibgases stellt sich ein Differenzdruck im Bereich von 0, 1 -10 mbar zwischen dem Pyrolysereaktor 3 und der Oxidationskammer 4 ein. Dieser Differenzdruck treibt eine Strömung des Heißgases 4.1 aus der Oxida tionskammer 4 nach unten, durch eine ringförmige Heißgasöffnungen 10 bzw. Aus- tragungsöffnungen 1 1 im Pyrolysereaktor 3 an. Das Heißgas 4.1 mit einer Tempera tur von 700 bis 1200 Grad Celsius begründet bei der Durchströmung des Brennstoffs 6 im Gegenstrom dessen Erwärmung unter Luftabschluss auf etwa 500-850 Grad Celsius, was den Brennstoff 6 zu Kohle 2 direkt pyrolysiert.
Die dabei entweichenden teerhaltigen Schwelgase werden durch die Treibdüse 14 an der Brennstoffbettoberfläche abgesaugt und innerhalb der Treibdüse 14 mit einem Treibgas, nämlich Frischluft 7, vermischt - und verbrennen anschließend in der Oxi dationskammer 4 unter turbulenten Bedingungen bei 800 bis 1350 Grad Celsius, was fortlaufend erfolgt.
Durch Drehbewegung des Rosts 8.1 fällt die Kohle 2 auf die, vorzugsweise wasser gekühlte, Austragungseinrichtung 19 und wird durch, nicht dargestellte Wischerblät ter, welche an der Unterseite angebracht sind, in die darunter horizontal liegende Austragungsschnecke geschoben.
Zur Kühlung der noch heißen Kohle 2 können die weiteren Bauteile wassergekühlt ausgeführt und/oder die Kohle 2 direkt mit Wasser besprenkelt werden. Anschließend wird ein beliebiges Fördersystem mit gasdichtem Verschluss (Zellradschleuse, Klap pensystem, Schieber) verwendet.
Betriebszustand„Reinigung“:
Mit fortlaufender Betriebsdauer kann sich beispielsweise Teer ablagern. Diese Abla gerungen können zu Geometrieveränderungen an der Injektordüse 14.1 und in Folge dessen zu Funktionsstörungen führen. Zur Entfernung dieser Ablagerungen werden diese durch Öffnen des ersten Gasventils 13 entfernt. In Fig. 3 sind die Rezirkulati- onsöffnungen 13.1 des ersten Gasventils 13 nicht vollständig geöffnet dargestellt, wobei dies aber selbstverständlich der Fall sein kann. Durch das Öffnen des ersten Gasventils 13 kann Heißgas von der Oxidationskammer 4 in den Pyrolysereaktor 3 direkt einströmen und solche Ablagerungen entfernen. Nach dieser Reinigung wird das erste Gasventil 13 bzw. seine Rezirkulationsöffnun- gen 13.1 geschlossen und die Vorrichtung 1 kann im Betriebszustand„Pyrolyse“ Wei terarbeiten.
Im Allgemeinen wird festgehalten, dass„insbesondere“ als„more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem„insbesondere" vorangestellt ist, als fakultatives Merkmal zu betrachten, das wegelassen werden kann, und stellt da her keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das gleiche gilt für„vor zugsweise“, ins Englische übersetzt als„preferably“.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
1 . Verfahren zur Herstellung von Kohle (2) aus Brennstoff (6) im Gegenstrom prinzip, bei dem der Brennstoff (6) in einen Pyrolysereaktor (3) eingebracht und zu Kohle (2) direkt pyrolysiert wird, indem dem Pyrolysereaktor (3) ein Heißgas (4.1 ) aus einer Oxidationskammer (4) zugeführt wird, welches Heißgas (4.1 ) sich in der Oxida tionskammer (4) durch Verbrennung eines Schwelgases (3.1 ) aus dem Pyrolysere aktor (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) dessen eingebrachter Brennstoff (6) unter Zufuhr von Frischluft (7) verbrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Heißgas (4.1 ) aufgrund eines veränderbaren Differenzdrucks zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxi dationskammer (4) in den Pyrolysereaktor (3) strömt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) durch eine, insbesondere zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) vorgesehene, Treibdüse (14), insbesondere Injektordüse (14.1 ), eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibdüse (14) Schwelgas (3.1 ) des Pyrolysereaktors (3) durch Einblasen von Treibgas, insbeson dere aufweisend die Frischluft (7), ansaugt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyroly sereaktor (3) ein die Treibdüse (14) überbrückendes erstes Gasventil (13), insbeson dere ein Drehtellerventil, aufweist, das beim Anfahren oder zur Abreinigung des Py rolysereaktors (3) geöffnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) durch einen, insbesondere nach der Oxidationskammer (4) vorgesehenen, Ventilator, insbesondere Verdichter, eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oberhalb des Pyrolysereaktors (3) vorgesehenen Oxidationskammer (4) das Schwelgas (3.1 ) des Pyrolysereaktors (3) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereak tor (3) außenmantelseitig mit Heißgas (4.1 ) zumindest abschnittsweise umströmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhrmenge an Heißgas (4.1 ) in den Pyrolysereaktor (3) und/oder eine Austra gungsmenge von Kohle (2) aus dem Pyrolysereaktor (3) über ein zweites Ventil (8) des Pyrolysereaktors (3) eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rost (8.1 ) im Pyrolysereaktor (3) das zweite Ventil (8) ausbildet, welcher Rost (8.1 ) hierfür im Py rolysereaktor (3) bewegt, insbesondere höhenverstellt und/oder gedreht, wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Pyrolysereaktor (3) anschließende Austragungsreinrichtung (19) für die Kohle (2) gekühlt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle (2) bei ihrer Austragung abgeschreckt und/oder funktionalisiert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Pyrolysieren des Brennstoffs (6) dem Pyrolysereaktor (3) Heißgas (4.1 ) ange reichert mit Wasserdampf und/oder mit einem Reduktionsmittel zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren im Pyrolysereaktor (3) eine unterstöchiometrische Reaktionsbedin gung und in der Oxidationskammer (4) eine stöchiometrische bis überstöchiometri sche Reaktionsbedingung eingestellt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einem Pyrolysereaktor (3), mit einer Oxidationskammer (4) und mit einen an die Oxidationskammer (4) anschließenden Gaskanal (5), der über ein einstellbares zweites Ventil (8) in den Pyrolysereaktor (3) mündet, um bei einer Offenstellung des zweiten Ventils (8) einen Brennstoff (6) im Pyrolysereaktor (3) mit Heißgas (4.1 ) der Oxidationskammer (4) direkt zu pyrolysieren, wobei in den Pyrolysereaktor (3) eine Frischluft (7) führende Luftzuführung mündet, die mit dem Pyrolysereaktor (3) beim Anfahren des Pyrolysereaktors (3) verbunden und dazu ausgebildet ist, Frischluft
(7.1 ) als Primärluft in den Pyrolysereaktor (3) einzubringen, um den Brennstoff im Pyrolysereaktor (3) zu verbrennen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pyro lysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) eine Treibdüse (14), insbesondere Injek tordüse (14.1 ), vorgesehen ist, um einen Differenzdruck zwischen Pyrolysereaktor (3) und Oxidationskammer (4) einzustellen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibdüse (14) Treibgas, insbesondere aufweisend die Frischluft (7), zugeführt wird, um Schwel gas (3.1 ) vom Pyrolysereaktor (3) anzusaugen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Py rolysereaktor (3) ein die Treibdüse (14) überbrückendes und insbesondere am Deckel
(3.1 ) des Pyrolysereaktors (3) angeordnetes, erstes Gasventil (13), insbesondere ein Drehtellerventil, aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Oxi dationskammer (4) ein Ventilator, insbesondere Verdichter, vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Pyrolysereaktor (3) die Oxidationskammer (4) vorgesehen ist.
21 . Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (5) die Wand (12.1 ) des Pyrolysereaktors (3) zumindest abschnittsweise außen umgibt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolysereaktor (3) ein, insbesondere im Bereich des Bodens (12.2) des Pyrolysereaktors (3) vorgesehenes, zweites Ventil (8) zum Einstellen einer Zufuhr menge an Heißgas (4.1 ) in den Pyrolysereaktor (3) und/oder einer Austragungs menge an Kohle (2) aus dem Pyrolysereaktor (3) aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegli cher, insbesondere höhenverstellbarer und/oder drehbarer, Rost (8.1 ) im Pyrolysere aktor (3) im Zusammenwirken mit mindestens einem anderen Teil des Pyrolysereak tors (3), vorzugsweise der Wand (12.1 ) des Pyrolysereaktors (3), das zweite Ventil (8) ausbildet.
EP20707343.8A 2019-01-16 2020-01-16 Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff Pending EP3911599A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA18/2019A AT522059B1 (de) 2019-01-16 2019-01-16 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kohle
PCT/AT2020/060009 WO2020146916A1 (de) 2019-01-16 2020-01-16 Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3911599A1 true EP3911599A1 (de) 2021-11-24

Family

ID=69713914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20707343.8A Pending EP3911599A1 (de) 2019-01-16 2020-01-16 Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3911599A1 (de)
AT (1) AT522059B1 (de)
WO (1) WO2020146916A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112852459A (zh) * 2020-12-24 2021-05-28 陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司 一种粉煤热解装置及热解方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE789590Q (fr) * 1966-04-22 1973-02-01 Coal Industry Patents Ltd Procede de production de carbone actif
US4230602A (en) * 1979-10-12 1980-10-28 American Can Company Process for producing highly activated carbonaceous products
DD251043A3 (de) 1985-09-19 1987-11-04 Univ Dresden Tech Verfahren zur herstellung von aktivkohle
US20100113267A1 (en) * 2007-05-17 2010-05-06 Srivats Srinivasachar System and method for coproduction of activated carbon and steam/electricity
WO2009099341A2 (en) * 2008-01-30 2009-08-13 Eco Technology Limited Method and apparatus for the production of carbon fro carboniferous feedstock
CN203878118U (zh) * 2014-04-16 2014-10-15 孟德义 生物质热裂解炉
PL3619283T3 (pl) * 2017-03-23 2024-05-13 Act&Sorb Karbonizacja i aktywacja mdf
CN108530113A (zh) * 2018-06-15 2018-09-14 北京三聚绿能科技有限公司 一种秸秆热裂解联产炭基肥的方法

Also Published As

Publication number Publication date
AT522059A1 (de) 2020-08-15
WO2020146916A1 (de) 2020-07-23
AT522059B1 (de) 2020-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2927240C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von stückigen Brennstoffen mit Vorschwelung und Cracken der Schwelgase im Gasgenerator
DE3335544A1 (de) Reaktorvorrichtung zur erzeugung von generatorgas aus brennbaren abfallprodukten
DE2365591A1 (de) Vorrichtung zum sintern von zement und aehnlichen stoffen
DE2061829C2 (de) Verfahren zur thermischen Behandlung feinkörniger Feststoffe in einem Wirbelbett mit Innenverbrennung
EP0497418A1 (de) Verfahren zum Verbrennen von Kohle in der zirkulierenden Wirbelschicht
DE3718022C1 (en) Boiler burning solid matter
DE102019117900A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen von Pflanzenkohle und/oder zur Wärmegewinnung
EP3911599A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kohle aus brennstoff
DE19846805A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung
EP0055440A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Brenngas aus organischen Abfallstoffen
DE3543424C2 (de)
EP0482306A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verfeuern von Holzschnitzeln und Holzspänen unter Bildung schadstoffarmer Abgase bei gleitend regelbarer Feuerungsleistung
DE102009038242A1 (de) Holzvergaserkessel
DE3523765A1 (de) Verfahren zur vergasung kohlenstoffhaltiger brennstoffe und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
WO1990005273A1 (de) Brenn- sowie trockenofen für keramische formkörper, insbesondere ziegelstein-formlinge
DE67015C (de) Verfahren zur Trocknung und Vergasung feuchter Brennstoffe
DE202013105873U1 (de) Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von festem Brennstoff
DE50131C (de) Apparat zur Erzeugung von Leucht- und Heizgas
DE3119517A1 (de) Verfahren zum brennen oder calcinieren von kohlebloecken in einem ringkammerofen unter zurueckfuehrung des rauchgases sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
AT240499B (de) Verfahren zur Verfeuerung fester, insbesondere kleinkörniger Brennstoffe und Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
DE840571C (de) Verfahren und Vorrichtung zum Spuelgasschwelen und Vergasen aschereicher Brennstoffe in stetig betriebenen Querstromoefen
DE284163C (de)
EP0263339A1 (de) Gaswandler für kohlenwasserstoffhaltige Schwelgase
DE161980C (de)
DE1471575C (de) Verfahren zum kontinuierlichen Ver koken bzw Entgasen kohlenstoffhaltigen Ma tenals und Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210816

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20220701

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230514