WO2005113732A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines teerfreien schwachgases durch vergasung von biomasse - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines teerfreien schwachgases durch vergasung von biomasse Download PDF

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WO2005113732A1
WO2005113732A1 PCT/EP2005/005349 EP2005005349W WO2005113732A1 WO 2005113732 A1 WO2005113732 A1 WO 2005113732A1 EP 2005005349 W EP2005005349 W EP 2005005349W WO 2005113732 A1 WO2005113732 A1 WO 2005113732A1
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Lisbeth Rochlitz
Jörg S. MARTIN
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for producing a tar-free weak gas by gasifying biomass, waste or the like, hereinafter also referred to as fuel or raw material.
  • the purpose of this thermochemical gasification of carbon-containing solid fuels is to produce a tar-free, flammable useful gas which can then be supplied to a consumer, for example an internal combustion engine in the form of a gas engine.
  • the device according to the invention makes it possible to operate the process units downstream of the gas generation, such as the gas engine, for example, without the tar connections arising during the gasification leading to malfunctions. This is achieved in that a tar-free lean gas, ie a lean gas containing a maximum of about 50 mg tar / Nm 3 , is generated.
  • tar contains all the hydrocarbons formed during gasification, which leave the gaseous state of aggregation when the gas cools down to the temperature required for use and which, along with this change in state, permanently impair the function of the overall process.
  • staged reforming which is operated with metal balls as the heat transfer medium. So far it exists in the form of a 1 MW test facility. There are also other techniques with heat transfer media.
  • the gasifier is preceded by an evaporation and pyrolysis stage.
  • this process and other processes and systems for example at the universities of Stuttgart, Düsseldorf, Siegen, at the TU Freiberg, Graz and Vienna, as well as at the University of Applied Sciences in Offenburg, are faced with tar in the synthesis gas and therefore require gas scrubbing and / or a catalyst.
  • the disadvantages of the existing systems are the following: • The carbonization gas or the exhaust gas produced can only be used after a catalytic converter and / or a gas scrubbing in an internal combustion engine or in a fuel cell. Without the use of a catalyst and / or gas scrubbing, the tar content of the carbonization gas is too high.
  • the previous systems have a comparatively complex and thus vulnerable technology, above all, moving parts and fittings are used in the hot area of abrasive charcoal. • The systems are only economical from a certain size and therefore cannot be used decentrally.
  • Patent DE 101 51 054 describes rapid pyrolysis, which is followed by entrained-flow gasification. Another process is concerned with pyrolysis, which is followed by combustion. Another process deals with multi-zone gasification, which is preceded by combustion. Other processes deal with partial combustion or gasification followed by gasification and pyrolysis which follows fluidized bed gasification and tar cracking. Another method deals with a staged gasification with two parallel fluidized beds. Other methods deal with a carburetor within a burner.
  • Patent specification EP 0 979 857 A2 describes a two-stage fluidized bed or a corresponding fixed bed, which is followed by a fluidized bed.
  • Another process uses pyrolysis in the form of jacket heating for internal gasification.
  • Other processes use pyrolysis, which is followed by cyclonic gasification, which is followed by a cyclone as the second gasification stage, and separate gasification and cracking reactors which are connected via a pipe into which oxygen is injected.
  • the object of the present invention is to provide a gasifier and a gasification method which makes it possible to use a simple, robust and inexpensive technology from biomass to produce a tar-free, ie containing a maximum of 50 mg tar / Nm 3 , H 2 - and CO-rich carbonization gas to generate, which does not have to be treated with a catalyst or with a gas scrubber.
  • a gasifier according to the invention in particular for gasifying biomass, has the following constituents: a drying and pyrolysis zone for drying and pyrolysis of the biomass or of the raw material (the term zone and the term unit used in parallel with it is here and hereinafter defined as spatially defined Understand the area or component of the gasifier, which usually consists of several individual components), a reduction zone located below the drying and pyrolysis zone for catalytic fixed bed cracking and carbon conversion in the raw material and a post-gasification zone located below the reduction zone
  • the device according to the invention is distinguished by the fact that it has a pyrolysis hot gas discharge device (for example a plurality of channels) which is used to discharge the pyrolysis of the raw material
  • the carbonization gases produced serve that they have a discharge device (for example a channel) for removing carbonization gases generated in the post-gasification zone, that they have a mixing device connected to the pyrolysis carbonization gas discharge device and the discharge device for mixing the carbonization gases discharged from the drying and pyrolysis zone and that of the post-gasification zone has discharged carbonization gases and that it has a carbonization gas supply unit (for example a bifurcating channel) which serves to feed the carbonization gases mixed in the mixing device into the reduction zone.
  • a pyrolysis hot gas discharge device for example a plurality of channels
  • the carbonization gases produced serve that they have a discharge device (for example a channel) for removing carbonization gases generated in the post-gasification zone, that they have a mixing device connected to the pyrolysis carbonization gas
  • the pyrolysis unit can be designed, for example, as a fixed bed gasification stage or as a fluidized bed gasification stage, ie the pyrolysis can be carried out either with the aid of a fluidized bed or with the aid of a fixed bed.
  • the biomass gasifier in the mixing device has a partial combustion unit, for example in the form of a carbon monoxide burner, which is used at least for partial combustion of the carbonization gases discharged from the post-gasification zone.
  • the mixing device of the gasifier advantageously has a supply unit (for example a channel) for supplying air and / or oxygen and / or recirculated flue gas and / or water vapor and advantageously has a carbon monoxide monitoring device and / or an oxygen
  • the mixing device can advantageously have a heat transfer unit with which heat from the partial combustion can be removed recuperatively.
  • the biomass gasifier is advantageously connected at the end of the process chain or after the carbonization gas extraction unit or a filter, a suction or blower which generates a vacuum.
  • a gas engine can be used for this purpose.
  • the gasifier has an upper bed layer zone below the drying and pyrolysis zone and a lower bed layer zone above the post-gasification zone, in each of which a barrier bed layer for the
  • Smoldering gases can be formed from the raw material.
  • the carbonization gases mixed in the mixing device can advantageously be supplied to both bed layers by means of the carbonization gas supply unit.
  • the carbonization gases can be supplied to a lower area of the upper bed layer zone and an upper area of the lower bed layer zone.
  • the gasifier then preferably has a barrier layer for the carbonization gases from the raw material in the upper area of the upper bed layer zone and a bed layer made of the raw material in the lower area of the upper bed layer zone, and a debris layer from the bottom layer in the upper area of the lower bed layer zone Raw material and in the lower area of the lower bed layer zone a barrier bed layer for the carbonization gases from the raw material.
  • the height of the barrier bed layer in the upper region of the upper bed layer zone is greater than the height of the bed layer in the lower region of the upper bed layer zone and the height of the barrier bed layer in the lower region of the lower bed layer zone is greater than the height of the bed layer in the upper region of the lower bed layer zone.
  • At least one of the packed bed zones has a packed bed forming device for forming the blocked packed beds.
  • Swing gratings and / or pendulum gratings are preferably used for this purpose.
  • the carburetor advantageously also has a carbonization gas extraction unit, which is used to discharge the low-tar gas generated in the carburetor
  • the low-tar carbonization gases generated are discharged from the reduction zone above a barrier bed in the lower bed zone and below a barrier bed in the upper bed zone.
  • the carbonization gas extraction unit has a discharge device (for example a channel) for removing the cracked carbonization gas reacted with carbon from the
  • the carbonization gas extraction unit is advantageously equipped with a gas dedusting device.
  • This gas dedusting device is also advantageously equipped with a return device for returning dust to the post-gasification unit and / or with a cooling washer for removing ammonia from the carbonization gas and / or with an ammonia return device for returning the removed ammonia to the biomass gasifier.
  • the gas dedusting device is advantageously designed as a cyclone.
  • the carbonization gas extraction unit has a consumption device, for example an engine or a combustion chamber, and / or a supply device (for example a channel) for supplying catalytically cracked carbonization gases to one or this consumption device.
  • the mixing device advantageously has a cracking unit in which a thermal cracking of the mixed carbonization gases can take place and which is also used to guide the cracked carbonization gases to the carbonization gas supply unit.
  • the gasifier has an oxidizing agent supply unit, which serves to supply an oxidizing agent, for example air or oxygen, to the post-gasification zone.
  • an oxidizing agent supply unit which serves to supply an oxidizing agent, for example air or oxygen, to the post-gasification zone.
  • the drying and pyrolysis zone has a supply device (for example a channel) for supplying a pyrolysis medium, which can be, for example, air, oxygen or recirculated flue gas.
  • a pyrolysis medium which can be, for example, air, oxygen or recirculated flue gas.
  • the drying and pyrolysis zone moreover preferably has a bed layer formation device (for example a swiveling grate or a pendulum grate) for forming a bed layer from the raw material.
  • the post-gasification zone has a bed layer formation device for forming a bed layer from the raw material.
  • the post-gasification zone preferably also has an oxidizing agent lumen for supplying an oxidizing agent to it Fill layer and / or a residue disposal device.
  • the packed bed formation device is preferably designed as a swivel grate and / or a pendulum grate.
  • the waste disposal device preferably has a return device for returning ash and / or inert material to the post-gasification zone.
  • the pyrolysis hot gas discharge device has at least one exhaust unit (for example a channel) with which the carbonization gas formed during the drying and pyrolysis of the fuel is drawn off from the drying and pyrolysis zone above and / or below the corresponding bed layer and the mixed Device can be supplied.
  • at least one exhaust unit for example a channel
  • the carbonization gas supply unit has a plurality of supply lines (for example channels or bifurcated lines), which preferably allow the supply of carbonization gases to each existing bed layer zone.
  • the supply can take place in a barrier fill layer formed in the debris layer zone or above or below this.
  • the feed lines are advantageously equipped with annular gaps.
  • the fuel gas discharge device of the biomass gasifier has a channel with which carbonization gases are discharged from the post-gasification unit, a gas dedusting device for dedusting these discharged carbonization gases and a further channel for supplying the dedusted carbonization gases as fuel gases to the mixing device or to the partial combustion unit on.
  • the carbonization gases discharged from the post-gasification zone are preferably discharged in the upper region of the post-gasification zone or above it.
  • the gas dedusting device is advantageously a cyclone and advantageously has a return device for returning dust to the post-gasification unit.
  • the innovations of the biomass gasifier according to the invention or of the biomass gasification method according to the invention lie in the area of the cracking stage (also referred to as a reduction unit or a reduction zone) and the post-gasification stage (which is also referred to as a post-gasification unit or zone) of the gasifier and in a special one Partial combustion of
  • the pressure loss is also minimized in the reaction zone under the barrier layer, in that the partially burned carbonization gas stream is suitable, for example, before entering the cracking stage guided channels is divided and is sent both from above and from below through the layer or through the corresponding sub-layers.
  • the carbonization gas emerges in the middle of the cracking stage.
  • the cross-sectional area of the system is thus subjected to double flow within this stage.
  • the biomass gasifier described above and the corresponding biomass gasification process have a number of significant advantages compared to the prior art: • A low-tar synthesis gas can be generated without the need for a catalyst and without the need for complex gas scrubbing. • The new technology is a technically simple, but nevertheless functional and robust version of the biomass gasifier, which enables a compact design with sufficiently long dwell times of the coke, which means that the biomass gasifier also has different reaction times in the pyrolysis stage (hereinafter also referred to as the pyrolysis unit) and the cracking stage. • The cracking of higher hydrocarbons or tars is ensured by an allothermal cracking stage in the overall autothermal process. This operating mode also avoids the local temperature peaks that otherwise occur.
  • a biomass gasifier according to the invention can be designed or used as described in the example shown below.
  • FIG. 1 shows a vertical biomass gasifier according to the invention, which consists of several components or zones (generally also referred to below as units).
  • the components that are identified by main reference signs in the form of numbers such as “1” or “2” are usually divided into several subunits, which in the following have the same main reference signs as the associated unit, but additionally are provided with sub-reference characters in the form of letters (such as "la” or "2c”).
  • the biomass passes through the gasifier from gravity downwards.
  • the first stage or uppermost zone or unit of the gasifier is the pyrolysis unit 1, which has a supply channel 1 a, for supplying air, oxygen and / or recirculated flue gas into a first raw material or biomass fixed bed 1 d of the charcoal or the pyrolysis coke.
  • the fixed bed is formed with the help of a pendulum grating that can be pivoted about the pivot point lc
  • a reduction zone 2 comprising two rubble layer zones 2e and 2f.
  • a barrier bulk layer in the form of a hot raw material fixed bed is formed in each of the zones 2e and 2f.
  • reference symbols 2e denote below and 2f not only the rubble bed zones, but also the associated barrier fill layers formed therein.
  • the barrier fill layers are formed by moving the pendulum gratings 2a (pivot point 2c) and 2b (pivot point 2d) sufficiently slowly (a sufficiently rapid movement of the pendulum gratings leads to a rather loose raw material composite, for example with the fixed bed ld, i.e. not to the formation of Barrier layers).
  • the post-gasification zone 3 the raw material fixed bed 3b of which has an oxidation zone 3g and, above it, a reduction zone 3h.
  • This fixed raw material bed is also formed and held by means of a pendulum grate 3a (pivot point 3j).
  • Post-gasification unit is a lumen 3i for collecting and discharging carbonization gases as fuel gases, below is a lumen 3c (excess oxygen zone), into which preheated air is introduced with the aid of a channel 3d. Drying and autothermal pyrolysis of the biomass take place in the pyrolysis unit 1, including catalytic cracking of the long-chain hydrocarbons or the reaction of the substances formed in the oxidation zone with the carbon in the allothermal cracking stage or the first and second barrier fill layers 2e and 2f. Reduction zone).
  • the oxidizing agent reacts exothermically with the raw material (C + 0 2 -> C0 2 ), in the overlying reduction zone 3h the substances formed in the oxidation zone react with the carbon (essentially Boudouard reaction C + C0 2 -> 2C0).
  • the post-gasification unit 3 also has a discharge duct 3e for the removal of ash and possibly inert material with a loss on ignition ⁇ 5%. This ash and / or the inert material is returned with the aid of the return device 3f into the lumen 3i of the post-gasification unit 3.
  • the mixing device 5 also has a carbon monoxide burner 5c in a burner area for at least partial combustion of the gas removed from the post-gasification zone
  • a channel 8a leads from the lumen 3i in the upper region of the post-gasification unit 3 for transporting the fuel gas into the dedusting device 8b. At its upper end, this has a channel 8d for feeding the dedusted fuel gas into the carbon monoxide burner 5c. At its lower end, the dedusting device has a return device 8c for returning dust into the post-gasification unit 3 or the lumen 3i.
  • the mixing device 5 On the side next to the burner area or the inner tube 5c and below the antechamber 5a, the mixing device 5 has a cylindrical outer tube 5b completely surrounding the inner tube 5c for thermal cracking of the carbonization gas, which is via a forked channel 7 with two branches 7a and 7b leads into the upper or lower fixed bed 2e or 2f.
  • the height of the barrier bed layer portion of the bed layer 2e above the insertion area of the channel 7a is greater than the height of the bed layer portion below the insertion area.
  • the height of the bulkhead portion of the bulkhead 2f above the insertion area of the channel 7b is less than the height of the bulk barrier layer below the insertion area.
  • these two duct branches are equipped with annular gaps 7c and 7d.
  • the carbonization gas extraction unit 4 used for this purpose also has a dedusting device 4d, which at its lower end contains a dust return device 4b for returning the dust removed from the gas to be extracted into the lumen 3i of the post-gasification unit 3.
  • the dedusting device 4d instructs at its upper end a discharge duct 4c leading to a consumer 4e (which is a gas engine in the present example).
  • the functioning of the biomass gasifier shown is described in the following paragraph.
  • the charcoal or the pyrolysis coke from pyrolysis stage 1 passes through the carburetor following gravity from top to bottom.
  • Small amounts of possibly preheated air and / or recirculated flue gas are supplied to the pyrolysis stage or unit 1 through the channel 1a.
  • Pyrolysis stage 1 can be used variably in the form of ascending or descending fixed bed gasification or as a fluidized bed.
  • the carbonization gas of pyrolysis stage 1 is drawn off through the channel 6a at the lower end of the pyrolysis stage.
  • this gas fraction is also referred to below as fuel gas, and tars are thermally cracked by the carbon monoxide burner 5c.
  • fuel gas air or Oxygen or recirculated flue gas, possibly with the addition of a small amount of water vapor.
  • the supply takes place through the channel 5d, the quantity supplied being regulated as described later.
  • the carbonization gas with the remaining higher hydrocarbons then enters via the two channel branches 7a and 7b in two levels, in each case via an annular gap 7c or 7d, in the region 2e or 2f for fixed-bed cracking and carbon-material conversion. This is done with the help of the Bouidard reaction
  • the amount of heat responsible for this is obtained exclusively with the smoldering gases additionally heated in the mixing device 5 from the first stage (pyrolysis stage 1) or by partial combustion of the
  • Fuel gases of the last stage are introduced in the burner area 5c.
  • the gas partially burned in the area 5c or in the inner tube flows after the combustion (which is shown in the drawing in the ascending direction, see arrow) into the cracking unit 5b or the outer, descending cylinder part (see arrow down) and heats it Gas from pyrolysis stage 1 admixed in area 5a.
  • Heat integration thus takes place by adding gas from pyrolysis stage 1 to the hot gas from burner area 5c and by adding the hot gas after cooling through the admixture on the “cold” side (area 5b ) flows and is further heated up by the fact that the carbonization gas enters the cracker or the reduction unit 2 in two levels and then descends or ascends Moving through the respective charcoal bed 2e or 2f to the fume cupboard or to the carbonization gas fume extraction unit 4, a significantly lower pressure drop in the bed is to be expected than if the cross-section of the apparatus were simply used.
  • Smoldering gas leaves the carburetor through the channel 4a after the cracking stage 2, in order to be used for further use in the gas engine 4e via the channel 4c after a gas dedusting in the dedusting device 4d, in which larger particles are separated.
  • a pressure level is required at the carbonization gas discharge or at the carbonization gas extraction unit 4, which ensures the directed carbonization gas movement through the apparatus. So that the majority of the carbonization gas from the pyrolysis stage 1 does not reach the outlet directly through the upper cracker bed 2e, but instead takes the route via the external temperature increase area 5, the barrier bed layer 2e made of charcoal is provided. The specific pressure drop in this barrier fill layer 2e is considerably larger than that in the external carbonization gas area 5b.
  • Dust recycling (4b, 8c and 3f) ensures a very high proportion of ash / inert material in the fixed bed. This means that a relatively small effective calorific value is set in post-gasification stage 3.
  • Preheated air or oxygen as a gasifying agent with a temperature greater than 320 ° C. (the ignition temperature of charcoal) is blown or fed into the bed 3g from below via the channel 3d.
  • the feeds at the three feed points la, 3d and 5d can be regulated independently of one another.
  • the oxygen supply results in an area 3c and 3g with an excess of oxygen ( ⁇ > 1).
  • the carbon is burned in the oxidation area 3g to form carbon dioxide, which then reaches the reduction area 3h ( ⁇ ⁇ 1, ie lack of oxygen) lying above it. Since the carbon oxidation which takes place in the oxidation area 3g is exothermic, a temperature level is reached in the reduction area 3h at which the Boudouard reaction takes place again. Under optimal conditions, almost as much carbon dioxide can be converted to carbon monoxide in the 3h range as was previously burned in the lower range. The resulting gas in the reduction zone 3h consists of nitrogen, carbon monoxide and the smallest possible amount of carbon dioxide.
  • a stationary fluidized bed can be used analogously.
  • the fuel gas from N 2 , CO and C0 2 of the last stage arrives via the lumen 3i and the channel 8a a dedusting device 8b and then to the partial combustion unit 5c or the special carbon monoxide burner in which the carbon monoxide is partially burned with preheated air.
  • the amount of air added via channel 5d is controlled with the aid of a downstream temperature measuring point (not shown). This detects the temperature in the mixing device 5 and / or in the reduction zone 3.
  • a carbon monoxide monitoring device (not shown) ensures that reducing conditions prevail in the entire area. So deflagrations can be excluded. Additional safety is provided as long as the temperatures are above the ignition temperature of carbon monoxide.
  • the system is operated with a low vacuum so that no smoldering gases escape in the event of a leak.
  • the temperature of the gas is so high that after mixing the gas with the carbonization gas of pyrolysis stage 1 there is a mixing temperature that enables thermal cracking.
  • this temperature does not have to be so high that all tars are completely cracked. It only has to enable the majority of the tars to be cracked.
  • the remaining higher-chain hydrocarbons are then autocatalytically cracked in the downstream fixed bed 2e or 2f.
  • the cracking therefore takes place in two stages: first in area 5b or the outer tube 5b thermally cracked, then 2e or 2f is autocatalytically cracked in the fixed bed.
  • the resulting high pyrolysis gas temperatures or smoldering gas temperatures introduce sensitive heat into the cracker, which is required there for cracking and for the Boudouard reaction taking place at the same time.
  • Another supply of heat is provided by the Partial combustion in burner 5c. It prevents the rapid oxidation of hydrogen that occurs when air is added directly to the hot pyrolysis gas to increase the temperature through partial combustion.
  • the use of the carbon monoxide burner 5c thus leads to a higher proportion of hydrogen in the product gas. Since at the same time the water vapor content in the product gas is reduced, the cold gas efficiency is higher (this is the chemical energy of the cold product gas in relation to the chemical one)
  • the gasifier's expected hot gas efficiency (defined as the chemical and thermal energy of the hot product gas based on the chemical energy in the fuel) is over 95% because its energy losses are essentially convective heat losses and radiation losses to the environment. Energy losses due to unburned ash at the ash discharge are minimized by the formation of the oxidizing re-gasification area 3g.
  • the new gasification process eliminates major weaknesses in biomass gasification. Higher hydrocarbons are cracked, the carbon is fully converted and the pressure drop in the gasifier is low. Inadmissible temperature peaks in the area of the fixed bed cracker 2 are excluded by the allothermal operation of this stage and avoided in the post-gasification stage 3 by diluting the residual carbon with ash / inert and / or water vapor and / or recirculated flue gas.
  • the directional flow of the carbonization gas flows is carried out without fittings through the use of barrier fill layers 2e and 2f.
  • the separated dust from this cyclone 8b and from the hot gas cyclone 4d connected downstream of the system is led into the post-gasification stage 3, so that no carbon-rich ashes are produced as residues to be disposed of.
  • the ash from the gasifier can be used as fertilizer, for example.
  • the ash quantities are generally very small, since the ash content of, for example, unloaded softwood is less than about 1% by weight.
  • tar contents of a maximum of about 50 mg / Nm 3 in the carbonization gas can also be burned within the engine 4e.
  • the product gas from the new gasifier only needs to be cooled, dedusted and freed of any ammonia that may be present in small quantities.
  • the ammonia can be easily removed from the carbonization gas with a cooling washer (not shown) and, after the solution has been driven off, the gas can be returned to the gasifier in gaseous form by heating the washing water without ammonia being concentrated in the system.

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines teer­freien Schwachgases durch Vergasung von Biomasse, Müll oder dergleichen. Die Vorrichtung weist eine Py­rolysezone (1), eine Reduktionszone (2) und eine Nachvergasungszone (3) auf und ist dadurch gekenn­zeichnet, dass sie eine Mischvorrichtung (5) zur Ver­mischung von der Mischvorrichtung (5) mittels einer ersten Einrichtung (6) aus der Pyrolysezone (1) zuge­führten Schwelgasen mit mittels einer zweiten Ein­richtung (8) aus der Nachvergasungszone (3) zugeführ­ten Brenngasen sowie eine Zuleitungseinheit (7) zur Leitung der vermischten Schwelgase aus der Mischvor­richtung (5) zu der Reduktionszone (2) aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines teerfreien Schwachgases durch Vergasung von Biomasse
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor- richtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines teerfreien Schwachgases durch Vergasung von Biomasse, Müll oder dergleichen, nachfolgend auch als Brennstoff oder Rohstoff bezeichnet. Zweck dieser thermo- chemischen Vergasung kohlenstoffhaltiger Festbrenn- Stoffe ist die Erzeugung eines teerfreien brennbaren Nutzgases, das dann einem Verbraucher, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine in Form eines Gasmotors zugeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, die der Gaserzeugung nachge- schalteten Prozesseinheiten, wie beispielsweise den Gasmotor zu betreiben, ohne dass die bei der Vergasung entstehenden Teerverbindungen zu Funktionsstörungen führen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein teerfreies, d.h. ein maximal etwa 50 mg Teer/Nm3 ent- haltendes Schwachgas erzeugt wird. Unter den Begriff Teer sind in diesem Zusammenhang alle bei der Vergasung entstehenden Kohlenwasserstoffe gefasst, die bei Abkühlung des Gases auf die für die Nutzung notwendige Temperatur ihren gasförmigen Aggregatzustand ver- lassen und die einhergehend mit dieser Zustandsände- rung den Gesamtprozess in seiner Funktion nachhaltig stören.
Verfahren zur Erzeugung von teerfreien Schwachgasen durch Vergasung von Biomasse sind bereits Stand der
Technik. Bei den Verfahren entstehen neben brennbarem Nutzgas auch Gemische kondensierbarer bzw. resubli- mierbarer Kohlenwasserstoffe (Teere) , die bei den hohen Temperaturen bei der Gaserzeugung (etwa > 700° C) dampfförmig im Gas vorliegen. Für die Nutzung des Gases beispielsweise in Aggregaten, die dem Zweck der Stromerzeugung dienen, muss das brennbare Nutzgas abgekühlt werden, wodurch es zur Auskondensation bzw. Resublimation der Teere kommt. Hierdurch werden nach- geschaltete Prozesseinheiten in ihrer Funktion stark beeinträchtigt . Um die brennbaren Gase für die Anwendung nutzbar zu machen, ist daher eine weitgehende Beseitigung der störenden Teere erforderlich bzw. es ist die Erzeugung eines teerfreien Nutzgases bzw. Schwachgases erforderlich. Für die sich ergebende
Notwendigkeit der Teerbeseitigung existieren im Stand der Technik unterschiedliche Verfahrensansätze, die verschieden gute, aber insgesamt gesehen unzureichende Gasqualitäten realisieren können. Darüber hinaus sind es bei einigen Lösungsansätzen auch die hohen
Kosten für Investition und/oder Betrieb, die das Gesamtverfahren betriebswirtschaftlich unattraktiv machen. Bei der Gaserzeugung im Festbett bzw. im Wanderbett, bei dem grobstückige Biomasse unter dem Ein- fluss der Schwerkraft im Massenfluss einen Vergasungsschacht von oben nach unten sukzessive durchwan- dert, während sie dabei langsam vergast, werden im wesentlichen zwei Grundprinzipien unterschieden: • Die Gegenstromvergasung ist zwar vergleichsweise technisch einfach und anspruchslos, produziert jedoch brennbare Nutzgase mit extrem hohen Teergehalten. • Auch bei der technisch anspruchsvolleren Gleichstromvergasung gelingt es nur bei sehr kleinen Einheiten, brennbare Nutzgase in ausreichend gu- ter Qualität bzw. ausreichend teerarme brennbare Nutzgase herzustellen. Schon bei Anlagen mit einer elektrischen Leistung von etwa > 50 kW wird es jedoch zunehmend schwieriger, das Brennstoff- bett in gleichmäßigem Fluss zu bewegen, so dass bei größeren Anlagen auch hier Teere in zu hoher Konzentration im Produktgas zu finden sind.
Auch konstruktive Abarten der beiden beschriebenen Grundtypen lösen das Teerproblem nicht überzeugend, so dass eine nachgeschaltete Teerbehandlungsstufe, beispielsweise eine Gaswäsche oder der Einsatz von Katalysatoren, unverzichtbar ist, wenn ein teerfreies Schwachgas erzeugt werden soll. Die katalytische Teerentfernung hat hierbei jedoch den Nachteil, dass sie entweder nicht ausreicht, um die Qualitätsanforderungen des brennbaren Nutzgases zu erfüllen, oder dass ein erheblicher Aufwand bezüglich der Investitions- und Betriebskosten erforderlich ist. Auch die Teerentfernung aus dem brennbaren Nutzgas durch Gas- wasche ist insbesondere wegen der hohen Investitionsund Betriebskosten nicht praktikabel, darüber hinaus besteht ein Nachteil der Gaswaschverfahren auch in der schlechteren energetischen Ausnutzung der eingesetzten Biomassen, da der Heizwert der abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe verloren geht. Mit der Biomassevergasung beschäftigen sich diverse Unternehmen und Institutionen. So betreibt das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik, UMSICHT, eine Wirbelschicht-Pilotanlage mit 0,5 MW Leistung, die mit einem Katalysator zum Spalten des Teers betrieben wird. Es bestehen hier Patente für die Gasreinigung mittels der Katalysatoren (DE 100 37 762 und EP 11 42 981) . Der Einsatz von Katalysatoren stellt jedoch wie bereits erwähnt einen erheblichen Kostenfaktor dar und ist auch deswegen problematisch, da die Katalysatoren regeneriert werden müssen und oft nicht in Langzeitversuchen erprobt sind.
Ein weiteres Biomasse-Vergasungsverfahren ist das
CARBO-V der Firma Choren. Es produziert ein Rohgas, das vor der weiteren Nutzung einer Gaswäsche unterzo-' gen werden muss. Dieses Verfahren ist apparativ aufwendig und somit anfällig, da es aus einem vorge- schalteten Niedertemperatur- und dem CARBO-V-Vergaser besteht .
Desweiteren gibt es eine Anlage zur gestuften Reformierung, die mit Metallkugeln als Wärmeträgermedium betrieben wird. Sie besteht bisher in Form einer 1 MW-Versuchsanlage. Darüberhinaus gibt es weitere Techniken mit Wärmeträgermedien.
Bei einem weiteren Verfahren ist dem Vergaser eine Verdampfungs- und Pyrolysestufe vorgeschaltet. Auch dieses Verfahren und andere Verfahren bzw. Anlagen beispielsweise an den Universitäten Stuttgart, Karlsruhe, Siegen, an der TU Freiberg, Graz und Wien sowie an der Fachhochschule Offenburg sind jedoch mit Teer im Synthesegas konfrontiert und benötigen daher eine Gaswäsche und/oder einen Katalysator. Zusammenfassend sind die Nachteile der bestehenden Anlagen die folgenden: • Das Schwelgas bzw. das erzeugte Schwachgas ist erst nach einem Katalysatoreinsatz und/oder einer Gaswäsche in einem Verbrennungsmotor oder in einer Brennstoffzelle nutzbar. Ohne Katalysatoreinsatz und/oder Gaswäsche ist der Teergehalt des Schwelgases zu hoch. • Die bisherigen Anlagen weisen eine vergleichsweise aufwendige und somit anfällige Technik auf, vor allen Dingen werden im heißen Bereich der abrasiven Holzkohle bewegliche Teile und Armaturen eingesetzt. • Die Anlagen sind erst ab einer bestimmten Größe wirtschaftlich und somit nicht dezentral einsetzbar.
Weitere Verfahren befassen sich mit einer speziellen Schwelgasstromführung, stellen jedoch nicht die in dieser Erfindung eingesetzte Technik dar: So werden ein Seitenkanal unter dem Festbettrost zur Erzielung einer längeren Aufenthaltszeit des Schwachgases sowie die Rezirkulation von Schwelgas, um in der heißen Vergasungszone unter Wasserdampfzugäbe Kohlenwasserstoffe zu eliminieren, eingesetzt. Ein weiteres Verfahren befasst sich mit einer Pyrolysegas-Rezirkula- tion, die durch Ansaugung in einer Röhre mit Lüfter in das Biomasse-Festbett durchgeführt wird, um die Pyrolysereaktion zu katalysieren. Anschließend erfolgt eine Vergasung. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sich mit einem glühenden Kohlebett, durch das das Schwelgas nach der Vergasung, bei der nur Asche als fester Rückstand bleibt, zur Crackung von höheren Kohlenwasserstoffen bzw. Teeren geführt wird. Andere Verfahren befassen sich mit der gestuften Vergasung mit einem von der vorliegenden Erfindung abweichenden Aufbau: Die Patentschrift DE 101 51 054 beschreibt eine schnelle Pyrolyse, die von einer Flugstromvergasung gefolgt wird. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sich mit einer Pyrolyse, die von einer Verbrennung gefolgt wird. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sich mit einer mehrzonigen Vergasung, der eine Verbrennung vorgeschaltet ist . Weitere Verfahren befassen sich mit einer TeilVerbrennung oder Teilvergasung, der eine Vergasung nachfolgt, und mit einer Pyrolyse, der eine Wirbelschichtvergasung und eine Teer-Crackung nachfolgt. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sich mit einer gestuften Vergasung mit zwei parallelen Wirbelschichten. Andere Verfahren befassen sich mit einem Vergaser innerhalb eines Brenners. Die Patentschrift EP 0 979 857 A2 beschreibt eine zweistufige Wirbelschicht bzw. ein entsprechendes Festbett, der bzw. dem eine Wirbelschicht nachfolgt. Ein weiteres Verfahren nutzt die Pyrolyse in Form einer Mantelbeheizung für eine innenliegende Vergasung. Weitere Verfahren verwenden eine Pyrolyse, der eine zyklonische Vergasung nachfolgt welcher ein Zyklon als zweite Vergasungsstufe nachfolgt sowie separate Vergasungs- und Crackreaktoren, die über ein Rohr, in das Sauerstoff eingedüst wird, verbunden sind.
Weitere Verfahren arbeiten auf Basis einer der lokalen allothermen Temperaturerhöhung der vorliegenden Erfindung ähnlichen Idee, bei der jedoch der Schwel- gasweg unverändert bleibt: Autotherme Wasserdampfbil- dung und Zugabe des Dampfes in die Vergasungszone . Darüberhinaus existiert ein Verfahren, das eine auto- therme Dampftrocknung und Dampfvergasung im Festbett für feuchte zu vergasende Stoffe nutzt, die jedoch keine besondere Schwelgasführung beinhaltet. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vergaser und ein Verga.sungsverfahren zur Verfügung zu stellen, der bzw. das es ermöglicht, mit einfacher, robuster und kostengünstiger Technik aus Biomasse ein teerfreies, d.h. maximal 50 mg Teer/Nm3 enthaltendes, H2- und CO-reiches Schwelgas zu erzeugen, das weder mit einem Katalysator noch mit einer Gaswäsche nachbehandelt werden muss .
Diese Aufgabe wird durch den Vergaser gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Vergasungsverfahren gemäß Patentanspruch 32 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vergasers und des erfindungsgemäßen Vergasungsverfahrens sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßer Vergaser, insbesondere zur Vergasung von Biomasse, weist die folgenden Bestandteile auf: eine Trocknungs- und Pyrolysezone zur Trocknung und Pyrolyse der Biomasse bzw. des Rohstoffs (der Begriff Zone und der parallel hierzu verwendete Begriff Einheit wird hier und im folgenden als räumlich definierter Bereich oder Bestandteil des Vergasers verstanden, welcher in der Regel aus mehreren einzelnen Komponenten besteht) , eine unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone angeordnete Reduktionszone zur katalytischen Festbettcrackung und KohlenstoffUmsetzung bei dem Rohstoff und eine unterhalb der Reduktionszone angeordnete Nachvergasungszone zur
Nachvergasung von in dem Rohstoff noch enthaltenem Kohlenstoff bzw. zur Oxidation und Reduktion am Rohstoff. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Pyrolyseschwelgasabführ- einrichtung (beispielsweise mehrere Kanäle) aufweist, die der Abfuhr von bei der Pyrolyse des Rohstoffs entstandenen Schwelgasen dient, dass sie eine Abführeinrichtung (beispielsweise einen Kanal) zur Abfuhr von in der Nachvergasungszone entstandenen Schwelgasen aufweist, dass sie eine mit der Pyrolyse- schwelgasabführeinrichtung und der Abführeinrichtung verbundene Mischvorrichtung zum Vermischen der aus der Trocknungs- und Pyrolysezone abgeführten Schwelgase und der aus der Nachvergasungszone abgeführten Schwelgase aufweist sowie dass sie eine Schwelgaszu- leitungseinheit (beispielsweise einen sich gabelnden Kanal) aufweist, die der Leitung der in der Mischvorrichtung vermischten Schwelgase in die Reduktionszone dient. Die Pyrolyseeinheit kann hierbei beispielsweise als Festbettvergasungsstufe oder als Wirbel - schichtvergasungsstufe ausgeführt sein, d.h. die Pyrolyse kann entweder mit Hilfe einer Wirbelschicht oder mit Hilfe eines Festbettes erfolgen.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Biomassevergaser in der Mischvorrichtung eine Teilverbrennungseinheit, beispielsweise in Form eines Kohlenmonoxidbrenners auf, die zumindest zur teilweisen Verbrennung der aus der Nachvergasungszone abgeführten Schwelgase dient . Die Mischvorrichtung des Vergasers weist vorteilhafterweise eine Zuführeinheit (beispielsweise einen Kanal) zur Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgas und/oder Wasserdampf auf und sie weist vorteilhafterweise eine Kohlenmonoxidüber- wachungsvorrichtung und/oder eine Sauerstoff-
Überwachungsvorrichtung zum Ausschließen von Verpuffungen auf. Die Mischvorrichtung kann hierbei vorteilhafterweise eine Wärmeübertragungseinheit aufweisen, mit der Wärme aus der Teil erbrennung rekupera- tiv abführbar ist.
An die Teilverbrennungseinheit oder an die Zuführein- heit ist vorteilhafterweise eine Regelvorrichtung angeschlossen, die zur Steuerung der zugeführten Menge an Luft, Sauerstoff, rezirkuliertem Rauchgas oder Wasserdampf dient. Die Regelung kann hierbei mittels einer Temperaturmessstelle vorteilhafterweise aufgrund der Temperatur in der Mischvorrichtung und/oder der Reduktionszone erfolgen. Damit im Falle eines Lecks keine Schwelgase austreten, ist dem Biomassevergaser vorteilhafterweise am Ende der Prozesskette bzw. nach der Schwelgasabzugseinheit oder einem Filter ein Saugzug oder Gebläse nachgeschaltet, welcher bzw. welches einen Unterdruck erzeugt. Alternativ hierzu kann auch ein Gasmotor zu diesem Zweck eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Vergaser unterhalb der Trocknungs- und Pyrolyse- zone eine obere Schüttschichtzone und oberhalb der Nachvergasungszone eine untere Schüttschichtzone auf, in der jeweils eine Sperrschüttschicht für die
Schwelgase aus dem Rohstoff ausbildbar ist. Vorteilhafterweise sind in diesem Fall die in der Mischvorrichtung vermischten Schwelgase mittels der Schwelgaszuleitungseinheit beiden Schüttschichtzonen zu- führbar. Die Schwelgase können hierbei einem unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone und einem oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone zuführbar sein. Im Betrieb weist "der Vergaser dann bevorzugt im oberen Bereich der oberen Schüttschichtzone eine Sperr- schüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff und im unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone eine Schüttschicht aus dem Rohstoff, sowie im oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone eine Schutt- Schicht aus dem Rohstoff und im unteren Bereich der unteren Schüttschichtzone eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff auf. Hierbei ist be- vorzugt die Höhe der Sperrschüttschicht im oberen Bereich der oberen SchuttSchichtzone größer als die Höhe der Schüttschicht im unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone und die Höhe der Sperrschüttschicht im unteren Bereich der unteren Schüttschichtzone größer als die Höhe der Schüttschicht im oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone.
Vorteilhafterweise weist mindestens eine der Schüttschichtzonen eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung zur Ausbildung der Sperrschüttschichten auf. Hierzu dienen bevorzugt Schwenkroste und/oder Pendelroste.
Vorteilhafterweise weist der Vergaser darüberhinaus ebenfalls eine Schwelgasabzugseinheit auf, die der Abführung der im Vergaser erzeugten, teerarmen
Schwelgase dient. Vorteilhafterweise werden die erzeugten teerarmen Schwelgase hierbei oberhalb einer Sperrschüttschicht in der unteren Schüttschichtzone und unterhalb einer Sperrschüttschicht in der oberen Schüttschichtzone aus der Reduktionszone abgeführt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Biomassevergasers weist die Schwelgasabzugseinheit eine Abführvorrichtung (beispielsweise einen Kanal) zur Abführung des gecrackten und mit Kohlenstoff umgesetzten Schwelgases aus der
Reduktionseinheit auf. Die Schwelgasabzugseinheit ist vorteilhafterweise mit einer Gasentstaubungsvorrichtung ausgestattet. Vorteilhafterweise ist diese Gasentstaubungsvorrichtung darüber hinaus mit einer Rückführvorrichtung zur Rückführung von Staub in die Nachvergasungseinheit und/oder mit einem Kühlwäscher zur Entfernung von Ammoniak aus dem Schwelgas und/oder mit einer Ammoniakrückführvorrichtung zur Rückführung des entfernten Ammoniaks in den Biomasse- vergaser ausgestattet. Die Gasentstaubungsvorrichtung ist vorteilhafterweise als Zyklon ausgeführt. Vor- teilhafterweise weist die Schwelgasabzugseinheit eine Verbrauchsvorrichtung, beispielsweise einen Motor oder eine Brennkammer, und/oder eine Zuführvorrichtung (beispielsweise einen Kanal) zur Zuführung von katalytisch gecrackten Schwelgasen zu einer oder dieser Verbrauchsvorrichtung auf.
Die Mischvorrichtung weist vorteilhafterweise eine Crackeinheit auf, in welcher ein thermisches Cracken der vermischten Schwelgase stattfinden kann und die darüberhinaus zum Führen der gecrackten Schwelgase zur Schwelgaszuleitungseinheit dient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Vergaser eine Oxidationsmittelzuführeinheit auf, welche zur Zuführung eines Oxidationsmittels, beispielsweise Luft oder Sauerstoff, zur Nachvergasungszone dient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Trocknungs- und Pyrolysezone eine Zuführeinrichtung (beispielsweise einen Kanal) zur Zuführung eines Pyrolysemediums, dies kann beispielsweise Luft, Sauerstoff oder rezirkuliertes Rauchgas sein, auf. Die Trocknungs- und Pyrolysezone weist darüber hinaus bevorzugt eine Schüttschichtausbildungsvor- richtung (z. B. einen Schwenkrost oder Pendelrost) zur Ausbildung einer Schüttschicht aus dem Rohstoff auf .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Nachvergasungszone eine Schüttschichtaus- bildungsvorrichtung zur Ausbildung einer Schutt- schicht aus dem Rohstoff auf. Die Nachvergasungszone weist bevorzugt des weiteren ein Oxidationsmittellu- men zur Zuführung eines Oxidationsmittels zu dieser Schüttschicht und/oder eine Reststoffentsorgungsvor- richtung auf. Die Schüttschichtausbildungsvorrichtung ist bevorzugt als Schwenkrost und/oder Pendelrost ausgebildet. Die Reststoffentsorgungsvorrichtung weist bevorzugt eine Rückführvorrichtung zur Rückführung von Asche und/oder Inertmaterial in die Nachvergasungszone auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung mindes- tens eine Abzugseinheit (beispielsweise einen Kanal) auf, mit denen bei der Trocknung und Pyrolyse des Brennstoffs entstandenes Schwelgas oberhalb und/oder unterhalb der entsprechenden Schüttschicht aus der Trocknungs- und Pyrolysezone abgezogen und der Misch- Vorrichtung zugeführt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Schwelgaszuleitungseinheit mehrere Zuleitungen (beispielsweise Kanäle oder sich gabelnde Lei- tungen) auf, die die Zuleitung von Schwelgasen bevorzugt zu jeder vorhandenen Schüttschichtzone erlauben. Die Zuführung kann dabei in eine in der Schutt- schichtzone ausgebildete Sperrschüttschicht oder o- berhalb oder unterhalb dieser erfolgen. Die Zuleitun- gen sind vorteilhafterweise mit Ringspalten ausgestattet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Brenngasabführeinrichtung des Biomassever- gasers einen Kanal, mit dem Schwelgase aus der Nachvergasungseinheit abgeführt werden, eine Gasentstaubungsvorrichtung zur Entstaubung dieser abgeführten Schwelgase und einen weiteren Kanal zur Zufuhr der entstaubten Schwelgase als Brenngase zur Mischvor- richtung bzw. zur Teilverbrennungseinheit auf. Die aus der Nachvergasungszone abgeführten Schwelgase werden bevorzugt im oberen Bereich der Nachvergasungszone bzw. oberhalb dieser abgeführt. Die Gasentstaubungsvorrichtung ist vorteilhafterweise ein Zyk- Ion und weist vorteilhafterweise eine Rückführvorrichtung zur Rückführung von Staub in die Nachvergasungseinheit auf .
Die Innovationen des erfindungsgemäßen Biomasseverga- sers bzw. des erfindungsgemäßen Biomassevergasungs- verfahrens liegen im Bereich der Crackstufe (auch als Reduktionseinheit oder als Reduktionszone bezeichnet) und der Nachvergasungsstufe (die auch als Nachvergasungseinheit oder -zone bezeichnet wird) des Verga- sers und in einer speziellen Teilverbrennung von
Schwelgasen in der Teilverbrennungseinheit mit Luft oder Sauerstoff und ggf. geringer Wasserdampfzugäbe . Durch diese Teilverbrennung von Schwelgasen kann au- totherm eine Temperaturerhöhung der Schwelgase erfol- gen. Diese ermöglicht bei Temperaturen von über 800° C in der allothermen Crackstufe bzw. Reduktionseinheit auto-katalytisches Cracken des Pyrolysekokses, wodurch ein teerarmes Synthesegas erzeugt werden kann. Die hierzu notwendige Zwangsführung des Schwel- gases wird durch Sperrschichten, auch als Sperrschüttschichten bezeichnet, erzielt, in denen sich Feststoff anstaut. Diese stellen einen so hohen Druckverlust dar, dass das Gas den Weg nach außen in die Schwelgaskanäle der Mischvorrichtung bzw. in die Teilverbrennungseinheit nimmt, wo es zur Teilverbrennung gelangt und von dort anschließend zurück in die Crackstufe geführt wird. Bei der erfindungsgemäßen Schwelgasführung wird der Druckverlust außerdem in der Reaktionszone unter der Sperrschicht minimiert, in dem der teilverbrannte Schwelgasstrom vor dem Eintritt in die Crackstufe beispielsweise durch geeignet geführte Kanäle geteilt wird und sowohl von oben als auch von unten durch die Schicht bzw. durch die entsprechenden Teilschichten geschickt wird. Der Austritt des Schwelgases erfolgt in der Mitte der Crack- stufe. Somit wird innerhalb dieser Stufe die Querschnittsfläche der Anlage doppelt angeströmt.
Der vorstehend beschriebene Biomassevergaser und das entsprechende Biomassevergasungsverfahren weisen im Vergleich zum Stand der Technik eine Reihe erheblicher Vorteile auf: • Es kann ein teerarmes Synthesegas erzeugt werden, ohne dass ein Katalysator benötigt wird und ohne dass eine aufwendige Gaswäsche notwendig ist. • Bei der neuen Technik handelt es sich um eine technische einfache, aber trotzdem funktioneile und robuste Ausführung des Biomassevergasers, die eine kompakte Bauweise bei ausreichend gro- ßen Verweilzeiten des Kokses ermöglicht, womit der Biomassevergaser auch den unterschiedlich langen Reaktionszeiten in der Pyrolysestufe (nachfolgend auch als Pyrolyseeinheit bezeichnet) und der Crackstufe gerecht wird. • Das Cracken von höheren Kohlenwasserstoffen bzw. Teeren wird durch eine allotherme Crackstufe in dem insgesamt autothermen Prozess gewährleistet. Durch diese Betriebsart werden auch die sonst auftretenden lokalen Temperaturspitzen vermie- den. •' Für die spezielle Gasführung werden keine Armaturen benötigt. • Die üblicherweise hohen Druckverluste im Vergaser werden reduziert. • Vergasungsanlagen dieser Art sind auch im kleinen und mittleren Maßstab bis zu etwa 8 MW pro Einheit wirtschaftlich rentabel. Sie eignen sich daher für eine dezentrale Anwendung, besonders in Hybridsystemen (die bisherigen Anlagen sind darauf ausgerichtet, durch Erhöhung der Leistung „economies of scale" zu nutzen) .
Ein erfindungsgemäßer Biomassevergaser kann wie in dem nachfolgend dargestellten Beispiel beschrieben ausgeführt sein oder verwendet werden.
Die einzige Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen vertikalen Biomassevergaser, der aus mehreren Bestandteilen bzw. Zonen (im folgenden in der Regel auch als Einheiten bezeichnet) besteht. Die Bestand- teile, die durch Hauptbezugszeichen in Form von Zahlen wie beispielsweise „1" oder „2" gekennzeichnet sind, gliedern sich dabei in der Regel in mehrere Untereinheiten, die im folgenden dasselbe Hauptbezugszeichen wie die zugehörige Einheit aufweisen, darü- berhinaus jedoch zusätzlich mit Unterbezugszeichen in Form von Buchstaben versehen sind (wie beispielsweise „la" oder „2c") . Die Biomasse durchläuft den Vergaser der Schwerkraft folgend von oben nach unten. Erste Stufe bzw. oberste Zone oder Einheit des Vergasers ist die Pyrolyseeinheit 1, die einen Zufuhrkanal la aufweist, zur Zufuhr von Luft, Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgas in ein erstes Rohstoff- bzw. Biomassenfestbett ld der Holzkohle bzw. des Pyrolysekokses. Die Bildung des Festbettes erfolgt mit Hilfe eines um den Drehpunkt lc pendelbaren Pendelrostes
Ib. Unterhalb der Pyrolyseeinheit 1 befindet sich eine zwei SchuttSchichtzonen 2e und 2f umfassende Reduktionszone 2. In den Zonen 2e und 2f ist jeweils eine Sperrschüttschicht in Form eines heißen Roh- stofffestbettes ausgebildet. Zur vereinfachten Darstellung bezeichnen im Folgenden die Bezugszeichen 2e und 2f nicht nur die Schuttschientzonen, sondern auch die darin ausgebildeten zugehörigen Sperrschütt- schichten. Die Ausbildung der Sperrschüttschichten erfolgt dadurch, dass die Pendelroste 2a (Drehpunkt 2c) und 2b (Drehpunkt 2d) ausreichend langsam bewegt werden (eine ausreichend schnelle Bewegung der Pendelroste führt, wie beispielsweise beim Festbett ld zu einem eher lockeren Rohstoffverbünd, also nicht zur Ausbildung von Sperrschüttschichten) . Unterhalb dieser Reduktionseinheit 2 befindet sich die Nachvergasungszone 3, deren Rohstofffestbett 3b eine Oxidationszone 3g sowie darüberliegend eine Reduktionszone 3h aufweist. Auch dieses Rohstofffestbett wird mittels eines Pendelrostes 3a (Drehpunkt 3j) gebildet und gehalten. Im oberen Bereich der
Nachvergasungseinheit ist ein Lumen 3i zum Sammeln und Abführen von Schwelgasen als Brenngase, unterhalb ist ein Lumen 3c (Sauerstoffüberschusszone) ausgebildet, in das mit Hilfe eines Kanals 3d ggf. vorgewärm- te Luft eingeführt wird. In der Pyrolyseeinheit 1 findet eine Trocknung und eine autotherme Pyrolyse der Biomasse statt, darunter in der allothermen Crackstufe bzw. der ersten und zweiten Sperrschüttschicht 2e und 2f jeweils katalytisches Cracken der langkettigen Kohlenwasserstoffe bzw. die Umsetzung der in der Oxidationszone entstandenen Stoffe mit dem Kohlenstoff (Reduktionszone) . In der Oxidationszone 3g der Nachvergasungseinheit 3 reagiert das Oxidati- onsmittel exotherm mit dem Rohstoff (C + 02 -> C02) , in der darüberliegenden Reduktionszone 3h reagieren die in der Oxidationszone entstandenen Stoffe mit dem Kohlenstoff (im wesentlichen Boudouard-Reaktion C + C02 -> 2C0) . Die Nachvergasungseinheit 3 weist darüber hinaus einen Abfuhrkanal 3e zur Entnahme von Asche und ggf. Inertmaterial mit einem Glühverlust < 5 % auf. Diese Asche und/oder das Inertmaterial wird mit Hilfe der Rückführvorrichtung 3f in das Lumen 3i der Nachvergasungseinheit 3 zurückgeführt. Mit Hilfe eines unterhalb des Pendelrosts lb und des Biomassefestbetts ld und oberhalb der SchuttSchicht zone 2e, aus dem Biomassevergaser führenden Kanals 6a werden Pyrolyseschwelgase in einen Vorraum 5a der Mischvorrichtung 5 geführt. Die Mischvorrichtung 5 weist darüber hinaus in einem Brennerbereich einen Kohlen- monoxidbrenner 5c zur zumindest teilweisen Verbren- nung der aus der Nachvergasungszone abgeführten
Brenngase auf. Der in den Brennerbereich mündende Kanal 5d dient der regelbaren Zuführung von Sauerstoff, ggf. auch von vorgewärmter Luft oder rezirkuliertem Rauchgas ggf. unter Wasserdampfzusetzung. Vom Lumen 3i im oberen Bereich der Nachvergasungseinheit 3 führt ein Kanal 8a zum Transport des Brenngases in die Entstaubungsvorrichtung 8b. Diese weist an ihrem oberen Ende einen Kanal 8d zur Zuführung des entstaubten Brenngases in den Kohlenmonoxidbrenner 5c auf. An ihrem unteren Ende weist die Entstaubungsvorrichtung eine Rückführvorrichtung 8c zur Rückführung von Staub in die Nachvergasungseinheit 3 bzw. das Lumen 3i auf. Seitlich neben dem Brennerbereich bzw. dem innenliegenden Rohr 5c und unterhalb des Vorraums 5a weist die Mischvorrichtung 5 ein das Innenrohr 5c vollständig umschließendes, zylinderförmiges AuSen- rohr 5b zum thermischen Cracken des Schwelgases auf, welches über einen gegabelten Kanal 7 mit zwei Ästen 7a und 7b in das obere bzw. untere Rohstofffestbett 2e bzw. 2f führt. Die Höhe des oberhalb des Einführbereiches des Kanals 7a liegenden Sperrschüttschlicht- anteils der Schüttschicht 2e ist hierbei größer als die Höhe des unterhalb des Einführbereiches liegenden Schüttschichtanteils. Die Höhe der oberhalb des Ein- führbereiches des Kanals 7b liegenden Schüttschient- anteils der Schüttschicht 2f ist kleiner als die Höhe des unterhalb des Einführbereichs liegenden Sperr- schüttschichtanteils . Im Eintrittsbereich zum Rohstofffestbett sind diese beiden Kanaläste mit Ringspalten 7c und 7d ausgestattet. Mit Hilfe des auf der linken Seite des Vergasers in Bezug auf die Vertikale zwischen den beiden Rohstofffestbetten 2e und 2f aus dem Biomassevergaser führenden Kanals 4a wird das teerarme Schwelgas aus dem Biomassevergaser abgeleitet. Die hierzu verwendete Schwelgasabzugseinheit 4 weist neben dem Kanal 4a ebenfalls eine Entstaubungs- vorrichtung 4d auf, die an ihrem unteren Ende eine Staubrückführvorrichtung 4b enthält zur Rückführung des dem abzuziehenden Gas entnommenen Staubes in das Lumen 3i der Nachvergasungseinheit 3. Die Entstau- bungsvorrichtung 4d weist an ihrem oberen Ende einen Abzugskanal 4c, der zu einem Verbraucher 4e (welcher im vorliegenden Beispiel ein Gasmotor ist) führt, auf .
Im folgenden Absatz wird die Funktionsweise des dargestellten Biomassevergasers beschrieben. Die Holzkohle bzw. der Pyrolysekoks aus der Pyrolysestufe 1 durchläuft den Vergaser der Schwerkraft folgend von oben nach unten. Der Pyrolysestufe bzw. -einheit 1 werden durch den Kanal la geringe Mengen an ggf. vorgewärmter Luft und/oder rezirkuliertem Rauchgas zugeführt. Die Pyrolysestufe 1 kann variabel in Form einer auf- oder absteigenden Festbettvergasung oder als Wirbelschicht zum Einsatz kommen. Das Schwelgas der Pyrolysestufe 1 wird am unteren Ende der Pyrolysestufe durch den Kanal 6a abgezogen. Nach einer Temperaturerhöhung des Pyrolysegases durch Teiloxidation des aus der Nachvergasungszone 3 entnommenen Schwelgases, dieser Gasanteil wird im folgenden auch als Brenngas bezeichnet, durch den Kohlenmonoxidbrenner 5c werden Teere thermisch gecrackt. Hierzu werden Luft oder Sauerstoff oder rezirkuliertes Rauchgas, ggf. unter Zuführung einer geringen Menge von Wasserdampf, eingesetzt. Die Zuführung geschieht hierbei durch den Kanal 5d, wobei die zugeführte Menge wie später be- schrieben geregelt wird. Das Schwelgas mit den verbleibenden höheren Kohlenwasserstoffen tritt dann über die beiden Kanaläste 7a und 7b in zwei Ebenen jeweils über einen Ringspalt 7c bzw. 7d in den Bereich 2e bzw. 2f zur Festbettcrackung und Kohlen- Stoffumsetzung ein. Dies geschieht mit Hilfe der Bou- douard-Reaktion
C + C02 -> 2CO (Reduzierung von stückigem, gebundenen, d.h. „fixen" Kohlenstoff) .
Die dafür verantwortliche Wärmemenge wird ausschließlich mit den in der Mischvorrichtung 5 zusätzlich aufgeheizten Schwelgasen aus der ersten Stufe (der Pyrolysestufe 1) bzw. durch TeilVerbrennung der
Brenngase der letzten Stufe (der Nachvergasungseinheit 3) im Brennerbereich 5c eingebracht. Das im Bereich 5c bzw. im inneren Rohr teilverbrannte Gas strömt nach der Verbrennung (die in der Zeichnung in aufsteigender Richtung dargestellt ist, siehe Pfeil) in die Crackeinheit 5b bzw. den äußeren, absteigend durchströmten Zylinderteil (siehe Pfeil nach unten) und erwärmt das im Bereich 5a zugemischte Gas aus der Pyrolysestufe 1. Somit erfolgt eine Wärmeintegration, indem dem heißen Gas aus dem Brennerbereich 5c Gas aus der Pyrolysestufe 1 zugemischt wird und indem das heiße Gas nach der Abkühlung durch die Zumischung auf der „kalten" Seite (Bereich 5b) strömt und noch weiter aufgewärmt wird. Dadurch, dass das Schwelgas in zwei Ebenen in den Cracker bzw. die Reduktionseinheit 2 eintritt, um sich dann absteigend bzw. aufsteigend durch das jeweilige Holzkohlebett 2e bzw. 2f zum Abzug bzw. zur Schwelgasabzugseinheit 4 zu bewegen, ist mit einem deutlich geringeren Druckabfall in der Schüttung zu rechnen, als wenn man den Querschnitt des Apparates nur einfach ausnutzen würde. Das
Schwelgas verlässt den Vergaser durch den Kanal 4a nach der Crackstufe 2, um nach einer Gasentstaubung in der Entstaubungsvorrichtung 4d, in der größere Partikel abgeschieden werden, der weiteren Nutzung in den Gasmotor 4e über den Kanal 4c zugeführt zu werden. Am Schwelgasabzug bzw. an der Schwelgasabzugs- einheit 4 ist ein Druckniveau erforderlich, welches für die gerichtete Schwelgasbewegung durch den Apparat sorgt. Damit der größte Teil des Schwelgases aus der Pyrolysestufe 1 nicht direkt durch die obere Cra- ckerschüttung 2e zum Abzug gelangt, sondern den Weg über den außenliegenden Temperaturerhöhungsbereich 5 nimmt, ist die Sperrschüttschicht 2e aus Holzkohle vorgesehen. Der spezifische Druckabfall in dieser Sperrschüttschicht 2e ist erheblich größer als der in dem außenliegenden Schwelgasbereich 5b. Da die sich einstellenden absoluten Druckabfälle über die Sperrschütt- schicht 2e und über den Schwelgasbereich 5b gleich groß sind, nimmt der größte Anteil des Pyrolysegases den Weg durch das Außenrohr 5b. Somit wird eine gerichtete Strömung ohne den Einsatz von teuren heißgängigen Armaturen, wie z.B. Schiebern, im Bereich der abrasiven Holzkohle möglich. Der absolute Druck- verlust über beide Schüttungsbereiche 2e sowie 2f, in denen sich Crackung und Boudouard-Reaktion vollziehen, wird sich ebenfalls in gleicher Höhe einstellen. Um in den Schüttungen Brückenbildungen auszuschließen und zum definierten Brennstofftransport werden be- währte Pendelroste 2a und 2b zur Bewegung des jeweiligen Festbettes eingesetzt. Die nicht umgesetzte Holzkohle bildet im Crackbereich die Sperrschütt- schichten 2e bzw. 2f aus, um anschließend in der Nachvergasungseinheit 3 bzw. der entsprechenden Stufe zur weiteren Umsetzung und vollständigen Oxidation zu gelangen. In dieser Stufe wird durch eine geeignete
Staubrückführung (4b, 8c und 3f) für einen sehr hohen Anteil von Asche/Inertmaterial im Festbett gesorgt. Damit wird in der Nachvergasungsstufe 3 bewusst ein relativ kleiner effektiver Heizwert eingestellt. In die Schüttung 3g wird von unten über den Kanal 3d vorgewärmte Luft oder Sauerstoff als Vergasungsmittel mit einer Temperatur größer als 320° C (der Zündtemperatur von Holzkohle) eingeblasen bzw. zugeführt. Die Zufuhren an den drei Zufuhrstellen la, 3d und 5d sind unabhängig voneinander regelbar. Im untersten Bereich der Schüttung ergibt sich somit durch die Sauerstoffzufuhr ein Bereich 3c und 3g mit Sauer- stoffüberschuss (λ > 1) .
Der Kohlenstoff wird in dem Oxidationsbereich 3g zu Kohlendioxid verbrannt, welches anschließend in den darüberliegenden Reduktionsbereich 3h (λ < 1, also Sauerstoffmangel) gelangt. Da die Kohlenstoffoxidation, welche im Oxidationsbereich 3g abläuft, exotherm ist, wird im Reduktionsbereich 3h ein Temperaturniveau erreicht, auf dem die Boudouard-Reaktion wieder abläuft . Unter optimalen Bedingungen kann auf diese Weise im Bereich 3h fast genauso viel Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid umgesetzt werden, wie zuvor im unteren Bereich verbrannt wurde. Das dabei in der Reduktionszone 3h entstehende Gas besteht aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und möglichst geringen Mengen an Kohlendioxid. Anstelle des beschriebenen Festbettes 3g und 3h lässt sich analog eine stationäre Wirbelschicht ein- setzen. Das Brenngas aus N2, CO und C02 der letzten Stufe gelangt über das Lumen 3i und den Kanal 8a zu einer Entstaubungsvorrichtung 8b und anschließend zu der Teilverbrennungseinheit 5c bzw. dem speziellen Kohlenmonoxidbrenner, in der bzw. dem das Kohlenmono- xid mit vorgewärmter Luft teilweise verbrannt wird. Die über den Kanal 5d zugegebene Luftmenge wird mit Hilfe einer nachgeschalteten Temperaturmessstelle (nicht gezeigt) gesteuert. Diese erfasst die Temperatur in der Mischvorrichtung 5 und/oder in der Reduktionszone 3. Gleichzeitig wird mit Hilfe einer Koh- lenmonoxid-Überwachungsvorrichtung (nicht gezeigt) dafür gesorgt, dass im gesamten Bereich reduzierende Bedingungen herrschen. So lassen sich Verpuffungen ausschließen. Zusätzliche Sicherheit ist vorhanden, solange die Temperaturen oberhalb der Zündtemperatur von Kohlenmonoxid liegen. Die Anlage wird mit einem geringen Unterdruck betrieben, damit im Falle einer Leckage keine Schwelgase austreten. Nach dem Brenner ist die Temperatur des Gases so hoch, dass sich nach einer Vermischung des Gases mit dem Schwelgas der Py- rolysestufe 1 eine Mischtemperatur ergibt, die thermisches Cracken ermöglicht. Diese Temperatur muss jedoch nicht so hoch sein, dass alle Teere vollständig gecrackt werden. Sie muss nur die "Crackung der überwiegenden Teile der Teere ermöglichen. Die verblei- benden höherkettigen Kohlenwasserstoffe werden dann im nachgeschalteten Festbett 2e bzw. 2f autokataly- tisch gecrackt. Das Cracken erfolgt somit in zwei Stufen: Erst wird im Bereich 5b bzw. dem Außenrohr 5b thermisch gecrackt, anschließend wird im Festbett 2e bzw. 2f autokatalytisch gecrackt.
Durch die sich ergebenden hohen Pyrolysegastemperaturen bzw. Schwelgastemperaturen wird sensible Wärme in den Cracker eingetragen, die dort zur Crackung und zur gleichzeitig ablaufenden Boudouard-Reaktion erforderlich ist. Eine weitere Wärmezufuhr liefert die Teilverbrennung im Brenner 5c. Durch sie wird die schnell ablaufende Wasserstoffoxidation verhindert, die auftritt, wenn man Luft zur Temperaturerhöhung durch TeilVerbrennung direkt in das heiße Pyrolysegas gibt. Der Einsatz des Kohlenmonoxidbrenners 5c führt somit zu einem höheren Wasserstoffanteil im Produkt- gas. Da sich gleichzeitig der Wasserdampfanteil im Produktgas verringert, ist mit einem höheren Kaltgaswirkungsgrad (dieser ist als die chemische Energie des kalten Produktgases bezogen auf die chemische
Energie im Brennstoff definiert) als dem des Standes der Technik (Kaltgaswirkungsgrad von derzeit etwa 80 %) zu rechnen. Der zu erwartende Heißgaswirkungsgrad des Vergasers (dieser ist als die chemische und thermische Energie des heißen Produktgases bezogen auf die chemische Energie im Brennstoff definiert) ist über 95 %, da seine Energieverluste im wesentlichen konvektive Wärmeverluste und Strahlungsverluste an die Umgebung sind. Energieverluste durch Unver- branntes am Ascheaustrag werden durch die Ausbildung des oxidierenden Nachvergasungsbereiches 3g minimiert .
Insgesamt lassen sich durch das neue Vergasungsver- fahren wesentliche Schwachpunkte bei der Biomassevergasung beheben. Höhere Kohlenwasserstoffe werden gecrackt, der Kohlenstoff wird vollständig umgesetzt und der Druckabfall im Vergaser ist gering. Unzulässige Temperaturspitzen im Bereich des Festbettcrackers 2 werden durch den allothermen Betrieb dieser Stufe ausgeschlossen und in der Nachvergasungsstufe 3 durch Verdünnung des Restkohlenstoffes mit Asche/Inertem und/oder Wasserdampf und/oder rezirkuliertem Rauchgas vermieden. Die gerichtete Führung der Schwelgasströme erfolgt ohne Armaturen durch den Einsatz von Sperrschüttschichten 2e und 2f . Mitgeführte Aschepartikel im Pyrolysegas der ersten Stufe werden durch eine geeignete Gestaltung der Ringspalte 7c und 7d sowie der (bezogen auf die Kanäle 7a und 7b) an entsprechenden Stellen der Kanäle 8a und 6a angeordneten Gasabzüge gemeinsam mit dem Gas in die Holzkohleschüttung des Crackers eingebracht und können sich so nicht im Schwelgasbereich 5b anreichern. Da die Temperaturen im Bereich des Kohlenmonoxid-Brenners 5c unter Umständen oberhalb des Ascheerweichungspunktes liegen können, ist diesem Brenner 5c eine effektive Heißgas- entstaubung in Form eines Zyklons 8b vorgeschaltet. Der abgeschiedene Staub aus diesem Zyklon 8b und aus dem der Anlage nachgeschalteten Heißgaszyklon 4d wird in die Nachvergasungsstufe 3 geführt, so dass keine kohlenstoffreichen Aschen als zu entsorgende Reststoffe anfallen. Bei der Verwertung von unbelasteter Biomasse kann die Asche aus dem Vergaser z.B. als Düngemittel verwertet werden. Die anfallenden Aschemengen sind jedoch in der Regel sehr klein, da der Aschegehalt von beispielsweise unbelastetem Nadelholz kleiner als etwa 1 Gew.-% ist. Mit der erwarteten, nahezu vollständigen Crackung der Kohlenwasserstoffe fallen bei der Schwelgaskühlung für einen Gasmotor keine aufwendig zu entsorgenden Teerfraktionen an. In der Regel können Teergehalte von maximal etwa 50 mg/Nm3 im Schwelgas noch innerhalb des Motors 4e mit- verbrannt werden. So muss das Produktgas aus dem neuartigen Vergaser im Idealfall nur gekühlt, entstaubt und von eventuell in geringen Mengen vorhandenem Am- moniak befreit werden. Der Ammoniak lässt sich mit einem Kühlwäscher (nicht gezeigt) leicht aus dem Schwelgas entfernen und kann nach dem Austreiben der Lösung durch Erhitzung des Waschwassers gasförmig in den Vergaser zurückgeführt werden, ohne dass sich Am- moniak im System aufkonzentriert . Mit dem neuartigen Verfahren entsteht bei der Schwelgaskühlung weniger Kondensat (Wasser) mit erheblich geringeren Anteilen an organischen Verbindungen, so dass sich die umweltgerechte Behandlung vereinfacht .

Claims

Patentansprüche
1. Vergaser zur Vergasung von Rohstoff, insbesondere von Biomasse, mit einem Vergasergehäuse, das untereinander angeordnet aufweist eine Trocknungs- und Pyrolysezone (1) zur Trock- nung und Pyrolyse des Rohstoffs, eine Reduktionszone (2) zum katalytischen Cracken und zur Umsetzung von in dem Rohstoff enthaltenen Kohlenstoff und eine Nachvergasungszone (3) zur Nachvergasung von in dem Rohstoff noch enthaltenem Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser eine Pyrolyseschwelgasabführein- richtung (6) zur Abfuhr von Schwelgasen aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) , eine Brenngasabführeinrichtung (8) zur Abfuhr von Schwelgasen aus der Nachvergasungszone (3) , eine mit der Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung (6) und der Brenngasabführeinrichtung (8) ver- bundene Mischvorrichtung (5) zum Vermischen der aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgase und der aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgase und eine Schwelgaszuleitungseinheit (7) zur Leitung der in der Mischvorrichtung (5) vermischten Schwelgase in die Reduktionszone (2) aufweist.
2. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) eine Teilverbrennungs- einheit (5c) zur Verbrennung von aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasen aufweist .
3. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilverbrennungseinheit (5c) einen Kohlenmo- noxidbrenner und/oder einen Kanal aufweist.
4. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Mischvorrichtung (5) eine Zuführeinheit (5d) zur Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgas und/oder Wasserdampf aufweist .
5. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch und nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinheit (5d) in die Teilverbrennungs- einheit (5c) mündet und/oder dass die Zuführeinheit (5d) einen Kanal aufweist.
6. Vergaser nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinheit (5d) eine Regelungsvorrichtung und/oder eine Temperaturmessstelle aufweist zur Regelung und/oder Steuerung der mit ihr zuge- führten Menge an Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgas und/oder Was- serdampf .
7. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) in einer oberen Schüttschichtzone (2e) und oberhalb der Nachvergasungszone (3) in einer unteren Schüttschichtzone (2f) jeweils eine Sperrschütt- Schicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff ausbildbar ist.
8. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Mischvorrichtung (5) vermischten Schwelgase mittels der Schwelgaszuleitungseinheit (7) beiden Schüttschichtzonen (2e, 2f) zuführbar sind.
9. Vergaser nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelgase mittels der SchwelgasZuleitungseinheit (7) einem unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone (2e) und einem oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone (2f) zuführbar sind.
10. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass der obere Bereich der Schüttschichtzone (2e) eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff aufweist und dass der untere Bereich der Schüttschichtzone (2e) eine Schüttschicht aus dem Rohstoff aufweist, sowie dass der obere Bereich der Schüttschichtzone (2f) eine Schüttschicht aus dem Rohstoff auf- weist und dass der untere Bereich der Schüttschichtzone (2f) eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff aufweist .
11. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Sperrschüttschicht im oberen Bereich der Schüttschichtzone (2e) größer ist als die Höhe der Schüttschicht im unteren Bereich der Schüttschichtzone (2e) und dass die Höhe der Sperrschüttschicht im unteren Bereich der Schüttschichtzone (2f) größer ist als die Höhe der Schüttschicht im oberen Bereich der Schüttschichtzone (2f) .
12. Vergaser nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der SchuttSchichtzonen (2e, 2f) eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung (2a, 2b) aufweist.
13. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schüttschichtausbildungsvor- richtungen (2a, 2b) einen Rost, bevorzugt einen Schwenkrost und/oder einen Pendelrost aufweist.
14. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet , dass der Vergaser mindestens eine Schwelgasabzugseinheit (4) zur Abführung von im Vergaser erzeugten Schwelgasen aufweist.
15. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch und nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schwelgasabzugseinheiten (4) so angeordnet ist, dass mit ihr Schwelgase un- terhalb der oberen Schüttschichtzone (2e) und oberhalb der unteren Schüttschichtzone (2f) abführbar sind.
16. Vergaser nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schwelgasabzugseinheiten (4) eine Abführvorrichtung (4a) zur Abführung von katalytisch gecrackten Schwelgasen aus der Reduktionszone (2) und/oder eine Gasentstaubungsvorrichtung (4d) und/oder eine Zuführvorrichtung (4c) zur Zuführung von katalytisch gecrackten Schwelgasen zu einer Verbrauchsvorrichtung (4e) und/oder eine Rückführvorrichtung (4b) zur Rückführung von Staub in die Nachvergasungszone (3) und/oder einen Kühlwäscher und/oder eine Ammoni- akrückführvorrichtung zur Rückführung von Ammo- niak bevorzugt in gasförmiger Form in den Vergaser aufweist.
17. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentstaubungsvorrichtung (4d) einen Zyklon aufweist und/oder dass die Verbrauchsvorrichtung (4e) einen Motor oder eine Brennkammer aufweist und/oder dass die Abführvorrichtung (4a) und/oder die Zuführvorrichtung (4c) ein Kanal ist.
18. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) eine Crackeinheit (5b) zum thermischen Cracken von Schwelgasen und/oder zum Zuführen von gecrackten Schwelgasen zur Schwelgaszuleitungseinheit (7) und/oder einen Vorraum (5a) und/oder eine Kohlenmonoxidüberwa- chungsvorrichtung aufweist .
19. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Crackeinheit (5b) mindestens ein Rohr oder einen Kanal aufweist und/oder dass die Unterdru- ckerzeugungsvorrichtung einen Saugzug und/oder ein Gebläse und/oder einen Gasmotor aufweist .
20. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser eine Oxidationsmittelzufuhreinheit (3d) zur Führung eines Oxidationsmittels zur Nachvergasungszone (3) aufweist und/oder dass das Oxidationsmittel Luft und/oder Sauerstoff enthält oder daraus besteht .
21. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungs- und Pyrolysezone (1) eine Fest- bettvergasungsstufe oder eine Wirbelschichtvergasungsstufe aufweist.
22. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Trocknungs- und Pyrolysezone (1) eine Zuführeinrichtung (la) zur Zuführung eines Pyroly- semediums und/oder eine SchuttSchichtausbildungsvorrichtung (lb) zur Ausbildung einer Schüttschicht (ld) aus dem Rohstoff aufweist.
23. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttschichtausbildungsvorrichtung (lb) einen Rost, insbesondere einen Schwenkrost und/oder einen Pendelrost aufweist und/oder dass das Pyrolysemedium Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertes Rauchgas enthält oder daraus besteht und/oder dass die Zuführeinrichtung (la) ein Kanal ist.
24. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
5 dadurch gekennzeichnet, dass die Nachvergasungszone (3) eine Schüttschicht- ausbildungsvorrichtung (3a) zur Ausbildung einer Schüttschicht (3b) aus dem Rohstoff und/oder ein Oxidationsmittellumen (3c) zur Zuführung eines 10 Oxidationsmittels zur Schüttschicht (3b) und/oder eine Reststoffentsorgungsvorrichtung (3e) aufweist.
25. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass
15 die Schüttschichtausbildungsvorrichtung (3a) einen Rost, insbesondere einen Schwenkrost und/oder einen Pendelrost aufweist und/oder dass die Reststoffentsorgungsvorrichtung (3e) eine Rückführvorrichtung (3f) zur Rückführung von A-
20. sehe und/oder Inertmaterial in die Nachvergasungszone (3) aufweist.
26. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
25 die Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung (6) mindestens eine Abzugseinheit (6a) zum Abzug von Schwelgasen oberhalb und/oder unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) und zur Zuführung dieser Schwelgase zur Mischvorrichtung (5)
30 aufweist.
27. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Abzugseinheiten (6a) ein Ka- nal ist.
28. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelgaszuleitungseinheit (7) mindestens zwei Leitungen (7a und 7b) und/oder eine sich gabelnde Leitung aufweist .
29. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine der Leitungen (7a und 7b) einen Ringspalt (7c und 7d) aufweist und/oder dass mindestens eine der Leitungen (7a und 7b) ein Kanal ist.
30. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasabführeinrichtung (8) eine Brenngas- zuführvorrichtung (8a) zur Zuleitung von Schwelgasen aus der Nachvergasungszone (3) und/oder eine Gasentstaubungsvorrichtung (8b) zur Entstaubung von als Brenngas verwendeten Schwelgasen und/oder eine Brenngasabführvorrichtung (8d) zur Abfuhr von Schwelgasen und zur Zu- fuhr dieser Schwelgase zur Mischvorrichtung (5) aufweist .
31. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentstaubungsvorrichtung (8b) eine Rückführvorrichtung (8c) zur Rückführung von Staub in die Nachvergasungszone (3) aufweist und/oder dass die Gasentstaubungsvorrichtung (8b) einen Zyklon aufweist und/oder dass die Brenngaszu- führvorrichtung (8a) und/oder die Brenngasabführvorrichtung (8d) ein Kanal ist.
32. Vergasungsverfahren zur Vergasung eines Rohstoffs, insbesondere von Biomasse, bei dem der Rohstoff in einer Trocknungs- und Pyrolysezone (1) einer Trocknung und Pyrolyse unterworfen wird, bei dem in einer unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) angeordneten Reduktionszone (2) Teere katalytisch gecrackt und in dem Rohstoff enthaltener Kohlenstoff reduziert wird, und bei dem in einer unterhalb der Reduktionszone (2) angeordneten Nachvergasungszone (3) in dem Rohstoff noch enthaltener Kohlenstoff nachvergast wird, dadurch gekennzeichnet, dass
Schwelgase aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführt werden, dass Schwelgase aus der Nachvergasungszone (3) abgeführt werden, dass die aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgase mit den aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasen vermischt werden, und dass die vermischten Schwelgase sodann in die Reduktionszone (2) geleitet werden.
33. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass ein Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis 31 verwendet wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 33, dadurch gekennzei chnet, dass die aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgase zumindest teilweise verbrannt werden.
35. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass mit Hilfe der TeilVerbrennung Schwelgastemperaturen oberhalb von etwa 800°C erzeugt werden.
36. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgase vor ihrer Verbrennung entstaubt werden.
37. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Staub in die Nachvergasungszone (3) zurückgeführt wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass den zu verbrennenden Schwelgasen Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertes Rauchgas und/oder Wasserdampf zugeführt wird.
39. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die den zu verbrennenden Schwelgasen zugeführte Luftmenge und/oder Sauerstoffmenge und/oder Rauchgasmenge und/oder Wasserdampfmenge anhand der Temperatur in der Reduktionszone (2) und/oder anhand der Temperatur in einer Zone, in der die aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgase mit den aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasen vermischt werden, und/oder anhand anderer Parameter geregelt wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet , dass in einer unterhalb der Trocknungs- und Pyrolyse- zone (1) angeordneten oberen SchuttSchichtzone (2e) eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff ausgebildet wird und dass die Schwelgase aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) mit Hilfe dieser Sperrschüttschicht abgeführt werden sowie dass in einer oberhalb der Nachvergasungszone (3) angeordneten unteren Schüttschichtzone (2f) eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff ausgebildet wird und dass die Schwelgase aus der Nachvergasungszone (3) mit Hilfe dieser Sperrschüttschicht abgeführt werden.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschüttschicht der Schüttschichtzone (2e) im oberen Bereich der Schüttschichtzone (2e) ausgebildet wird und dass die Schwelgase unterhalb dieser Sperrschüttschicht in eine Schüttschicht aus dem Rohstoff eingeleitet werden sowie dass die Sperrschüttschicht der Schüttschichtzone (2f) im unteren Bereich der Schüttschichtzone (2f) ausgebildet wird und dass die Schwelgase oberhalb dieser Sperrschüttschicht in eine Schüttschicht aus dem Rohstoff eingeleitet werden.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass Schwelgase aus der Reduktionszone (2) abgeführt werden.
43. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch und nach einem der Ansprüche 40 bis 41, dadurch gekennzeichnet , dass die Schwelgase oberhalb der unteren Schutt- schichtzone (2f) und unterhalb der oberen Schüttschichtzone (2e) abgeführt werden.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die abzuführenden Schwelgase vor dem Abführen entstaubt werden und/oder anschließend einem Verbraucher zugeführt werden und/oder dass aus den abzuführenden Schwelgasen Ammoniak entfernt wird.
45. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Staub in die Nachvergasungszone (3) zurückgeführt wird.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass dass dem Rohstoff in der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertes Rauchgas zugeführt wird.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachvergasungszone (3) anfallende Asche und/oder anfallendes Inertmaterial zumindest teilweise in die Nachvergasungszone (3) zurück- geführt wird.
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