WO2007093429A2 - Process and device for generating gas from carbonaceous material - Google Patents

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WO2007093429A2
WO2007093429A2 PCT/EP2007/001347 EP2007001347W WO2007093429A2 WO 2007093429 A2 WO2007093429 A2 WO 2007093429A2 EP 2007001347 W EP2007001347 W EP 2007001347W WO 2007093429 A2 WO2007093429 A2 WO 2007093429A2
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carbonaceous material
gasification
unit
scraping
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Jörg KEMPER
Frank Lohmann
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Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg
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    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for producing CO and H 2 -containing gas from carbonaceous material.
  • the gasification generally takes place in several steps: the drying / heating in preparation, the pyrolysis and the gasification, namely the reaction of the pyrolysis products by oxidation and reduction.
  • the resulting gas contains i.a. Hydrogen, carbon monoxide and methane, which can serve as fuel.
  • the composition of the resulting gas depends on the reaction gas used and the temperature at which the gasification takes place. At higher temperatures, the concentration of hydrogen and carbon monoxide increases and decreases the concentration of methane.
  • From DE 32 33 774 A1 discloses a method and a plant for gasification of carbonaceous material to a mainly consisting of CO and H 2 gas mixture are known in which the carbonaceous material is input in particulate form in a shaft furnace to a predetermined level.
  • the shaft furnace has plasma torches on the ground.
  • CO 2 or H 2 O is supplied.
  • the carbonaceous material is subjected to a high temperature under oxidizing conditions.
  • the volatiles are then released and react with the oxidizer.
  • the non-volatile part is, however, coked.
  • Oxidizer that has not reacted with the volatiles may react further down in the shaft furnace with the coke produced and additionally form CO and possibly H 2 O. Upwardly escaping CO 2 and H 2 O can react with the carbonaceous material falling down to CO and H 2 .
  • the gas leaving the shaft furnace has a maximum temperature of 1500 ° C. The temperature on the surface of the granular material in the shaft furnace can reach approximately 2000 ° C.
  • An object of the present invention is to provide a method and an apparatus in which the carbonaceous material is treated for gasification.
  • a method for gasifying carbonaceous material to CO and H 2 containing gas comprising the steps of: at least partially pyrolizing the carbonaceous material; Gasification of the pyrolysis products and / or of the carbonaceous material, wherein the pyrolysis products and / or the carbonaceous material are comminuted after the pyrolysis and simultaneously brought to the process temperature for the gasification.
  • Crushing increases the surface area of the material to be gasified, resulting in a significant acceleration of the gasification process, such as bringing to gasification process temperature during crushing.
  • the overall energy balance is improved. Because unlike the crushing of the starting material before the pyrolysis, for which quite a lot of energy is required, the solid pyrolysis products, which are mostly coal, with relatively little effort and reduce energy. More preferably, the pyrolyzed carbonaceous material is comminuted immediately after pyrolysis and brought to process temperature for gasification before it is appreciably cooled to further improve the overall energy balance.
  • the gasification can take place auto- or allothermic.
  • the gasification is preferably carried out with the aid of external heat input. It is particularly preferred to provide the external heat input by a plasma, for example an inert gas plasma or oxygen plasma. Because with the help of a plasma can easily reach temperatures, which is guaranteed that even residues of tar or harmful compounds split and in in particular CO and H 2 are converted.
  • a plasma for example an inert gas plasma or oxygen plasma.
  • the use of steam plasma has proved to be particularly advantageous: It consists of O, H, OH, O 2 , H 2 and H 2 O radicals which are very good with the pyrolysis products and possibly not yet pyrolyzed carbonaceous material.
  • the enthalpy density of water vapor plasma is very high. These properties lead to an acceleration of the
  • the pyrolysis is carried out by means of microwave irradiation and heating.
  • microwave irradiation and heating By coupling energy via microwaves into the carbonaceous material, it is achieved that the carbonaceous material is completely penetrated with little effort and heated rapidly from the inside to the outside.
  • Moisture-containing carbonaceous material also achieves sufficient drying and conversion of the moisture to water vapor, which is then available as an oxidizing agent during gasification. Since the carbonaceous material is heated from the inside to the outside, combustion is suppressed, and instead the carbonaceous material is pyrolytically split into volatile carbon compounds and non-volatile carbon compounds with shorter carbon chains.
  • Conventional heating means may be used to preheat the carbonaceous material from outside to inside or reheat it after or parallel to microwave irradiation.
  • the heat input from the inside to the outside and from the outside to the inside reduces the time required for as complete pyrolysis as possible and overall improves the energy balance of the entire process.
  • the pyrolysis products serve below as starting materials for the gasification, which is faster and more efficient due to the already at least partially carried out pyrolysis.
  • An important advantage is that it can be used particularly well in small-scale systems for decentralized energy supply. Because of the pretreatment by means of microwaves, for example, even household waste or biomass in the form of garden waste can be used without expensive prior treatment. Namely, the drying and heating as well as the pyrolysis are achieved largely or completely by the microwave irradiation. Also, a heating unit to support pyrolysis can be provided with only a small footprint. It has proven to be advantageous to densify the carbonaceous material before and / or during and / or after microwave irradiation. The compaction leads to a more efficient energy input by microwave irradiation and / or thermal radiation and is preferably carried out before the microwave irradiation and / or optionally before the heat radiation. As a result, as complete as possible pyrolysis of the carbonaceous material is achieved by the microwave irradiation.
  • the object is achieved by a device for gasifying carbonaceous material to CO and H 2 -containing gas with a pyrolysis station and a gasification reactor in which a comminution unit is arranged in the gasification reactor, which comminutes the nonvolatile pyrolysis products. If carbonaceous material should not be completely pyrolyzed, this too is crushed by means of the comminution unit.
  • the arrangement of the comminution unit in the gasification reactor has the significant advantage that the material to be gasified is heated on the one hand by contact with the comminution unit, since the comminution unit has by its arrangement within the gasification reactor substantially the same temperature as the ambient temperature inside the gasification reactor, for Others can be exposed to the material to be gasified at the moment of its comminution of the ambient temperature inside the gasification reactor and because of its enlarged by the crushing surface immediately assumes the ambient temperature.
  • the gasification reactor has at least one heat source with the aid of which the gasification of the comminuted pyrolysis products and of the comminuted carbonaceous material, if it has not been completely pyrolyzed, takes place.
  • the gasification can also take place autothermally, so that the heat source can also be dispensed with.
  • the pyrolysis station is designed as a microwave station with heating unit in order to split the carbonaceous material into pyrolysis products as efficiently as possible and if necessary to dry and / or to heat them.
  • the pyrolysis station has a compression unit.
  • the compression unit may be connected upstream of or integrated in the pyrolysis station.
  • the integration into the pyrolysis station is particularly suitable when irradiated simultaneously with microwaves and heated by radiant heat as well as to be compacted.
  • the compaction unit allows a more compact design of the pyrolysis station, which can be thermally insulated with less effort.
  • the shredding unit is designed as a scraping unit that scrapes off the surface of the pyrolysis products and / or the carbonaceous material that is emerging from the microwave station.
  • the scraping unit releases the gasification process temperature to the fresh scraping point of the scraped off material by direct contact. In this way the energy input into the material particles is accelerated.
  • the scraper creates a cracked surface, which further enlarges the gasification surface.
  • the scraping unit is designed as an arrangement of blades which can be guided past the pyrolysis products and / or the carbonaceous material.
  • the scraping unit is designed as a rotatable scraping part which has perforations on the side facing the exiting pyrolysis products and / or the carbonaceous material.
  • the edges of the apertures scrape particles from the non-volatile materials which pass through the apertures into the reactor.
  • the exit from the pyrolysis station is designed as a tube and projects the rotating scraping part into the tube.
  • the scraper is arranged axially displaceable in the pipe direction.
  • the scraping part of ceramic to ensure a long life even at high gasification temperatures.
  • the at least one heat source is at least one plasma torch, more preferably at least one steam plasma torch.
  • plasma torches can reach sufficiently high temperatures that also toxic and undesirable compounds in CO and H2 are split.
  • the plasma also provides necessary oxidizing agent.
  • the plasma torch is on
  • Shredder directed to bring the shredder and crushed by them material to a high temperature so that the gasification can begin even during the crushing.
  • Figure 1 is a perspective view of a first embodiment of a device for gas generation
  • Figure 2 is a horizontal section through the device of Figure 1;
  • Figure 3 is a vertical section in the longitudinal direction through the device of Figure 1 in a simplified view
  • Figure 4 is a vertical section perpendicular to the longitudinal direction through the device of Figure 1 in a simplified view
  • Figure 5 is a schematic detail view of a first embodiment of a scraping unit
  • Figures 6a, b is a schematic detail view of a second embodiment of a scraping unit from the side and in plan view;
  • Figure 7 is a horizontal section through a device as in Figures 1 to 4 with the scraping unit of Figures 6a, b;
  • Figures 8a, b is a schematic representation of a particular embodiment of the scraping unit of Figures 6a, b;
  • FIG. 9 schematically shows the material flow of a gasification:
  • Figure 10 is a perspective view of a second embodiment of a
  • FIG. 11 shows a horizontal section through a device as in FIG. 10 with the scraping unit from FIGS. 6a, b;
  • Figure 12 is a vertical section perpendicular to the longitudinal direction through the
  • FIG. 13 shows a vertical section through the device from FIG. 10 at the level of the pyrolysis furnace for the pyrolysis.
  • the starting material may be industrial or household waste or biomass based on renewable raw materials, such as garden waste, wood chips, preferably a grain size of about 6-20 mm, sawdust, pellets, peel, husks or straw. Even fossil fuels can be gasified in the gas generator.
  • the carbonaceous material is filled through the hopper 100.
  • the carbonaceous material 2 can already be preheated there to about 60 ° -80 ° C (see also reference 201, Figure 9).
  • the carbonaceous material 2 is conveyed further into a reactor 6.
  • the carbonaceous material 2 is heated to about 400-500 0 C. This is done predominantly by microwaves generated in the microwave generator 31 and a heater 62 which utilizes the waste heat of the primary reactor 4 in which the gasification is taking place, or externally energized, eg as an electric furnace, or a combination of internal and external energy.
  • the heater 62 is connected to the reactor 6 and connected upstream of the microwave generator 31.
  • the carbonaceous material 2 is passed through a crimping part 61 surrounded by the heater 62.
  • the Quetschteil is conical, with being Cross section tapered in the conveying direction. As a result, the carbonaceous material 2 is compressed airtight before the microwave zone 32.
  • the carbonaceous material 2 is heated from the outside inwards. Due to the microwave radiation in the microwave station 3, the carbonaceous material 2 is penetrated and heated from the inside to the outside. This combination of supplied radiant heat and microwave irradiation leads to the best possible heat input into the carbonaceous material 2.
  • the carbonaceous material 2 Due to the heat input, the carbonaceous material 2 is also dried. This is particularly advantageous in non-pretreated starting materials such as industrial or domestic waste or garden waste, but also generally in biomass from renewable resources.
  • the gas generator 1 is therefore insensitive to even greater fluctuations in the moisture content of the carbonaceous material 2.
  • the moisture exits as water vapor from the carbonaceous material 2 and serves as an oxidizing agent in the gasification process.
  • the high heat input in particular into the interior of the carbonaceous material 2 by the microwave irradiation, triggers the pyrolysis of the carbonaceous material 2.
  • pyrolysis i.a. the longer-chain molecules of the carbonaceous material 2 are split into shorter molecules. Volatile and non-volatile pyrolysis products form, which are used as starting materials for the subsequent gasification.
  • the carbonaceous material 2 is passed through a feed tube 33, so that the entire carbonaceous material 2 is guided through the microwave zone 32. Especially if pellets or similar
  • Biomaterial be used as starting material 2 the molecular structures are virtually broken by the microwave irradiation, whereby the pyrolysis proceeds more efficiently.
  • the airtight compression in the pinch part 61 in front of the microwave zone 32 ensures that as far as possible no nitrogen from the ambient air enters, which would reduce the calorific value of the generated CO and H 2 containing gas.
  • the dimensioning of the microwave generator 31 depends in particular on the extent of the microwave zone 32, the density of the carbonaceous material 2 and the desired temperature.
  • the choice of frequency may be limited by government regulations. For example, in Germany only the frequencies 24.25GHz, 5.8GHz, 2.45GHz and exceptionally 915MHz are allowed for microwave heating.
  • a microwave generator can also be used two, three or more, which can form either a coherent microwave zone or multiple separate microwave zones.
  • the feed tube 33 leads into the gasification reactor 4, into which also a plasma burner 5 opens and in which the gasification takes place.
  • the feed tube 33 passes through a sieve drum 42 arranged in the gasification reactor 4.
  • the sieve drum 42 is rotatably mounted about its longitudinal axis and is rotated via the drive 106.
  • the longitudinal axis of the screen drum 42 is parallel to the feed tube 33.
  • Screen drum pockets 43 are arranged on the circumferential wall of the screen drum 42 (see in particular FIG. 4).
  • a scraper unit 7, here in the form of five blades 71 which are carried along with the screen drum 42, while passing the exit of the feed tube 33 and the surface of the exiting material, i. the nonvolatile pyrolysis products 21 and possibly not yet fully reacted pyrolytically
  • the hot gas stream 23 of the plasma burner 5 opens into the gasification reactor 4. Therefore, the scraped off particles 25 are exposed directly to the hot gas stream 23.
  • the blades 71 of the scraping unit 7 constantly pass through the hot gas stream 23, so that they also have the process temperature of about 950 ° -1050 ° C and leave the direct contact with scraping this temperature to the supplied pyrolysis products 21 and possibly the carbonaceous material 2 , As a result, the particles 25 in the shortest possible time to process temperature and can be gasified.
  • the temperature of 950 cC and more in the gasification zone ensures that even harmful carbon compounds and tar are completely gasified and also the content of CO and H 2 in the gasification product is as high as possible.
  • Turbulences prevail in the hot gas stream, leading to a rapid mixing of the scraped off particles with the remaining reactor contents, ie with the reactants for lead the gasification.
  • the gasification takes place faster and more intensively, whereby the overall efficiency is increased.
  • Particles 25, which sink in the reactor interior and remove from the hot gas stream 23, are collected by the screen drum 42 in their compartments 43, transported back to the hot gas stream and poured there in the hot gas stream, so that they are better available again for gasification.
  • the entire reactor contents are constantly circulated, which further promotes gasification.
  • FIGS. 6a, b A further embodiment of a scraping unit is shown in detail in FIGS. 6a, b and as part of the gas generator in FIG. It is a rotating scraper 72, which is arranged at the outlet of the feed tube 33.
  • the scraping part 72 consists of a ceramic disk with windows 75 arranged on the front side.
  • the rotating scraping part 72 is driven via a shaft 73. Due to the rotational movement of the non-volatile pyrolysis 21 particles 25 are scraped off. These fly through the frontal windows 75 from the feed tube 75 into the hot gas stream 23 of the
  • Plasma torch 5 Since the volatile pyrolysis products as well as the water vapor already formed during drying also have to escape through the windows 75 from the feed tube 33, intensive gasification already takes place in the region of the windows 75, which act like small reactor chambers. As a result, the overall efficiency of the gas generator 1 is further increased.
  • FIGS. 8a, b A particular embodiment of a rotating scraping part is shown in FIGS. 8a, b.
  • the rotating scraping part 72 ' has radially arranged windows 74 in addition to the windows arranged on the front side. It rotates in the feed tube 33 and is driven as above via the shaft 73.
  • the drive 105 of the rotating scraping member 72 ' consists essentially of a drive bushing 81, which is rotatably mounted in a housing (not shown).
  • the rotational movement takes place in the present example, a sprocket 87.
  • a gear, a toothed belt, a V-belt or the like can be used.
  • the shaft 73 is guided radially in the drive bush 81, but can move axially.
  • a driving star 82 At the right end of the shaft 73 is positively and / or positively secured a driving star 82 and secured by screw 86.
  • the driving star 82 engages in circularly arranged grooves in the drive bushing 81.
  • the rotational movement of the drive bush 81 transmits to the shaft 73.
  • the driving star 82 can move within the grooves.
  • the axial movement is to the right by a rear Travel limit 83, which is bolted to the drive sleeve 81, limited.
  • a rear Travel limit 83 which is bolted to the drive sleeve 81, limited.
  • a spring 84 to the end of the grooves in the drive bushing 81 is possible.
  • FIG. 8a shows the normal operation of the rotating scraping part 72 '.
  • the follower 82 is located at the rear travel limit 83 and the radial windows 74 are covered by the walls of the delivery tube 33.
  • Nonvolatile pyrolysis products 21 can now escape from the feed tube 33 through the windows 74 and prevent their clogging.
  • the axial position of the driving star 82 can be defined and thus counteracted via a control of the input variables "speed of the scraper” and "speed of material supply” the risk of clogging.
  • the displacement measurement of the driving star 82 allows a determination of the state of wear of the rotating blade part 72.
  • Plasma torch 5 in the present example is a steam plasma torch.
  • the composition of the steam plasma promotes the gasification process very strongly, which consists of the radicals O, H, OH, O 2 , H 2 and H 2 O at a mean temperature in the range of 4000 0 C and peak values in the core of the plasma flame of approx. 12000 0 C.
  • the enthalpy density of water vapor is very high and the thermal efficiency of water vapor sources is 70% -90%.
  • water vapor is readily available. Water vapor plasma therefore not only has an accelerating effect on the gasification process, but is also advantageous for economic reasons.
  • reactor contents of the plasma flame 51 are supplied via line 41 (FIG. 3). There, the gasification takes place particularly intense. In addition, this leads to a circulation of the reactor contents, since the plasma flame 51 supplied mixture of gas and particles 25 enters as hot gas stream 23 back into the reactor interior and there leads to turbulence and improved heat transfer to the newly supplied particles 25.
  • the mixture of gas and particles also hits the scraping device 7 and the surface of the supplied pyrolysis products 21, possibly also of the carbonaceous material 2, and heats them to the process temperature. Subsequently, it flows into the lateral upper region of the screening drum 42 and mixes with the material constantly conveyed up through the screening drum. This will maintain a continuous gasification process. This gasification process also speeds up the gasification process.
  • the gasification reactor 4 can be dimensioned significantly smaller, with the result that the insulation losses are greatly reduced and the overall efficiency can be significantly increased.
  • the size of the gas generator can be so greatly reduced that in addition to systems in the power range of about 100 kW e i (net) and more small systems for residential use in the power range of about 2-4 kW e ⁇ (net) are possible.
  • the ash 24 produced during the gasification is screened off through the sieve drum 42 and falls into the lowermost region of the gasification reactor 4.
  • the remaining gasification products 23 are withdrawn via the lower reactor region by means of a slight negative pressure by means of a blower 128 from the reactor interior to a filter unit 112.
  • the ceramic filter cartridges 113 serve as dust filters and have the advantage that the gas generated can be filtered without prior cooling, ie at about 700 ° -800 ° C.
  • the generated hot gas for power generation could be fed directly to a hot gas engine or even to a pore burner.
  • the hot gas is passed via a line 122 to another station 120, which has the function of a gas-water heat exchanger and / or a scrubber. This allows the hot gas to cool to below 50 0 C and clean.
  • the heat can be used by the warmed up cooling water, which is fed via the input 1 16 and the output 118 is derived, is fed by means of a pump 126 in the building technology or forwarded to an external heat exchanger. The heat can also be used for preheating the carbonaceous material. 2 use.
  • the cooled clean gas is withdrawn by means of the blower 128 via a negative pressure from the system and removed for further use in an external gas storage or a combined heat and power plant.
  • the second apparatus for producing gas shown in FIG. 10 differs from the first apparatus shown in FIG. 1, in particular with regard to the design of the pyrolysis station. While in the first device, the material to be pyrolyzed after compaction is first heated with the aid of the heater from outside to inside, before it is irradiated with microwaves to heat it from the inside out (see also Figures 2 and 3), is in the second device, the material to be pyrolyzed first irradiated with microwaves of the microwave generator 31 to reach the inside of the pyrolysis, and then by a heater, in this example, a porous furnace 63, out to bring the material also from the outside to the pyrolysis temperature ,
  • FIG. 13 shows a vertical section through the device from FIG. 10 at the level of the porous burner 63.
  • the microwave station is combined with three porous burners 63 which adjoin the microwave generator 31 and around the feed tube 33 are arranged in the region of the lower circumference, so that the radiant heat 66 radiates onto the feed tube 33.
  • the pore burner 63 may be fired with syngas generated in the gas generator and containing CO 2 and H 2 , which is supplied via the synthesis gas ports 64.
  • the synthesis gas is burned together with air or oxygen in the pore area of the pore burners 63 to generate thermal energy.
  • the resulting exhaust gases exit through the discharge outlet 65 and can be used for preheating other components.
  • the pore area is generally formed of ceramic foam or other high temperature resistant structure.
  • Particularly advantageous for pore burners is their very high power density of about 1000 kW / m 2 .
  • high temperatures of up to about 1400 ° C can be achieved.
  • Further advantages are high heating rates and good controllability of the oven temperature. Since pore burners allow very high gas temperatures, gas generated during the gasification process can be supplied to them immediately without prior cooling, if necessary after dust filtration.
  • the porous burner 63 achieves a heat input that is six times higher than that of a conventional gas burner.
  • the use of a pore burner in combination with microwave pyrolysis improves the overall energy balance of the pore burner Gas burner with still small footprint and is therefore particularly suitable for gas generators, which are sized for home use.
  • the feed tube 33 for feeding the pyrolyzed material and the plasma torch 5 are arranged relative to one another such that the hot gas flow generated by the plasma flame 51 is not only laterally but frontally on the scraper unit 72 (see also Figures 6a, b) meets to heat the scraper unit 72 even better.
  • the scraper unit 72 transfers its temperature to the material to be shredded. Due to the frontal orientation of the hot gas stream 23 on the scraper unit 72, it is also better achieved that the hot gas stream in the front windows 75 of the scraper unit 72 also directly heats the material to be shredded to the process temperature for the gasification.
  • the drum 45 is not designed as a sieve drum, but only as a drum 45 with drum compartments 43 (see Figure 12) to bring not yet gasified particles 25 back into the hot gas stream.
  • the few ash 24 can exit via the end faces of the drum 45 and be discharged via the ash outlet 114.
  • the non-perforated drum 45 has the additional advantage of more efficient thermal insulation of the interior of the gasification reactor 4.
  • the plasma flame 51 is arranged in the second device in a diffuser 52 provided with openings 53 (see FIG. 11).
  • the volatile and solid pyrolysis products come together with the radicals generated there, with which they react to CO and H 2 .
  • they are heated very rapidly in the plasma very rapidly, so that a sudden volume expansion takes place, which leads to a local negative pressure.
  • the openings 53 are on this local vacuum another Pyrolysis products are sucked into the water vapor plasma flame 51, so that a constant flow of hot gas is maintained.
  • the space requirement is further reduced in the second device.
  • the second apparatus for producing gas from FIGS. 10 to 13 can also be executed with the scraping unit 72 'as in FIGS. 8a, b or also with blade 71 as in FIG. 4 or another scraping unit.
  • the generated hot gas can be further used as described above.

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Abstract

For gasification of carbonaceous material (2) to form CO and H<SUB>2</SUB>-containing gas (23), first the carbonaceous material (2) is pyrolyzed and thereafter comminuted to increase efficiency, before it is gasified. For this at the outlet (33) of the pyrolysis station into the gasification reactor, a comminution unit which is preferably formed as scraper unit (71) is provided, wherein on comminution, the pyrolyzed carbonaceous material is brought to the process temperature for gasification.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Gas aus kohlenstoffhaltigem MaterialMethod and apparatus for producing gas from carbonaceous material
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von CO und H2 enthaltendem Gas aus kohlenstoffhaltigem Material.The present invention relates to a method and apparatus for producing CO and H 2 -containing gas from carbonaceous material.
Vor dem Hintergrund sinkender Ressourcen an fossilen Brennstoffen bekommt die dezentrale Energieversorgung auf der Basis von Abfall oder Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen immer mehr Bedeutung. Bei der Biomassen- oder Abfallverbrennung wird Wärme erzeugt, die z.B. zum Heizen von Gebäuden oder von Wasser verwendet werden kann. Bei der Vergasung wird neben Wärme auch Brenngas erzeugt, das in Motoren zur Stromerzeugung genutzt werden kann.Against the backdrop of decreasing resources of fossil fuels, decentralized energy supply based on waste or biomass from renewable raw materials is becoming increasingly important. In biomass or waste incineration, heat is generated, e.g. for heating buildings or water. During gasification, in addition to heat, fuel gas is generated, which can be used in engines for power generation.
Die Vergasung läuft allgemein in mehreren Schritten ab: dem Trocknen/Erhitzen als Vorbereitung, der Pyrolyse und der Vergasung, nämlich der Umsetzung der Pyrolyseprodukte durch Oxidation und Reduktion. Das entstehende Gas enthält u.a. Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan, die als Brennstoff dienen können. Die Zusammensetzung des entstehenden Gases hängt von dem verwendeten Reaktionsgas und der Temperatur ab, bei der die Vergasung abläuft. Zu höheren Temperaturen hin nimmt die Konzentration an Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu und nimmt die Konzentration an Methan ab.The gasification generally takes place in several steps: the drying / heating in preparation, the pyrolysis and the gasification, namely the reaction of the pyrolysis products by oxidation and reduction. The resulting gas contains i.a. Hydrogen, carbon monoxide and methane, which can serve as fuel. The composition of the resulting gas depends on the reaction gas used and the temperature at which the gasification takes place. At higher temperatures, the concentration of hydrogen and carbon monoxide increases and decreases the concentration of methane.
Je höher die Temperatur ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das entstehende Gas noch giftige oder krebserregende Komponenten wie z.B. Dioxin oder Teer enthält. Denn bei Temperaturen von 9000C und höher werden sie in unschädliche, flüchtige Substanzen wie etwa Kohlendioxid und Wasserstoff aufgespalten. Eine Möglichkeit, hohe Temperaturen von 9000C und mehr bereitzustellen, bietet die Verwendung eines Plasmabrenners.The higher the temperature, the lower the likelihood that the resulting gas will still contain toxic or carcinogenic components such as dioxin or tar. Because at temperatures of 900 0 C and higher, they are split into innocuous, volatile substances such as carbon dioxide and hydrogen. One way to high temperatures of 900 0 C and to provide more, provides the use of a plasma torch.
Aus der DE 32 33 774 A1 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Vergasung kohlehaltigen Materials zu einer hauptsächlich aus CO und H2 bestehenden Gasmischung bekannt, bei denen das kohlehaltige Material in stückiger Form in einen Schachtofen bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingegeben wird. Der Schachtofen weist am Boden Plasmabrenner auf. Außer Wärmeenergie durch die Plasmabrenner wird auch Oxidationsmittel in Form von O2, CO2 oder H2O zugeführt. Das kohlehaltige Material wird infolgedessen unter oxidierenden Bedingungen einer hohen Temperatur unterworfen. Daraufhin werden die flüchtigen Bestandteile frei und reagieren mit dem Oxidationsmittel. Der nichtflüchtige Teil wird hingegen verkokt. Oxidationsmittel, das mit den flüchtigen Bestandteilen nicht reagiert hat, kann weiter unten im Schachtofen mit dem erzeugten Koks reagieren und zusätzlich CO und möglicherweise H2O bilden. Nach oben entweichendes CO2 und H2O kann mit dem nach unten fallenden kohlenstoffhaltigen Material zu CO und H2 reagieren. Das den Schachtofen verlassende Gas hat eine Temperatur von maximal 15000C. An der Oberfläche des körnigen Materials im Schachtofen kann die Temperatur etwa 20000C erreichen.From DE 32 33 774 A1 discloses a method and a plant for gasification of carbonaceous material to a mainly consisting of CO and H 2 gas mixture are known in which the carbonaceous material is input in particulate form in a shaft furnace to a predetermined level. The shaft furnace has plasma torches on the ground. In addition to heat energy through the plasma torch and oxidant in the form of O 2 , CO 2 or H 2 O is supplied. As a result, the carbonaceous material is subjected to a high temperature under oxidizing conditions. The volatiles are then released and react with the oxidizer. The non-volatile part is, however, coked. Oxidizer that has not reacted with the volatiles may react further down in the shaft furnace with the coke produced and additionally form CO and possibly H 2 O. Upwardly escaping CO 2 and H 2 O can react with the carbonaceous material falling down to CO and H 2 . The gas leaving the shaft furnace has a maximum temperature of 1500 ° C. The temperature on the surface of the granular material in the shaft furnace can reach approximately 2000 ° C.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen das kohlenstoffhaltige Material für die Vergasung aufbereitet wird.An object of the present invention is to provide a method and an apparatus in which the carbonaceous material is treated for gasification.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material zu CO und H2 enthaltendem Gas mit den Schritten: - zumindest teilweise Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials; - Vergasung der Pyrolyseprodukte und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials, wobei die Pyrolyseprodukte und/oder das kohlenstoffhaltige Material nach der Pyrolyse zerkleinert und gleichzeitig auf Prozesstemperatur für die Vergasung gebracht werden.This object is achieved by a method for gasifying carbonaceous material to CO and H 2 containing gas comprising the steps of: at least partially pyrolizing the carbonaceous material; Gasification of the pyrolysis products and / or of the carbonaceous material, wherein the pyrolysis products and / or the carbonaceous material are comminuted after the pyrolysis and simultaneously brought to the process temperature for the gasification.
Durch das Zerkleinern wird die Oberfläche des zu vergasenden Materials vergrößert, was wie das Bringen auf Vergasungsprozesstemperatur während des Zerkleinems zu einer signifikanten Beschleunigung des Vergasungsprozesses führt. Außerdem wird die Gesamtenergiebilanz verbessert. Denn im Gegensatz zur Zerkleinerung des Ausgangsmaterials vor der Pyrolyse, für die unter Umständen recht viel Energie benötigt wird, lassen sich die festen Pyrolyseproduke, bei denen es sich zum größten Teil um Kohle handelt, mit relativ wenig Aufwand und Energie zerkleinern. Besonders bevorzugt wird das pyrolysierte kohlenstoffhaltige Material unmittelbar nach der Pyrolyse zerkleinert und auf Prozesstemperatur für die Vergasung gebracht, bevor es merkbar abgekühlt ist, um die Gesamtenergiebilanz weiter zu verbessern.Crushing increases the surface area of the material to be gasified, resulting in a significant acceleration of the gasification process, such as bringing to gasification process temperature during crushing. In addition, the overall energy balance is improved. Because unlike the crushing of the starting material before the pyrolysis, for which quite a lot of energy is required, the solid pyrolysis products, which are mostly coal, with relatively little effort and reduce energy. More preferably, the pyrolyzed carbonaceous material is comminuted immediately after pyrolysis and brought to process temperature for gasification before it is appreciably cooled to further improve the overall energy balance.
Je nach Prozessparameter, insbesondere Temperatur und Reaktionspartner, kann die Vergasung auto- oder allotherm stattfinden. Um eine möglichst vollständige Vergasung sicherzustellen, wird vorzugsweise die Vergasung mit Hilfe von externem Wärmeeintrag durchgeführt. Besonders bevorzugt ist dabei, den externen Wärmeeintrag durch ein Plasma, z.B. ein Inertgas-Plasma oder Sauerstoff-Plasma zu leisten. Denn mit Hilfe eines Plasmas lassen sich problemlos Temperaturen erreichen, bei denen gewährleistet ist, dass auch Rückstände von Teer oder gesundheitsschädliche Verbindungen aufgespalten und in insbesondere CO und H2 umgewandelt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Wasserdampf-Plasma erwiesen: Es besteht aus O-, H-, OH-, O2-, H2- und H2O-Radikalen, die sehr gut mit den Pyrolyseprodukten und ggf. noch nicht pyrolysiertem kohlenstoffhaltigen Material reagieren. Außerdem ist die Enthalpiedichte von Wasserdampf- Plasma sehr hoch. Diese Eigenschaften führen zu einer Beschleunigung desDepending on the process parameters, in particular temperature and reactants, the gasification can take place auto- or allothermic. To ensure the most complete possible gasification, the gasification is preferably carried out with the aid of external heat input. It is particularly preferred to provide the external heat input by a plasma, for example an inert gas plasma or oxygen plasma. Because with the help of a plasma can easily reach temperatures, which is guaranteed that even residues of tar or harmful compounds split and in in particular CO and H 2 are converted. The use of steam plasma has proved to be particularly advantageous: It consists of O, H, OH, O 2 , H 2 and H 2 O radicals which are very good with the pyrolysis products and possibly not yet pyrolyzed carbonaceous material. In addition, the enthalpy density of water vapor plasma is very high. These properties lead to an acceleration of the
Vergasungsprozesses. Da außerdem der thermische Wirkungsgrad von Wasserdampf- Plasmaquellen bei 70-90% liegt, ist die Verwendung von Wasserdampf-Plasma wirtschaftlich im Betrieb. Vorteilhaft ist die Verwendung sowohl von reinem Wasserdampf- Plasma als auch Plasma aus Wasserdampf mit Additiven oder aus Gasgemischen mit Wasserdampf als Reaktionsbeschleuniger.Gasification process. In addition, since the thermal efficiency of steam plasma sources is 70-90%, the use of steam plasma is economical in operation. Advantageous is the use of both pure water vapor plasma and plasma from water vapor with additives or from gas mixtures with water vapor as a reaction accelerator.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pyrolyse mittels Mikrowellenbestrahlung und Heizen durchgeführt. Durch Einkoppeln von Energie über Mikrowellen in das kohlenstoffhaltige Material wird erreicht, dass das kohlenstoffhaltige Material mit wenig Aufwand vollständig durchdrungen und rasch von innen nach außen aufgeheizt wird. Bei Feuchtigkeit enthaltendem kohlenstoffartigen Material wird außerdem erreicht, dass es hinreichend getrocknet wird und die Feuchtigkeit in Wasserdampf umgewandelt wird, der dann beim Vergasen als Oxidationsmittel zur Verfügung steht. Da das kohlenstoffhaltige Material von innen nach außen aufgeheizt wird, wird eine Verbrennung unterdrückt und stattdessen das kohlenstoffhaltige Material pyrolytisch in flüchtige Kohlenstoffverbindungen und nichtflüchtige Kohlenstoffverbindungen mit kürzeren Kohlenstoffketten aufgespalten. Durch konventionelle Heizmittel kann das kohlenstoffhaltige Material von außen nach innen vorgewärmt bzw. nach oder parallel zur Mikrowellenbestrahlung aufgewärmt werden. Durch den von innen nach außen und außen nach innen erfolgenden Wärmeeintrag wird die notwendige Zeit für eine möglichst vollständige Pyrolyse verringert und insgesamt die Energiebilanz des gesamten Prozesses verbessert. Die Pyrolyseprodukte dienen im Folgenden als Edukte für die Vergasung, die aufgrund der bereits zumindest zum Teil durchgeführten Pyrolyse schneller und effizienter abläuft.In a preferred embodiment, the pyrolysis is carried out by means of microwave irradiation and heating. By coupling energy via microwaves into the carbonaceous material, it is achieved that the carbonaceous material is completely penetrated with little effort and heated rapidly from the inside to the outside. Moisture-containing carbonaceous material also achieves sufficient drying and conversion of the moisture to water vapor, which is then available as an oxidizing agent during gasification. Since the carbonaceous material is heated from the inside to the outside, combustion is suppressed, and instead the carbonaceous material is pyrolytically split into volatile carbon compounds and non-volatile carbon compounds with shorter carbon chains. Conventional heating means may be used to preheat the carbonaceous material from outside to inside or reheat it after or parallel to microwave irradiation. The heat input from the inside to the outside and from the outside to the inside reduces the time required for as complete pyrolysis as possible and overall improves the energy balance of the entire process. The pyrolysis products serve below as starting materials for the gasification, which is faster and more efficient due to the already at least partially carried out pyrolysis.
Ein bedeutender Vorteil besteht darin, dass es sich besonders gut auch in klein dimensionierten Anlagen für die dezentrale Energieversorgung anwenden lässt. Denn durch die Vorbehandlung mittels Mikrowellen kann z.B. sogar Hausmüll oder Biomasse in Form von Gartenabfällen ohne aufwendige vorherige Aufbereitung verwendet werden. Das Trocknen und Erhitzen sowie die Pyrolyse werden nämlich zum großen Teil oder vollständig durch die Mikrowellenbestrahlung erreicht. Auch eine Heizeinheit zur Unterstützung der Pyrolyse kann mit nur geringem Platzbedarf vorgesehen werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das kohlenstoffhaltige Material vor und/oder während und/oder nach der Mikrowelleneinstrahlung zu verdichten. Das Verdichten führt zu einem effizienteren Energieeintrag durch Mikrowellenbestrahlung und/oder Wärmestrahlung und wird bevorzugt vor der Mikrowellenbestrahlung und/oder ggf. vor der Wärmebestrahlung durchgeführt. Dadurch wird eine möglichst vollständige Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials durch die Mikrowelleneinstrahlung erreicht.An important advantage is that it can be used particularly well in small-scale systems for decentralized energy supply. Because of the pretreatment by means of microwaves, for example, even household waste or biomass in the form of garden waste can be used without expensive prior treatment. Namely, the drying and heating as well as the pyrolysis are achieved largely or completely by the microwave irradiation. Also, a heating unit to support pyrolysis can be provided with only a small footprint. It has proven to be advantageous to densify the carbonaceous material before and / or during and / or after microwave irradiation. The compaction leads to a more efficient energy input by microwave irradiation and / or thermal radiation and is preferably carried out before the microwave irradiation and / or optionally before the heat radiation. As a result, as complete as possible pyrolysis of the carbonaceous material is achieved by the microwave irradiation.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material zu CO und H2 enthaltendem Gas mit einer Pyrolysestation und einem Vergasungsreaktor gelöst, bei der im Vergasungsreaktor eine Zerkleinerungseinheit angeordnet ist, die die nichtflüchtigen Pyrolyseprodukte zerkleinert. Falls kohlenstoffhaltiges Material nicht vollständig pyrolysiert sein sollte, wird auch dies mit Hilfe der Zerkleinerungseinheit zerkleinert.In a further aspect of the present invention, the object is achieved by a device for gasifying carbonaceous material to CO and H 2 -containing gas with a pyrolysis station and a gasification reactor in which a comminution unit is arranged in the gasification reactor, which comminutes the nonvolatile pyrolysis products. If carbonaceous material should not be completely pyrolyzed, this too is crushed by means of the comminution unit.
Das Anordnen der Zerkleinerungseinheit im Vergasungsreaktor hat den wesentlichen Vorteil, dass das zu vergasende Material zum einen durch Kontakt mit der Zerkleinerungseinheit aufgeheizt wird, da die Zerkleinerungseinheit durch ihre Anordnung innerhalb des Vergasungsreaktors im wesentlichen die gleiche Temperatur wie die Umgebungstemperatur im Inneren des Vergasungsreaktors hat, zum anderen das zu vergasende Material im Moment seiner Zerkleinerung der Umgebungstemperatur im Inneren des Vergasungsreaktor ausgesetzt werden kann und wegen seiner durch die Zerkleinerung vergrößerten Oberfläche die Umgebungstemperatur sofort annimmt.The arrangement of the comminution unit in the gasification reactor has the significant advantage that the material to be gasified is heated on the one hand by contact with the comminution unit, since the comminution unit has by its arrangement within the gasification reactor substantially the same temperature as the ambient temperature inside the gasification reactor, for Others can be exposed to the material to be gasified at the moment of its comminution of the ambient temperature inside the gasification reactor and because of its enlarged by the crushing surface immediately assumes the ambient temperature.
Vorzugsweise weist der Vergasungsreaktor mindestens eine Wärmequelle auf, mit deren Hilfe die Vergasung der zerkleinerten Pyrolyseprodukte sowie des zerkleinerten kohlenstoffhaltigen Materials, falls es nicht vollständig pyrolysiert wurde, stattfindet. Bei Wahl geeigneter Reduktions- und Oxidationsmittel und entsprechender Prozessbedingungen kann die Vergasung aber auch autotherm ablaufen, so dass auf die Wärmequelle auch verzichtet werden kann.Preferably, the gasification reactor has at least one heat source with the aid of which the gasification of the comminuted pyrolysis products and of the comminuted carbonaceous material, if it has not been completely pyrolyzed, takes place. However, if suitable reducing and oxidizing agents and appropriate process conditions are selected, the gasification can also take place autothermally, so that the heat source can also be dispensed with.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pyrolysestation als Mikrowellenstation mit Heizeinheit ausgebildet, um das kohlenstoffhaltige Material möglichst effizient in Pyrolyseprodukte aufzuspalten und ggf. auch zu trocknen und/oder zu erhitzen. Vorteilhafterweise weist die Pyrolysestation eine Verdichtungseinheit auf. Je nach Ausführungsform kann die Verdichtungseinheit der Pyrolysestation vorgeschaltet oder in sie integriert sein. Die Integration in die Pyrolysestation bietet sich insbesondere an, wenn gleichzeitig mit Mikrowellen bestrahlt und durch Strahlungswärme erhitzt als auch verdichtet werden soll. Die Verdichtungseinheit erlaubt eine kompaktere Bauweise der Pyrolysestation, die sich mit weniger Aufwand wärmeisolieren lässt.In a preferred embodiment, the pyrolysis station is designed as a microwave station with heating unit in order to split the carbonaceous material into pyrolysis products as efficiently as possible and if necessary to dry and / or to heat them. Advantageously, the pyrolysis station has a compression unit. Depending on the embodiment, the compression unit may be connected upstream of or integrated in the pyrolysis station. The integration into the pyrolysis station is particularly suitable when irradiated simultaneously with microwaves and heated by radiant heat as well as to be compacted. The compaction unit allows a more compact design of the pyrolysis station, which can be thermally insulated with less effort.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zerkleinerungseinheit als Schabeinheit ausgebildet, die die Oberfläche der Pyrolyseprodukte und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials, das oder die aus der Mikrowellenstation austreten, abschabt. Die Schabeinheit gibt während des Schabvorgangs durch unmittelbaren Kontakt die Vergasungsprozesstemperatur an die frische Schabstelle des abgeschabten Materials ab. Auf diese Weise wird der Energieeintrag in die Materialpartikel beschleunigt. Außerdem entsteht durch den Schabvorgang eine rissige Oberfläche, wodurch eine weitere Vergrößerung der Vergasungsoberfläche erfolgt.In a preferred embodiment, the shredding unit is designed as a scraping unit that scrapes off the surface of the pyrolysis products and / or the carbonaceous material that is emerging from the microwave station. During the scraping operation, the scraping unit releases the gasification process temperature to the fresh scraping point of the scraped off material by direct contact. In this way the energy input into the material particles is accelerated. In addition, the scraper creates a cracked surface, which further enlarges the gasification surface.
Vorteilhafterweise ist die Schabeinheit als Anordnung von an den Pyrolyseprodukten und/oder dem kohlenstoffhaltigen Material vorbeiführbaren Klingen ausgebildet.Advantageously, the scraping unit is designed as an arrangement of blades which can be guided past the pyrolysis products and / or the carbonaceous material.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schabeinheit als rotierbares Schabteil ausgebildet, das auf der den austretenden Pyrolyseprodukten und/oder dem kohlenstoffhaltigen Material zugewandten Seite Durchbrechungen aufweist. Die Ränder der Durchbrechungen schaben von den nichtflüchtigen Materialien Partikel ab, die durch die Durchbrechungen in den Reaktor gelangen.In a preferred embodiment, the scraping unit is designed as a rotatable scraping part which has perforations on the side facing the exiting pyrolysis products and / or the carbonaceous material. The edges of the apertures scrape particles from the non-volatile materials which pass through the apertures into the reactor.
Für ein besonders effizientes Abschaben ist der Austritt aus der Pyrolysestation als Rohr ausgebildet und ragt das rotierende Schabteil in das Rohr hinein. Um dabei möglichen Verstopfungen vorzubeugen, ist das Schabteil in Rohrrichtung axial verschiebbar angeordnet.For a particularly efficient scraping, the exit from the pyrolysis station is designed as a tube and projects the rotating scraping part into the tube. In order to prevent possible clogging, the scraper is arranged axially displaceable in the pipe direction.
Vorzugsweise ist das Schabteil aus Keramik, um eine lange Lebensdauer auch bei hohen Vergasungstemperaturen zu gewährleisten.Preferably, the scraping part of ceramic, to ensure a long life even at high gasification temperatures.
Vorzugsweise handelt es sich bei der mindestens einen Wärmequelle um mindestens einen Plasmabrenner, besonders bevorzugt um mindestens einen Wasserdampf-Plasmabrenner. Mit Hilfe von Plasmabrennern lassen sich hinreichend hohe Temperaturen erreichen, dass auch giftige und unerwünschte Verbindungen in CO und H2 aufgespalten werden. Bei der Verwendung von insbesondere Wasserdampf-Plasmabrennern wird mit dem Plasma auch notwendiges Oxidationsmittel zur Verfügung gestellt.Preferably, the at least one heat source is at least one plasma torch, more preferably at least one steam plasma torch. With the help of plasma torches can reach sufficiently high temperatures that also toxic and undesirable compounds in CO and H2 are split. When using in particular water vapor plasma torches, the plasma also provides necessary oxidizing agent.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Plasmabrenner auf dieIn a preferred embodiment, the plasma torch is on
Zerkleinerungseinrichtung gerichtet, um die Zerkleinerungseinrichtung und das durch sie zerkleinerte Material auf eine möglichst hohe Temperatur zu bringen, damit die Vergasung schon während des Zerkleinerns beginnen kann.Shredder directed to bring the shredder and crushed by them material to a high temperature so that the gasification can begin even during the crushing.
Die vorliegende Erfindung soll unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigenThe present invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. Show this
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Gaserzeugung;Figure 1 is a perspective view of a first embodiment of a device for gas generation;
Figur 2 einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung aus Figur 1 ;Figure 2 is a horizontal section through the device of Figure 1;
Figur 3 einen vertikalen Schnitt in Längsrichtung durch die Vorrichtung aus Figur 1 in vereinfachter Ansicht;Figure 3 is a vertical section in the longitudinal direction through the device of Figure 1 in a simplified view;
Figur 4 einen vertikalen Schnitt senkrecht zur Längsrichtung durch die Vorrichtung aus Figur 1 in vereinfachter Ansicht;Figure 4 is a vertical section perpendicular to the longitudinal direction through the device of Figure 1 in a simplified view;
Figur 5 eine schematische Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer Schabeinheit;Figure 5 is a schematic detail view of a first embodiment of a scraping unit;
Figuren 6a, b eine schematische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer Schabeinheit von der Seite und in Draufsicht;Figures 6a, b is a schematic detail view of a second embodiment of a scraping unit from the side and in plan view;
Figur 7 einen horizontalen Schnitt durch eine Vorrichtung wie in Figuren 1 bis 4 mit der Schabeinheit aus Figuren 6a, b;Figure 7 is a horizontal section through a device as in Figures 1 to 4 with the scraping unit of Figures 6a, b;
Figuren 8a, b eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform der Schabeinheit aus Figuren 6a, b;Figures 8a, b is a schematic representation of a particular embodiment of the scraping unit of Figures 6a, b;
Figur 9 schematisch den Materialfluss einer Vergasung: Figur 10 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einerFIG. 9 schematically shows the material flow of a gasification: Figure 10 is a perspective view of a second embodiment of a
Vorrichtung zur Gaserzeugung;Apparatus for generating gas;
Figur 11 einen horizontalen Schnitt durch eine Vorrichtung wie in Figur 10 mit der Schabeinheit aus Figuren 6a, b;11 shows a horizontal section through a device as in FIG. 10 with the scraping unit from FIGS. 6a, b;
Figur 12 einen vertikalen Schnitt senkrecht zur Längsrichtung durch dieFigure 12 is a vertical section perpendicular to the longitudinal direction through the
Vorrichtung aus Figur 10 in vereinfachter Ansicht; undDevice of Figure 10 in a simplified view; and
Figur 13 einen vertikalen Schnitt durch die Vorrichtung aus Figur 10 auf Höhe des Porenofens für die Pyrolyse.FIG. 13 shows a vertical section through the device from FIG. 10 at the level of the pyrolysis furnace for the pyrolysis.
Die Figur 1 zeigt einen Gaserzeuger 1 auf einer Auflage 108, der für eine Leistung von etwa 100 kWei (netto) ausgelegt ist. Das Ausgangsmaterial kann Industriemüll oder Hausmüll sein oder Biomasse auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen, wie etwa Gartenabfälle, Hackschnitzeln, vorzugsweise einer Körnung von etwa 6-20 mm, Sägemehl, Pellets, Schalen, Spelzen oder Stroh. Auch fossile Brennstoffe lassen sich in dem Gaserzeuger vergasen.1 shows a gas generator 1 on a support 108, which is designed for a power of about 100 kW e i (net). The starting material may be industrial or household waste or biomass based on renewable raw materials, such as garden waste, wood chips, preferably a grain size of about 6-20 mm, sawdust, pellets, peel, husks or straw. Even fossil fuels can be gasified in the gas generator.
Das kohlenstoffhaltige Material wird über den Trichter 100 eingefüllt. Unter Nutzung der Abwärme eines Gaskühlers 10 in Form eines Wärmetauschers, ggf. kombiniert mit einem Gaswäscher, lässt sich das kohlenstoffhaltige Material 2 dort bereits auf ca. 60°-80°C vorwärmen (siehe auch Bezugszeichen 201 , Figur 9).The carbonaceous material is filled through the hopper 100. Using the waste heat of a gas cooler 10 in the form of a heat exchanger, possibly combined with a gas scrubber, the carbonaceous material 2 can already be preheated there to about 60 ° -80 ° C (see also reference 201, Figure 9).
Mit Hilfe einer Transportschnecke 102 (siehe auch Figuren 2, 3) mit Antrieb 104 wird das kohlenstoffhaltige Material 2 in einen Reaktor 6 weiterbefördert. Dort wird das kohlenstoffhaltige Material 2 auf ungefähr 400-5000C aufgewärmt. Dies geschieht überwiegend über Mikrowellen, die im Mikrowellengenerator 31 erzeugt werden, und eine Heizeinrichtung 62, die die Abwärme des primären Reaktors 4, in dem die Vergasung stattfindet nutzt, oder extern mit Energie versorgt wird, z.B. als elektrischer Ofen, oder eine Kombination von interner und externer Energie nutzt. Die Heizeinrichtung 62 ist an den Reaktor 6 angeschlossen und dem Mikrowellengenerator 31 vorgeschaltet.With the aid of a screw conveyor 102 (see also FIGS. 2, 3) with drive 104, the carbonaceous material 2 is conveyed further into a reactor 6. There, the carbonaceous material 2 is heated to about 400-500 0 C. This is done predominantly by microwaves generated in the microwave generator 31 and a heater 62 which utilizes the waste heat of the primary reactor 4 in which the gasification is taking place, or externally energized, eg as an electric furnace, or a combination of internal and external energy. The heater 62 is connected to the reactor 6 and connected upstream of the microwave generator 31.
Zusätzlich wird das kohlenstoffhaltige Material 2 durch ein von der Heizeinrichtung 62 umgebenes Quetschteil 61 geführt. Das Quetschteil ist konisch ausgebildet, wobei sich sein Querschnitt in Förderrichtung verjüngt. Dadurch wird das kohlenstoffhaltige Material 2 vor der Mikrowellenzone 32 luftdicht verdichtet.In addition, the carbonaceous material 2 is passed through a crimping part 61 surrounded by the heater 62. The Quetschteil is conical, with being Cross section tapered in the conveying direction. As a result, the carbonaceous material 2 is compressed airtight before the microwave zone 32.
Durch die Heizeinrichtung 62 wird das kohlenstoffhaltige Material 2 von außen nach innen aufgeheizt. Durch die Mikrowelleneinstrahlung in der Mikrowellenstation 3 wird das kohlenstoffhaltige Material 2 durchdrungen und von innen nach außen aufgeheizt. Diese Kombination aus zugeführter Strahlungswärme und Mikrowellenbestrahlung führt zum bestmöglichen Wärmeeintrag in das kohlenstoffhaltige Material 2.By the heater 62, the carbonaceous material 2 is heated from the outside inwards. Due to the microwave radiation in the microwave station 3, the carbonaceous material 2 is penetrated and heated from the inside to the outside. This combination of supplied radiant heat and microwave irradiation leads to the best possible heat input into the carbonaceous material 2.
Durch den Wärmeeintrag wird das kohlenstoffhaltige Material 2 auch getrocknet. Das ist insbesondere bei nicht weiter vorbehandelten Ausgangsmaterialien wie Industrie- oder Hausmüll oder Gartenabfällen, aber auch allgemein bei Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen vorteilhaft. Der Gaserzeuger 1 ist daher unempfindlich gegen auch größere Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt des kohlenstoffhaltigen Materials 2. Die Feuchtigkeit tritt als Wasserdampf aus dem kohlenstoffhaltigen Material 2 aus und dient beim Vergasungsprozess als Oxidationsmittel.Due to the heat input, the carbonaceous material 2 is also dried. This is particularly advantageous in non-pretreated starting materials such as industrial or domestic waste or garden waste, but also generally in biomass from renewable resources. The gas generator 1 is therefore insensitive to even greater fluctuations in the moisture content of the carbonaceous material 2. The moisture exits as water vapor from the carbonaceous material 2 and serves as an oxidizing agent in the gasification process.
Der hohe Wärmeeintrag, insbesondere ins Innere des kohlenstoffhaltigen Materials 2 durch die Mikrowellenbestrahlung, löst die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials 2 aus. Bei der Pyrolyse werden u.a. die längerkettigen Moleküle des kohlenstoffhaltigen Materials 2 in kürzere Moleküle aufgespalten. Es bilden sich flüchtige und nichtflüchtige Pyrolyseprodukte, die als Edukte für die folgende Vergasung benutzt werden. Um den Energieeintrag durch Mikrowellenbestrahlung gezielter umzusetzen, wird das kohlenstoffhaltige Material 2 durch ein Zuführrohr 33 geführt, damit das gesamte kohlenstoffhaltige Material 2 durch die Mikrowellenzone 32 geführt wird. Insbesondere, wenn Pellets oder vergleichbaresThe high heat input, in particular into the interior of the carbonaceous material 2 by the microwave irradiation, triggers the pyrolysis of the carbonaceous material 2. In pyrolysis, i.a. the longer-chain molecules of the carbonaceous material 2 are split into shorter molecules. Volatile and non-volatile pyrolysis products form, which are used as starting materials for the subsequent gasification. In order to implement the energy input by microwave irradiation more targeted, the carbonaceous material 2 is passed through a feed tube 33, so that the entire carbonaceous material 2 is guided through the microwave zone 32. Especially if pellets or similar
Biomaterial als Ausgangsmaterial 2 verwendet werden, werden die molekularen Strukturen durch die Mikrowellenbestrahlung geradezu aufgebrochen, wodurch die Pyrolyse effizienter abläuft. Durch die luftdichte Verdichtung im Quetschteil 61 vor der Mikrowellenzone 32 wird gewährleistet, dass möglichst kein Stickstoff aus der Umgebungsluft eintritt, der den Brennwert des erzeugten CO und H2 enthaltenden Gases herabsetzen würde.Biomaterial be used as starting material 2, the molecular structures are virtually broken by the microwave irradiation, whereby the pyrolysis proceeds more efficiently. The airtight compression in the pinch part 61 in front of the microwave zone 32 ensures that as far as possible no nitrogen from the ambient air enters, which would reduce the calorific value of the generated CO and H 2 containing gas.
Die Dimensionierung des Mikrowellengenerators 31 hängt insbesondere von der Ausdehnung der Mikrowellenzone 32, der Dichte des kohlenstoffhaltigen Materials 2 und der gewünschten Temperatur ab. Die Wahl der Frequenz kann durch staatliche Bestimmungen eingeschränkt sein. Z.B. sind in Deutschland nur die Frequenzen 24,25GHz, 5,8GHz, 2,45GHz und ausnahmsweise 915MHz für die Mikrowellenerwärmung zugelassen. Statt eines Mikrowellengenerators können auch zwei, drei oder mehr eingesetzt werden, wobei sich entweder eine zusammenhängende Mikrowellenzone oder mehrere separate Mikrowellenzonen bilden können.The dimensioning of the microwave generator 31 depends in particular on the extent of the microwave zone 32, the density of the carbonaceous material 2 and the desired temperature. The choice of frequency may be limited by government regulations. For example, in Germany only the frequencies 24.25GHz, 5.8GHz, 2.45GHz and exceptionally 915MHz are allowed for microwave heating. Instead of a microwave generator can also be used two, three or more, which can form either a coherent microwave zone or multiple separate microwave zones.
Das Zuführrohr 33 führt in den Vergasungsreaktor 4, in den auch ein Plasmabrenner 5 mündet und in dem die Vergasung stattfindet. Das Zuführrohr 33 führt durch eine im Vergasungsreaktor 4 angeordnete Siebtrommel 42. Die Siebtrommel 42 ist um ihre Längsachse drehbar gelagert und wird über den Antrieb 106 gedreht. Die Längsachse der Siebtrommel 42 ist im vorliegenden Beispiel parallel zum Zuführrohr 33. An der Umfangswand der Siebtrommel 42 sind innen Siebtrommelfächer 43 angeordnet (siehe insbesondere Figur 4). Außerdem ist an der dem Plasmabrenner 5 zugewandten Seite der Siebtrommel 42 eine Schabeinheit 7, hier in Form von fünf Klingen 71 , angebracht, die mit der Siebtrommel 42 mitgeführt werden, dabei am Ausgang des Zuführrohrs 33 vorbeigeführt werden und die Oberfläche des austretenden Materials, d.h. der nichtflüchtigen Pyrolyseprodukte 21 und ggf. des noch nicht vollständig pyrolytisch umgesetztenThe feed tube 33 leads into the gasification reactor 4, into which also a plasma burner 5 opens and in which the gasification takes place. The feed tube 33 passes through a sieve drum 42 arranged in the gasification reactor 4. The sieve drum 42 is rotatably mounted about its longitudinal axis and is rotated via the drive 106. In the present example, the longitudinal axis of the screen drum 42 is parallel to the feed tube 33. Screen drum pockets 43 are arranged on the circumferential wall of the screen drum 42 (see in particular FIG. 4). In addition, on the side facing the plasma torch 5 side of the screen drum 42, a scraper unit 7, here in the form of five blades 71, which are carried along with the screen drum 42, while passing the exit of the feed tube 33 and the surface of the exiting material, i. the nonvolatile pyrolysis products 21 and possibly not yet fully reacted pyrolytically
Ausgangsmaterials 2, abschaben, wodurch kleine Partikel 25 entstehen (siehe auch Figur 5). Insbesondere das bereits vollständig pyrolysierte Material ist sehr brüchig, so dass es sich leicht zerbröckeln lässt. Zusätzlich zur Oberflächenvergrößerung durch Partikelbildung an sich führt der Vorgang des Schabens zu einer rissigen und damit besonders großen Oberfläche, die für den Vergasungsprozess zur Verfügung steht, wodurch der Vergasungsprozess viel schneller und effizienter ablaufen kann.Starting material 2, scrape, whereby small particles 25 are formed (see also Figure 5). In particular, the already completely pyrolyzed material is very brittle, so it can easily crumble. In addition to surface enlargement by particle formation itself, the scraping process results in a cracked and thus particularly large surface area available for the gasification process, allowing the gasification process to proceed much more quickly and efficiently.
Gegenüber dem Ausgang des Zuführrohrs 33 mündet der Heißgasstrom 23 des Plasmabrenners 5 in den Vergasungsreaktor 4. Daher werden die abgeschabten Partikel 25 unmittelbar dem Heißgasstrom 23 ausgesetzt. Außerdem durchlaufen die Klingen 71 der Schabeinheit 7 ständig den Heißgasstrom 23, so dass sie ebenfalls die Prozesstemperatur von etwas 950°-1050°C haben und durch den unmittelbaren Kontakt beim Abschaben diese Temperatur an die zugeführten Pyrolyseprodukte 21 und ggf. das kohlenstoffhaltige Material 2 abgeben. Dadurch sind die Partikel 25 in kürzester Zeit auf Prozesstemperatur und können vergast werden. Durch die Temperatur von 950cC und mehr in der Vergasungszone wird gewährleistet, dass auch gesundheitsschädliche Kohlenstoffverbindungen und Teer möglichst vollständig vergast werden und außerdem der Gehalt an CO und H2 am Vergasungsprodukt möglichst hoch ist.Opposite the outlet of the feed tube 33, the hot gas stream 23 of the plasma burner 5 opens into the gasification reactor 4. Therefore, the scraped off particles 25 are exposed directly to the hot gas stream 23. In addition, the blades 71 of the scraping unit 7 constantly pass through the hot gas stream 23, so that they also have the process temperature of about 950 ° -1050 ° C and leave the direct contact with scraping this temperature to the supplied pyrolysis products 21 and possibly the carbonaceous material 2 , As a result, the particles 25 in the shortest possible time to process temperature and can be gasified. The temperature of 950 cC and more in the gasification zone ensures that even harmful carbon compounds and tar are completely gasified and also the content of CO and H 2 in the gasification product is as high as possible.
Im Heißgasstrom herrschen Turbulenzen, die zu einer raschen Vermischung der abgeschabten Partikel mit dem restlichen Reaktorinhalt, d.h. mit den Reaktionspartnern für die Vergasung führen. Dadurch findet die Vergasung schneller und intensiver statt, wodurch der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Partikel 25, die im Reaktorinnenraum absinken und sich vom Heißgasstrom 23 entfernen, werden von der Siebtrommel 42 in ihren Fächern 43 aufgefangen, zurück zum Heißgasstrom transportiert und dort in den Heißgasstrom geschüttet, so dass sie wieder besser für die Vergasung zur Verfügung stehen. Der gesamte Reaktorinhalt wird ständig umgewälzt, was die Vergasung weiter fördert.Turbulences prevail in the hot gas stream, leading to a rapid mixing of the scraped off particles with the remaining reactor contents, ie with the reactants for lead the gasification. As a result, the gasification takes place faster and more intensively, whereby the overall efficiency is increased. Particles 25, which sink in the reactor interior and remove from the hot gas stream 23, are collected by the screen drum 42 in their compartments 43, transported back to the hot gas stream and poured there in the hot gas stream, so that they are better available again for gasification. The entire reactor contents are constantly circulated, which further promotes gasification.
Eine weitere Ausführungsform einer Schabeinheit ist in den Figuren 6a, b im Detail und in Figur 7 als Bestandteil des Gaserzeugers dargestellt. Es handelt sich um ein rotierendes Schabteil 72, die am Austritt des Zuführrohrs 33 angeordnet ist. Das Schabteil 72 besteht aus einer keramischen Scheibe mit stirnseitig angeordneten Fenstern 75. Im Gegensatz zur Schabeinheit 7 mit Klingen 71 , die über die Siebtrommel 42 angetrieben wird, wird das rotierende Schabteil 72 über eine Welle 73 angetrieben. Durch die Drehbewegung werden von den nichtflüchtigen Pyrolyseprodukten 21 Partikel 25 abgeschabt. Diese fliegen durch die stirnseitigen Fenster 75 aus dem Zuführrohr 75 in den Heißgasstrom 23 desA further embodiment of a scraping unit is shown in detail in FIGS. 6a, b and as part of the gas generator in FIG. It is a rotating scraper 72, which is arranged at the outlet of the feed tube 33. The scraping part 72 consists of a ceramic disk with windows 75 arranged on the front side. In contrast to the scraping unit 7 with blades 71 which is driven via the screening drum 42, the rotating scraping part 72 is driven via a shaft 73. Due to the rotational movement of the non-volatile pyrolysis 21 particles 25 are scraped off. These fly through the frontal windows 75 from the feed tube 75 into the hot gas stream 23 of the
Plasmabrenners 5. Da die flüchtigen Pyrolyseprodukte sowie der auch schon bei der Trocknung entstandene Wasserdampf ebenfalls durch die Fenster 75 aus dem Zuführrohr 33 entweichen müssen, findet eine intensive Vergasung bereits im Bereich der Fenster 75 stattfinden, die wie kleine Reaktorkammern wirken. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad des Gaserzeugers 1 weiter erhöht.Plasma torch 5. Since the volatile pyrolysis products as well as the water vapor already formed during drying also have to escape through the windows 75 from the feed tube 33, intensive gasification already takes place in the region of the windows 75, which act like small reactor chambers. As a result, the overall efficiency of the gas generator 1 is further increased.
Eine besondere Ausführungsform eines rotierenden Schabteils ist in den Figuren 8a, b dargestellt. Das rotierende Schabteil 72' weist zusätzlich zu den stirnseitig angeordneten Fenstern radial angeordnete Fenster 74 auf. Es dreht sich im Zuführrohr 33 und wird wie zuvor über die Welle 73 angetrieben.A particular embodiment of a rotating scraping part is shown in FIGS. 8a, b. The rotating scraping part 72 'has radially arranged windows 74 in addition to the windows arranged on the front side. It rotates in the feed tube 33 and is driven as above via the shaft 73.
Der Antrieb 105 des rotierenden Schabteils 72' besteht im Wesentlichen aus einer Antriebsbuchse 81 , die in einem Gehäuse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist. Die Drehbewegung erfolgt im vorliegenden Beispiel über ein Kettenrad 87. Ebenso kann aber auch ein Zahnrad, ein Zahnriemen, ein Keilriemen oder Ähnliches verwendet werden. Die Welle 73 wird in der Antriebsbuchse 81 radial geführt, kann sich dabei aber axial bewegen. Am rechten Ende der Welle 73 ist kraft- und/oder formschlüssig ein Mitnahmestern 82 befestigt und über Verschraubung 86 gesichert. Der Mitnahmestern 82 greift in kreisförmig angeordnete Nuten in der Antriebsbuchse 81. Dadurch überträgt sich die Drehbewegung von der Antriebsbuchse 81 auf die Welle 73. Axial kann sich der Mitnahmestern 82 innerhalb der Nuten bewegen. Die Axialbewegung wird nach rechts durch eine hintere Wegbegrenzung 83, die mit der Antriebsbuchse 81 verschraubt ist, begrenzt. Nach links ist die Axialbewegung gegen die Kraft einer Feder 84 bis zum Ende der Nuten in der Antriebsbuchse 81 möglich.The drive 105 of the rotating scraping member 72 'consists essentially of a drive bushing 81, which is rotatably mounted in a housing (not shown). The rotational movement takes place in the present example, a sprocket 87. Likewise, but also a gear, a toothed belt, a V-belt or the like can be used. The shaft 73 is guided radially in the drive bush 81, but can move axially. At the right end of the shaft 73 is positively and / or positively secured a driving star 82 and secured by screw 86. The driving star 82 engages in circularly arranged grooves in the drive bushing 81. As a result, the rotational movement of the drive bush 81 transmits to the shaft 73. Axially, the driving star 82 can move within the grooves. The axial movement is to the right by a rear Travel limit 83, which is bolted to the drive sleeve 81, limited. To the left, the axial movement against the force of a spring 84 to the end of the grooves in the drive bushing 81 is possible.
In Figur 8a ist der Normalbetrieb des rotierenden Schabteils 72' dargestellt. Während es sich dreht, liegt der Mitnahmestern 82 an der hinteren Wegbegrenzung 83 und werden die radialen Fenster 74 vom den Wänden des Zuführrohrs 33 abgedeckt. In Figur 8b erhöht sich der axiale Druck auf das rotierende Schabteil 72' durch eine drohende Verstopfung des Zuführrohrs 33. Übersteigt die Axialkraft des rotierenden Schabteils 72' die Kraft der Feder 84, bewegt sich das rotierende Schabteil 72' in der Zeichnung nach links aus demFIG. 8a shows the normal operation of the rotating scraping part 72 '. As it rotates, the follower 82 is located at the rear travel limit 83 and the radial windows 74 are covered by the walls of the delivery tube 33. In FIG. 8b, the axial pressure on the rotating scraping member 72 'increases due to impending clogging of the delivery pipe 33. If the axial force of the rotating scraping member 72' exceeds the force of the spring 84, the rotating scraping member 72 'moves leftward out of the drawing
Zuführrohr 33 und gibt damit die radial angeordneten Fenster 74 frei. Durch die Fenster 74 hindurch können nun nichtflüchtige Pyrolyseprodukte 21 aus dem Zuführrohr 33 austreten und dessen Verstopfen verhindern.Feed tube 33 and thus releases the radially arranged windows 74. Nonvolatile pyrolysis products 21 can now escape from the feed tube 33 through the windows 74 and prevent their clogging.
Durch einen Sensor 85 im Bereich der Antriebsbuchse 81 kann die axiale Position des Mitnahmestern 82 definiert werden und so über eine Steuerung der Eingangsgrößen „Drehzahl der Schabvorrichtung" und „Geschwindigkeit der Materialzufuhr" der Verstopfungsgefahr entgegengewirkt werden. Außerdem ermöglicht die Wegmessung des Mitnahmesterns 82 eine Bestimmung des Verschleißzustandes des rotierenden Schabteils 72.By a sensor 85 in the region of the drive bush 81, the axial position of the driving star 82 can be defined and thus counteracted via a control of the input variables "speed of the scraper" and "speed of material supply" the risk of clogging. In addition, the displacement measurement of the driving star 82 allows a determination of the state of wear of the rotating blade part 72.
Beim Plasmabrenner 5 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um einen Wasserdampf- Plasmabrenner. Die Zusammensetzung des Wasserdampfplasmas fördert den Vergasungsprozess sehr stark, den es besteht aus den Radikalen O, H, OH, O2, H2 und H2O bei einer mittleren Temperatur im Bereich von 40000C und Spitzenwerten im Kern der Plasmaflamme von ca. 120000C. Die Enthalpiedichte von Wasserdampf ist sehr hoch und der thermische Wirkungsgrad von Wasserdampfquellen liegt bei 70%-90%. Außerdem ist Wasserdampf leicht verfügbar. Wasserdampfplasma wirkt daher nicht nur beschleunigend auf den Vergasungsprozess, sondern ist auch aus wirtschaftlichen Aspekten vorteilhaft.Plasma torch 5 in the present example is a steam plasma torch. The composition of the steam plasma promotes the gasification process very strongly, which consists of the radicals O, H, OH, O 2 , H 2 and H 2 O at a mean temperature in the range of 4000 0 C and peak values in the core of the plasma flame of approx. 12000 0 C. The enthalpy density of water vapor is very high and the thermal efficiency of water vapor sources is 70% -90%. In addition, water vapor is readily available. Water vapor plasma therefore not only has an accelerating effect on the gasification process, but is also advantageous for economic reasons.
Um die Verweilzeit der Partikel 25 bis zur möglichst vollständigen Vergasung zu verkürzen, wird über die Leitung 41 (Figur 3) Reaktorinhalt der Plasmaflamme 51 zugeführt. Dort findet die Vergasung besonders intensiv statt. Außerdem führt dies zu einer Zirkulation der Reaktorinhalts, da das der Plasmaflamme 51 zugeführte Gemisch aus Gas und Partikeln 25 als Heißgasstrom 23 wieder in den Reaktorinnenraum eintritt und dort zu Turbulenzen und einem verbesserten Wärmeübertrag auf die neu zugeführten Partikel 25 führt. Im Reaktor 4 trifft das Gemisch aus Gas und Partikeln auch auf die Schabeinrichtung 7 und die Oberfläche der zugeführten Pyrolyseprodukte 21 , ggf. auch des kohlenstoffhaltigen Materials 2 und erwärmt diese auf die Prozesstemperatur. Anschließend strömt es in den seitlichen oberen Bereich der Siebtrommel 42 und vermischt sich mit dem durch die Siebtrommel permanent hochgeförderten Material. Dadurch wird ein kontinuierlicher Vergasungsprozess aufrechterhalten. Durch dieses Umluftsystem läuft der Vergasungsprozess auch schneller ab.In order to shorten the residence time of the particles 25 until the gasification is as complete as possible, reactor contents of the plasma flame 51 are supplied via line 41 (FIG. 3). There, the gasification takes place particularly intense. In addition, this leads to a circulation of the reactor contents, since the plasma flame 51 supplied mixture of gas and particles 25 enters as hot gas stream 23 back into the reactor interior and there leads to turbulence and improved heat transfer to the newly supplied particles 25. In the reactor 4, the mixture of gas and particles also hits the scraping device 7 and the surface of the supplied pyrolysis products 21, possibly also of the carbonaceous material 2, and heats them to the process temperature. Subsequently, it flows into the lateral upper region of the screening drum 42 and mixes with the material constantly conveyed up through the screening drum. This will maintain a continuous gasification process. This gasification process also speeds up the gasification process.
Alle diese Maßnahme führen zu einer sehr stark verkürzten Verweilzeit des zu vergasenden Materials. Dadurch kann insbesondere der Vergasungsreaktor 4 deutlich kleiner dimensioniert werden, was zur Folge hat, dass die Isolationsverluste stark reduziert werden und der Gesamtwirkungsgrad signifikant erhöht werden kann. Die Baugröße des Gaserzeugers lässt sich so stark verringern, dass neben Anlagen im Leistungsbereich von ca. 100 kWei (netto) und mehr auch Kleinanlagen für den Wohnbereich im Leistungsbereich von ca. 2-4 kWeι (netto) möglich sind.All of these measures lead to a very greatly reduced residence time of the material to be gasified. As a result, in particular the gasification reactor 4 can be dimensioned significantly smaller, with the result that the insulation losses are greatly reduced and the overall efficiency can be significantly increased. The size of the gas generator can be so greatly reduced that in addition to systems in the power range of about 100 kW e i (net) and more small systems for residential use in the power range of about 2-4 kW e ι (net) are possible.
Die bei der Vergasung entstehende Asche 24 wird durch die Siebtrommel 42 abgesiebt und fällt in den untersten Bereich des Vergasungsreaktors 4. Dort befindet sich eine Aschenauslass 1 14, durch den die Asche 24 ausgetragen wird (Bezugszeichen 203 in Figur 9). Die übrigen Vergasungsprodukte 23 werden über den unteren Reaktorbereich mittels eines leichten Unterdrucks mithilfe eines Gebläses 128 aus dem Reaktorinnenraum zu einer Filtereinheit 112 abgezogen. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um Keramikfilterkerzen 1 13, die in das Reaktorgehäuse integriert sein können. Die Keramikfilterkerzen 113 dienen als Staubfilter und haben den Vorteil, dass das erzeugte Gas ohne vorherige Kühlung, also bei noch etwa 700°-800°C gefiltert werden kann.The ash 24 produced during the gasification is screened off through the sieve drum 42 and falls into the lowermost region of the gasification reactor 4. There is an ash outlet 1 14, through which the ash 24 is discharged (reference numeral 203 in Figure 9). The remaining gasification products 23 are withdrawn via the lower reactor region by means of a slight negative pressure by means of a blower 128 from the reactor interior to a filter unit 112. Advantageously, these are ceramic filter candles 1 13, which may be integrated into the reactor housing. The ceramic filter cartridges 113 serve as dust filters and have the advantage that the gas generated can be filtered without prior cooling, ie at about 700 ° -800 ° C.
Nach der Filterung könnte das erzeugte Heißgas zur Stromgewinnung unmittelbar einem Motor, der mit Heißgas betrieben werden kann, oder auch einem Porenbrenner zugeführt werden. Im vorliegenden Beispiel wird das Heißgas über eine Leitung 122 zu einer weiteren Station 120 geführt, die die Funktion eines Gas-Wasser-Wärmetauschers und/oder eines Wäschers hat. Dadurch lässt sich das Heißgas auf unter 500C kühlen und reinigen. Außerdem lässt sich die Wärme nutzen, indem das aufgewärmte Kühlwasser, das über den Eingang 1 16 zugeleitet und den Ausgang 118 abgeleitet wird, mit Hilfe einer Pumpe 126 in die Gebäudetechnik eingespeist wird oder an einen externen Wärmetauscher weitergeleitet wird. Die Wärme lässt sich auch für das Vorwärmen des kohlenstoffhaltigen Materials 2 nutzen. Das abgekühlte Reingas wird mit Hilfe des Gebläses 128 über einen Unterdruck aus dem System abgezogen und zur weiteren Nutzung in einen externen Gasspeicher oder ein Blockheizkraftwerk abgeführt.After filtering, the generated hot gas for power generation could be fed directly to a hot gas engine or even to a pore burner. In the present example, the hot gas is passed via a line 122 to another station 120, which has the function of a gas-water heat exchanger and / or a scrubber. This allows the hot gas to cool to below 50 0 C and clean. In addition, the heat can be used by the warmed up cooling water, which is fed via the input 1 16 and the output 118 is derived, is fed by means of a pump 126 in the building technology or forwarded to an external heat exchanger. The heat can also be used for preheating the carbonaceous material. 2 use. The cooled clean gas is withdrawn by means of the blower 128 via a negative pressure from the system and removed for further use in an external gas storage or a combined heat and power plant.
Die in Figur 10 dargestellte zweite Vorrichtung zur Gaserzeugung unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten ersten Vorrichtung insbesondere in Hinblick auf die Auslegung der Pyrolysestation. Während bei der ersten Vorrichtung das zu pyrolysierende Material nach der Verdichtung zunächst mit Hilfe der Heizeinrichtung von außen nach innen aufgeheizt wird, bevor es mit Mikrowellen bestrahlt wird, um es auch von innen nach außen aufzuheizen (siehe auch Figuren 2 und 3), wird in der zweiten Vorrichtung das zu pyrolysierende Material zunächst mit Mikrowellen des Mikrowellengenerators 31 bestrahlt, um im Inneren die Pyrolysetemperatur zu erreichen, und anschließend durch eine Heizeinrichtung, in diesem Beispiel ein Porenofen 63, geführt, um das Material auch von außen nach innen auf Pyrolysetemperatur zu bringen.The second apparatus for producing gas shown in FIG. 10 differs from the first apparatus shown in FIG. 1, in particular with regard to the design of the pyrolysis station. While in the first device, the material to be pyrolyzed after compaction is first heated with the aid of the heater from outside to inside, before it is irradiated with microwaves to heat it from the inside out (see also Figures 2 and 3), is in the second device, the material to be pyrolyzed first irradiated with microwaves of the microwave generator 31 to reach the inside of the pyrolysis, and then by a heater, in this example, a porous furnace 63, out to bring the material also from the outside to the pyrolysis temperature ,
In Figur 13 ist ein senkrechter Schnitt durch die Vorrichtung aus Figur 10 dargestellt und zwar auf Höhe des Porenbrenners 63. In diesem Beispiel ist für eine intensivere Pyrolyse die Mikrowellenstation mit drei Porenbrennem 63 kombiniert, die sich an den Mikrowellengenerator 31 anschließen und um das Zuführrohr 33 im Bereich dessen unteren Umfangs angeordnet sind, so dass die Strahlungswärme 66 auf das Zuführrohr 33 strahlt. Der Porenbrenner 63 kann mit im Gaserzeuger erzeugtem CO- und H2-haltigem Synthesegas befeuert werden, das über die Synthesegasanschlüsse 64 zugeführt wird. Das Synthesegas wird zusammen mit Luft bzw. Sauerstoff im Porenbereich der Porenbrenner 63 unter Erzeugung von Wärmeenergie verbrannt. Die entstehenden Abgase treten durch den Abgsasaustritt 65 aus und können zum Vorwärmen anderer Komponenten genutzt werden. Der Porenbereich wird im Allgemeinen aus Keramikschaum oder einer anderen hochtemperaturbeständigen Struktur gebildet. Besonders vorteilhaft an Porenbrennern ist ihre sehr hohe Leistungsdichte von ca. 1000 kW/m2. Insbesondere lassen sich hohe Temperaturen von bis zu ca. 1400°C erreichen. Weitere Vorteile sind hohe Aufheizraten und eine gute Regelbarkeit der Ofentemperatur. Da Porenbrenner sehr hohe Gastemperaturen erlauben, kann ihnen während des Vergasungsvorganges erzeugtes Gas ohne vorherige Kühlung, ggf. nach einer Staubfilterung sofort zugeführt werden. In dem in Figur 13 gezeigten Beispiel erreicht der Porenbrenner 63 einen verglichen mit einem herkömmlichen Gasbrenner sechs mal so hohen Wärmeeintrag. Insgesamt verbessert der Einsatz eines Porenbrenners in Kombination mit der Mikrowellenpyrolyse die Gesamtenergiebilanz des Gasbrenners bei dennoch geringem Platzbedarf und eignet sich daher gerade auch für Gaserzeuger, die für den Hausgebrauch dimensioniert sind.FIG. 13 shows a vertical section through the device from FIG. 10 at the level of the porous burner 63. In this example, for more intensive pyrolysis, the microwave station is combined with three porous burners 63 which adjoin the microwave generator 31 and around the feed tube 33 are arranged in the region of the lower circumference, so that the radiant heat 66 radiates onto the feed tube 33. The pore burner 63 may be fired with syngas generated in the gas generator and containing CO 2 and H 2 , which is supplied via the synthesis gas ports 64. The synthesis gas is burned together with air or oxygen in the pore area of the pore burners 63 to generate thermal energy. The resulting exhaust gases exit through the discharge outlet 65 and can be used for preheating other components. The pore area is generally formed of ceramic foam or other high temperature resistant structure. Particularly advantageous for pore burners is their very high power density of about 1000 kW / m 2 . In particular, high temperatures of up to about 1400 ° C can be achieved. Further advantages are high heating rates and good controllability of the oven temperature. Since pore burners allow very high gas temperatures, gas generated during the gasification process can be supplied to them immediately without prior cooling, if necessary after dust filtration. In the example shown in FIG. 13, the porous burner 63 achieves a heat input that is six times higher than that of a conventional gas burner. Overall, the use of a pore burner in combination with microwave pyrolysis improves the overall energy balance of the pore burner Gas burner with still small footprint and is therefore particularly suitable for gas generators, which are sized for home use.
Ferner bestehen im Vergasungsreaktor 4 der zweiten Vorrichtung (siehe Figur 11) einige Unterschiede zur ersten Vorrichtung: Das Zuführrohr 33 zur Zuführung des pyrolysierten Materials und der Plasmabrenner 5 sind derart zueinander angeordnet, dass der von der Plasmaflamme 51 generierte Heißgasstrom nicht nur seitlich, sondern frontal auf die Schabereinheit 72 (siehe auch Figuren 6a, b) trifft, um die Schabereinheit 72 noch besser aufzuheizen. Während des Schabens überträgt die Schabereinheit 72 ihre Temperatur auf das zu zerkleinernde Material. Durch die frontale Ausrichtung des Heißgasstroms 23 auf die Schabereinheit 72 wird zusätzlich besser erreicht, dass der Heißgasstrom in den stimseitigen Fenstern 75 der Schabeinheit 72 auch unmittelbar das zu zerkleinernde Material auf Prozesstemperatur für die Vergasung aufheizt.Furthermore, in the gasification reactor 4 of the second device (see FIG. 11) there are some differences from the first device: The feed tube 33 for feeding the pyrolyzed material and the plasma torch 5 are arranged relative to one another such that the hot gas flow generated by the plasma flame 51 is not only laterally but frontally on the scraper unit 72 (see also Figures 6a, b) meets to heat the scraper unit 72 even better. During scrape, the scraper unit 72 transfers its temperature to the material to be shredded. Due to the frontal orientation of the hot gas stream 23 on the scraper unit 72, it is also better achieved that the hot gas stream in the front windows 75 of the scraper unit 72 also directly heats the material to be shredded to the process temperature for the gasification.
Das Aufheizen der Pyrolyseprodukte unmittelbar nach der Pyrolyse, wenn sie auch aufgrund des Porenbrenners auf einer sehr hohen Temperatur sind, führt dazu, dass in Ansätzen schon im Zuführrohr 33 zu dessen Vergasungsreaktorseitigen Ausgang hin bereits Vergasung stattfindet. Auch in den stirnseitigen Fenstern 75 der Schabeineinheit 72 findet bereits teilweise Vergasung statt.The heating of the pyrolysis immediately after pyrolysis, even if they are due to the pore burner at a very high temperature, leads to the fact that already takes place in the feed tube 33 to the gasification reactor side exit gasification already. Also in the frontal windows 75 of the Schabeineinheit 72 already partial gasification takes place.
Der Vorteil dieses fließenden Übergangs von Pyrolyse zu Vergasung ist, dass die festen Pyrolyseprodukte sehr effizient vergast werden und nur wenig Asche zurückbleibt. Daher ist auch in der hier dargestellten zweiten Vorrichtung die Trommel 45 nicht als Siebtrommel ausgeführt, sondern nur als Trommel 45 mit Trommelfächern 43 (siehe Figur 12), um noch nicht vergaste Partikel 25 wieder in den Heißgasstrom einzubringen. Die wenige Asche 24 kann über die Stirnseiten der Trommel 45 austreten und über den Ascheauslass 114 abgeführt werden. Die nicht als Siebtrommel ausgeführte Trommel 45 hat den zusätzlichen Vorteil der effizienteren thermischen Isolation des Innenraums des Vergasungsreaktors 4.The advantage of this smooth transition from pyrolysis to gasification is that the solid pyrolysis products are gasified very efficiently and little ash remains. Therefore, even in the second device shown here, the drum 45 is not designed as a sieve drum, but only as a drum 45 with drum compartments 43 (see Figure 12) to bring not yet gasified particles 25 back into the hot gas stream. The few ash 24 can exit via the end faces of the drum 45 and be discharged via the ash outlet 114. The non-perforated drum 45 has the additional advantage of more efficient thermal insulation of the interior of the gasification reactor 4.
Die Plasmaflamme 51 ist in der zweiten Vorrichtung in einem mit Öffnungen 53 versehenen Diffusor 52 angeordnet (siehe Figur 1 1). In der Wasserdampfplasmaflamme 51 kommen die flüchtigen und festen Pyrolyseprodukte mit den dort generierten Radikalen zusammen, mit denen sie zu CO und H2 reagieren. Außerdem werden sie im Plasma sehr schnell sehr stark erhitzt, so dass eine plötzliche Volumenausdehnung stattfindet, die zu einem lokalen Unterdruck führt. Durch die Öffnungen 53 werden über diesen lokalen Unterdruck weitere Pyrolyseprodukte in die Wasserdampfplasmaflamme 51 gesaugt, so dass ein ständiger Heißgasstrom aufrechterhalten wird.The plasma flame 51 is arranged in the second device in a diffuser 52 provided with openings 53 (see FIG. 11). In the water vapor plasma flame 51, the volatile and solid pyrolysis products come together with the radicals generated there, with which they react to CO and H 2 . In addition, they are heated very rapidly in the plasma very rapidly, so that a sudden volume expansion takes place, which leads to a local negative pressure. Through the openings 53 are on this local vacuum another Pyrolysis products are sucked into the water vapor plasma flame 51, so that a constant flow of hot gas is maintained.
Durch die Verkürzung des Zuführrohrs 33 und das Hineinragen des Plasmabrenners 5 in den Vergasungsreaktor 4 im Vergleich zur ersten Vorrichtung wird bei der zweiten Vorrichtung der Platzbedarf weiter reduziert.By shortening the feed tube 33 and the intrusion of the plasma torch 5 into the gasification reactor 4 compared to the first device, the space requirement is further reduced in the second device.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Vorrichtung zur Gaserzeugung aus den Figuren 10 bis 13 auch mit der Schabeinheit 72' wie in den Figuren 8a, b oder auch mit Klinge 71 wie in Figur 4 oder einer anderen Schabeinheit ausgeführt werden kann.It should be noted that the second apparatus for producing gas from FIGS. 10 to 13 can also be executed with the scraping unit 72 'as in FIGS. 8a, b or also with blade 71 as in FIG. 4 or another scraping unit.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass auch bei der zweiten Vorrichtung zur Gaserzeugung das erzeugte Heißgas wie zuvor beschrieben weiter verwendet werden kann. It should also be noted that also in the second gas generating device, the generated hot gas can be further used as described above.
BezuqszeichenREFERENCE CHARACTERS
1 Gaserzeuger1 gas generator
10 Hausanlage10 house plant
2 kohlenstoffhaltiges Material2 carbonaceous material
21 nichtflüchtige Pyrolyseprodukte21 non-volatile pyrolysis products
22 flüchtige Pyrolyseprodukte22 volatile pyrolysis products
23 Heißgasstrom23 hot gas flow
24 Asche24 ash
25 abgeschabte Partikel25 scraped off particles
3 Mikrowellenstation3 microwave station
31 Mikrowellengenerator31 microwave generator
32 Mikrowellenzone32 microwave zone
33 Zuführrohr33 feed tube
4 Vergasungsreaktor4 gasification reactor
41 Umluftkanal41 recirculating air duct
42 Siebtrommel42 sieve drum
43 Siebtrommelfach43 screen drum compartment
45 Trommel45 drum
5 Plasmabrenner5 plasma torches
51 Plasmaflamme51 plasma flame
52 Diffusor52 diffuser
53 Öffnung53 opening
6 Reaktor6 reactor
61 Quetschteil61 pinch piece
62 Heizung62 heating
63 Porenbrenner63 pore burners
64 Gasanschluss64 gas connection
65 Abgasaustritt65 exhaust gas outlet
66 Strahlungswärme66 radiant heat
7 Schabeinheit7 scraping unit
71 Klinge71 blade
72, 72' rotierende Schabevorrichtung72, 72 'rotating scraper
74 radial angeordnetes Fenster74 radially arranged window
75 stirnseitig angeordnetes Fenster75 frontally arranged window
81 Antriebsbuchs81 Drive book
82 Mitnahmestern 83 hintere Wegbegrenzung82 driving star 83 rear limit
84 Feder84 spring
85 Sensor85 sensor
86 Verschraubung 87 Kettenrad86 Screw connection 87 Sprocket
100 Trichter100 funnels
102 Transportschnecke102 transport screw
104 Antrieb Transportschnecke104 Drive screw conveyor
105 Antrieb rotierende Schabvorrichtung 106 Antrieb Siebtrommel105 Drive Rotating scraper 106 Drive sieve drum
108 Auflage108 edition
110 Wärmetauscher/Wäscher110 heat exchanger / scrubber
112 Filtereinheit112 filter unit
113 Keramikfilterkerze 114 Ascheauslass113 ceramic filter cartridge 114 ash outlet
116 Kühlewassereingang116 cooling water inlet
118 Kühlwasserausgang118 cooling water outlet
120 Reingasauslass120 clean gas outlet
122 Gasleitung 124 Einspeisung in Gebäudetechnik / externer Wärmetauscher122 Gas line 124 Infeed in building technology / external heat exchanger
126 Pumpe126 pump
128 Gebläse128 blowers
130 externer Gasspeicher / Blockheizkraftwerk / Motor130 external gas storage / combined heat and power plant / engine
201 vorwärmen 203 Ascheaustrag Preheat 201 203 Ash discharge

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material zu CO und H2 enthaltendem Gas mit den Schritten: - zumindest teilweise Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Materials;A method of gasifying carbonaceous material to CO and H 2 containing gas comprising the steps of: at least partially pyrolizing the carbonaceous material;
- Vergasung der Pyrolyseprodukte und/oder des kohlenstoffhaltigen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyseprodukte und/oder das kohlenstoffhaltige Material nach der Pyrolyse zerkleinert und gleichzeitig auf Prozesstemperatur für die Vergasung gebracht werden.Gasification of the pyrolysis products and / or of the carbonaceous material, characterized in that the pyrolysis products and / or the carbonaceous material are comminuted after the pyrolysis and simultaneously brought to the process temperature for the gasification.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung mit Hilfe von externem Wärmeeintrag durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the gasification is carried out by means of external heat input.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Wärmeeintrag durch ein Plasma, insbesondere ein Wasserdampf-Plasma geleistet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the external heat input is performed by a plasma, in particular a water vapor plasma.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse mittels Mikrowellenbestrahlung und Heizen durchgeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pyrolysis is carried out by means of microwave irradiation and heating.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstoffhaltige Material vor und/oder während und/oder nach der Mikrowelleneinstrahlung verdichtet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the carbonaceous material is compacted before and / or during and / or after the microwave irradiation.
6. Vorrichtung zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material zu CO und H2 enthaltendem Gas mit einer Pyrolysestation und einem Vergasungsreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergasungsreaktor (4) eine Zerkleinerungseinheit (7, 71 , 72, 72') angeordnet ist, die die nichtflüchtigen Pyrolyseprodukte (21) zerkleinert.6. A device for gasifying carbonaceous material to CO and H 2 -containing gas with a pyrolysis station and a gasification reactor, characterized in that in the gasification reactor (4) a crushing unit (7, 71, 72, 72 ') is arranged, which the non-volatile pyrolysis (21) crushed.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsreaktor (4) mindestens eine Wärmequelle (5) aufweist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the gasification reactor (4) has at least one heat source (5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolysestation als Mikrowellenstation (3) mit Heizeinheit (62) ausgebildet ist.8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the pyrolysis station is designed as a microwave station (3) with heating unit (62).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolysestation (3) eine Verdichtungseinheit (61) aufweist. 9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the pyrolysis station (3) has a compression unit (61).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungseinheit als Schabeinheit (7, 71 , 72, 72') ausgebildet ist, die die Oberfläche der Pyrolyseprodukte (21), die aus der Pyrolysestation (3) austreten, abschabt.10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the comminution unit as a scraping unit (7, 71, 72, 72 ') is formed, which is the surface of the pyrolysis products (21) emerging from the pyrolysis station (3), scrapes.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schabeinheit als Anordnung von an den Pyrolyseprodukten (21) vorbeiführbaren Klingen (71) ausgebildet ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the scraping unit as an arrangement of the pyrolysis products (21) passable blades (71) is formed.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schabeinheit als rotierbares Schabteil (72, 72') ausgebildet ist, das auf der den austretenden12. The device according to claim 1 1, characterized in that the scraping unit as a rotatable scraper part (72, 72 ') is formed, which on the the exiting
Pyrolyseprodukten (21) zugewandten Seite Durchbrechungen (74, 75) aufweist.Pyrolysis products (21) facing side openings (74, 75).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt aus der Pyrolysestation (3) als Rohr (33) ausgebildet ist und das rotierende Schabteil (72, 72') in das Rohr (33) hineinragt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the outlet from the pyrolysis station (3) is designed as a tube (33) and the rotating scraper part (72, 72 ') protrudes into the tube (33).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schabteil (72, 72') in Rohrrichtung axial verschiebbar angeordnet ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the scraping part (72, 72 ') is arranged axially displaceably in the tube direction.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schabteil (72, 72') aus Keramik ist.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the scraping part (72, 72 ') is made of ceramic.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Wärmequelle um mindestens einen Plasmabrenner (5) handelt.16. Device according to one of claims 6 to 15, characterized in that it is the at least one heat source to at least one plasma torch (5).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um mindestens einen Wasserdampf-Plasmabrenner (5) handelt.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that it is at least one water vapor plasma torch (5).
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (5) auf die Zerkleinerungseinrichtung (7, 71 , 72, 72') gerichtet ist. 18. The apparatus of claim 16 or 17, characterized in that the plasma torch (5) on the comminution device (7, 71, 72, 72 ') is directed.
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