WO2009135559A2 - Vorrichtung und verfahren zur elektro-thermo-chemischen vergasung von biomasse - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur elektro-thermo-chemischen vergasung von biomasse Download PDF

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Definitions

  • the description relates to a device and a method for the electro-thermo-chemical gasification of biomass, in particular for the electro-thermo-chemical gasification of biomass for the production of hydrogen or fuel and for providing a gas mixture for an internal combustion engine from biomass with the supply of electrical energy.
  • a gasifier for the gasification of the biomass with the supply of electrical energy to a gas mixture
  • a reformer for reforming the gas mixture obtained from the gasification
  • a gas scrubber for washing the reformed gas mixture
  • the device further comprises a heating before and / or in the region of the reformer for additional heating of the gas mixture obtained from the gasification and a first recirculation device, so that the reformed or scrubbed gas mixture optionally returned to the gasifier or at least one corresponding subsequent component of Device can be supplied, wherein the first recirculation device provides a circulation circuit for the reformed or scrubbed gas mixture and the circulation circuit comprises at least the carburetor and the reformer.
  • the gas mixture obtained in the gasification is usually also referred to as so-called syngas.
  • biomass in the gasifier is gasified by means of electrical energy.
  • Conventional devices for the gasification of biomass foresee a so-called allothermal pyrolysis of biomass, in which a heat used for this purpose must be supplied from the outside. This has to be elaborately produced and, for example, provided via heat exchangers for the pyrolysis of the biomass.
  • An alternative solution is a so-called au totherme energy supply, in which, for example, oxygen for gasification of biomass this must be supplied.
  • the reformed gas mixture subsequently obtained in the reformer can be returned to the gasifier by means of the described recirculation device prior to further treatment in the gas scrubber, so that the already reformed gas mixture passes at least the gasifier and the reformer at least once more.
  • this return cycle can be repeated in any number, so that the gas mixture circulates several times in this recirculation cycle.
  • certain unwanted components of the gas mixture such as, for example, long-chain carbon compounds or hydrocarbon compounds, split to a greater extent, so that their share can be reduced in the reformed gas mixture.
  • the circulation circuit in this case also includes at least the gas scrubber in addition to the carburetor and the reformer. In this way, a washing of the respective reformed gas mixture is provided at each return cycle.
  • the respective gas mixture can be fed to at least the corresponding downstream component of the device. If the return device is designed to return the reformed gas mixture, the reformed gas mixture is fed to the subsequently arranged gas scrubber if the reformed gas mixture is not to pass through the return device. If, by contrast, the return device is designed to return the scrubbed gas mixture to the gasifier, then the scrubbed gas mixture is passed to a component of the device arranged downstream of the gas scrubber, if the scrubbed gas mixture is not to pass through the recirculation device.
  • the device can also be designed such that an internal pressure of the device builds up independently by the gasification.
  • the device is operable continuously and / or discontinuously, wherein a discontinuous operation of the device is an at least least once returning the reformed or the washed gas mixture prior to feeding to the at least one corresponding subsequent component.
  • recycling of the reformed or scrubbed gas mixture can only take place optionally. This means that there is a choice to return the corresponding gas mixture via the return device in the carburetor or instead to supply the corresponding subsequent component. It is also possible to make the return only partially. This means that only a part of the corresponding gas mixture is returned via the return device to the gasifier and the remaining part is passed to the corresponding subsequent component of the device.
  • the operation of the device is referred to as "continuous operation.”
  • continuous operation it is possible to The individual components of the device are thus in continuous or continuous operation and are (except for the partially recirculated portion of the gas mixture) only once pass through the device continuously biomass for continuous gasification.
  • the device can not be operated continuously. Accordingly, this operation is referred to as a batch or batch operation.
  • the gas mixture obtained gasification is, as described above, depending on the embodiment of the device, either after the reformer as a reformed gas mixture or after the gas scrubber returned as a scrubbed gas mixture by means of the return device in the gasifier.
  • the resulting recirculation cycle forms a closed circuit in which the corresponding gas mixture is circulated.
  • the apparatus comprises a reactor for generating hydrogen from the scrubbed gas mixture by means of a so-called "hydrogen-shift reaction.”
  • the apparatus provides a reactor arranged downstream of the gas scrubber, which is configured by means of said Reaction from the scrubbed gas mixture to produce hydrogen
  • the hydrogen produced in this case can be separated off from a remaining residual gas by means of a corresponding separation device
  • a separation device For example, molecular sieves or a so-called pressure-swing adsorption process can be used as separation devices
  • the hydrogen obtained can be stored comparatively easily so that the energy stored in the hydrogen can be easily retrieved as needed, for example, by means of a hydrogen fuel cell electrical energy or electricity are provided as needed.
  • the device may be coupled to an internal combustion engine, wherein the scrubbed gas mixture is usable for operating the internal combustion engine.
  • the washed gas mixture can be passed to the internal combustion engine and used there in the context of a so-called force-heat coupling.
  • the internal combustion engine can be designed as a combined heat and power plant or as a gas turbine for generating electricity and heat.
  • the device may be designed for the production of fuel and for this purpose also comprise the following components:
  • a catalyst for carrying out a catalytic reaction for obtaining a reaction mixture from the scrubbed gas mixture and a separator for separating a fuel from the reaction mixture.
  • the apparatus may comprise means for supplying hydrogen for the hydrogenation of the biomass or of the gas mixture obtained from the gasification and in a mode of operation constitute a closed system.
  • a gasifier for gasification of the biomass while supplying the electrical energy to a gas mixture optionally a simultaneous hydrogenation of the heated biomass or of the gas mixture obtained from the gasification can be carried out with hydrogen, a reformer for reforming the gas mixture obtained from the gasification, a gas scrubber for washing the reformed gas mixture, a catalyst for carrying out a catalytic reaction for obtaining a reaction mixture the scrubbed gas mixture and a separator for separating the fuel from the reaction mixture.
  • the device comprises devices for supplying hydrogen for the hydrogenation of the biomass or of the gas mixture obtained from the gasification and, in an operating state, constitutes a closed system.
  • the device comprises, as already described, a first recirculation device, so that the reformed or scrubbed gas mixture can optionally be returned to the gasifier or the corresponding subsequent component of the device, either the gas scrubber or the catalyst, fed, the first return device provides a recirculation circuit for the reformed or scrubbed gas mixture, and the recirculation circuit comprises at least the gasifier and the reformer.
  • the optional simultaneous hydrogenation can, as described above, be carried out before the gasification of the biomass for the hydrogenation or H 2 enrichment of the biomass or subsequently during the reforming.
  • Both pure hydrogen and hydrogen-containing compounds can be used.
  • methane can be supplied as a hydrogen-containing compound and water for gasification of the biomass.
  • the device may comprise a device for supplying hydrogen-containing compounds to the biomass for their hydrogenation and / or also optionally a device for supplying water.
  • the supply of water may in particular be provided if the biomass is too dry, so that it must be mixed with water.
  • the synthesis gas production in b.) A hydrogen deficiency (b: 6 H 2 ), which can be covered, for example, by the resulting in the steam reforming a.) Of methane hydrogen.
  • the first recirculation device may comprise an electric preheater for preheating the reformed or scrubbed gas mixture to be returned to the gasifier.
  • an electric preheater for preheating the reformed or scrubbed gas mixture to be returned to the gasifier.
  • the first recirculation device can also be a discharge valve for the selective discharge of the reformed or washed gas mixture from the recirculation circuit to the at least one according to subsequent component of the device. If recirculation of the reformed or scrubbed gas mixture is completed, the reformed or scrubbed gas mixture can be discharged from the recirculation circuit by means of the discharge valve and fed to the downstream components of the device. As a result, the device can be operated discontinuously. This means that the reformed gas mixture is circulated in the recirculation cycle and is forwarded only when a defined event in the device occurs. The number of return cycles of the reformed or scrubbed gas mixture to the discharge via the discharge valve can be made dependent on various criteria.
  • the drain valve it is possible to open the drain valve after a defined period of time and then forward the reformed or washed gas mixture to the downstream components. It is also possible to arrange sensors in the recirculation circuit, which measure the content of individual components of the gas mixture. If a defined content of certain components of the gas mixture is reached, the reformed or washed gas mixture can be released from the circulation circuit via the drain valve. For example.
  • a probe can be provided which can determine a residual methane content or residual tar content in the reformed or washed gas mixture.
  • the first feedback device may comprise a circulation pump for operating the circulation circuit.
  • a circulation pump for example, a piston pump or a circulating fan can be used.
  • the device comprises means for hydrogen electrolysis to provide hydrogen for hydrogenation of the biomass or of the gas mixture obtained from the gasification.
  • the apparatus may be configured to provide hydrogen for the hydrogenation described above.
  • the hydrogen may alternatively be provided from other sources, such as, for example, an apparatus for generating solar hydrogen. If means for hydrogen electrolysis are provided, it is possible to obtain the electric current used to carry out the electrolysis not only from conventional power sources but also from regenerative energy conversion systems, such as wind turbines and photovoltaic systems.
  • the device may comprise at least one component from a group of components consisting of filters, coolers, condensate separators, heat exchangers and molecular sieves.
  • the described device may comprise at least one tepid bath, which is provided for a gas purification, for example for the removal of halogen compounds.
  • a gas purification for example for the removal of halogen compounds.
  • fluorine and chlorine HCL and HF
  • HF fluorine and chlorine
  • NaOH sodium hydroxide NaOH can be used as the lye. so that in a reaction with HCL according to the following reaction equation salt and water is formed:
  • the described tepid bath can in particular be designed as an independent component of the device or as part of the gas scrubber.
  • the method comprising selectively recycling, at least partially, the reformed or scrubbed gas mixture into the gasifier for at least refilling of the reformed or scrubbed gas mixture in a recirculation loop and optionally supplying the reformed or scrubbed gas mixture to at least one corresponding subsequent component of the device , and
  • the method further comprises a step of heating the gas mixture obtained from the gasification before and / or during the step of reforming by means of electrical energy and / or by local oxygen combustion.
  • the method may include immediately supplying the reformed or scrubbed gas mixture to at least a corresponding subsequent component of the device or at least once through the recirculation cycle with subsequent discharge to the at least one corresponding subsequent component.
  • a continuous or discontinuous operation of the device is made possible in this way.
  • the method may further comprise the following step:
  • the method may further comprise the following step:
  • the method for obtaining fuel from biomass with supply of electrical energy may be provided and also comprising the following steps:
  • the method may include the following step:
  • the method may further comprise a step of electrolysis of hydrogen for hydrogenation of biomass or the gas mixture recovered from the gasification.
  • This hydrogen electrolysis can take place at a pressure which corresponds to a local system pressure prevailing in each case at the point to be introduced, otherwise a compression of the hydrogen produced is possible or necessary.
  • the method further comprises at least one step of a group of steps consisting of
  • a filtering step a cooling step, a condensate separation step, and at least one pass through a heat exchanger.
  • the method may additionally comprise at least one of the following steps:
  • a) heating the gas mixture obtained from the gasification by means of electrical energy and / or by local oxygen combustion for this purpose, for example, an electrically operated heating device can be provided, which additionally heats the gas mixture obtained by the gasification.
  • the heater may also be gas operated to additionally heat the gas mixture, or to inject oxygen into the gas mixture and burn it locally.
  • any gas mixture can be added at any point of the device with hydrogen. This can be done, for example, in the gasifier by hydrogenating, for example, the gas mixture obtained by gasification and effecting a splitting of long-chain carbon-hydrogen compounds (CH compounds, such as, for example, coke).
  • CH compounds long-chain carbon-hydrogen compounds
  • the gas mixture can be introduced into a catalyst by means of catalytic reactions.
  • a catalyst may, for example, consist of suitable catalyst material, such as cobalt or platinum, which is arranged as a filling in a heat exchanger or subsequently to this.
  • the biomass is dried before being fed into the gasifier or before the gasification by the high temperature of the gas mixture heated by the gasification or reforming.
  • water vapor produced in the above-described step of drying the biomass is utilized for reforming by a water gas reaction at higher temperatures.
  • the remaining gas mixture for renewed hydrogenation and reforming for example, again supplied to the carburetor and thus undergo the described method or device again.
  • suitable molecular sieves By means of these molecular sieves, individual components of the remaining gas mixture, such as, for example, nitrogen, can be removed therefrom, before the remaining gas mixture, as shown, is supplied to the gasifier again.
  • the molecular sieves in the device may be arranged in a main flow such that the part of the remaining gas mixture recycled in the direction of the carburetor is passed completely through the molecular sieves.
  • the molecular sieves can be arranged in a side stream, so that only a partial separation takes place in the secondary stream and another part of the recycled gas mixture is passed via a main stream directly to the gasifier.
  • the described device can provide second recirculation devices, so that a gas mixture from the separator can be returned to the gasifier or supplied to the gasifier, the second recirculation devices having main flow and / or secondary flow lines. h) burning off a part of the gas mixture remaining after the step of the separation.
  • at least a portion of the remaining gas mixture can be burned off and removed in this way, and enrichment with inert gas components, such as, for example, N 2 , can be prevented.
  • the method further comprises at least one of a group of steps consisting of a real gasification, a gas-vapor reforming, a coke-smoldering, a coke-hydrogenation, a tar-condensation, an electrolysis and a Fuel synthesis, such as, for example, an alcohol synthesis.
  • the biomass used here serves as a carbon supplier and can also be used to increase efficiency.
  • the process described allows a conversion of the carbon (C) into an alcohol, for example methanol (CH 3 OH), so that in this way a customary in previous methods conversion into CO 2 can be prevented.
  • Alcohol is suitable for use as fuel or can be converted into heat or electricity.
  • waste heat which is produced in the described electro-thermo-chemical gasification of the biomass for storing energy in alcohol, can be made available, for example, for heating or hot water production. In this way, by means of the use of the waste heat or a so-called calorific value utilization, a comparatively high overall efficiency of the described method or device, for example of 90-100%, can be achieved.
  • the device described for carrying out the method described can be designed as a small decentralized device to be used, for example, in households or single-family homes. Basically, the device is arbitrarily scalable, so that even large devices or systems can be realized, which are centrally used.
  • the described method allows an addition of the energy amounts of electricity and biomass and allows by means of waste heat utilization a high overall efficiency.
  • biomass allows a diverse biomass utilization and thus a large raw material base.
  • all the carbon in the biomass can be converted to alcohol.
  • Carbon dioxide CO 2 is only released during a subsequent use of the alcohol, for example during the combustion of the alcohol.
  • CO 2 is released as, for example, plants have taken up in the production of biomass.
  • Only the use of biomass makes it possible to store the electrical energy of the stream in liquid form, for example as alcohol.
  • the power used for this purpose can be spatially separated from the alcohol production.
  • Wind turbines or solar plants can be built in favorable locations and the electricity produced is passed on to the production of the alcohol to locations where sufficient biomass is produced.
  • the devices for the production of alcohol can also be installed directly next to the power generating facilities such as.
  • the wind turbines or solar panels can be installed directly next to the power generating facilities such as.
  • the wind turbines or solar panels are installed directly next to the power generating facilities.
  • the device may comprise a gasifier for gasification of the biomass to a gas mixture or a synthesis gas.
  • the device may have a gas scrubber for washing the gas mixture or for gas purification and / or an electrolysis device, wherein in the gas scrubber inter alia carbon compounds can be separated from the gas mixture.
  • the electrolyzer uses electricity to produce hydrogen by electrolysis.
  • alcohol for example methanol (CH 3 OH)
  • CH 3 OH methanol
  • H 2 hydrogen
  • the alcohol is discharged accordingly and can be stored in tanks.
  • the waste heat of the device described is, for example, for heating or domestic water. usable or as process heat in suitable media ausleitbar.
  • the described apparatus for recovering the alcohol may utilize one or more (part) methods from a group of methods.
  • This group includes ideal gasification, real gasification, gas-vapor reforming, coke-making, coke-hydrogenation, tar-condensation, electrolysis and methanol synthesis.
  • the above-described process for obtaining the alcohol may further comprise the steps of: heating the biomass with power or gasifying the biomass into a gas mixture and cracking carbon-hydrogen compounds (CH compounds) contained in the gas mixture, with the help of the so-called steam reforming or the gas-steam reforming.
  • the gas mixture generated during the gasification and simultaneously heated gas mixture can be passed to a recovery of heat by countercurrent heat exchanger and are used in this way both for heating the gas mixture produced, as well as the biomass. In this way, only energy losses with electrical energy of the current used must be compensated, otherwise a power supply can be achieved by means of the recovery of heat.
  • the gas mixture or synthesis gas formed in the process described comprises carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ).
  • CO carbon monoxide
  • CO 2 carbon dioxide
  • H 2 hydrogen
  • alcohol can be obtained from the gas mixture or synthesis gas.
  • the gas mixture described (if not specified) is understood to mean the gas mixture formed during the gasification, the components of which or the composition thereof may change as a result of corresponding reactions in the individual steps or when using the individual (partial) methods.
  • the described method may further comprise a multi-stage gas processing, which consists of several steps.
  • heating takes place by means of the electrical energy of the stream and additional heating of the gas mixture by means of countercurrent heat exchangers.
  • the gas processing may include gas-steam reforming, coke-burning with oxygen (O 2 ), and tar-condensate-steam reforming.
  • a separation of possibly accumulating ash, which arises in particular during the gasification of the biomass, can be carried out by means of a preliminary separation in a ash box with rust.
  • the device may comprise electrostatic filters, which are designed for the combustion of ash. It is also possible to use fabric fine filters. To prevent fouling or clogging of filters, so-called regeneration cycles can be provided in a controller of the device.
  • a so-called purge cycle can be used for the synthesis of alcohol, such as, for example, the methanol synthesis.
  • long-chain carbon compounds in particular hydrocarbon compounds from the biomass, such as, for example, tar deposits
  • these are gaseous at high temperatures. Only on cooling do they condense and can lead to blockages.
  • the carbon compounds or tar-containing substances of the gas mixture can pass through the device or parts of the device several times until the tar or residues of the tar have completely degraded. This can be achieved by so-called cracking or splitting of the long-chain carbon compounds.
  • the regeneration cycle described above may include, for example, burning the device by briefly heating the entire system or the entire device or parts of the device.
  • the described separation of the ashes can be done, for example, by means of electrostatic filters, which can be cleaned by means of regeneration.
  • electrostatic filters can be cleaned by means of regeneration.
  • Electrostatic filters require in contrast to fine filters, such as. Fine tissue filters, apart from the emptying of the ash boxes no maintenance. Of course, a use of the fine filter or fine tissue filter is possible, which must be cleaned or replaced if necessary.
  • the catalyst used in the device allows a long service life when using low-sulfur biomass. However, if sulfur-containing biomass is used, a cyclic replacement of the catalyst may be necessary.
  • a sulfur filter in the form of a desulfurization stage is also usable. This may be provided in the form of a zinc oxide layer (ZnO) on a suitable support.
  • ZnO zinc oxide layer
  • H 2 S (hydrogen sulfide) with ZnO to ZnS (zinc sulfide) and H 2 O (water) are converted, the reaction described, for example. In a temperature range between 200 and 400 0 C can take place.
  • One in the device if necessary necessary condensate removal can take place, for example, by means of a separation with water and condensate.
  • biomass can be used as biomass. These include in particular wood, wood chips, pellets, as well as household waste, paper, cardboard, straw, grass and green waste. Algae, plankton and agricultural waste can also be used. PVC-free plastics or shredder waste can also be used as biomass.
  • the biomass can be provided here in solid form or in liquid form. Liquid biomass is known, for example, under the name "bio-slurry" and offers the advantage of a significantly reduced volume compared to biomass in solid form.
  • bio-slurry offers the advantage of a significantly reduced volume compared to biomass in solid form.
  • the efficiency of the method described or the device described depends greatly on the biomass used. For example. Therefore, in smaller and decentralized devices, higher quality biomass could be used to provide sufficient efficiency, whereas in large devices, almost any biomass, possibly with lower efficiency, could be used.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a system for the production of alcohol from electricity and biomass.
  • Figure 2 shows a schematic representation of another embodiment of an apparatus for obtaining alcohol from biomass while supplying electrical energy from electricity.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a system for the production of fuel from electricity and biomass using the example of alcohol or methanol.
  • the system includes a device 300 for methanol production, is introduced into the biomass for the production of methanol and which is described in detail in the following Figure 2.
  • methane and / or H 2 can additionally be supplied for hydrogenating the biomass.
  • the hydrogen H 2 can in this case either by means of hydrogen electrolysis (if appropriate devices are provided for this purpose) produced or, for example.
  • solar hydrogen (solar H 2 ) from a corresponding system are supplied.
  • CO 2 can also be introduced instead of or in addition to the biomass for operating the device 300.
  • water can be used for gasification of the biomass or for steam reforming of methane and water.
  • Electric power used to operate the device 300 may be sourced from ordinary sources or from renewable sources such as wind turbines 11 and / or photovoltaic systems 12.
  • the device provides 300 inorganic constituents of the supplied materials in the form of ashes as well as in the running in the device chemical reactions occurring heat and the desired fuel in the form of methanol. If the device 300 provides devices for hydrogen electrolysis, oxygen can also be produced.
  • the resulting methanol is passed from the device 300 into a reservoir 13 for storage, from which it can be retrieved for a variety of fuel uses.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a device 300 for obtaining alcohol from biomass while supplying electrical energy from electricity.
  • the device 300 comprises a feed 320 for the biomass, for example, from a biomass container (not shown).
  • This feed may be designed as a supply of biomass in solid form, or may include pressure lines for the introduction of liquid biomass.
  • the biomass is fed to a gasifier 33 for gasification.
  • a feed 320 'for hydrogen or hydrogen-containing compounds such as, for example, methane
  • a feed 320 ' for hydrogen or hydrogen-containing compounds such as, for example, methane
  • This offers the possibility of completely or at least partially dispensing with electrolysis to produce hydrogen for an H 2 feed line.
  • the illustrated embodiment also has a second heat exchanger 321 in the region of the feed 320 in order to heat the fed biomass before it is fed into the gasifier. This will be described in more detail below.
  • the biomass is gasified by supplying electrical energy to a gas mixture.
  • the carburetor 33 is heated by means of electrical energy and the biomass is burned or gasified by pyrolysis. Any accumulating ash can be removed via suitable devices (not shown).
  • the gas mixture obtained in the gasification rises in a housing of the gasifier 33.
  • a heating device 34 is arranged, in which the gas mixture obtained from the gasification is further electrically heated and passed from the heater 34 into a heat exchanger 35.
  • the heating device 34 may be a Include heating with oxygen (not shown), so that oxygen is supplied and burned to generate heat.
  • the heat exchanger 35 comprises a reformer for reforming the gaseous mixture obtained from the gasification and leads the reformed gas mixture within the housing of the gasifier 33 in the opposite direction to the rising gas mixture obtained from the gasification. Subsequently, the reformed gas mixture is discharged from the housing of the carburetor 33.
  • the heat exchanger 35 is designed such that it directs the reformed gas mixture in the opposite direction to the ascending gas mixture obtained from the gasification and in this way heats the ascending gas mixture obtained from the gasification by means of the reformed gas mixture further heated in the reforming.
  • a filling with catalytic function can be provided in the heat exchanger 35 or in associated lines of the heat exchanger 35, so that a catalyst can additionally be provided.
  • This filling may comprise, for example, cobalt, platinum or other suitable catalytically active materials.
  • the reformed gas mixture can be passed into a first recirculation device 351.
  • the reformed gas mixture can be returned to the carburetor 33 or supplied to the carburetor 33.
  • the first recirculation device 351 thus provides a recirculation circuit for the reformed gas mixture, wherein the recirculation circuit comprises the carburetor 33, the heater 34 and the heat exchanger 35 and the reformer.
  • the recirculation circuit comprises the carburetor 33, the heater 34 and the heat exchanger 35 and the reformer.
  • the return device 351 comprises a preheater 352 for preheating or heating the reformed gas mixture before it is fed back into the gasifier 33.
  • the first recirculation device 351 For operation of the recirculation circuit and the return of the reformed gas mixture into the carburetor 33, the first recirculation device 351 comprises a circulating pump 353. If the reformed gas mixture is to be removed from the recirculation cycle described, it is passed via a discharge valve 354 into the further second heat exchanger 321 which provides heat exchange between the reformed gas mixture and the biomass carried in the feed 32.
  • the second heat exchanger 321 may, for example, be arranged in the region of the feed 320. Subsequently, the reformed gas mixture is passed into a gas scrubber 37 to wash the reformed gas mixture.
  • carbon-containing compounds in particular hydrocarbon-containing compounds (CH), such as, for example, tar
  • CH hydrocarbon-containing compounds
  • These withdrawn carbonaceous compounds can be fed back to the biomass by suitable means (not shown) and, in a new pass, pass through the carburetor 33, the heater 34 and the heat exchanger 35 with reformer and be removed in this way.
  • the usually long-chain carbon-containing compounds are split by the so-called cracking.
  • the device for recycling carbonaceous compounds is not shown in FIG.
  • the scrubbing gas mixture produced in the gas scrubber 37 can optionally be filtered in a filter 38, which is designed, for example, as a fine-tissue filter or electrostatic filter.
  • the resulting filtered or washed gas mixture is then passed through a catalytic reaction in a catalyst 39 for the production of alcohol from the washed or filtered gas mixture. Subsequently, a separation of the alcohol in a separator 40 and a discharge of the alcohol, for example. In a tank (also not shown). Since only a part of the gas mixture reacts in a catalytic converter in the catalytic reaction, the device can be configured such that the gas mixture remaining after the separator 40 passes through the catalytic converter 39 several times in order to react also remaining radicals or components of the gas mixture. For this purpose, the remaining gas mixture is fed back to the catalyst 39 after passing through the separator 40. The remaining gas mixture is added to the filtered or scrubbed gas mixture fed from the scrubber 37 or the filter 38 and introduced together into the catalyst 39.
  • purely optional devices for supplying CO 2 381 and hydrogen (H 2 ) 382 to the scrubbed gas mixture are provided. These allow an enrichment of the respective proportions of these components in the gas mixture for changing and adapting the composition of the washed or filtered gas mixture for the subsequent synthesis in the catalyst 39 or separator 40.
  • a supply of CO 2 can, for example, from a separate memory (not shown). If CO 2 is added to the gas mixture, the demand for biomass can be simultaneously increased. low carbon content of the biomass. It is thus also possible to operate the device 300 with any combination of biomass, methane, hydrogen and CO 2 .
  • the apparatus may further comprise or be coupled to a device (not shown) for generating hydrogen, such as a device for hydrogen electrolysis or a solar hydrogen system.
  • a device for hydrogen electrolysis or a solar hydrogen system.
  • the hydrogen can also be introduced, for example, into the feed 32 and / or the gasifier 33 and / or in the region of the separator 40.
  • a compressor 383 may be provided to increase the supplied gases to at least a local system pressure of the device 300.
  • the device 30 is configured such that the entire device 30 is a closed system.
  • An embodiment of the entire device as a closed system allows in particular a direct supply of biomass from the biomass container, if this is also integrated into the entire system and also below the respective internal pressure of the gasifier 33. A connection of the biomass container 31 via a pressure lock is not necessary in this case.
  • the biomass container can be designed so that it receives or stockpiles a certain amount of biomass, for example, for several hours of operation of the system or their daily requirement. Only when the container is empty, the internal pressure of at least the carburetor and thus also the bio- mass container to atmospheric pressure: lowered and the filling of the biomass container can be done again. Subsequently, the gasification begins again, whereby the required system pressure or internal pressure in the carburetor 33 and the biomass container is constructed independently.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten bereitgestellt: einem Vergaser (33) zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, einem Reformer (35) zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher (38) zum Waschen des reformierten Gasgemischs, wobei die Vorrichtung (300) des weiteren eine Aufheizung vor und/oder im Bereich des Reformers zur zusätzlichen Erhitzung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und eine erste Rückführvorrichtung (351) umfasst, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser (33) zurückgeführt oder mindestens einer entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung (351) einen Umwälzkreislauf für das reformierte oder gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälzkreislauf mindestens den Vergaser (33) und den Reformer (35) umfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur elektro-thermo-chemischen
Vergasung von Biomasse
Die Beschreibung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektro-thermo-chemischen Vergasung von Biomasse, insbesondere zur elektro-thermo-chemischen Vergasung von Biomasse zur Gewinnung von Wasserstoff oder Treibstoff sowie zur Bereitstellung eines Gasgemischs für eine Verbrennungskraftmaschine aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie.
Um Energie für den Menschen nutzbar zu machen, gibt es eine Vielzahl von bekannten Energiewandlungsvorrichtungen und -anlagen wie bspw. Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke oder aber Solaranlagen und Windkraftanlagen. Insbesondere eine Energiewandlung mit Hilfe von Windkraftanlagen, Solaranlagen oder Anlagen zur Gewinnung von Energie aus Wasserkraft weisen den Nachteil auf, dass sie nur unter bestimmten äußeren Bedingungen elektrische Energie bereitstellen können. So muss ein ausreichend starker Wind, eine ausreichende Sonneneinstrahlung oder eine geeignete Wassermenge zur Verfügung stehen. Eine Erzeugung von elektrischer Energie kann daher nicht kontinuierlich bzw. nach Bedarf bereitgestellt werden, sondern hängt vielmehr von äußeren Einflüssen ab.
Es besteht daher ein Bedarf insbesondere elektrische Energie zum Zeitpunkt ihrer Entstehung speichern zu können, um sie bei Bedarf abrufbar zu machen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen von Energiespeichern bekannt .
Es stellt sich die Aufgabe eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Speicherung von Energie bereitzustellen, um diese zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen. Des weiteren soll die Vorrichtung und das Verfahren zur Speicherung der Energie einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweisen.
Es wird daher eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten bereitgestellt:
einem Vergaser zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, einem Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher zum Waschen des reformierten Gasgemischs,
wobei die Vorrichtung des weiteren eine Aufheizung vor und/oder im Bereich des Reformers zur zusätzlichen Erhitzung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und eine erste Rückführvorrichtung umfasst, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser zurückgeführt oder mindestens einer entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung einen Umwälzkreislauf für das reformierte oder gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälzkreislauf mindestens den Vergaser und den Reformer umfasst.
Das bei der Vergasung gewonnene Gasgemisch wird üblicherweise auch als sog. Synthesegas bezeichnet. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform wird Biomasse in dem Vergaser mittels elektrischer Energie vergast. Herkömmliche Vorrichtungen zur Vergasung von Biomasse sehen hierzu eine sogenannte allothermische Pyrolyse von Biomasse vor, bei der eine hierzu verwendete Wärme von außen zugeführt werden muss. Diese muss aufwendig erzeugt und bspw. über Wärmetauscher für die Pyrolyse der Biomasse bereitgestellt werden. Eine alternative Lösung stellt eine sogenannte au- totherme Energiezufuhr dar, bei der bspw. Sauerstoff zur Vergasung der Biomasse dieser zugeführt werden muss . Dies bietet jedoch den Nachteil, dass das durch die Vergasung erzeugte Gasgemisch mit zusätzlichem Sauerstoff angereichert wird, der anschließend aufwendig entfernt werden muss oder einen höheren CO2-Anteil in dem Gasgemisch und somit einen geringeren Heizwert des Gasgemischs bewirkt, wenn dieser in dem erzeugten Gasgemisch verbleibt. Im Gegensatz dazu erfordert die vorgeschlagene Vergasung mit elektrischer Energie keine Zufuhr von Sauerstoff, so dass das entstehende Gasgemisch eine hohe Reinheit und somit einen hohen Heizwert aufweist. Darüber hinaus kann auf diese Weise eine nahezu vollständige Vergasung der Biomasse erzielt werden .
Das nachfolgend in dem Reformer gewonnene reformierte Gasgemisch kann mittels der beschriebenen Rückführvorrichtung vor einer Weiterbehandlung in dem Gaswäscher in den Vergaser zurückgeführt werden, so dass das bereits reformierte Gasgemisch mindestens den Vergaser und den Reformer mindestens ein weiteres Mal passiert. Selbstverständlich kann dieser Rückführzyklus in beliebiger Anzahl wiederholt werden, so dass das Gasgemisch in diesem Umwälzkreislauf mehrmals zirkuliert. Auf diese Weise lassen sich bestimmte unerwünschte Komponenten des Gasgemischs, wie bspw. lang- kettige KohlenstoffVerbindungen bzw. KohlenwasserstoffVerbindungen, in höherem Maße aufspalten, so dass ihr Anteil in dem reformierten Gasgemisch reduziert werden kann. Ebenso ist es möglich, die Rückführvorrichtung derart auszuführen, dass das reformierte Gasgemisch zunächst in dem Gaswäscher gewaschen wird und erst im Anschluss daran als gewaschenes Gasgemisch über eine entsprechend ausgeführte Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Umwälzkreislauf in diesem Fall neben dem Vergaser und dem Reformer außerdem noch mindestens den Gaswäscher umfasst. Auf diese Weise ist bei jedem Rückführzyklus ein Waschen des jeweiligen reformierten Gasgemischs vorgesehen.
Soll je nach Ausführungsform das reformierte Gasgemisch oder das gewaschene Gasgemisch nicht in den Vergaser zurückgeführt werden, so kann das jeweilige Gasgemisch mindestens der entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zuführt werden. Ist die Rückführvorrichtung zur Rückführung des reformierten Gasgemischs ausgebildet, so wird das reformierte Gasgemisch dem nachfolgend angeordneten Gaswäscher zugeführt, falls das reformierte Gasgemisch nicht die Rückführvorrichtung durchlaufen soll. Ist die Rückführvorrichtung dagegen zur Rückführung des gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser ausgebildet, so wird das gewaschene Gasgemisch an eine nachfolgend zu dem Gaswäscher angeordnete Komponente der Vorrichtung geleitet, falls das gewaschene Gasgemisch die Rückführvorrichtung nicht durchlaufen soll.
Die Vorrichtung kann darüber hinaus derart ausgestaltet sein, dass sich ein Innendruck der Vorrichtung durch die Vergasung selbständig aufbaut.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung kontinuierlich und/oder diskontinuierlich betreibbar, wobei ein diskontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ein mindes- tens einmaliges Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs vor einer Zuführung an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfasst.
Wie bereits voranstehend beschrieben, kann ein Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs lediglich wahlweise erfolgen. Dies bedeutet, dass eine Auswahl besteht das entsprechende Gasgemisch über die Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückzuführen oder statt dessen der entsprechend nachfolgenden Komponente zuzuführen. Auch ist es möglich die Rückführung lediglich teilweise vorzunehmen. Dies bedeutet, dass lediglich ein Teil des entsprechenden Gasgemischs über die Rückführvorrichtung an den Vergaser zurückgeführt und der verbleibende Teil an die entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung geleitet wird. Erfolgt dementsprechend keine vollständige bzw. komplette Rückführung des entsprechenden Gasgemischs über die Rückführvorrichtung, sondern wird dieses zumindest teilweise direkt an die entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung geleitet, so wird der Betreib der Vorrichtung als „kontinuierlicher Betreib" bezeichnet. In diesem Fall ist es möglich, der Vorrichtung kontinuierlich Biomasse zur kontinuierlichen Vergasung zuzuführen. Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sind also in stetigem bzw. kontinuierlichem Betrieb und werden (mit Ausnahme des teilweise rückgeführten Anteils des Gasgemischs) nur einmalig durchlaufen.
Ist dagegen eine vollständige Rückführung des entsprechenden Gasgemischs in den Vergaser bzw. den Umwälzkreislauf vorgesehen, so kann die Vorrichtung nicht kontinuierlich betrieben werden. Dementsprechend wird dieser Betreib als chargenweiser oder diskontinuierlicher Betreib bezeichnet. Dies bedeutet, dass lediglich eine bestimmte Menge Biomasse dem Vergaser zur Vergasung zugeführt wird. Das hierbei aus der Vergasung gewonnene Gasgemisch wird, wie voranstehend beschrieben, je nach Ausführungsform der Vorrichtung entweder nach dem Reformer als reformiertes Gasgemisch oder nach dem Gaswäscher als gewaschenes Gasgemisch mittels der Rückführvorrichtung in den Vergaser zurückgeführt. Der hierbei entstehende Umwälzkreislauf bildet einen abgeschlossenen Kreislauf, in dem das entsprechende Gasgemisch umgewälzt wird. Somit ist es möglich, eine Verweildauer des entsprechenden Gasgemischs in dem Vergaser nicht nur über einen Volumenstrom des Gasgemischs zu bestimmen. Vielmehr kann darüber hinaus über die Anzahl von Durchläufen des Gasgemischs in dem Umwälzkreislauf dessen Zusammensetzung be- einflusst und insbesondere die genannten langkettigen Koh- lenwasserstoffverbindungen durch wiederholtes Durchlaufen in hohem Maße aufgespalten werden, so dass sich auf diese Weise eine hohe Reinheit des entsprechenden Gasgemischs erzielen lässt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Reaktor zur Erzeugung von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer sog. „Wasserstoff -Shift- Reaktion". Demnach sieht die Vorrichtung einen nachfolgend zu dem Gaswäscher angeordneten Reaktor vor, der dazu konfiguriert ist, mittels der genannten Reaktion aus dem gewaschenen Gasgemisch Wasserstoff zu erzeugen. Der hierbei erzeugte Wasserstoff kann mittels einer entsprechenden Abtrennvorrichtung von einem verbleibenden Restgas abgetrennt werden. Als Abtrennvorrichtungen können bspw. Molekularsiebe oder ein sog. Druckwechsel -Adsorptionsverfahren eingesetzt werden. Der hierbei gewonnene Wasserstoff lässt sich vergleichsweise leicht speichern, so dass die in dem Wasserstoff gespeicherte Energie bei Bedarf auf einfache Art und Weise abgerufen werden kann. Beispielsweise kann mittels einer mit dem Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle elektrische Energie bzw. Strom bedarfsgerecht bereitgestellt werden.
Alternativ zu dem beschriebenen Reaktor kann die Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sein, wobei das gewaschene Gasgemisch zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verwendbar ist. Dies bedeutet, dass das gewaschene Gasgemisch an die Verbrennungskraftmaschine geleitet und dort im Rahmen einer sog. Kraft -Wärme -Kopplung genutzt werden kann. Lediglich beispielhaft kann die Verbrennungskraftmaschine als Blockheizkraftwerk oder als Gasturbine zur Strom - und Wärmeerzeugung ausgeführt sein.
Entsprechend einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff ausgeführt sein und hierzu außerdem die folgenden Komponenten umfassen:
einen Katalysator zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Gewinnung eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch und einen Separator zur Abscheidung eines Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch .
Des weiteren kann die Vorrichtung Vorrichtungen für eine Zufuhr von Wasserstoff zur Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfassen und in einem Betriebszustand ein geschlossenes System darstellen.
Folglich wird somit eine Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten bereitgestellt:
einem Vergaser zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, wobei optional eine gleichzeitige Hydrierung der aufgeheizten Biomasse bzw. des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs mit Wasserstoff erfolgen kann, einem Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher zum Waschen des reformierten Gasgemischs, einem Katalysator zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Gewinnung eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemischs und einem Separator zur Abscheidung des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch. Außerdem umfasst die Vorrichtung Vorrichtungen zur Zufuhr von Wasserstoff zur Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und stellt in einem Betriebszustand ein geschlossenes System dar.
Außerdem umfasst die Vorrichtung, wie bereits beschrieben, eine erste Rückführvorrichtung, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser zurückgeführt oder der entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung, also entweder dem Gaswäscher oder dem Katalysator, zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung einen Umwälzkreislauf für das reformierte bzw. das gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälz - kreislauf mindestens den Vergaser und den Reformer umfasst.
Eine Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff aus einem Synthesegas mittels einer katalytischen Reaktion in einem Katalysator und einer Abscheidung in einem Separator ist bspw. in der von demselben Anmelder eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zur TreibstoffSynthese" beschrieben.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung und des zugrundeliegenden Verfah- rens im Folgenden rein beispielhaft für die Gewinnung von Treibstoff am Beispiel von Alkohol erläutert wird, der als Treibstoff aus der Biomasse gewonnen wird. Selbstverständlich gelten die ausgeführten Beschreibungen der jeweiligen Komponenten der Vorrichtung stets auch für entsprechende Komponenten der Ausführungsformen zur Gewinnung von Wasserstoff und Kopplung der Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine, soweit die entsprechenden Komponenten auch dort vorgesehen sind. Dies gilt insbesondere für alle Komponenten bis mindestens einschließlich des Gaswäschers sowie alle Verfahrensschritte, die im Zusammenhang mit diesen Komponenten bis zur Weiterleitung des gewaschenen Gasgemischs an eine nachfolgende Komponente der Vorrichtung vorgesehen sind. Anstelle des Alkohols können aber auch andere Treibstoffe, wie bspw. Diesel oder Benzin, erzeugt werden. Ggf. ist hierbei das Material des verwendeten Katalysators entsprechend anzupassen.
Die optionale gleichzeitige Hydrierung kann, wie voranstehend beschrieben, vor der Vergasung der Biomasse zur Hydrierung bzw. H2-Anreicherung der Biomasse oder nachfolgend im Rahmen der Reformierung erfolgen. Zum Einsatz können sowohl reiner Wasserstoff als auch wasserstoffhaltige Verbindungen kommen. Z.B. kann zur Hydrierung auch Methan als wasserstoffhaltige Verbindung und Wasser zur Vergasung der Biomasse zugeführt werden. Demgemäß kann die Vorrichtung eine Vorrichtung für eine Zufuhr von wasserstoffhaltigen Verbindungen zu der Biomasse zu deren Hydrierung und/oder ebenfalls optional eine Vorrichtung zur Zufuhr von Wasser umfassen. Die Zufuhr für Wasser kann insbesondere vorgesehen werden, wenn die Biomasse zu trocken ist, so dass diese mit Wasser versetzt werden muss.
Zur besseren Verständlichkeit der bei der Vergasung ablaufenden Vorgänge werden nachfolgend beispielhaft die Reakti- onsgleichungen für eine hierbei stattfindende Dampfrefor- mierung von Methan und Wasser a.) und eine Synthesegaserzeugung b.) durch Vergasung von Glukose (C6H12O6) aus Biomasse sowie eine Gesamtreaktion c.) beider Reaktionen a.) und b.) dargestellt. Hierbei weist die Synthesegaserzeugung in b.) einen Wasserstoffmangel (b: 6 H2) auf, der bspw. durch den bei der Dampfreformierung a.) von Methan anfallenden Wasserstoff gedeckt werden kann.
a.) 6 CH4 + 6 H2O -> 6 CO + 18 H2 -> 6 CH3OH + 6 H2 b.) C6H12O6 -» 6 CO + 6 H2 + (6 H2)<< 1
-> 6 CH3OH C.) 6 CH4 + 6 H2O + C6H12O6 -> 12 CH3OH
Eine alternative Bereitstellung von Wasserstoff, bspw. mittels einer Elektrolyse, wird nachfolgend noch näher diskutiert. Des weiteren kann auch eine Photovoltaik-Vorrichtung zur Erzeugung von sog. Solarwasserstoff zur Erzeugung und Bereitstellung von Wasserstoff vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Rückführvorrichtung eine elektrische Vorheizung zur Vorheizung des in den Vergaser zurückzuführenden reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs umfassen. Somit lässt sich eine ggf. auftretende Abkühlung des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs im Anschluss an die Reformierung im Reformer oder das Waschen in dem Gaswäscher vor der erneuten Zuführung in den Vergaser reduzieren und die Temperatur des zurückzuführenden reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs somit für eine erneute Vergasung erhöhen.
Des weiteren kann die erste Rückführvorrichtung je nach Ausführungsform der Vorrichtung ein Ablassventil zur wahl- weisen Ausleitung des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs aus dem Umwälzkreislauf zu der mindestens einen entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung umfassen. Ist ein Umwälzen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs abgeschlossen, so kann das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch mittels des Ablassventils aus dem Umwälzkreislauf entlassen und den nachfolgenden Komponenten der Vorrichtung zugeleitet werden. Demzufolge kann die Vorrichtung diskontinuierlich betrieben werden. Dies bedeutet, dass das reformierte Gasgemisch in dem Umwälzkreislauf umgewälzt wird und erst bei Eintritt eines definierten Ereignisses in der Vorrichtung weitergeleitet wird. Die Anzahl der Rückführzyklen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs bis zur Ausleitung über das Ablassventil kann von verschiedenen Kriterien abhängig gemacht werden. So ist es bspw. möglich, das Ablassventil nach einer definierten Zeitspanne zu öffnen und das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch erst dann zu den nachfolgenden Komponenten weiterzuleiten. Ebenso ist es möglich, in dem Umwälzkreislauf Sensoren anzuordnen, die den Gehalt einzelner Komponenten des Gasgemischs messen. Ist ein definierter Gehalt bestimmter Komponenten des Gasgemischs erreicht, kann das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch aus dem Umwälzkreislauf über das Ablassventil entlassen werden. Bspw. kann hierzu eine Sonde vorgesehen sein, die einen Restmethangehalt oder Restteergehalt in dem reformierten bzw. gewaschenen Gasgemisch bestimmen kann.
Selbstverständlich kann auch eine sofortige Weiterleitung des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs nach einmaligem Passieren des Vergasers und des Reformers erfolgen, so dass das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch nicht in den Umwälzkreislauf eingeleitet wird, sondern direkt über das Ablassventil zu den nachfolgenden Komponenten der Vorrichtung weitergeleitet wird. In diesem Fall liegt, wie ebenfalls voranstehend beschrieben, ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung vor. Des weiteren kann die erste Rückführvorrichtung eine Umwälzpumpe zum Betrieb des Umwälzkreislaufs umfassen. Mit Hilfe dieser Umwälzpumpe kann somit das reformierte bzw. gewaschene Gasgemisch in den Vergaser geleitet werden. Als Umwälzpumpe kann bspw. eine Kolbenpumpe oder auch ein Umwälzgebläse zum Einsatz kommen.
Entsprechend einer Ausgestaltungsform der Vorrichtung um- fasst die Vorrichtung Mittel zur Wasserstoff -Elektrolyse zur Bereitstellung von Wasserstoff für eine Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs. Somit kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass Wasserstoff für die voranstehend beschriebene Hydrierung bereitgestellt wird. Selbstverständlich kann der Wasserstoff alternativ aus anderen Quellen, wie bspw. einer Vorrichtung zur Erzeugung von Solarwasserstoff, bereitgestellt werden. Werden Mittel zur Wasserstoff -Elektrolyse vorgesehen, so ist es möglich den zur Durchführung der Elektrolyse eingesetzten elektrischen Strom nicht nur aus konventionellen Stromquellen sondern auch aus regenerativen Energiewandlungsanlagen, wie Windkraftanlagen und Photovoltaikan- lagen, zu beziehen.
Weiterhin kann die Vorrichtung mindestens eine Komponente aus einer Gruppe von Komponenten bestehend aus Filtern, Kühlern, Kondensat-Separatoren, Wärmetauschern und Molekularsieben umfassen.
Ferner kann die beschriebene Vorrichtung mindestens ein Laugebad umfassen, das zu einer Gasreinigung, bspw. zur Entfernung von Halogenverbindungen vorgesehen ist. Mit Hilfe dieses Laugebads können insbesondere Fluor und Chlor (HCL und HF) aus einem jeweiligen Gasgemisch entzogen werden. Als Lauge kann bspw. Natronlauge NaOH verwendet wer- den, so dass bei einer Reaktion mit HCL gemäß der folgenden Reaktionsgleichung Salz und Wasser entsteht:
NaOH + HCL -> NaCL + H2O
Das beschrieben Laugebad kann insbesondere als eigenständige Komponente der Vorrichtung oder als Teil des Gaswäschers ausgeführt sein.
Des weiteren wird ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden
Schritten bereitgestellt:
Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch in einem Vergaser unter Zufuhr von elektrischer Energie,
Hydrieren und Reformieren des aus der Vergasung gewonnenen
Gasgemischs,
Waschen des reformierten Gasgemischs,
wobei das Verfahren ein wahlweises, mindestens teilweises Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser mindestens zum erneuten Vergasen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in einem Umwälzkreislauf und ein wahlweises Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung umfasst, und
wobei das Verfahren des weiteren einen Schritt des Aufhei - zens des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs vor und/oder während dem Schritt des Reformierens mittels elektrischer Energie und/oder durch lokale SauerstoffVerbrennung umfasst.
Außerdem kann das Verfahren ein sofortiges Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung oder ein mindestens einmaliges Durchlaufen des Umwälzkreislaufs mit anschließendem Ausleiten an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfassen. Wie bereits voranstehend beschrieben wird auf diese Weise ein kontinuierlicher bzw. diskontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ermöglicht.
Ferner kann das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfassen:
Erzeugen von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer „Wasserstoff-Shift-Reaktion" .
Alternativ zu diesem Schritt kann das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfassen:
Verwenden des gewaschenen Gasgemischs zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine .
Ebenfalls alternativ zu den beiden Schritten des Erzeugens von Wasserstoff mittels der Wasserstoff -Shift-Reaktion und des Verwendens des gewaschenen Gasgemischs zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, kann das Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie vorgesehen sein und außerdem folgende Schritte umfassen:
Gewinnen eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch durch katalytische Reaktion in einem Katalysator und Abscheiden des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch in einem Separator.
Folglich wird hiermit ein Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff, wie bspw. Alkohol, aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Schritten bereitgestellt : Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch in einem Vergaser,
Reformieren mit Wasserdampf des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und Hydrieren mit Wasserstoff, Waschen des reformierten Gasgemischs, wahlweises mindestens teilweises Rückführen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser mindestens zum erneuten Vergasen des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in einem Umwälzkreislauf,
Gewinnen eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch durch katalytische Reaktion in einem Katalysator und Abscheiden des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch in einem Separator.
Außerdem kann das Verfahren den folgenden Schritt umfassen:
elektrisches Vorheizen des rückzuführenden reformierten oder gewaschenen Gasgemischs vor dem erneuten Vergasen in dem Vergaser. Auf diese Weise kann ein sogenanntes Cracken bzw. Aufspalten insbesondere von langkettigen KohlenwasserstoffVerbindungen erzielt werden. Hierbei kann insbesondere ein sog. Thermisches Cracken durch Erhitzung und ein Hydrocracken durch eine Hydrierung unterschieden werden. In beiden Verfahren werden langkettige Verbindungen in kurz- kettige Moleküle zerlegt.
Das Verfahren kann des weiteren einen Schritt zur Elektrolyse von Wasserstoff für eine Hydrierung von Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfassen. Diese Wasserstoff -Elektrolyse kann bei einem Druck stattfinden, der einem jeweils an der einzuleitenden Stelle herrschenden lokalen Systemdruck entspricht, andernfalls ist eine Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs möglich bzw. erforderlich. Außerdem ist es möglich, dass das Verfahren des weiteren mindestens einen Schritt aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus
einem Filterungsschritt, einem Kühlungsschritt, einem Kondensat-Separationsschritt und mindestens einem Durchlaufschritt durch einen Wärmetauscher umfasst.
Außerdem kann das Verfahren zusätzlich mindestens einen der nachfolgend aufgeführten Schritte umfassen:
a) Aufheizen des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs mittels elektrischer Energie und/oder durch lokale SauerstoffVerbrennung. Hierzu kann eine bspw. elektrisch betriebene Heizvorrichtung vorgesehen sein, die das durch die Vergasung gewonnene Gasgemisch zusätzlich erhitzt. Alternativ kann die Heizvorrichtung ebenso mit Gas betrieben werden, um das Gasgemisch zusätzlich zu erhitzen, oder Sauerstoff in das Gasgemisch einzublasen und diesen lokal zu verbrennen. b) Hydrieren eines Gasgemischs mit Wasserstoff und anschließendes Reformieren des Gasgemischs mit Wasserdampf. Mit diesem Schritt kann ein beliebiges Gasgemisch an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung mit Wasserstoff versetzt werden. Dies kann bspw. im Vergaser durch Hydrieren bspw. des durch Vergasung gewonnenen Gasgemischs erfolgen und eine Aufspaltung von langkettigen Kohlen- Wasserstoffverbindungen (CH-Verbindungen, wie bspw. Koks) bewirken. c) Einleiten des reformierten bzw. gewaschenen Gasgemischs in einen Katalysator. Zur Erzeugung von ka- talytischen Reaktionen kann bspw. während und/oder nach dem Schritt des Reformierens das Gasgemisch in einen Katalysator eingeleitet werden. Ein Katalysator kann bspw. aus geeignetem Katalysator-Material, wie bspw. Kobalt oder Platin, bestehen, das als Füllung in einem Wärmetauscher oder nachfolgend zu diesem angeordnet ist . d) Trocknen der Biomasse vor dem Schritt des Vergasens mit Hilfe des durch Vergasung gewonnenen oder des reformierten Gasgemischs mittels eines Gegenstrom- wärmetauschers . Hierbei wird die Biomasse vor der Zuführung in den Vergaser bzw. vor der Vergasung durch die hohe Temperatur des durch das Vergasen bzw. Reformieren erhitzten Gasgemischs getrocknet. e) Verwenden von aus dem Schritt des Trocknens gewonnenem Wasserdampf für den Schritt des Reformierens . Mit diesem Schritt wird Wasserdampf, der bei dem voranstehend beschriebenen Schritt des Trocknens der Biomasse entsteht, für die Reformierung durch eine Wassergasreaktion bei höheren Temperaturen genutzt . f) Rückführen von mindestens einem Teil des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs in den Vergaser. Hiermit kann das verbleibende Gasgemisch zum erneuten Hydrieren und Reformieren beispielsweise erneut dem Vergaser zugeführt und somit das beschriebene Verfahren bzw. die Vorrichtung erneut durchlaufen. g) Abtrennen von Komponenten des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs durch geeignete Molekularsiebe. Mittels dieser Molekularsiebe können einzelne Komponenten des verbleibenden Gasgemischs, wie bspw. Stickstoff, aus diesem entfernt werden, bevor das verbleibende Gasgemisch, wie dargestellt, erneut dem Vergaser zugeführt wird. Hier- zu können die Molekularsiebe in der Vorrichtung in einem Hauptström angeordnet sein, so dass der in Richtung des Vergasers rückgeführte Teil des verbleibenden Gasgemischs vollständig durch die Molekularsiebe geleitet wird. Alternativ können die Molekularsiebe in einem Nebenstrom angeordnet sein, so dass lediglich ein teilweises Abtrennen in dem Nebenstrom erfolgt und ein anderer Teil des rückgeführten Gasgemischs über einen Hauptstrom direkt zum Vergaser geleitet wird. Entsprechend kann die beschriebene Vorrichtung zweite Rückführvorrichtungen bereitstellen, so dass ein Gasgemisch aus dem Separator in den Vergaser zurückgeführt bzw. dem Vergaser zugeführt werden kann, wobei die zweiten Rückführvorrichtungen Hauptstrom- und/oder Nebenstromleitungen aufweisen. h) Abbrennen eines Teils des nach dem Schritt des Ab- scheidens verbleibenden Gasgemischs. Alternativ oder ergänzend zu dem beschriebenen Abtrennen kann mindestens ein Teil des verbleibenden Gasgemischs abgebrannt und auf diese Weise entfernt sowie eine Anreicherung mit inerten Gaskomponenten, wie bspw. N2, verhindert werden.
Entsprechend einer anderen Ausgestaltungsform umfasst das Verfahren des weiteren mindestens einen der Schritte aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus einer realen Vergasung, einer Gas -Dampf -Reformierung, einer Koks- Verschwelung, einer Koks -Hydrierung, einer Teer- Kondensation, einer Elektrolyse und einer Treibstoff- Synthese, wie bspw. einer Alkohol -Synthese .
Die voranstehend beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren ermöglichen es somit aus Biomasse unter Zugabe von elektrischer Energie Treibstoff herzustellen, wo- bei neben dem Treibstoff des weiteren Wärme frei wird. Die folgenden Ausführungen werden, wie bereits eingangs erläutert, lediglich beispielhaft für Alkohol als Treibstoff dargestellt. Es ist somit möglich, elektrische Energie aus Strom in chemische Energie zu wandeln, die in Form des Alkohols gespeichert wird und vergleichsweise einfach lagerbar ist. Es kann somit elektrische Energie, die bei günstigen Bedingungen bspw. geeigneten Windverhältnissen, bei ausreichender Sonneneinstrahlung oder in anderer Form anfällt, in Form von Alkohol gespeichert werden.
Die hierbei verwendete Biomasse dient als Kohlenstoff- Lieferant und kann des weiteren zu einer Effizienzsteigerung verwendet werden. Das beschriebene Verfahren erlaubt eine Überführung des Kohlenstoffs (C) in einen Alkohol, bspw. Methanol (CH3OH) , so dass auf diese Weise eine bei bisherigen Verfahren übliche Umwandlung in CO2 verhindert werden kann.
Die Umwandlung und Speicherung der elektrischen Energie in Form von Alkohol erlaubt eine einfache und effektive Speicherung, da der Alkohol für gewöhnlich in flüssigem Zustand gewonnen werden kann und in Tanks lagerbar ist. Die in dem Alkohol gespeicherte Energie kann auf verschiedene Art und Weise wieder verwendet bzw. abgerufen werden. Bspw. eignet sich Alkohol zur Verwendung als Treibstoff oder kann in Wärme oder Strom umgewandelt werden.
Neben einer einfachen Lagerung erlaubt die Speicherung des Alkohols in Tanks eine bedarfsgerechte Bereitstellung des Alkohols und somit der darin gespeicherten Energie. Der Alkohol ist unabhängig von äußeren Einflüssen verfügbar und kann des weiteren auf einfache Weise transportiert werden. Abwärme, die bei der beschriebenen elektro-thermo- chemischen Vergasung der Biomasse zur Speicherung von Energie in Alkohol entsteht, kann bspw. zur Heizung oder Brauchwassererzeugung nutzbar gemacht werden. Auf diese Weise kann mittels Nutzung der Abwärme bzw. einer sogenannten Brennwertnutzung ein vergleichsweise hoher Gesamtwirkungsgrad des beschriebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung, bspw. von 90-100 %, erreicht werden.
Die beschriebene Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens kann als kleine dezentrale Vorrichtung ausgeführt werden, um bspw. in Haushalten oder Einfamilienhäusern, eingesetzt zu werden. Grundsätzlich ist die Vorrichtung beliebig skalierbar, so dass auch große Vorrichtungen bzw. Anlagen realisierbar sind, die zentral einsetzbar sind.
Das beschriebene Verfahren erlaubt eine Addition der Energiemengen von Strom und Biomasse und ermöglicht mittels der Abwärmenutzung einen hohen Gesamtwirkungsgrad.
Die Verwendung von Biomasse erlaubt eine vielfältige Biomassenverwertung und somit eine große Rohstoffbasis. Im wesentlichen kann der gesamte Kohlenstoff der Biomasse in Alkohol überführt werden. Es entsteht hierbei im wesentlichen kein Kohlenstoffdioxid CO2. Kohlenstoffdioxid CO2 wird erst bei einer anschließenden Nutzung des Alkohols, bspw. bei der Verbrennung des Alkohols, frei. Jedoch wird hierbei nur soviel CO2 freigesetzt, wie bspw. Pflanzen bei der Produktion der Biomasse aufgenommen haben. Erst die Verwendung der Biomasse macht es möglich die elektrische Energie des Stroms in flüssiger Form, bspw. als Alkohol, zu speichern. Der hierzu verwendete Strom kann räumlich von der Alkohol- Produktion getrennt werden. Bspw. können Windkraftanlagen oder Solaranlangen an günstigen Standorten errichtet und der erzeugte Strom zur Produktion des Alkohols an Standorte geleitet werden, an denen eine ausreichende Menge der Biomasse anfällt. Selbstverständlich können die Vorrichtungen zur Produktion des Alkohols auch direkt neben den stromerzeugenden Anlagen wie bspw. den Windkraftanlangen oder Solaranlagen installiert werden.
Mit Hilfe der Speicherung der Energie kann somit eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Energie auch in Windflautezeiten oder in der Nacht bereitgestellt werden. Grundsätzlich kann nahezu der gesamte Kohlenstoff, der in der Biomasse enthalten ist, in Alkohol überführt werden, wobei im wesentlichen kein CO2 entsteht. Die Vorrichtung nutzt elektrische Energie aus Strom zur Erzeugung bzw. zur Gewinnung von Alkohol . Dies erlaubt insbesondere eine Verwendung von sogenannten Stromüberschüssen, die bei den beschriebenen Energiewandlungs- bzw. Stromgewinnungsanlagen in der Regel in Zeiten niedriger Auslastung bzw. niedrigem Bedarf auftreten.
Wie voranstehend bereits beschrieben, kann die Vorrichtung einen Vergaser zur Vergasung der Biomasse zu einem Gasgemisch bzw. einem Synthesegas umfassen. Des weiteren kann die Vorrichtung einen Gaswäscher zum Waschen des Gasgemischs bzw. zur Gasreinigung und/oder eine Elektrolysevorrichtung aufweisen, wobei in dem Gaswäscher unter anderem Kohlenstoffverbindungen aus dem Gasgemisch abgeschieden werden können. Die Elektrolysevorrichtung nutzt Strom zur Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Des weiteren kann in einem Separator der Vorrichtung mit Hilfe einer Alkoholsynthese Alkohol, z.B. Methanol (CH3OH), aus dem Gasgemisch bzw. dem Synthesegas und Wasserstoff (H2) erzeugt werden. Der Alkohol wird entsprechend ausgeleitet und kann in Tanks gespeichert werden. Die Abwärme der beschriebenen Vorrichtung ist bspw. zur Heizung bzw. Brauchwasser- erzeugung nutzbar oder auch als Prozesswärme in geeigneten Medien ausleitbar.
Wie bereits voranstehend aufgeführt, kann die beschriebene Vorrichtung zur Gewinnung des Alkohols ein oder mehrere (Teil-) Verfahren aus einer Gruppe von Verfahren nutzen. Diese Gruppe umfasst eine ideale Vergasung, eine reale Vergasung, eine Gas -Dampf -Reformierung, eine Koksverschwelung, eine Kokshydrierung, eine Teer-Kondensation, eine Elektrolyse und eine Methanolsynthese.
Das voranstehend beschriebene Verfahren zur Gewinnung des Alkohols kann des weiteren die folgenden Schritte umfassen: Aufheizen der Biomasse mit Strom bzw. Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch und Cracken von Kohlenstoff- Wasserstoff-Verbindungen (CH-Verbindungen) , die in dem Gasgemisch enthalten sind, mit Hilfe des sogenannten Steam- Reforming bzw. der Gas-Dampf -Reformierung. Das bei der Vergasung erzeugte und gleichzeitig aufgeheizte Gasgemisch kann zu einer Rückgewinnung von Wärme durch Gegenstrom- Wärmetauscher geleitet werden und auf diese Weise sowohl zur Erwärmung des erzeugten Gasgemischs, wie auch der Biomasse genutzt werden. Auf diese Weise müssen lediglich Energieverluste mit elektrischer Energie des verwendeten Stroms ausgeglichen werden, ansonsten kann eine Energiezuführung mittels der Rückgewinnung der Wärme erzielt werden.
Des weiteren ist es möglich eine sogenannte intermitierende Arbeitsweise zum Abbrennen von Koks mit Sauerstoff O2 und Wasser H2O einzusetzen. Das bei dem beschriebenen Verfahren entstehende Gasgemisch bzw. Synthesegas umfasst Kohlens- toffmonoxid (CO) , Kohlendioxid (CO2) sowie Wasserstoff (H2) . Mit Hilfe einer anschließenden Methanolsynthese kann aus dem Gasgemisch bzw. Synthesegas Alkohol gewonnen werden. Unter dem beschriebenen Gasgemisch (soweit nicht näher spezifiziert) ist das bei der Vergasung entstehende Gasgemisch zu verstehen, dessen Komponenten bzw. dessen Zusammensetzung sich durch entsprechende Reaktionen in den einzelnen Schritten bzw. bei Anwendung der einzelnen (Teil-) Verfahren verändern kann.
Das beschriebene Verfahren kann des weiteren eine mehrstufige Gasaufbereitung umfassen, die sich aus mehreren Schritten zusammensetzt. Bei der Vergasung der Biomasse erfolgen eine Aufheizung mittels der elektrischen Energie des Stroms sowie eine zusätzliche Erhitzung des Gasgemischs mit Hilfe von Gegenstrom-Wärmetauschern. Des weiteren kann die Gasaufbereitung, wie bereits erwähnt, eine Gas -Wasserdampf - Reformierung, eine Koks-Verschwelung mit Sauerstoff (O2) und eine Teer-Kondensat-Wasserdampf -Reformierung umfassen. Eine Abtrennung von möglicherweise anfallender Asche, die insbesondere bei der Vergasung der Biomasse entsteht, kann mittels einer Vorabtrennung in einen Aschekasten mit Rost erfolgen. Des weiteren kann die Vorrichtung elektrostatische Filter umfassen, die zur Abbrennung von Asche ausgebildet sind. Ebenso ist ein Einsatz von Gewebefein-Filtern möglich. Um ein Verschmutzen bzw. Verstopfen von Filtern zu verhindern, können sogenannte Regenerationszyklen in einer Steuerung der Vorrichtung vorgesehen sein. Außerdem kann für die Alkoholsynthese, wie bspw. die Methanolsynthese, ein sogenannter Purge-Zyklus eingesetzt werden.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann eine mögliche Abscheidung langkettiger Kohlenstoffverbindungen, insbesondere KohlenwasserstoffVerbindungen aus der Biomasse, wie bspw. Teerabscheidungen, vermieden werden, da diese bei hohen Temperaturen gasförmig vorliegen. Erst beim Abkühlen kondensieren diese und können zu Verstopfungen führen. Durch geeignete Rückführungsvorrichtungen können jedoch die KohlenstoffVerbindungen bzw. teerhaltigen Substanzen des Gasgemisches die Vorrichtung bzw. Teile der Vorrichtung mehrfach durchlaufen bis der Teer bzw. Rückstände des Teers vollständig abgebaut ist bzw. sind. Dies kann durch ein sogenanntes Cracken bzw. Aufspalten der langkettigen KohlenstoffVerbindungen erzielt werden.
Der voranstehend beschriebene Regenerationszyklus kann bspw. ein Freibrennen der Vorrichtung durch kurzzeitiges Aufheizen des gesamten Systems bzw. der gesamten Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung umfassen. Die beschriebene Abscheidung der Asche kann bspw. mittels elektrostatischer Filter erfolgen, die mittels Regeneration gereinigt werden können. Des weiteren ist ein Abbrennen von Filterflächen der Filter in Aschekästen möglich. Elektrostatische Filter erfordern im Gegensatz zu Feinfiltern, wie bspw. Feingewebefiltern, abgesehen von der Entleerung der Aschekästen keinen Wartungsaufwand. Selbstverständlich ist ebenso ein Einsatz der Feinfilter bzw. Feingewebefilter möglich, die bei Bedarf gereinigt oder gewechselt werden müssen.
Der in der Vorrichtung verwendete Katalysator erlaubt bei einer Verwendung von schwefelarmer Biomasse eine hohe Standzeit. Wird jedoch schwefelhaltige Biomasse verwendet, so ist ein zyklischer Austausch des Katalysators gegebenenfalls notwendig. Außerdem ist auch ein Schwefelfilter in Form einer Entschwefelungsstufe verwendbar. Diese kann in Form einer Zinkoxid-Schicht (ZnO) auf einem geeigneten Träger bereitgestellt sein. In dieser kann bspw. H2S (Schwefelwasserstoff) mit ZnO zu ZnS (Zinksulfid) und H2O (Wasser) umgewandelt werden, wobei die beschriebene Reaktion bspw. in einem Temperaturbereich zwischen 200 und 4000C stattfinden kann. Eine in der Vorrichtung gegebenenfalls notwendige Kondensat -Abfuhr kann bspw. mittels einer Trennung mit Wasser und Kondensat erfolgen.
Als Biomasse können prinzipiell alle organischen Materialien verwendet werden. Hierzu zählen insbesondere Holz, Hackschnitzel, Pellets, sowie Hausmüll, Papier, Pappe, Stroh, Gras und Grünschnitt. Ebenso können Algen, Plankton und landwirtschaftliche Abfälle verwendet werden. Auch können PVC- freie Kunststoffe oder Schreddermüll als Biomasse eingesetzt werden. Die Biomasse kann hierbei in fester Form oder auch in flüssiger Form bereitgestellt werden. Flüssige Biomasse ist bspw. unter dem Namen "Bio-Slurry" bekannt und bietet den Vorteil eines deutlich reduzierten Volumens gegenüber Biomasse in fester Form. Die voranstehend genannten Aufzählungen sind jedoch rein beispielhaft und keinesfalls vollständig.
Der Wirkungsgrad des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Vorrichtung hängt stark von der verwendeten Biomasse ab. Bspw. könnte daher in kleinen und dezentralen Vorrichtungen hochwertigere Biomasse verwendet werden, um einen ausreichenden Wirkungsgrad bereitzustellen, wohingegen in großen Vorrichtungen nahezu jede Biomasse, ggf. auch mit geringerem Wirkungsgrad, verwendet werden kann.
Wie bereits voranstehend beschrieben, ist es möglich die Vorrichtung unterschiedlich zu skalieren, so dass verschiedene Leistungsstufen erzielbar sind. Je schlechter der direkte Umwandlungswirkungsgrad ist, desto wirtschaftlicher sind kleine dezentrale Systeme mit Wärmenutzung. Je höher der Wirkungsgrad ist, desto sinnvoller sind große Vorrichtungen .
Es wird an dieser Stelle nochmals explizit auf den einleitenden Hinweis verwiesen, wonach die Gewinnung von Alkohol als Treibstoff rein beispielhaft beschrieben ist und anstelle des Alkohols mit dem beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung ebenso andere Treibstoffe gewonnen werden können. Ebenso gelten die in Zusammenhang mit der Gewinnung von Alkohol aufgeführten Beschreibungen zu den jeweiligen Komponenten und Verfahrensschritten auch für die Ausführungsformen zur Gewinnung von Wasserstoff und der Kopplung der Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine, soweit die entsprechenden Komponenten und Verfahrensschritte auch dort vorgesehen werden können.
Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Gewinnung von Alkohol aus Strom und Biomasse.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Gewinnung von Alkohol aus Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie aus Strom.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Gewinnung von Treibstoff aus Strom und Biomasse am Beispiel von Alkohol bzw. Methanol. Demnach umfasst das System eine Vorrichtung 300 zur Methanolgewinnung, in die Biomasse zur Erzeugung des Methanols eingeleitet wird und die in der nachfolgenden Figur 2 detailliert beschrieben ist. Optional kann neben der Biomasse zusätzlich Methan und/oder H2 zur Hydrierung der Biomasse zugeführt werden. Der Wasserstoff H2 kann hierbei entweder mittels Wasserstoffelektrolyse (falls hierzu entsprechende Vorrichtungen vorgesehen sind) hergestellt oder bspw. als Solarwasserstoff (Solar-H2) von einer entsprechenden Anlage (nicht dargestellt) zugeführt werden. Zusätzlich zu der Biomasse lässt sich des weiteren auch CO2 anstelle der Biomasse oder zusätzlich zu dieser zum Betrieb der Vorrichtung 300 einleiten. Ebenfalls optional kann Wasser zur Vergasung der Biomasse bzw. für eine Dampfreformierung von Methan und Wasser eingesetzt werden. Elektrischer Strom, der für den Betrieb der Vorrichtung 300 eingesetzt wird, kann aus gewöhnlichen Quellen oder aus regenerativen Quellen, wie bspw. Windkraftanlagen 11 und/oder photovoltaischen Anlagen 12 bezogen werden. Als Produkte liefert die Vorrichtung 300 anorganische Bestandteile der zugeführten Stoffe in Form von Asche sowie bei den in der Vorrichtung ablaufenden chemischen Reaktionen entstehende Wärme und den gewünschten Treibstoff in Form von Methanol. Sieht die Vorrichtung 300 Vorrichtungen zur Wasserstoffelektrolyse vor, so kann außerdem Sauerstoff anfallen. Das entstehende Methanol wird aus der Vorrichtung 300 in einen Tank 13 zur Bevorratung geleitet, aus dem es zur vielfältigen Verwendung als Treibstoff abgerufen werden kann. Neben einer rein beispielhaften Verwendung in entsprechend ange- passten Otto- oder Dieselmotoren ist ebenso eine Verwendung in entsprechenden Brennstoffzellen, wie bspw. Direct- Methanol-Fuel-Cells (DMFC) , sowie in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) 14 möglich. Dort entsteht bei einer Umwandlung zu elektrischem Strom ebenfalls Wärme und CO2 sowie ggf . Wasser . Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 300 zur Gewinnung von Alkohol aus Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie aus Strom. Hierzu umfasst die Vorrichtung 300 eine Zufuhr 320 für die Biomasse bspw. aus einem Biomasse-Behälter (nicht dargestellt) . Diese Zufuhr kann als Zufuhr für Biomasse in fester Form ausgestaltet sein, oder Druckleitungen zur Einleitung von flüssiger Biomasse umfassen. Über die Zufuhr 320 wird die Biomasse einem Vergaser 33 zur Vergasung zugeführt. Optional ist es möglich, in der Zufuhr 320 der Biomasse ebenfalls eine Zufuhr 320' für Wasserstoff oder Wasserstoffhaltige Verbindungen, wie bspw. Methan, zur Hydrierung bzw. H2-Anreicherung der Biomasse vorzusehen. Dies bietet die Möglichkeit, auf eine Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung für eine H2-Zuleitung vollständig oder zumindest teilweise zu verzichten.
Die dargestellte Ausführungsform weist darüber hinaus einen zweiten Wärmetauscher 321 im Bereich der Zufuhr 320 auf, um die zugeführte Biomasse bereits vor der Zuleitung in den Vergaser zu erhitzen. Dieser wird nachfolgend noch näher beschrieben.
In dem Vergaser 33 wird die Biomasse unter Zufuhr elektrischer Energie zu einem Gasgemisch vergast. Hierzu wird der Vergaser 33 mittels elektrischer Energie beheizt und die Biomasse durch Pyrolyse verbrannt bzw. vergast. Eventuell anfallende Asche kann über geeignete Vorrichtungen (nicht dargestellt) entfernt werden. Das bei der Vergasung gewonnene Gasgemisch steigt in einem Gehäuse des Vergasers 33 auf. An einem oberen Ende des Gehäuses des Vergasers 33 ist eine Heizvorrichtung 34 angeordnet, in der das aus der Vergasung gewonnene Gasgemisch elektrisch weiter erhitzt und von der Heizvorrichtung 34 in einen Wärmetauscher 35 geleitet wird. Alternativ kann die Heizvorrichtung 34 eine Nach- heizung mit Sauerstoff (nicht dargestellt) umfassen, so dass Sauerstoff zugeführt und zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Der Wärmetauscher 35 umfasst einen Reformer zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnen Gasgemischs und führt das reformierte Gasgemisch innerhalb des Gehäuses des Vergasers 33 in entgegengesetzter Richtung zu dem aufsteigenden aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch. Anschließend wird das reformierte Gasgemisch aus dem Gehäuse des Vergasers 33 ausgeleitet. Der Wärmetauscher 35 ist derart ausgebildet, dass er das reformierte Gasgemisch in Gegenrichtung zu dem aufsteigenden aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch leitet und auf diese Weise das aufsteigende aus der Vergasung gewonnenen Gasgemisch mit Hilfe des bei der Reformierung weiter erhitzten reformierten Gasgemischs aufheizt.
Des weiteren kann in dem Wärmetauscher 35 bzw. in zugehörigen Leitungen des Wärmetauschers 35 eine Füllung mit kata- lytischer Funktion vorgesehen sein, so dass zusätzlich ein Katalysator bereitgestellt werden kann. Diese Füllung kann bspw. Kobalt, Platin oder andere geeigneten katalytisch wirkende Materialien umfassen.
Im Anschluss an den Wärmetauscher 35 bzw. den Reformer kann das reformierte Gasgemisch in eine erste Rückführvorrichtung 351 geleitet werden. Mittels dieser ersten Rückführungsvorrichtung 351 kann das reformierte Gasgemisch in den Vergaser 33 zurückgeführt bzw. dem Vergaser 33 zugeführt werden. Die erste Rückführvorrichtung 351 stellt somit einen Umwälzkreislauf für das reformierte Gasgemisch bereit, wobei der Umwälzkreislauf den Vergaser 33, die Heizvorrichtung 34 und den Wärmetauscher 35 bzw. den Reformer umfasst. Somit ist es möglich, das in dem Reformer gewonnene reformierte Gasgemisch vor einer Weiterbehandlung in einem nachfolgend angeordneten Gaswäscher 37 in den Vergaser 33 zu- rückzuführen, so dass das bereits reformierte Gasgemisch die Komponenten des Umwälzkreislaufs ein weiteres Mal passiert. Selbstverständlich kann dieser Umwälzkreislauf in einer beliebigen Anzahl von Rückführzyklen wiederholt werden, so dass das Gasgemisch in diesem Umwälzkreislauf wiederholt zirkuliert.
Des weiteren umfasst die Rückführvorrichtung 351 eine Vorheizung 352 zur Vorheizung bzw. Erhitzung des reformierten Gasgemischs vor der erneuten Zuführung in den Vergaser 33.
Zum Betrieb des Umwälzkreislaufs und der Rückführung des reformierten Gasgemischs in den Vergaser 33 umfasst die erste Rückführvorrichtung 351 eine Umwälzpumpe 353. Soll das reformierte Gasgemisch aus dem beschriebenen Umwälz - kreislauf entfernt werden, so wird es über ein Ablassventil 354 in den weiteren zweiten Wärmetauscher 321 geleitet, der für einen Wärmeaustausch zwischen dem reformierten Gasgemisch und der in der Zufuhr 32 beförderten Biomasse sorgt. Hierzu kann der zweite Wärmetauscher 321 bspw. im Bereich der Zuführung 320 angeordnet sein. Anschließend wird das reformierte Gasgemisch in einen Gaswäscher 37 geleitet, um das reformierte Gasgemisch zu waschen. Hierbei werden dem reformierten Gasgemisch kohlenstoffhaltige Verbindungen, insbesondere kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen (CH) , wie bspw. Teer, entzogen. Diese entzogenen kohlenstoffhaltigen Verbindungen können durch geeignete Vorrichtungen (nicht dargestellt) der Biomasse wieder zugeführt werden und in einem erneuten Durchlauf den Vergaser 33, die Heizvorrichtung 34 und den Wärmetauscher 35 mit Reformer passieren und auf diese Weise entfernt werden. Hierbei werden die in der Regel langkettigen kohlenstoffhaltigen Verbindungen durch das sogenannte Cracken aufgespaltet. Die Vorrichtung zur Rückführung von kohlenstoffhaltigen Verbindungen ist jedoch in Figur 2 nicht dargestellt. Das in dem Gaswäscher 37 entstandene gewaschene Gasgemisch kann optional, in einem Filter 38 gefiltert werden, der bspw. als Feingewebefilter oder elektrostatischer Filter ausgebildet ist. Das hierbei entstandene gefilterte bzw. gewaschene Gasgemisch wird nun in einen Katalysator 39 zur Gewinnung von Alkohol aus dem gewaschenen bzw. gefilterten Gasgemisch durch katalytische Reaktion geleitet. Anschließend erfolgen eine Abscheidung des Alkohols in einem Separator 40 und eine Ausleitung des Alkohols bspw. in einen Tank (ebenfalls nicht dargestellt) . Da in einem Katalysator bei der katalytischen Reaktion lediglich ein Teil des Gasgemischs reagiert, kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass das nach dem Separator 40 verbleibende Gasgemisch den Katalysator 39 mehrfach passiert, um verbleibende Reste bzw. Komponenten des Gasgemischs ebenfalls zur Reaktion zu bringen. Hierzu wird das verbleibende Gasgemisch nach Durchlaufen des Separators 40 wieder dem Katalysator 39 zugeführt. Das verbleibende Gasgemisch wird dem aus dem Gaswäscher 37 bzw. dem Filter 38 zugeleiteten gefilterten bzw. gewaschenen Gasgemisch beigemischt und zusammen in den Katalysator 39 eingeleitet.
In der dargestellten Ausführungsform sind rein optionale Vorrichtungen zur Zufuhr von CO2 381 und Wasserstoff (H2) 382 in das gewaschene bzw. gefilterte Gasgemisch vorgesehen. Diese erlauben eine Anreicherung der jeweiligen Anteile dieser Komponenten in dem Gasgemisch zur Veränderung und Anpassung der Zusammensetzung des gewaschenen bzw. gefilterten Gasgemischs für die anschließende Synthese in dem Katalysator 39 bzw. Separator 40.
Eine Zuleitung des CO2 kann bspw. aus einem separaten Speicher (nicht dargestellt) erfolgen. Wird dem Gasgemisch CO2 zugeführt, so kann der Bedarf an Biomasse gleichzeitig ge- senkt oder ein geringer Kohlenstoffgehalt der Biomasse ausgeglichen werden. Auch ist es somit möglich die Vorrichtung 300 mit einer beliebigen Kombination von Biomasse, Methan, Wasserstoff und CO2 zu betreiben.
Zur Erzeugung des zugeführten Wasserstoffs kann die Vorrichtung darüber hinaus eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zur Wasserstoff -Erzeugung, wie bspw. eine Vorrichtung zur Wasserstoffelektrolyse oder eine Solarwasserstoff - anläge, umfassen oder mit dieser gekoppelt sein.
Der Wasserstoff kann auch bspw. in die Zufuhr 32 und/oder den Vergaser 33 und/oder im Bereich des Separators 40 eingeleitet werden.
Ebenfalls optional kann für die Zufuhr von CO2 und H2 ein Verdichter 383 vorgesehen sein, um die zuzuführenden Gase mindestens auf einen lokalen Systemdruck der Vorrichtung 300 zu erhöhen.
Außerdem ist die Vorrichtung 30 derart ausgebildet, dass die gesamte Vorrichtung 30 ein geschlossenes System darstellt. Eine Ausführung der gesamten Vorrichtung als geschlossenes System erlaubt insbesondere eine direkte Zufuhr der Biomasse aus dem Biomasse-Behälter, wenn dieser ebenfalls in das gesamte System integriert ist und ebenfalls unter dem jeweiligen Innendruck des Vergasers 33 steht. Eine Anbindung des Biomasse-Behälters 31 über eine Druckschleuse ist in diesem Fall nicht notwendig.
Der Biomasse-Behälter kann so ausgelegt werden, dass dieser eine bestimmte Menge der Biomasse bspw. für einen mehrstündigen Betrieb der Anlage oder deren Tagesbedarf aufnimmt bzw. bevorratet. Erst wenn der Behälter leer ist, wird der Innendruck mindestens des Vergasers und somit auch des Bio- masse-Behälters auf Atmosphärendruck: abgesenkt und die Befüllung des Biomasse-Behälters kann erneut erfolgen. Anschließend beginnt die Vergasung erneut, wodurch der erforderliche Systemdruck bzw. Innendruck im Vergaser 33 bzw. Dem Biomasse-Behälter selbständig aufgebaut wird.
Mit Hilfe einer sogenannten "Purgegas" -Rückführung (ebenfalls nicht dargestellt) kann nach der dargestellten Alkoholseparation in dem Separator 40 mindestens ein Teil des verbleibenden Gasgemischs zurück zur Vergasung in den Vergaser 33 geführt werden. Auf diese Weise können auch Gase bzw. Komponenten des verbleibenden Gasgemischs wie z.B. Methan erneut im Reformer zu CO und H2 umgewandelt werden. Eine Anreicherung von Stickstoff und anderen inerten Gasen bzw. Gaskomponenten kann durch zyklischen oder kontinuierlichen Teilabzug aus dem rückgeführten verbleibenden Gasgemisch (sog. Kreislaufgas oder Purgegas) verhindert werden. Von diesem sogenannten "Purgegas" kann entweder durch Molekularsiebe (nicht dargestellt) der unerwünschte Teil bzw. die entsprechenden Moleküle abgetrennt werden oder aber es wird direkt verbrannt. Die dabei entstandene Wärme kann für das beschriebene Verfahren bzw. die beschriebene Vorrichtung genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Komponenten:
einem Vergaser (33) zur Vergasung der Biomasse unter Zufuhr der elektrischen Energie zu einem Gasgemisch, einem Reformer (35) zur Reformierung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs, einem Gaswäscher (38) zum Waschen des reformierten Gasgemischs,
wobei die Vorrichtung (300) des weiteren eine Aufheizung vor und/oder im Bereich des Reformers zur zusätzlichen Erhitzung des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs und eine erste Rückführvorrichtung (351) umfasst, so dass das reformierte oder das gewaschene Gasgemisch wahlweise in den Vergaser (33) zurückgeführt oder mindestens einer entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung zugeführt werden kann, wobei die erste Rückführvorrichtung (351) einen Umwälzkreislauf für das reformierte oder gewaschene Gasgemisch bereitstellt und der Umwälzkreislauf mindestens den Vergaser (33) und den Reformer (35) umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung kontinuierlich und/oder diskontinuierlich betreibbar ist, wobei ein diskontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ein mindestens einmaliges Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs vor einer Zuführung an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung einen Reaktor zur Erzeugung von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer sog. „Wasserstoff- Shift-Reaktion" umfasst.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung mit einer Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, wobei das gewaschene Gasgemisch zum Betrieb der Verbrennungs- kraftmaschine verwendbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung zur Gewinnung von Treibstoff ausgeführt ist und hierzu außerdem die folgenden Komponenten umfasst:
einen Katalysator (39) zur Durchführung einer katalytischen Reaktion zur Gewinnung eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch und einen Separator (40) zur Abscheidung eines Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung Vorrichtungen für eine Zufuhr von Wasserstoff zur Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfasst und in einem Betriebszustand ein geschlossenes System darstellt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (300) eine Vorrichtung für eine Zufuhr (320 ') von wasserstoffhaltigen Verbindungen zu der Biomasse zu deren Hydrierung umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Rückführvorrichtung (351) eine elektrische Vorheizung (352) zur Vorheizung des in den Vergaser (33) zurückzuführenden reformierten oder gewaschenen Gasgemischs umfasst .
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, wobei die erste Rückführvorrichtung (351) ein Ablassventil (354) zur wahlweisen Ausleitung des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs aus dem Umwälzkreislauf zu der mindestens einen entsprechend nachfolgenden Komponente der Vorrichtung um- fasst .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Rückführvorrichtung (351) eine Umwälzpumpe (353) zum Betrieb des Umwälzkreislaufs umfasst.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung (300) Mittel zur Wasserstoff -Elektrolyse zur Bereitstellung von Wasserstoff für eine Hydrierung der Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfasst.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die des weiteren mindestens eine Komponente aus einer Gruppe von Komponenten bestehend aus Katalysatoren (39) , Filtern (38) , Kühlern, Kondensat -Separatoren, Wärmetauschern und Molekularsieben (44) umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, die des weiteren zweite Rückführvorrichtungen (43) umfasst, so dass ein Gasgemisch aus dem Separator (40) in den Vergaser (33) zurückgeführt bzw. dem Vergaser (33) zugeführt werden kann, wobei die zweiten Rückführvorrichtungen (43) Hauptstrom- und/oder Nebenstromleitungen aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung des weiteren eine Vorrichtung zur Zufuhr (381) von CO2 umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei als Treibstoff Alkohol aus der Biomasse gewonnen wird.
16. Verfahren zur Vergasung von Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie mit den folgenden Schritten: Vergasen der Biomasse zu einem Gasgemisch in einem Vergaser unter Zufuhr von elektrischer Energie,
Reformieren und Hydrieren des aus der Vergasung gewonnenen
Gasgemischs,
Waschen des reformierten Gasgemischs,
wobei das Verfahren ein wahlweises, mindestens teilweises Rückführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in den Vergaser mindestens zum erneuten Vergasen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in einem Umwälzkreislauf und ein wahlweises Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung umfasst, und
wobei das Verfahren des weiteren einen Schritt des Aufheizens des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs vor und/oder während dem Schritt des Reformierens mittels elektrischer Energie und/oder durch lokale Sauerstoffverbrennung umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ein sofortiges Zuführen des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs an mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente der Vorrichtung oder ein mindestens einmaliges Durchlaufen des Umwälzkreislaufs mit anschließendem Ausleiten an die mindestens eine entsprechend nachfolgende Komponente umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfasst:
Erzeugen von Wasserstoff aus dem gewaschenen Gasgemisch mittels einer „Wasserstoff -Shift-Reaktion" .
19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Verfahren des weiteren den folgenden Schritt umfasst: Verwenden des gewaschenen Gasgemischs zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine .
20. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Verfahren zur Gewinnung von Treibstoff aus Biomasse unter Zufuhr von elektrischer Energie außerdem folgende Schritte umfasst:
Gewinnen eines Reaktionsgemischs aus dem gewaschenen Gasgemisch durch katalytische Reaktion in einem Katalysator und Abscheiden des Treibstoffs aus dem Reaktionsgemisch in einem Separator.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, das des weiteren mindestens einen der folgenden Schritte umfasst:
- elektrisches Vorheizen des rückzuführenden reformierten oder gewaschenen Gasgemischs vor dem erneuten Vergasen in dem Vergaser
- Hydrieren eines Gasgemischs mit Wasserstoff und anschließendes Reformieren des Gasgemischs mit Wasserdampf ,
- Trocknen der Biomasse vor dem Schritt des Vergasens mit Hilfe des aus der Vergasung gewonnenen oder des reformierten Gasgemischs mittels eines Gegenstromwär- metauschers,
- Verwenden von aus dem Schritt des Trocknens gewonnenem Wasserdampf für den Schritt des Reformierens ,
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, das des weiteren einen Schritt zur Elektrolyse von Wasserstoff für eine Hydrierung von Biomasse oder des aus der Vergasung gewonnenen Gasgemischs umfasst.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei das Verfahren des weiteren mindestens einen Schritt aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus
einem Filterungsschritt, einem Kühlungsschritt, einem Kondensat-Separationsschritt und mindestens einem Durchlaufschritt durch einen Wärmetauscher umfasst.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23 wobei die Gruppe von Schritten außerdem mindestens einen der folgenden Schritte umfasst:
Einleiten des reformierten oder des gewaschenen Gasgemischs in einen Katalysator,
Rückführen von mindestens einem Teil des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs in den Vergaser,
Abtrennen von Komponenten des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs durch geeignete Molekularsiebe,
Abbrennen mindestens eines Teils des nach dem Schritt des Abscheidens verbleibenden Gasgemischs.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 wobei das Verfahren des weiteren mindestens einen der Schritte aus einer Gruppe von Schritten bestehend aus einer realen Ver- gasung, einer Gas -Dampf -Reformierung, einer Koks- Verschwelung, einer Koks -Hydrierung, einer Teer- Kondensation, einer Elektrolyse und einer Treibstoff - Synthese umfasst.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei als Treibstoff Alkohol aus der Biomasse gewonnen wird.
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