WO2011026630A2 - Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse Download PDF

Info

Publication number
WO2011026630A2
WO2011026630A2 PCT/EP2010/005408 EP2010005408W WO2011026630A2 WO 2011026630 A2 WO2011026630 A2 WO 2011026630A2 EP 2010005408 W EP2010005408 W EP 2010005408W WO 2011026630 A2 WO2011026630 A2 WO 2011026630A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
fluidized bed
bed reactor
oxygen
porous
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/005408
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011026630A3 (de
Inventor
Karl-Heinz Tetzlaff
Original Assignee
Karl-Heinz Tetzlaff
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU2012112833/05A priority Critical patent/RU2555889C2/ru
Priority to JP2012527238A priority patent/JP5827230B2/ja
Priority to US13/393,698 priority patent/US8932373B2/en
Priority to CN201080039419.8A priority patent/CN102625821B/zh
Priority to EP10757567A priority patent/EP2473581A2/de
Priority to CA2772981A priority patent/CA2772981A1/en
Application filed by Karl-Heinz Tetzlaff filed Critical Karl-Heinz Tetzlaff
Priority to BR112012004825A priority patent/BR112012004825A2/pt
Priority to SG2012015608A priority patent/SG178614A1/en
Priority to UAA201202486A priority patent/UA107359C2/ru
Publication of WO2011026630A2 publication Critical patent/WO2011026630A2/de
Publication of WO2011026630A3 publication Critical patent/WO2011026630A3/de
Priority to US14/504,934 priority patent/US9404651B2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/009—Membranes, e.g. feeding or removing reactants or products to or from the catalyst bed through a membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
    • B01J8/28—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations the one above the other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/503—Fuel charging devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/80—Other features with arrangements for preheating the blast or the water vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F23C10/20—Inlets for fluidisation air, e.g. grids; Bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00513—Controlling the temperature using inert heat absorbing solids in the bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00522—Controlling the temperature using inert heat absorbing solids outside the bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1269—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes
    • C10J2300/1276—Heating the gasifier by radiating device, e.g. radiant tubes by electricity, e.g. resistor heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2700/00—Special arrangements for combustion apparatus using fluent fuel
    • F23C2700/04—Combustion apparatus using gaseous fuel
    • F23C2700/043—Combustion apparatus using gaseous fuel for surface combustion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed reactor for
  • Heating the fluidized bed of the fluidized bed reactor wherein the heating device has at least one cavity.
  • the invention relates to a process for the gasification and / or pyrolysis of solid fuels, preferably biomass, in a fluidized bed reactor, preferably of the aforementioned type.
  • Biomass by steam reforming is endothermic. So thermal energy has to be coupled into the process. This can be done by partial combustion of the biomass.
  • a temperature level of about 800 ° C is not easy, because a high oxygen supply locally high temperatures are achieved, which lead to a melting of the ash components of the biomass. Therefore, the oxygen must either be diluted with water vapor or nitrogen or the biomass must be present as a small proportion in the inert bed material in the form of small coke particles, which quickly pass the heat to the bed material. That's why
  • Fluidized bed reactors mostly operated with air.
  • Fluidized bed reactors which are interconnected by a sand cycle.
  • the burner called the burner is operated with air.
  • the coke particles are burned and heated the circulating sand bed to about 950 ° C.
  • the temperature of the coke particles may be more than 1100 ° C under these oxidizing conditions. Therefore, this type of reactor is safe to operate only with wood.
  • the use of stalk biomass would lead to clumping of the sand due to its low ash melting point.
  • fluidized-bed reactors can also be operated autothermally by direct supply of pure oxygen.
  • the ash melting point of biomass is exceeded, even if the oxygen in half with
  • the invention has the object, the
  • Fluidized bed reactors to allow.
  • pure oxygen for the steam reforming of biomass with low ash melting point to be made usable.
  • the heater has a
  • Oxygen supply for supplying an oxygen-containing gas into the cavity of the heater and adjoins the cavity to a porous, gas-permeable portion of the heater In this way, a controlled oxidation by means of oxygen of an oxygen-containing gas is possible. This can be about air. However, technically pure oxygen is preferred. In addition, it can be achieved by the porous and gas-permeable section that the oxygen-containing gas comes into contact with a combustible gas and oxidizes as a result, without at the same time coke particles of the fluidized bed being able to react directly with the oxygen. The coke particles therefore become
  • the heater can be designed very differently. Due to the porous design it is made
  • Heating device may be provided.
  • the oxygen-containing gas is supplied to the cavity of the heating device and the oxygen-containing gas and / or a combustible gas flows through the porous, gas-permeable section of the heating device.
  • the combustible gas is oxidized at least partially with heat release by the oxygen-containing gas.
  • the heat of oxidation is then released to the fluidized bed of the fluidized bed reactor.
  • the tubes are preferably in
  • Fluidized bed reactor provided, wherein at least
  • the heating device has a plurality of concentrically arranged tubes. So there are several groups of provided at least two tubes, which are each provided concentrically with each other.
  • each group of tubes an inner tube and an outer tube, wherein at least the inner tube or the outer tube are porous and gas permeable.
  • an annular space between the inner tube and the outer tube is obtained, can be provided in the other internals.
  • the annular space can serve as a further flow channel for the appropriate flow of the gases involved.
  • the outer tube can also act as a shield against the high temperature in the annulus as needed, so that it can not come in the fluidized bed to exceed the ash melting point of the coke particles.
  • the combustible gas does not enter the annulus through the corresponding porous and gas-permeable outer tube from the fluidized bed, but is fed directly from the outside of the annular gap, can also be provided
  • the fuel gas supply for supplying combustible gas may be provided such that the fuel gas is supplied to the inner tube or the annulus between the outer tube and / or the inner tube. So it can be ensured that the combustible gas depending on the preferred
  • Process management of the heater can be supplied.
  • both the respective inner tube and the respective outer tube can be porous and gas-permeable.
  • gas-permeable heat shield This can serve, for example, the thermal shield against the coke particles in the fluidized bed.
  • the outer tube may be enclosed by at least one gas-impermeable jacket.
  • the jacket is then heated from the inside, so to speak, by the oxidation of the combustible gas and gives the
  • the jacket can itself be designed as a concentric tube.
  • the oxygen supply one Nozzle bottom for supplying oxygen-containing gas to
  • Cavity and at the same time for supplying fluidizing gas to the fluidized bed of the fluidized bed reactor include.
  • the fuel gas supply may also be integrated into the nozzle bottom to simultaneously supply the oxygen-containing gas and the combustible gas to the cavity of the heater and the fluidizing gas to the fluidized bed of the fluidized bed reactor.
  • the heating device is provided in a stationary fluidized bed and / or a circulating fluidized bed.
  • the heat transfer is particularly good and much better than outside the fluidized bed.
  • Fluidized bed may comprise an inert bed material. But this can also be dispensed with, so that, for example, the fluidized bed is formed from coke particles.
  • coke particles can heat via the heater well, for example for steam reforming, fed.
  • Heater preferably the at least one porous, gas-permeable tube, at least partially
  • Catalyst material is made, can be carried out a catalytic reaction of tars.
  • a tar-containing pyrolysis gas is preferably used as the combustible gas, which in a fluidized bed reactor upstream
  • Process step is formed in a pyrolysis reactor.
  • the combustible gas can then, preferably after a
  • the effectiveness of the heater can be increased without sacrificing the advantages described above, when the porous, gas-permeable section, in particular a porous, gas-permeable tube, is formed electrically heated.
  • the porous, gas-permeable section in particular a porous, gas-permeable tube
  • the porous, gas-permeable tube if necessary serve as a heating resistor.
  • the porous, gas-permeable portion, in particular the porous, gas-permeable tube is formed of a metallic, electrically conductive material.
  • the heating resistor is segmented over the height of the fluidized-bed reactor, so that the electrical heating power of the heating device in the corresponding segments can be set and / or controlled independently of one another. segmented
  • Heating devices may be particularly useful, even if the fluidized bed reactor is divided into different sections, such as through the use of perforated plates.
  • the perforated plates can then for example for
  • Voltage supply of the individual electrical segments of the heater are used.
  • the method is in a particularly preferred
  • Embodiment provided that the oxygen-containing gas through the porous, gas-permeable portion of the
  • Heating device in the direction of the fluidized bed of the
  • Fluidized bed reactor flows and in the porous, gas-permeable section and / or immediately adjacent to the
  • Fluidized bed side of the porous, gas-permeable section oxidize the combustible gas in the fluidized bed. In this way, a spatial separation of the
  • Oxidation and the coke particles are achieved, leaving a
  • the combustible gas of the fluidized bed of the fluidized bed reactor through the porous, gas-permeable portion of the heater in the direction of the cavity of the
  • Heating device of the oxygen-containing gas to be oxidized. Also in this case, the previously mentioned
  • oxygen-containing gas supplied to at least one inner porous and gas-permeable tube, wherein the oxygen-containing gas through the pore system of the inner tube in a
  • the combustible gas is ultimately oxidized in the annulus by the oxygen-containing gas, after which the at least partially oxidized gas exits the heater through the pore system of the outer tube.
  • At least partially oxidized gas preferably flows into the fluidized bed reactor in order to heat it.
  • the at least partially oxidized gas flows into the fluidized bed of the fluidized bed reactor where the heat of the at least partially oxidized gas also flows to the fluidized bed reactor
  • the at least partially oxidized gas flows through a porous, gas-permeable tube and / or a heat shield between the inner tube and the outer tube, preferably in the fluidized bed reactor, more preferably in the fluidized bed of the fluidized bed reactor. In this way, a better heat shield over the
  • oxygen-containing gas is supplied to at least one inner porous and gas-permeable tube, from where it passes through the
  • Pore system of the inner tube flows into an annular space between the inner tube and an outer tube.
  • the annular space is further combustible gas "fed by the there
  • oxygen-containing gas is oxidized.
  • the thus at least partially oxidized gas is withdrawn via an outlet from the fluidized bed reactor and not directly into the Fluidized bed of the fluidized bed reactor introduced.
  • a corresponding mixing can be prevented in this way.
  • the combustible gas is supplied to at least one inner porous and gas-permeable tube and flows through the pore system of the inner tube in an annular space between the inner tube and an outer tube to which the oxygen-containing gas is supplied.
  • the combustible gas is thus in the annulus of
  • the at least partially oxidized gas is then removed via a discharge from the
  • Fluidized bed reactor deducted.
  • a pyrolysis gas preferably tar-containing, from a pyrolysis reactor upstream of the fluidized-bed reactor is used as combustible gas.
  • Another method variant provides that
  • oxygen-containing gas is supplied to at least one inner porous and gas-permeable tube and then flows through the pore system of the inner tube into an annular space between the inner tube and an outer tube.
  • the combustible gas flows out of the fluidized bed of the
  • gas-permeable tube in the direction of the annular space between the inner and the outer tube.
  • the flammable Gas ultimately oxidized by the oxygen-containing gas and the at least partially oxidized reaction gas withdrawn via an outlet from the fluidized bed reactor.
  • the combustible gas and / or the oxygen-containing gas can in a simple constructive manner and for easy
  • Fluidized bed is supplied.
  • oxygen is understood here as an oxygen-containing gas, but preferably technically pure oxygen.
  • the fluidized bed can be inert
  • Bedding material such as sand
  • the invention can be applied to a classical stationary fluid bed with and without sand, a circulating fluidized bed or a cocaine cloud.
  • Heating device forming structure arranged
  • preferably has a large surface area and is at least partially gas-permeable.
  • Oxygen can be used to heat by oxidation or partial oxidation of a gas, the structure that gives off its heat by conduction, convection and thermal radiation to the fluidized bed.
  • a structure for industrial gasification may preferably consist essentially of a
  • the tubes can be arranged in large numbers in a fluidized bed of a fluidized bed reactor. Depending on the process, some pipes may be gas permeable and others gas tight. Gas-permeable are, for example, sintered tubes with connected pore space, tissue or tubes which are perforated. Advantageous process control can be achieved with tubes having a porous structure known from candle filters. Suitable are ceramic and metallic materials. In the tubes further tubes may be arranged, which also have a gas-permeable structure or may be formed gas-impermeable.
  • the heating of the structures, in particular the outer tubes of the structures can be done for example as follows.
  • the oxygen supplied to the structure, in particular the tubes flows via corresponding lines by applying a sufficient positive pressure difference the pressure in the reaction space of the fluidized-bed reactor is smaller than in the porous structure, from the inside to the outside through the gas-permeable outer tube wall in the direction of the reaction space of the fluidized-bed reactor.
  • Fluidized bed reactor So here is an autothermal gasification.
  • Oxidation preferably takes place on the inner wall in analogy to case (a).
  • the oxidized or partially oxidized gases, i. the reaction products are withdrawn from the tube for further use.
  • the further use may be, for example, to make the sensible heat available for the entire process. It can also be provided to bring the oxidized or partially oxidized gases to a higher pressure level and the
  • Feed reaction space of the fluidized bed reactor Feed reaction space of the fluidized bed reactor.
  • the structure is composed of several porous layers, preferably of several concentric porous tubes, one can use any combustible gas to heat the structure.
  • the structure then has at least two concentric, porous tubes.
  • the combustible gas can be introduced into the intermediate space of the porous layers of the structure, in particular into the annular space between the concentric tubes, or into the interior of the structure or the interior of the respective inner concentric tube.
  • the oxygen is then in the other room, the space, annulus or interior
  • gas-permeable tube is introduced and the gas in the annular gap, then the oxygen flows at a positive pressure difference in the annulus, where the gas is at least partially oxidized.
  • the inner tube is thereby hot and transfers the heat to the outer tube, which in turn gives off the heat to the fluidized bed of the fluidized bed reactor.
  • a tar-containing pyrolysis gas is selected as the gas, it is desirable for the inner tube to reach the highest possible temperature. In this case it is
  • Heat shield roughly in the form of a rolled
  • Heat shield can be designed so that the highest possible turbulence, so that the gas molecules get in contact with the hot pipe wall as often as possible. To assist tar destruction, it is advantageous to catalytically coat at least the inner tube.
  • nickel-based ones are suitable for this purpose.
  • Catalysts from Group VIII of the Periodic Table which can also destroy ammonia.
  • the doping of nickel-based catalysts with MgO, Zr0 2 or Zr0 2 - A1 2 0 3 is also advantageous.
  • the outer tube is gas-permeable, the partially oxidized pyrolysis gas, the tar content was largely catalytically and / or thermally reacted by applying a corresponding pressure difference in the
  • the largely tarry pyrolysis gas can also be used as synthesis gas from the
  • the outer tube may be gas tight.
  • Oxygen can also be outside the structure.
  • the at least partially oxidized gas then heats up the structure as it flows through it.
  • the structure then transfers the heat to the fluidized bed of the fluidized bed reactor.
  • the at least partially Oxidation of the gas can also be carried out entirely outside the fluidized-bed reactor or directly below the structure, in particular of the tubes.
  • the combination of combustible gas and oxygen can also take place within the structure, in particular within the tubes. Even in these cases, a gas-permeable tube may be advantageous because it can be achieved in the axial direction low temperature differences.
  • tarry pyrolysis gas is used as combustible gas, it is advantageous to use at least the
  • Structure in particular the at least one inner tube, to be provided with a catalyst.
  • the structure or the at least one tube can also be made of a catalytic material. The whole partially oxidized
  • Pyrolysis gas must then flow through at least one catalytically active structure, whereby the tar content of the pyrolysis gas can be reduced even more significantly than in case (c).
  • this tube can be provided with a catalyst. It is not mandatory to shift the catalytic process into the interior of the structure. This process can also be done in an apparatus outside the
  • a precursor for the production of pyrolysis gas is in
  • the combustible gas such as tarry pyrolysis gas, not or not completely as fluidizing gas for the
  • Fluidized bed reactor is used, but at least partially for the at least partial oxidation of the structure is supplied, may be part of the gas of the
  • Fluidized bed reactor circulated and used as fluidizing gas to provide sufficient fluidizing gas for the operation of the fluidized bed reactor.
  • a circulating fan may be required
  • Fluidized bed reactor returns to the input.
  • pyrolysis gas is to be used to heat the structure, it is advisable to dedust this gas in advance and, if appropriate, to liberate it from catalyst poisons, such as sulfur. Hot gas desulfurization is generally sufficient and known per se. Although dust from the pipes, as in filter cartridges usual, by a
  • the gas introduced is totally oxidized with technically pure oxygen, this may only be possible with a circulating fan.
  • the temperatures that occur can be limited and thus the structures can be protected from excessive temperatures.
  • the generation of synthesis gas is often followed by another process for processing this gas into gaseous or liquid substances, such as hydrogen, methane, methanol or fuels.
  • gaseous or liquid substances such as hydrogen, methane, methanol or fuels.
  • purification of these products are often flammable gases and vapors, which are useful for heating the structure in the fluidized bed reactor and as a combustible gas in the previously
  • Water vapor is for example as fluidizing gas for the one described here
  • Fluidized bed reactor for the homogeneous water vapor reaction (shift) or in the methanation well usable.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are suitable for pressure-loaded process control and also for a non-pressurized process. Reiner
  • Oxygen is used for larger pressure-charged systems
  • air may be more advantageous because the production of small amounts of pure oxygen is relatively costly.
  • the direct contact between the coke particles and the oxygen is avoided or at least significantly reduced.
  • the heat is transferred to the coke particles by radiation, convection and heat conduction. Because of the endothermic reaction of the coke reaction, the coke particles are preferably always colder than the structure, the surrounding gas or an adjacent one
  • the difference in temperature between coke particles and structure can be controlled by the size of the structure surface so that temperature differences between 20 ° C and 300 ° C can be set.
  • the Invention is therefore also for low-biomass
  • Ash melting point suitable This applies to a large number of high-yielding stalk-like biomasses.
  • Reforming process ⁇ can be operated allothermically despite the use of oxygen. That increases the
  • the invention also enables a thermally catalytic reduction of the
  • the fluidized bed reactor can be used for pyrolysis of solid
  • Fluidized bed reactor can also be used for the production of
  • Synthesis gas from solid fuels preferably from a pyrolysis gas of the aforementioned pyrolysis, be formed.
  • Steam reforming comprising a pyrolysis in a first reactor part (pyrolysis reactor) and a syngas production in a second reactor part (synthesis gas reactor) may be formed.
  • FIG. 1 shows a fluidized bed reactor with stationary
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the porous tube from FIG. 1
  • FIG. 3 shows a cross section of the porous tube from FIG. 1
  • 4 shows a fluidized-bed reactor with circulating fluidized bed, in which oxygen is introduced through tubes with a porous wall
  • FIG. 5 shows a fluidized-bed reactor with an outer layer
  • FIG. 6 shows a fluidized bed reactor with two concentrically arranged gas-permeable tubes
  • Fig. 7 is a longitudinal section of the gas-permeable pipes
  • Fig. 8 is a cross section of the gas-permeable tubes
  • Fig. 9 shows a cross section of the gas-permeable pipes
  • FIG. 10 shows a cascaded fluidized-bed reactor with two concentrically arranged tubes, wherein only the inner tube is permeable to gas
  • FIG. 11 is a longitudinal section of the tubes of FIG. 10,
  • Fig. 12 is a cross-section of the tubes of Figs. 10 and 11 and
  • FIG. 13 shows a fluidized-bed reactor in which the oxidation of a gas takes place on the inside of a porous tube.
  • Fig. 1 shows a fluidized bed reactor 9a with a
  • the fluidized bed 10 may contain sand.
  • Fluidized bed is fluidized by a fluidizing gas 13, for example water vapor and / or pyrolysis gas.
  • Biomass 14 is fed to the fluidized bed reactor via a conveying member.
  • the synthesis gas 15 generated in the fluidized bed reactor 9a passes the space above the fluidized bed 11 (freeboard) and leaves the fluidized bed reactor 9a at its head end.
  • a heating device 28 comprising a plurality of porous, a cavity 29 having tubes la, which oxygen 6 via a
  • Oxygen supply 30 in the form of lines 5 is supplied.
  • the oxygen 6 flows through a porous gas-permeable section 31 of the heating device 28, formed by the porous tubes 1a, in the direction of the fluidized bed 10.
  • Coke particles in the fluidized bed are mainly heated indirectly by heat conduction of sand and gas. Since the gasification of coke is endothermic, the coke particles are the coldest particles in the fluidized bed 10. Porosity and pore size of the tubes la are suitably chosen so that the pressure drop of the oxygen is significantly greater than the pressure difference at the top and bottom of the fluidized bed 10. Thus an approximately uniform heating is achieved. At the same time, the porosity and the pore size of the tubes 1a become so chosen that the coke particles can not penetrate into the pore system of the tubes la and there come into contact with the oxygen 6.
  • Fig. 4 shows a fluidized bed reactor 9b with circulating fluidized bed. In this type of reactor is the
  • the bed material of the fluidized bed 10 is continuously circulated via a cyclone 27 and operated with Siphongas 8 siphon in a conventional manner.
  • the porous tubes la can therefore fill almost the entire reaction space.
  • the nozzle bottom 12 consists of a double bottom formed by the plates 17 and 18. This raised floor is used to distribute the oxygen 6. The distribution of oxygen 6 could also be done in other ways.
  • the heat transfer to the tubes la in the first few centimeters at the nozzle bottom is not as high as in the middle part of the fluidized bed reactor 9b. Therefore, it is expedient not to heat the tube la in the lower region or to form it non-porous. This can be done by inserting or sheathing the tube la with a protective tube 4 in the form of a short gas-tight tube. Due to the double bottom, the fluidizing gas 13 is passed through a plurality of tube nozzles 20, which pass through the double bottom formed by the plates 17 and 18. As a backstop 21, a plate is provided. The fluidizing gas is supplied to the fluidized bed reactor 9a in addition to the tubes 1a.
  • Fig. 5 shows a fluidized bed reactor 9a with stationary fluidized bed 10, in which an arbitrary from the outside via a BrenngasZu Entry 32 supplied, combustible gas 7 is oxidized in an apparatus provided for this purpose 22 at least partially with oxygen 6.
  • the heated and partially oxidized gas flows through a double bottom, as in FIG. 4
  • This construction is particularly suitable for the oxidation or partial oxidation of tarry pyrolysis gases, which should preferably be dedusted prior to oxidation.
  • the elevated temperature of the partially oxidized pyrolysis gas can be used for the catalytic destruction of tars. This can be done by providing the tubes la with a catalyst or by arranging a catalytic reactor outside the fluidized bed reactor. In the case of severe overheating of the gas by partial oxidation or catalytic reactions, care should be taken, preferably by means of a multiplicity of pipes 1 a, to ensure that the temperature of the pipes 1 a does not become so high that the ashes in the fluidized bed 10
  • Fig. 6 shows a fluidized bed reactor 9a with stationary fluidized bed 10, in which a further porous tube 2a is arranged concentrically in the tubes la whose porosity is chosen so that coke particles do not penetrate into the pore system of the tubes, at least the tube can not penetrate.
  • the concentrically arranged tubes la, 2a form an annular space 33 and allow a greater overheating of the combustible gas 7, because the oxidation or partial oxidation with oxygen 6 takes place on the inner tube 2a, which emits the heat predominantly as radiation to the outer tube la.
  • the temperature increase can be strengthened if an additional gas-permeable tube 3 is arranged in the annular space.
  • the tube 3 may for example be formed from a rolled sheet, in which the openings may be punched so that metal flags remain as baffles on the plate.
  • At least the inner tube 2a should have a catalytically active layer or be made entirely of a catalytic material.
  • the protective tube 4 should preferably be made longer, so that at the inlet of the tube 3, the then still cold and thus tarry pyrolysis gas does not enter the fluidized bed reactor 9a.
  • the heat shield 3 can be formed in this case as a porous tube with catalytically active layer for tar destruction.
  • FIGS. 6 to 9 show that the oxidized or
  • Fig. 10 shows a cascaded fluidized bed reactor 9c with a stationary fluidized bed 10, which is an inert
  • Bedding material such as sand
  • These fluidized beds 23 consist only of coke clouds, which have risen from the fluidized bed 10.
  • a reaction space 11 Between the further fluidized bed 23 and the stationary fluidized bed 10 is a reaction space 11.
  • the structure is formed of a plurality of tubes 1b, each of which is an additional concentric
  • the inner tube 2a In the area of the sand-containing fluidized bed 10, the inner tube 2a consists of a porous tube 2a and in the region of the further fluidized beds 23 and
  • Reaction space 11 from a perforated pipe 2b or a pipe 2b with higher flow resistance the less
  • Oxygen 6 passes as the porous tube in the stationary fluidized bed 10. This is useful because the heat transfer in the stationary fluidized bed 10 is significantly higher than in the other fluidized beds 23 and the reaction chamber 11.
  • the tube lb is gas-impermeable.
  • the oxidized or partially oxidized gas 24 must therefore be discharged into the space 26 formed by the intermediate bottom 25. It is used from there for further use in the overall process.
  • Fig. 13 shows a fluidized bed reactor 9a with a
  • porous tubes la in the field of fluidized bed 10, which pass in the space above the fluidized bed in a gas-tight tube lb.
  • another porous tube 2a is concentrically arranged, which allows oxygen 6 to flow into the annulus. The oxygen 6 flows through the
  • the combustible gas 7 is in this case by applying a negative pressure of the fluidized bed 10 taken.
  • the oxidized or partially oxidized gas 24 passes into the overall process for further use.
  • the process can be classified as allothermic gasification process, because the
  • Syngas is not contaminated with the formed carbon dioxide.
  • Carbon monoxide is formed again and again in the fluidized bed because it is an equilibrium reaction.

Abstract

Dargestellt und beschrieben wird eine Vorrichtung zur Nutzung von Sauerstoff zur thermochemischen Vergasung von Biomasse in mindestens einem Wirbelschichtreaktor, wobei im Wirbelbett des Wirbelschichtreaktors eine Heizeinrichtung angeordnet ist und wobei der Wirbelschichtreaktor durch mindestens teilweise Oxidation eines brennbaren Gases mit Sauerstoff beheizbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Sauerstoff bei der Dampfreformierung von Biomasse
Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor zur
Vergasung und/oder Pyrolyse von festen Brennstoffen,
vorzugsweise Biomasse, mit einer Heizeinrichtung zum
Aufheizen der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors, wobei die Heizeinrichtung wenigstens einen Hohlraum aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung und/oder Pyrolyse von festen Brennstoffen, vorzugsweise Biomasse, in einem Wirbelschichtreaktor, vorzugsweise der vorgenannten Art .
Der erste Schritt zur Herstellung von Synthesegas aus
Biomasse mittels Dampfreformierung ist endotherm. Es muss also thermische Energie in den Prozess eingekoppelt werden. Das kann durch Teilverbrennung der Biomasse geschehen. Die Zufuhr von Sauerstoff in einen Reaktor bei einem
Temperaturniveau von etwa 800°C ist aber nicht einfach, weil durch ein hohes Sauerstoffangebot lokal so hohe Temperaturen erreicht werden, die zu einem Aufschmelzen der Ascheanteile der Biomasse führen. Deshalb muss der Sauerstoff entweder mit Wasserdampf oder Stickstoff verdünnt sein oder die Biomasse muss als kleiner Anteil im inerten Bettmaterial in Form von kleinen Kokspartikeln vorliegen, welche die Wärme schnell an das Bettmaterial weitergeben. Deshalb werden
Wirbelschichtreaktoren meistens mit Luft betrieben.
Die bekannteste industrielle Anlage dieser Art befindet sich in Güssing, Österreich (Siehe: Zweibett
Wirbelschichtvergasung in Güssiung mit 2 Wel/4,5; MWth; R.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Rauch, H. Hofbauer; Holzenergiesymposium 18th October 2002, ETH Zürich, Switzerland) Diese Anlage weist zwei
Wirbelschichtreaktoren auf, die durch einen Sandkreislauf miteinander verbunden sind. Der Brenner genannte Reaktor wird mit Luft betrieben. Hier werden die Kokspartikel verbrannt und das umlaufende Sandbett auf ca. 950°C aufgeheizt. Die Temperatur der Kokspartikel kann unter diesen oxidierenden Bedingungen mehr als 1100°C betragen. Deshalb ist dieser Reaktortyp nur mit Holz sicher zu betreiben. Die Verwendung von halmgutartiger Biomasse würde auf Grund ihres niedrigen Ascheschmelzpunktes zur Verklumpung des Sandes führen.
Für eine druckaufgeladene Vergasung, wie sie für die
Herstellung von Wasserstoff vorteilhaft wäre, ist dieser Reaktortyp weniger gut geeignet.
Im Prinzip kann man Wirbelschichtreaktoren auch autotherm durch direkte Zuführung von reinem Sauerstoff betreiben. In der Praxis wird dabei aber der Ascheschmelzpunkt von Biomasse überschritten, auch wenn der Sauerstoff zur Hälfte mit
Wasserdampf verdünnt wird. Der autotherme Betrieb erfordert dann eine besondere Ausgestaltung der Sauerstoffzufuhr, wie sie in DE 102 42 594 AI offenbart ist und einen speziellen Austrag für die aufgeschmolzene Asche. Diese Asche ist als Mineraldünger nicht verwertbar.
Mit reinem Sauerstoff ist also weder ein allothermer Betrieb wie beim Typ Güssing, noch ein autothermer Betrieb durch Eindüsen von reinem Sauerstoff möglich, ohne den
Ascheschmelzpunkt zu überschreiten. Bereits ein
Sauerstoffgehalt von 21% (Luft) ist problematisch. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
geschilderten Nachteile zu vermeiden und die Nutzung von Sauerstoff für die Vergasung von Biomasse in
Wirbelschichtreaktoren zu ermöglichen. Insbesondere soll reiner Sauerstoff für die Dampfreformierung von Biomasse mit niedrigem Ascheschmelzpunkt nutzbar gemacht werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 16 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 15 sowie 17 bis 25 betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß weist also die Heizeinrichtung eine
SauerstoffZuführung zum Zuführen von einem sauerstoffhaltigen Gas in den Hohlraum der Heizeinrichtung auf und grenzt der Hohlraum an einen porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung an. Auf diese Weise ist eine kontrollierte Oxidation mittels Sauerstoff eines sauerstoffhaltigen Gases möglich. Dabei kann es sich etwa um Luft handeln. Bevorzugt ist jedoch technisch reiner Sauerstoff. Zudem kann durch den porösen und gasdurchlässigen Abschnitt erreicht werden, dass das sauerstoffhaltige Gas mit einem brennbaren Gas in Kontakt kommt und infolge dessen oxidiert, ohne dass gleichzeitig auch Kokspartikel der Wirbelschicht direkt mit dem Sauerstoff reagieren könnten. Die Kokspartikel werden folglich
jedenfalls überwiegend von der Oxidationszone ferngehalten.
Die Heizeinrichtung kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Aufgrund der porösen Ausgestaltung ist es aus
Kostengründen jedoch besonders bevorzugt, wenn die
Heizeinrichtung wenigstens ein, insbesondere aber eine
Mehrzahl von Rohren umfasst. Im Folgenden wird der
Einfachheit halber häufig lediglich von Rohren als solchen gesprochen. Ohne dass dies wiederholt ausgeführt wird, kann alternativ zu den Rohren auch nur ein Rohr oder alternativ oder zusätzlich auch eine andere Ausgestaltung der
Heizeinrichtung vorgesehen sein.
Verfahrensmäßig ist dementsprechend vorgesehen, dass das sauerstoffhaltige Gas dem Hohlraum der Heizeinrichtung zugeführt wird und das sauerstoffhaltige Gas und/oder ein brennbares Gas durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung strömt. Das brennbare Gas wird wenigstens teilweise unter Wärmeabgabe durch das sauerstoffhaltige Gas oxidiert. Die Oxidationswärme wird dann an die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors abgegeben. Im Folgenden werden der Einfachheit halber weitere
vorrichtungsmäßige und verfahrensmäßige Weiterbildungen gemeinsam beschrieben, wobei der Fachmann jeweils die speziellen Vorrichtungsmerkmale und Verfahrensmerkmale der Weiterbildungen erkennen wird.
Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des
Wirbelschichtreaktors sind die Rohre vorzugsweise im
Wirbelschichtreaktor vorgesehen, wobei wenigstens
verschiedene Rohre als wenigstens teilweise poröse,
gasdurchlässige Rohre ausgebildet sind. Dies erlaubt eine geeignete Führung der beteiligten Gase. Es müssen also nicht zwingend alle Rohre und diese auch nicht durchgängig porös und gasdurchlässig sein. Bei einem besonders bevorzugten Wirbelschichtreaktor weist die Heizeinrichtung eine Mehrzahl konzentrisch zueinander angeordnete Rohre auf. Es sind also mehre Gruppen von wenigstens zwei Rohren vorgesehen, die jeweils untereinander konzentrisch vorgesehen sind. Hierbei kommt es
selbstverständlich nicht auf eine exakte konzentrische
Anordnung zueinander an. Es sind in jeder Gruppe von Rohren ein inneres Rohr und ein äußeres Rohr vorgesehen, wobei wenigstens das innere Rohr oder das äußere Rohr porös und gasdurchlässig ausgebildet sind. Auf diese Weise wird ein Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr erhalten, in dem weitere Einbauten vorgesehen sein können. Der Ringraum kann als weiterer Strömungskanal für die geeignete Stromführung der beteiligten Gase dienen.
Bei einer derartigen Anordnung der Rohre kann die
SauerstoffZuführung dazu ausgebildet sein, das
sauerstoffhaltige Gas dem inneren Rohr zuzuführen. Dann kann im Ringraum die Oxidation des brennbaren Gases unter
Abwesenheit von Kokspartikeln erfolgen, da diese nicht in den Ringraum eindringen können. Das äußere Rohr kann auch als Abschirmung gegenüber der im Ringraum bedarfsweise stark erhöhten Temperatur wirken, so dass es in der Wirbelschicht nicht zu einem Überschreiten des AscheSchmelzpunkts der Kokspartikel kommen kann.
Wenn das brennbare Gas nicht durch das entsprechend poröse und gasdurchlässige äußere Rohr aus der Wirbelschicht in den Ringraum eintritt, sondern direkt von außen dem Ringspalt zugeführt wird, kann auch vorgesehen sein, das
sauerstoffhaltige Gas dem Ringraum zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr zuzuführen. Der Sauerstoff kann dann weiter von dem äußeren Rohr ferngehalten werden, wodurch sich unerwünschte Reaktionen vermeiden oder wenigstens vermindern lassen. Die BrenngasZuführung zum Zuführen von brennbarem Gas kann derart vorgesehen sein, dass das Brenngas dem inneren Rohr oder dem Ringraum zwischen dem äußeren Rohr und/oder dem inneren Rohr zugeführt wird. So kann sichergestellt werden, dass das brennbare Gas je nach der bevorzugten
Verfahrensführung der Heizeinrichtung zugeführt werden kann.
Um etwa brennbares Gas aus der Wirbelschicht der
Heizeinrichtung zuführen zu können oder sauerstoffhaltiges oder oxidiertes Gas aus der Heizeinrichtung der Wirbelschicht zuführen zu können, kann sowohl das jeweils innere Rohr und das jeweils äußere Rohr porös und gasdurchlässig ausgebildet sein.
Im Ringraum kann bedarfsweise zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr wenigstens ein weiteres, vorzugsweise poröses und gasdurchlässiges, Rohr und/oder wenigstens ein. bedarfsweise gasdurchlässiges Wärmeschutzschild vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise der Wärmeabschirmung gegenüber den Kokspartikeln in der Wirbelschicht dienen.
Wenn eine Vermischung von Gas der Heizeinrichtung mit dem Gas der Wirbelschicht vermieden werden soll, kann das äußere Rohr von wenigstens einem gasundurchlässigen Mantel umschlossen sein. Der Mantel wird dann sozusagen von innen durch die Oxidation des brennbaren Gases geheizt und gibt die
entsprechende Wärme an das Wirbelbett ab. Der Mantel kann dabei selbst als konzentrisches Rohr ausgebildet sein.
Bei einem konstruktiv einfach ausgebildeten
Wirbelschichtreaktor kann die SauerstoffZuführung einen Düsenboden zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas zum
Hohlraum und gleichzeitig zum Zuführen von Wirbelgas zur Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors umfassen. Die BrenngasZuführung kann gleichfalls in den Düsenboden integriert sein, um gleichzeitig das sauerstoffhaltige Gas und das brennbare Gas dem Hohlraum der Heizeinrichtung und das Wirbelgas der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors zuzuführen .
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung in einer stationären Wirbelschicht und/oder einer zirkulierenden Wirbelschicht vorgesehen. Dort ist der Wärmeübergang besonders gut und deutlich besser als außerhalb der Wirbelschicht. Die
Wirbelschicht kann ein inertes Bettmaterial aufweisen. Darauf kann aber auch verzichtet werden, so dass beispielsweise die Wirbelschicht aus Kokspartikeln gebildet wird. Man spricht dann von einer Kokswolke. Den Kokspartikeln kann über die Heizeinrichtung gut Wärme, etwa zur Dampfreformierung, zugeführt werden.
Wenn der poröse, gasdurchlässige Abschnitt der
Heizeinrichtung, vorzugsweise das wenigstens eine poröse, gasdurchlässige Rohr, wenigstens bereichsweise ein
Katalysatormaterial aufweist und/oder aus einem
Katalysatormaterial gefertigt ist, kann eine katalytische Umsetzung von Teeren erfolgen. Dazu wird dann vorzugsweise als brennbares Gas ein teerhaltiges Pyrolysegas verwendet, das in einem dem Wirbelschichtreaktor vorgeschalteten
Verfahrensschritt in einem Pyrolysereaktor gebildet wird. Das brennbare Gas kann dann, vorzugsweise nach einer
Teiloxidation desselben, durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt strömen und dabei mit dem Katalysator in Kontakt kommen .
Die Effektivität der Heizeinrichtung kann ohne Verzicht auf die zuvor beschriebenen Vorteile gesteigert werden, wenn der poröse, gasdurchlässige Abschnitt, insbesondere ein poröses, gasdurchlässiges Rohr, elektrisch beheizbar ausgebildet ist. Dabei kann der poröse, gasdurchlässige Abschnitt,
insbesondere das poröse, gasdurchlässige Rohr, bedarfsweise als Heizwiderstand dienen. Dabei ist es bevorzugt wenn, der poröse, gasdurchlässige Abschnitt, insbesondere das poröse, gasdurchlässige Rohr aus einem metallischen, elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Es muss jedoch nicht jeder poröse, gasdurchlässige Abschnitt oder jedes poröse, gasdurchlässige Rohr elektrisch beheizbar sein. Insbesondere bei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, kann es ausreichend sein, wenn ein inneres und/oder ein äußeres Rohr elektrisch beheizbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Heizwiderstand über die Höhe des Wirbelschichtreaktors segmentiert ist, so dass die elektrische Heizleistung der Heizeinrichtung in den entsprechenden Segmenten unabhängig voneinander eingestellt und/oder gesteuert werden kann. Segmentierte
Heizeinrichtungen können insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn auch der Wirbelschichtreaktor in verschiedene Abschnitte unterteilt ist, etwa durch die Verwendung von Lochblechen. Die Lochbleche können dann beispielsweise zur
Spannungsversorgung der einzelnen elektrischen Segmente der Heizeinrichtung dienen. Verfahrensmäßig ist bei einem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das sauerstoffhaltige Gas durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der
Heizeinrichtung in Richtung der Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors strömt und im porösen, gasdurchlässigen Abschnitt und/oder unmittelbar angrenzend zu der der
Wirbelschicht zugewandten Seite des porösen, gasdurchlässigen Abschnitts das brennbare Gas in der Wirbelschicht oxidier . Auf diese Weise wird eine räumliche Trennung von der
Oxidation und den Kokspartikeln erreicht, so dass ein
Überschreiten der Ascheschmelztemperatur vermieden werden kann. Außerdem wird gezielt der poröse, gasdurchlässige Abschnitt der Heizeinrichtung durch die Oxidation aufgeheizt, der sodann die entsprechende Wärme, beispielsweise über Wärmestrahlung an die Wirbelschicht, insbesondere die
Kokspartike1 , abgibt .
Alternativ kann das brennbare Gas der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung in Richtung des Hohlraums der
Heizeinrichtung strömen und im porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung und/oder im Hohlraum der
Heizeinrichtung von dem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert werden. Auch in diesem Fall werden die zuvor genannten
Vorteile erzielt.
Bei einer weiteren Verfahrensalternative wird das
sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt, wobei das sauerstoffhaltige Gas durch das Porensystem des inneren Rohres in einem
Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem porösen, gasdurchlässigen äußeren Rohr strömt, und wobei dem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr das brennbare Gas zugeführt wird. Das brennbare Gas wird letztlich im Ringraum vom sauerstoffhaltigen Gas oxidiert, wonach das wenigstens teilweise oxidierte Gas durch das Porensystem des äußeren Rohres aus der Heizeinrichtung austritt. Das
wenigstens teilweise oxidierte Gas strömt dabei vorzugsweise in den Wirbelschichtreaktor, um diesen aufzuheizen.
Insbesondere strömt das wenigstens teilweise oxidierte Gas in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors, wo die Wärme des wenigstens teilweise oxidierten Gases auch auf die
Kokspartikel übergeht.
Es kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das wenigstens teilweise oxidierte Gas durch ein poröses, gasdurchlässiges Rohr und/oder einen Wärmeschutzschild zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, vorzugsweise in den Wirbelschichtreaktor, weiter vorzugsweise in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors, strömt. Auf diese Weise wird eine bessere Wärmeabschirmung gegenüber den
Kokspartikeln erreicht. Eine übermäßige Temperaturerhöhung, die zum Aufschmelzen der in den Kokspartikeln enthaltenen Asche führt, kann so vermieden werden.
Bei einer bevorzugten Verfahrensalternative wird das
sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt, von wo es durch das
Porensystem des inneren Rohres in einen Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr strömt . Dem Ringraum wird ferner" brennbares Gas zugeführt, das dort vom
sauerstoffhaltigen Gas oxidiert wird. Das somit wenigstens teilweise oxidierte Gas wird über eine Abführung aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen und nicht direkt in die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors eingebracht. Eine entsprechende Vermischung kann auf diese Weise verhindert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das brennbare Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird und durch das Porensystem des inneren Rohres in einem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr strömt, dem das sauerstoffhaltige Gas zugeführt wird. Das brennbare Gas wird somit im Ringraum vom
sauerstoffhaltigen Gas oxidiert. Das wenigstens teilweise oxidierte Gas wird sodann über eine Abführung aus dem
Wirbelschichtreaktor abgezogen. Bei wenigstens einzelnen Verfahrensalternativen kann es bevorzugt sein, wenn als brennbares Gas ein, vorzugsweise teerhaltiges, Pyrolysegas aus einem dem Wirbelschichtreaktor vorgeschalteten Pyrolysereaktor verwendet wird. Ein
derartiges Gas kann folglich vorhanden sein und leicht genutzt werden. Außerdem kann die Verwendung des
Pyrolysegases zu einer Entfrachtung von in diesem enthaltenen Teeren führen.
Eine weitere VerfahrensVariante sieht vor, dass das
sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird und anschließend durch das Porensystem des inneren Rohres in einen Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr strömt . Das brennbare Gas dagegen strömt aus der Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors durch ein äußeres, poröses,
gasdurchlässiges Rohr in Richtung des Ringraums zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr. Im Ringraum wird das brennbare Gas durch das sauerstoffhaltige Gas letztlich oxidiert und das wenigstens teilweise oxidierte Reaktionsgas über eine Abführung aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen. Das brennbare Gas und/oder das sauerstoffhaltige Gas können in einfacher konstruktiver Weise und zur einfachen
Verfahrensführung über einen Düsenboden des
Wirbelschichtreaktors zugeführt werden, wobei das Wirbelgas des Wirbelschichtreaktors durch den Düsenboden der
Wirbelschicht zugeführt wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird der direkte Kontakt von Sauerstoff mit den aus Biomasse gebildeten Kokspartikeln weitgehend vermieden. Erfindungsgemäß ist sowohl ein allothermer als auch ein autothermer Betrieb möglich.
Unter Sauerstoff wird hier ein sauerstoffhaltiges Gas verstanden, vorzugsweise jedoch technisch reiner Sauerstoff.
Als Wirbelschicht wird hier jegliche Ausbildung von
Reaktionszonen mit schwebenden Kokspartikeln verstanden, die sich aus Biomasse bilden. Das Wirbelbett kann inertes
Bettmaterial, wie Sand, enthalten. Die Erfindung lässt sich auf eine klassische stationäre Wirbelschicht mit und ohne Sand, eine zirkulierende Wirbelschicht oder eine Kokswolke anwenden.
Unter einer Kokswolke versteht man in diesem Zusammenhang eine Anordnung von sehr vielen in einer Gasströmung
verteilten Kokspartikeln, deren Partikelgröße so klein ist, dass die Kokspartikel vom Prozessgas, etwa in Form des ssegases, wenigstens in der Schwebe gehalten, insbesondere durch das Gas weitertransportiert werden. Im Wirbelbett des Wirbelschichtreaktors ist eine die
Heizeinrichtung bildende Struktur angeordnet, die
vorzugsweise eine große Oberfläche aufweist und wenigstens partiell gasdurchlässig ist.
Sauerstoff kann genutzt werden, um durch Oxidation oder Teiloxidation eines Gases die Struktur aufzuheizen, die ihre Wärme durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung an die Wirbelschicht abgibt. Eine Struktur für die industrielle Vergasung kann vorzugsweise im Wesentlichen aus einer
Mehrzahl und/oder Vielzahl von Rohren gebildet werden. Die Rohre können in großer Zahl in einer Wirbelschicht eines Wirbelschichtreaktors angeordnet sein. Je nach Prozessführung können einige Rohre gasdurchlässig und andere gasdicht sein. Gasdurchlässig sind beispielsweise gesinterte Rohre mit verbundenem Porenraum, Gewebe oder Rohre, die perforiert sind. Eine vorteilhafte Prozessführung kann mit Rohren erzielt werden, die eine poröse Struktur aufweisen, wie man sie von Kerzenfiltern kennt. Geeignet sind keramische und metallische Werkstoffe. In den Rohren können weitere Rohre angeordnet sein, die ebenfalls eine gasdurchlässige Struktur aufweisen oder gasundurchlässig ausgebildet sein können.
Die Aufheizung der Strukturen, insbesondere der äußeren Rohre der Strukturen kann beispielsweise folgendermaßen erfolgen. (a) Der der Struktur, insbesondere den Rohren, zugeführte Sauerstoff strömt über entsprechende Leitungen durch Anlegen einer ausreichenden positiven Druckdifferenz, bei der der Druck im Reaktionsraum des Wirbelschichtreaktors kleiner ist als in der porösen Struktur, von innen nach außen durch die gasdurchlässige äußere Rohrwand hindurch in Richtung des Reaktionsraums des Wirbelschichtreaktors. Dabei wird das im Wirbelschichtreaktor enthaltene Gas in den Poren der äußeren Schicht der Struktur oder
unmittelbar angrenzend zur Struktur oxidiert . Diese Oxidation führt dazu, dass sich die Struktur aufheizt. Bei einer Struktur mit sehr kleinen Poren oder feiner Perforation wird die Oxidation unmittelbar in Wandnähe erfolgen, wobei der überwiegende Teil der Energie der Aufheizung des Rohres dient. Die oxidierten oder
teiloxidierten Gase verbleiben damit im
Wirbelschichtreaktor. Es liegt hier also eine autotherme Vergasung vor.
(b) Durch Anlegen einer negativen Druckdifferenz, bei der der Druck im Reaktionsraum des Wirbelschichtreaktors größer ist als in der porösen Struktur, strömt das Gas des Wirbelschichtreaktors in Richtung des Innenraums der Struktur. In den Poren der Wandung oder in der Struktur reagiert das Gas mit dem der Struktur zugeführten
Sauerstoff, und zwar je nach Druckdifferenz. Die
Oxidation erfolgt bevorzugt an der Innenwand analog zum Fall (a) . Die oxidierten oder teiloxidierten Gase, d.h. die Reaktionsprodukte, werden dabei aus dem Rohr zur weiteren Verwendung abgezogen. Die weitere Verwendung kann beispielsweise darin bestehen, die fühlbare Wärme für den Gesamtprozess nutzbar zu machen. Es kann auch vorgesehen sein, die oxidierten oder teiloxidierten Gase auf ein höheres Druckniveau zu bringen und dem
Reaktionsraum des Wirbelschichtreaktors zuzuführen. Insbesondere wenn die Struktur aus mehreren porösen Lagen aufgebaut ist, und zwar vorzugsweise aus mehreren konzentrischen porösen Rohren, kann man zur Aufheizung der Struktur ein beliebiges brennbares Gas verwenden. Vorzugsweise weist die Struktur dann wenigstens zwei konzentrische, poröse Rohre auf. Das brennbare Gas kann in den Zwischenraum der porösen Lagen der Struktur, insbesondere in den Ringraum zwischen den konzentrischen Rohren, oder in das Innere der Struktur bzw. das Innere des jeweils inneren konzentrischen Rohres eingebracht werden. Der Sauerstoff wird dann in den jeweils anderen Raum, den Zwischenraum, Ringraum oder Innenraum
eingebracht, so dass das brennbare Gas und der Sauerstoff zunächst durch wenigstens eine Lage oder Wandung
voneinander getrennt sind.
Wenn der Sauerstoff beispielsweise in das innere
gasdurchlässige Rohr eingeführt wird und das Gas in den Ringspalt, dann strömt der Sauerstoff bei einer positiven Druckdifferenz in den Ringraum, wo das Gas mindestens teilweise oxidiert wird. Das Innenrohr wird dadurch heiß und überträgt die Wärme an das äußere Rohr, das wiederum die Wärme an die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors abgibt. Wählt man als Gas ein teerhaltiges Pyrolysegas, ist es wünschenswert, dass das Innenrohr eine möglichst hohe Temperatur erreicht. In diesem Falle ist es
vorteilhaft, im Ringraum ein zusätzliches
Wärmeschutzschild, etwa in Form eines gerollten
perforierten Blechs, anzuordnen, so dass im
entsprechenden Zwischenraum eine hohe Temperatur erreicht werden kann, ohne dass die Temperatur im Reaktionsraum so stark ansteigt, dass sich Ascheschmelzen bilden können. Das Wärmeschutzschild wird deshalb zwischen der
Reaktionszone und dem äußersten konzentrischen, porösen Rohr vorgesehen. Das Blech zur Bildung des
Wärmeschutzschilds kann so gestaltet sein, dass eine möglichst hohe Turbulenz entsteht, damit die Gasmoleküle möglichst oft Kontakt mit der heißen Rohrwand bekommen. Zur Unterstützung der Teerzerstörung ist es vorteilhaft, mindestens das Innenrohr katalytisch zu beschichten.
Geeignet sind dafür beispielsweise nickelbasierte
Katalysatoren aus der Gruppe VIII des Periodensystems, die auch Ammoniak zerstören können. Auch die Dotierung nickelbasierter Katalysatoren mit MgO, Zr02 oder Zr02- A1203 ist vorteilhaft. Durch die katalytische
Teerzerstörung von Pyrolysegas bei erhöhten Temperaturen erhält man ein weitgehend teerfreies Synthesegas.
Falls das äußere Rohr gasdurchlässig ist, kann das teiloxidierte Pyrolysegas, dessen Teergehalt weitgehend katalytisch und/oder thermisch umgesetzt wurde, durch Anlegen einer entsprechenden Druckdifferenz in den
Wirbelschichtreaktor strömen. Das weitgehend teerfreie Pyrolysegas kann aber auch als Synthesegas aus dem
Ringraum zur weiteren Verwendung abgezogen werden. In diesem Fall kann das äußere Rohr gasdicht sein.
Die mindestens teilweise Oxidation des Gases mit
Sauerstoff kann auch außerhalb der Struktur erfolgen. Im einfachsten Fall heizt das wenigstens teilweise oxidierte Gas dann die Struktur beim Durchströmen derselben auf. Die Struktur gibt die Wärme dann an die Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors ab. Die mindestens teilweise Oxidation des Gases kann auch gänzlich außerhalb des Wirbelschichtreaktors erfolgen oder unmittelbar unterhalb der Struktur, insbesondere der Rohre. Die Zusammenführung von brennbarem Gas und Sauerstoff kann auch innerhalb der Struktur, insbesondere innerhalb der Rohre, erfolgen. Auch in diesen Fällen kann ein gasdurchlässiges Rohr vorteilhaft sein, weil damit in axialer Richtung geringe Temperaturdifferenzen erreicht werden können.
Falls als brennbares Gas teerhaltiges Pyrolysegas verwendet wird, ist es vorteilhaft, mindestens die
Struktur, insbesondere das wenigstens eine Innenrohr, mit einem Katalysator zu versehen. Die Struktur oder das wenigstens eine Rohr können auch aus einem katalytischen Material gefertigt sein. Das gesamte teiloxidierte
Pyrolysegas muss dann durch mindestens eine katalytisch aktive Struktur strömen, wodurch der Teergehalt des Pyrolysegases sogar noch deutlicher reduziert werden kann als im Fall (c) .
Falls das brennbare Gas durch Anlegen einer
entsprechenden Druckdifferenz durch das gasdurchlässige Rohr in den Wirbelschichtreaktor strömt, um dort oxidiert zu werden, kann auch dieses Rohr mit einem Katalysator versehen sein. Es ist nicht zwingend, den katalytischen Prozess in das Innere der Struktur zu verlagern. Dieser Prozess kann auch in einem Apparat außerhalb des
Wirbelschichtreaktors erfolgen.
Eine Vorstufe zur Erzeugung von Pyrolysegas ist in
DE 198 07 988 AI beschrieben. Auch die Patentanmeldungen DE 10 2008 014 799 AI und DE 10 2008 032 166 AI nutzen
Vorstufen, in denen teerhaltiges Pyrolysegas erzeugt wird.
Wenn das brennbare Gas, etwa teerhaltiges Pyrolysegas, nicht oder nicht vollständig als Wirbelgas für den
Wirbelschichtreaktor verwendet wird, sondern wenigstens teilweise zur wenigstens teilweisen Oxidation der Struktur zugeführt wird, kann ein Teil des Gases des
Wirbelschichtreaktors im Kreis geführt und als Wirbelgas genutzt werden, um genügend Wirbelgas für den Betrieb des Wirbelschichtreaktors bereitzustellen. In diesem Fall ist möglicherweise ein Umlaufgebläse erforderlich, das
Synthesegas oder Pyrolysegas vom Ausgang des
Wirbelschichtreaktors an den Eingang zurückführt.
Soll Pyrolysegas zum Aufheizen der Struktur verwendet werden, so empfiehlt es sich, dieses Gas vorher zu entstauben und gegebenenfalls von Katalysatorgiften, wie Schwefel, zu befreien. Eine Heißgasentschwefelung ist im Allgemeinen ausreichend und an sich bekannt. Zwar lässt sich Staub von den Rohren, wie bei Filterkerzen üblich, durch einen
Druckstoß ablösen. Allerdings können Schwefelverbindungen zur Bildung niedrigschmelzender Aschen führen, die sich in den Rohren ablagern.
Soll das eingeführte Gas mit technisch reinem Sauerstoff total oxidiert werden, so geht das möglicherweise nur mit einem Umlaufgebläse . Durch die Rückführung des teiloxidierten Gases können die auftretenden Temperaturen begrenzt und so die Strukturen vor zu hohen Temperaturen geschützt werden. Der Erzeugung von Synthesegas folgt häufig ein weiterer Prozess zur Verarbeitung dieses Gases zu gasförmigen oder flüssigen Stoffen, wie beispielsweise Wasserstoff, Methan, Methanol oder Treibstoffen. Bei der Umsetzung und Reinigung dieser Produkte fallen häufig brennbare Gase und Dämpfe an, die für die Aufheizung der Struktur im Wirbelschichtreaktor verwendbar sind und als brennbares Gas in der zuvor
beschriebenen Weise eingesetzt werden können. Das können auch Fraktionen mit hohem Wasserstoffanteil sein, aus denen durch Totaloxidation Wasserdampf entsteht, der für den
Gesamtprozess sehr nützlich sein kann. Wasserdampf ist beispielsweise als Wirbelgas für den hier beschriebenen
Wirbelschichtreaktor, für die homogene Wasserdampfreaktion (Shift) oder bei der Methanisierung gut verwendbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren sind für eine druckaufgeladene Prozessführung und ebenso für einen drucklosen Prozess geeignet. Reiner
Sauerstoff wird für größere druckaufgeladene Anlagen
bevorzugt eingesetzt, bei kleinen drucklosen Anlagen kann Luft vorteilhafter sein, da die Erzeugung von geringen Mengen reinen Sauerstoffs verhältnismäßig Kostenintensiv ist.
Beim dem beschriebenen Verfahren wird der direkte Kontakt zwischen den Kokspartikeln und dem Sauerstoff vermieden oder wenigstens deutlich reduziert. Die Wärme wird vielmehr durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung an die Kokspartikel übertragen. Wegen der endothermen Reaktion der Koksumsetzung sind die Kokspartikel vorzugsweise stets kälter als die Struktur, das umgebende Gas oder ein benachbartes
Sandpartikel, soweit vorhanden. Die Temperaturdifferenz zischen Kokspartikeln und Struktur lässt sich durch die Größe der Strukturoberfläche steuern, so dass Temperaturdifferenzen zwischen 20°C und 300°C eingestellt werden können. Die Erfindung ist daher auch für Biomassen mit niedrigem
Ascheschmelzpunkt geeignet. Das trifft auf eine Vielzahl von ertragreichen halmgutartigen Biomassen zu. Der
Reformierungsprozess■ kann trotz Nutzung von Sauerstoff allotherm gefahren werden kann. Das erhöht die
Produktqualität des Synthesegases. Die Erfindung ermöglicht auch eine thermisch katalytische Reduzierung des
Teergehaltes . Der Wirbelschichtreaktor kann zur Pyrolyse von festen
Brennstoffen, wie Biomasse ausgebildet, sein. Der
Wirbelschichtreaktor kann auch zur Herstellung von
Synthesegas aus festen Brennstoffen, vorzugsweise aus einem Pyrolysegas der vorgenannten Pyrolyse, ausgebildet sein.
Bedarfsweise kann der Wirbelschichtreaktor zur
Dampfreformierung umfassend eine Pyrolyse in einem ersten Reaktorteil (Pyrolysereaktor) und eine Synthesegasherstellung in einem zweiten Reaktorteil (Synthesegasreaktor) ausgebildet sein.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einer lediglich
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Wirbelschichtreaktor mit stationärer
Wirbelschicht, bei dem Sauerstoff durch Rohre mit poröser Wand eingeleitet wird,
Fig. 2 einen Längsschnitt des porösen Rohres aus Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt des porösen Rohres aus Fig. 1, Fig. 4 einen Wirbelschichtreaktor mit zirkulierender Wirbelschicht, bei dem Sauerstoff durch Rohre mit poröser Wand eingeleitet wird, Fig. 5 einen Wirbelschichtreaktor mit außen liegender
Oxidation,
Fig. 6 einen Wirbelschichtreaktor mit zwei konzentrisch angeordneten gasdurchlässigen Rohren,
Fig. 7 einen Längsschnitt der gasdurchlässigen Rohre aus
Fig. 6,
Fig. 8 einen Querschnitt der gasdurchlässigen Rohre aus
Fig. 6,
Fig. 9 einen Querschnitt der gasdurchlässigen Rohre aus
Fig. 6 mit Wärmeschutzschild, Fig. 10 einen kaskadierten Wirbelschichtreaktor mit zwei konzentrisch angeordneten Rohren, wobei nur das Innenrohr gasdurchlässig ist,
Fig. 11 einen Längsschnitt der Rohre aus Fig. 10,
Fig. 12 einen Querschnitt der Rohre aus Fig. 10 und 11 und
Fig. 13 einen Wirbelschichtreaktor, bei dem die Oxidation eines Gases auf der Innenseite eines porösen Rohres geschieht . Fig. 1 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 9a mit einer
stationären Wirbelschicht 10 zwischen einem Düsenboden 12 und einem oberen Ende 16. Um die Zerkleinerung der Biomasse zu unterstützen, kann das Wirbelbett Sand enthalten. Die
Wirbelschicht wird durch ein Wirbelgas 13, beispielsweise Wasserdampf und/oder Pyrolysegas, fluidisiert. Biomasse 14 wird dem Wirbelschichtreaktor über ein Förderorgan zugeführt. Das im Wirbelschichtreaktor 9a erzeugt Synthesegas 15 passiert den Raum über der Wirbelschicht 11 (Freeboard) und verlässt den Wirbelschichtreaktor 9a an seinem Kopfende. In der Wirbelschicht befindet sich eine Heizeinrichtung 28 umfassend eine Vielzahl von porösen, einen Hohlraum 29 aufweisenden Rohren la, denen Sauerstoff 6 über eine
SauerstoffZuführung 30 in Form von Leitungen 5 zugeführt wird. Der Sauerstoff 6 strömt durch einen durch die porösen Rohre la gebildeten, porösen, gasdurchlässigen Abschnitt 31 der Heizeinrichtung 28 in Richtung Wirbelschicht 10.
In die äußere Schicht der porösen Rohre la dringt das brennbare Gas aus der Wirbelschicht 10 durch Diffusion und
Konvektion ein und wird dort durch den Sauerstoff 6 oxidiert. Dadurch wird das Rohr la aufgeheizt und gibt seine Wärme durch Wärmeübertragung an die Wirbelschicht 10 ab. Die
Kokspartikel im Wirbelbett werden überwiegend indirekt durch Wärmeleitüng von Sand und Gas aufgeheizt. Da die Vergasung von Koks endotherm ist, sind die Kokspartikel die kältesten Partikel im Wirbelbett 10. Porosität und Porengröße der Rohre la werden zweckmäßigerweise so gewählt, dass der Druckverlust des Sauerstoffs deutlich größer ist als die Druckdifferenz am oberen und unteren Ende der Wirbelschicht 10. Damit wird eine annähernd gleichmäßige Beheizung erreicht . Gleichzeitig werden die Porosität und die Porengröße der Rohre la so gewählt, dass die Kokspartikel nicht in das Porensystem der Rohre la eindringen und dort mit dem Sauerstoff 6 in Kontakt kommen können. Fig. 4 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 9b mit zirkulierender Wirbelschicht. In diesem Reaktortyp ist die
Gasgeschwindigkeit so hoch, dass sich keine stationäre
Wirbelschicht einstellt. Das Bettmaterial der Wirbelschicht 10 wird über einen Zyklon 27 und einen mit Siphongas 8 betriebenen Siphon in an sich bekannter Weise ständig umgewälzt. Die porösen Rohre la können daher fast den gesamten Reaktionsraum ausfüllen. Der Düsenboden 12 besteht aus einem durch die Platten 17 und 18 gebildeten Doppelboden. Dieser Doppelboden wird zur Verteilung des Sauerstoffs 6 genutzt. Die Verteilung des Sauerstoffs 6 könnte auch auf anderem Wege erfolgen.
Erfahrungsgemäß ist die Wärmeübertragung an den Rohren la in den ersten Zentimetern am Düsenboden nicht so hoch wie im Mittelteil des Wirbelschichtreaktors 9b. Deshalb ist es zweckmäßig, das Rohr la im unteren Bereich nicht zu beheizen oder dort nicht porös auszubilden. Das kann durch Einstecken oder Ummanteln des Rohres la mit einem Schutzrohr 4 in Form eines kurzen gasdichten Rohres geschehen. Bedingt durch den Doppelboden wird das Wirbelgas 13 durch eine Vielzahl von Rohrdüsen 20 geleitet, die durch den von den Platten 17 und 18 gebildeten Doppelboden hindurchgehen. Als Rücklaufsperre 21 ist eine Platte vorgesehen. Das Wirbelgas wird neben den Rohren la dem Wirbelschichtreaktor 9a zugeführt .
Fig. 5 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 9a mit stationärer Wirbelschicht 10, bei der ein beliebiges von außen über eine BrenngasZuführung 32 zugeführtes, brennbares Gas 7 in einer hierfür vorgesehenen Apparatur 22 zumindest teilweise mit Sauerstoff 6 oxidiert wird. Das erhitzte und teiloxidierte Gas strömt durch einen Doppelboden, wie in Fig. 4
beschrieben, durch eine Vielzahl von porösen Rohren la in die Wirbelschicht 10. Wenn die Anzahl der Rohre la groß ist, wird die Wärme überwiegend durch Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion auf die Wirbelschicht übertragen. Bei geringer Anzahl der Rohre la wird die Wärme durch das teiloxidierte Gas selbst übertragen. In beiden Fällen kommen die
Kokspartikel nicht mit Sauerstoff in Berührung.
Diese Konstruktion ist besonders für die Oxidation oder Teiloxidation teerhaltiger Pyrolysegase geeignet, welche vorzugsweise vor der Oxidation entstaubt sein sollten. Die erhöhte Temperatur des teiloxidierten Pyrolysegases kann man zur katalytischen Zerstörung von Teeren nutzen. Das kann geschehen, indem man die Rohre la mit einem Katalysator versieht oder einen katalytischen Reaktor außerhalb des Wirbelschichtreaktors anordnet. Bei starker Überhitzung des Gases durch Teiloxidation oder katalytischen Reaktionen sollte, vorzugsweise durch eine Vielzahl von Rohren la, dafür gesorgt werden, dass die Temperatur der Rohre la nicht so groß wird, dass die Asche in der Wirbelschicht 10
aufschmilzt.
Fig. 6 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 9a mit stationärer Wirbelschicht 10, bei dem in den Rohren la ein weiteres poröses Rohr 2a konzentrisch angeordnet ist, dessen Porosität so gewählt ist, dass Kokspartikel nicht in das Porensystem der Rohre eindringen, jedenfalls das Rohr nicht durchdringen können. Die konzentrisch angeordneten Rohre la,2a bilden einen Ringraum 33 und ermöglichen eine stärkere Überhitzung des brennbaren Gases 7, weil die Oxidation oder Teiloxidation mit Sauerstoff 6 am Innenrohr 2a erfolgt, das die Wärme überwiegend als Strahlung an das Außenrohr la abgibt. Die Temperaturerhöhung kann man verstärken, wenn im Ringraum noch ein zusätzliches gasdurchlässiges Rohr 3 angeordnet wird. Das Rohr 3 kann beispielsweise aus einem gerollten Blech gebildet sein, bei dem die Öffnungen so gestanzt sein können, dass Blechfahnen als Stromstörer am Blech verbleiben. Diese
Konstruktion eignet sich besonders für die
thermisch/katalytische Zerstörung von Teeren. Vorzugsweise sollte mindestens das Innenrohr 2a eine katalytisch wirksame Schicht aufweisen oder ganz aus einem katalytischen Material gefertigt sein. In diesem Fall sollte das Schutzrohr 4 vorzugsweise länger ausgebildet sein, so dass am Eintritt des Rohrs 3 das dann noch kalte und damit teerhaltige Pyrolysegas nicht in den Wirbelschichtreaktor 9a gelangt. Den
Teermolekülen sollte vielmehr die Gelegenheit gegeben werden, mit dem heißen Innenrohr 2a in Kontakt zu treten. Anstelle eines Bleches kann das Wärmeschutzschild 3 in diesem Fall auch als poröses Rohr mit katalytisch wirksamer Schicht zur Teerzerstörung ausgebildet werden. ie Fig. 6 bis 9 zeigen, kann das oxidierte oder
teiloxidierte Gas 7 in die Wirbelschicht 10 entlassen werden. Die Zufuhr des Gases 7 und des Sauerstoffs 6 geschieht hier über einen Düsenboden 12, der zwei Kammern besitzt, die aus den Platten 17, 18 und 19 gebildet werden. Fig. 10 zeigt einen kaskadierten Wirbelschichtreaktor 9c mit einer stationären Wirbelschicht 10, die ein inertes
Bettmaterial, wie Sand, enthält und zwei weitere Wirbelschichten 23. Diese Wirbelschichten 23 bestehen nur aus Kokswolken, die aus der Wirbelschicht 10 emporgestiegen sind. Zwischen der weiteren Wirbelschicht 23 und der stationären Wirbelschicht 10 befindet sich ein Reaktionsraum 11. Wie bei Fig. 6 wird die Struktur aus einer Vielzahl von Rohren lb gebildet, die jeweils ein zusätzliches konzentrisch
angeordnetes Innenrohr 2a oder 2b aufweisen. Das brennbare Gas 7 wird in den Ringraum eingeführt, der von den beiden Rohren gebildet wird. Der Sauerstoff 6 wird dem Innenrohr 2a zugeführt. Im Bereich der sandhaltigen Wirbelschicht 10 besteht das Innenrohr 2a aus einem porösen Rohr 2a und im Bereich der weiteren Wirbelschichten 23 und des
Reaktionsraums 11 aus einem perforierten Rohr 2b oder einem Rohr 2b mit höherem Stömungswiderstand, das weniger
Sauerstoff 6 hindurch lässt als das poröse Rohr in der stationären Wirbelschicht 10. Das ist zweckmäßig, weil die Wärmeübertragung in der stationären Wirbelschicht 10 deutlich höher ist als in den weiteren Wirbelschichten 23 und dem Reaktionsraum 11. Das Rohr lb ist gasundurchlässig. Das oxidierte oder teiloxidierte Gas 24 muss daher in den Raum 26 entlassen werden, der durch den Zwischenboden 25 gebildet wird. Es gelangt von dort zur weiteren Verwendung in den Gesamtprozess . Fig. 13 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 9a mit einer
Vielzahl von porösen Rohren la im Bereich der Wirbelschicht 10, die im Raum über der Wirbelschicht in ein gasdichtes Rohr lb übergehen. In jedem Rohr la ist ein weiteres poröses Rohr 2a konzentrisch angeordnet, das Sauerstoff 6 in den Ringraum einströmen lässt. Der Sauerstoff 6 strömt durch den
Doppelboden, gebildet aus den Platten 17 und 18, in die Rohre 2a. Das brennbare Gas 7 wird in diesem Fall durch Anlegen eines Unterdrucks der Wirbelschicht 10 entnommen. Das oxidierte oder teiloxidierte Gas 24 gelangt zur weiteren Verwendung in den Gesamtprozess . Der Prozess lässt sich als allothermes Vergasungsverfahren einstufen, weil das
Synthesegas nicht mit dem gebildeten Kohlendioxid belastet ist. Der oxidierte Wasserstoff und das oxidierte
Kohlenmonoxid werden in der Wirbelschicht immer wieder neu gebildet, weil es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt .
Bezugszeichenliste
la Beheizbares poröses oder perforiertes Rohr
lb Beheizbares Rohr
2a Poröses Innenrohr
2b Perforiertes Innenrohr
3 Wärmeschutzschild
4 Schutzrohr zur Abdichtung des Einlaufbereichs
5 Rohrzuführung
6 Sauerstoff
7 Brennbares Gas
8 Siphongas
9a Wirbelschichtreaktor mit stationärer Wirbelschicht
9b Wirbelschichtreaktor mit zirkulierender Wirbelschicht
9c Mehrstufiger Wirbelschichtreaktor
10 Stationäre Wirbelschicht
11 Raum über der Wirbelschicht (Freeboard)
12 Düsenboden
13 Wirbelgas
14 Biomasse oder Koks (Restkoks)
15 Synthesegas oder Produktgas
16 Obere Grenze der stationären Wirbelschicht
17 Obere Platte des Düsenbodens
18 Untere Platte des Düsenbodens
19 Mittelplatte des Düsenbodens
20 Düse im Düsenboden
21 Rücklaufsperre über der Düse
22 Brenner
23 Wirbelstufen für Koks
24 Gas zur weiteren Verwendung im Gesamtprozess
25 Zwischenboden
26 Gas -Sammelräum
27 Zyklon
28 Heizeinrichtung Hohlraum
SauerstoffZuführung
poröser, gasdurchlässiger Abschnitt BrenngasZuführung
Ringraum

Claims

Patentansprüche
Wirbelschichtreaktor (9a, 9b) zur Vergasung und/oder Pyrolyse von festen Brennstoffen, vorzugsweise Biomasse
(14) , mit einer Heizeinrichtung (28) zum Aufheizen der Wirbelschicht (10) des Wirbelschichtreaktors (9a, 9b), wobei die Heizeinrichtung (28) wenigstens einen Hohlraum
(29) aufweist, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die
Heizeinrichtung (28) eine SauerstoffZuführung (29) zum Zuführen von einem sauerstoffhaltigen Gas (6) in den Hohlraum (29) der Heizeinrichtung (28) aufweist und dass der Hohlraum (29) an einen porösen, gasdurchlässigen Abschnitt (31) der Heizeinrichtung (28) angrenzt.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Heizeinrichtung (28) eine Mehrzahl von im
Wirbelschichtreaktor (9a, 9b) vorgesehenen Rohren
(la, 1b, 2a, 3b) umfasst und dass wenigstens verschiedene Rohre (la,2a) als wenigstens teilweise poröse,
gasdurchlässige Rohre (la,2a) ausgebildet sind.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Heizeinrichtung (28) eine Mehrzahl konzentrisch zueinander angeordneter Rohre (la, lb, 2a, 2b) mit jeweils einem inneren Rohr (la, lb, 2a, 2b) und einem äußeren Rohr (la, lb, 2a, 2b) umfasst und wobei wenigstens das innere Rohr (la,2a) oder das äußere Rohr (la,2a) porös und
gasdurchlässig ausgebildet sind.
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die SauerstoffZuführung (30) dazu ausgebildet ist, das sauerstoffhaltige Gas (6) dem Ringraum (33) zwischen dem äußeren Rohr (la, lb, 2a, 2b) und dem inneren Rohr
(la, lb, 2a, 2b) zuzuführen.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die SauerstoffZuführung (30) dazu ausgebildet ist, das sauerstoffhaltige Gas (6) dem inneren Rohr (la, lb, 2a, 2b) zuzuführen.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s eine BrenngasZuführung (32) zum Zuführen von brennbarem Gas (7) derart vorgesehen ist, um das brennbare Gas (7) dem inneren Rohr (la, lb, 2a, 2b) oder dem Ringraum (33) zwischen dem äußeren Rohr (la, lb, 2a, 2b) und/oder dem inneren Rohr (la, lb, 2a, 2b) zuzuführen. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s sowohl das jeweils innere Rohr (la,2a) und das jeweils äußere Rohr (la,2a) porös und gasdurchlässig ausgebildet s nd.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s im Ringraum (33) zwischen dem inneren Rohr {la, lb, 2a, 2b) und dem äußeren Rohr (la, lb, 2a, 2b) wenigstens ein weiteres, bedarfsweise poröses und gasdurchlässiges, Rohr und/oder wenigstens ein bedarfsweise gasdurchlässiges Wärmeschutzschild (3) vorgesehen ist.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das äußere Rohr (2a) von wenigstens einem
gasundurchlässigen Mantel, vorzugsweise in Form eines Rohres (lb) , umschlossen ist.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die SauerstoffZuführung (30) einen Düsenboden (12) zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas (6) zum Hohlraum (29) und gleichzeitig zum Zuführen von Wirbelgas zur
Wirbelschicht (10) des Wirbelschichtreaktors (9a, 9b) umfasst .
Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Brenngaszuführung (32) in den Düsenboden integriert ist, um gleichzeitig das sauerstoffhaltige Gas (6) und das brennbare Gas (7) dem Hohlraum (29) und Wirbelgas der Wirbelschicht (10) des Wirbelschichtreaktors (9a, 9b) zuzuführen.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Heizeinrichtung (28) in einer stationären
Wirbelschicht (10) und/oder einer zirkulierenden
Wirbelschicht mit oder ohne inertem Bettmaterial
vorgesehen ist .
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Heizeinrichtung (28) in einer Kokswolkenschicht ohne inertem Bettmaterial vorgesehen ist .
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der poröse, gasdurchlässige Abschnitt (31) der
Heizeinrichtung (28) , vorzugsweise das wenigstens eine poröse, gasdurchlässige Rohr (la,2a), wenigstens
bereichsweise ein Katalysatormaterial aufweist und/oder aus einem Katalysatormaterial gefertigt ist.
Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der poröse, gasdurchlässige Abschnitt (31) , insbesondere ein poröses, gasdurchlässiges Rohr (la,2a), elektrisch beheizbar ist .
Verfahren zur Vergasung und/oder Pyrolyse von festen Brennstoffen, vorzugsweise Biomasse, in einem
Wirbelschichtreaktor, vorzugsweise nach einem der
Ansprüche 1 bis 15,
bei dem einem Hohlraum einer Heizeinrichtung
sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas und/oder ein brennbares Gas durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung strömt,
bei dem das brennbare Gas durch das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise unter Wärmeabgabe oxidiert wird und bei dem die bei der wenigstens teilweisen Oxidation freiwerdende Wärme an die Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung in Richtung der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors strömt und im porösen, gasdurchlässigen Abschnitt und/oder unmittelbar angrenzend zu der der Wirbelschicht zugewandten Seite des porösen, gasdurchlässigen Abschnitts das brennbare Gas in der Wirbelschicht oxidiert.
18. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das brennbare Gas der Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors durch den porösen, gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung in Richtung des Hohlraums der Heizeinrichtung strömt und im porösen,
gasdurchlässigen Abschnitt der Heizeinrichtung und/oder im Hohlraum der Heizeinrichtung von dem sauerstoffhaltigen Gas oxidiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas durch das Porensystem des inneren Rohres in einem Ringraum zwischen dem inneren
Rohr und einem porösen, gasdurchlässigen äußeren Rohr strömt,
bei dem dem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr das brennbare Gas zugeführt wird,
bei dem das brennbare Gas im Ringraum vom
sauerstoffhaltigen Gas oxidiert wird und
bei dem das wenigstens teilweise oxidierte Gas durch das Porensystem des äußeren Rohres, vorzugsweise in den
Wirbelschichtreaktor, weiter vorzugsweise in die
Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors, strömt.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
bei dem das wenigstens teilweise oxidierte Gas durch ein poröses, gasdurchlässiges Rohr und/oder einem
Wärmeschutzschild zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, vorzugsweise in den Wirbelschichtreaktor, weiter vorzugsweise in die Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors, strömt.
21. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas durch das Porensystem des inneren Rohrs in einen Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr strömt,
bei dem dem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr das brennbare Gas zugeführt wird,
bei dem das brennbare Gas im Ringraum vom
sauerstoffhaltigen Gas oxidiert wird und
bei dem das wenigstens teilweise oxidierte Gas über eine
Abführung aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das brennbare Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird,
bei dem das brennbare Gas durch das Porensystem des inneren Rohres in einen Ringraum zwischen dem inneren Rohr und einem äußeren Rohr strömt,
bei dem dem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr das sauerstoffhaltige Gas zugeführt wird, bei dem das brennbare Gas im Ringraum vom
sauerstoffhaltigen Gas oxidiert wird und
bei dem das wenigstens teilweise oxidierte Gas über eine Abführung aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22,
bei dem als brennbares Gas ein, vorzugsweise teerhaltiges , Pyrolysegas aus einem dem WirbelSchichtreaktor
vorgeschalteten Pyrolysereaktor verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas wenigstens einem inneren porösen und gasdurchlässigen Rohr zugeführt wird,
bei dem das sauerstoffhaltige Gas durch das Porensystem des inneren Rohres in einen Ringraum zwischen dem inneren
Rohr und einem äußeren Rohr strömt,
bei dem brennbares Gas aus der Wirbelschicht des
Wirbelschichtreaktors durch ein äußeres, poröses,
gasdurchlässiges Rohr in Richtung des Zwischenraums zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr strömt,
bei dem das brennbare Gas durch das sauerstoffhaltige Gas oxidiert wird und
bei dem das wenigstens teilweise oxidierte Gas über eine Abführung aus dem Wirbelschichtreaktor abgezogen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24,
bei dem das brennbare Gas und/oder das sauerstoffhaltige Gas über einen Doppelboden dem Wirbelschichtreaktor zugeführt wird und
bei dem das Wirbelgas des Wirbelschichtreaktors durch den Doppelboden der Wirbelschicht zugeführt wird.
PCT/EP2010/005408 2009-09-03 2010-09-03 Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse WO2011026630A2 (de)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012527238A JP5827230B2 (ja) 2009-09-03 2010-09-03 バイオマスの水蒸気改質で酸素を使用するための方法及び装置
US13/393,698 US8932373B2 (en) 2009-09-03 2010-09-03 Method and device for using oxygen in the steam reforming of biomass
CN201080039419.8A CN102625821B (zh) 2009-09-03 2010-09-03 利用氧气进行生物质蒸汽重整的方法和装置
EP10757567A EP2473581A2 (de) 2009-09-03 2010-09-03 Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse
CA2772981A CA2772981A1 (en) 2009-09-03 2010-09-03 Method and device for use of oxygen in the steam reforming of biomass
RU2012112833/05A RU2555889C2 (ru) 2009-09-03 2010-09-03 Способ и устройство для использования кислорода при парореформинге биомассы
BR112012004825A BR112012004825A2 (pt) 2009-09-03 2010-09-03 processo e dispositivo para usar oxigênio na reforma de vapor de biomassa
SG2012015608A SG178614A1 (en) 2009-09-03 2010-09-03 Method and device for using oxygen in the steam reforming of biomass
UAA201202486A UA107359C2 (ru) 2009-09-03 2010-09-03 Способ и устройство для использования кислорода в паровом риформинге биомассы
US14/504,934 US9404651B2 (en) 2009-09-03 2014-10-02 Method and device for using oxygen in the steam reforming of biomass

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009039920A DE102009039920A1 (de) 2009-09-03 2009-09-03 Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Sauerstoff bei der Dampfreformierung von Biomasse
DE102009039920.8 2009-09-03

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/393,698 A-371-Of-International US8932373B2 (en) 2009-09-03 2010-09-03 Method and device for using oxygen in the steam reforming of biomass
US14/504,934 Division US9404651B2 (en) 2009-09-03 2014-10-02 Method and device for using oxygen in the steam reforming of biomass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011026630A2 true WO2011026630A2 (de) 2011-03-10
WO2011026630A3 WO2011026630A3 (de) 2011-12-01

Family

ID=43536051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/005408 WO2011026630A2 (de) 2009-09-03 2010-09-03 Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse

Country Status (13)

Country Link
US (2) US8932373B2 (de)
EP (1) EP2473581A2 (de)
JP (1) JP5827230B2 (de)
KR (1) KR20120073234A (de)
CN (1) CN102625821B (de)
BR (1) BR112012004825A2 (de)
CA (1) CA2772981A1 (de)
DE (1) DE102009039920A1 (de)
RU (1) RU2555889C2 (de)
SG (2) SG178614A1 (de)
TW (1) TW201113479A (de)
UA (1) UA107359C2 (de)
WO (1) WO2011026630A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102517078A (zh) * 2011-11-23 2012-06-27 任杰 一种制取可燃气体的汽化器

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012065272A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-24 Highbury Biofuel Technologies Inc. Freeboard tar destruction unit
FR2996786B1 (fr) * 2012-10-17 2015-10-16 IFP Energies Nouvelles Systeme pneumatique de chargement dense de catalyseur dans des tubes a baionnette pour reacteur echangeur de vaporeformage faisant appel a un tube auxiliaire pour l'introduction des particules solides
WO2014070857A2 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for processing raw gas with in-situ catalyst regeneration
DE102013101368B4 (de) * 2013-02-12 2023-04-27 Gidara Energy B.V. Wirbelschichtvergaser
CN103193202A (zh) * 2013-04-18 2013-07-10 南京理工大学 一种生物质链式循环制氢装置及其工艺
CN107110492A (zh) * 2014-09-11 2017-08-29 科罗拉多州立大学研究基金会 侧面给料强制通风式生物质燃烧烹饪炉
KR101895891B1 (ko) 2016-09-22 2018-09-07 한국에너지기술연구원 가스화 반응 및 혼합 효율을 향상시키기 위한 바이오매스 내부순환 유동층 가스화 장치
CN108794294B (zh) * 2017-04-27 2020-12-11 中国科学院大连化学物理研究所 流化床气体分布器、应用其的反应器及生产对二甲苯联产低碳烯烃的方法
CN108786669B (zh) 2017-04-27 2021-01-12 中国科学院大连化学物理研究所 流化床气体分布器、应用其的反应器及生产对二甲苯联产低碳烯烃的方法
NL2021739B1 (en) * 2018-10-01 2020-05-07 Milena Olga Joint Innovation Assets B V Reactor for producing a synthesis gas from a fuel
CN112517621A (zh) * 2020-11-18 2021-03-19 吉林大学 一种用于污染土壤原位热脱附加热装置中的加热管

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19807988A1 (de) 1998-02-26 1999-09-02 Wolf Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen Brennstoffen
DE10242594A1 (de) 2002-09-13 2004-04-01 Sekundärrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pumpe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Einblasen von Vergasungsmittel in partikelbeladene Vergasungsräume
DE102008014799A1 (de) 2008-03-18 2009-09-24 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse
DE102008032166A1 (de) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3341648A (en) * 1966-07-18 1967-09-12 Exxon Research Engineering Co Electrode installation
JPS533913A (en) 1976-07-01 1978-01-14 Kiyuuroku Kk Method of heatttreating with laser beams
SE8004352L (sv) * 1979-06-14 1980-12-15 Atomic Energy Authority Uk Vermeoverforingselement och -system
JPS6347691Y2 (de) * 1985-03-07 1988-12-08
US5059404A (en) * 1989-02-14 1991-10-22 Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. Indirectly heated thermochemical reactor apparatus and processes
US5117482A (en) * 1990-01-16 1992-05-26 Automated Dynamics Corporation Porous ceramic body electrical resistance fluid heater
JP2711371B2 (ja) * 1991-07-31 1998-02-10 日本鋼管株式会社 筒型表面燃焼バーナのガス拡散機構
JP3316550B2 (ja) 1993-06-11 2002-08-19 株式会社ニコン 自動焦点調節カメラ
US5455011A (en) * 1994-02-28 1995-10-03 The Babcock & Wilcox Company System and method for heating and gasification of residual waste liquor
DE4415678A1 (de) 1994-05-04 1995-11-09 Hoechst Ag Elektrochemische Zelle
DK0904335T3 (da) * 1996-05-20 2001-06-11 Dynamotive Technologies Corp Energibesparende forflydning af biomaterialer ved thermolyse
US6077323A (en) * 1997-06-06 2000-06-20 Air Products And Chemicals, Inc. Synthesis gas production by ion transport membranes
DE19827879C1 (de) 1998-06-23 2000-04-13 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Wasserdampfreformierungsreaktor, insbesondere mit autothermer Prozeßführung
DE19948332B4 (de) * 1999-10-07 2005-09-22 Steer, Thomas, Dr.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen heizwertreicher Brennstoffe
JP2001165408A (ja) 1999-12-08 2001-06-22 Tokyo Gas Co Ltd 表面燃焼バーナを備えたラジアントチューブ
JP2001235129A (ja) * 2000-02-21 2001-08-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 循環流動層炉
US6830596B1 (en) 2000-06-29 2004-12-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Electric power generation with heat exchanged membrane reactor (law 917)
US7267804B2 (en) * 2000-07-07 2007-09-11 Buxbaum Robert E Membrane reactor for gas extraction
DE10222604A1 (de) * 2001-07-20 2003-02-06 Bu Bioenergie & Umwelttechnik Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Gas
CN2499385Y (zh) * 2001-08-24 2002-07-10 中国石油天然气股份有限公司 部分氧化制备合成气的径向反应器
US20040185398A1 (en) 2002-12-20 2004-09-23 Fina Technology, Inc. Method for reducing the formation of nitrogen oxides in steam generation
JP2005330370A (ja) 2004-05-19 2005-12-02 Takuma Co Ltd 間接加熱式流動床ガス化装置
DE102005060171A1 (de) * 2005-12-14 2007-06-21 Uhde Gmbh Oxidationsreaktor und Oxidationsverfahren
EP2035751A2 (de) 2006-06-26 2009-03-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Festbrennstoffofen mit verbesserter verbrennung
CN201203144Y (zh) 2007-12-21 2009-03-04 刘伟奇 生物质高效气化反应桶
JP4436424B2 (ja) 2007-12-27 2010-03-24 新日本製鐵株式会社 タール含有ガスの改質方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19807988A1 (de) 1998-02-26 1999-09-02 Wolf Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen Brennstoffen
DE10242594A1 (de) 2002-09-13 2004-04-01 Sekundärrohstoff-Verwertungszentrum Schwarze Pumpe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Einblasen von Vergasungsmittel in partikelbeladene Vergasungsräume
DE102008014799A1 (de) 2008-03-18 2009-09-24 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse
DE102008032166A1 (de) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAUCH, H. HOFBAUER, HOLZENERGIESYMPOSIUM, 18 October 2002 (2002-10-18)
See also references of EP2473581A2

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102517078A (zh) * 2011-11-23 2012-06-27 任杰 一种制取可燃气体的汽化器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013503923A (ja) 2013-02-04
US20120217440A1 (en) 2012-08-30
UA107359C2 (ru) 2014-12-25
EP2473581A2 (de) 2012-07-11
KR20120073234A (ko) 2012-07-04
WO2011026630A3 (de) 2011-12-01
US8932373B2 (en) 2015-01-13
JP5827230B2 (ja) 2015-12-02
SG178614A1 (en) 2012-04-27
CN102625821B (zh) 2015-09-16
RU2555889C2 (ru) 2015-07-10
US9404651B2 (en) 2016-08-02
BR112012004825A2 (pt) 2016-03-15
TW201113479A (en) 2011-04-16
DE102009039920A1 (de) 2011-03-10
CN102625821A (zh) 2012-08-01
SG10201405442VA (en) 2014-10-30
RU2012112833A (ru) 2013-10-10
CA2772981A1 (en) 2011-03-10
US20150079525A1 (en) 2015-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2473581A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur nutzung von sauerstoff bei der dampfreformierung von biomasse
WO2010003968A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von teerarmem synthesegas aus biomasse
DE19930071A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen
DE3810521A1 (de) Vorrichtung fuer eine endotherme reaktion eines gases
DE19900116C2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen von Brenngas durch allotherme Vergasung von Biomasse
DE102010012487A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Nutzenergiegewinnung aus Bioenergieträgern und anderen organischen Stoffen
DE102010028816A1 (de) Wirbelschichtreaktor und Verfahren zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen
WO2010046222A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum thermochemischen vergasen fester brennstoffe
DE102017205020A1 (de) Reaktionsvorrichtung mit Wärmetauscher und deren Verwendung
DE3329435A1 (de) Vorrichtung zur reformierung von kraftstoff
DD252734A3 (de) Apparat zur kohlenstaubvergasung
WO2011026631A2 (de) Synthesegasreaktor mit beheizter kokswolke
AT405648B (de) Vorrichtung zum katalytischen umsetzen von organischen stubstanzen mit einem fliessbettreaktor
EP2705121B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von synthesegas aus kohlestoffhaltigen edukten durch vergasung im wirbelstromreaktor
DE102016008289A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur allothermen Festbettvergasung von kohlenstoffhaltigem Material
WO2014087001A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum cracken von gasen
WO2011026629A2 (de) Elektrische heizung für einen wirbelschichtreaktor zur herstellung von synthesegas
DE3151477A1 (de) Schachtofen zur kontinuierlichen erzeugung von brenngas aus organischem material
DE102015215143B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Schwachgaserzeugung durch thermochemische partielle Oxydation fester Biomasse
EP2875102A1 (de) Gegenstrom-/gleichstrom-vergasung von kohlenstoffreichen substanzen
WO2011023177A1 (de) Verfahren zum betreiben eines reaktormodul für endotherme reaktionen sowie reaktor mit einer mehrzahl von solchen reaktormodulen
DE102011101077A1 (de) Verfahren und Reaktor zur autothermen Reformierung von Brennstoffen
DE102006058673A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Schwachgaserzeugung aus organischen Energieträgern
EP0826760A1 (de) Reaktor zum Verbrennen oder Vergasen feinkörniger Kohle
EP4353801A1 (de) Reaktorvorrichtung zur herstellung eines pyrolyseprodukts

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080039419.8

Country of ref document: CN

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010757567

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 482/KOLNP/2012

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2772981

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012527238

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127006977

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201202486

Country of ref document: UA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012112833

Country of ref document: RU

Ref document number: A20120316

Country of ref document: BY

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10757567

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13393698

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112012004825

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112012004825

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20120302