WO2012031587A1 - Hochtemperaturcarbonreaktor htcr - Google Patents

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WO2012031587A1 PCT/DE2011/001702 DE2011001702W WO2012031587A1 WO 2012031587 A1 WO2012031587 A1 WO 2012031587A1 DE 2011001702 W DE2011001702 W DE 2011001702W WO 2012031587 A1 WO2012031587 A1 WO 2012031587A1
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Alexander Zein
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Ettenberger Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a high-temperature carbon reactor (HTCR), which can be used as a wood and charcoal carburetor (both processes, wood gasification and charcoal gasification run simultaneously during the process), the synthesis gas thus generated can be used to combustion engines so which, in turn, generate electrical energy (electricity) through the generator drive.
  • the waste heat energy which arises in the internal combustion engine, can also be used, for. B. via heat exchangers in the engine cooling water circuit, or with heat exchangers in the exhaust stream.
  • the proposed reactor there are two oxidation regions; in the first, the thermal energy is generated for the endothermic reactions; on the other hand, carbon gasification takes place in this region.
  • Carbon dioxide is produced in the second oxidation zone, which is used as a gasification agent in the first oxidation zone. From the second oxidation region, high excess air flows from below to the first oxidation region, thereby allowing the high temperature required and providing oxygen for carbon gasification.
  • CONFIRMATION COPY is this method, compared to the use of fossil fuels, such as gasoline, uneconomical.
  • the wood pyrolysis could be operated economically, if it succeeds to develop gas purification processes, which remove especially the high Teerbelasteptept from the pyrolysis gas.
  • An effective way is to use part of the pyrolysis gas generated to partially burn the tars.
  • the gasification of coal takes place at temperatures> 1000 C °.
  • CO 2 is required, which is reduced at high temperatures together with carbon to carbon monoxide.
  • Boudouar reaction in the gasifier zone 99% of the CO 2 are reduced to CO even at 1000 ° C.
  • CO 2 and CO are produced at 450 ° C in a ratio of 98% CO 2 to 2% CO.
  • 600 ° C 77% to 23% at 800 ° C 6% to 94% and at 900 ° C 3% to 97%.
  • the fuel gas thus produced can then be used, for example, in internal combustion engines, for example for the operation of a suitable gas engine which drives a generator and thus provides electrical energy.
  • coal gasification is accomplished by reacting a portion of the charged coal with atmospheric oxygen and passing the CO 2 thus produced through a bed of coal which is heated to the required temperature by the oxidizing coal. It can therefore be seen that the higher the temperature in the reduction or gasification zone, the higher the calorific value of the fuel gas produced in coal gasification. Also, a high temperature means the reduction of unburned hydrocarbons and thus a cleaner gas quality.
  • the proposed reactor variant can be used in an energy conversion plant in the field of combined heat and power, in which one or more internal combustion engines are operated as a basis.
  • Wood chips can be used as the primary fuel. Even organic residues such as sunflower husks, oat shells, oat husks, nut shells, fermentation residues, cherry seeds, sawdust, etc. can now be used for energy production.
  • the woodchips are fed from a bunker via chain conveyors to a combined wood and charcoal carburetor.
  • the complete gasification of the supplied wood chips takes place to a combustible synthesis gas.
  • Solid waste generated is mineral-based, tar-free ashes, which can be removed once a month as needed.
  • the combustible synthesis gas produced in the combined wood-charcoal gasifier is fed to a centrifugal separator where it is freed from coarse charcoal and charcoal dust.
  • the centrifugal separator the flammable synthesis gas is passed through a wet-cold gas scrubber, cleaned of fine charcoal dust and cooled.
  • the waste heat is fed to the woodchip silo for woodchip drying.
  • the cooled synthesis gas is supplied to gas engines, with a front instead of a gas-air control system in front of each engine.
  • gas engines is misch variouser cultivated, in which necessary combustion air mixed with the synthesis gas, and then burned together in the gas engines.
  • the gas engines drive generators via couplings, the converted electrical energy is fed into the grid of the supplier.
  • Wood chips can be used as the primary fuel. It is for the individual pieces of wood no specific size or geometry required. However, to ensure safe transport, the individual wood chips should not be smaller than 2 mm and not larger than 170 mm (tilting danger). There are no requirements for the residual moisture of the primary fuel.
  • a residual moisture content of more than 5% is however to be preferred since the water molecules in the combined wood-charcoal gasifier are subjected to a thermolysis and this benefits the increase in the calorific value of the combustible synthesis gas.
  • a residual moisture content of between 15% and 20% corresponds to an optimum calorific value of the combustible synthesis gas.
  • An upper limit of the residual moisture is not specified. Residual moisture above 45% should only be used if no other material is available. A high water vapor content in the flammable synthesis gas is at the expense of the calorific value.
  • the reactor is a high temperature carbon reactor (HTCR), a so-called combined wood and charcoal gasifier.
  • HTCR high temperature carbon reactor
  • the chips are fed to the reactor via a lock.
  • the lock consists of two alternating opening and closing Sliders and located between the locks storage space.
  • An encapsulated pendulum is installed in the reactor lid, which monitors the level of woodchips. If the level is too low, the reactor will report the need for extraction and the chain conveyors will begin to extract and deliver woodchips.
  • the last transport chain conveyor conveys the chips into the lock.
  • the upper gate valve is opened. When a maximum level is reached in the lock, all chain conveyors stop and the upper slide closes. Only after the upper slide has been closed, the lower slide opens, so that the chips from the lock can fall into the reactor. After the lock is emptied, the lower slide closes again.
  • the chips are dried and subjected to pyrolysis. Water vapor and pyrolysis gases are sucked into the lower part of the reactor.
  • the lower part of the reactor there are two spatially separated oxidation zones.
  • the charcoal produced during and after pyrolysis collects in the upper part of the two oxidation zones. There, the charcoal reacts with supplied, preheated outside air.
  • the oxidation zone is structurally shaped so that one part of the thermal supply serves for drying and pyrolysis, and the other part for the gasification of the resulting charcoal. Of the Part of the oxidation range which provides the thermal energy for drying and pyrolysis, reaches a temperature of about 800 ° C to 850 ° C. The part of the oxidation zone used for the gasification of the charcoal reaches temperatures of approx. 1200 ° C to 1300 ° C.
  • resulting water vapor As well as gases formed during pyrolysis, must enter the upper region of the hot oxidation region due to their design, are deflected to the side, and must leave the hot oxidation region at the surface.
  • the hot oxidation zone is at the same time a reduction zone in which, while the high temperature remains constant, cracking of polycyclic and aromatic polycyclic hydrocarbons takes place. Tars can no longer arise due to the consistently high temperature of at least 1200 ° C.
  • the water contained in the wood chips is conducted in the form of water vapor through the hot area of the oxidation zone.
  • the water molecules undergo thermolysis, ie the water molecules are split into oxygen and hydrogen.
  • the oxygen reacts with carbon to carbon monoxide, the hydrogen remains partly free and connects to the other part with carbon to methane. Therefore, a certain residual moisture is preferred, since this residual moisture of the gas synthesis and the increase of the calorific value is used.
  • atmospheric oxygen and carbon dioxide will be the gasification agents.
  • the gasification agent carbon dioxide is formed in the second oxidation region.
  • the second oxidation state rich consists of glowing charcoal from the hot oxidation zone, which falls below a minimum size through a rust on which the hot oxidation zone is located.
  • the carbon dioxide which arises in the second oxidation zone penetrates into the hot, first oxidation zone and decomposes due to the high temperature in carbon monoxide and oxygen.
  • the released oxygen reacts with the carbon in the hot oxidation region also to carbon monoxide.
  • FIG. 2 A schematic representation of the operation of the high-temperature carbon reactor can be seen in Fig. 2 in conjunction with the list of indices 2, reactor function.
  • the thermal energy supply for drying, pyrolysis and charring takes place laterally.
  • the heat flow upwards no longer runs down against the gas flow.
  • the gas stream enters the oxidation region from above and then runs laterally.
  • the gas stream leaves the oxidation region again through its surface. Due to the fact that heat flow upwards and gas flow downwards no longer hinder each other, heat transfer into the drying and pyrolysis area is significantly improved. Due to the lateral course of the gas flow in the oxidation region, the reduction takes place in only one area at a constant high temperature.
  • the high temperature carbon reactor is thus a construction in which the heat flow for the endothermic reactions (drying, pyrolysis, carbonization) and the counter-current gas flow (pyrolysis gas, water vapor) no longer hinder each other.
  • the two oxidation areas are two fixed bed areas.
  • the lower oxidation zone produces the gasification agent for the gasification of the charcoal in the first oxidation zone.
  • the high temperature carbon reactor thus aims to produce primarily no wood gas, but charcoal, the carbon content is gasified. As a result, solid as waste products only mineral ashes. Due to the high working temperature, the formation of tars and other unwanted unburned hydrocarbons is excluded.
  • the high-temperature carbon reactor is thus a complete technical innovation which, in contrast to conventional carburetors, produces the synthesis gas primarily from the gasification of charcoal produced during pyrolysis.
  • the mass-flow separator may be a conventional centrifugal separator, a so-called cyclone. Due to the centrifugal forces, charcoal dust and larger solid charcoal fractions are separated from the gas. The gas is thus freed of retained dusts and impurities and fed to the wet-cold gas scrubber.
  • the described reactor variant thus represents a highly efficient system with which combustible synthesis gas can be treated, the z. B. can be used for the operation of internal combustion engines, which in turn can be used in combined heat and power plants, so as to generate mechanical energy, with the means of generator drive electrical energy (electricity) is obtained.
  • the waste heat produced during internal combustion engine operation which is contained in the cooling water or in the exhaust gas, can thus also be used to the greatest advantage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hoch-Temperatur-Carbon-Reaktor (HTCR), der als Holz- und Holzkohlevergaser eingesetzt werden kann (beide Vorgänge, Holzvergasung und Holzkohlevergasung laufen während des Prozesses gleichzeitig ab), dessen damit erzeugbares Synthesegas wiederum benutzt werden kann um Verbrennungsmotoren damit zu betreiben, die ihrerseits wiederum mittels Generatorantrieb elektrische Energie (Strom) erzeugen. Die Abwärmeenergie, die im Verbrennungsmotor entsteht, kann ebenfalls genutzt werden, z. B. über Wärmetauscher im Motorkühlwasserkreislauf, bzw. mit Wärmetauschern im Abgasstrom. Beim vorgeschlagenen Reaktor gibt es zwei Oxidationsbereiche, im ersten entsteht die thermische Energie für die endothermen Reaktionen, zum anderem findet in diesem Bereich die Kohlenstoffvergasung statt. Im zweiten Oxidationsbereich entsteht Kohlendioxid, dieses wird im ersten Oxidationsbereich als Vergasungsmittel gebraucht. Vom zweiten Oxidationsbereich strömt hoher Luftüberschuss von unten zum ersten Oxidationsbereich und ermöglicht hierdurch die hohe erforderliche Temperatur und stellt Sauerstoff für die Kohlenstoffvergasung zur Verfügung.

Description

Hochtemperaturcarbonreaktor HTCR
Die Erfindung betrifft einen Hoch-Temperatur-Carbon-Reaktor (HTCR), der als Holz- und Holzkohlevergaser eingesetzt werden kann (beide Vorgänge, Holzvergasung und Holzkohlevergasung laufen während des Prozesses gleichzeitig ab), dessen damit erzeugbares Synthesegas wiederum benutzt werden kann um Verbrennungsmotoren damit zu betreiben, die ihrerseits wiederum mitteis Generatorantrieb elektrische Energie (Strom) erzeugen. Die Abwärmeenergie, die im Verbrennungsmotor entsteht, kann ebenfalls genutzt werden, z. B. über Wärmetauscher im Motorkühlwasserkreislauf, bzw. mit Wärmetauschern im Abgasstrom. Beim vorgeschlagenen Reaktor gibt es zwei Oxidationsbereiche, im ersten entsteht die thermische Energie für die endothermen Reaktionen, zum ande- rem findet in diesem Bereich die Kohlenstoffvergasung statt. Im zweiten Oxidationsbereich entsteht Kohlendioxid, dieses wird im ersten Oxidati- onsbereich als Vergasungsmittel gebraucht. Vom zweiten Oxidationsbereich strömt hoher Luftüberschuss von unten zum ersten Oxidationsbereich und ermöglicht hierdurch die hohe erforderliche Temperatur und stellt Sauerstoff für die Kohlenstoffvergasung zur Verfügung.
Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches zur Verwendung in Verbrennungsmotoren sind schon seit ca. 150 Jahren bekannt. Bedeu- tung erlangte zu Beginn des 20ten Jahrhunderts die Vergasung von Kohle zur Bereitstellung eines hautsächlich kohlenstoff-monoxidhaltigen Brenngases, welches als Stadtgas oder auch Leuchtgas bezeichnet wurde.
Während und kurz nach dem zweiten Weltkrieg gewann die Pyrolyse von Holz zum Betrieb von Fahrzeugen mit Pyrolysegas eine besondere Bedeutung. Diese Verfahren konnten sich aber nicht durchsetzen, da das durch Pyrolyse erzeugte Brenngas hoch mit Teer kontaminiert war. Auch
BESTÄTIGUNGSKOPIE ist dieses Verfahren, verglichen mit dem Einsatz von fossilen Energieträgern, z.B. Benzin, unwirtschaftlich.
Die Holzpyrolyse könnte wirtschaftlich betrieben werden, wenn es gelingt, Gasreinigungsverfahren zu entwickeln, welche vor allem die hohen Teerbelastungen aus dem Pyrolysegas entfernen.
Eine wirksame Möglichkeit besteht darin, einen Teil des erzeugten Pyrolysegases dazu zu verwenden, die Teere partiell zu verbrennen.
Dies hätte allerdings zur Folge, dass die Holzpyrolyse dann nicht wirtschaftlich betrieben werden könnte, da durch die partielle Verbrennung der Heizwert des übrig bleibenden Brenngases sinkt. Ohne auf die verschiedenen Vergasertypen einzugehen, kann festgestellt werden, dass die Gasqualität sich mit zunehmender Prozesstemperatur verbessert. Dies bezieht sich sowohl auf den Heizwert, als auch auf die Gasreinheit.
Die Vergasung von Kohle(nstoff) erfolgt bei Temperaturen >1000 C°. Als Vergasungsmittel wird CO2 benötigt, welches bei hohen Temperaturen zusammen mit Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonoxid reduziert wird. Entsprechend der Boudouarschen Reaktion in der Vergaserzone (Gleichgewichtsreaktionen) werden bereits bei 1000°C 99% des CO2 zu CO reduziert. Gemäß dieser Boudouarschen Reaktionen entstehen bei 450°C CO2 und CO in einem Verhältnis von 98% CO2 zu 2% CO. Bei 600°C 77% zu 23%, bei 800°C 6% zu 94% und bei 900°C 3% zu 97%. Das derart erzeugte Brenngas kann daraufhin beispielsweise in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, zum Beispiel zum Betrieb eines geeigneten Gasmotors welcher einen Generator antreibt und so elektrische Energie zur Verfügung stellt. Der Nachteil einer derartigen Vergasung von Kohlenstoff mit dem Vergasungsmittel Kohlendioxid besteht in der Erzeugung der erforderlichen hohen Temperaturen. Kurz beschrieben erfolgt die Kohlevergasung dadurch, dass ein Teil der eingebrachten Kohle mit Luftsauerstoff reagiert, und das derart erzeugte C02 durch ein Kohlebett geleitet wird, welches durch die oxidierende Kohle auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird. Es ist also ersichtlich, dass der Heizwert des bei der Kohlevergasung entstehenden Brenngases umso höher ist, je höher die Temperatur in der Reduktions- bzw. Vergasungszone ist. Auch bedeutet eine hohe Temperatur die Reduzierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und somit eine reinere Gasqualität. Die vorgeschlagene Reaktorvariante kann bei einer Energieumsetzungsanlage im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, bei der als Basis ein oder mehrere Verbrennungsmotoren betrieben werden.
Als Primärbrennstoff können Holzhackschnitzel Verwendung finden. Auch organische Reststoffe wie Sonnenblumenschalen, Haferschalen, Haferspelzen, Nussschalen, Gärreste, Kirschkerne, Sägemehl, usw. können jetzt zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Holzhackschnitzel werden aus einem Bunker über Kettenförderer einem kombinierten Holz- Holzkohlevergaser zugeführt.
In dem kombinierten Holz-Holzkohlevergaser erfolgt die vollständige Vergasung der zugeführten Holzhackschnitzel zu einem brennbaren Synthesegas. Anfallende feste Abfallstoffe sind nur mineralische teerfreie Aschen, die je nach Bedarf einmal im Monat entfernt werden können. Das im kombinierten Holz-Holzkohlevergaser produzierte brennbare Synthesegas wird einem Fliehkraftabscheider zugeführt, und dort von groben Holzkohlestücken und Holzkohlestäuben befreit. Vom Fliehkraftabscheider kommend, wird das brennbare Synthesegas durch einen Nass- Kaltgaswäscher geleitet, von feinen Holzkohlestäuben gereinigt und ab- gekühlt. Die Abwärme wird dem Hackschnitzelsilo zur Hackschnitzeltrocknung zugeleitet. Das gekühlte Synthesegas wird Gasmotoren zugeführt, wobei vor jedem Motor anstelle einer Gas-Luftregelstrecke ein Ge- mischbehälter angebaut ist, in welchem notwendige Verbrennungsluft dem Synthesegas zugemischt, und anschließend gemeinsam in den Gasmotoren verbrannt wird. Die Gasmotoren treiben über Kupplungen Generatoren an, die umgesetzte elektrische Energie wird in das Netz des Versorgers eingespeist.
Das Kühlwasser der Gasmotoren durchläuft einen Wärmetauscher, die ausgekoppelte Wärme kann dann dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Als Primärbrennstoff können Holzhackschnitzel verwendet wer- den. Dabei ist für die einzelnen Holzteile keine bestimmte Größe oder Geometrie erforderlich. Um jedoch einen sicheren Transport zu gewährleisten, sollten die einzelnen Hackschnttzel nicht kleiner als 2 mm sein und nicht größer als 170 mm (Verkantungsgefahr). Es gibt keine Vorgaben zur Restfeuchte des Primärbrennstoffes.
Eine Restfeuchte größer als 5% ist jedoch zu bevorzugen, da die Wassermoleküle im kombinierten Holz-Holzkohlevergaser einer Thermolyse unterzogen werden und dies der Steigerung des Heizwertes des brennba- ren Synthesegases zu Gute kommt. Eine Restfeuchte zwischen 15% und 20% entspricht einem optimalen Heizwert des brennbaren Synthesegases. Eine obere Grenze der Restfeuchte ist nicht vorgegeben. Restfeuchten oberhalb von 45% sollten aber nur zur Anwendung kommen, wenn kein anderes Material zur Verfügung steht. Ein hoher Wasserdampfanteil im brennbaren Synthesegas geht zu Lasten des Heizwertes.
Bei dem Reaktor handelt es sich um einen Hoch-Temperatur-Kohlenstoff- Reaktor (HTCR), einem so genannten kombinierten Holz- und Holzkohlevergaser.
Die Hackschnitzel werden dem Reaktor über eine Schleuse zugeführt. Die Schleuse besteht aus zwei wechselnd öffnenden und schließenden Schiebern und einem sich zwischen den Schleusen befindlichen Stauraum. Im Reaktordeckel wird ein gekapseltes Pendel eingebaut, welches den Füllstand an Hackschnitzeln überwacht. Bei zu geringem Füllstand meldet der Reaktor Förderungsbedarf und die Kettenförderer beginnen mit der Förderung und Zubringung von Hackschnitzeln. Der letzte Transportkettenförderer fördert die Hackschnitzel in die Schleuse. Während des Befüllens der Schleuse ist der obere Absperrschieber geöffnet. Ist ein Maxi- malfüllstand in der Schleuse erreicht, stoppen alle Kettenförderer und der obere Schieber schließt sich. Erst nachdem der obere Schieber geschlos- sen ist, öffnet der untere Schieber, so dass die Hackschnitzel aus der Schleuse in den Reaktor fallen können. Nachdem die Schleuse entleert ist, schließt der untere Schieber wieder. Erst nachdem der untere Schieber geschlossen ist, öffnet sich der obere Schieber wieder und die Kettenförderer der Austragung beginnen wieder zu arbeiten. Die Schieber sper- ren sich gegenseitig, so dass niemals beide Schieber gleichzeitig geöffnet sein können. Die Schieber werden pressluftgesteuert und schließen in jeder Stellung sofort bei Stromausfall. Während des gesamten Zeitraumes, in welcher der Reaktor Brennstoff fordert, ist ein Rührwerk in Betrieb, welches die eingebrachten Hackschnitzel gleichmäßig verteilt. Der schemati- sehe Aufbau des Hoch-Temperatur-Carbon-Reaktors ist in Fig. 1 , in Verbindung mit der Indices-Liste 1 zu sehen.
Im oberen Bereich arbeitet der Reaktor konventionell. Dort werden die Hackschnitzel getrocknet und einer Pyrolyse unterworfen. Wasserdampf sowie entstehende Pyrolysegase werden in den unteren Bereich des Reaktors gesaugt. Im unteren Bereich des Reaktors befinden sich zwei räumlich getrennte Oxidationsbereiche. Die während und nach der Pyrolyse entstehende Holzkohle sammelt sich im oberen der beiden Oxidationsbereiche. Dort reagiert die Holzkohle mit zugeführter, vorgewärmter Au- ßenluft. Der Oxidationsbereich wird konstruktiv so geformt, dass ein bestimmter Teil der thermischen Versorgung der Trocknung und Pyrolyse, und der andere Teil der Vergasung der entstandenen Holzkohle dient. Der Teil des Oxidationsbereichs welcher die thermische Energie für Trocknung und Pyrolyse bereitstellt, erreicht eine Temperatur von ca. 800°C bis 850°C. Der Teil des Oxidationsbereichs, welcher der Vergasung der Holzkohle dient, erreicht Temperaturen von ca. 1200°C bis 1300°C.
Während der Trocknung entstandener Wasserdampf, sowie während der Pyrolyse entstandene Gase müssen konstruktiv bedingt in den oberen Bereich des heißen Oxidationsbereichs eintreten, werden zur Seite abgelenkt, und müssen den heißen Oxidationsbereich wieder an dessen Oberfläche verlassen. Im Gegensatz zu konventionellen Gleichstrom- Festbettvergasern wird somit kein anschließender Reduktionsbereich mehr vorhanden sein. Der heiße Oxidationsbereich ist gleichzeitig Reduk- tionsbereich, in welchem bei gleich bleib ender hoher Temperatur eine Krackung von polyzyklischen und aromatisch-polyzyklischen Kohlenwasserstoffen stattfindet. Teere können bedingt durch die gleich bleibend hohe Temperatur von mindestens 1200°C nicht mehr entstehen. Das in den Hackschnitzeln enthaltene Wasser wird in Form von Wasserdampf durch den heißen Bereich des Oxidationsbereichs geleitet. Oberhalb einer Temperatur von 1 100°C unterliegen die Wassermoleküle einer Thermolyse, d.h. die Wassermoleküle werden in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Der Sauerstoff reagiert mit Kohlenstoff zu Kohlenmo- noxid, der Wasserstoff bleibt zum Teil frei und verbindet sich zum anderen Teil mit Kohlenstoff zu Methan. Daher wird eine bestimmte Restfeuchte bevorzugt, da diese Restfeuchte der Gassynthese und der Steigerung des Heizwertes dient. Neben Wasserdampf werden im heißen Oxidationsbereich Luftsauerstoff und Kohlendioxid die Vergasungsmittel sein. Das Vergasungsmittel Kohlendioxid entsteht im zweiten Oxidationsbereich. Der zweite Oxidationsbe- reich besteht aus glühender Holzkohle aus dem heißen Oxidationsbereich, die nach Unterschreitung einer Mindestgröße durch einen Rost fällt, auf dem sich der heiße Oxidationsbereich befindet. Das Kohlendioxid welches im zweiten Oxidationsbereich entsteht dringt in den heißen, ersten Oxidationsbereich ein und zerfällt durch die hohe Temperatur in Kohlenmonoxid und Sauerstoff. Der hierbei frei werdende Sauerstoff reagiert mit dem Kohlenstoff im heißen Oxidationsbereich ebenfalls zu Kohlenmonoxid.
Dadurch wird erreicht, dass nur noch mineralische Aschen als Abfallprodukt entstehen. Die Strömungsrichtungen der Gase sollen im Reaktor von Unterdruck erzeugenden Gasmotoren (Saugmotoren) vorgegeben werden.
Eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Hoch-Temperatur- Carbon-Reaktors ist in Fig. 2 in Verbindung mit der Indices-Liste 2, Reaktor-Funktion, zu sehen. Die thermische Energiezufuhr für Trocknen, Pyrolyse und Verkohlen erfolgt seitlich. Der Wärmestrom nach oben läuft nicht mehr gegen den Gasstrom nach unten. Der Gasstrom tritt von oben in den Oxidationsbereich ein und verläuft dann seitlich. Der Gasstrom verlässt den Oxidationsbereich wieder durch dessen Oberfläche. Dadurch, dass Wärmestrom nach oben und Gasstrom nach unten sich nicht mehr gegenseitig behindern, ist die Wärmeübertragung in den Trocknungs- und Pyrolysebereich deutlich verbessert. Durch den seitlichen Verlauf des Gasstroms im Oxidationsbereich erfolgt die Reduktion in nur noch einem Bereich bei gleich bleibend hoher Temperatur. In einem zweiten Oxidationsbereich wird aus überschüssiger Holzkohle das Vergasungsmittel Kohlendioxid produziert, welches notwendig ist, Holzkohle im ersten, heißen Oxidationsbereich zu vergasen. Bei dem Hochtemperaturcarbonreaktor handelt es sich also um eine Konstruktion, bei der sich der Wärmestrom für die endothermen Reaktionen (Trocknen, Pyrolyse, Verkohlen) und der gegenläufige Gasstrom (Pyrolysegas, Wasserdampf) nicht mehr gegenseitig behindern. Die beiden Oxidationsbereiche sind zwei Festbettbereiche. Der untere Oxidationsbereich produziert das Vergasungsmittel für die Vergasung der Holzkohle im ersten Oxidationsbereich.
Der Hochtemperaturcarbonreaktor zielt somit darauf ab, in erster Linie kein Holzgas zu produzieren, sondern Holzkohle, deren Kohlenstoffanteil vergast wird. Dadurch entstehen als feste Abfallprodukte nur noch mineralische Aschen. Bedingt durch die hohe Arbeitstemperatur ist die Entstehung von Teeren und anderen nicht gewünschten unverbrannten Kohlenwasserstoffen ausgeschlossen.
Bei dem Hochtemperaturcarbonreaktor handelt es sich somit um eine völlige technische Neuerung, die im Gegensatz zu konventionellen Vergasern das Synthesegas in erster Linie aus der Vergasung von während einer Pyrolyse entstandener Holzkohle produziert.
Bei dem Massenkraftabscheider kann es sich um einen konventionellen Fliehkraftabscheider, einem so genannten Zyklon handeln. Durch die hierbei vorliegenden Fliehkräfte werden Holzkohlestäube und größere feste Holzkohlefraktionen vom Gas getrennt. Das Gas wird somit von enthalte- nen Stäuben und Verunreinigungen befreit und dem Nass-Kalt- Gaswäscher zugeführt.
Im Zyklonabscheider sollen lediglich Holzkohlestücke und Holzkohlestaub abgeschieden werden, um dem Reaktor als Brennstoff im kohienstoffver- gasenden Oxidationsbereich zugeführt zu werden. Die beschriebene Reaktorvariante stellt somit ein hocheffizientes System dar, mit dem brennbares Synthesegas aufbereitet werden kann, das z. B. für den Betrieb von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden kann, die wiederum in Blockheizkraftwerken eingesetzt werden können, um damit mechanische Energie zu erzeugen, mit der mittels Generatorantrieb elektrische Energie (Strom) gewonnen wird. Die beim Verbrennungsmotorbetrieb entstehende Abwärme, die im Kühlwasser oder im Abgas enthalten ist, kann somit ebenfalls größtenteils vorteilhaft genutzt werden.
Indices-Liste: Fig. 1 , Reaktoraufbau
1 Initiator / Füllstandsüberwachung
2 Getriebemotor / Rührwerk Verteilung
3 Schleuse / Brennstoffzufuhr
4 Gasring / Synthesegas Abführung
5 Schamott
6 Kern / Gasabfuhr
7 Primärluftzufuhr
8 Rost / darüber Oxidationsbereich I.
9 Sekundärluftzufuhr
10 Oxidationsbereich II. / Aschekasten Indices- Liste: Fig. 2, Reaktor-Funktion
21 Hackschnitzel
22 Synthesegas
23 Trocknen
24 Pyrolyse
25 Verkohlen
26 Vergasen im ersten Oxidationsbereich
27 Primärluft
28 O, CO2
29 Zweiter Oxidationsbereich

Claims

A n s p r ü c h e 1. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Reaktor in zwei Teile, nämlich einem Reaktorgrundbehälter und einem weiteren Behälter, die miteinander gasleitend verbunden sind, unterteilt ist, wobei der weitere Behälter zwei räumlich getrennte Oxidati- onsbereiche aufweist.
2. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Reaktor sich im Aufbau zusammensetzt aus einer Behälterform (z. B. zylinderförmig), wobei dieser Reaktorgrundbehälter unten mit einem weiteren Behälter verbunden ist, der oben mit einer perforierten Abdeckung (Rost) versehen ist (Fig. 1 , Reaktoraufbau). Des Weiteren ist dieser Reaktorgrundbehälter im Inneren so ausgestaltet, dass, im unteren Bereich beginnend, ein Kanal nach oben führt, von dem aus dann im oberen Bereich das im Reaktor erzeugte Synthesegas nach außen abgeführt werden kann (Fig. 1 , Reaktoraufbau).
Das abgeführte Gas heizt den nach oben führenden Kanal auf ca. 500°C auf, womit dieser Kanal als Heizung im Rotationsmittelpunkt des Reaktors für den Trocknungs- Pyrolyse- und Verkohlungsbereich dient.
3. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR) nach Anspruch 1 oder 2, zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im unteren Teil des Reaktorgrundbehälters am Umfang mit Schamott ausgekleidet ist und im Bereich der Schamottauskleidung im Inneren des Reaktorgrundbehälters, über der Rostabdeckung, Luftzufuhrleitungen münden, über die von außen her Primärluft zugeführt werden kann (Fig. 1 , Reaktoraufbau).
4. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR) nach einem der oben genannten Ansprüche, zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass in dem unter in Anspruch 2 beschriebenen Abdeckungsrost befindlichen Behälterbereich Luftleitungen münden, über die von außen her Sekundärluft zugeführt werden kann (Fig. 1 , Reaktoraufbau).
5. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial zur Synthesegaserzeugung im oberen Bereich des in Anspruch 2 beschriebenen Reaktorgrundbehälters über eine Schleuse zugeführt wird (Fig. 1 , Reaktoraufbau).
6. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dieser Schleusen derartig erfolgt, dass beim Nachfüllvorgang immer zuerst der obere Schleusenverschluss geöffnet wird, der Schleusenraum mit Basismaterial gefüllt wird, die obere Schleusenöffnung wieder geschlossen wird und erst dann der untere Schleusenverschluss geöffnet wird, der die Zufuhr in den Reaktorraum ermöglicht. Es können somit niemals beide Schleusenverschlüsse (oben und unten) gleichzeitig geöffnet sein.
7. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor die Vergasung des Kohlenstoffanteils von Holzkohle erfolgt, welche im Verlauf einer Pyrolyse und der anschließenden Verkohlung produziert wird.
8. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Vergasung der Holzkohle gleichzeitig die durch die hohe Temperatur (>1100° C - 1200° C) im Kernbereich mögliche Reduktion nicht gewünschter Bestandteile in dem während der Pyrolyse produzierten Holzgas erfolgt.
9. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem in diesem Reaktor angewandtem Verfahrensablauf die für die endothermen Reaktionen erforderliche thermische Energie nicht mehr gegen die Strömungsrichtung des Holzgases, bzw. des Wasserdampfes, zugeführt wird (Fig. 1).
10. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensablauf, der in diesem Reaktor zur Anwendung kommt, zwei Oxidationsbereiche aufweist, von denen der erste die thermische Energie für die endothermen Reaktionen erzeugt und den Bereich der Kohlenstoffvergasung darstellt. Aus dem zweiten Oxidationsbereich strömt Luft von unten her in das Zentrum des ersten Oxidationsbereichs, ermöglicht hierdurch hohe Temperaturen und stellt Sauerstoff für die Kohlenstoffvergasung zur Verfügung.
11. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Reaktor die Fähigkeit besitzt, bedingt durch die mögliche hohe Kerntemperatur, Wassermoleküle einer Thermolyse zu unterwerfen und derart durch Reduktion Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan zu produzieren, in dem das eingebrachte Wasser als Vergasungsmittel dient.
12. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mögliche hohe Temperatur (> 1100°C - 1200° C) des Kernbereichs des zweiten Oxidationsbereichs verhindert wird, dass Teere, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, aromatische und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe das Synthesegas verunreinigen.
13. Hochtemperaturcarbonreaktor (HTCR)
zur Erzeugung von brennbarem Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass bedingt durch den aufgrund des in den Ansprüchen 1 bis 6 beschriebenen Reaktoraufbaus möglichen Verfahrensablaufs sich als Abfallprodukt mineralische Asche in fester Form ergibt.
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