WO2012038001A1 - Vorrichtung und verfahren zur simultanen aufbereitung von festen brennstoffen und biomassen mit anschliessender vergasung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur simultanen aufbereitung von festen brennstoffen und biomassen mit anschliessender vergasung Download PDF

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biomass
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Stefan Hamel
Johannes Kowoll
Stefan Hacker
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for the simultaneous preparation of solid fuels and biomass, for the preparation of a mixture, which is then conveyed as bulk material in a carburetor.
  • the energy resources include primary fossil fuels such as oil, natural gas, coal and treated secondary fuels such as petroleum cokes, tar and other industrial residues, as well as the renewable energy suppliers such as biomass.
  • the biomass is predominantly renewable raw materials of plant origin that are not in competition with food.
  • sugarcane is an important supplier of biomass, the sugar extracted from it serves as food, the juiced sugar cane together with the sugarcane residues are not simply burned or otherwise disposed of as before, they can be used further energetically or for the production of synthesis gas.
  • the complete exploitation of the available energy raw materials is aimed at.
  • thermal gasification entrainment gasification For effective use with thermal gasification entrainment gasification is particularly advantageous, with plants for entrained flow gasification usually have very high performance and can also be operated with coals. Also suitable is the use of hazardous substances in entrained flow combustion systems or boiler systems, problem substances in this sense are, for example, the fibrous and woody components in biomass or in younger coals.
  • the solid fuels are dried and ground in a suitable mill, and the vertical mills are particularly suitable for grinding brittle materials such as carbon.
  • the vertical mills are usually operated in conjunction with internal classifiers.
  • the main component of such mills is a rotating grinding table on which the grinding tools are pressed with their own weight and often additional power from hydraulic cylinders. These grinding tools can be spherical, cylindrical, or tapered rollers.
  • the disclosure DE 102007050985 A1 describes a method for the gasification of biomass in a fly-flow reactor in which the biomass is first dried or torrefied and then ground, then mixed with a liquid and fed as a suspension to the gasification reactor.
  • DE 102007034524 A1 is directed to a method for entrained flow gasification of coals varying in Kohlohlungsgrades, the coals are brought due to their different properties in separate drying and grinding equipment on the corresponding water contents and Körnungsspektren, then they are mixed and a common metering system the Carburetor supplied.
  • the biomass is dried, torrefied, ground and fed in the form of a suspension in a Flugstromvergaser for gasification.
  • DE 10151054 A1 also a method for the treatment of biomass is proposed, wherein the biomass is subjected to a quick pyrolysis and slurried thereby resulting products bio-oil and pyrolysis to an oil foam and reacted in an air flow gasifier thermally to synthesis gas.
  • the biomass would have to be crushed in a crushing plant such as a cutting or impact mill so that the crushed biomass is good as bulk material of an entrainment gasifier.
  • Cutting or impact mills are suitable for crushing medium-hard to soft and elastic materials, the cutting mill by means of rotor and stator knives by the shearing crushed the good, and in the impact mill, the good is thrown against an armor and breaks it.
  • an insulating slag layer is built up in the gasification of solid fuels at temperatures of 1200 ° C to 2000 ° C on the walls.
  • the layer thickness of the slag and its insulating effect depends on the amount of slag.
  • Biomass mostly has a low ash content, often less than 2%, during gasification, resulting in a very thin layer of slag on the walls, or even walls not fully wetted with slag, which makes the heat flux density high and the walls agitated by the aggressive gases, For example, HCl and H 2 S, be damaged.
  • the object of the invention is therefore to provide a simplified and efficient apparatus and method to overcome the above-mentioned deficiencies and to carry out an economical process for the simultaneous preparation of solid fuels and biomass, also to mix the bulk materials together in that they are used optimally for gasification in a flow reactor.
  • the invention solves the problem by means of a device for the treatment of solid fuels and biomass and the production of a mixture, wherein the mixture is then conveyed as bulk material in the carburetor, comprising
  • At least one comminution device for the comminution of biomass At least one comminution device for the comminution of biomass
  • At least one grinding device for grinding solid fuels for grinding solid fuels
  • At least one mixing device for mixing the comminuted biomasses and the ground solid fuels
  • At least one separating device for separating gas and solid At least one separating device for separating gas and solid
  • At least one recirculation gas circuit drawn by a circulation circuit, additionally comprising a pressure-increasing device and a heating-up burner,
  • At least one recycle gas loop (8, 11, 12, 13) is provided for crushing (35) and grinding (2), the recycle gas loop (8, 11, 12, 13) communicating with the gas outlet of the dust collector (5) and the gas supply line of the crushing (35), grinding device (2) is connected,
  • At least one lock container (19a, 19b) is provided with compressed gas valves, wherein the input of the lock container (19a, 19b) with the outlet of the reservoir (17) and the output of the lock container (19a, 19b) via a Nachför- der glaci (36) are connected to the input of a storage container (37), and
  • At least one mixing device in front of the lock container (19a, 19b) is provided.
  • the apparatus for the parallel treatment of solid fuels and biomass is designed with at least one dust collector (5) and a recycle gas circuit (8, 11, 12, 13) for crushing (35) and grinding device (2). Both the comminution (35) and the grinding device (2) each have their own dust collector and a recycle gas cycle. Depending on the needs, a shared dust collector (5) may also be advantageous.
  • a mixing device for mixing the ground solid fuels and crushed biomass should not be missing, as well as a lock container and a storage tank are provided with compressed gas valves.
  • a cutting or impact mill is provided as a crushing device (35) and the reservoir (17) is designed as a mixing device.
  • the reservoir (17) is designed as a mixing device.
  • the invention also achieves the object by means of a method for the simultaneous preparation of solid fuels and biomass and for producing a mixture, wherein the mixture is then conveyed as bulk material in the carburetor, using the claimed device, wherein
  • the thermal, untreated biomasses are simultaneously dried and comminuted in at least one comminution device (35),
  • the solid fuels are simultaneously dried and ground in a grinding or crushing device (2, 35), and
  • the biomass can be raw, dried or in other thermally pretreated form such as torrefied or pyrolyzed.
  • the torrefied or pyrolyzed biomass is brittle, can be ground in a solid fuel mill.
  • the biomass in a crushing device by the supply of drying gas (3, 34) are simultaneously dried and crushed, in parallel, the solid fuels in a grinding device (2) are also dried and ground simultaneously, the grinding of the solid fuels possibly also in a common crushing device (35) can be performed.
  • the crushed dusty biomasses are mixed with the ground fine-grained and ash-containing solid fuels in a dedicated mixing device.
  • the biomass minerals or ash in the grinding or crushing device (2, 35) admixed so that the base-acid ratio of the slag formed in the carburetor in the range of 0.3 to 1 , 5 lies.
  • the addition of minerals or ash into an entrained flow gasifier affects the toughness of the molten slag.
  • acidic components such as Si0 2 , Al 2 0 3 and Ti0 2 in ash-containing fuel
  • an admixture of limestone or dolomite advantageous so that the base-acid ratio is increased.
  • basic constituents such as CaO, MagO, Fe 2 O 3 , Na 2 O and K 2 O in the ash-containing fuel
  • addition of Al 2 O 3 and SiO 2 -containing minerals is again advantageous.
  • the base to acid ratio of the slag formed in the gasifier should ideally be in the range of 0.3 to 1.5.
  • the mixture of the bulk material of an entrainment gasifier is critical to the performance of the entrained flow gasifier. Incorrect base-acid ratio or too little ash in the mixture can damage the carburettor. That is why the optimal ratio of all components in the mixture is very important.
  • the coals have already proven in the art as proven bulk material. In the past, efforts have also been made to properly utilize the treated secondary fuels such as coke, tar and other industrial residues. At the present time, the use of regenerative energy raw materials is increasingly being tested. The complete utilization as well as the optimal combination of the energy raw materials of the mixture promoted in the carburettor belong likewise to the conversion of the invention.
  • Fly ash from an entrained flow gasifier or a conventional boiler can be separated by a separation process and fed directly into a dust collector.
  • the filter cake from gasification or combustion typically consists of about 60% ash, 10% carbon and 30% water, thus it can be introduced either directly into a crusher or into a grinder. Minerals that affect the toughness of the slag are also needed accordingly.
  • the untreated biomass can thus be advantageously mixed with a solid fossil fuel or a treated secondary fuel in a ratio of about 1: 1 to a mixture for the gasification.
  • the carbon dioxide from the transport gas and the moisture of the biomass take part in the gasification reactions, this leads to an increase in the amount of syngas without excessively diluting the generated syngas with carbon dioxide.
  • the biomass-fuel ratio in the mixture for the gasification can be varied. Taking into account the base-acid ratios of the biomass and the solid fuels and the slag formation, the proportion of biomass in the mixture for gasification may vary between 20% and 80%.
  • the crushed biomasses and the ground, fine-grained, ash-containing, solid fuels are each fed via a solid / gas stream to the dust collector (5) for separating solid and gas.
  • the recirculation gas circuit (8, 11, 12, 13) is supplied.
  • the comminuted, dusty biomasses and the fine-grained ash-containing fuels each pass through an intended dust separator, wherein at least a portion of the dedusted gases from the dust collector are fed to the recycling gas circuit and the fine solid is introduced into a mixing device with the help of the remaining gases.
  • the recirculation gas supplied to the recycle gas loop (8, 11, 12, 13) is reheated, pressurized, and then supplied to the crushing or grinding apparatus as a drying gas (3, 34).
  • the dedusted gas coming from the dust collector is fed to the recycle gas loop, passes through a pressure-increasing device and a heat exchanger, then another burner (33, 32) to reach the desired temperature.
  • the temperature depends on the moisture content of the raw material used. The higher the moisture content of the feedstock, the higher the temperature of the drying gas that is required.
  • the raw materials are ground, dedusted and mixed.
  • the mixture of ash-containing powdery substances is cyclically transported from a storage container (17) into a lock container (19a, 19b).
  • pressure gas namely nitrogen or carbon dioxide
  • the lock container (19a, 19b) is supplied to the lock container (19a, 19b) in order to convey the mixture into the feed tank (37) of the gasification.
  • the expansion gas (27) which arises by relaxing from the lock container (19a, 19b)
  • the recirculation gas circulation (8, 11, 12, 13) is supplied.
  • This invention also includes the use of the mixture obtained by the process in an entrained flow gasifier at temperatures between 1200 ° C and 2000 ° C and pressures up to 10 MPa with a gasification or oxidizing agent, wherein the mixture at a pressure of at least 1 bar above the normal carburetor pressure of one of the lock container (19a, 19b) via a Nachhofftechnisch (36) placed in a storage container (37) and is pneumatically conveyed from there into the carburetor.
  • the mixture to be gasified is brought with a pressure of at least 1 bar above the normal carburetor pressure of one of the lock container (19a, 19b) via a Nachrétechnisch (36) in a storage container (37) and pneumatically conveyed from there into the carburetor ,
  • the mixture is thermally converted with a gasification or oxidizing agent at temperatures between 1200 ° C and 2000 ° C and pressures up to 10 MPa, as the gasification or oxidizing agent can usually be air, oxygen and water vapor or even carbon dioxide.
  • the resulting synthesis gas is available for further syntheses.
  • Fig. 1 shows the device for the simultaneous treatment of solid fuels and biomass.
  • the drying takes place by the supply of drying gas (34).
  • the drying and simultaneous grinding of the ash-containing fuel (1), such as brown or hard coal with the addition of the drying gas (3).
  • the dusty, ash-containing solid fuel is discharged from the grinding device (2) by a gas flow (4) and enters a dust separator (5).
  • the dust-like biomass is also discharged with a gas stream (15) from the crushing device (35) and enters the shared dust collector (5). There, the particles are deposited together and arrive as a mixture in the reservoir (17).
  • the dedusted in the dust separator (5) gas (6) is partially fed to the recycle gas circuit (8).
  • the pressure of the gas is increased (9) and the gas is heated again (10), then split, so that a partial flow of the recirculation gas (13) to the comminution device (35) and another partial flow of the recirculation gas (12) Grinding device (2) is passed.
  • the recirculation gas is mixed before each with the partial flow of the expansion gas (29, 31), which is discharged from the lock container (19a, 19b) for pressure equalization, before it is heated in a burner (32, 33).
  • the heated gas is referred to as drying gas (34, 3).
  • the drying gas (34, 3) can be brought by the burner (32,33) before being fed to the grinding device (2) and crushing device (35) to an individually required temperature, which depends on the respective fuel to be ground or shredded (1, 14) and its moisture content.
  • the lock containers (19a, 19b) are filled under atmospheric conditions.
  • the lock containers (19a, 19b) are then with a Gas - nitrogen or carbon dioxide - (20a, 20b, and 21a, 21b) is pressurized and then with the addition of further conveying gas, nitrogen or carbon dioxide (23a, 23b), and loosening gas, nitrogen or carbon dioxide (21a, 21 b), over a fuel line (22a, 22b) transported by dense phase conveying via the union element (25) and the Nachstentechnisch (36) in the permanently under operating pressure storage tank (37).
  • the two lock containers (19a, 19b) shown in FIG. 1 can be operated alternately. Of course, depending on the desired carburetor performance and the fuel properties, other lock containers can also be connected.
  • a compensation line (26) is provided with a pressure control device to control the pressures in the containers, thereby attracting a flash gas (27), which fed in de flash gas buffer (30) is, and from there, a partial flow of the expansion gas (29, 31) supplied to the recirculation gas circulation, another partial flow of the expansion gas (28) is fed to the dust collector (5).
  • the feed tank (37) is continuously under the operating pressure, ie at a pressure level above the carburetor (39).
  • the burners (40) of the carburetor (39) are continuously supplied with fuel from the feed tank (37) via two separate lines (38a, 38b). Similarly, the number of burners depends on the performance of the carburetor.
  • the mixture to be gasified is thermally reacted together with a gasification or oxidizing agent in the gasifier (39) at a temperature of 1200 ° C. to 2000 ° C. and pressures of up to 10 MPa.
  • the crude gas (41) thus produced is cooled with quench water and leaves the gasifier (39), is cleaned and is then ready for subsequent use.
  • the cooled slag (42) solidifies and is withdrawn as a solid granular material (50) from the gasifier (39).
  • the water used for quenching is loaded with solids and is withdrawn as so-called slag water (43) and subjected to water treatment (44).
  • a portion of the water as waste water (51) is withdrawn from the process, wherein at the same time a corresponding proportion of fresh water is supplied (not shown in Fig. 1).
  • Most of the treated water is returned as quench water recycle stream (49) to the gasifier for quenching the gas and slag.
  • the solids removed during the slag-water treatment are produced as a so-called filter cake (45).
  • Part of the filter cake (46) can be returned to the comminution or grinding device (2, 35) as solids recycling, the remainder being discharged from the process.
  • the slag (50) resulting from the gasification process can be at least partially reused in the comminuting or grinding device (2, 35), and the remainder of the slag (51) is also taken out of the process.
  • both the crushing device (35) and the grinding device (2) each have their own dust separator (5) may have. This can be advantageous if the quantitative ratio of the solid fuel and the biomass is not 1: 1.
  • the comminuting or grinding device should have a separate recycle gas circulation.
  • the mixture of the ground fuels and the comminuted biomass either in the reservoir (17) by an equally distributed feed or mechanically moving internals such as stirrers or the different streams are first supplied to at least one mixer before the mixture into the reservoir (17) is handed over.
  • All known continuous or discontinuously operated solids mixers are suitable.
  • the pretreatment of the biomass by pyrolysis or torrefaction leads to high investment costs and large plant dimensions.
  • Advantages of the present invention are the elimination of the pretreatment stages for biomass, the simultaneous treatment of solid fuels and biomass, the optimized mixing ratio of the constituents of the gasification mixture and the simplified expenditure on equipment.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren unter dem Einsatz einer Vorrichtung zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen, wobei die thermischen, unbehandelten Biomassen in mindestens einer Zerkleinerungsvorrichtung (35) gleichzeitig getrocknet und zerkleinert werden. Parallel werden die festen Brennstoffe in einer Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung (2, 35) gleichzeitig getrocknet und auch gemahlen. Die zerkleinerten Biomassen werden mit den gemahlenen festen Brennstoffen in einer Mischvorrichtung vermischt. Anschließend wird das Gemisch mit einem Druck von mindestens 1 bar über dem normalen Vergaserdruck über einen der Schleusbehälter (19a, 19b) in einen Vorlagebehälter (37) gebracht und von dort aus pneumatisch in den Flugstromvergaser gefördert.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und
Biomassen mit anschließender Vergasung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen, zur Herstellung eines Gemisches, das anschließend als Schüttgut in einen Vergaser gefördert wird.
[0002] Zu den Energierohstoffen zählen primäre fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas, Kohle und behandelte sekundäre Brennstoffe wie Petrolkokse, Teer und andere Industrierückstände, sowie die regenerativen Energielieferanten wie Biomasse. Bei der Biomasse handelt es sich vorwiegend um nachwachsende Rohstoffe pflanzlicher Herkunft, die mit Nahrungsmitteln nicht in Konkurrenz stehen. Zum Beispiel ist das Zuckerrohr ein wichtiger Lieferant von Biomasse, der daraus gewonnene Zucker dient als Nahrungsmittel, die entsafteten Zuckerrohre samt der Zuckerrohrreste werden nicht wie bisher einfach verbrannt oder anderweitig entsorgt, sie können weiter energetisch oder zur Herstellung des Synthesegases genutzt werden. Die vollständige Verwertung der zur Verfügung stehenden Energierohstoffe wird angestrebt.
[0003] Mit dem Schrumpfen der primären fossilen Rohstoffvorräte hat die Verwertung der sekundären Brennstoffe neue wirtschaftliche Bedeutung gewonnen. Ebenso wird der Ausbau der Nutzung von regenerativen Energierohstoffen weltweit angestrebt. Dabei kann auf eine energetische oder stoffliche Nutzung abgezielt werden. Im Rahmen der energetischen Verwertung der oben genannten Einsatzstoffe bietet sich beispielsweise die Mitverbrennung in bestehenden Feuerungsanlagen oder die Monoverbrennung in eigens dafür vorgesehenen und ausgelegten Anlagen an. Die stoffliche Nutzung dagegen wird durch die thermische Vergasung ermöglicht. Das so erzeugte Synthesegas stellt den Einsatzstoff für nachgeschaltete chemische Synthesen dar, wie beispielsweise für Fischer-Tropsch-, Methanol- oder Ammoniaksynthesen.
[0004] Für eine effektive Nutzung mit thermischer Vergasung ist die Flugstromvergasung besonders vorteilhaft, wobei Anlagen zur Flugstromvergasung üblicherweise sehr große Leistungen aufweisen und auch mit Kohlen betrieben werden können. Ebenfalls geeignet ist der Einsatz von Problemstoffen in Flugstromverbrennungsanlagen bzw. Kesselanlagen, Problemstoffe in diesem Sinne sind zum Beispiel die faser- und holzartigen Bestandteile in Biomasse oder auch in jüngeren Kohlen.
l [0005] Um feste Brennstoffe wie die primären fossilen oder die behandelten sekundären Brennstoffe im Flugstromvergaser einsetzen zu können, müssen sie auf eine geeignete Partikelgröße zerkleinert werden, außerdem ist eine Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts vorteilhaft. Darum werden die festen Brennstoffe in einer geeigneten Mühle getrocknet und gemahlen, hierzu sind die Vertikalmühlen zum Mahlen von spröden Materialien, wie beispielsweise Kohlen, besonders geeignet. Die Vertikalmühlen werden meistens in Verbindung mit internen Sichtern betrieben. Hauptbestandteil solcher Mühlen ist ein rotierender Mahlteller, auf den die Mahlwerkzeuge mit Eigengewicht und oft zusätzlicher Kraft aus Hydraulikzylindern angepresst werden. Diese Mahlwerkzeuge können kugelige, zylindrische, oder kegelige Walzen sein.
[0006] Bei Energierohstoffen wie Biomassen, darunter biogenen Reststoffen und Abfällen sind Mahlungen aufgrund der zähen und faserigen Struktur ohne Vorbehandlungen in einer der obengenannten Mühlen in der Regel nicht möglich. Neuere Entwicklungen sehen eine thermische Vorbehandlung der Biomasse durch eine milde Pyrolyse vor, mit dem Ziel, die Zellstrukturen derart zu schwächen, dass der mechanische Aufwand für eine nachfolgende Zerkleinerung stark reduziert wird und eine Mahlung in den oben erwähnten Mühlen möglich wird. Unter dieser Form der Pyrolyse, auch Torrefizierung genannt, wird eine milde thermische Behandlung der Biomasse unter Sauerstoffabschluss bei einer Temperatur von 220°C bis 350°C verstanden. Eine Übersicht dazu gibt Kaltschmitt et al. in„Energie aus Biomasse", ISBN 978-3-540- 85094-6, 2009, Seiten 703 - 709. Bei idealen Reaktionsbedingungen wird die eingesetzte Biomasse um ca. 20% bis 30% reduziert, bei einer gleichzeitigen Abnahme des Energiegehaltes um etwa 10%.
[0007] Die Offenlegung DE 102007050985 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse in einem Flugstromreaktor, in dem die Biomasse zuerst gedörrt bzw. torrefiziert und dann gemahlen wird, anschließend mit einer Flüssigkeit gemischt und als Suspension dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.
[0008] Die DE 102007034524 A1 richtet sich auf ein Verfahren zur Flugstromvergasung von Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, die Kohlen werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften in getrennten Trocknung- und Mahlanlagen auf die entsprechenden Wassergehalte und Körnungsspektren gebracht, anschließend werden sie gemischt und über ein gemeinsames Dosiersystem dem Vergaser zugeführt.
[0009] Ein Verfahren zur gemeinsamen Vergasung von Kohlenhaltigen Stoff und Biomasse offenbart die Schrift US 2010/0083575 A1. Hierzu wird die Biomasse zuerst unter Pyrolysebe- dingungen torrefiziert, dann mit den festen Brennstoffen wie Kohle und Koks zu einem
Schlamm vermischt und das Gemisch dem Vergaser zum Vergasen zugeleitet.
[0010] Bei der US 2008/0022595 A1 wird die Biomasse getrocknet, torrefiziert, gemahlen und in Form einer Suspension in einen Flugstromvergaser zur Vergasung eingespeist.
[0011] Ebenso ist in DE 10151054 A1 auch ein Verfahren zur Behandlung von Biomasse vorgeschlagen, wobei die Biomasse einer Schnellpyrolyse unterworfen wird und die dabei entstandenen Produkte Bioöl und Pyrolysekoks zu einem Ölschaum aufgeschlämmt und in einem Flugstromvergaser thermisch zu Synthesegas umgesetzt werden.
[0012] In der WO 2010015316 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas aus Biomasse vorgestellt worden, wobei es sich hauptsächlich um eine Teerreduzierung während des Vergasungsprozesses handelt.
[0013] Wegen der zähen und faserigen Struktur der naturbelassenen Biomasse verheddert sich diese bei der Zugabe in einer Vertikalmühle. Daher müsste die Biomasse in einer Zerkleinerungsanlage wie einer Schneid- oder Prallmühle so zerkleinert werden, dass die zerkleinerte Biomasse als Schüttgut eines Flugstromvergasers taugt. Schneid- oder Prallmühlen sind geeignet zur Zerkleinerung von mittelharten bis weichen und elastischen Materialien, wobei die Schneidmühle mittels Rotor- und Statormessern durch die Scherwirkung das Gut zerkleinert, und in der Prallmühle das Gut gegen eine Panzerung geschleudert wird und dabei zerbricht.
[0014] Experimentelle Versuche haben gezeigt, dass das so erzeugte Schüttgut eine hohe Porosität und Fluidisierungsgeschwindigkeit aufweist, wodurch der Gasbedarf für die Schleusung und den pneumatischen Transport in den Vergaser sehr hoch ist. Die in den Vergaser eingeleiteten großen Mengen Transportgase, vorwiegend Stickstoff oder Kohlendioxid, werden im Reaktor mit erhitzt, wobei ein Teil des in den Vergaser eingetragenen Kohlendioxids mit dem Kohlenstoff reagiert und das erwünschte Kohlenmonoxid bildet. Bei größeren Kohlendioxid- Mengen bleibt jedoch das meiste Kohlendioxid unverändert, dadurch wird das erzeugte Synthesegas verdünnt.
[0015] In einem mit Flugstromverfahren betriebenen Reaktor mit gekühlten Wänden wird eine isolierende Schlackeschicht bei der Vergasung von festen Brennstoffen bei Temperaturen von 1200°C bis 2000°C an den Wänden aufgebaut. Die Schichtstärke der Schlacke und ihre isolierende Wirkung sind von der Menge der Schlacke abhängig. Biomassen weisen zumeist einen geringen Aschegehalt, häufig weniger als 2% bei der Vergasung auf, dies führt zu einer sehr dünnen Schlackeschicht an den Wänden oder sogar zu nicht vollständig mit Schlacke benetzten Wänden, wodurch die Wärmestromdichte hoch ist und die Wände durch die aggressiven Gase, beispielsweise HCl und H2S, beschädigt werden.
[0016] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vereinfachte und effiziente Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um die oben aufgeführten Mängel zu beseitigen und ein wirtschaftliches Verfahren zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen durchzuführen, ferner die Schüttgüter so zusammenzumischen, dass sie zur Vergasung in einem Flugstromreaktor optimal eingesetzt werden.
[0017] Die Erfindung löst die Aufgabe mittels einer Vorrichtung für die Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen und das Herstellen eines Gemisches, wobei das Gemisch anschließend als Schüttgut in den Vergaser gefördert wird, aufweisend
• mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung für die Zerkleinerung von Biomassen,
• mindestens eine Mahlvorrichtung für das Mahlen der festen Brennstoffe,
• mindestens eine Mischvorrichtung zur Mischung der zerkleinerten Biomassen und der gemahlenen festen Brennstoffe,
• mindestens eine Abscheidevorrichtung zum Trennen von Gas und Feststoff,
• mindestens einen Schleusbehälter mit Druckgasbeaufschlagung zur pneumatischen Förderung von pulverförmigen, körnigen Gütern,
• mindestens einen Behälter zur Versorgung eines Flugstromvergasers mit pulverför- migem Brenstoffgemisch,
• mindestens einen Rückführgaskreislauf, gezeichnet durch eine Kreislaufschaltung, umfassend zusätzlich eine Druckerhöhungsvorrichtung und einen Aufheizbrenner,
• sowie Vorrichtungen zum Fördern von Gas und Feststoff zwischen den Apparaten, wobei
• mindestens ein Staubabscheider (5) nach der Zerkleinerungs-(35) und Mahlvorrichtung (2) vorgesehen ist, wobei der Eingang des Staubabscheiders (5) über eine Feststoff-/Gasstrom-Leitung mit der Zerkleinerungs- (35) und Mahlvorrichtung (2), und der Feststoff-Ausgang des Staubabscheiders (5) mit dem Eingang eines Vorratsbehälters (17) verbunden sind,
• mindestens ein Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zur Zerkleinerungs-(35) und Mahlvorrichtung (2) vorgesehen ist, wobei der Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) mit dem Gas-Ausgang des Staubabscheiders (5) und der Gaszufuhr-Leitung der Zerkleinerungs-(35), Mahlvorrichtung (2) verbunden ist,
• mindestens ein Schleusbehälter (19a, 19b) mit Druckgasventilen vorgesehen ist, wobei der Eingang des Schleusbehälters (19a, 19b) mit dem Ausgang des Vorratsbehälters (17) und der Ausgang des Schleusbehälters (19a, 19b) über eine Nachför- derleitung (36) mit dem Eingang eines Vorlagebehälters (37) verbunden sind, und
• mindestens eine Mischvorrichtung vor dem Schleusbehälter (19a, 19b) vorgesehen ist.
[0018] Die Vorrichtung für die parallele Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen ist ausgestaltet mit mindestens einem Staubabscheider (5) und einem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zur Zerkleinerungs- (35) und Mahlvorrichtung (2). Sowohl die Zerkleinerungs- (35) als auch die Mahlvorrichtung (2) verfügen jeweils über einen eigenen Staubabscheider und einen Rückführgaskreislauf. Je nach dem Bedarf kann auch ein gemeinsam genutzter Staubabscheider (5) vorteilhaft sein. Natürlich dürfte hierbei eine Mischvorrichtung zum Vermischen der gemahlenen festen Brennstoffen und zerkleinerten Biomasse nicht fehlen, ebenso sind ein Schleusbehälter und ein Vorlagebehälter mit Druckgasventilen vorgesehen.
[0019] In Ausgestaltungen der Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Schneid- oder Prallmühle als Zerkleinerungsvorrichtung (35) vorgesehen ist Und der Vorratsbehälter (17) als Mischvorrichtung ausgeführt ist. Nach einem gemeinsam genutzten Staubabscheider (5) ist es vorteilhaft, den Vorratsbehälter (17) auch als eine Mischvorrichtung zu verwenden.
[0020] Die Erfindung löst die Aufgabe ebenfalls mittels eines Verfahrens zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen und zum Herstellen eines Gemisches, wobei das Gemisch anschließend als Schüttgut in den Vergaser gefördert wird, unter Einsatz der beanspruchten Vorrichtung, wobei
• die thermischen, unbehandelten Biomassen in mindestens einer Zerkleinerungsvorrichtung (35) gleichzeitig getrocknet und zerkleinert werden, • die festen Brennstoffe in einer Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung (2, 35) gleichzeitig getrocknet und gemahlen werden, und
• die zerkleinerten Biomassen mit den gemahlenen, feinkörnigen, und aschehaltigen, festen Brennstoffen in einer Mischvorrichtung vermischt werden.
[0021] Die Biomasse kann roh, getrocknet oder auch in anderen thermischen vorbehandelten Form wie torrefiziert oder pyrolysiert vorliegen. Die torrefizierte oder pyrolysierte Biomasse sind spröde, können in einer Mahlvorrichtung für feste Brennstoffe zermahlen werden.
[0022] Ohne jegliche Vorbehandlung werden die Biomassen in einer Zerkleinerungsvorrichtung durch die Zufuhr von Trocknungsgas (3, 34) gleichzeitig getrocknet und zerkleinert, parallel werden die festen Brennstoffe in einer Mahlvorrichtung (2) auch gleichzeitig getrocknet und zermahlen, wobei die Mahlung der festen Brennstoffe eventuell auch in einer gemeinsamen Zerkleinerungsvorrichtung (35) durchgeführt werden kann. Die zerkleinerten staubförmigen Biomassen werden mit den gemahlenen feinkörnigen, und aschehaltigen, festen Brennstoffen in einer dafür vorgesehenen Mischvorrichtung vermischt.
[0023] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Biomasse Mineralien oder Asche in der Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung (2, 35) beigemischt, so dass das Basen-Säuren-Verhältnis der im Vergaser gebildeten Schlacke im Bereich von 0,3 bis zu 1 ,5 liegt.
[0024] Die Zugabe der Mineralien oder Asche in einen Flugstromvergaser beeinflusst die Zähigkeit der geschmolzenen Schlacke. Bei hohem Anteil von sauren Komponenten wie Si02, Al203 und Ti02 im aschehaltigen Brennstoff ist ein Zumischen von Kalkstein oder Dolomit von Vorteil, damit das Basen-Säuren-Verhältnis angehoben wird. Gleichfalls ist bei hohem Gehalt der basischen Bestandteile wie CaO, MagO, Fe203, Na20 und K20 im aschehaltigen Brennstoff wiederum ein Hinzufügen von AI203- und Si02-haltigen Mineralien vorteilhaft. Das Basen- Säuren-Verhältnis der im Vergaser gebildeten Schlacke soll idealerweise im Bereich von 0,3 bis zu 1 ,5 liegen.
[0025] Um die nötige Schlackemenge im Flugstromvergaser zu bilden, ist ein ausreichender Anteil der Asche notwendig. Darum wird den festen Brennstoffen und Biomassen soviel Asche oder aus der Vergasung zurückgeführte Schlacke, Filterkuchen oder Flugasche beigemischt, dass der Anteil der Asche des in den Vergaser geförderten Gemisches mindestens 6% beträgt. So wird die Innenwand des Vergasers ausreichend mit Schlacke benetzt. [0026] Deutliche Verbesserung der Förder- und Vergasungsbedingungen wird durch Beimischung der Mineralien oder Asche oder der aus der Vergasung zurückgeführten Schlacke, Filterkuchen oder Flugasche erreicht, wenn der Anteil der Biomasse des in den Vergaser geförderten Gemisch zwischen 20% und 80% variiert.
[0027] Das Gemisch des Schüttguts eines Flugstromvergasers ist entscheidend für die Leistung des Flugstromvergasers. Falsches Basen-Säuren-Verhältnis oder zu wenig Asche im Gemisch können zur Beschädigung des Vergasers führen. Darum ist das optimale Verhältnis aller Bestandteile im Gemisch sehr wichtig. Die Kohlen haben sich bereits im Stand der Technik als bewährtes Schüttgut bewiesen. Um die richtige Verwertung der behandelten sekundären Brennstoffe wie Koks, Teer und andere Industrierückstände wurde sich in der Vergangenheit ebenso bemüht. In der Gegenwart wird die Nutzung der regenerativen Energierohstoffe verstärkt erprobt. Die vollständige Verwertung sowie die optimale Kombination der Energierohstoffe des in den Vergaser geförderten Gemisches, gehören ebenfalls zur Umsetzung der Erfindung.
[0028] Flugasche aus einem Flugstromvergaser oder einem herkömmlichen Kessel kann nach einem Trennverfahren abgeschieden und direkt in einen Staubabscheider eingespeist werden. Der Filterkuchen aus einer Vergasung oder Verbrennung besteht typischerweise aus ca. 60% Asche, 10% Kohlenstoff und 30% Wasser, somit kann er entweder direkt in eine Zerkleinerungsvorrichtung oder in eine Mahlvorrichtung eingeleitet werden. Mineralien, die die Zähigkeit der Schlacke beeinflussen, werden ebenso entsprechend benötigt.
[0029] Die unbehandelte Biomasse kann somit vorteilhaft mit einem festen fossilen Brennstoff oder einem behandelten sekundären Brennstoff in einem Verhältnis von ca. 1 :1 zu einem Gemisch für die Vergasung gemischt werden. Das Kohlendioxid aus dem Transportgas und die Feuchtigkeit der Biomasse nehmen an den Vergasungsreaktionen teil, dies führt zu einer Erhöhung der Synthesegasmenge, ohne das erzeugte Synthesegas übermäßig mit Kohlendioxid zu verdünnen.
[0030] Die Verfügbarkeit der Energiestoffe ist in der Praxis unterschiedlich. Je nach den anfallenden Einsatzstoffen kann das Biomasse-Brennstoff-Verhältnis im Gemisch für die Vergasung variiert werden. Unter der Berücksichtigung des Basen-Säuren-Verhältnisse der Biomasse und der festen Brennstoffen und der Schlackebildung kann der Anteil der Biomasse im Gemisch für die Vergasung zwischen 20% und 80% variieren. [0031] Die zerkleinerten Biomassen und die gemahlenen, feinkörnigen, aschehaltigen, festen Brennstoffe werden jeweils über einen Feststoff-/Gas-Strom dem Staubabscheider (5) zum Trennen von Feststoff und Gas zugeführt.
[0032] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teil der entstaubten Gase (6) aus dem Staubabscheider (5) dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführt. Die zerkleinerten, staubförmigen Biomassen und die feinkörnigen, aschehaltigen Brennstoffe passieren jeweils einen vorgesehenen Staubabscheider, wobei zumindest ein Teil der entstaubten Gase aus dem Staubabscheider dem Rückführgaskreislauf zugeführt werden und der feine Feststoff mit Hilfe der übriggebliebenen Gase in eine Mischvorrichtung eingetragen wird.
[0033] Das dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführte Rückführgas wird erneut aufgeheizt, unter Druck gesetzt und anschließend als Trocknungsgas (3, 34) der Zerkleine- rungs- oder Mahlvorrichtung zugeführt. Das aus dem Staubabscheider kommende entstaubte Gas wird dem Rückführgaskreislauf zugeführt, durchläuft eine Druckerhöhungsvorrichtung und einen Wärmetauscher, anschließend noch einen Brenner (33, 32), um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Hierbei hängt die Temperatur von dem Feuchtigkeitsgehalt des eingesetzten Rohstoffs ab. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt des Einsatzstoffs ist, desto höher ist die Temperatur des Trocknungsgases, die verlangt wird.
[0034] Die Rohstoffe werden zermahlen, entstaubt und vermischt. Nach dem Mischen wird das Gemisch der aschehaltigen pulverförmigen Stoffe von einem Vorratsbehälter (17) zyklisch in einen Schleusbehälter (19a, 19b) transportiert. Durch die Druckgasventile wird dem Schleusbehälter (19a, 19b) Druckgas, nämlich Stickstoff oder Kohlendioxid, zugeführt, um das Gemisch in den Vorlagebehälter (37) der Vergasung zu fördern. Dabei wird mindestens ein Teil des Entspannungsgases (27), das durch Entspannen aus dem Schleusbehälter (19a, 19b) entsteht, dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführt.
[0035] Zu dieser Erfindung gehört auch die Verwendung des nach dem Verfahren erhaltenen Gemisches in einem Flugstromvergaser bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 2000 °C und Drücken bis zu 10 MPa mit einem Vergasungs- oder Oxidationsmittel, wobei das Gemisch mit einem Druck von mindestens 1 bar über dem normalen Vergaserdruck von einem der Schleusbehälter (19a, 19b) über eine Nachförderleitung (36) in einen Vorlagebehälter (37) gebracht und von dort pneumatisch in den Vergaser gefördert wird. [0036] Das zu vergasende Gemisch wird mit einem Druck von mindestens 1 bar über dem normalen Vergaserdruck von einem der Schleusbehälter (19a, 19b) über eine Nachförderleitung (36) in einen Vorlagebehälter (37) gebracht und von dort aus pneumatisch in den Vergaser gefördert. Im Flugstromvergaser wird das Gemisch mit einem Vergasungs- oder Oxidationsmittel bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 2000 °C und Drücken bis zu 10 MPa thermisch umgewandelt, als Vergasungs- oder Oxidationsmittel kann üblicherweise Luft, Sauerstoff und Wasserdampf oder sogar Kohlendioxid eingesetzt werden. Das dabei gewonnene Synthesegas steht für weitere Synthesen zur Verfügung.
[0037] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels in Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen.
[0038] Der Brennstoff (14), also die Biomasse, wird einer Zerkleinerungsvorrichtung (35), in diesem Ausführungsbeispiel einer Schneid- oder Prallmühle, zugeführt und dort gleichzeitig getrocknet und zerkleinert. Die Trocknung erfolgt durch die Zufuhr von Trocknungsgas (34). Parallel erfolgt die Trocknung und gleichzeitige Mahlung des aschehaltigen Brennstoffs (1), wie zum Beispiel Braun- oder Steinkohle, unter Zugabe des Trocknungsgases (3). Der staubförmige, aschehaltige feste Brennstoff wird aus der Mahlvorrichtung (2) durch einen Gasstrom (4) ausgetragen und gelangt in einen Staubabscheider (5). Die staubförmige Biomasse wird ebenfalls mit einem Gasstrom (15) aus der Zerkleinerungsvorrichtung (35) ausgetragen und gelangt in den gemeinsam genutzten Staubabscheider (5). Dort werden die Partikel gemeinsam abgeschieden und gelangen als Mischung in den Vorratsbehälter (17). Das im Staubabscheider (5) entstaubte Gas (6) wird teilweise dem Rückführgaskreislauf (8) zugeführt. In diesem Rückführ- gaskreislauf wird der Druck des Gases erhöht (9) und das Gas erneut aufgeheizt (10), dann aufgeteilt, so dass ein Teilstrom des Rückführgases (13) zur Zerkleinerungsvorrichtung (35) und ein anderer Teilstrom des Rückführgases (12) zur Mahlvorrichtung (2) geleitet wird. Vorteilhaft- weise wird das Rückführgas vorher jeweils noch mit dem Teilstrom des Entspannungsgases (29, 31), welches aus dem Schleusbehälter (19a, 19b) zum Druckausgleich ausgetragen wird, gemischt, bevor es in einem Brenner (32, 33) aufgeheizt wird. Das aufgeheizte Gas wird als Trocknungsgas (34, 3) bezeichnet. Das Trocknungsgas (34, 3) kann durch den Brenner (32,33) vor der Zufuhr in die Mahlvorrichtung (2) und Zerkleinerungsvorrichtung (35) auf eine individuell erforderliche Temperatur gebracht werden, die sich nach dem jeweils zu mahlenden bzw. zu zerkleinernden Brennstoff (1 , 14) und dessen Feuchtigkeitsgehalt richtet.
[0039] Vom Vorratsbehälter (17) aus werden zyklisch die Schleusbehälter (19a, 19b) unter atmosphärischen Bedingungen befüllt. Die Schleusbehälter (19a, 19b) werden dann mit einem Gas - Stickstoff oder Kohlendioxid - (20a, 20b, und 21a, 21b) unter Druck gesetzt und dann unter Zugabe von weiterem Fördergas, Stickstoff oder Kohlendioxid (23a, 23b), und Auflockerungsgas, Stickstoff oder Kohlendioxid (21a, 21 b), über eine Brennstoffleitung (22a, 22b) per Dichtstromförderung über das Vereinigungselement (25) und die Nachförderleitung (36) in den permanent unter Betriebsdruck stehenden Vorlagebehälter (37) transportiert. Die in der Fig. 1 dargestellten zwei Schleusbehälter (19a, 19b) können abwechselnd betrieben werden. Abhängig von der gewünschten Vergaserleistung und den Brennstoffeigenschaften können natürlich auch weitere Schleusbehälter angeschlossen werden. Zwischen dem Vorlagebehälter (37) und Schleusbehälter (19a, 19b) ist eine Ausgleichsleitung (26) mit einer Druckregelvorrichtung vorgesehen, um die Drücke in den Behältern zu steuern, dabei fällt ein Entspannungsgas (27) an, das in de Entspannungsgaspuffer (30) eingespeist wird, und von dort aus wird ein Teilstrom des Entspannungsgases (29, 31) dem Rückführgaskreislauf zugeführt, ein anderer Teilstrom des Entspannungsgases (28) wird dem Staubabscheider (5) zugeleitet.
[0040] Der Vorlagebehälter (37) steht kontinuierlich unter dem Betriebsdruck, also auf einem Druckniveau oberhalb des Vergasers (39). Die Brenner (40) des Vergasers (39) werden mit Brennstoff aus dem Vorlagebehälter (37) kontinuierlich über zwei separate Leitungen (38a, 38b) versorgt. Ebenso hängt die Anzahl der Brenner von der Leistung des Vergasers ab.
[0041] Das zu vergasende Gemisch wird zusammen mit einem Vergasungs- oder Oxidati- onsmittel im Vergaser (39) bei einer Temperatur von 1200°C bis 2000°C und Drücken bis zu 10 MPa thermisch umgesetzt. Das so erzeugte Rohgas (41) wird mit Quenchwasser gekühlt und verlässt den Vergaser (39), wird gereinigt und ist dann bereit für eine nachfolgende Nutzung. Die abgekühlte Schlacke (42) verfestigt sich und wird als festes granuläres Material (50) aus dem Vergaser (39) abgezogen. Das zum Quenchen eingesetzte Wasser ist mit Feststoff beladen und wird als sogenanntes Schlackewasser (43) abgezogen und einer Wasseraufbereitung (44) unterzogen. Dabei wird ein Teil des Wassers als Abwasser (51) dem Prozess entzogen, wobei gleichzeitig ein entsprechender Frischwasseranteil zugeführt wird (in Fig. 1 nicht dargestellt). Der größte Teil des aufbereiteten Wassers wird als Quenchwasser-Kreislaufstrom (49) wieder dem Vergaser zum Quenchen des Gases und der Schlacke zugeführt. Die während der Schlackewasseraufbereitung entfernten Feststoffanteile fallen als sogenannter Filterkuchen (45) an. Ein Teil des Filterkuchens (46) kann als Feststoffrückführung wieder mit in die Zerkleine- rungs- oder Mahlvorrichtung (2, 35) gegeben werden, der Rest wird aus dem Prozess abgeführt. Ebenso kann die aus dem Vergasungsprozess anfallende Schlacke (50) mindestens teilweise in die Zerkleinerungs- oder Mahlvorrichtung (2, 35) wieder verwendet werden, auch hierbei wird der Rest der Schlacke (51) aus dem Prozess genommen. [0042] Nicht in Fig. 1 dargestellt ist, dass sowohl die Zerkleinerungsvorrichtung (35) als auch die Mahlvorrichtung (2) jeweils über einen eigenen Staubabscheider (5) verfügen können. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn das Mengenverhältnis von dem festen Brennstoff und der Biomasse nicht 1 :1 ist. Aus regelungstechnischen Gründen soll die Zerkleinerungs- oder die Mahlvorrichtung einen separaten Rückführgaskreislauf besitzen. Somit erfolgt die Mischung der gemahlenen Brennstoffe und der zerkleinerten Biomassen entweder im Vorratsbehälter (17) durch eine möglichst gleich verteilte Zufuhr oder mechanisch bewegte Einbauten wie z.B. Rührer oder die unterschiedlichen Stoffströme werden erst mindestens einem Mischer zugeführt, bevor die Mischung in den Vorratsbehälter (17) übergeben wird. Alle bekannten kontinuierlich oder diskontinuierlich betriebenen Feststoffmischer sind geeignet.
[0043] Ebenfalls nicht in Fig. 1 dargestellt ist, dass es mehr als eine Vorrichtung der Zerkleinerungs- oder Mahlvorrichtung (35,2) zur Versorgung eines Vergasers geben kann. Dies hängt von der Leistung aller beteiligten Vorrichtungen ab. Natürlich kann auch eine bestehende Anlage der Flugstromvergasung für Kohle entsprechend der Erfindung aufgerüstet werden.
[0044] Die Vorbehandlung der Biomasse durch Pyrolyse oder Torrefizierung führt zu hohen Anlagekosten und großen Anlageausmaßen. Vorteile der vorliegenden Erfindung sind das Entfallen der Vorbehandlungsstufen für Biomasse, die simultane Aufbereitung der festen Brennstoffe und Biomassen, das optimierte Mischverhältnis der Bestandteile des Vergasungsgemisches und der vereinfachte apparative Aufwand.
[0045] Bezugszeichenliste
1 , 14 Brennstoff
2 Mahlvorrichtung
3, 34 Trocknungsgas
4, 15 Feststoff-/Gas-Strom
5 Staubabscheider
6 Entstaubtes Gas
7 Abgas
8 Rückführgas
9 Druckerhöhungsvorrichtung
10 Wärmetauscher
11 Kreislaufgas
12, 13 Teilstrom des Kreislaufgases
16, 18 Feinkörniger Feststoff
17 Vorratsbehälter
19a, 19b Schleusbehälter
20a, 20b Einleitungsvorrichtung für Gas
21a, 21 b Einleitungsvorrichtung für Gas
22a, 22b Brennstoffleitung
23a, 23b Einleitungsvorrichtung für Gas
24 Einleitungsvorrichtung für Gas
25 Vereinigungselement
26 Ausgleichsleitung
27 Entspannungsgas
28, 29, 31 Teilstrom Entspannungsgas
30 Entspannungsgaspuffer
32, 33 Brenner
35 Zerkleinerungsvorrichtung
36 Nachförderleitung
37 Vorlagebehälter
38a, 38b Brennstoffleitungen
39 Vergaser
40 Brenner für den Vergaser
41 Rohgas
42 Feste Schlacke
43 Schlackewasser
44 Wasseraufbereitung
45 Filterkuchen
46 Filterkuchen zum Recycle
47 Filterkuchen zum Entsorgen
48 Abwasser
49 Quenchwasser zum Recycle
50 Schlacke zum Recycle
51 Schlacke zum Entsorgen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für die simultane Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen und das Herstellen eines Gemisches, wobei das Gemisch anschließend als Schüttgut in den Vergaser gefördert wird, aufweisend
• mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung für die Zerkleinerung von Biomassen,
• mindestens eine Mahlvorrichtung für das Mahlen der festen Brennstoffe,
• mindestens eine Mischvorrichtung zur Mischung der zerkleinerten Biomassen und der gemahlenen festen Brennstoffe,
• mindestens eine Abscheidevorrichtung zum Trennen von Gas und Feststoff,
• mindestens einen Schleusbehälter mit Druckgasbeaufschlagung zur pneumatischen Förderung von pulverförmigen, körnigen Gütern,
• mindestens einen Behälter zur Versorgung eines Flugstromvergasers mit pulverför- migem Brenstoffgemisch,
• mindestens einen Rückführgaskreislauf, gezeichnet durch eine Kreislaufschaltung umfassend zusätzlich eine Druckerhöhungsvorrichtung und einen Aufheizbrenner,
• sowie Vorrichtungen zum Fördern von Gas und Feststoff zwischen den Apparaten, dadurch gekennzeichnet, dass
• mindestens ein Staubabscheider (5) nach der Zerkleinerungs-(35) und Mahlvorrichtung (2) vorgesehen ist, wobei der Eingang des Staubabscheiders (5) über eine Feststoff-/Gas-Strom-Leitung mit der Zerkleinerungs- (35) und Mahlvorrichtung (2), und der Feststoff-Ausgang des Staubabscheiders (5) mit dem Eingang eines Vorratsbehälters (17) verbunden sind,
• mindestens ein Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zur Zerkleinerungs-(35) und Mahlvorrichtung (2) vorgesehen ist, wobei der Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) mit dem Gas-Ausgang des Staubabscheiders (5) und der Gaszufuhr-Leitung der Zerkleinerungs-(35), Mahlvorrichtung (2) verbunden ist,
• mindestens ein Schleusbehälter (19a, 19b) mit Druckgasventilen vorgesehen ist, wobei der Eingang des Schleusbehälters (19a, 19b) mit dem Ausgang des Vorrats- behälters (17), und der Ausgang des Schleusbehälters (19a, 19b) über eine Nach- förderleitung (36) mit dem Eingang eines Vorlagebehälters (37) verbunden ist, und
• mindestens eine Mischvorrichtung vor dem Schleusbehälter (19a, 19b) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneid- oder
Prallmühle als Zerkleinerungsvorrichtung (35) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (17) als Mischvorrichtung ausgeführt ist.
4. Verfahren zur simultanen Aufbereitung von festen Brennstoffen und Biomassen und zum Herstellen eines Gemisches, wobei das Gemisch anschließend als Schüttgut in den Vergaser gefördert wird, unter Einsatz der Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
• die thermischen, unbehandelten Biomassen in mindestens einer Zerkleinerungsvorrichtung (35) gleichzeitig getrocknet und zerkleinert werden,
• die festen Brennstoffe in einer Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung (2, 35) gleichzeitig getrocknet und gemahlen werden, und
• die zerkleinerten Biomassen mit den gemahlenen, feinkörnigen, und aschehaitigen, festen Brennstoffen in einer Mischvorrichtung vermischt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Biomasse Mineralien oder Asche in der Mahl- oder Zerkleinerungsvorrichtung (2, 35) beigemischt werden, so dass das Basen-Säuren-Verhältnis der im Vergaser gebildeten Schlacke im Bereich von 0,3 bis zu 1 ,5 liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den festen Brennstoffen und Biomassen soviel Asche oder aus der Vergasung zurückgeführten Schlacke, Filterkuchen oder Flugasche beigemischt wird, dass der Anteil der Asche des in den Vergaser geförderten Gemisches mindestens 6% beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Biomasse des in den Vergaser geförderten Gemisches zwischen 20% und 80% variiert.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zerkleinerten Biomassen und die gemahlenen, feinkörnigen, aschehaitigen, festen Brennstoffe jeweils über ei- nen Feststoff-/Gas-Strom dem Staubabscheider (5) zum Trennen von Feststoff und Gas zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der entstaubten Gase (6) aus dem Staubabscheider (5) dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführte Rückführgas erneut aufgeheizt und unter Druck gesetzt und anschließend als Trocknungsgas (3, 34) der Zerkleinerungs- oder Mahlvorrichtung zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Entspannungsgases (27) aus dem Schleusbehälter (19a, 19b) dem Rückführgaskreislauf (8, 11 , 12, 13) zugeführt wird.
12. Verwendung des nach einem der Ansprüche 4 bis 11 erhaltenen Gemisches in einem Flugstromvergaser bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 2000 °C und Drücken bis zu 10 MPa mit einem Vergasungs- oder Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mit einem Druck von mindestens 1 bar über dem normalen Vergaserdruck von einem der Schleusbehälter (19a, 19b) über eine Nachförderleitung (36) in einen Vorlagebehälter (37) gebracht und von dort pneumatisch in den Vergaser gefördert wird.
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