WO2013060457A1 - Method for the automatic removal of an excess of carbon in a gasification reactor - Google Patents

Method for the automatic removal of an excess of carbon in a gasification reactor Download PDF

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WO2013060457A1
WO2013060457A1 PCT/EP2012/004458 EP2012004458W WO2013060457A1 WO 2013060457 A1 WO2013060457 A1 WO 2013060457A1 EP 2012004458 W EP2012004458 W EP 2012004458W WO 2013060457 A1 WO2013060457 A1 WO 2013060457A1
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carbon
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excess
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Martin ZUCKERMAIER
Thomas Tschaftary
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Ligento green power GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for the automatic removal of a carbon excess in a gasification reactor with a reaction chamber for the autothermal and / or allothermal gasification of carbonaceous fuel to Nutzgasen.
  • a reactor is generally understood to mean a part of a plant in which chemical reactions of one or more starting materials to one or more products are carried out. Therefore, in this invention, under a gasification reactor, a container is understood to be a part of an installation in which carbonaceous fuel material is converted into useful gases, ie gasified.
  • a useful gas is understood as meaning a substance or a substance mixture which is suitable both itself as fuel for internal combustion engines and also as raw material for further chemical production processes.
  • a carbonaceous fuel material is understood to mean such a material whose carbon contained in the form of an exothermic reaction oxidizes to carbon dioxide (CO 2 ) in air, that is to say it can be burned.
  • the carbonaceous fuel includes, in particular, biomass, fossil fuels, and synthetic-organic materials, especially carbon-containing plastics.
  • biomass is generally understood to mean any carbonaceous substance derived directly or indirectly from physiological processes of living organisms,
  • CONFIRMATION COPY especially from plant photosynthesis, is not deprived of the natural carbon cycle and can be exothermally converted by organisms to CO2.
  • biomass are fermentation residues, wood, leaves, hay, straw, paper, cardboard, compost, faeces and sewage sludge.
  • fossil fuels are understood to mean those forms of biomass which are located in a geological depression and are thus removed from the natural carbon cycle.
  • fossil fuels are asphalt, tar, bitumen, peat, lignite, hard coal and graphite.
  • a carbonaceous fuel material may also be understood to mean a mixture of different carbonaceous fuel materials, for example biomass, synthetic-organic materials and especially plastics.
  • Another example of a carbonaceous fuel is therefore household waste as a mixture of such fuels.
  • the shape of the carbonaceous fuel is independent of its shape, another example is wood in the form of logs, wood chips of varying size, sawdust or in the form of pellets.
  • the pyrolysis as a purely thermal decomposition of biomass, hard coal and lignite runs predominantly endothermic depending on the oxygen content and the binding of the oxygen. Within the fuel, the pyrolysis may also be exothermic.
  • the pyrolysis of hard coal or brown coal arise in addition to carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ), for example, still volatile hydrocarbons.
  • Plastics which consist for example only of carbon and hydrogen, pyrolyzed under exclusion of air exclusively to lower hydrocarbons.
  • Carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) and volatile hydrocarbons are flammable, are ideally suited as fuels for internal combustion engines, are important starting materials for many chemical manufacturing processes and are thus valuable. full useful gases.
  • Methane (CH 4 ) and pure carbon, for example in the form of mineral graphite or synthetic coke, are not or no longer pyrolysable.
  • carbon-containing fuels can be converted to useful gases with gasifiers, for example carbon with a deficiency of O 2 to CO, then carbon with water (H 2 O) to CO and H 2 , then CH 4 with O 2 to CO.
  • gasifiers for example carbon with a deficiency of O 2 to CO, then carbon with water (H 2 O) to CO and H 2 , then CH 4 with O 2 to CO.
  • the gasification reactions of carbonaceous fuel with H 2 O are endothermic.
  • a natural gasification agent is used in particular air, which may also be enriched with H 2 O, for example as an aerosol or vapor.
  • a gasification agent is understood to mean a pure substance or substance mixture whose addition to the carbonaceous fuel material increases the conversion into useful gases.
  • the gasification of carbonaceous fuel to Nutzgas is predominantly economical only if the fuel is not only readily available or cheap, but the gasification in their energy balance depends solely on the energy content of the fuel.
  • This relates in particular to the use of the useful gas as actual fuel for internal combustion engines, for example for the operation of a gas engine or a gas turbine.
  • the gasification of carbonaceous fuel to Nutzgas then requires a total exothermic running overall process, the energetic itself as long as enough fuel is available.
  • the heat released can also be used, for example, for heating residential buildings, as is the case with combined heat and power in combined heat and power plants (CHP).
  • CHP combined heat and power plants
  • an internal combustion engine is in turn coupled to a generator, which then finally converts mechanical energy into electrical energy.
  • wood is a carbonaceous fuel, like a normal grate on a grid.
  • air is sucked through the grate and the burning wood as a gasifying agent.
  • the upper layers of wood burn only partially and pyrolyze at the same time to Nutzgas, which is sucked off at the upper end of the furnace.
  • Air and natural gas move countercurrently in the opposite direction to the slowly sinking wood.
  • the resulting useful gas has a relatively low temperature of about 100 ° C and contains due to the ongoing drying and pyrolysis of the wood correspondingly much water vapor and organic constituents, which condense on further cooling to an acidic wood tar.
  • the wood tar produced as a surplus of carbon in countercurrent and DC wood gasification processes is not suitable for internal combustion engines, but damages them due to its adhesive properties.
  • similar high-viscosity residues occur, which are generally referred to as condensate in the present invention.
  • the resulting condensate not only reduces the efficiency with respect to material utilization balance of the gasification reactor, but must be removed from the useful gas by a gas scrubber. This additionally reduces the energy balance of the entire system and additionally requires washing liquid, for example water. Since the condensate is not only corrosive due to its pH, but also toxic and difficult to biodegrade, this results in a disposal problem.
  • fluidized bed gasification reactors in which the fuel is converted into useful gases in an incomplete fluidized bed furnace. In this case, no condensate is generated, since this is also converted to Nutzgasen.
  • gasification in fluidized bed gasification reactors is limited to solid fuels having a particle size of less than 40 mm with a water content of at least 25% by weight, the particles having to be suspended by a fluid fluid that constantly swirls, for example air. To maintain the fluidized bed, therefore, an external fluid supply with a high flow rate is necessary, which corresponds to an externally supplied work.
  • fluidized-bed gasification reactors can not be operated autothermally, but only allothermally, ie with the supply of external heat energy. The total intake of these two types of energy is deduct the degree of the plant. This gasification technology is only economical for power plants in the power range of 1, 5 to 3 MW, whereby the overall efficiency is only about 30%.
  • a special form of the fluidized-bed gasification reactor is the Winkler generator, in which the fluidized bed can be maintained even better in the entire reactor space by means of ring loops arranged in series around the reactor body.
  • Advantages of the Winkler generator are a homogeneous temperature distribution and better mixing of the particles compared to other fluidized bed gasification reactors.
  • the Winkler reactor is only suitable for the gasification of coal, especially lignite, limited to the smallest possible particle size.
  • a significant improvement of the fluidized bed gasification reactor is provided by the entrained flow gasification reactor in which the carbonaceous
  • Fuel is introduced as dust, slurry or paste as a burner in the gasification room.
  • the gasification processes take place in a cloud of dust.
  • This form of supply requires a corresponding pretreatment of the fuel, especially in biomass as a fuel to be introduced via a pneumatic system in the carburetor and gasified there in a very short time. Even such systems can be operated only with supply of work and heat energy.
  • the supply of heat energy by a continuous ignition with a Zündfackel.
  • the Koppers-Trotzek reactor as a special form of entrained flow gasification reactor is particularly suitable for the gasification of finely ground coal to useful gas.
  • the coal dust is fed in at high speed, so that only a single ignition is needed and the gasification process can otherwise be performed autothermally.
  • operation of the Koppers-Trotzek reactor still requires the supply of work to maintain the flow of air.
  • the gasification processes can not be maintained solely by the supply of fuel. In all versions of these reactor types, the overall efficiency is limited to a maximum of 30 to 40% by the necessary supply of work to maintain the vortex or flight flow.
  • fluidized bed and entrained flow gasification reactors are limited to the specific nature of the carbonaceous fuel material, in principle, a pretreatment of the respective carbonaceous fuel material is required. Necessary pretreatments of the fuel material also considerably limit the cost-effectiveness of gasification plants, in particular CHP plants.
  • the supply of external work is limited only to that of the carbonaceous fuel and the gasifier, maintaining optimal conditions for the pyrolysis as well as gasification reactions is generally more difficult.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method which allows a particularly high efficiency and very high operational stability with lower demands on the fuel used in the operation of a gasification reactor.
  • This object is achieved by the feature combination of claim 1 in an inventive manner.
  • the dependent claims include in part advantageous and in part self-inventive developments of the invention.
  • the invention is based on the idea that a particularly high degree of efficiency as well as a particularly high operational stability would be achievable if an automatic removal of carbon excesses, which could lead to clogging of the reactor, would be possible.
  • the invention is based on a gasification reactor with a reaction chamber for the gasification of carbonaceous fuel by the addition of gasification agents to Nutzgasen based.
  • the reaction chamber In the reaction chamber is the carbonaceous fuel.
  • a continuous supply can take place via a reservoir connected to the reaction chamber.
  • the conversion to the Nutzgasen as the sum of all individual pyrolysis and gasification reactions therefore takes place predominantly in the reaction chamber.
  • the gasification reactor can also be designed completely as a reaction chamber.
  • An essential feature of the invention according to claim in the exceeding of a predetermined, characteristic of the amount of excess carbon in the reaction chamber composition, amount, pressure, velocity, temperature and / or specific exit pulse of the reaction chamber added gasification agent such that combustion of Carbon excess is increased.
  • the gasification reactor is not operated in a certain operating state like all known reactors, but upon detection of excessive carbon excess in the reaction chamber, the reaction conditions in the chamber are changed such that this carbon excess degraded, ie burned. The reactor thus switches from a gasification to a carbon combustion mode.
  • the change in the fall below a second predetermined, characteristic of the amount of carbon excess in the reaction chamber value is reversed. That is, as soon as it is detected that a sufficient amount of excess carbon is burned and the carbon amount has no more critical value, is switched back to the "normal" operating state of the reactor, thereby ensuring that the operating state for the combustion of excess carbon, temporarily a lower Efficiency, as the normal operating state designed for optimum gasification, is maintained only for a minimal time, but just long enough to sufficiently ensure removal of carbon.
  • the determination of excessive carbon surplus in the reactor is made on the basis of a value characteristic of the amount of carbon surplus.
  • a variety of values can be used.
  • a predetermined pressure difference across a gas-permeable retention device between the reaction chamber and an ash box of the gasification reactor is used as such a value.
  • a carbon excess will preferentially deposit on such a retainer.
  • the gas permeability of the retaining device is reduced, and the useful gas produced in the reaction chamber can thus escape more poorly.
  • This increases the pressure difference across the retaining device, which is relatively easy to detect with corresponding pressure sensor. This is a simple yet reliable measure of the amount of excess carbon in the reaction chamber.
  • the main accumulation of excess carbon in the retention device described allows a further optimization of the method.
  • the operating parameters are changed in such a way that the carbon is gasified here. This also makes it possible to maintain the gasification reaction under normal operating conditions in other areas where the accumulation of carbon is less high.
  • the combustion of carbon can be achieved by advantageously increasing the amount of added gasification agent.
  • a larger amount of oxygen allows the oxidation of the carbon.
  • the water vapor content in the gasification agent is reduced. This reduces the energy-consuming reduction reaction, increases the temperature and thus promotes combustion of carbon.
  • the method is embedded in a higher-level control, wherein the reaction chamber thereby (preferably has multiple) control inputs and composition, amount, pressure, speed, temperature and / or specific exit pulse of the gasification agent are variably controlled by a number of determined in the reaction chamber controlled variables.
  • the gasification agent added via the respective control input is advantageously at least partially controlled independently of the respective other control inputs. Consequently, during operation of the gasification reactor, several, ideally every position within the reaction chamber are accessible through these control inputs. Each individual control input thus defines a reaction zone, all reaction zones thereby forming the reaction space which completely fills the reaction chamber.
  • control inputs are at least partially controlled independently of one another, in each reaction zone of the reaction space, the addition of gasification agent with respect to its composition, speed, temperature, pressure and amount as well as with respect to the specific exit pulse is variable over time.
  • this can be realized in that the side walls of the reaction chamber are interspersed with a multiplicity of such control inputs or that a holder with a plurality of recessed control inputs projects into the reaction chamber.
  • the combination of both constructive ways for the arrangement of the control inputs proves to be advantageous, whereby the accessibility of the entire reaction space is guaranteed.
  • the nature of the fuel material changes.
  • a gas phase decreasing from the lower to the upper part of the reaction chamber is formed in the course of the gasification process. 8 kohlungsgradient off. Therefore, in the progressing gasification process in the lower reaction zones for gasification of the resulting pure carbon increased water vapor is supplied together with the hot reactor internal gas.
  • C0 2 can be regarded as a gasification agent itself from 600 ° C itself, since then its equilibrium reaction with carbon according to Boudouard to 23% on the side of CO.
  • the gasification agents comprise at least one of the components O 2 or H 2 O, wherein the gasification agent CO 2 is generated during the gasification process itself.
  • the regulation described now makes it possible not to achieve the combustion of carbon by setting predetermined combustion parameters, but by prescribing one or more setpoint values for the respective control variables. As a result, the higher-level control is maintained and the operation can be optimally maintained even in the combustion operating state.
  • the setpoint temperature is changed as a controlled variable.
  • Such a change is answered by the regulation accordingly with an increase in the amount of combustion agent and the reduction of the water vapor content, since these measures increase the temperature.
  • the embedding of the method described in a higher-level control also allows in a particularly simple manner, the maintenance of the gasification in areas of the reaction chamber with lower carbon deposits.
  • the target value of the temperature is reduced as a controlled variable. As a result, the gasification is continued here, while in the region of the retaining device, the carbon combustion takes place.
  • the amount of fuel supplied to the reaction chamber is reduced.
  • the fuel content is temporarily reduced in the reaction chamber, since the gasification initially continues. This promotes easier combustion of carbon.
  • the inventive method allows optimal and accelerated removal of carbon excesses in the reaction chamber by the controlled and the course adapted switching to a combustion-promoting operating state.
  • the controlled combustion of carbon by temporally and locally individually metered addition of gasification agents in the gasification reactor on which the invention is based replaces the extremely energy-conserving maintenance of the fluidized bed required for the Winkler generator for optimal and condensate-free gasification of the fuels.
  • the method provides a stable and completely autothermal operation of the gasification reactor according to the invention with a high overall efficiency, in particular as a subsystem of a CHP.
  • the method according to the invention is particularly advantageous over all embodiments of vortex and entrained flow gasification reactors in that each type and form of carbonaceous fuel material can be used in any state of aggregation for gasification.
  • a DC fixed bed reactor designed according to the invention may additionally have a gas feed device in the reaction chamber.
  • plastic waste and household waste as an example of extremely inhomogeneous mixtures of carbonaceous fuel materials can be gasified with a high overall efficiency in a DC fixed bed reactor according to the invention.
  • Much finer-grained wood chips may also be used instead of the traditionally used coarse-grained chips, since the blockage of the reactor caused by the use of the cheaper fine-grained fuel can be eliminated by the described method.
  • Fig. 3 is a schematic representation of the control and control variables in the case of involvement in a scheme with their mutual influence and
  • FIG. 4 is a schematic representation of the different operating states for gasification and carbon combustion.
  • the embodiment in Fig. 1 relates to a gasification reactor 1, which is designed in particular for the gasification of solid carbonaceous fuel.
  • the gasification reactor 1 is designed as a fixed bed reactor according to the DC principle.
  • the gasification reactor according to FIG. 1 is suitable for carrying out the process according to the invention.
  • the gasification reactor 1 has a permeable intermediate bottom 2, which divides the gasification reactor 1 into an upper reservoir 3 and into a lower reaction chamber 4.
  • Another permeable intermediate bottom 5 separates the reaction chamber 4 from the ash box 6 as the lowest subspace of the entire gasification reactor 1 from.
  • a gas-permeable retention device 7 in the form of a grate between the reaction chamber 4 and the ash box 6 ensures that the fuel remains in the reaction chamber 4.
  • a gas outlet 8 is attached. Via the reservoir 3, the carbonaceous, solid fuel is fed to the reaction chamber 4, the useful gas is discharged via the gas outlet 8. After filling reservoir 3 and reaction chamber 4 with the carbonaceous, solid fuel material, the gasification reactor in the lower reaction zones is ignited once and then started up by supplying air.
  • the side wall 9 of the reaction chamber 4 of the gasification reactor 1 is interspersed with a plurality of control inputs 10 in such a way that in the operation of the gasification reactor each position within the reaction chamber 4 is accessible through the control inputs 10.
  • the control inputs 10 are horizontally over the reaction chamber circulating ring lines 11 to flat, but summarized independent reaction zones. By the respective independent ring lines 11 the addition of gasification agent or the return of the reactor internal gas with respect to composition, temperature and pressure and thus quantity is then controlled via the combined via web connections 12 control inputs 10.
  • the control is individual for each area reaction zone.
  • the reservoir 3 of the gasification reactor 1 has a larger diameter and a larger volume than the reaction chamber 4, wherein the permeability of the intermediate bottom 2 is given by an opening with a diameter which is smaller than that of the reservoir 3 and the reaction chamber 4, but greater than the opening of the intermediate bottom 5 is.
  • the reactor with its reservoir 3, the reaction chamber 4 and its ash box 6 are cylindrical, the openings of the shelves 2 and 5 are circular. This outg
  • the gasification reactor 1 allows its embedding in a fully enclosing insulation, whereby the reactor efficiency is further increased.
  • the gasification reactor 1 is designed to withstand deflagration of the gasification products as well as the fuel.
  • the gasification reactor 1 according to FIG. 2 likewise has an upper reservoir 3 and a permeable intermediate bottom 2.
  • the reaction chamber 4 is charged by nozzle-shaped nozzle entrances 13.
  • the nozzle inlets 13 form the control inputs 10 of the gasification reactor 1.
  • the gasification reactor 1 according to FIG. 2 corresponds in its construction to that in FIG. 1.
  • Control parameters that can be directly influenced by the control are here the total amount of gasification agent 20, the admission pressure 22 of the gasification agent at the nozzle or control inputs 10, 13, the respective distribution 24 of the gasification agent to the individual nozzle or control inputs 10, 13, that of a spatial distribution corresponds to the temperature 26 of the gasifying agent and the water vapor content 28 in the gasification agent.
  • controlled variables are detected: the flow 30 of the generated Nutzgases, the differential pressure 32 on the lower shelf 5, the chemical Nutzgaszusammen substance 34, the pressure 36 in the reaction chamber 4, the temperature 38 in the reaction chamber 4 at the respective control input 10 and the type of reactions occurring 40.
  • the latter can typically not be measured directly but can only be determined as a derived controlled variable.
  • FIG. 3 now shows the respective relationships between control variables and control variables, as required in the method according to the invention when incorporated into a control: the volume flow 30 of the useful gas is influenced by the total amount of gasification agent 20, since an increased supply of gaseous gasification agent increases the volume flow through the entire reactor 1. Furthermore, it is influenced by the water vapor fraction 28 in the gasification agent, since introduced water vapor is hydrolytically split and thus causes an increase in the volume and thus the volume flow 30 of the exiting useful gas.
  • the differential pressure 32 across the retention device 7, which is permeable to gas, is essentially an indicator of increased deposition of carbon residues blocking the gas flow rate of the retention device 7. Carbon remains at lower temperatures when the carbon is not burned. This is particularly the case with a high water vapor content 28. Thus, the water vapor fraction 28 influences the differential pressure 32. If the distribution 24 of the supplied gasification agent is changed such that at control inputs 10 in the region of the retaining device 7 more gasification agent is introduced and the temperature increases here, Thus, the accumulated carbon is burned and the differential pressure 32 decreases. This will be explained in more detail below.
  • the gas composition of the useful gas 34 depends essentially on the proportion of the water vapor 28. A higher amount of water vapor leads to a higher proportion of hydrogen in the useful gas.
  • the pressure 36 in the reactor chamber 4 should not deviate too far from the ambient pressure. It is essentially influenced by the total quantity 20 of the gasification agent supplied, and also by the spatial distribution 24 of the gasification agent.
  • the temperatures 38 in the various regions of the reactor chamber 4 are influenced above all by the spatial distribution 24 of the gasification agent, but also by admission pressure 22 and temperature 24 of the gasification agent, as well as the water vapor fraction 28 in the gasification agent, as explained above.
  • the type of chemical reactions occurring 40 is also, as already explained, essentially determined by the water vapor content 28 in the gasification agent, and also by the temperature of the introduced gasification agent.
  • the described control is active during the operation of the reactor 1. If required, a targeted combustion of carbon is now initiated when a too high differential pressure 32 is detected, a limit being specified for this purpose.
  • the goal here is a temperature increase in the area of the retention device 7. This can be achieved either by specifying appropriate temperature setpoints with active control, or by direct control of the supplied gasification agent. The resulting temperature profile is shown in FIG. 4.
  • the 4 shows a characteristic of the two operating conditions temperature profile within the reaction chamber 4.
  • the vertical axis of the reaction chamber is plotted on the abscissa, the upper area is left with the fuel supply to the left, while the right is the lower area with the retaining device 7.
  • the lines 42 each indicate the location of the independently controllable control inputs 10, the line 44 marks the rough distinction in more (right) and less (left) areas affected by carbon surplus deposits.
  • Line 46 indicates the maximum temperature distribution to be maintained by the control and line 48 the minimum thereof to ensure smooth operation of the reactor 1. Within the limits 46 and 48, the temperature is now adapted to the two operating states.
  • Temperature line 50 shows the temperature distribution during normal operation. In the lower part of the temperature is the lowest, to ensure an optimal composition of the Nutzgases. In the upper area the temperature is comparatively high. In the lower area, but here it can be a Excess carbon come, which deposits on the restraint device 7. This is determined in the form of an increase in the pressure difference 32.
  • the system is switched to the freewheeling operating state.
  • the resulting temperature distribution represents temperature line 52.
  • the temperature is now lower, while in the lower region, i. at the restraint device 7 almost increases to the given by line 46 maximum.
  • carbon is oxidized here.
  • the retaining device 7 is again free of carbon, which is determined by falling below a predetermined limit value of the pressure difference 32, the temperature line 50 is switched back to the normal state.
  • the controlled switching to the freebearing operating state according to the method according to the invention taking into account the control which takes into account the control variables recorded in the reactor 1, sets the control variables as required for optimized combustion of excess carbon.
  • the gasification reactor 1, operated with a method under control of the variables described in this embodiment is designed for a CHP, so for the heat and power. Through thermal integration of all subsystem units of the entire system, combined heat and power generation achieves an overall efficiency of> 85%.

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Abstract

A method for the automatic removal of an excess of carbon in a gasification reactor (1) having a reaction chamber (4) for the autothermal and/or allothermal gasification of carbon-containing fuel to form useful gases should make it possible to realize particularly high efficiency and particularly high operational reliability while placing lower demands on the fuel used during operation of a gasification reactor. For this purpose, in the event of a predefined value characteristic of the amount of excess carbon in the reaction chamber (4) being exceeded, the composition, amount, pressure, speed, temperature and/or specific outlet pulse of a gasification agent metered into the reaction chamber (4) are changed such that a combustion of the excess of carbon is intensified.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zur automatischen Entfernung eines Kohlenstoffüberschusses in einem Vergasungsreaktor Method for the automatic removal of excess carbon in a gasification reactor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Entfernung eines Kohlenstoffüberschusses in einem Vergasungsreaktor mit einer Reaktionskammer für die autotherme und/oder allotherme Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial zu Nutzgasen. The invention relates to a method for the automatic removal of a carbon excess in a gasification reactor with a reaction chamber for the autothermal and / or allothermal gasification of carbonaceous fuel to Nutzgasen.
Definitionen definitions
In der vorliegenden Erfindung wird allgemein unter einem Reaktor ein Teil einer Anlage verstanden, in dem chemische Reaktionen von einem oder mehreren Ausgangsmaterialien zu einem oder mehreren Produkten durchgeführt werden. Daher wird in dieser Erfindung unter einem Vergasungsreaktor ein Behälter als ein Teil einer Anlage verstanden, in dem kohlenstoffhaltiges Brennmaterial zu Nutzgasen umgesetzt, also dazu vergast wird. In the present invention, a reactor is generally understood to mean a part of a plant in which chemical reactions of one or more starting materials to one or more products are carried out. Therefore, in this invention, under a gasification reactor, a container is understood to be a part of an installation in which carbonaceous fuel material is converted into useful gases, ie gasified.
In der vorliegenden Erfindung wird unter einem Nutzgas eine Substanz oder ein Substanzgemisch verstanden, die oder das sich sowohl selbst als Brennstoff für Brennkraftmaschinen und auch als Rohstoff für weitere chemische Herstellungsverfahren eignet. In the present invention, a useful gas is understood as meaning a substance or a substance mixture which is suitable both itself as fuel for internal combustion engines and also as raw material for further chemical production processes.
In der vorliegenden Erfindung wird unter einem kohlenstoffhaltigen Brennmaterial ein solches Material verstanden, dessen enthaltender Kohlenstoff in Form einer exothermen Reaktion zu Kohlendioxid (C02) an Luft oxidiert, also verbrannt werden kann. In diesem Sinne umfasst das kohlenstoffhaltige Brennmaterial insbesondere Biomasse, fossile Brennstoffe und synthetisch-organische Stoffe, speziell entsprechend kohlenstoffhaltige Kunststoffe. In der vorliegenden Erfindung wird unter Biomasse allgemein jedwede kohlenstoffhaltige Substanz verstanden, die direkt oder indirekt aus physiologischen Prozessen von lebenden Organismen, In the present invention, a carbonaceous fuel material is understood to mean such a material whose carbon contained in the form of an exothermic reaction oxidizes to carbon dioxide (CO 2 ) in air, that is to say it can be burned. In this sense, the carbonaceous fuel includes, in particular, biomass, fossil fuels, and synthetic-organic materials, especially carbon-containing plastics. In the present invention, biomass is generally understood to mean any carbonaceous substance derived directly or indirectly from physiological processes of living organisms,
BESTÄTIGUNGSKOPIE insbesondere aus pflanzlicher Photosynthese stammt, nicht dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf entzogen ist und sich auch durch Organismen exotherm zu CO2 umsetzen lässt. Beispiele für Biomasse sind Gärreste, Holz, Laub, Heu, Stroh, Papier, Pappe, Kompost, Fäkalien und Klärschlamm. CONFIRMATION COPY especially from plant photosynthesis, is not deprived of the natural carbon cycle and can be exothermally converted by organisms to CO2. Examples of biomass are fermentation residues, wood, leaves, hay, straw, paper, cardboard, compost, faeces and sewage sludge.
In der vorliegenden Erfindung werden unter fossilen Brennstoffen solche Formen von Biomasse verstanden, die sich in einer geologischen Senke befinden und somit dem natürlichen Kohlenstoffkreislauf entzogen sind. Beispiele für fossile Brennstoffe sind Asphalt, Teer, Bitumen, Torf, Braunkohle, Steinkohle und Graphit. In the present invention, fossil fuels are understood to mean those forms of biomass which are located in a geological depression and are thus removed from the natural carbon cycle. Examples of fossil fuels are asphalt, tar, bitumen, peat, lignite, hard coal and graphite.
Unter einem kohlenstoffhaltigem Brennmaterial kann auch eine Mischung verschiedener kohlenstoffhaltiger Brennmaterialien, beispielsweise aus Biomasse, aus synthetisch-organischen Stoffen und speziell aus Kunststoffen verstanden werden. Ein weiteres Beispiel für ein kohlenstoffhaltiges Brennmaterial ist daher Hausmüll als Gemisch von solchen Brennstoffen. Damit ist die Form des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials unabhängig von seiner Form anzusehen, ein weiteres Beispiel ist Holz in Form von Stämmen, Hackschnitzeln variierender Größe, Sägemehl oder in Form von Pellets. A carbonaceous fuel material may also be understood to mean a mixture of different carbonaceous fuel materials, for example biomass, synthetic-organic materials and especially plastics. Another example of a carbonaceous fuel is therefore household waste as a mixture of such fuels. Thus, the shape of the carbonaceous fuel is independent of its shape, another example is wood in the form of logs, wood chips of varying size, sawdust or in the form of pellets.
Technischer Hintergrund Technical background
Die Pyrolyse als rein thermische Zersetzung von Biomasse, Stein- und Braunkohle verläuft vorwiegend endotherm in Abhängigkeit des Sauerstoffgehaltes und der Bindungsart des Sauerstoffes. Innerhalb des Brennstoffs kann die Pyrolyse auch exotherm verlaufen. Insbesondere bei der Pyrolyse von Stein- oder Braunkohle entstehen neben Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Methan (CH4) beispielsweise noch flüchtige Kohlenwasserstoffe. Kunststoffe, die beispielsweise nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, pyrolysieren unter Luftausschluss ausschließlich zu niederen Kohlenwasserstoffen. Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Methan (CH4) und flüchtige Kohlenwasserstoffe sind brennbar, eignen sich bestens als Treibstoffe für Brennkraftmaschinen, sind wichtige Ausgangsubstanzen für viele chemische Herstellungsprozesse und sind damit wert- volle Nutzgase. Methan (CH4) und reiner Kohlenstoff, beispielsweise in Form von mineralischem Graphit oder synthetischem Koks, sind nicht bzw. nicht mehr weiter pyrolysierbar. The pyrolysis as a purely thermal decomposition of biomass, hard coal and lignite runs predominantly endothermic depending on the oxygen content and the binding of the oxygen. Within the fuel, the pyrolysis may also be exothermic. In particular, in the pyrolysis of hard coal or brown coal arise in addition to carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ), for example, still volatile hydrocarbons. Plastics, which consist for example only of carbon and hydrogen, pyrolyzed under exclusion of air exclusively to lower hydrocarbons. Carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) and volatile hydrocarbons are flammable, are ideally suited as fuels for internal combustion engines, are important starting materials for many chemical manufacturing processes and are thus valuable. full useful gases. Methane (CH 4 ) and pure carbon, for example in the form of mineral graphite or synthetic coke, are not or no longer pyrolysable.
Kohlenstoffhaltige Brennmaterialien lassen sich aber mit Vergasungsmitteln zu Nutzgasen umsetzen, beispielsweise Kohlenstoff mit einem Unterschuss an O2 zu CO, dann Kohlenstoff mit Wasser (H2O) zu CO und H2, dann CH4 mit O2 zu CO. Allerdings verlaufen die Vergasungsreaktionen von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial mit H2O endotherm. Als natürliches Vergasungsmittel dient insbesondere Luft, die auch mit H2O, beispielsweise als Aerosol oder Dampf, angereichert sein kann. In der vorliegenden Erfindung wird daher unter einem Vergasungsmittel ein Reinstoff oder Stoffgemisch verstanden, dessen Zugabe zum kohlenstoffhaltigen Brennmaterial den Umsatz zu Nutzgasen erhöht. However, carbon-containing fuels can be converted to useful gases with gasifiers, for example carbon with a deficiency of O 2 to CO, then carbon with water (H 2 O) to CO and H 2 , then CH 4 with O 2 to CO. However, the gasification reactions of carbonaceous fuel with H 2 O are endothermic. As a natural gasification agent is used in particular air, which may also be enriched with H 2 O, for example as an aerosol or vapor. In the present invention, therefore, a gasification agent is understood to mean a pure substance or substance mixture whose addition to the carbonaceous fuel material increases the conversion into useful gases.
Die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial zu Nutzgas ist überwiegend erst dann wirtschaftlich, wenn das Brennmaterial nicht nur leicht verfügbar bzw. billig ist, sondern die Vergasung in ihrer Energiebilanz ausschließlich vom Energiegehalt des Brennmaterials abhängt. Dies betrifft insbesondere die Verwendung des Nutzgases als eigentlichen Brennstoff für Brennkraftmaschinen, beispielsweise für den Betrieb eines Gasmotors oder einer Gasturbine. Die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial zu Nutzgas erfordert dann einen insgesamt exotherm ablaufenden Gesamtprozess, der sich solange energetisch selbst erhält, wie genügend Brennmaterial vorhanden ist. Zusätzlich lässt sich auch die abgegebene Wärme beispielsweise zum Heizen von Wohngebäuden nutzen, wie dies durch Kraft-Wärmekopplung in Blockheizkraftwerken (BHKW) erfolgt. In einem BHKW ist eine Brennkraftmaschine wiederum an einen Generator gekoppelt, der dann schließlich mechanische in elektrische Energie wandelt. The gasification of carbonaceous fuel to Nutzgas is predominantly economical only if the fuel is not only readily available or cheap, but the gasification in their energy balance depends solely on the energy content of the fuel. This relates in particular to the use of the useful gas as actual fuel for internal combustion engines, for example for the operation of a gas engine or a gas turbine. The gasification of carbonaceous fuel to Nutzgas then requires a total exothermic running overall process, the energetic itself as long as enough fuel is available. In addition, the heat released can also be used, for example, for heating residential buildings, as is the case with combined heat and power in combined heat and power plants (CHP). In a CHP, an internal combustion engine is in turn coupled to a generator, which then finally converts mechanical energy into electrical energy.
Die Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial mit O2 zu CO ist jedoch so schwach exotherm, dass die frei werdende Energie nicht ausreicht, gleichzeitig ablaufende Pyrolysen und / oder Vergasungsreaktionen mit H2O dauerhaft aufrecht zu erhalten. Die für den gesamten Vergasungsprozess notwendige Energie muss daher durch die stark exotherme Verbrennungsreaktion von kohlenstoffhal- tigern Brennmaterial mit O2 zu C02 aufgebracht werden. Der höchst mögliche Wirkungsgrad bezüglich Nutzgas- und Wärmeausbeute einer solchen autothermen Vergasung wird bei einem Optimum erreicht, bei dem das Ausmaß der Verbrennung zu CO2 gerade ausreicht, um für Pyrolysen und Vergasungsreaktionen den notwendigen Energiebeitrag zu liefern. Dieses Optimum im Sinne einer unvollständigen Verbrennung hängt von der Zusammensetzung und Beschaffenheit des Brennmaterials, der Zufuhr bzw. optimalen Dosierung des Vergasungsmittels, der Beschaffenheit sowie Isolierung des Vergasungsreaktors und damit zusammenge- fasst von der gesamten Reaktionsführung ab. Dabei ist die Veränderung des Brennmaterials während des gesamten Vergasungsprozesses ebenfalls zu berücksichtigen bzw. nicht zu vernachlässigen. The combustion of carbonaceous fuel with O 2 to CO, however, is so weakly exothermic that the energy released is not sufficient to sustain simultaneously ongoing pyrolysis and / or gasification reactions with H 2 O permanently. The energy required for the entire gasification process must therefore be replaced by the highly exothermic combustion reaction of carbon monoxide. fuel with O 2 to C0 2 are applied. The highest possible efficiency in terms of Nutzgas- and heat yield of such an autothermal gasification is achieved at an optimum, in which the extent of combustion to CO 2 just sufficient to provide the necessary energy contribution for pyrolysis and gasification reactions. This optimum in terms of incomplete combustion depends on the composition and nature of the fuel, the supply or optimal metering of the gasification agent, the nature and isolation of the gasification reactor and thus summarized by the entire reaction. Here, the change in the fuel during the entire gasification process is also taken into account or not negligible.
Im klassischen Festbettvergasungsreaktor liegt Holz als kohlenstoffhaltiges Brennmaterial wie in einem normalen Feuerofen auf einem Gitterrost. Im Gegen- stromverfahren wird Luft als Vergasungsmittel durch den Gitterrost und das verbrennende Holz gesaugt. Die oberen Holzschichten verbrennen nur teilweise und pyrolysieren gleichzeitig zu Nutzgas, das am oberen Ende des Ofens abgesaugt wird. Luft und Nutzgas bewegen sich als Gegenstrom in entgegengesetzter Richtung zum langsam absinkenden Holz. Das entstehende Nutzgas hat eine relativ niedrige Temperatur von etwa 100 °C und enthält wegen der stattfindenden Trocknung und Pyrolyse des Holzes entsprechend viel Wasserdampf und organische Bestandteile, die bei weiterer Abkühlung zu einem sauren Holzteer kondensieren. In the classic fixed bed gasification reactor, wood is a carbonaceous fuel, like a normal grate on a grid. As a countercurrent process, air is sucked through the grate and the burning wood as a gasifying agent. The upper layers of wood burn only partially and pyrolyze at the same time to Nutzgas, which is sucked off at the upper end of the furnace. Air and natural gas move countercurrently in the opposite direction to the slowly sinking wood. The resulting useful gas has a relatively low temperature of about 100 ° C and contains due to the ongoing drying and pyrolysis of the wood correspondingly much water vapor and organic constituents, which condense on further cooling to an acidic wood tar.
Im Gleichstromverfahren zur Holzvergasung wird Luft als Vergasungsmittel unmittelbar über dem Gitterrost direkt in die heiße Vergasungsreaktionszone des im Festbettvergasungsreaktors zugeführt und unter dem Gitterrost abgesaugt. Das Reaktorinnengas bzw. Nutzgas und Luft bewegen sich im Bereich des Gitterrostes in gleicher Richtung, also im Gleichstrom. Die Temperatur des Reaktorinnengases bzw. Nutzgases liegt hier wesentlich höher als beim Gegenstromverfahren. Das Nutzgas als Endprodukt aus dem Reaktorinnengas enthält deutlich weniger Holz- teer, wobei der im Gleichstromverfahren anfallende Holzteer einen basischen pH- Wert aufweist. In the co-current method for wood gasification, air is fed as a gasifying agent directly above the grid directly into the hot gasification reaction zone of the fixed-bed gasification reactor and sucked under the grate. The internal reactor gas and the useful gas and air move in the same direction in the area of the grid, ie in direct current. The temperature of the reactor internal gas or useful gas is much higher here than in the countercurrent process. The useful gas as end product from the reactor internal gas contains significantly less wood tar, wherein the wood tar produced in the DC process has a basic pH.
Der im Gegenstrom- und im Gleichstromholzvergasungsverfahren als Kohlenstof- füberschuss anfallende Holzteer eignet sich nicht für Brennkraftmaschinen, sondern schädigt diese aufgrund seiner verklebenden Eigenschaften. Auch bei der Vergasung anderer kohlenstoffhaltiger Brennstoffe fallen ähnliche hochviskose Rückstände an, die in der vorliegenden Erfindung allgemein als Kondensat bezeichnet werden. Das anfallende Kondensat mindert nicht nur den Wirkungsgrad bezüglich Stoffverwertungsbilanz des Vergasungsreaktors, sondern muss aus dem Nutzgas durch eine Gaswäsche entfernt werden. Dies mindert zusätzlich die Energiebilanz der Gesamtanlage und benötigt zusätzlich Waschflüssigkeit, beispielweise Wasser. Da das Kondensat aufgrund seines pH-Wertes nicht nur korrosiv, sondern auch toxisch und schwer biologisch abbaubar ist, ergibt sich hier ein Entsorgungsproblem. In US 2010/0107494 A1 wird ein Festbettvergaser für Biomasse mit einer sukzessiven Brennstoffzuführung vorgeschlagen, der zwar bezüglich Brennstoffumsatzbilanz eine höhere Effizienz verspricht, jedoch nicht die Bildung von Kondensat eliminiert bzw. das anfallende Kondensat nicht im Ver- gasungsprozess weiter verwerten kann. The wood tar produced as a surplus of carbon in countercurrent and DC wood gasification processes is not suitable for internal combustion engines, but damages them due to its adhesive properties. Also in the gasification of other carbonaceous fuels, similar high-viscosity residues occur, which are generally referred to as condensate in the present invention. The resulting condensate not only reduces the efficiency with respect to material utilization balance of the gasification reactor, but must be removed from the useful gas by a gas scrubber. This additionally reduces the energy balance of the entire system and additionally requires washing liquid, for example water. Since the condensate is not only corrosive due to its pH, but also toxic and difficult to biodegrade, this results in a disposal problem. In US 2010/0107494 A1, a fixed-bed gasifier for biomass with a successive fuel supply is proposed, which although promises a higher efficiency in terms of fuel sales balance, but does not eliminate the formation of condensate or the resulting condensate can not continue to use in the gasification process.
Ein Lösungsansatz für die Vergasung von kohlenstoffhaltigen, festen Brennmaterialien bieten Wirbelschichtvergasungsreaktoren, in denen die Brennmaterialien in einer unvollständigen Wirbelschichtfeuerung zu Nutzgasen umgesetzt werden. Hierbei fällt kein Kondensat an, da dieses ebenfalls zu Nutzgasen umgesetzt wird. Allerdings ist die Vergasung in Wirbelschichtvergasungsreaktoren auf feste Brennmaterialien mit einer Partikelgröße von weniger als 40 mm mit einem Wassergehalt von mindestens 25 Gew.% beschränkt, wobei die Partikel durch ein konstant wirbelndes Fluidmedium, beispielweise Luft, in Schwebe gehalten werden müssen. Zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht ist also eine externe Fluid- zufuhr mit einer hohen Flussrate notwendig, was einer extern zugeführten Arbeit entspricht. Weiter können Wirbelschichtvergasungsreaktoren nicht autotherm, sondern nur allotherm, d.h. unter Zufuhr von äußerer Wärmeenergie betrieben werden. Die Gesamtzufuhr dieser beiden Energiearten ist vom Gesamtwirkungs- grad der Anlage abzuziehen. Diese Vergasungstechnik gestaltet sich nur bei Energieanlagen im Leistungsbereich von 1 ,5 bis 3 MW als wirtschaftlich, wobei der Gesamtwirkungsgrad bei nur ca. 30% liegt. One approach to the gasification of carbonaceous solid fuels is to use fluidized bed gasification reactors in which the fuel is converted into useful gases in an incomplete fluidized bed furnace. In this case, no condensate is generated, since this is also converted to Nutzgasen. However, gasification in fluidized bed gasification reactors is limited to solid fuels having a particle size of less than 40 mm with a water content of at least 25% by weight, the particles having to be suspended by a fluid fluid that constantly swirls, for example air. To maintain the fluidized bed, therefore, an external fluid supply with a high flow rate is necessary, which corresponds to an externally supplied work. Furthermore, fluidized-bed gasification reactors can not be operated autothermally, but only allothermally, ie with the supply of external heat energy. The total intake of these two types of energy is deduct the degree of the plant. This gasification technology is only economical for power plants in the power range of 1, 5 to 3 MW, whereby the overall efficiency is only about 30%.
Eine besondere Form des Wirbelschichtvergasungsreaktors stellt der Winkler- Generator dar, bei dem die Wirbelschicht durch hintereinander gereihte Ringleitungen um den Reaktorkörper herum noch besser im gesamten Reaktorraum aufrechterhalten werden kann. Vorteile des Winkler-Generators sind eine homogene Temperaturverteilung und bessere Durchmischung der Partikel im Vergleich zu anderen Wirbelschichtvergasungsreaktoren. Der Winkler-Reaktor eignet sich jedoch nur für die Vergasung von Kohle, insbesondere Braunkohle, beschränkt auf eine möglichst kleine Partikelgröße. A special form of the fluidized-bed gasification reactor is the Winkler generator, in which the fluidized bed can be maintained even better in the entire reactor space by means of ring loops arranged in series around the reactor body. Advantages of the Winkler generator are a homogeneous temperature distribution and better mixing of the particles compared to other fluidized bed gasification reactors. However, the Winkler reactor is only suitable for the gasification of coal, especially lignite, limited to the smallest possible particle size.
Eine wesentliche Verbesserung des Wirbelschichtvergasungsreaktors ist durch den Flugstromvergasungsreaktor gegeben, bei dem das kohlenstoffhaltige A significant improvement of the fluidized bed gasification reactor is provided by the entrained flow gasification reactor in which the carbonaceous
Brennmaterial als Staub, Slurry oder als Paste über einen Brenner in den Vergasungsraum eingebracht wird. Hierbei finden die Vergasungsprozesse in einer Staubwolke statt. Diese Form der Zuführung bedarf einer entsprechenden Vorbehandlung des Brennmaterials, insbesondere bei Biomasse als Brennmaterial, um über ein pneumatisches System in den Vergaser eingebracht und dort in sehr kurzer Zeit vergast zu werden. Auch solche Systeme können nur unter Zufuhr von Arbeit sowie Wärmeenergie betrieben werden. Hierbei erfolgt die Zufuhr der Wärmeenergie durch eine kontinuierliche Zündung mit einer Zündfackel. Fuel is introduced as dust, slurry or paste as a burner in the gasification room. Here, the gasification processes take place in a cloud of dust. This form of supply requires a corresponding pretreatment of the fuel, especially in biomass as a fuel to be introduced via a pneumatic system in the carburetor and gasified there in a very short time. Even such systems can be operated only with supply of work and heat energy. Here, the supply of heat energy by a continuous ignition with a Zündfackel.
Der Koppers-Trotzek-Reaktor als besondere Form des Flugstromvergasungsreak- tors eignet sich insbesondere für die Vergasung von fein gemahlener Kohle zu Nutzgas. Die Einspeisung des Kohlestaubes erfolgt seitlich mit hoher Geschwindigkeit, so dass nur eine einmalige Zündung benötigt wird und der Vergasungs- prozess ansonsten autotherm geführt werden kann. Allerdings benötigt der Betrieb des Koppers-Trotzek-Reaktors immer noch die Zufuhr von Arbeit zur Aufrechterhaltung des Flugstromes. Sowohl bei den verschiedenen Ausführungen des Wirbelschichtvergasungsreaktors als auch bei denen des Flugstromvergasungsreaktors können die Vergasungsprozesse nicht allein durch die Zufuhr von Brennmaterial aufrechterhalten werden. In allen Ausführungen dieser Reaktortypen ist der Gesamtwirkungsgrad durch die notwendige Zufuhr von Arbeit zur Aufrechterhaltung des Wirbel- bzw. Flugstromes auf maximal 30 bis 40% beschränkt. Nach dem Stand der Technik sind Festbettvergasungsreaktoren mit Gleich- oder Gegenstromprinzip, Wirbelschicht- und Flugstromvergasungsreaktoren auf spezifische Beschaffenheit des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials beschränkt, wobei grundsätzlich eine Vorbehandlung des jeweiligen kohlenstoffhaltigen Brennmaterials erforderlich ist. Auch notwendige Vorbehandlungen des Brennmaterials schränken die Wirtschaftlichkeit von Vergasungsanlagen, insbesondere von BHKW, erheblich ein. Zwar beschränkt sich in Festbettvergasungsreaktoren im Vergleich zu den Wirbelschicht- und Flugstromvergasungsreaktoren die Zufuhr von äußerer Arbeit lediglich auf die des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials und des Vergasungsmittels, jedoch ist die Einhaltung optimaler Bedingungen für die Pyrolyse- als auch Vergasungsreaktionen generell schwieriger. Bei Festbettvergasungsreaktoren mit Gleich- oder Gegenstromprinzip ist die Festlegung auf eine vorgegebene Brennstoffqualität und Stückgröße, beispielsweise auf sogenannte G50-Holzhackschnitzel, besonders nachteilig. Abweichungen davon, insbesondere in der Stückigkeit, im Wassergehalt und im Staubanteil, verursachen variierende Druck- und Temperaturbedingungen. Solche Abweichungen erfordern dann beispielsweise eine überhöhte Zufuhr von Luft als Vergasungsmittel. Dies führt zu einer starken Verdünnung des Nutzgases durch Luftstickstoff und Wasserdampf sowie einer vermehrten Bildung von mitgeschlepptem Kondensat. Qualität und Ausbeute des Nutzgases sind dann so weit herabgesetzt, dass vor dessen Verwertung eine aufwändige Gaswäsche erfolgen muss. Eine erhöhte Bildung von Kondensat erniedrigt nicht nur signifikant den Gesamtwirkungsgrad der Anlage, sondern führt auch zu Verstopfungen im Reaktor, was zu einem kompletten Ausfall der gesamten Anlage führen kann. Zusätzlich ist die Reinigung von Festbettvergasungsreaktoren von Kondensat sehr aufwändig. Aufgabe und Lösung The Koppers-Trotzek reactor as a special form of entrained flow gasification reactor is particularly suitable for the gasification of finely ground coal to useful gas. The coal dust is fed in at high speed, so that only a single ignition is needed and the gasification process can otherwise be performed autothermally. However, operation of the Koppers-Trotzek reactor still requires the supply of work to maintain the flow of air. Both in the various embodiments of the fluidized bed gasification reactor and those of the entrained flow gasification reactor, the gasification processes can not be maintained solely by the supply of fuel. In all versions of these reactor types, the overall efficiency is limited to a maximum of 30 to 40% by the necessary supply of work to maintain the vortex or flight flow. According to the prior art fixed-bed gasification reactors with cocurrent or countercurrent principle, fluidized bed and entrained flow gasification reactors are limited to the specific nature of the carbonaceous fuel material, in principle, a pretreatment of the respective carbonaceous fuel material is required. Necessary pretreatments of the fuel material also considerably limit the cost-effectiveness of gasification plants, in particular CHP plants. Although in fixed-bed gasification reactors compared to the fluidized bed and entrained-flow gasification reactors the supply of external work is limited only to that of the carbonaceous fuel and the gasifier, maintaining optimal conditions for the pyrolysis as well as gasification reactions is generally more difficult. In fixed bed gasification reactors with a DC or countercurrent principle, the definition of a given fuel quality and piece size, for example, to so-called G50 wood chips, particularly disadvantageous. Deviations from this, especially in terms of piece quality, water content and dust content, cause varying pressure and temperature conditions. Such deviations then require, for example, an excessive supply of air as a gasification agent. This leads to a strong dilution of the Nutzgas by atmospheric nitrogen and water vapor and an increased formation of entrained condensate. Quality and yield of the useful gas are then reduced so much that a costly gas scrubbing must be carried out prior to its utilization. Increased formation of condensate not only significantly lowers the overall efficiency of the plant, but also leads to blockages in the reactor, which can lead to complete failure of the entire plant. In addition, the purification of fixed bed gasification reactors of condensate is very expensive. Task and solution
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das einen besonders hohen Wirkungsgrad sowie besonders hohe Betriebsstabilität bei niedrigeren Anforderungen an den verwendeten Brennstoff im Betrieb eines Vergasungsreaktors ermöglicht. Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen der Erfindung. The invention is therefore based on the object to provide a method which allows a particularly high efficiency and very high operational stability with lower demands on the fuel used in the operation of a gasification reactor. This object is achieved by the feature combination of claim 1 in an inventive manner. The dependent claims include in part advantageous and in part self-inventive developments of the invention.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad ebenso wie eine besonders hohe Betriebsstabilität dadurch erreichbar wäre, wenn eine automatische Entfernung von Kohlenstoffüberschüssen, welche zum Verstopfen des Reaktors führen können, möglich wäre. Dabei liegt der Erfindung ein Vergasungsreaktor mit einer Reaktionskammer für die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial durch Zugabe von Vergasungsmitteln zu Nutzgasen zugrunde. In der Reaktionskammer liegt das kohlenstoffhaltige Brennmaterial ein. Bei festen Brennmaterialien kann eine kontinuierliche Zuführung über ein mit der Reaktionskammer verbundenes Reservoir erfolgen. Der Umsatz zu den Nutzgasen als Summe aller einzelnen Pyrolyse- als auch Vergasungsreaktionen findet daher überwiegend in der Reaktionskammer statt. Der Vergasungsreaktor kann auch vollständig als Reaktionskammer ausgeführt sein. The invention is based on the idea that a particularly high degree of efficiency as well as a particularly high operational stability would be achievable if an automatic removal of carbon excesses, which could lead to clogging of the reactor, would be possible. The invention is based on a gasification reactor with a reaction chamber for the gasification of carbonaceous fuel by the addition of gasification agents to Nutzgasen based. In the reaction chamber is the carbonaceous fuel. In the case of solid fuel materials, a continuous supply can take place via a reservoir connected to the reaction chamber. The conversion to the Nutzgasen as the sum of all individual pyrolysis and gasification reactions therefore takes place predominantly in the reaction chamber. The gasification reactor can also be designed completely as a reaction chamber.
Als wesentliches Merkmal der Erfindung werden nach Anspruch bei der Überschreitung eines vorgegebenen, für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer charakteristischen Werts Zusammensetzung, Menge, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur und/oder spezifischer Austrittspuls eines der Reaktionskammer zugegebenen Vergasungsmittels derart geändert, dass eine Verbrennung des Kohlenstoffüberschusses verstärkt wird. Mit anderen Worten: Der Vergasungsreaktor wird nicht wie sämtliche bekannten Reaktoren in einem bestimmten Betriebszustand betrieben, sondern bei Erkennung eines übermäßigen Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer werden die Reaktionsbedingungen in der Kammer derart geändert, dass dieser Kohlenstoffüberschuss abgebaut, d.h. verbrannt wird. Der Reaktor schaltet somit von einem Vergasungs- in einen Kohlenstoffverbrennungs-Betriebszustand um. An essential feature of the invention according to claim in the exceeding of a predetermined, characteristic of the amount of excess carbon in the reaction chamber composition, amount, pressure, velocity, temperature and / or specific exit pulse of the reaction chamber added gasification agent such that combustion of Carbon excess is increased. In other words, the gasification reactor is not operated in a certain operating state like all known reactors, but upon detection of excessive carbon excess in the reaction chamber, the reaction conditions in the chamber are changed such that this carbon excess degraded, ie burned. The reactor thus switches from a gasification to a carbon combustion mode.
Vorteilhafterweise wird die Änderung bei der Unterschreitung eines zweiten vorgegebenen, für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer charakteristischen Werts wieder rückgängig gemacht. D.h., sobald erkannt wird, dass eine ausreichende Menge Kohlenstoffüberschuss verbrannt ist und die Kohlenstoffmenge keinen kritischen Wert mehr hat, wird in den„normalen" Betriebszustand des Reaktors zurückgeschaltet. Dadurch wird gewährleistet, dass der Betriebszustand für die Verbrennung des Kohlenstoffüberschusses, der temporär einen niedrigeren Wirkungsgrad bedeutet als der normale, auf optimale Vergasung ausgelegte Betriebszustand, nur für einen minimalen Zeitpunkt aufrechterhalten wird, aber gerade lang genug, um eine Entfernung von Kohlenstoff ausreichend zu gewährleisten. Advantageously, the change in the fall below a second predetermined, characteristic of the amount of carbon excess in the reaction chamber value is reversed. That is, as soon as it is detected that a sufficient amount of excess carbon is burned and the carbon amount has no more critical value, is switched back to the "normal" operating state of the reactor, thereby ensuring that the operating state for the combustion of excess carbon, temporarily a lower Efficiency, as the normal operating state designed for optimum gasification, is maintained only for a minimal time, but just long enough to sufficiently ensure removal of carbon.
Die Feststellung eines übermäßigen Kohlenstoffüberschusses im Reaktor wird anhand eines für die Menge des Kohlenstoffüberschusses charakteristischen Werts getroffen. Hier können vielfältige Werte zur Anwendung kommen. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn jeweils eine vorgegebene Druckdifferenz über eine gasdurchlässige Rückhaltevorrichtung zwischen der Reaktionskammer und einem Aschekasten des Vergasungsreaktors als ein solcher Wert verwendet wird. Ein Kohlenstoffüberschuss wird sich nämlich bevorzugt an einer derartigen Rückhaltevorrichtung ablagern. Durch die verklebenden Eigenschaften des Kohlenstoffüberschusses verringert sich dann die Gasdurchlässigkeit der Rückhaltevorrichtung, das in der Reaktionskammer entstehende Nutzgas kann somit schlechter entweichen. Dadurch steigt die Druckdifferenz über die Rückhaltevorrichtung, die mit entsprechenden Drucksensonser vergleichsweise einfach nachweisbar ist. Dies ist ein einfaches und zugleich zuverlässiges Maß für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer. Die beschriebene hauptsächliche Ansammlung des Kohlenstoffüberschusses in der Rückhaltevorrichtung erlaubt eine weitere Optimierung des Verfahrens: In vorteilhafter Ausgestaltung werden Zusammensetzung, Menge, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur und/oder spezifischer Austrittspuls eines der Reaktionskammer im Bereich einer gasdurchlässigen Rückhaltevorrichtung zwischen der Reaktionskammer und dem oder einem Aschekasten des Vergasungsreaktors zugegebenen Vergasungsmittels geändert. Damit werden insbesondere im Bereich verstärkter Ansammlungen von Kohlenstoffüberschuss die Betriebsparameter derart geändert, dass hier der Kohlenstoff vergast wird. Dies ermöglicht es auch, in anderen Bereichen, in denen die Ansammlung von Kohlenstoff weniger hoch ist, die Vergasungsreaktion mit normalen Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten. The determination of excessive carbon surplus in the reactor is made on the basis of a value characteristic of the amount of carbon surplus. Here, a variety of values can be used. However, it is particularly advantageous if in each case a predetermined pressure difference across a gas-permeable retention device between the reaction chamber and an ash box of the gasification reactor is used as such a value. Namely, a carbon excess will preferentially deposit on such a retainer. As a result of the adhesive properties of the excess carbon, the gas permeability of the retaining device is reduced, and the useful gas produced in the reaction chamber can thus escape more poorly. This increases the pressure difference across the retaining device, which is relatively easy to detect with corresponding pressure sensor. This is a simple yet reliable measure of the amount of excess carbon in the reaction chamber. The main accumulation of excess carbon in the retention device described allows a further optimization of the method. In an advantageous embodiment, the composition, amount, pressure, velocity, temperature and / or specific exit pulse of one of the reaction chambers in the region of a gas-permeable retention device between the reaction chamber and the or an ash box the gasification reactor added added gasifying agent. Thus, in particular in the area of increased accumulations of carbon surplus, the operating parameters are changed in such a way that the carbon is gasified here. This also makes it possible to maintain the gasification reaction under normal operating conditions in other areas where the accumulation of carbon is less high.
In besonder einfacher Weise lässt sich die Verbrennung von Kohlenstoff dadurch erreichen, dass vorteilhafterweise die Menge des zugegebenen Vergasungsmittels erhöht wird. Ein größerer Eintrag von Sauerstoff ermöglicht nämlich die Oxida- tion des Kohlenstoffs. In a particularly simple manner, the combustion of carbon can be achieved by advantageously increasing the amount of added gasification agent. A larger amount of oxygen allows the oxidation of the carbon.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird auch der Wasserdampfanteil im Vergasungsmittel reduziert. Dadurch wird die energieverbrauchende Reduktionsreaktion eingedämmt, die Temperatur erhöht und somit eine Verbrennung von Kohlenstoff begünstigt. In a further advantageous embodiment, the water vapor content in the gasification agent is reduced. This reduces the energy-consuming reduction reaction, increases the temperature and thus promotes combustion of carbon.
Die bislang beschriebenen Merkmale des Verfahrens lassen sich über vorgegebene Betriebsparameter hinsichtlich der Zugabe von Vergasungsmittel etc. verwirklichen. So können z.B. zwei Sätze von Betriebsparametern vorgegeben werden, einer für den Vergasungs- und einer für den Kohlenstoffverbrennungsbetrieb, zwischen denen dann nach dem beschriebenen Verfahren bedarfsweise umgestaltet wird. The features of the method described so far can be realized via predetermined operating parameters with regard to the addition of gasification agent, etc. Thus, e.g. set two sets of operating parameters, one for the gasification and one for the carbon combustion operation, between which then, if necessary, according to the described method is redesigned.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das Verfahren jedoch in eine übergeordnete Regelung eingebettet, wobei die Reaktionskammer dabei (vorzugsweise mehrere) Regelungseingänge aufweist und Zusammensetzung, Menge, Druck, Geschwindigkeit, Temperatur und/oder spezifischer Austrittspuls des Vergasungsmittels variabel anhand einer Anzahl von in der Reaktionskammer ermittelten Regelgrößen gesteuert werden. Bei mehreren Regelungseingängen wird das über den jeweiligen Regelungseingang zugegebene Vergasungsmittel vorteilhafterweise mindestens teilweise unabhängig von den jeweils anderen Regelungseingängen gesteuert. Im Betrieb des Vergasungsreaktors sind folglich mehrere, im Idealfall jede Position innerhalb der Reaktionskammer durch diese Regelungseingänge zugänglich. Jeder einzelne Regelungseingang definiert damit eine Reaktionszone, alle Reaktionszonen bilden dabei den Reaktionsraum, der die Reaktionskammer vollständig ausfüllt. In a particularly advantageous embodiment, however, the method is embedded in a higher-level control, wherein the reaction chamber thereby (preferably has multiple) control inputs and composition, amount, pressure, speed, temperature and / or specific exit pulse of the gasification agent are variably controlled by a number of determined in the reaction chamber controlled variables. In the case of several control inputs, the gasification agent added via the respective control input is advantageously at least partially controlled independently of the respective other control inputs. Consequently, during operation of the gasification reactor, several, ideally every position within the reaction chamber are accessible through these control inputs. Each individual control input thus defines a reaction zone, all reaction zones thereby forming the reaction space which completely fills the reaction chamber.
Da die Regelungseingänge mindestens teilweise voneinander unabhängig gesteuert sind, ist in jeder Reaktionszone des Reaktionsraumes die Zugabe von Vergasungsmittel bezüglich dessen Zusammensetzung, Geschwindigkeit, Temperatur, Druck und Menge sowie hinsichtlich des spezifischen Austrittsimpulses zeitlich variabel. Since the control inputs are at least partially controlled independently of one another, in each reaction zone of the reaction space, the addition of gasification agent with respect to its composition, speed, temperature, pressure and amount as well as with respect to the specific exit pulse is variable over time.
Konstruktiv kann dies dadurch realisiert sein, dass die Seitenwände der Reaktionskammer mit einer Vielzahl von solchen Regelungseingängen durchsetzt sind oder dass in die Reaktionskammer eine Halterung mit einer Vielzahl von eingelassenen Regelungseingängen hineinragt. Je nach überwiegender Beschaffenheit des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials im Zusammenspiel mit der Geometrie der Reaktionskammer, insbesondere wenn der Durchmesser der Reaktionskammer größer als deren Höhe ist, erweist sich die Kombination beider konstruktiver Möglichkeiten zur Anordnung der Regelungseingänge als vorteilhaft, wodurch die Zugänglichkeit des gesamten Reaktionsraumes gewährleistet ist. In terms of design, this can be realized in that the side walls of the reaction chamber are interspersed with a multiplicity of such control inputs or that a holder with a plurality of recessed control inputs projects into the reaction chamber. Depending on the predominant nature of the carbonaceous fuel in conjunction with the geometry of the reaction chamber, especially if the diameter of the reaction chamber is greater than the height, the combination of both constructive ways for the arrangement of the control inputs proves to be advantageous, whereby the accessibility of the entire reaction space is guaranteed.
Während des gesamten Vergasungsprozesses verändert sich die Beschaffenheit des Brennmaterials. Insbesondere bei der Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Brennmaterialien in einem erfindungsgemäß ausgeführten Gleichstrom- Festbettvergasungsreaktor bildet sich im Fortgang des Vergasungsprozesses ein vom unteren zum oberen Teil der Reaktionskammer vertikal abnehmender Ver- 8 kohlungsgradient aus. Daher wird im fortschreitenden Vergasungsprozess in die unteren Reaktionszonen zur Vergasung der entstandenen Reinkohle vermehrt Wasserdampf zusammen mit dem heißen Reaktorinnengas zugeführt. Hierbei kann C02 ab 600° C selbst als Vergasungsmittel aufgefasst werden, da dann dessen Gleichgewichtsreaktion mit Kohlenstoff nach Boudouard zu 23% auf der Seite von CO liegt. Zusammengefasst umfassen daher die Vergasungsmittel mindestens eine der Komponenten O2 oder H2O, wobei das Vergasungsmittel CO2 während des Vergasungsprozesses selbst erzeugt wird. Throughout the gasification process, the nature of the fuel material changes. In particular, in the gasification of solid, carbonaceous fuel materials in a DC fixed-bed gasification reactor constructed according to the invention, a gas phase decreasing from the lower to the upper part of the reaction chamber is formed in the course of the gasification process. 8 kohlungsgradient off. Therefore, in the progressing gasification process in the lower reaction zones for gasification of the resulting pure carbon increased water vapor is supplied together with the hot reactor internal gas. In this case, C0 2 can be regarded as a gasification agent itself from 600 ° C itself, since then its equilibrium reaction with carbon according to Boudouard to 23% on the side of CO. In summary, therefore, the gasification agents comprise at least one of the components O 2 or H 2 O, wherein the gasification agent CO 2 is generated during the gasification process itself.
Da der Vergasungsprozess von festen, kohlenstoffhaltigen Brennmaterialien in erfindungsgemäß ausgeführten Gleichstrom-Festbettvergasungsreaktoren durch einen überwiegend vertikal verlaufenden Reaktionsverlaufsgradienten bestimmt ist, ist eine konstruktive Vereinfachung möglich. Diese konstruktive Vereinfachung besteht darin, dass die Regelungseingänge dadurch horizontal zu flächigen, aber voneinander unabhängigen, Reaktionszonen zusammengefasst sind, indem diese horizontal durch Ringleitungen verbunden vorliegen, die wiederum den Vergasungsreaktor bzw. die Reaktionskammer umlaufen. Hierbei ist wiederum in jeder flächigen Reaktionszone des Reaktionsraumes die Zugabe von Vergasungsmittel bzw. die Rückführung des Reaktorinnengases bezüglich Zusammensetzung, Temperatur sowie Druck und damit Menge zeitlich variabel. Since the gasification process of solid, carbonaceous fuel materials in accordance with the invention carried out DC fixed bed gasification reactors is determined by a predominantly vertically extending reaction gradient, a structural simplification is possible. This constructive simplification is that the control inputs are thus combined horizontally into two-dimensional, but independent, reaction zones by being connected horizontally by ring lines, which in turn circulate the gasification reactor or the reaction chamber. Here, in turn, in each planar reaction zone of the reaction chamber, the addition of gasification agent or the return of the reactor internal gas with respect to composition, temperature and pressure and thus quantity variable over time.
Die beschriebene Regelung ermöglicht es nun, die Kohlenstoffverbrennung nicht über eine Einstellung vorgegebener Verbrennungsparameter zu erreichen, sondern über die Vorgabe eines oder mehrerer Sollwerte für die jeweiligen Regelgrößen. Dadurch bleibt die übergeordnete Regelung erhalten und der Betrieb kann auch im Verbrennungs-Betriebszustand optimal aufrecht erhalten werden. The regulation described now makes it possible not to achieve the combustion of carbon by setting predetermined combustion parameters, but by prescribing one or more setpoint values for the respective control variables. As a result, the higher-level control is maintained and the operation can be optimally maintained even in the combustion operating state.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird dabei der Sollwert der Temperatur als Regelgröße verändert. Eine derartige Veränderung wird von der Regelung entsprechend mit einer Erhöhung der Verbrennungsmittelmenge und der Reduktion des Wasserdampfanteils beantwortet, da diese Maßnahmen die Temperatur erhöhen. Die Einbettung des beschriebenen Verfahrens in eine übergeordnete Regelung erlaubt auch auf besonders einfache Weise die Aufrechterhaltung der Vergasung in Bereichen der Reaktionskammer mit geringeren Kohlenstoffablagerungen. Vorteilhafterweise wird dazu an einem Regelungseingang, der ausserhalb des Bereichs der gasdurchlässigen Rückhaltevorrichtung zwischen der Reaktionskammer und dem Aschekasten des Vergasungsreaktors angeordnet ist, der Sollwert der Temperatur als Regelgröße gesenkt. Dadurch wird die Vergasung hier fortgeführt, während im Bereich der Rückhaltevorrichtung die Kohlenstoffverbrennung erfolgt. In an advantageous embodiment of the setpoint temperature is changed as a controlled variable. Such a change is answered by the regulation accordingly with an increase in the amount of combustion agent and the reduction of the water vapor content, since these measures increase the temperature. The embedding of the method described in a higher-level control also allows in a particularly simple manner, the maintenance of the gasification in areas of the reaction chamber with lower carbon deposits. Advantageously, to a control input, which is located outside the range of gas-permeable retention device between the reaction chamber and the ash box of the gasification reactor, the target value of the temperature is reduced as a controlled variable. As a result, the gasification is continued here, while in the region of the retaining device, the carbon combustion takes place.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens bei Erkennung des Kohlenstoffüberschusses, d.h. bei Überschreitung des vorgegebenen Werts die Menge des der Reaktionskammer zugeführten Brennmaterials reduziert. Hierdurch wird temporär der Brennmaterialgehalt in der Reaktionskammer reduziert, da die Vergasung zunächst weiterläuft. Dies begünstigt die leichtere Verbrennung von Kohlenstoff. In a further advantageous embodiment of the method upon detection of the carbon excess, i. when the predetermined value is exceeded, the amount of fuel supplied to the reaction chamber is reduced. As a result, the fuel content is temporarily reduced in the reaction chamber, since the gasification initially continues. This promotes easier combustion of carbon.
Zusammengefasst erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine optimale und beschleunigte Entfernung von Kohlenstoffüberschüssen in der Reaktionskammer durch die geregelte und dem Verlauf angepasste Umschaltung in einen die Verbrennung begünstigenden Betriebszustand. In summary, the inventive method allows optimal and accelerated removal of carbon excesses in the reaction chamber by the controlled and the course adapted switching to a combustion-promoting operating state.
Die geregelte Verbrennung von Kohlenstoff durch zeitlich und örtlich individuell dosierte Zugabe von Vergasungsmitteln in dem der Erfindung zugrundeliegenden Vergasungsreaktor ersetzt die beim Winkler-Generator notwendige, äußerst ener- gieaufwändige Erhaltung der Wirbelschicht für eine optimale und kondensatfreie Vergasung der Brennstoffe. The controlled combustion of carbon by temporally and locally individually metered addition of gasification agents in the gasification reactor on which the invention is based replaces the extremely energy-conserving maintenance of the fluidized bed required for the Winkler generator for optimal and condensate-free gasification of the fuels.
Das Verfahren gewährt insgesamt einen stabilen und vollständig autothermen Betrieb des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad, insbesondere als Teilsystem eines BHKW. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber allen Ausführungen von Wirbel- und Flugstromvergasungsreaktoren dadurch besonders vorteilhaft herausgestellt, dass jede Art und Form von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial im beliebigen Aggregatzustand zur Vergasung verwandt werden kann. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäß gestalteter Gleichstrom-Festbettreaktor zusätzlich eine Gaseinspeisungsvorrichtung in der Reaktionskammer besitzen. Auch Kunststoffabfälle und Hausmüll als Beispiel für äußerst inhomogene Mischungen von kohlenstoffhaltigen Brennmaterialien lassen sich mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad in einem erfindungsgemäßen Gleichstrom-Festbettreaktor vergasen. Es können auch wesentlich feinkörnigere Hackschnitzel anstelle der traditionell verwendeten grobkörnigen Hackschnitzel verwendet werden, da die durch die Verwendung des billigeren feinkörnigen Brennstoffs hervorgerufene Verstopfung des Reaktors mit dem beschriebenen Verfahren beseitigt werden kann. Overall, the method provides a stable and completely autothermal operation of the gasification reactor according to the invention with a high overall efficiency, in particular as a subsystem of a CHP. Finally, the method according to the invention is particularly advantageous over all embodiments of vortex and entrained flow gasification reactors in that each type and form of carbonaceous fuel material can be used in any state of aggregation for gasification. For example, a DC fixed bed reactor designed according to the invention may additionally have a gas feed device in the reaction chamber. Also, plastic waste and household waste as an example of extremely inhomogeneous mixtures of carbonaceous fuel materials can be gasified with a high overall efficiency in a DC fixed bed reactor according to the invention. Much finer-grained wood chips may also be used instead of the traditionally used coarse-grained chips, since the blockage of the reactor caused by the use of the cheaper fine-grained fuel can be eliminated by the described method.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments with reference to the drawing figures. Show it:
Fig. 1 einen Vergasungsreaktor mit Ringleitungen, 1 is a gasification reactor with loops,
Fig. 2 einen Vergasungsreaktor mit zentraler igelartiger Zuleitung,  2 shows a gasification reactor with central hedgehog-type supply line,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Regel- und Steuergrößen im Falle der Einbindung in eine Regelung mit ihrer gegenseitigen Beeinflussung und  Fig. 3 is a schematic representation of the control and control variables in the case of involvement in a scheme with their mutual influence and
Fig. 4 eine schematische Darstellung der unterschiedlichen Betriebszu- stände für Vergasung und Kohlenstoffverbrennung.  4 is a schematic representation of the different operating states for gasification and carbon combustion.
Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Identical parts are always provided with the same reference numerals.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bezieht sich auf einen Vergasungsreaktor 1 , der insbesondere zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigem Brennmaterial ausgelegt ist. Dazu ist der Vergasungsreaktor 1 als Festbettreaktor nach dem Gleichstromprinzip ausgeführt. Der Vergasungsreaktor nach Fig. 1 eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Vergasungsreaktor 1 weist einen durchlässigen Zwischenboden 2 auf, der den Vergasungsreaktor 1 in ein oberes Reservoir 3 und in eine untere Reaktionskammer 4 unterteilt. Ein weiterer durchlässiger Zwischenboden 5 trennt die Reaktionskammer 4 vom Aschekasten 6 als untersten Teilraum des gesamten Vergasungsreaktors 1 ab. Eine gasdurchlässige Rückhaltevorrichtung 7 in Form eines Rostes zwischen der Reaktionskammer 4 und dem Aschekasten 6 stellt einen Verbleib des Brennmaterials in der Reaktionskammer 4 sicher. An dem Aschekasten 6 ist ein Gasaustritt 8 angebracht. Über das Reservoir 3 wird das kohlenstoffhaltige, feste Brennmaterial der Reaktionskammer 4 zugeführt, das Nutzgas wird über den Gasaustritt 8 abgeführt. Nach dem Befüllen von Reservoir 3 und Reaktionskammer 4 mit dem kohlenstoffhaltigen, festen Brennmaterial wird der Vergasungsreaktor in den unteren Reaktionszonen einmalig gezündet und dann durch Luftzufuhr angefahren. The embodiment in Fig. 1 relates to a gasification reactor 1, which is designed in particular for the gasification of solid carbonaceous fuel. For this purpose, the gasification reactor 1 is designed as a fixed bed reactor according to the DC principle. The gasification reactor according to FIG. 1 is suitable for carrying out the process according to the invention. The gasification reactor 1 has a permeable intermediate bottom 2, which divides the gasification reactor 1 into an upper reservoir 3 and into a lower reaction chamber 4. Another permeable intermediate bottom 5 separates the reaction chamber 4 from the ash box 6 as the lowest subspace of the entire gasification reactor 1 from. A gas-permeable retention device 7 in the form of a grate between the reaction chamber 4 and the ash box 6 ensures that the fuel remains in the reaction chamber 4. At the ash box 6, a gas outlet 8 is attached. Via the reservoir 3, the carbonaceous, solid fuel is fed to the reaction chamber 4, the useful gas is discharged via the gas outlet 8. After filling reservoir 3 and reaction chamber 4 with the carbonaceous, solid fuel material, the gasification reactor in the lower reaction zones is ignited once and then started up by supplying air.
Die Seitenwand 9 der Reaktionskammer 4 des Vergasungsreaktors 1 ist mit einer Vielzahl von Regelungseingängen 10 in der Weise durchsetzt, dass im Betrieb des Vergasungsreaktors jede Position innerhalb der Reaktionskammer 4 durch die Regelungseingänge 10 zugänglich ist. Die Regelungseingänge 10 sind horizontal über die Reaktionskammer umlaufende Ringleitungen 11 zu flächigen, aber voneinander unabhängigen Reaktionszonen zusammengefasst. Durch die jeweiligen voneinander unabhängigen Ringleitungen 11 ist dann über die via Stegverbindungen 12 zusammengefassten Regelungseingänge 10 die Zugabe von Vergasungsmittel bzw. die Rückführung des Reaktorinnengases bezüglich Zusammensetzung, Temperatur sowie Druck und damit Menge gesteuert. Die Steuerung ist für jede flächige Reaktionszone individuell. The side wall 9 of the reaction chamber 4 of the gasification reactor 1 is interspersed with a plurality of control inputs 10 in such a way that in the operation of the gasification reactor each position within the reaction chamber 4 is accessible through the control inputs 10. The control inputs 10 are horizontally over the reaction chamber circulating ring lines 11 to flat, but summarized independent reaction zones. By the respective independent ring lines 11 the addition of gasification agent or the return of the reactor internal gas with respect to composition, temperature and pressure and thus quantity is then controlled via the combined via web connections 12 control inputs 10. The control is individual for each area reaction zone.
Das Reservoir 3 des Vergasungsreaktors 1 besitzt einen größeren Durchmesser und ein größeres Volumen als die Reaktionskammer 4, wobei die Durchlässigkeit des Zwischenbodens 2 durch eine Öffnung mit einem Durchmesser gegeben ist, der kleiner als der des Reservoirs 3 und der der Reaktionskammer 4, aber größer als der Öffnung des Zwischenbodens 5 ist. Der Reaktor mit seinem Reservoir 3, der Reaktionskammer 4 und mit seinem Aschekasten 6 sind zylinderförmig ausgestaltet, die Öffnungen der Zwischenböden 2 und 5 kreisförmig. Diese AusgeThe reservoir 3 of the gasification reactor 1 has a larger diameter and a larger volume than the reaction chamber 4, wherein the permeability of the intermediate bottom 2 is given by an opening with a diameter which is smaller than that of the reservoir 3 and the reaction chamber 4, but greater than the opening of the intermediate bottom 5 is. The reactor with its reservoir 3, the reaction chamber 4 and its ash box 6 are cylindrical, the openings of the shelves 2 and 5 are circular. This outg
is staltung des Vergasungsreaktors 1 erlaubt dessen Einbettung in eine vollumschließende Isolierung, wodurch der Reaktorwirkungsgrad zusätzlich erhöht wird. Bezüglich der Stabilität in seiner Konstruktion ist der Vergasungsreaktor 1 so ausgelegt, dass er einer Verpuffung der Vergasungsprodukte als auch des Brennmaterials standhält. is Design of the gasification reactor 1 allows its embedding in a fully enclosing insulation, whereby the reactor efficiency is further increased. Regarding the stability in its construction, the gasification reactor 1 is designed to withstand deflagration of the gasification products as well as the fuel.
Der Vergasungsreaktor 1 gemäß Fig. 2 weist ebenfalls ein oberes Reservoir 3 und einen durchlässigen Zwischenboden 2 auf. Die Reaktionskammer 4 wird beschickt von igelförmig angeordneten Düseneingängen 13. Die Düseneingänge 13 bilden beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Regelungseingänge 10 des Vergasungsreaktors 1. Im Übrigen entspricht der Vergasungsreaktor 1 gemäß Fig. 2 in seinem Aufbau demjenigen in Fig. 1. The gasification reactor 1 according to FIG. 2 likewise has an upper reservoir 3 and a permeable intermediate bottom 2. The reaction chamber 4 is charged by nozzle-shaped nozzle entrances 13. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the nozzle inlets 13 form the control inputs 10 of the gasification reactor 1. Otherwise, the gasification reactor 1 according to FIG. 2 corresponds in its construction to that in FIG. 1.
Die über die Regelungseingänge 10 des Vergasungsreaktors ermittelten Regelgrößen zusammen mit den sie beeinflussenden Steuergrößen bezüglich des Vergasungsmittels sind in Fig. 3 dargestellt. Durch die Regelung direkt beeinflussbare Steuergrößen sind hier die Vergasungsmittelgesamtmenge 20, der Vordruck 22 des Vergasungsmittels an den Düsen- bzw. Regelungseingänge 10, 13, die jeweilige Verteilung 24 des Vergasungsmittels auf die einzelnen Düsen- bzw. Regelungseingänge 10, 13, die einer räumlichen Verteilung entspricht, die Temperatur 26 des Vergasungsmittels und der Wasserdampfanteil 28 im Vergasungsmittel. The control variables determined via the control inputs 10 of the gasification reactor together with the control variables influencing the gasification agent are shown in FIG. Control parameters that can be directly influenced by the control are here the total amount of gasification agent 20, the admission pressure 22 of the gasification agent at the nozzle or control inputs 10, 13, the respective distribution 24 of the gasification agent to the individual nozzle or control inputs 10, 13, that of a spatial distribution corresponds to the temperature 26 of the gasifying agent and the water vapor content 28 in the gasification agent.
Als im Reaktor 1 gemessene Regelgrößen werden erfasst: der Volumenstrom 30 des erzeugten Nutzgases, der Differenzdruck 32 über den unteren Zwischenboden 5, die chemische Nutzgaszusammensetzung 34, der Druck 36 in der Reaktionskammer 4, die Temperatur 38 in der Reaktionskammer 4 am jeweiligen Regelungseingang 10 sowie die Art der ablaufenden Reaktionen 40. Letztere kann typischerweise nicht direkt gemessen werden sondern ist lediglich als abgeleitete Regelgröße ermittelbar. As measured in the reactor 1 controlled variables are detected: the flow 30 of the generated Nutzgases, the differential pressure 32 on the lower shelf 5, the chemical Nutzgaszusammensetzung 34, the pressure 36 in the reaction chamber 4, the temperature 38 in the reaction chamber 4 at the respective control input 10 and the type of reactions occurring 40. The latter can typically not be measured directly but can only be determined as a derived controlled variable.
Fig. 3 stellt nun die jeweiligen Zusammenhänge zwischen Regel- und Steuergrößen dar, wie sie in dem Verfahren gemäß der Erfindung bei Einbindung in eine Regelung bedarfsweise verwendet werden: Der Volumenstrom 30 des Nutzgases wird von der Vergasungsmittelgesamtmenge 20 beeinflusst, da vermehrt zugeführtes gasförmiges Vergasungsmittel den Volumenstrom durch den gesamten Reaktor 1 erhöht. Weiterhin wird er vom Wasserdampfanteil 28 im Vergasungsmittel beeinflusst, da eingeführter Wasserdampf hydrolytisch gespalten wird und so eine Erhöhung des Volumens und somit des Volumenstroms 30 des austretenden Nutzgases bewirkt. FIG. 3 now shows the respective relationships between control variables and control variables, as required in the method according to the invention when incorporated into a control: the volume flow 30 of the useful gas is influenced by the total amount of gasification agent 20, since an increased supply of gaseous gasification agent increases the volume flow through the entire reactor 1. Furthermore, it is influenced by the water vapor fraction 28 in the gasification agent, since introduced water vapor is hydrolytically split and thus causes an increase in the volume and thus the volume flow 30 of the exiting useful gas.
Der Differenzdruck 32 über die Rückhaltevorrichtung 7, die gasdurchlässig ist, ist im im Wesentlichen ein Indikator für eine verstärkte Ablagerung von Kohlenstoffresten, die den Gasdurchsatz der Rückhaltevorrichtung 7 blockieren. Kohlenstoffreste fallen bei niedrigeren Temperaturen an, wenn der Kohlenstoff nicht verbrannt wird. Dies ist insbesondere der Fall bei einem hohen Wasserdampfanteil 28. Somit beeinflusst der Wasserdampfanteil 28 den Differenzdruck 32. Wird die Verteilung 24 des zugeführten Vergasungsmittels derart geändert, dass an Regelungseingängen 10 im Bereich der Rückhaltevorrichtung 7 mehr Vergasungsmittel eingebracht wird und sich die Temperatur hier erhöht, so wird der angefallene Kohlenstoff verbrannt und der Differenzdruck 32 sinkt. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. The differential pressure 32 across the retention device 7, which is permeable to gas, is essentially an indicator of increased deposition of carbon residues blocking the gas flow rate of the retention device 7. Carbon remains at lower temperatures when the carbon is not burned. This is particularly the case with a high water vapor content 28. Thus, the water vapor fraction 28 influences the differential pressure 32. If the distribution 24 of the supplied gasification agent is changed such that at control inputs 10 in the region of the retaining device 7 more gasification agent is introduced and the temperature increases here, Thus, the accumulated carbon is burned and the differential pressure 32 decreases. This will be explained in more detail below.
Die Gaszusammensetzung des Nutzgases 34 hängt im Wesentlichen vom Anteil des Wasserdampfes 28. Eine höhere Menge Wasserdampf führt zu einem höheren Anteil von Wasserstoff im Nutzgas. The gas composition of the useful gas 34 depends essentially on the proportion of the water vapor 28. A higher amount of water vapor leads to a higher proportion of hydrogen in the useful gas.
Der Druck 36 in der Reaktorkammer 4 sollte nicht zu weit vom Umgebungsdruck abweichen. Er wird im Wesentlichen beeinflusst von der Gesamtmenge 20 des zugeführten Vergasungsmittels, weiterhin von der räumlichen Verteilung 24 des Vergasungsmittels. The pressure 36 in the reactor chamber 4 should not deviate too far from the ambient pressure. It is essentially influenced by the total quantity 20 of the gasification agent supplied, and also by the spatial distribution 24 of the gasification agent.
Die Temperaturen 38 in den verschiedenen Bereichen der Reaktorkammer 4 wird vor allem von der räumlichen Verteilung 24 des Vergasungsmittels beeinflusst, aber auch von Vordruck 22 und Temperatur 24 des Vergasungsmittels, sowie dem Wasserdampfanteil 28 im Vergasungsmittel, wie oben erläutert. Die Art der ablaufenden chemischen Reaktionen 40 wird ebenfalls, wie bereits erläutert, im Wesentlichen durch den Wasserdampfanteil 28 im Vergasungsmittel bestimmt, weiterhin auch durch die Temperatur des eingeführten Vergasungsmittels. The temperatures 38 in the various regions of the reactor chamber 4 are influenced above all by the spatial distribution 24 of the gasification agent, but also by admission pressure 22 and temperature 24 of the gasification agent, as well as the water vapor fraction 28 in the gasification agent, as explained above. The type of chemical reactions occurring 40 is also, as already explained, essentially determined by the water vapor content 28 in the gasification agent, and also by the temperature of the introduced gasification agent.
Die beschriebene Regelung ist während des Betriebs des Reaktors 1 aktiv. Bedarfsweise wird nun bei Feststellung eines zu hohen Differenzdrucks 32, wobei hierfür ein Grenzwert vorgegeben ist, eine gezielte Verbrennung von Kohlenstoff eingeleitet. Ziel ist hierbei eine Temperaturerhöhung im Bereich der Rückhaltevorrichtung 7. Diese kann entweder durch Vorgabe von entsprechenden Temperatursollwerten bei aktiver Regelung erreicht werden, oder aber durch direkte Steuerung des zugeführten Vergasungsmittels. Das sich dabei einstellende Temperaturprofil ist in Fig. 4 dargestellt. The described control is active during the operation of the reactor 1. If required, a targeted combustion of carbon is now initiated when a too high differential pressure 32 is detected, a limit being specified for this purpose. The goal here is a temperature increase in the area of the retention device 7. This can be achieved either by specifying appropriate temperature setpoints with active control, or by direct control of the supplied gasification agent. The resulting temperature profile is shown in FIG. 4.
Fig. 4 zeigt ein für die beiden Betriebszustände charakteristisches Temperaturprofil innerhalb der Reaktionskammer 4. Dabei ist auf der Abszisse die Hochachse der Reaktionskammer aufgetragen, wobei links der obere Bereich mit der Brennmaterialzufuhr liegt, während rechts der untere Bereich mit der Rückhaltevorrichtung 7 liegt. Die Linien 42 zeigen jeweils die Lage der unabhängig voneinander steuerbaren Regelungseingänge 10 an, die Linie 44 markiert die grobe Unterscheidung in mehr (rechts) und weniger (links) von Kohleüberschussablagerungen betroffenen Bereichen. 4 shows a characteristic of the two operating conditions temperature profile within the reaction chamber 4. In this case, the vertical axis of the reaction chamber is plotted on the abscissa, the upper area is left with the fuel supply to the left, while the right is the lower area with the retaining device 7. The lines 42 each indicate the location of the independently controllable control inputs 10, the line 44 marks the rough distinction in more (right) and less (left) areas affected by carbon surplus deposits.
Die Linie 46 zeigt das von der Regelung einzuhaltende Maximum der Temperaturverteilung an, die Linie 48 das Minimum derselben, um einen reibungslosen Betrieb des Reaktors 1 zu gewährleisten. Innerhalb der Grenzen 46 und 48 wird nun die Temperatur den beiden Betriebszuständen angepasst. Line 46 indicates the maximum temperature distribution to be maintained by the control and line 48 the minimum thereof to ensure smooth operation of the reactor 1. Within the limits 46 and 48, the temperature is now adapted to the two operating states.
Temperaturlinie 50 zeigt die Temperaturverteilung während des Normalbetriebs. Im unteren Bereich ist die Temperatur am niedrigsten, um hier eine optimale Zusammensetzung des Nutzgases zu gewährleisten. Im oberen Bereich ist die Temperatur vergleichsweise hoch. Im unteren Bereich kann es hier aber zu einem Kohlenstoffüberschuss kommen, der sich auf der Rückhaltevorrichtung 7 ablagert. Dies wird in Form einer Erhöhung der Druckdifferenz 32 festgestellt. Temperature line 50 shows the temperature distribution during normal operation. In the lower part of the temperature is the lowest, to ensure an optimal composition of the Nutzgases. In the upper area the temperature is comparatively high. In the lower area, but here it can be a Excess carbon come, which deposits on the restraint device 7. This is determined in the form of an increase in the pressure difference 32.
Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts wird in den Freibrennbetriebs- zustand umgeschaltet. Die sich einstellende Temperaturverteilung stellt Temperaturlinie 52 dar. Im oberen Bereich ist die Temperatur nun niedriger, während sie im unteren Bereich, d.h. an der Rückhaltevorrichtung 7 fast auf das durch Linie 46 gegebene Maximum ansteigt. Dadurch wird hier Kohlenstoff oxidiert. Sobald die Rückhaltevorrichtung 7 wieder frei von Kohlenstoff ist, was durch Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Druckdifferenz 32 festgestellt wird, wird wieder in den Normalzustand der Temperaturlinie 50 geschaltet. If a specified limit value is exceeded, the system is switched to the freewheeling operating state. The resulting temperature distribution represents temperature line 52. In the upper region, the temperature is now lower, while in the lower region, i. at the restraint device 7 almost increases to the given by line 46 maximum. As a result, carbon is oxidized here. Once the retaining device 7 is again free of carbon, which is determined by falling below a predetermined limit value of the pressure difference 32, the temperature line 50 is switched back to the normal state.
Die kontrollierte Umschaltung in den Freibrennbetriebszustand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Berücksichtigung der Regelung, die die im Reaktor 1 aufgenommenen Regelgrößen berücksichtigt, stellt die Steuergrößen bedarfsweise für eine optimierte Verbrennung von Kohlenstoffüberschuss ein. Der Vergasungsreaktor 1 , betrieben mit einem Verfahren unter Regelung der beschriebenen Größen in diesem Ausführungsbeispiel ist für ein BHKW, also für die Wärme- und Stromversorgung ausgelegt. Durch thermische Integration aller Teilsystemeinheiten der Gesamtanlage wird durch Kraft-Wärme-Kopplung ein Gesamtwirkungsgrad von >85% erreicht. The controlled switching to the freebearing operating state according to the method according to the invention, taking into account the control which takes into account the control variables recorded in the reactor 1, sets the control variables as required for optimized combustion of excess carbon. The gasification reactor 1, operated with a method under control of the variables described in this embodiment is designed for a CHP, so for the heat and power. Through thermal integration of all subsystem units of the entire system, combined heat and power generation achieves an overall efficiency of> 85%.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vergasungsreaktor 1 gasification reactor
2 Zwischenboden  2 intermediate floor
3 Reservoir  3 reservoir
4 Reaktionskammer  4 reaction chamber
5 Zwischenboden  5 intermediate bottom
6 Aschekasten  6 ash box
7 Rückhaltevorrichtung  7 restraint device
8 Gasaustritt  8 gas outlet
9 Seitenwand  9 side wall
10 Regelungseingang  10 control input
11 Ringleitung  11 ring line
12 Stegverbindung  12 bridge connection
13 Düseneingang  13 nozzle entrance
20 Vergasungsmittelgesamtmenge 20 total gasification amount
22 Vordruck 22 form
24 Verteilung  24 distribution
26 Temperatur  26 temperature
28 Wasserdampfanteil  28 water vapor content
30 Volumenstrom  30 volume flow
32 Differenzdruck  32 differential pressure
34 Nutzgaszusammensetzung 34 useful gas composition
36 Druck 36 pressure
38 Temperatur  38 temperature
40 Reaktionsart  40 reaction type
42 Linie  42 line
44 Linie  44 line
46 Linie  46 line
48 Linie  48 line
50 Temperaturlinie  50 temperature line
52 Temperaturlinie  52 temperature line

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur automatischen Entfernung eines Kohlenstoffüberschusses in einem Vergasungsreaktor (1) mit einer Reaktionskammer (4) für die au- totherme und/oder allotherme Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennmaterial zu Nutzgasen, 1. A method for the automatic removal of an excess of carbon in a gasification reactor (1) with a reaction chamber (4) for the autothermal and / or allothermal gasification of carbonaceous fuel to useful gases,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass bei der Überschreitung eines vorgegebenen, für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer (4) charakteristischen Werts Zusammensetzung (28), Menge (20), Druck (22), Geschwindigkeit, Temperatur (26) und/oder spezifischer Austrittspuls eines der Reaktionskammer (4) zugegebenen Vergasungsmittels derart geändert werden, dass eine Verbrennung des Kohlenstoffüberschusses verstärkt wird.  in that, when a predetermined value characteristic of the amount of carbon excess in the reaction chamber (4) is exceeded, the composition (28), amount (20), pressure (22), velocity, temperature (26) and / or specific exit pulse of one of the reaction chambers ( 4) added gasifying agent can be changed such that a combustion of the excess carbon is enhanced.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass die Änderung bei der Unterschreitung eines zweiten vorgegebenen, für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer (4) charakteristischen Werts wieder rückgängig gemacht wird.  that the change is reversed when a second predetermined value characteristic of the amount of carbon excess in the reaction chamber (4) is fallen short of.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass jeweils eine vorgegebene Druckdifferenz (32) über eine gasdurchlässige Rückhaltevorrichtung (7) zwischen der Reaktionskammer (4) und einem Aschekasten (6) des Vergasungsreaktors (1) als für die Menge des Kohlenstoffüberschusses in der Reaktionskammer (4) charakteristischer Wert verwendet wird.  in that in each case a predetermined pressure difference (32) via a gas-permeable retention device (7) between the reaction chamber (4) and an ash box (6) of the gasification reactor (1) is used as characteristic value for the amount of carbon excess in the reaction chamber (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Method according to one of claims 1 to 3,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass Zusammensetzung (28), Menge (20), Druck (22), Geschwindigkeit, Temperatur (26) und/oder spezifischer Austrittspuls eines der Reaktionskammer (4) im Bereich einer gasdurchlässigen Rückhaltevorrichtung (7) zwischen der Reaktionskammer (4) und dem oder einem Aschekasten (6) des Vergasungsreaktors (1) zugegebenen Vergasungsmittels geändert werden. that composition (28), amount (20), pressure (22), speed, temperature (26) and / or specific exit pulse of one of the reaction chamber (4) in the region of a gas-permeable retention device (7) between the reaction chamber (4) and the or an ash box (6) of the gasification reactor (1) added gasifying agent can be changed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Method according to one of claims 1 to 4,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass die Menge (20) des zugegebenen Vergasungsmittels erhöht wird. that the amount (20) of the added gasifying agent is increased.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Method according to one of claims 1 to 5,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass ein Wasserdampfanteil (28) des zugegebenen Vergasungsmittels gesenkt wird. a water vapor content (28) of the added gasification agent is lowered.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Method according to one of claims 1 to 6,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass das Vergasungsmittel über Regelungseingänge (10) der Reaktionskammer zugeführt wird und Zusammensetzung (28), Menge (20), Druck (22), Geschwindigkeit, Temperatur (26) und/oder spezifischer Austrittspuls des Vergasungsmittels variabel anhand einer Anzahl von in der Reaktionskammer (4) ermittelten Regelgrößen (30, 32, 34, 36, 38, 40) gesteuert werden, wobei bei Überschreitung des vorgegebenen Werts der Sollwert einer Regelgröße (30, 32, 34, 36, 38, 40) geändert wird. the gasification agent is fed to the reaction chamber via control inputs (10) and the composition (28), quantity (20), pressure (22), velocity, temperature (26) and / or specific exit pulse of the gasification agent are variably determined by a number of in the reaction chamber ( 4) determined control variables (30, 32, 34, 36, 38, 40) are controlled, wherein when exceeding the predetermined value, the desired value of a controlled variable (30, 32, 34, 36, 38, 40) is changed.
Verfahren nach Anspruch 7, Method according to claim 7,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass die Regelgröße (30, 32, 34, 36, 38, 40) die Temperatur (38) ist und dass der Sollwert erhöht wird. that the controlled variable (30, 32, 34, 36, 38, 40) is the temperature (38) and that the setpoint is increased.
Verfahren nach Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, Method according to claims 7 or 8, characterized by
dass an einem Regelungseingang (10), der ausserhalb des Bereichs der gasdurchlässigen Rückhaltevorrichtung (7) zwischen der Reaktionskammer (4) und dem Aschekasten (6) des Vergasungsreaktors (1) angeordnet ist, der Sollwert der Temperatur (38) als Regelgröße (30, 32, 34, 36, 38, 40) gesenkt wird.  that at a control input (10), which is arranged outside the region of the gas-permeable retention device (7) between the reaction chamber (4) and the ash box (6) of the gasification reactor (1), the desired value of the temperature (38) as controlled variable (30, 32, 34, 36, 38, 40) is lowered.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass bei Überschreitung des vorgegebenen Werts die Menge des der Reaktionskammer (4) zugeführten Brennmaterials reduziert wird.  that when exceeding the predetermined value, the amount of the reaction chamber (4) supplied fuel is reduced.
Vergasungsreaktor (1) mit Mitteln zum Ausführen des Verfahrens nach nem der Ansprüche 1 bis 10. Gasification reactor (1) with means for carrying out the method according to nem of claims 1 to 10.
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