WO2014183837A1 - Verfahren und anlage zur zumindest teilweisen vergasung von festem, organischem einsatzmaterial - Google Patents

Verfahren und anlage zur zumindest teilweisen vergasung von festem, organischem einsatzmaterial Download PDF

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Gerald GAUBE
Dirk BAUERSFELD
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method and a plant for the at least partial gasification of solid, organic feedstock, in particular of biomass, with a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier.
  • synthetic biofuel can be obtained in its
  • GTL gas-to-liquids
  • CTL coal-to-liquid
  • Methods and systems for the at least partial gasification of solid, organic feedstock are also, for example, EP 0 745 114 B1, DE 41 39 512 A1 and. DE 42 09 549 A1.
  • the present application relates in this case to such processes or plants which have a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier, as explained below. Compared to other methods, these allow, inter alia, a lower consumption of feed and have a higher cold gas efficiency.
  • the feedstock for example
  • Biomass by partial gasification with a gasification agent at temperatures between about 300 ° C and 600 ° C to coke (so-called in the case of biomass
  • Smoldering Registration referred to as "smoldering". Smoldering is known to be characterized by a stoichiometric oxygen supply and thus an incomplete
  • the carbonization gas is then transferred to a combustion chamber of the
  • High-temperature gasifier and transferred there with an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • This oxidation released heat causes a temperature increase to 1200 ° C to 2000 ° C, for example 1400 ° C.
  • aromatics, tars and oxo compounds contained in the carbonization gas are completely decomposed.
  • This forms a synthesis gas which consists essentially only of carbon monoxide, hydrogen, carbon dioxide and water vapor.
  • the synthesis gas can also be referred to as (synthesis) raw gas at this point.
  • the synthesis gas thus produced is brought into contact with coke from the low-temperature gasifier, for example in a quench unit integrated in the high-temperature gasifier or in a quench unit connected downstream of it.
  • the coke may be previously treated separately (e.g., by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
  • the latter is cooled to about 900 ° C. This causes partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
  • the carbon monoxide-rich sysnthesegas produced in this way can then be further conditioned.
  • the conditioning includes, for example, another
  • the carbonization gas discharged from the low-temperature gasifier is tar-saturated or almost tarry-saturated. Therefore, when the temperature of the Smoldering gases for the condensation of tar and ultimately for blocking lines and containers. Corresponding systems are therefore maintenance-prone.
  • a method and a plant for the at least partial gasification of solid, organic feedstock, in particular of biomass with a low-temperature gasifier and a high-temperature gasifier with the
  • the invention is based on a known method for at least partial
  • the gas mixture derived from the synthesis gas may be, for example, a conditioned synthesis gas, for example a dedusted, cooled, compressed and / or freed of carbon dioxide
  • tar is understood to mean brownish to black, viscous mixtures of organic compounds which are formed by decomposition thermal treatment (pyrolysis) of organic natural products, such as the described smoldering.
  • decomposition thermal treatment pyrolysis
  • Low temperature carburetor and high temperature carburetor under reducing conditions The high-temperature gasifiers used in such plants have so-called start-up burners for commissioning. These can be operated reducing during commissioning.
  • the resulting synthesis gas is recycled via the recycle to Niedertemperaturvergaser and used to warm up the low-temperature carburetor until its ignition temperature is reached.
  • the inventively proposed measures also cause a much more stable operation of the burner used in this case, since the flow conditions remain constant under load changes.
  • the loading of the carbonization gas with the proportion of the synthesis gas and / or the gas mixture derived therefrom can either by feeding the proportion of the synthesis gas and / or the gas mixture derived therefrom in the
  • High temperature carburetor made. Both alternatives can be advantageous. For example, a partial flow in the low-temperature carburetor and another partial flow in a line between the low-temperature carburetor and the
  • High temperature carburetor can be fed.
  • inventive method in particular a
  • Teerpartial horrinum be reduced in the carbonization gas.
  • Gas mixture which is used to act on the carbonization, at least be adjusted based on a tar content and / or a temperature difference of the carbonization. For example, with less tarry carbonization gases, a smaller proportion of the synthesis gas and / or the gas mixture derived therefrom can be used. Also, smaller proportions of corresponding gas mixtures can be used if lower temperature differences are to be expected.
  • carbonization gases obtained are usually teergesnostitigt, so that an exposure to the proportion of the synthesis gas and / or the gas mixture derived therefrom is particularly advantageous.
  • the partial oxidation of the carbonization gas in the high-temperature gasifier by means of an oxygen-containing gas leads to a heating of the gas to about 1,400 ° C to 2,000 ° C.
  • the oxygen-containing gas may be more or less pure oxygen, air and / or oxygen-containing exhaust gases of known processes.
  • An increase in the cold gas efficiency is advantageously carried out by feeding coke, which is obtained in the low-temperature gasifier from the feedstock, whereby a cooling to 800 ° C to 1000 ° C takes place.
  • the synthesis gas is conditioned in each case to obtain a gas mixture derived from the synthesis gas, for example cooled, dedusted, compressed and / or freed of carbon dioxide, so that it is suitable for a subsequent synthesis, for example a Fischer-Tropsch process is.
  • a pressure gradient is set at least between the low-temperature gasifier and the high-temperature gasifier. This pressure gradient helps to avoid backflow, which is caused for example by process disturbances.
  • process disturbances In multi-part gasification processes such as
  • High-temperature carburetor or between other facilities a pressure gradient by means of suitable piping components and / or pipelines with high
  • the system also provided according to the invention is set up for carrying out a method as explained above. She assigns
  • Low temperature carburetor in which by smoldering a tar-containing carbonization gas can be obtained from a solid organic feedstock, and a
  • High-temperature gasifier in which the carbonization gas can be converted by partial oxidation and then partial reduction to a synthesis gas.
  • the system further comprises means which are adapted to apply the carbonization gas with a proportion of the synthesis gas and / or a gas mixture derived therefrom.
  • These may, for example, have line systems with one or more return lines and suitable control and / or regulating devices.
  • a corresponding system also has means which are adapted to at least between the low-temperature carburetor and the
  • FIG. 1 shows a plant which is suitable for carrying out a method according to the invention
  • Method is set up, in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows a method according to the invention in the form of a flow chart.
  • the plant 10 comprises a low temperature carburetor 1 and a
  • a feedstock A for example
  • oxygen can be fed via a line 11.
  • the low temperature carburetor 1 is for fuming the solid organic
  • Feedstock A set up.
  • the low temperature carburetor 1 externally, for example, with waste heat of Hochtemperaturvergasers 2, to a suitable temperature, for example 300 ° C to 600 ° C, heated.
  • a suitable temperature for example 300 ° C to 600 ° C, heated.
  • Via a line 12 can be discharged from the low temperature carburetor 1, a carbonization B and transferred to the high temperature carburetor 2.
  • Hochtemperaturvergaser 2 is formed in two parts. It comprises an oxidation unit 21 and a quenching unit 22.
  • the carbonization gas B is partially oxidized with an oxygen-containing gas supplied, resulting in, as explained, temperatures of, for example, 1400 ° C to 2000 ° C.
  • a synthesis gas is obtained, which is designated C.
  • the synthesis gas C is transferred to the quench unit 22.
  • ground coke from the low-temperature carburetor 1 is introduced (not shown).
  • the resulting gas mixture D which is still referred to as (now carbon monoxide rich) synthesis gas is fed to a cooler 3 and cooled there, for example, to a temperature of 600 ° C.
  • the synthesis gas D can then be dedusted in a cyclone 4.
  • the dedusted synthesis gas E now referred to as "gas mixture derived from the synthesis gas" in the context of this application, now has a temperature of, for example, 500 ° C. and can be cooled to a further cooler 5 and 6. It can then be supplied, for example, to a carbon dioxide separation device 7.
  • Gas mixture are compacted for example in a compressor 8.
  • a partial flow of the compressed gas mixture can be diverted via a line 13.
  • the partial flow can also be used for cooling in the cooler 5.
  • This is temperature-controlled, as illustrated by a corresponding controller TC.
  • a correspondingly obtained gas stream can be combined with other gas streams and introduced via a line 4 in the low-temperature gasifier.
  • the carbonization gas B is subjected to the corresponding gas flow, whereby, as explained, a Teerpartial horr can be reduced.
  • the system 10 further includes a pressure regulator PC with not shown on whilrn. Although an injection into the low-temperature gasifier 1 is shown in FIG. 1, the feed can also be introduced, for example, into the line 12 between the
  • a method according to the invention in accordance with a particularly preferred embodiment of the invention, is shown schematically in the form of a flow chart and designated as 100 overall.
  • a first method step 101 an organic feedstock A in a low-temperature gasifier, for example the low-temperature gasifier 1, is at least partially converted into a carbonization gas.
  • the carbonization gas B is then, as explained, oxidized in a method step 102 and then reduced and thereby converted into a synthesis gas D.
  • Another method step 103 is used for conditioning (conditioning) of
  • Synthesis gas D as explained above.
  • a treated gas mixture E is obtained, which can be dispensed in a further process step 04 at a plant boundary.
  • a particularly preferred embodiment of the invention may be provided in each case to separate a part of the synthesis gas D and / or a part of the gas mixture prepared therefrom E and thus either in the
  • Method step 101 i. in low temperature gasification and / or between low and high temperature gasification, i. between steps 101 and 102 to apply the respective carbonization B present. This is illustrated by the arrows 110, 120, 130 and 140, respectively.

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Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial (A) vorgeschlagen, bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaitiges Schwelgas (B) gewonnen wird und das Schwelgas (B) anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird. Das Schwelgas (B) wird mit einem Anteil des Synthesegases (D) und/oder eines von dem Synthesegas (D) abgeleiteten Gasgemischs (E) beaufschlagt. Eine zur Durchführung des Verfahrens (1) eingerichtete Anlage (10) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem
Einsatzmaterial
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser.
Stand der Technik Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus festem organischem Einsatzmaterial, auch kurz als Vergasungsverfahren bezeichnet, sind bekannt. Vorteilhafterweise kommen als Einsatzmaterial für solche Verfahren Kohle oder Biomasse zum Einsatz. Bei Biomassevergasungsverfahren werden beispielsweise Alt- und Waldrestholz oder sogenannte Energiehölzer, aber auch Agrarreststoffe wie Stroh oder Häcksel verwendet.
Durch eine Vergasung von Biomasse zu Synthesegas mit nachgeschalteten
Verfahrensschritten (sogenannte Biomass-to-Liquids-Verfahren, BTL) kann
beispielsweise synthetischer Biokraftstoff gewonnen werden, der in seinen
physikochemischen Eigenschaften bekannten Gas-to-Liquids-(GTL-) und Coal-to- Liquids-(CTL-)Kraftstoffen ähnlich ist. Ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung von BTL-Kraftstoffen ist bei Kiener, C. und Bilas, I.: Synthetischer Biokraftstoff der zweiten Generation. Weltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage. Energy 2.0, Juli 2008, S. 42 - 44, gezeigt.
Verfahren und Anlagen zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und . DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei solche Verfahren bzw. Anlagen, die einen Niedertemperaturvergaser und einen Hochtemperaturvergaser aufweisen, wie nachfolgend erläutert. Gegenüber anderen Verfahren ermöglichen diese u.a. einen niedrigeren Verbrauch an Einsatzmaterial und weisen einen höheren Kaltgasswirkungsgrad auf. In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise
Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 600 °C zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem
Biokoks) und Schwelgas umgesetzt. Die Umsetzung wird im Rahmen dieser
Anmeldung als "Schwelen" bezeichnet. Schwelen zeichnet sich bekanntermaßen durch ein unterstöchiometrisches Sauerstoffangebot und damit eine unvollständige
Verbrennung bei vergleichsweise geringer Temperatur aus.
Das Schwelgas wird anschließend in eine Brennkammer des
Hochtemperaturvergasers überführt und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise mit mehr oder weniger reinem Sauerstoff, aber auch mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Abgasen, z.B. aus Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren, partiell oxidiert. Durch diese Oxidation freiwerdende Wärme bewirkt einen Temperaturanstieg auf 1.200 °C bis 2.000 °C, beispielsweise 1.400 °C. Bei derartigen Bedingungen werden in dem Schwelgas enthaltene Aromaten, Teere und Oxoverbindungen vollständig zersetzt. Hierdurch bildet sich ein Synthesegas, das im Wesentlichen nur noch aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf besteht. Das Synthesegas kann an dieser Stelle auch als (Synthese-)Rohgas bezeichnet werden. In einer weiteren Stufe wird, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, das so erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht. Der Koks kann zuvor gesondert (z.B. durch Mahlen und Sichten) aufbereitet und dann in die Quencheinheit eingebracht werden. Durch endotherme Reaktionen zwischen Koks und Synthesegas wird letzteres auf etwa 900 °C abgekühlt. Dies bewirkt eine teilweise Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid.
Das so erzeugte kohlenmonoxidreiche Sysnthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst beispielsweise eine weitere
Abkühlung, eine Entstaubung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von
Restkohlendioxid.
Das aus dem Niedertemperaturvergaser ausgeleitete Schwelgas ist teergesättigt oder nahezu teergesättigt. Daher kommt es beim Absinken der Temperatur des Schwelgases zur Kondensation des Teers und letztlich zum Verblocken von Leitungen und Behältern. Entsprechende Anlagen sind daher wartungsanfällig.
Es besteht daher der Bedarf nach Verbesserungen beim Betrieb entsprechender Anlagen, insbesondere zur Vermeidung übermäßiger Teerablagerungen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturvergaser und einem Hochtemperaturvergaser mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte
Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht von einem bekannten Verfahren zur zumindest teilweisen
Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, beispielsweise Biomasse, aus. Aus dem Einsatzmaterial wird in einem Niedertemperaturvergaser durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen, wie zuvor erläutert. Das Schwelgas wird
anschließend in einem Hochtemperaturvergaser durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass die eingangs erläuterten Nachteile dadurch überwunden werden können, dass das Schwelgas mit einem Anteil des erhaltenen Synthesegases und/oder eines hiervon abgeleiteten Gasgemischs beaufschlagt wird. Bei dem von dem Synthesegas abgeleiteten Gasgemisch kann es sich beispielsweise um ein konditioniertes Synthesegas handeln, beispielsweise ein entstaubtes, abgekühltes, verdichtetes und/oder von Kohlendioxid befreites
Synthesegas.
Durch die Beaufschlagung des Schwelgases mit dem Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs, also eines teergesättigten
Gasgemischs mit einem weitgehend teerfreien Gasgemisch, kommt es zu einer Absenkung des Teerpartialdrucks, wodurch eine Teerkondensation mit abnehmender Temperatur sicher verhindert wird. Die entsprechend betriebenen Anlagen sind daher sehr viel weniger wartungsanfällig, weil die Leitungen nicht oder nur kaum mit Teer verblocken.
Unter "Teer" werden im Rahmen dieser Anmeldung bräunliche bis schwarze, zähflüssige Gemisch organischer Verbindungen, die durch zersetzende thermische Behandlung (Pyrolyse) organischer Naturstoffe wie das erläuterte Schwelen entstehen, verstanden. Zu weiteren Eigenschaften von Teeren vgl. Neumüller O.-A. (Hrsg):
Römpp's Chemie-Lexikon. 8. Aufl. Stuttgart: Franckh'sche Verlagshandlung, 1983. S. 4137 und Blümer, G.-P., Collin, G. und Höke, H.: Tar and Pitch. In: Ullmann's
Encyclopedia of Industrial Chemistry. 5. Aufl. Weinheim: VCH, 1988. Bd. A26, S. 91 - 128. Bei "Koks" handelt es sich entsprechend um die nach der Verschwelung verbleibenden Reste.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die
Stabilisierung des Anfahr-, Abfahr-, Teillast- und Normalbetriebs einer entsprechenden Anlage, weil insbesondere unerwünschte Rückströmungen verhindert werden. Diese Stabilisierung vergleichmäßigt prozessbedingte Schwankungen und ermöglicht so einen stabileren Betrieb. Durch die Beaufschlagung des Schwelgases mit dem Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs wird ein
Druckgefälle erzeugt, das die Rückströmung entsprechender Gase verhindert. Es erfolgt insgesamt eine Stabilisierung der Strömungsverhältnisse in den Vergasern sowie in den zu- und abführenden Rohrleitungen in allen Betriebszuständen.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Recylce des Synthesegases zum
Niedertemperaturvergaser ermöglicht ferner das Anfahren des
Niedertemperaturvergasers und des Hochtemperaturvergasers unter reduzierenden Bedingungen. Die in entsprechenden Anlagen verwendeten Hochtemperaturvergaser weisen für die Inbetriebnahme sogenannte Anfahr- bzw. Start-up-Brenner auf. Diese können bei Inbetriebnahme reduzierend betrieben werden. Das dabei entstehende Synthesegas wird über den Recycle zum Niedertemperaturvergaser zurückgeführt und zum Aufwärmen des Niedertemperaturvergasers genutzt, bis dessen Zündtemperatur erreicht ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen bewirken auch einen deutlich stabileren Betrieb der hierbei verwendeten Brenner, da die Strömungverhältnisse bei Laständerungen konstant bleiben. Die Beaufschlagung des Schwelgases mit dem Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs kann entweder durch Einspeisen des Anteils des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs in den
Niedertemperaturvergaser und/oder durch Einspeisung stromab des
Niedertemperaturvergasers, also zwischen Niedertemperaturvergaser und
Hochtemperaturvergaser erfolgen. Auch beide Alternativen können vorteilhaft sein. Beispielsweise kann ein Teilstrom in den Niedertemperaturvergaser und ein weiterer Teilstrom in eine Leitung zwischen dem Niedertemperaturvergaser und dem
Hochtemperaturvergaser eingespeist werden. Wie erläutert, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere ein
Teerpartialdruck in dem Schwelgas herabgesetzt werden. Vorteilhafterweise kann daher auch der Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten
Gasgemischs, der zur Beaufschlagung des Schwelgases verwendet wird, zumindest auf Grundlage eines Teergehalts und/oder einer Temperaturdifferenz des Schwelgases eingestellt werden. Beispielsweise kann bei weniger teerhaltigen Schwelgasen ein geringerer Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs verwendet werden. Auch können geringere Anteile entsprechender Gasgemische verwendet werden, wenn geringere Temperaturdifferenzen zu erwarten sind. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Schwelgas in dem
Niedertemperaturvergaser durch Schwelen bei 300 °C bis 600 °C aus dem
Einsatzmaterial gewonnen. Entsprechend erhaltene Schwelgase sind in der Regel teergesättigt, so dass eine Beaufschlagung mit dem Anteil des Synthesegases und/oder des hiervon abgeleiteten Gasgemischs besonders vorteilhaft ist.
Die partielle Oxidation des Schwelgases im Hochtemperaturvergaser mittels eines sauerstoffhaltigen Gases führt zu einer Erwärmung des Gases auf etwa 1.400 °C bis 2.000 °C. Bei dem sauerstoffhaltigen Gas kann es sich, wie bereits erläutert, um mehr oder weniger reinen Sauerstoff, um Luft und/oder um sauerstoffhaltige Abgase bekannter Prozesse handeln. Eine Erhöhung des Kaltgaswirkungsgrades erfolgt vorteilhafterweise durch Einspeisen von Koks, der in dem Niedertemperaturvergaser aus dem Einsatzmaterial gewonnen wird, wodurch eine Abkühlung auf 800 °C bis 1.000 °C erfolgt.
Wie ebenfalls erläutert, wird das Synthesegas jeweils unter Erhalt eines aus dem Synthesegas abgeleiteten Gasgemischs konditioniert, also beispielsweise abgekühlt, entstaubt, verdichtet und/oder von Kohlendioxid befreit, so dass es ein für eine nachfolgende Synthese, beispielsweise ein Fischer-Tropsch-Verfahren, geeignet ist.
Vorteilhafterweise wird zumindest zwischen dem Niedertemperaturvergaser und dem Hochtemperaturvergaser ein Druckgefälle eingestellt. Dieses Druckgefälle trägt dazu bei, Rückströmungen, die beispielsweise durch Prozessstörungen verursacht werden, zu vermeiden. Bei mehrteiligen Vergasungsverfahren können derartige
Prozessstörungen in herkömmlichen Anlagen zu Problemen führen. Hierzu wird beispielsweise zwischen dem Niedertemperaturvergaser und dem
Hochtemperaturvergaser oder zwischen weiteren Einrichtungen ein Druckgefälle mittels geeigneter Rohrleitungsbauteile und/oder Rohrleitungen mit hohen
Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt.
Die erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Anlage ist zur Durchführung eines Verfahrens, wie es zuvor erläutert wurde, eingerichtet. Sie weist ein
Niedertemperaturvergaser auf, in dem durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas aus einem festen organischen Einsatzmaterial gewonnen werden kann, und einen
Hochtemperaturvergaser, in dem das Schwelgas durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas umgesetzt werden kann.
Die Anlage umfasst ferner Mittel, die dazu eingerichtet sind, das Schwelgas mit einem Anteil des Synthesegases und/oder eines hiervon abgeleiteten Gasgemischs zu beaufschlagen. Diese können beispielsweise Leitungssysteme mit einer oder mehreren Rückführleitungen und geeignete Steuer- und/oder Regeleinrichtungen aufweisen.
Die erfindungsgemäße Anlage profitiert in ihren jeweiligen Ausführungsformen von den zuvor erläuterten und nachfolgend angegebenen Vorteilen in gleicher Weise, so dass auf diese ausdrücklich verwiesen werden kann. Insbesondere weist eine entsprechende Anlage auch Mittel auf, die dazu eingerichtet sind, um zumindest zwischen dem Niedertemperaturvergaser und dem
Hochtemperaturvergaser ein Druckgefälle einzustellen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren weiter erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Anlage, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Ablaufplans.
Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist eine Anlage dargestellt, welche zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Anlage 10 umfasst einen Niedertemperaturvergaser 1 und einen
Hochtemperaturvergaser 2.
In den Niedertemperaturvergaser 1 kann ein Einsatzmaterial A, beispielsweise
Biomasse wie Holz oder entsprechende Abfälle, wie zuvor erläutert, eingespeist werden. Über eine Leitung 1 1 kann beispielsweise Sauerstoff eingespeist werden. Der Niedertemperaturvergaser 1 ist zum Verschwelen des festen organischen
Einsatzmaterials A eingerichtet. Hierzu kann der Niedertemperaturvergaser 1 extern, beispielsweise mit Abwärme des Hochtemperaturvergasers 2, auf eine geeignete Temperatur, beispielsweise 300 °C bis 600 °C, aufgeheizt werden. In einer
Anfahrphase der Anlage könnenhierbei auch Anfahrbrenner des
Hochtemperaturvergasers 2 eingesetzt werden.
Über eine Leitung 12 kann aus dem Niedertemperaturvergaser 1 ein Schwelgas B ausgeleitet und in den Hochtemperaturvergaser 2 überführt werden. Der
Hochtemperaturvergaser 2 ist zweiteilig ausgebildet. Er umfasst eine Oxidationseinheit 21 und eine Quencheinheit 22. In der Oxidationseinheit 21 wird das Schwelgas B mit einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas teilweise oxidiert, wodurch sich, wie erläutert, Temperaturen von beispielsweise 1.400 °C bis 2.000 °C ergeben. Hierdurch wird ein Synthesegas erhalten, das mit C bezeichnet ist.
Über eine Fluidverbindung zwischen der Oxidationseinheit 21 und der Quencheinheit
22 wird das Synthesegas C in die Quencheinheit 22 überführt. Dort wird beispielsweise vermahlener Koks aus dem Niedertemperaturvergaser 1 eingeleitet (nicht dargestellt). Durch die hierdurch ablaufenden endothermen Reaktionen kühlt sich die
Gastemperatur in kurzer Zeit auf ca. 900 °C ab, es tritt eine zumindest teilweise Reduktion ein.
Das erhaltene Gasgemisch D, das immer noch als (jetzt kohlenmonoxidreiches) Synthesegas bezeichnet wird, wird einem Kühler 3 zugeführt und dort beispielsweise auf eine Temperatur von 600 °C abgekühlt. Das Synthesegas D kann anschließend in einem Zyklon 4 entstaubt werden. Das entstaubte Synthesegas E, im Rahmen dieser Anmeldung nun als "von dem Synthesegas abgeleitetes Gasgemisch" bezeichnet, weist nun eine Temperatur von beispielsweie 500 °C auf und kann einem weiteren Kühlern 5 und 6 abgekühlt werden. Es kann anschließend beispielsweise einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung 7 zugeführt werden.
Stromab der Kohlendioxidabtrenneinrichtung 7 kann ein in dieser erhaltenes
Gasgemisch beispielsweise in einem Verdichter 8 verdichtet werden. Am Ausgang des Verdichters 8 kann ein Teilstrom des verdichteten Gasgemischs über eine Leitung 13 abgezweigt werden. Der Teilstrom kann auch zur Kühlung in dem Kühler 5 verwendet werden. Dieser ist temperaturgeregelt, wie durch einen entsprechenden Regler TC veranschaulicht. Ein entsprechend erhaltener Gasstrom kann mit weiteren Gasströmen vereinigt und über eine Leitung 4 in den Niedertemperaturvergaser eingeleitet werden. Hierdurch wird das Schwelgas B mit dem entsprechenden Gasstrom beaufschlagt, wodurch, wie erläutert, ein Teerpartialdruck herabgesetzt werden kann.
Über Leitungen 15 und 16 können weitere Gasströme aus der Anlage 10 ausgeleitet werden. Zur Gewährleistung eines ausreichenden Druckgefälles und damit der Vermeidung von Rückströmungen weist die Anlage 10 ferner einen Druckregler PC mit nicht dargestellten Stellern auf. Wenngleich in der Figur 1 eine Einspeisung in den Niedertemperaturvergaser 1 gezeigt ist, kann die Einspeisung auch beispielsweise in die Leitung 12 zwischen dem
Niedertemperaturvergaser und dem Hochtemperaturvergaser erfolgen.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Auführungsform der Erfindung schematisch in Form eines Ablaufplans dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein organisches Einsatzmaterial A in einem Niedertemperaturvergaser, beispielsweise dem Niedertemperaturvergaser 1 , zumindest teilweise zu einem Schwelgas umgesetzt.
In einem Hochtemperaturvergaser, beispielsweise dem Hochtemperaturvergaser 2, wird das Schwelgas B anschließend, wie erläutert, in einem Verfahrensschritt 102 oxidiert und anschließend reduziert und hierdurch zu einem Synthesegas D umgesetzt.
Ein weiterer Verfahrensschritt 103 dient zur Aufbereitung (Konditionierung) des
Synthesegases D, wie zuvor erläutert. Hierdurch wird, wie ebenfalls erläutert, ein aufbereitetes Gasgemisch E erhalten, das in einem weiteren Verfahrensschritt 04 an einer Anlagengrenze abgegeben werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann jeweils vorgesehen sein, einen Teil des Synthesegases D und/oder einen Teil des hieraus aufbereiteten Gasgemischs E abzutrennen und damit entweder in dem
Verfahrensschritt 101 , d.h. in der Niedertemperaturvergasung und/oder zwischen der Nieder- und der Hochtemperaturvergasung, d.h. zwischen Schritten 101 und 102, das jeweils vorliegende Schwelgas B zu beaufschlagen. Dies ist jeweils mit den Pfeilen 110, 120, 130 und 140 veranschaulicht.

Claims

Patentansprüche
Verfahren (100) zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem
Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas (B) gewonnen wird und das Schwelgas (B) anschließend in einem
Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwelgas (B) zumindest zeitweise mit einem Anteil des Synthesegases (D) und/oder eines von dem Synthesegas (D) abgeleiteten Gasgemischs (E) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das Schwelgas (B) in dem
Niedertemperaturvergaser (1) und/oder zwischen dem Niedertemperaturvergaser (1 ) und dem Hochtemperaturvergaser (2) mit dem Anteil des Synthesegases (D) und/oder des von dem Synthesegas (D) abgeleiteten Gasgemischs (E) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Anteil des Synthesegases (D) und/oder des von dem Synthesegas (D) abgeleiteten Gasgemischs (E), mit dem das Schwelgas (B) beaufschlagt wird, zumindest auf Grundlage eines Teergehalts und/oder einer Temperaturdifferenz des Schwelgases (B) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Schwelgas (B) in dem Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen bei 300 °C bis 600 °C aus dem festen, organischen Einsatzmaterial (E) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die partielle
Oxidation des Schwelgases (B) in dem Hochtemperaturvergaser (2) unter Erwärmung auf 1.400 °C bis 2.000 °C mittels eines sauerstoffhaltigen Gases durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die teilweise
Reduktion in dem Hochtemperaturvergaser (2) durch Einspeisen von in dem Niedertemperaturvergaser (1 ) aus dem Einsatzmaterial (E) gewonnenem Koks (F) und unter einer Abkühlung auf 800 bis 1.000 °C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Synthesegas (D) jeweils unter Erhalt eines aus dem Synthesegas abgeleiteten Gasgemischs (E) abgekühlt, entstaubt, verdichtet und/oder von Kohlendioxid befreit wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwischen dem Niedertemperaturvergaser (1) und dem Hochtemperaturvergaser (2) ein Druckgefälle eingestellt wird.
9. Anlage (10), die zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der
vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit einem Niedertemperaturvergaser (1 ), in dem durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas (B) aus einem festen organischen Einsatzmaterial (A) gewonnen werden kann und einem
Hochtemperaturvergaser (2), in dem das Schwelgas (B) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, das Schwelgas (B) mit einem Anteil des Synthesegases (D) und/oder einem Anteil eines von dem Synthesegas (D) abgeleiteten Gasgemischs (E) zu beaufschlagen.
10. Anlage (10) nach Anspruch 9, bei der Mittel vorgesehen sind, um zumindest
zwischen dem Niedertemperaturvergaser (1 ) und dem Hochtemperaturvergaser (2) ein Druckgefälle einzustellen.
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