WO2015086135A1 - 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 PDFInfo
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- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1693—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with storage facilities for intermediate, feed and/or product
Definitions
- the invention relates to a method and a system for at least partial
- synthetic biofuel can be obtained in its
- GTL gas-to-liquids
- CTL coal-to-liquid
- 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 hypochlorometric oxygen supply and thus incomplete combustion at relatively low temperature.
- 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.
- air and / or oxygen-containing exhaust gases e.g. from gas turbines or internal combustion engines
- the synthesis gas produced in this way can be brought into contact with coke from the low-temperature gasifier.
- the coke may be previously treated separately (e.g., by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
- chemical quench By endothermic reactions between coke and synthesis gas (so-called chemical quench) the latter is cooled to a temperature of for example 800 ° C to 1200 ° C. This also causes partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
- the carbon monoxide-rich synthesis gas produced in this way can then be further conditioned.
- the conditioning includes, for example, a further cooling, a dedusting, a compression and / or the separation of
- a dedusting device for example, a cyclone is used.
- Dedusting device is the partially reacted in the quench unit coke (Residual coke) separated, and can be fed back to the oxidation unit of the high-temperature gasifier.
- the downstream gas scrubber is the
- Lock system is then carried out (at least partially) the introduction of this recycled residual coke in the pressure atmosphere z. B. the oxidation unit.
- This provision of multiple lock systems proves to be expensive in practice, since additional devices that require relatively intensive maintenance, must be provided.
- By the discharge of residual coke it is also, if the unpressurized atmosphere in which the treatment takes place, not heated according to a cooling, so that the recirculated to the oxidation unit Restkoks first back to the
- a method and a plant for the at least partial gasification of solid, organic feedstock, in particular of biomass with a Niedertemperaturyergaser and a high-temperature gasifier with the
- the present invention is characterized in that residual coke accumulating in a deduster is not discharged via a lock system into a non-pressurized atmosphere, but left in the pressurized atmosphere where it is treated and transported. This is a significant reduction in the number of
- a system used according to the invention has fewer mechanical moving parts than conventional systems, and is therefore more reliable. Furthermore, the invention is distinguished by the fact that the residual coke arising in the deduster or in the hot state, for example at 100 ° C. to 500 ° C., is processed and transported. This increases the efficiency of the process.
- High-temperature carburetor or low-temperature carburetor by means of pneumatic conveying can be largely dispensed with mechanically moving parts, which in turn improves the reliability of the system is improved.
- inert gases e.g., nitrogen
- the residual coke is divided into a coarse and fine fraction in a separator located in the pressure atmosphere, wherein only the
- Carbon has required fineness.
- the coarse fraction of the residual coke is discharged from the pressure atmosphere, and / or after comminution by means of a comminution device provided in the pressure atmosphere, the mixture is fed once more to the separation device. It is preferred that the coarse fraction of the residual coke is comminuted by means of a crushing device provided in the pressure atmosphere and fed once more to the separating device or is supplied to the low-temperature gasifier or the quenching unit of the high-temperature gasifier or is discharged from the pressure atmosphere.
- High-temperature gasifier can be supplied.
- FIG. 1 shows a first preferred embodiment of a system which is used for
- Figure 3 shows a third preferred embodiment of a plant
- FIG. 4 shows a fourth preferred embodiment of a system which is used for
- inventive method is set up.
- the plant includes one
- a solid organic feedstock A such as biomass such as wood or corresponding waste, as previously explained, are fed.
- the low-temperature gasifier 1 is set up to blaze the solid organic feedstock A. For this purpose, the
- Low temperature carburetor 1 external i. allothermic, for example, be heated to 300 to 600 ° C.
- the provision of the heat can be done for example by the waste heat of the high-temperature gasifier 2.
- Low temperature carburetor 1 also autothermally, for example, be heated by partial oxidation of the carbon in the solid organic feedstock A with a separately supplied oxygen G.
- Via a line 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 quench unit 22. In the oxidation unit 21, the carbonization gas B is with T / EP2014 / 003249
- the carbon monoxide-rich synthesis gas D produced in this way is subsequently cooled in a cooling device 3 downstream of the quench unit 22, for example to a temperature of 600 to 800 ° C.
- a dedusting device 4 Downstream of the cooling device 3 are a dedusting device 4,
- a cyclone for example, a cyclone, and a gas scrubber 5.
- the syngas stream is contacted with a scrubbing liquid stream to receive unwanted components of the syngas stream into the liquid.
- Sufficiently purified and conditioned synthesis gas E can then be taken from the plant and fed to downstream processes, for example for the production of synthetic biofuels.
- Synthesis gas with washing liquid for example water or methanol
- washing liquid for example water or methanol
- a contaminated washing liquid which contains in particular carbon dioxide.
- This carbon dioxide is preferably removed from the scrubbing liquid, for example by stripping and further used, as described in detail below.
- a corresponding regeneration unit stripper may be formed integrated in the gas scrubber 5.
- the in the quench unit 22 is partially
- Atmosphere (hereinafter also referred to as pressure atmosphere 6 for short) supplied.
- the pressure prevailing in this device 6, for example, has a higher, but at least the same pressure as prevails in the dedusting device or in the high-temperature gasifier 1.
- a separator 61 In the device or the pressure atmosphere 6, a separator 61, pneumatic conveyors 62, 64, a storage device 63 and a crushing device 66 are provided.
- the residual coke E separated off in the dedusting device 4 is first supplied, for example, via a mechanical conveying device or a free-fall line to the separating device 61, which is designed as a classifier, in particular a classifier.
- This supply of residual coke E is carried out under a slight increase, but at least while maintaining the pressure conditions and while maintaining the
- Fine fraction J is divided, wherein the coarse fraction K comminuted in the separator 61 downstream comminution device 66 and the separator 61 is fed again.
- the comminution device 66 also operates in a pressure-charged atmosphere while maintaining the high temperature.
- the fine fraction J is by means of the pneumatic conveyors 62 and 64, optionally with intermediate storage in the storage device 63, the
- the pressure in the device or the pressure atmosphere 6 is selected so that always sets a positive pressure difference with respect to the process in the dedusting 4 and the Hochtemperaturvergaser 2, and thereby a flow in the direction of dedusting 4 and
- High temperature carburetor 2 is generated. This can be avoided that hot toxic gases leak out of the system, improving the overall safety of the system.
- FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 only in that the coarse fraction K of the residual coke does not differ in one of the separating device 61
- Dedusting device 4 separated.
- the residual coke E separated off in the dedusting device 4 is thereby again supplied to the separating device 61 and passes as fine fraction J of the residual coke into the oxidation unit 21.
- the embodiment of the system according to the invention shown in FIG. 3 differs from the embodiment according to FIG. 1 only in that the coarse fraction K of the residual coke not downstream in one of the separator 61
- Dedusting device 4 separated residual coke E is thereby again supplied to the separating device 61 and arrives as fine fraction J of the residual coke into the oxidation unit 21.
- comminution device 66 As shown in FIG. 1, it is possible to provide a comminution device 66, as shown in FIG. 1, but to supply only a portion of the coke coarse fraction to the comminuting device 66. Another part of the coke residual coarse fraction can then z. B. the low temperature carburetor or the high temperature carburetor or discharged.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren 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. Das Schwelgas (B) wird anschließend in einem Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise durch Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt, wobei bei dem Schwelen in dem Niedertemperaturvergaser (1) entstehender bzw. erzeugter Pyrolysekoks (C) von dem teerhaltigen Schwelgas (B) abgetrennt und wenigstens teilweise zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird. Der entstehende Restkoks wird aus dem Synthesegas (D) durch eine Entstaubungseinheit (4) abgetrennt und verbleibt in einer Druckatmosphäre (6), in welcher der gleiche oder ein höherer Druck sowie die gleiche Temperatur wie in dem Vergasungsprozess herrschen und wird der Oxidationsheit (21) des Hochtemperaturvergasers (2) zugeführt.
Description
Beschreibung
Verfahren und Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem
Einsatzmaterial
Die 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, organischen Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 1 14 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 Kaltgaswirkungsgrad 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 unterstöchlometrisches 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 Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aufweist. Das Synthesegas kann an dieser Stelle auch als (Synthese-)Rohgas bezeichnet werden. In einer weiteren Stufe, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, kann das auf diese Weise erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht werden. 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 (sogenannten chemischem Quench) wird letzteres auf eine Temperatur von beispielsweise 800 °C bis 1200 °C abgekühlt. Dies bewirkt auch eine teilweise Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid.
Das auf diese Weise erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst beispielsweise eine weitere Abkühlung, eine Entstaubung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von
Restkohlendioxid.
Als Enstaubungseinrichtung wird beispielsweise ein Zyklon verwendet. In der
Entstaubungseinrichtung wird der in der Quencheinheit teilweise abreagierte Koks
(Restkoks) abgetrennt, und kann der Oxidationseinheit des Hochtemperaturvergasers wieder zugeführt werden. Im nachgeschalteten Gaswäscher wird der
Synthesegasstrom mit einem Waschflüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht, um unerwünschte Bestandteile des Synthesegasstroms in die Flüssigkeit aufzunehmen. Gereinigtes und konditioniertes Synthesegas wird anschließend der Anlage entnommen.
In Anlagen gemäß dem Stand der Technik wird der in dem Entstauber anfallende Restkoks über Schleusensysteme in eine drucklose Atmosphäre ausgeschleust, und in dieser drucklosen Atmosphäre aufbereitet und transportiert. Über ein weiteres
Schleusensystem erfolgt anschließend (wenigstens teilweise) die Einbringung dieses aufbereiteten Restkokses in die Druckatmosphäre z. B. der Oxidationseinheit. Diese Bereitstellung von mehreren Schleusensystemen erweist sich in der Praxis als aufwendig, da zusätzliche Vorrichtungen, welche eine relativ intensive Wartung benötigen, zur Verfügung gestellt werden müssen. Durch das Ausschleusen von Restkoks kommt es auch, wenn man die drucklose Atmosphäre, in welcher die Aufbereitung stattfindet, nicht entsprechend erwärmt, zu einer Abkühlung, sodass der in die Oxidationseinheit rückgeführte Restkoks zunächst wieder auf die
Prozesstemperatur erwärmt werden muss. Hierdurch verschlechtert sich der
Wirkungsgrad der Anlage bzw. des Verfahrens insgesamt.
Es besteht daher der Bedarf nach Verbesserungen beim Betrieb entsprechender Anlagen, insbesondere nach einer Möglichkeit einer effektiveren Rückführung von Restkoks in den Hochtemperaturvergaser und/oder den Niedertemperaturvergaser.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial, insbesondere von Biomasse, mit einem Niedertemperaturyergaser 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 und stromab des Hochtemperaturvergasers in entsprechenden Aufbereitungseinrichtungen weiter aufbereitet.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Entstauber anfallender Restkoks nicht über ein Schleusensystem in eine drucklose Atmosphäre ausgeschleust, sondern in der Druckatmosphäre belassen und dort aufbereitet und transportiert wird. Hierdurch ist eine wesentliche Reduzierung der Anzahl der
Schleusensysteme erzielbar, wodurch insgesamt eine Reduzierung des
apparatetechnischen Aufwandes ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird die Sicherheit eines Verfahrens zur Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial gegenüber herkömmlichen Lösungen erhöht, da kein Ausschleusen und anschließendes
Wiedereinschleusen von Restkoks in die Druckatmosphäre vorgesehen ist. Eine erfindungsgemäß eingesetzte Anlage weist weniger mechanisch bewegte Teile als herkömmliche Anlagen auf, und ist daher zuverlässiger. Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der im Entstauber anfallende bzw. entstehende Restkoks in heißem Zustand, beispielsweise bei 100 °C bis 500 °C, aufbereitet und transportiert wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Verfahrens erhöht.
Unter der "im Wesentlichen gleichen Temperatur", wie sie im Entstauber herrscht, wird insbesondere die gleiche Temperatur sowie auch eine Temperaturdifferenz von z. B. +- 10°C, +-20°C, +-30°C, +-40°C, +-50°C oder +-100°C verstanden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise erfolgt in der Druckatmosphäre, in welcher der Restkoks nach dem Entstauber verbleibt, die Zuführung des Restkokses in den
Hochtemperaturvergaser oder Niedertemperaturvergaser mittels pneumatischer Förderung. Bei einer derartigen pneumatischen Förderung kann auf mechanisch bewegte Teile weitgehend verzichtet werden, wodurch wiederum die Zuverlässigkeit der Anlage verbessert wird.
Es wird bevorzugt, als Fördergas zur pneumatischen Förderung in der Druckatmosphäre Kohlendioxid zu verwenden, welches in einem dem Entstauber nachgeschalteten Gaswäscher aus dem zu waschenden Synthesegas abgetrennt wird. Da Kohlendioxid ein Inertgas darstellt, kann der Verbrauch an extern
bereitzustellenden Inertgasen (z.B. Stickstoff) für eine derartige pneumatische
Förderung signifikant verringert werden.
Zweckmäßigerweise wird der Restkoks in einer in der Druckatmosphäre befindlichen Trenneinrichtung in eine Grob- und Feinfraktion aufgeteilt, wobei lediglich die
Feinfraktion der Oxidationseinheit des Hochtemperaturvergasers zugeführt wird, da diese die zur nahezu vollständigen Umsetzung des im Reskoks enthaltenen
Kohlenstoffs benötigte Feinheit besitzt.
Es ist bevorzugt, dass die Grobfraktion des Restkokses aus der Druckatmosphäre ausgeschleust wird, und/oder nach Zerkleinerung mittels einer in der Druckatmosphäre vorgesehenen Zerkleinerungseinrichtung ein weiteres Mal der Trenneinrichtung zugeführt wird. Es ist bevorzugt, dass die Grobfraktion des Restkokses mittels einer in der Druckatmosphäre vorgesehenen Zerkleinerungseinrichtung zerkleinert und ein weiteres Mal der Trenneinrichtung zugeführt wird oder dem Niedertemperaturvergaser bzw. der Quencheinheit des Hochtemperaturvergasers zugeführt wird oder aus der Druckatmosphäre ausgeschleust wird. Durch die erneute Zuführung des Restkokses in den Niedertemperaturvergaser oder die Quencheinheit des Hochtemperaturvergasers wird der Restkoks mechanisch beansprucht und zerkleinert, so dass er nach erneuter Abtrennung in der Entstaubungseinheit schließlich der Oxidationseinheit des
Hochtemperaturvergasers zugeführt werden kann.
Es ist ferner in vorteilhafter Weise möglich, eine Speichereinrichtung zur
Zwischenspeicherung von Restkoks in der Druckatmosphäre vorzusehen. Hierdurch kann ein schwankender Bedarf an Restkoks in einfacher Weise kompensiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Anlage, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung, wobei das in der Trennvorrichtung anfallende Grobgut in einer Zerkleinerungseinrichtung zerkleinert wird, und
Figur 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Anlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung, wobei das in der Trenneinrichtung anfallende Grobgut dem Niedertemperaturvergaser zugeführt wird, und
Figur 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Anlage, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung, wobei das in der Trenneinrichtung anfallende Grobgut der Quencheinheit des Hochtemperaturvergasers zugeführt wird.
Figur 4 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer Anlage, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, in schematischer Darstellung, wobei das in der Trenneinrichtung anfallende Grobgut aus der Druckatmosphäre ausgeschleust wird.
Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist eine Anlage dargestellt, welche zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Anlage umfasst einen
Niedertemperaturvergaser 1 und einen Hochtemperaturvergaser 2.
In den Niedertemperaturvergaser 1 kann ein festes organisches Einsatzmaterial A, beispielsweise Biomasse wie Holz oder entsprechende Abfälle, wie zuvor erläutert, eingespeist werden. Der Niedertemperaturvergaser 1 ist zum Verschwelen des festen organischen Einsatzmaterials A eingerichtet. Hierzu kann der
Niedertemperaturvergaser 1 extern, d.h. allotherm, beispielsweise auf 300 bis 600 °C aufgeheizt werden. Die Bereitstellung der Wärme kann beispielsweise durch die Abwärme des Hochtemperaturvergasers 2 erfolgen. Des Weiteren kann der
Niedertemperaturvergaser 1 auch autotherm, beispielsweise durch Teiloxidation des im festen organischen Einsatzmaterials A befindlichen Kohlenstoffes mit einem separat zugeführten Sauerstoff G aufgeheizt werden.
Über eine Leitung 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
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einem zugeführten sauerstoffhaltigen Gas H teilweise oxidiert, wodurch sich,
Temperaturen von beispielsweise 1.400 °C bis 2.000 °C ergeben. In der Quencheinheit 22 wird das Synthesegas D mit Pyrolysekoks C aus dem Niedertemperaturvergaser 10 in Kontakt gebracht. Durch endotherme Reaktionen (sog. chemischer Quench) zwischen diesem Pyrolysekoks C und dem Synthesegas D wird letzteres
beispielsweise auf eine Temperatur von 800 °C bis 1200 °C abgekühlt. Dies bewirkt auch eine teilweise Umsetzung von im Synthesegas D vorhandenem Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid. Das auf diese Weise erzeugte kohlenmonoxidreiche Synthesegas D wird anschließend in einer der Quencheinheit 22 nachgeschalteten Kühleinrichtung 3 beispielsweise auf eine Temperatur von 600 bis 800°C abgekühlt.
Der Kühleinrichtung 3 nachgeschaltet sind eine Entstaubungseinrichtung 4,
beispielsweise ein Zyklon, und ein Gaswäscher 5. Im nachgeschalteten Gaswäscher 5 wird der Synthesegasstrom mit einem Waschflüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht, um unerwünschte Bestandteile des Synthesegasstroms in die Flüssigkeit aufzunehmen. Ausreichend gereinigtes und konditioniertes Synthesegas E kann anschließend der Anlage entnommen und nachgeschalteten Verfahren, beispielsweise zur Gewinnung von synthetischen Biokraftstoffen, zugeführt werden.
Durch die in dem Gaswäscher 5 erfolgende Kontaktierung von kontaminiertem
Synthesegas mit Waschflüssigkeit (beispielsweise Wasser oder Methanol) erhält man, neben dem gereinigten Synthesegas, eine kontaminierte Waschflüssigkeit, welche insbesondere Kohlendioxid enthält. Dieses Kohlendioxid wird bevorzugt aus der Waschflüssigkeit entfernt, beispielsweise durch Strippen und weiter verwendet, wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird. Eine entsprechende Regenerationseinheit (Stripper) kann in den Gaswäscher 5 integriert ausgebildet sein. In der Entstaubungseinrichtung 4 wird der in der Quencheinheit 22 teilweise
abreagierte Koks, der sogenannte Restkoks E, abgetrennt und einer Einrichtung 6 zur Trennung, Klassierung, Förderung und Lagerung in einer druckaufgeladenen
Atmosphäre (im Folgenden auch kurz als Druckatmosphäre 6 bezeichnet) zugeführt.
Der in dieser Einrichtung 6 herrschende Druck weist beispielsweise einen höheren, mindestens aber den gleichen Druck auf, wie er in der Entstaubungseinrichtung oder im Hochtemperaturvergaser 1 herrscht.
In der Einrichtung bzw. der Druckatmosphäre 6 sind eine Trenneinrichtung 61 , pneumatische Fördereinrichtungen 62, 64, eine Speichereinrichtung 63 und eine Zerkleinerungseinrichtung 66 vorgesehen.
Der in der Entstaubungseinrichtung 4 abgetrennte Restkoks E wird zunächst beispielsweise über eine mechanische Fördereinrichtung oder eine Freifallleitung der Trenneinrichtung 61 zugeführt, welche als Klassierer, insbesondere Sichter ausgebildet ist. Diese Zuführung von Restkoks E erfolgt unter einer leichten Erhöhung, mindestens aber unter Beibehaltung der Druckverhältnisse sowie unter Beibehaltung der
Temperaturen, wie sie in der Entstaubungseinrichtung 4 herrschen. Es kommt hierbei also nicht, wie gemäß dem Stand der Technik, zu einem Ausschleusen in eine drucklose Atmosphäre und zu einer Abkühlung. Hierdurch kann auf aufwendige Schleuseneinrichtungen und Kühlsysteme verzichtet werden.
In der Trenneinrichtung 61 wird der Restkoks in eine Grobfraktion K und eine
Feinfraktion J unterteilt, wobei die Grobfraktion K in der der Trenneinrichtung 61 nachgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung 66 zerkleinert und der Trenneinrichtung 61 erneut zugeführt wird. Auch die Zerkleinerungseinrichtung 66 arbeitet in einer druckaufgeladenen Atmosphäre und unter Beibehaltung der hohen Temperatur.
Die Feinfraktion J wird mittels der pneumatischen Fördereinrichtungen 62 und 64, gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung in der Speichereinrichtung 63, der
Oxidationseinheit 21 des Hochtemperaturvergasers 2 zugeführt. Auch diese Zufuhr von Restkoks in die Oxidationseinheit 21 erfolgt unter den Bedingungen der
Druckatmosphäre 6. Somit kann auch hier auf ein Schleusensystem verzichtet werden.
Zweckmäßigerweise wird der Druck in der Einrichtung bzw. der Druckatmosphäre 6 so gewählt, dass sich stets ein positives Druckgefälle gegenüber dem Prozess in der Entstaubungseinrichtung 4 und dem Hochtemperaturvergaser 2 einstellt, und dadurch eine Strömung in Richtung der Entstaubungseinrichtung 4 bzw. des
Hochtemperaturvergasers 2 erzeugt wird. Hierdurch kann vermieden werden, dass
heiße toxische Gase aus dem System austreten, wodurch die Sicherheit der Anlage insgesamt verbessert wird.
Wie bereits erwähnt, wird zur Förderung in der Druckatmosphäre 6 mittels der pneumatischen Fördereinrichtung 62 als Fördergas Kohlendioxid I, welches bei der Gaswäsche in dem Gaswäscher 5 entsteht bzw. aus dem Synthesegas entfernt wird, verwendet. Dieses Kohlendioxid I wird über eine Leitung 51 der Trenneinrichtung 61 bzw. den pneumatischen Fördereinrichtungen 62 und 64 zugeführt.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 1 lediglich dadurch, dass die Grobfraktion K des Restkokses nicht in einer der Trenneinrichtung 61
nachgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung 66 zerkleinert und der Trenneinrichtung 6 erneut zugeführt wird sondern in den Niedertemperaturvergaser 1 eingebracht wird. Dadurch wird die Grobfraktion K des Restkokses mechanisch beansprucht und zerkleinert. Anschließend wird der zerkleinerte Restkoks zusammen mit dem
Pyrolysekoks C wieder der Quencheinheit 22 zugeführt und erneut in der
Entstaubungseinrichtung 4 abgetrennt. Der in der Entstaubungseinrichtung 4 abgetrennte Restkoks E wird dadurch abermals der Trenneinrichtung 61 zugeführt und gelangt als Feinfraktion J des Restkokses in die Oxidationseinheit 21. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 1 lediglich dadurch, dass die Grobfraktion K des Restkokses nicht in einer der Trenneinrichtung 61 nachgeschalteten
Zerkleinerungseinrichtung 66 zerkleinert und der Trenneinrichtung 61 erneut zugeführt wird sondern in die Quencheinheit 22 des Hochtemperaturvergasers 2 eingebracht wird. Dadurch reagiert die Grobfraktion K des Restkokses weiter ab und wird mechanisch beansprucht und zerkleinert. Anschließend wird der zerkleinerte Restkoks erneut in der Entstaubungseinrichtung 4 abgetrennt. Der in der
Entstaubungseinrichtung 4 abgetrennte Restkoks E wird dadurch abermals der Trenneinrichtung 61 zugeführt und gelangt als Feinfraktion J des Restkokses in die Oxidationseinheit 21.
Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage
unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 1 lediglich dadurch, dass die Grobfraktion K des Restkokses nicht in einer der Trenneinrichtung 61
nachgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung 66 zerkleinert und der Trenneinrichtung 61 erneut zugeführt wird sondern über ein Schleussystem 65 aus der
Druckatmosphäre 6 ausgeschleust wird. Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind mit der
Ausführungsform gemäß Figur 1 , sowie miteinander, kombinierbar.
Beispielsweise ist es möglich, eine Zerkleinerungseinrichtung 66, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, vorzusehen, jedoch nur einen Teil der Restkoks-Grobfraktion der Zerkleinerungseinrichtung 66 zuzuführen. Ein weiterer Teil der Restkoks-Grobfraktion kann dann z. B. dem Niedertemperaturvergaser oder dem Hochtemperaturvergaser zugeführt oder ausgeschleust werden.
Claims
1. Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem organischem
Einsatzmaterial (A), bei dem aus dem Einsatzmaterial (A) in einem
Niedertemperaturvergaser (1) durch Schwelen ein teerhaltiges Schwelgas gewonnen wird, und das Schwelgas (B) anschließend in einem
Hochtemperaturvergaser (2) durch partielle Oxidation und anschließend teilweise Reduktion zu einem Synthesegas (D) umgesetzt wird, wobei das in dem
Hochtemperaturvergaser (2) erzeugte Synthesegas (D) in einer
Entstaubungseinrichtung (4) entstaubt und in einem Gaswäscher (5) gereinigt wird, wobei bei dem Entstauben anfallender Restkoks (E) von dem Synthesegas abgetrennt und wenigstens teilweise zur Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird, wobei der Restkoks hierbei in einer Druckatmosphäre verbleibt, in welcher der gleiche oder ein höherer Druck sowie im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie in dem Entstauber herrschen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der
Druckatmosphäre (6) die Zuführung des Restkokses (E) aus dem Entstauber (4) in den Hochtemperaturvergaser (2) mittels pneumatischer Förderung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fördergas zur pneumatischen Förderung in der Druckatmosphäre (6) Kohlendioxid verwendet wird, welches in dem dem Entstauber (4) nachgeschalteten Gaswäscher (5) aus dem Synthesegas abgetrennt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Restkoks (E) in einer in der Druckatmosphäre (6) ausgebildeten
Trenneinrichtung (61) in eine Grobfraktion (K) und Feinfraktion (J) aufgeteilt wird, wobei lediglich die Feinfraktion (J) dem Hochtemperaturvergaser (2) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein teil der Grobfraktion (K) des Restkokses (E) nach Zerkleinerung mittels einer in der Druckatmosphäre (6) vorgesehenen Zerkleinerungseinrichtung (66) ein weiteres mal der Trenneinrichtung (61) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Grobfraktion (K) des Restkokses (E) in den Niedertemperaturvergaser (1 ) eingebracht und zusammen mit dem Pyrolysekoks (C) wieder in die Quencheinheit (22) des Hochtemperaturvergasers (2) geleitet und nach der Abtrennung in der Entstaubungseinrichtung (4) ein weiteres mal der Trenneinrichtung (61 ) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teil der Grobfraktion (K) des Restkokses (E) in die Quencheinheit (22) des Hochtemperaturvergasers (2) geleitet und nach der Abtrennung in der Entstaubungseinrichtung (4) ein weiteres mal der Trenneinrichtung (61) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer in der Druckatmosphäre (6) ausgebildeten Speichereinrichtung (63) Restkoks zwischengespeichert wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei dem Schwelen in dem Niedertemperaturvergaser (1 ) entstehender bzw. erzeugter Pyrolysekoks von dem teerhaltigen Schwelgas abgetrennt und wenigstens teilweise zur
Unterstützung der Reduktion dem Hochtemperaturvergaser zugeführt wird, wobei der Pyrolysekoks hierbei in einer Druckatmosphäre (8) verbleibt, in welche der gleiche oder ein höherer Druck sowie im Wesentlichen die gleiche Temperatur wie in dem Niedertemperaturvergaser herrschen.
10. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden
Ansprüche mit einem Niedertemperaturvergaser (1 ), einem
Hochtemperaturvergaser (2), einer Gaskühlungseinrichtung (3), einer
Entstaubereinrichtung (4) und einer Gasreinigungseinrichtung (5), gekennzeichnet durch eine mit der Entstaubereinrichtung (1 ) gekoppelte Druckatmosphäre (6), über welche der in der Entstaubereinrichtung (1 ) anfallender Restkoks (E) mittels einer pneumatischen Fördereinrichtung in den Hochtemperaturvergaser (2) einbringbar ist.
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