WO2016001409A1 - Adsorption von voc an flugasche und bodenprodukt aus vergasungsprozessen - Google Patents

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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
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Definitions

  • biomass wood, straw and energy crops are used for gasification in addition to organic waste.
  • the biomass is usually pretreated.
  • the biomass is reduced to particles, which should have the largest possible specific surface, so that the later gasification takes place as efficiently as possible.
  • Typical pretreatment steps include drying, milling, pelleting or torrefaction of the biomass. Coal must also be pretreated similarly before gasification.
  • the biomass is preferably pretreated, preferably by drying, grinding, pelleting and / or torrefaction of the biomass.
  • the biomass or the coal is reduced by the pretreatment in order to achieve the largest possible specific surface and thereby improve the drying. This has a favorable effect on the subsequent gasification of the biomass. By subsequent pelleting or torrefaction, the flow properties of the biomass can be improved.
  • fly ash and bottoms produced from the gasification of biomass or coal, such as activated carbons behave hydrophobically and, compared to other adsorbents such as e.g. Silica gel, especially for purifying VOC in a wet gaseous composition, e.g. Exhaust air or even in the water are suitable.
  • adsorbents such as e.g. Silica gel
  • the adsorption level decreases with increasing relative humidity of the gaseous composition.
  • the water loading of fly ash and bottom product is negligible, only from a relative humidity of the gaseous composition of about 50%, the water loading increases due to the capillary condensation.
  • the relative humidity of the gaseous composition is not limited according to the invention.
  • VOC-loaded fly ash and / or bottoms from the adsorber can either regenerated or preferably returned to the gasifier and gasified there.
  • step (f) recycling the obtained fly ash and / or bottoms product together with VOCs from step (e) adsorbed thereto and co-gasifying with biomass or coal in step (d).
  • the water content of recirculated fly ash and / or bottom product may be up to 40% by weight (at 100% relative humidity in the gaseous composition).
  • a water content of up to 20% by weight is usual in the adsorption of VOCs from drying processes.
  • the water content of the fly ash recycled in step (f) and / or the recycled bottoms product is not restricted according to the invention.
  • fly ash and / or bottoms product contain no water at all.
  • the fly ash and / or the bottoms product recycled in step (f) preferably has a water content of at least 10% by weight, more preferably at least 20% by weight, most preferably at least 30% by weight and especially at least 40% by weight. , in each case based on the total weight of fly ash and / or bottom product together with the volatile organic compounds (VOC) adsorbed thereon.
  • a further aspect of the invention relates to a process for the production of product gas by gasification of biomass or coal, preferably lignite, comprising the above-described inventive process for the treatment of a gaseous composition. All the preferred embodiments which have been described above in connection with the process according to the invention for the preparation of a gaseous composition also apply correspondingly to the process according to the invention for the production of product gas by gasification of biomass or coal and are therefore not repeated here.
  • the device according to the invention preferably comprises
  • the device according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • a further aspect of the invention therefore relates to the use of the device according to the invention for carrying out the process according to the invention for preparing a gaseous composition or for producing product gas by gasification of biomass or of coal, preferably lignite.
  • the method according to the invention and the device according to the invention can be used, for example, in power plant technology for the adsorption of organic residues and possibly heavy metals.
  • the bottom product is combined via line (g) with the fly ash and in this way also fed to the adsorber (3).
  • flyash and bottoms are charged with a volatile organic compound (VOC) laden gaseous composition, e.g. Exhaust air brought into contact, which is the adsorber (3) via line (h) is supplied.
  • VOC volatile organic compound
  • the thus purified gaseous composition leaves the adsorber (3) via line (i) and fly ash and bottoms which are loaded with volatile organic compounds leave the adsorber (3) via line (j).
  • FIG. 2 schematically illustrates a preferred embodiment of the device according to the invention according to FIG. 1.
  • fly ash and bottoms loaded with volatile organic compounds (VOC) are returned via line (j) to the supply line (a) of the carburettor (1) to be gassed together with fresh biomass or coal.
  • VOC volatile organic compounds

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Nutzung von Bodenprodukt sowie Flugasche aus der Vergasung von Biomasse zur Adsorption von flüchtigen organischen Substanzen (Volatile Organic Compounds, VOC) für die Aufbereitung gasförmiger oder flüssiger Zusammensetzungen, welche bevorzugt bei der Vorbehandlung der Biomasse anfallen.

Description

Adsorption von VOC an Flugasche und Bodenprodukt aus Vergasungsprozessen
Die Erfindung betrifft die Nutzung von Bodenprodukt sowie Flugasche aus der Vergasung von Biomasse oder von Kohle, bevorzugt von Braunkohle, zur Adsorption von flüchtigen organischen Substanzen (Volatile Organic Compounds, VOC) für die Aufbereitung gasförmiger oder flüssiger Zusammensetzungen, welche bevorzugt bei der Vorbehandlung der Einsatzstoffe zur Vergasung anfallen. Der Bodenprodukt sowie die Flugasche können auch zur Adsorption von gasförmigen Emissionen aus den Vergasungsprozessen (Teere, schwefelhaltige Verbindungen) oder zur Behandlung von Abwasser aus den Vergasungsprozessen eingesetzt werden.
Bei der Vergasung von Biomasse oder Kohle wird diese bei Temperaturen von 700 bis 900 °C verbrennungslos zu einem brennbaren Produktgas umgesetzt. Das Produktgas enthält insbesondere Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Als feste Rückstände verbleiben Flugasche und Bodenprodukt. Das Produktgas kann anschließend verbrannt oder für chemische Reaktionen genutzt werden.
Als Biomasse werden für die Vergasung neben organischem Abfall insbesondere Holz, Stroh und Energiepflanzen eingesetzt. Für die Vergasung wird die Biomasse üblicherweise vorbehandelt. Dabei wird die Biomasse zu Partikeln verkleinert, welche eine möglichst große spezifische Oberfläche haben sollten, damit die spätere Vergasung möglichst effizient erfolgt. Übliche Schritte bei der Vorbehandlung umfassen Trocknung, Mahlung, Pelletierung oder Torrefizierung der Biomasse. Auch Kohle muss vor der Vergasung ähnlich vorbehandelt werden.
Je nach Art und Zusammensetzung der jeweiligen Biomasse werden bei der Vorbehandlung gasförmige Zusammensetzungen freigesetzt, welche mit VOC beladen sind. Aus verschiedenen Gründen, u.a. zum Umweltschutz, ist es wünschenswert, diese gasförmigen oder flüssigen Zusammensetzungen aufzubereiten, insbesondere zu reinigen und dabei VOC abzutrennen.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, VOC, Gerüche und Lösungsmittel aus gasförmigen Zusammensetzungen, welche bei verschiedenen Produktionsprozessen anfallen, an Aktivkohle zu adsorbieren. Dabei können sowohl gasförmige als auch im Wasser gelöste VOC an der Aktivkohle adsorbiert werden. Ch. H. K. Lam et al., Sustainability 2010, 2, 1943-1968 betrifft die Verwendung von Asche, welche bei der Müllverbrennung anfällt.
Y.S. Ho et al., J. Environ. Sei. Health, A34(5), 1 179-1204 (1999) offenbart Untersuchungen zur Adsorption organischer Verbindungen an Flugasche.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Abtrennung von VOC aus gasförmigen Zusammensetzungen zu verbessern, insbesondere kostengünstiger zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche gelöst.
Es wurde überraschend gefunden, dass sich bei der Vergasung von Biomasse oder Kohle anfallende Flugasche und Bodenprodukt gut zur Adsorption von VOC oder Teere aus gasförmigen Zusammensetzungen oder aus dem Abwasser eignen.
Dabei wurde überraschend gefunden, dass sich Flugasche und/oder Bodenprodukt zusammen mit den daran adsorbierten VOC anschließend gemeinsam mit frischer Biomasse oder Kohle vergasen lassen, vorzugsweise in der Wirbelschicht. Die Menge der zu entsorgenden Rückstände kann dadurch reduziert werden.
Ferner wurde überraschend gefunden, dass die bei der Vorbehandlung der Biomasse anfallenden gasförmigen Zusammensetzungen, welche VOC enthalten, besonders vorteilhaft mit Hilfe von Flugasche und Bodenprodukt aus der Vergasung von Biomasse aufbereitet werden können. So können die in den gasförmigen Zusammensetzungen enthaltenen VOC ggf. praktisch quantitativ adsorbiert und so von den gasförmigen Zusammensetzungen abgetrennt werden.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung, bevorzugt zur Reinigung einer gasförmigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen (VOC) enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen von Biomasse oder von Kohle, bevorzugt von Braunkohle;
(b) bevorzugt Vorbehandeln der Biomasse; vorzugsweise durch Trocknung, Mahlung, Pelletierung und/oder Torrefizierung der Biomasse;
(c) Bereitstellen einer gasförmigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen (VOC) enthält; (d) Erzeugung von Flugasche und/oder Bodenprodukt durch Vergasung der Biomasse oder der Kohle in einem Vergaser; und
(e) Adsorbieren zumindest eines Teils der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), welche in der gasförmigen Zusammensetzung enthalten sind, an der Flugasche und/oder dem Bodenprodukt, vorzugsweise außerhalb des Vergasers.
Schritte (a) bis (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgend bevorzugt in alphabetischer Reihenfolge, wobei es möglich ist, dass einzelne Schritte vollständig oder teilweise gleichzeitig erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen Schritte (b) und (c) in einer Weise, bei der die in Schritt (c) bereitgestellte gasförmige Zusammensetzung durch die Vorbehandlung der Biomasse in Schritt (b) erzeugt wird.
In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Biomasse oder Kohle bereitgestellt. Die Art der Biomasse bzw. der Kohle ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Bevorzugt umfasst die Biomasse organischen Abfall oder pflanzliches Material wie Holz oder Stroh, oder deren Mischungen. Bevorzugt enthält die Biomasse flüchtige organische Verbindungen (nachfolgend "VOC") oder deren Vorstufen, so dass bei der bevorzugt in Schritt (b) erfolgenden Vorbehandlung der Biomasse gasförmige Zusammensetzungen freigesetzt werden, welche VOC enthalten.
Im optionalen Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Biomasse bevorzugt vorbehandelt, vorzugsweise durch Trocknung, Mahlung, Pelletierung und/oder Torrefizierung der Biomasse. Bevorzugt wird die Biomasse bzw. die Kohle durch die Vorbehandlung verkleinert, um eine möglichst große spezifische Oberfläche zu erreichen und dadurch die Trocknung zu verbessern. Dies wirkt sich günstig auf die anschließende Vergasung der Biomasse aus. Durch anschließende Pelletierung oder Torrefizierung können die Fließeigenschaften der Biomasse verbessert werden.
Bevorzugt weist die Biomasse nach der Vorbehandlung im optionalen Schritt (b) einen Wassergehalt von 30±25 Gew.-% auf, bevorzugter 30±20 Gew.-%, noch bevorzugter 30±15 Gew.-%, am bevorzugtesten 30±10 Gew.-% und insbesondere 30±5 Gew.-%.
In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gasförmige Zusammensetzung bereitgestellt, welche VOC enthält. Die gasförmige Zusammensetzung kann grundsätzlich aus unterschiedlichsten Quellen stammen, beispielsweise aus industriellen Prozessen. Flüchtige organische Verbindungen (VOC) im Sinne der Erfindung sind einem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist VOC definiert wie in der Richtlinie 2004/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21 . April 2004, Amtsblatt der Europäischen Union, 30.4.2004, L 143/87 bis L 143/96, nämlich als "organische Verbindung mit einem Anfangssiedepunkt von höchstens 250 °C bei einem Standarddruck von 101,3 kPa".
Bevorzugt wird die in Schritt (c) bereitgestellte gasförmige Zusammensetzung, welche VOC enthält, durch die Vorbehandlung der Biomasse in Schritt (b) erzeugt.
Es wurde überraschend gefunden, dass sich aus der Vergasung von Biomasse oder von Kohle gewonnene Flugasche und Bodenprodukt wie Aktivkohlen hydrophob verhalten und im Vergleich zu anderen Adsorbentien wie z.B. Silicagel, besonders zur Reinigung von VOC in einer feuchten gasförmigen Zusammensetzung, z.B. Abluft oder sogar im Wasser geeignet sind. Jedoch nimmt der Adsorptionsgrad mit steigender relativer Feuchte der gasförmigen Zusammensetzung ab. Bei trockener Luft ist die Wasserbeladung von Flugasche und Bodenprodukt vernachlässigbar, erst ab einer relativen Feuchte der gasförmigen Zusammensetzung von ca. 50% steigt die Wasserbeladung in Folge der Kapillarkondensation an. Die relative Feuchte der gasförmigen Zusammensetzung ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. So gibt es Stoffe, die auch bei sehr hohen Feuchten >95% noch adsorbiert werden. Allerdings nimmt die VOC-Adsorption bei einer relativen Feuchte von ca. 50-60% deutlich ab. In bevorzugten Ausführungsformen weist die in Schritt (c) bereitgestellte gasförmige Zusammensetzung eine relative Feuchtigkeit von nicht mehr als 95% oder nicht mehr als 90% auf, bevorzugter nicht mehr als 80% oder nicht mehr als 70%, noch bevorzugter nicht mehr als 60% oder nicht mehr als 50%, am bevorzugtesten nicht mehr als 40% und insbesondere nicht mehr als 30%.
In Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Flugasche und/oder Bodenprodukt durch Vergasung der Biomasse in einem Vergaser erzeugt.
Die Vergasung der Biomasse kann allotherm oder autotherm erfolgen. Bei allothermen Vergasern wird die Prozesswärme von außen zugeführt, während sie bei autothermen Vergasern durch Teilverbrennung der eingesetzten Biomasse erzeugt wird.
Erfindungsgemäß können unterschiedliche Vergaser eingesetzt werden, welche sich insbesondere durch die Art des Kontakts zwischen Biomasse bzw. Kohle und Vergasungsmittel (Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf) unterscheiden. Bevorzugt ist der Vergaser ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Festbettvergasern, Wirbelschicht- Vergasern und Flugstromvergasern, wobei Wirbelschichtvergaser besonders bevorzugt sind. Ein Beispiel für einen erfindungsgemäß bevorzugten Vergaser ist ein Hochtemperatur- Winkler-Vergaser (HTW Vergaser). Bei der Vergasung der Biomasse oder der Kohle wird der Kohlenstoff der Biomasse oder Kohle bevorzugt nicht vollständig umgesetzt, so dass Flugasche und/oder Bodenprodukt kohlenstoffhaltig sind.
In Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil der VOC, welche in der gasförmigen Zusammensetzung enthalten sind, an der Flugasche und/oder dem Bodenprodukt adsorbiert, vorzugsweise außerhalb des Vergasers, vorzugsweise nach Abkühlung.
Es wurde gefunden, dass die Temperatur der gasförmigen Zusammensetzung die Adsorption von VOC and Flugasche und/oder Bodenprodukt beeinflusst und die Adsorption bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen begünstigt ist. Mit steigender Temperatur nimmt der Adsorptionsgrad ab. Somit sollte die Adsorption von VOC an Flugasche und/oder Bodenprodukt bei möglichst geringen Temperaturen, insbesondere von max. 40-60°C und möglichst einer maximalen relativen Feuchte von 50-70% erfolgen, auch wenn bei höherer Temperatur und/oder abweichender Feuchte durchaus noch Adsorption beobachtet werden kann.
Die Temperatur zur Durchführung von Schritt (e) ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. In bevorzugten Ausführungsformen erfolgt Schritt (e) bei einer Temperatur von nicht mehr als 80°C oder nicht mehr als 75°C, bevorzugter nicht mehr als 70°C oder nicht mehr als 65°C, noch bevorzugter nicht mehr als 60°C oder nicht mehr als 55°C, am bevorzugtesten nicht mehr als 50°C oder nicht mehr als 45°C und insbesondere nicht mehr als 40°C.
Vorzugsweise erfolgt Schritt (e) in einem Adsorber. Die Adsorption von VOC an der frischen und abgekühlten Flugasche und dem frischen und abgekühlten Bodenprodukt aus dem Vergaser kann in einem Adsorber bekannter Bauart realisiert werden. Bevorzugt ist der Adsorber ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Festbettadsorbern, Wanderbettad- sorbern, Wirbelbettadsorbern und Flugstromadsorbern.
Der Adsorptionsgrad beträgt bei optimaler Auslegung des Adsorbers nahezu 100%. Zur optimalen Auslegung des Adsorbers müssen Adsorptionsisothermen für die einzelnen VOC- Komponenten sowie VOC-Mischungen an Flugasche und/oder Bodenprodukt in Abhängigkeit von der Temperatur und relativen Feuchte der gasförmigen Zusammensetzung bekannt sein. Wegen der Korngrößenverteilung des Bodenproduktes sowie der Flugasche ist ein Flugstromadsorber häufig zu bevorzugen. Bevorzugt liegen die Flugasche und/oder das Bodenprodukt in Schritt (e) als Pulver vor. Im Flugstromadsorber werden bevorzugt hauptsächlich Flugasche und/oder Bodenprodukt mit einem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,25 mm eingesetzt. Bevorzugt weist das Pulver einen mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,2 mm auf, bevorzugter nicht mehr als 0,15 mm, noch bevorzugter nicht mehr als 0,1 mm. Zu große Partikel können gemahlen oder aus dem Prozess ausgeschleust werden.
Zur Nutzung der gröberen Flugasche und/oder des gröberen Bodenprodukts (mittlerer Teilchendurchmesser > 0,25 mm) werden erfindungsgemäß bevorzugt Festbettadsorber, Wanderbettadsorber oder Wirbelbettadsorber eingesetzt.
Mit VOC-beladene Flugasche und/oder Bodenprodukt aus dem Adsorber kann entweder regeneriert oder bevorzugt in den Vergaser zurückgeführt und dort vergast werden.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Flugasche und/oder Bodenprodukt zur Behandlung von Abwasser aus den Vergasungsprozessen eingesetzt, wodurch zumindest ein Teil der im Abwasser enthaltenen VOC daran adsorbiert wird. Dazu gelangt in Schritt (e) zunächst zumindest ein Teil der VOC, welche in der gasförmigen Zusammensetzung enthalten sind, in das Abwasser aus dem Vergasungsprozess und wird dann anschließend durch Behandlung dieses Abwassers mit Flugasche und/oder Bodenprodukt daran adsorbiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt
(f) Zurückführen der erhaltenen Flugasche und/oder des Bodenprodukts zusammen mit daran adsorbierten VOC aus Schritt (e) und gemeinsame Vergasung mit Biomasse oder Kohle in Schritt (d).
Es wurde überraschend gefunden, dass ein Großteil der adsorbierten VOC vergast werden kann, wenn Flugasche und/oder Bodenprodukt mit den daran adsorbierten VOC zusammen mit frischer Biomasse oder frischer Kohle, bevorzugt frischer Braunkohle, in den Vergaser eingebracht werden. Bei diesem Vergasungsprozess fallen dann erneut Flugasche und Bodenprodukt an, welche erneut zur Adsorption von VOC aus gashaltigen Zusammensetzungen eingesetzt werden können. In diesem Fall werden die VOC im Vergaser von Flugasche und/oder Bodenprodukt zunächst desorbiert und anschließend zusammen mit der Biomasse sowie Flugasche und/oder Bodenprodukt zu Vergasungsprodukten (CO, H2, C02, H20 u.a.) umgesetzt. Somit ist erfindungsgemäß ein VOC-freier Prozess technisch realisierbar.
Bevorzugt wird nach Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Teil der erzeugten Flugasche und/oder des erzeugten Bodenprodukts zusammen mit daran adsorbierten VOC ausgeschleust und der andere Teil der erzeugten Flugasche und/oder des erzeugten Bodenprodukts zusammen mit daran adsorbierten VOC in Schritt (f) zurückgeführt und gemeinsam mit Biomasse in Schritt (d) vergast, um eine Anreicherung der mineralischen Asche zu vermeiden. Der Teil an Flugasche und/oder Bodenprodukt, der aus dem Prozess ausgeschleust wird, hängt vor allem vom Aschegehalt der (vergasten) Biomasse ab.
Der zurückgeführte Gesamtanteil von Flugasche und Bodenprodukt hängt im Einzelfall von der Aschezusammensetzung ab. In bevorzugten Ausführungsformen kann der zurückgeführte Gesamtanteil von Flugasche und Bodenprodukt beispielsweise 20±15 Gew.-%, 30±15 Gew.-%, 40±15 Gew.-%, 50±15 Gew.-%, 60±15 Gew.-%, 70±15 Gew.-% oder 80±15 Gew.-% betragen, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Flugasche und Bodenprodukt.
Je nach relativer Feuchte der gasförmigen Zusammensetzung kann der Wasseranteil von zurückgeführter Flugasche und/oder Bodenprodukt bei bis zu 40 Gew.-% (bei 100% relativer Feuchte in der gasförmigen Zusammensetzung) liegen. Üblich ist ein Wasseranteil von bis zu 20 Gew.-% bei der Adsorption von VOC aus Trocknungsprozessen.
Der Wasseranteil der in Schritt (f) zurückgeführten Flugasche und/oder des zurückgeführten Bodenprodukts ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. So ist es erfindungsgemäß möglich, dass Flugasche und/oder Bodenprodukt gar kein Wasser enthalten. Bevorzugt weist die in Schritt (f) zurückgeführte Flugasche und/oder das Bodenprodukt einen Wasseranteil von wenigstens 10 Gew.-% auf, bevorzugter wenigstens 20 Gew.-%, am bevorzugtesten wenigstens 30 Gew.-% und insbesondere wenigstens 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von Flugasche und/oder Bodenprodukt zusammen mit den daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder von Kohle, bevorzugt von Braunkohle, umfassend das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung einer gasförmigen Zusammensetzung. Alle bevorzugten Ausführungsformen, welche vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbereitung einer gasförmigen Zusammensetzung beschrieben wurden, gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder von Kohle und werden daher an dieser Stelle nicht wiederholt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse oder von Kohle, bevorzugt von Braunkohle, umfassend
(i) einen Vergaser zur Erzeugung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder Kohle;
(ii) eine Flugasche-Abtrennvorrichtung zur Abtrennung von Flugasche aus dem im Vergaser erzeugten Produktgas;
(iii) bevorzugt eine Bodenprodukt-Abtrennvorrichtung zur Abtrennung von unerwünschten Bestandteilen von dem im Vergaser erhaltenen Bodenprodukt; und
(iv) einen Adsorber zur Adsorption von VOC, welche in einer gasförmigen Zusammensetzung enthalten sind, an Flugasche und/oder Bodenprodukt.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
(v) Mittel zum Zurückführen von Flugasche und/oder Bodenprodukt zusammen mit den daran adsorbierten VOC zum Vergaser.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
(vi) eine dem Vergaser vorgeschaltete Vorbehandlungsvorrichtung zur Vorbehandlung von Biomasse oder von Kohle unter Erzeugung einer gasförmigen Zusammensetzung, welche VOC enthält; und
(vii) Mittel zum Überführen der gasförmigen Zusammensetzung, welche VOC enthält, zum Adsorber.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbereitung einer gasförmigen Zusammensetzung bzw. zur Herstellung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder von Kohle, bevorzugt von Braunkohle. Die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können beispielsweise in der Kraftwerkstechnik zur Adsorption von organischen Reststoffen und ggf. von Schwermetallen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft illustriert. Ein Fachmann erkennt, dass bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zwingend alle abgebildeten Merkmale gleichzeitig verwirklicht sein müssen.
Figur 1 illustriert schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Über Zuleitung (a) wird Biomasse oder Kohle einem Vergaser (1 ) zugeführt, in dem die Biomasse oder Kohle vergast wird. Das bei der Vergasung in Vergaser (1 ) anfallende, staubbeladene Produktgas wird oben über Leitung (b) einer Flugasche-Abtrennvorrichtung (2) zugeführt, welche über Leitung (c) ein staubfreies Produktgas freisetzt. Die in der Flugasche-Abtrennvorrichtung (2) abgetrennte Flugasche wird über Leitung (d) einem Adsorber (3) zugeführt. Das bei der Vergasung in Vergaser (1 ) anfallende Bodenprodukt wird unten über Leitung (e) aus dem Vergaser (1 ) entnommen und vorzugsweise über Bodenprodukt-Abtrennvorrichtung (4) von unerwünschten Bestandteilen getrennt, welche über Leitung (f) abgeführt werden. Das Bodenprodukt wird über Leitung (g) mit der Flugasche vereint und auf diese Weise ebenfalls dem Adsorber (3) zugeführt. Im Adsorber (3) werden Flugasche und Bodenprodukt mit einer mit flüchtigen organischen Substanzen (VOC) beladenen gasförmigen Zusammensetzung, z.B. Abluft in Kontakt gebracht, welche dem Adsorber (3) über Leitung (h) zugeführt wird. Die so gereinigte gasförmige Zusammensetzung verlässt den Adsorber (3) über Leitung (i) und Flugasche sowie Bodenprodukt, welche mit flüchtigen organischen Substanzen beladen sind, verlassen den Adsorber (3) über Leitung (j).
Figur 2 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1. Dabei werden Flugasche sowie Bodenprodukt, welche mit flüchtigen organischen Substanzen (VOC) beladen sind, über Leitung (j) zur Zuleitung (a) des Vergasers (1 ) zurückgeführt, um dort zusammen mit frischer Biomasse oder Kohle vergast zu werden.
Figur 3 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 2. Dabei ist dem Vergaser (1 ) eine Vorbehandlungsvorrichtung (5) vorgeschaltet, welcher frische Biomasse oder frische Kohle über Leitung (k) zugeführt wird. Die bei der Vorbehandlung der frischen Biomasse oder der frischen Kohle in Vorbehandlungsvorrichtung (5) anfallende gasförmige Zusammensetzung, z.B. Abluft ist mit flüchtigen organischen Substanzen (VOC) beladen und wird über Leitung (h) dem Adsorber (3) zugeführt. Auf diese Weise werden Flugasche und Bodenprodukt, welche bei der Vergasung anfallen, zur Vorbehandlung von frischer Biomasse oder von frischer Kohle genutzt, um darin enthaltene flüchtige organische Substanzen zu adsorbieren, damit diese anschließend zusammen mit frischer Biomasse vergast werden und daraus erneut Flugasche und Bodenprodukt gewonnen werden können.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Aufbereitung einer gasförmigen oder flüssigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen enthält, umfassend die Schritte
(a) Bereitstellen von Biomasse oder von Kohle;
(b) ggf. Vorbehandeln der Biomasse oder der Kohle;
(c) Bereitstellen einer gasförmigen oder flüssigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen enthält;
(d) Erzeugung von Flugasche und/oder Bodenprodukt durch Vergasung der Biomasse oder der Kohle in einem Vergaser; und
(e) Adsorbieren zumindest eines Teils der flüchtigen organischen Verbindungen, welche in der gasförmigen oder flüssigen Zusammensetzung enthalten sind, an der Flugasche und/oder dem Bodenprodukt.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den zusätzlichen Schritt
(f) Zurückführen der erhaltenen Flugasche und/oder des Bodenprodukts zusammen mit daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen aus Schritt (e) und gemeinsame Vergasung mit Biomasse oder Kohle in Schritt (d).
3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei nach Schritt (d) ein Teil der erzeugten Flugasche und/oder des erzeugten Bodenprodukts zusammen mit den daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen ausgeschleust wird und wobei der andere Teil der erzeugten Flugasche und/oder des erzeugten Bodenprodukts zusammen mit den daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen in Schritt (f) zurückgeführt und gemeinsam mit Biomasse oder Kohle in Schritt (d) vergast wird.
4. Das Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die in Schritt (f) zurückgeführte Flugasche und/oder das Bodenprodukt einen Wasseranteil von wenigstens 10 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht von Flugasche und/oder Bodenprodukt zusammen mit den daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen.
5. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (c) bereitgestellte gasförmige Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbin- düngen enthält, durch die Vorbehandlung der Biomasse oder der Kohle in Schritt (b) erzeugt wird.
6. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (c) bereitgestellte gasförmige Zusammensetzung eine relative Feuchtigkeit von nicht mehr als 95% aufweist.
7. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) bei einer Temperatur von nicht mehr als 60°C erfolgt.
8. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt (e) in einem Adsorber erfolgt.
9. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Adsorber ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Festbettadsorbern, Wanderbett- adsorbern, Wirbelbettadsorbern und Flugstromadsorbern.
10. Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flugasche und/oder das Bodenprodukt in Schritt (e) als Pulver vorliegen.
1 1. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Pulver einen mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,2 mm aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder Kohle umfassend das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1.
13. Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse oder von Kohle umfassend
(i) einen Vergaser (1 ) zur Erzeugung von Produktgas durch Vergasung von Biomasse oder von Kohle;
(ii) eine Flugasche-Abtrennvorrichtung (2) zur Abtrennung von Flugasche aus dem im Vergaser erzeugten Produktgas;
(iii) ggf. eine Bodenprodukt-Abtrennvorrichtung (4) zur Abtrennung von unerwünschten Bestandteilen von dem im Vergaser (1 ) erhaltenen Bodenprodukt; und (iv) einen Adsorber (3) zur Adsorption von flüchtigen organischen Verbindungen, welche in einer gasförmigen Zusammensetzung enthalten sind, an Flugasche und/oder Bodenprodukt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, umfassend
Mittel zum Zurückführen von Flugasche und/oder Bodenprodukt zusammen mit den daran adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen zum Vergaser (1 ).
15. Die Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, umfassend
(vi) eine dem Vergaser (1 ) vorgeschaltete Vorbehandlungsvorrichtung (5) zur Vorbehandlung von Biomasse oder von Kohle unter Erzeugung einer gasförmigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen enthält; und
(vii) Mittel zum Überführen der gasförmigen Zusammensetzung, welche flüchtige organische Verbindungen enthält, zum Adsorber (3).
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