WO2020016183A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von aktivkohle - Google Patents

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WO2020016183A1
WO2020016183A1 PCT/EP2019/069021 EP2019069021W WO2020016183A1 WO 2020016183 A1 WO2020016183 A1 WO 2020016183A1 EP 2019069021 W EP2019069021 W EP 2019069021W WO 2020016183 A1 WO2020016183 A1 WO 2020016183A1
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reaction zone
pyrolysis
product gas
gas
pyrolysis coke
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PCT/EP2019/069021
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Christopher THANNHÄUSER
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Concord Blue Patent Gmbh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing active carbon in a gasification process.
  • waste materials are being recycled to an increasing extent.
  • ⁇ 0 pyrolysis processes are known which allow the production of clean, renewable energy from waste materials.
  • isolated gaseous constituents can be processed, for example, and burned or recycled as so-called product gas for energy.
  • the energy content of other by-products that fall off during the decomposition ⁇ 5 of the waste materials or when the gaseous components are processed can be used to maintain the decomposition or the preparation, for example by burning the further by-products and the thermal energy obtained for the thermal decomposition of the organic substances is used.
  • such by-products 20 can also be further processed externally and otherwise recycled.
  • DE 199 36 524 A1 discloses a method and a device for the thermolytic processing of polymer- and cellulose-containing substances, in particular light shredder material.
  • the polymer- and cellulose-containing substances, together with a nitrogen-containing additive-catalyst mixture, are fed to a heated main reactor and decomposed by heating to a temperature of 350 to 600 ° C in carbonized coke and carbonization gas.
  • the carbonization coke is treated with the carbonization gas in a post-treatment reactor at temperatures of 360 to 600 ° C, further degassed and activated by the water vapor contained in the carbonization gas. It is an object of the invention to further improve the recycling of waste materials and in particular to make them more efficient.
  • a first aspect of the invention relates to a method for activating activated carbon within a gasification process, comprising: (i) a first process step, comprising thermal decomposition of a carbon-containing starting material, in particular biomass, in a first reaction zone
  • the preparation preferably takes place immediately after the production of the product gas in the second process stage, ie after the pyrolysis gas has been prepared, in a third process stage.
  • the invention advantageously allows the coupled, in particular the at least substantially simultaneous, generation of an energy-rich product gas, which can be fired, for example, for the generation of electricity and / or heat, and of activated carbon, which is otherwise, for example as an ad
  • the generation of the activated carbon according to the invention is particularly efficient since, in contrast to conventional approaches, the product gas generated immediately before is preferably used for this purpose. As a result, it is not necessary in complex and energy-intensive external processes
  • the physical activation of the activated carbon can take place particularly reliably and efficiently, since the product gas after the second process stage, i.e. after the separate treatment of the pyrolysis gas in the second
  • the preparation includes e.g. steam reforming. This eliminates the, as a rule, energy-intensive, separate or external provision of an activation gas specially designed for activation.
  • the thermal energy contained in the product gas which remains unused in conventional processes, can be used as part of the activation and thus enable or at least support the activation.
  • the provision of further energy necessary for activation can thus be made superfluous or at least reduced.
  • the invention allows an improved, in particular more efficient, utilization of carbon-containing starting material, in particular biomass.
  • Preferred embodiments of the invention and their developments are described below, each of which, as far as this is not expressly excluded, can be combined as desired with one another and with the aspects of the invention described below.
  • the thermal energy required to activate the pyrolysis coke is provided, at least partially, preferably exclusively, by the product gas.
  • the pyrolysis coke does not have to be heated up to an activation temperature, or only slightly, but can at least partially, preferably exclusively, by the pro
  • the pyrolysis coke can be activated in thermal insulation, e.g. in a thermally insulated third reaction zone, so that the thermal energy provided by the product gas does not dissipate, or at least only slightly, in the third reaction zone. This enables a particularly efficient production of activated carbon from the first process
  • the product gas can have a temperature level which is particularly suitable for the physical activation of the pyrolysis coke.
  • the pyrolysis gas can be reformed at approximately 950 ° C., so that the thermal energy contained in the product gas, in particular supplied in the course of the second process stage, is sufficient to effect the activation. Therefore, it is usually not necessary to provide additional heat in the third reaction zone.
  • the thermal energy required for activation can also be introduced into the third reaction zone in some other way, for example via external heating.
  • the pyrolysis coke is activated at an activation temperature that depends on a generation temperature during the generation of the product gas, in particular, at least essentially, is defined by the generation temperature.
  • the activation temperature can correspond, at least essentially, to the generation temperature.
  • the third reaction zone can be arranged in the vicinity, in particular immediately next to, the second reaction zone, so that a short gas-conducting connection for transferring the product gas can be produced between the second and third reaction zones.
  • the gas-conducting connection is preferably thermally insulated in order to dissipate heat
  • the activation temperature in the third reaction zone is preferably coupled to the production temperature in the second reaction zone such that the activation temperature is 100 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less, in particular 25 ° C. or less, below the generation temperature. This allows a particularly efficient use of the generation of the
  • the product gas is generated at a generation temperature that is between 700 and 1200 ° C, preferably between 800 and 1000 ° C, especially between 925 and 975 ° C.
  • This generation temperature enables, in addition to a reliable, in particular at least in the substantial conversion of the pyrolysis gas into product gas, also a particularly fast and / or reliable, in particular at least substantially complete, conversion of the pyrolysis coke in the third reaction zone.
  • a generation temperature that is between 700 and 1200 ° C, preferably between 800 and 1000 ° C, especially between 925 and 975 ° C.
  • This generation temperature enables, in addition to a reliable, in particular at least in the substantial conversion of the pyrolysis gas into product gas, also a particularly fast and / or reliable, in particular at least substantially complete, conversion of the pyrolysis coke in the third reaction zone.
  • the pyrolysis gas can be subjected to a heat exchange process in the second reaction zone in order to reach the generation temperature, in which heat energy is preferably obtained from a solid, for example a heat transfer medium
  • ⁇ O germ medium to which pyrolysis gas is transferred.
  • additional thermal energy can be introduced until the desired generation temperature is reached.
  • the generation temperature can be achieved by, in particular, a heat transfer medium preheated to a defined temperature
  • the heat transfer medium can pass through the second reaction zone in the form of a moving bed, it being possible for the pyrolysis gas transferred from the first reaction zone to the second reaction zone to flow through it, preferably in the countercurrent direction.
  • the pyrolysis gas is in
  • the temperature of the product gas produced can be reliably set.
  • water vapor is added to the pyrolysis gas, which is used to generate the product gas in the second reaction zone. In this way, steam reforming of the pyrolysis gas can be achieved.
  • the amount of water vapor added can in particular be selected such that the product gas produced thereby has a high water vapor content, for example of more than 15% by volume, in particular of more than 25% by volume, which results in long-chain hydrocarbon molecules in the product gas can be completely thermally decomposed into short-chain molecules NEN.
  • the product gas generated in this way can not only be advantageously burnt to generate energy, but the pyrolysis coke in the third process stage can also be converted into activated carbon in a particularly reliable manner, in particular at least essentially completely.
  • the water vapor is preferably introduced into the first reaction zone. This enables an improvement in the convective heat transfer and / or a good mixing of pyrolysis gas and water vapor.
  • the water vapor can also be introduced into the second reaction zone. This enables a particularly targeted mixing of pyroly
  • the water vapor is preferably provided outside the first and / or second reaction zone, e.g. in a steam generator
  • ⁇ 5 prepared, and introduced into the first reaction zone.
  • the temperature control in the first reaction zone can be facilitated or the temperature can be kept stable.
  • water can also be introduced into the first or second reaction zone, which is converted into water vapor due to the pyrolysis temperature prevailing in the first or second reaction zone
  • the water vapor can be at least partially contained in the carbon-containing starting material, in particular in the biomass, and can be released during the thermal decomposition.
  • the energy used for the thermal decomposition of the starting material or for the production of the product gas can be used particularly efficiently.
  • the water vapor is added and / or the generation temperature selected such that the product gas has at least one of the following: (i) a water vapor content between 15 and 45 vol.%, Preferably between 20 and 40 vol. %, especially about 30 vol%; (ii) a carbon dioxide content of between 5 and 30% by volume, preferably between 10 and 20% by volume, in particular about 15% by volume; and / or (iii) a carbon monoxide content between 10 and 30 vol.%, preferably between 15 and 25 vol.%, in particular about 20 vol.%.
  • a water vapor content between 15 and 45 vol.%, Preferably between 20 and 40 vol. %, especially about 30 vol%
  • a carbon dioxide content of between 5 and 30% by volume, preferably between 10 and 20% by volume, in particular about 15% by volume
  • a carbon monoxide content between 10 and 30 vol.%, preferably between 15 and 25 vol.%, in particular about 20 vol.%.
  • the product gas produced is combustible efficiently on the one hand for generating energy, and on the other hand can be used for the particularly reliable, in particular at least essentially complete, implementation of the pyrolysis coke.
  • the water vapor preferably contained in the product gas and the carbon dioxide preferably contained in the product gas both have, individually or in each
  • the addition of water vapor and / or the generation temperature are preferably regulated in such a way that at least one of the abovementioned properties of the product gas mentioned under (i) to (iii) is established.
  • the composition of the product gas can be set.
  • the amount of water vapor added is preferably regulated and / or the time of addition to the desired properties of the
  • the regulation of the generation temperature may include maintaining the temperature for a predetermined period of time and alternatively or additionally driving temperature ramps.
  • the production of the product gas in the second reaction zone can thus be precisely matched to the activation of the pyrolysis coke in the third reaction zone.
  • production conditions can be set in the second reaction zone which allow the production of a particularly low-tar product gas, whereby subsequently high-quality activated carbon can be produced.
  • At least a portion of the water vapor is already added in the first reaction zone during the thermal decomposition, so that partially activated pyrolysis coke is generated which is activated at least predominantly, preferably at least substantially completely, in the third reaction zone using the product gas.
  • the water vapor can, for example, be fed into the first reaction zone together, in particular at the same time, with the carbon-containing starting material. If necessary, water with the starting material in the
  • the pyrolysis coke is partially activated using the added water vapor in the first reaction zone at a temperature
  • the water vapor is preferably supplied below the starting material in the first reaction zone, so that it is the starting material at the same
  • the starting material is decomposed in the first reaction zone at a pyrolysis temperature which is between 300 and 900 ° C, preferably between 600 and 800 ° C, in particular between 650 and 750 ° C. This pyrolysis temperature enables, in addition to a reliable, esp
  • ⁇ O of the pyrolysis coke is partially activated, and if necessary also by regulating the addition of water vapor to at least partially determine the properties of the activated carbon later produced in the third reaction zone. It is conceivable, for example, to match the partial activation to the amount of pyrolysis coke to be activated later, so that it can be ensured that
  • the product gas stream generated in the second reaction zone i.e. the amount of product gas generated per unit of time is sufficient to completely convert the partially activated pyroly sekoks into activated carbon in the third reaction zone.
  • At least a portion of the pyrolysis coke is preconditioned when transferred to the third reaction zone.
  • the pyrolysis coke produced in the first reaction zone 20 parts are removed from the first reaction zone and a binder is added before it is introduced into the third reaction zone for activation.
  • the pyrolysis coke which has been discharged and optionally mixed with a binder can also be given a predetermined one in one molding step
  • the mold is transferred, for example pressed into pellets, before it is introduced into the third reaction zone for activation.
  • the pyrolysis coke preconditioned in this way can be activated particularly effectively, in particular completely, in the third reaction zone.
  • the pyrolysis coke in the third reaction zone is continuously, at least substantially, mixed with the product gas during activation.
  • a fluidized bed of product gas can be provided in the third reaction zone, which mixes the pyrolysis coke
  • the product gas can be introduced into the third reaction zone, in particular blown in, in such a way that the fluidized bed is formed.
  • the pyrolysis coke can be taken up in a drum through which the product gas can flow and the drum for mixing the pyrolysis coke, in particular
  • the pyrolysis coke can, at least essentially, completely flow around pyrolysis gas, so that at least a large part of the pyrolysis coke to be activated, in particular a large part of its surface, comes into contact with the pyrolysis gas.
  • the pyrolysis coke can also be mixed, at least essentially, when the pyrolysis coke is fed into the third reaction zone.
  • the pyrolysis coke can also be mixed, at least essentially, when the pyrolysis coke is fed into the third reaction zone.
  • the product gas is passed through the third reaction zone in countercurrent to the pyrolysis coke.
  • the product gas can flow through the third reaction zone counter to a conveying direction in which the pyrolysis coke is transported through the third reaction zone. It is about
  • the product gas sweep over a conveying means of the third reaction zone, in particular a moving bed of a moving bed reactor, against the conveying direction. Passing the product gas in countercurrent through the third reaction zone enables particularly good heat transfer from product gas to pyrolysis coke within the third reaction zone.
  • the pyrolysis coke is preferably fed to the third reaction zone in an entry region.
  • the activated carbon produced from the pyrolysis coke can be discharged from the third reaction zone in an outlet area.
  • the product gas of the third reaction zone is via an inlet
  • hot product gas which in particular can have a high water vapor, carbon dioxide and / or carbon monoxide content, whereby an, at least almost, complete conversion, in particular a substantially uniform activation, of the pyrolysis coke can be ensured ,
  • the pyrolysis coke entering the third reaction zone can initially come into contact with product gas, which may have cooled slightly, which may also have a reduced water vapor, carbon dioxide and / or carbon monoxide content.
  • the product gas can also be used in cocurrent or cross-flow, i.e. at least substantially along or perpendicular to a transport direction of the pyrolysis coke through the third reaction zone, through the third reaction zone.
  • the product gas is activated after activation of the
  • pyrolysis coke passed through a separator and there from pyrolysis coke residues and / or activated carbon residues, in particular physically, cleaned.
  • Particles contained in the product gas can be separated, for example, by utilizing the centrifugal force, for example in a separating device configured as a cyclone.
  • the purified product gas can, if necessary after further, in particular chemical, cleaning steps to generate energy, are burned or used as materials.
  • the pyrolysis coke residues and / or active carbon residues filtered from the product gas stream are preferably returned to the third reaction zone
  • a portion of the pyrolysis coke is fired in a heater to heat a heat transfer medium which is the second reaction zone to produce the product gas and / or the first reac
  • the part of the pyrolysis coke to be burned is determined in dependence on an amount of pyrolysis coke which can be activated by the product gas generated.
  • the pyrolysis coke produced during the thermal decomposition can thus be used particularly efficiently, in particular completely.
  • Alternativ 5 it is also conceivable to discharge part of the, if necessary partially activated, pyrolysis coke and to recycle it for other purposes, for example as biochar.
  • the part of the pyrolysis coke to be discharged is preferably determined as a function of an amount of pyrolysis coke that can be activated by the product gas generated.
  • 20 pyrolysis coke produced by the thermal decomposition can be used particularly efficiently, in particular completely.
  • a second aspect of the invention relates to a device for producing activated carbon, which is set up to carry out a method according to the first aspect of the invention.
  • a device for producing activated carbon which is set up to carry out a method according to the first aspect of the invention.
  • Such a device allows an alternative or
  • the device has a first reaction zone in which pyrolysis coke and pyrolysis gas can be generated by thermal decomposition of carbon-containing starting material, in particular biomass.
  • a second reaction zone is gas-conducting with the first reaction zone
  • a product gas that can be used to activate the pyrolysis coke from at least part of the pyrolysis gas.
  • a third reaction zone which is connected to the second reaction zone in a gas-conducting manner, at least part of the pyrolysis coke can be processed into activated carbon using the product gas.
  • Eingeholder O set up to transfer at least part of the pyrolysis coke from the first reaction zone to the third reaction zone.
  • the first and the second reaction zone can preferably be filled with a heat carrier medium, via which the pyrolysis temperature necessary for thermal decomposition or that for the production of product gas from the pyro
  • the device preferably has a heating zone which is set up for heating the heat transfer medium and which can be heated, in particular by means of a heating device.
  • the first reaction zone is preferably arranged below the second reaction zone, which in turn is below the opening
  • the heating zone is arranged.
  • the heat transfer medium in particular heated to the generation temperature, can then simply be transferred into the second reaction zone using gravity, where it is flowed around by the pyroly segas.
  • the heat transfer medium continues to cool down to the pyrolysis temperature and can then easily, also using the
  • the first reaction zone is preferably set up to mix the heat transfer medium with the carbon-containing starting material in order to ensure complete thermal decomposition of the starting material. After the starting material in pyrolysis coke and pyrolysis gas, which before
  • the pyro- Lysekoks separated from the heat transfer material in a separation zone and transferred to the third reaction zone by means of the first conveyor, for example a screw conveyor.
  • the separated heat transfer material is preferably returned to the opening by means of a further, second conveying device
  • the third reaction zone can preferably be configured as a rotary tube reactor which has a rotatably mounted drum and is set up to rotate the drum to mix the pyrolysis coke it has taken up.
  • the third reaction zone can also be different
  • ⁇ 0 be guided, for example as a moving bed reactor with a funding in which the pyrolysis coke transported with the aid of the funding can be swept over by the product gas.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a device for producing activated carbon.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an apparatus for generating
  • 3 shows an embodiment of a second reaction zone
  • 4 shows an embodiment of a third reaction zone
  • Fig. 5 shows an embodiment of a method for generating Aktivkoh le.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device 1 for generating
  • the carbon-containing starting material for example biomass or carbon-containing residues, is preferably activated by means of a conveyor system 5
  • the reservoir can be formed by a container, a storage hall and / or a landfill, from which the starting material is actively removed or passively flows or slides.
  • the conveyor system 5 is advantageously set up to preheat the conveyed starting material before it is introduced into the first reaction zone 2 in order to facilitate the thermal decomposition in the first reaction zone 2.
  • the first conveyor system 5 can also be set up to use the drying device for drying the starting material
  • the conveyor system 5 is preferably designed as an internally heatable, in particular cylindrical, shaft, into which a heat transfer medium can be introduced in addition to the initial material.
  • the heat transfer medium is, as described below, preheated and causes a pyrolysis temperature between
  • the second reaction zone 3 is advantageously arranged above the first reaction zone 2, so that the heat transfer medium using gravity, i.e. without an active funding, into the first reaction zone 2
  • ⁇ O can be introduced.
  • the starting material and heat transfer medium mix in a preferred manner. This can be done by inserting two in un simultaneously
  • the first reaction zone 2 can also have a, in particular mechanical, mixing device for mixing the starting material with the heat transfer medium.
  • The, optionally preheated, starting material is thereby heated to the pyrolysis temperature and decomposes thermally with the formation of pyroly sekoks and a pyrolysis gas, the latter being passed into the second reaction zone 3 and converted there into a product gas, which in turn is passed into the third reaction zone 4 is directed. Details on this are given below in the Together
  • the pyrolysis coke, together with the heat transfer medium, is preferably discharged into a separation zone 6 in order to separate the pyrolysis coke from the heat transfer medium.
  • the separation zone 6 can be below the first th reaction zone 2 can be arranged so that the mixture of pyrolysis coke and heat transfer medium can be transferred from the first reaction zone 2 into the separation zone 6 using gravity.
  • the separation zone 6 can, for example, have a mechanical sieve arrangement
  • the heat transfer medium preferably a bulk material with dimensionally stable particles, such as steel balls or ceramic balls with a defined, narrow particle size distribution, can be removed as coarse material, while the pyrolysis coke is preferably removed as fine material. It is also conceivable to configure the separation zone 6 in such a way that
  • the pyrolysis coke separated from the heat transfer medium is transported to the third reaction zone 4 by means of a first conveyor 10, for example a screw conveyor or another conveyor suitable for operation at high temperatures, where it is also transferred to the third reaction zone 4 by means of the first conveyor 10, for example a screw conveyor or another conveyor suitable for operation at high temperatures, where it is also transferred to the third reaction zone 4 by means of the first conveyor 10, for example a screw conveyor or another conveyor suitable for operation at high temperatures, where it is also transferred to the third reaction zone 4 by means of the
  • the thermal energy required for the activation of the pyrolysis coke is preferably provided by the product gas, which is conducted as a, preferably continuous, product gas stream from the second reaction zone 3 through the third reaction zone 4. Therefore, the third reaction zone 4 is advantageous in the
  • the first conveyor 10 can therefore in particular be set up to move the pyrolysis coke from the first reaction zone 2, in particular from the separation zone 6, against the force of gravity into the
  • the pyrolysis coke and / or activated carbon particles can be filtered out in a separating device 12.
  • the Trennein device 12 is formed, for example, as a cyclone in which the particles contained in the product gas are separated by the centrifugal force. Compared to a purely chemical purification of the product gas, this has under
  • Another advantage is that the filtered particles can be transferred back to the third reaction zone 4.
  • the activated carbon produced is then transferred to a post-treatment device 7, where the activated carbon is prepared for its further use, for example by means of an HCl wash.
  • the heat transfer medium separated from the pyrolysis coke in the separation zone 6 is transferred via a further, second conveying device 9, for example a bucket elevator or a container elevator, into a warm-up zone 8, in which the heat transfer medium is transferred to a necessary or to generate the product gas from the pyrolysis gas at least advantageous generation temperature is brought.
  • a further, second conveying device 9 for example a bucket elevator or a container elevator
  • the second conveying device 9 can be set up to preheat the conveyed heat transfer medium so that the generation temperature can be achieved more easily.
  • the heat transfer medium is preferably transferred from the heating zone 8 into the second reaction zone 3 using the force of gravity
  • the heating zone 8 is preferably arranged above the second reaction zone 3.
  • the further conveying device can therefore also be set up to guide the heat transfer medium against gravity from the first reaction zone 2, in particular from the separation zone 6, into the heating zone 8.
  • the heat transfer medium passes through the warming-up zone 8, preferably by gravity-driven moving beds, and hot flue gas, in particular in countercurrent, flows around it. As a result, the heat transfer medium can be heated up to the generation temperature.
  • the hot smoke gas can be
  • the heating device 1 1 can be designed as a multi-component burner in which one or more different fuels can be burned
  • the fuel are preferably provided outside of the device 1.
  • the fuel can, at least in part, be formed by part of the pyrolysis coke produced in the first reaction zone 2, which, particularly after the separation from the heat transfer medium in the separation zone 6, is drawn off and the heating device 11 is countered
  • part of the product gas can also be burned in the heating device. These options are indicated by dashed arrows.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device 1 for production
  • the device 1 shown essentially corresponds to the device described in connection with FIG. 1. However, transport routes of gases, in particular volatile reactants or products, between the individual components of the device 1 are indicated by arrows.
  • the carbon-containing starting material fed to the first reaction zone 2 is thermally decomposed to produce pyrolysis coke and pyrolysis gas, and the pyrolysis gas formed thereby preferably rises into the second reaction zone 3, which is connected to the first reaction zone 2 in a gas-conducting manner.
  • the gas-conducting connection between the first and second reaction zones 2, 3 is preferably in addition to the lock described in connection with FIG. 1 through which the heat transfer medium is introduced from the second reaction zone 3 into the first reaction zone 2, in order to enable an unimpeded outflow of the gas from the first reaction zone.
  • the heat transfer medium can be introduced through the lock sequentially or metered from the second into the first reaction zone 3, 2.
  • the pyrolysis gas in the second reaction zone 3 preferably flows through a bed of heat transfer medium which is at a production temperature for producing product gas from pyrolysis gas, in particular for cracking
  • ⁇ O pyrolysis gas containing tars is heated.
  • the pyrolysis gas is converted into the product gas. Further details on the production of the product gas are described below in connection with FIG. 3.
  • ⁇ 5 ches to activate the pyrolysis coke in the third reaction zone 4 can be replaced, ensure that steam is mixed with the pyrolysis gas in a preferred manner.
  • the steam can be added in particular in the first reaction zone 2, so that the thermal decomposition, i.e. the conversion of the carbonaceous raw material into pyrolysis coke and
  • the product gas produced in this way in the second reaction zone 3, in particular low-tar and / or hydrogen-rich, which is preferably present at the production temperature between 700 and 1200 ° C., preferably between 800 and 1000 ° C., in particular between 925 and 975 ° C. is conducted into the third reaction zone 4, which is connected in a gas-conducting manner to the second reaction zone 3.
  • the transport route for the product gas between the second and third reaction zones 3, 4 is kept as short as possible, for example by the third reaction zone 4 immediately next to the second reak
  • the gas-conducting connection between the second and third reaction zones 3, 4 can be thermally insulated.
  • the third reaction zone 4 can also be at least slightly above the second reaction
  • ⁇ O zone 3 be arranged so that Product gas can passively rise into the third reaction zone 4.
  • a suitable active conveying means for example a fan, to move the product gas stream from the second to the third reaction zone 3, 4 and, if appropriate, also the stream of pyrolysis gas from the first to the second reaction
  • Sicherumble 5 on zone 2, 3 ensure. Due to the high temperatures in this area of the device 1, the conveying means can also be arranged further downstream, in particular downstream of the third reaction zone 4, where the product gas has already cooled.
  • the product gas also enters the third reaction zone 4
  • reaction zone 4 transferred pyrolysis coke in contact, which is thereby processed to Aktivkoh le.
  • the product gas can then be used further, for example burned in a combined heat and power plant to generate energy. Before this, however, the product gas should still be cleaned, in particular physically by a separating device 12, which in connection with FIG.
  • a cleaning device 13 can be provided, which is set up for further, in particular chemical, cleaning of the product gas, possibly depending on the intended further use of the product gas.
  • a heating device 11 can be provided, which is connected to the heating zone 8 in a heat-conducting manner. The thermal energy generated by the heating device 1 1 can, in particular, counter
  • combustion exhaust gases are also additionally and / or at least partially provided in the form of hot combustion exhaust gases in the warming-up zone 8.
  • the combustion exhaust gases are preferably passed in countercurrent to the heat transfer medium, in particular through a bed of the heat transfer medium at the bottom of the warming-up zone 8, and escape in an upper region of the up
  • the combustion gases Since the heat transfer medium is already transferred from the first reaction zone 2, possibly from a separation zone (see FIG. 1), to the heating zone 8 at a base temperature of more than 500 ° C., the combustion gases generally have a residual temperature in the region of the base temperature .
  • ⁇ 5 which can be used in a heat recovery device 14, such as a heat exchanger. If necessary, the exhaust gases are further fed to an exhaust gas cleaning device 15, where they can be cleaned, physically and / or chemically, for example with regard to legally prescribed limit values, and then encountered.
  • a heat recovery device 14 such as a heat exchanger.
  • the exhaust gases are further fed to an exhaust gas cleaning device 15, where they can be cleaned, physically and / or chemically, for example with regard to legally prescribed limit values, and then encountered.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a second reaction zone 3, which is flowed through egg nem generated in a arranged below the second reaction zone 3 reaction zone 2 pyrolysis gas, which is converted into a product gas for activating pyrolysis coke.
  • the product gas is generated from the pyrolysis gas at a generator
  • the generation temperature is reached by filling the second reaction zone 3 with a preheated heat transfer medium 16, which is preferably as Bulk material, such as steel balls or ceramic balls, is executed and collects on the bottom of the second reaction zone 3 in the form of a bed 17.
  • a preheated heat transfer medium 16 which is preferably as Bulk material, such as steel balls or ceramic balls
  • the pyrolysis gas enters the second reaction zone 3 via a gas-conducting connection 18 between the first and second reaction zones 2, 3, the
  • the heat transfer medium 16 preheated to the production temperature, enters the second reaction zone 3 in the upper region of the second reaction zone 3, for example through a first bulk material lock 20a, the heat transfer medium 16 preferably metering from the first bulk material lock 20a, in particular cyclically the second reaction zone 3 can be admitted.
  • the second heat transfer medium falls into the second reaction zone 3 due to gravity.
  • the heat transfer medium 16 cooled to the pyrolysis temperature in the meantime, in particular due to the preferably continuous flow of the coolant pyrolysis gas through the bed 17 taking advantage of the
  • the gas-conducting connection 18 preferably leads around the second bulk material lock 20b in order to enable the pyrolysis gas to pass unhindered from the first into the second reaction zone 2, 3. Chen when the second bulk goods lock 20b is closed.
  • the confluence of the gas-conducting connection 18 in the second reaction zone 3 is arranged in the second reaction device 3 such that the pyrolysis gas emerging from it causes the bed 17 on the bottom of the second reaction zone 3
  • the third reaction zone 4 is designed as a rotary tube reactor with a drum 22, into which the pyrolysis coke 21 can be introduced via an inlet area 22a and can be designed as activated carbon via an outlet area 22b.
  • the drum 22 is rotatably mounted, so that a thorough mixing of the pyrolysis
  • the promotion of the pyrolysis coke 21 from the entry area 22a to the exit area 22b along a conveying direction 23 can at least be supported by the rotation of the drum 22, in particular if the third reaction zone 4 is tilted with respect to a horizontal line, so that the exit area
  • the third reaction zone 4 is flowed through by the product gas as product gas stream 24 in the opposite direction to the conveying direction 23.
  • the product gas comes completely into contact with the pyrolysis coke 21, so that a
  • the product gas preferably enters the third reaction zone 4 through an inlet opening 25a in the outlet region 22b and exits the third reaction zone 4 through an outlet opening 25b in the inlet region 22a.
  • the Inlet opening 25a is connected to a second reaction zone in a gas-conducting manner (see FIG. 2), so that product gas can be provided in the third reaction zone 4, at least essentially continuously.
  • the outlet opening 25b is preferably connected in a gas-conducting manner to a separating device
  • the product gas stream 24 can be cleaned of pyrolysis coke and / or activated carbon particles received in the drum 22 when flowing around the pyrolysis coke 21.
  • the pyrolysis coke and / or activated carbon particles separated from the product gas stream 24 can be returned to the third reaction zone 4 via the inlet region 22a.
  • the temperature in the third reaction zone 4 for activating the pyrolysis coke 21 is preferably regulated exclusively by the product gas entering the drum 22 via the inlet opening 25a.
  • the activation temperature at which the pyrolysis coke 21 is activated corresponds, at least essentially, in a preferred manner to a generation
  • a zone heater (not shown) can be provided, which is set up to provide heat and to introduce the heat generated into the third reaction zone 4.
  • zone heating can be provided, which is set up to provide heat and to introduce the heat generated into the third reaction zone 4.
  • the fuel 20 or one or more different fuels can be burned. These fuels are preferably provided outside the device. In one embodiment, however, the fuel can be formed, at least in part, from part of the pyrolysis coke produced in the first reaction zone. Alternatively or additionally, part of the
  • Fig. 5 shows a preferred embodiment of a method 100 for He generation of activated carbon.
  • a carbon-based starting material for example biomass or similar biogenic waste, is oils that occur in households and / or industrial processes are thermally decomposed into pyrolysis coke and pyrolysis gas in a first reaction zone.
  • a preheated heat transfer medium can be supplied to the first reaction zone, which is used for a defined
  • the heat transfer medium is preferably in bulk, i.e. as dimensionally stable particles, such as steel balls or ceramic balls, with a diameter between 0.1 and 200 mm, preferably between 1 and 100 mm, in particular between 10
  • the heat transfer medium can therefore advantageously mix with the starting material.
  • the heat transfer medium can preferably be metered into the first reaction zone, in particular by means of a bulk material lock. Sinks
  • the temperature in the first reaction zone over time for example due to the progressive decomposition of the starting material, can accordingly further hot heat transfer medium be supplied.
  • water vapor can be added to the pyrolysis gas generated in a further process step S2
  • the water vapor is preferably added in the first reaction zone. As a result, partial activation of the pyrolysis coke is achieved directly when it is created.
  • the heat transfer medium should be separated from the pyrolysis coke again.
  • the mixture is in one
  • step S3 is therefore separated in a separation zone, for example by mechanical screening or wind sifting.
  • the thermal decomposition of the starting material, the metered feeding of the carrier material into the first reaction zone, the addition of water vapor and the separation of the heat transfer medium are preferably part of a first process stage P1, which preferably includes all process steps,
  • step S4 the pyrolysis gas generated is transferred to a second reaction zone and the pyrolysis coke produced is transferred to a third reaction zone.
  • the transfer of the pyrolysis gas preferably
  • ⁇ O is reached via a gas line opening into the first and second reaction zones, through which the pyrolysis gas can escape from the first reaction zone into the second reaction zone, a first conveyor, for example a conveyor belt or a conveyor screw, can be provided for the transfer of the pyrolysis coke his.
  • a first conveyor for example a conveyor belt or a conveyor screw
  • the pyrolysis gas is converted in the second reaction zone into a product gas which can be used to activate the pyrolysis coke.
  • the pyrolysis gas is preferably heated to a production temperature which is above the pyrolysis temperature in the first reaction zone, so that tars contained in the pyrolysis gas are
  • the pyrolysis gas can be passed through a bed of the heat transfer medium on the bottom of the second reaction zone.
  • the pyrolysis gas can be passed in countercurrent to the heat transfer medium through the second reaction zone before it emerges in an upper region of the second reaction zone.
  • the heat transfer medium preheated in a heating zone is preferably metered, for example via a bulk material lock in the upper region of the second reaction zone, into the second reaction zone, where it forms the bed.
  • the generation temperature is preferably selected in such a way that
  • additional water vapor can optionally be added in the second reaction zone.
  • This additional water vapor is preferably added in the region of the gas line between the first reaction zone and the second reaction zone before the pyrolysis gas with the hot heat transfer medium in the
  • the generation of the product gas, the metered feeding of the carrier material into the second reaction zone and the addition of further water vapor are preferably part of a second process stage P2, which preferably includes all process steps which are within or at least corresponding
  • the product gas generated is transferred to the third reaction zone.
  • the temperature of the product gas is preferably kept stable before. For example, the temperature drops during transfer tion in the third reaction zone less than 100 ° C, preferably less than 50 ° C, in particular less than 25 ° C from the production temperature.
  • step S7 the pyrolysis coke is acted upon by the hot product gas which is conducted into the third reaction zone, in order to produce an act
  • the pyrolysis coke can be transported, for example, through the third reaction zone, for example by means of a conveyor belt or by sliding due to gravity, while the hot product gas sweeps over or flows around the pyrolysis coke.
  • the product gas is pre
  • the pyrolysis coke is preferably mixed, particularly preferably with the pyrolysis gas.
  • the third reaction zone can be designed as a rotary tube reactor, the pyrolysis coke being a rotatable stream
  • the rotational movement in particular when the axis of rotation of the drum is inclined relative to a horizontal, can effect or at least support the transport of the pyrolysis coke through the third reaction zone.
  • the pyrolysis gas can pass through a separating device in which particles absorbed by the product gas during activation are separated again.
  • the product gas physically purified in this way can then be subjected to further chemical cleaning steps
  • the activated carbon is also preferably chemically cleaned before further use.
  • the activated carbon can be moved from the third reaction zone into an aftertreatment device. transferred and processed there, in particular according to the intended use.
  • the activation of the pyrolysis coke, the cleaning of the product gas and the processing of the activated carbon are preferably part of a third process stage P3, which preferably includes all process steps which are carried out within or at least corresponding to the third reaction zone.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aktivkohle in einem Vergasungsprozess. Eine erste Prozessstufe weist ein thermisches Zersetzen eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, insbesondere von Biomasse, in einer ersten Reaktionszone unter Erzeugung von Pyrolysekoks und Pyrolysegas auf, wobei zumindest ein Teil des erzeugten Pyrolysegases aus der ersten Reaktionszone in eine zweite Reaktionszone und zumindest ein Teil des Pyrolysekokses aus der ersten Reaktionszone in eine dritte Reaktionszone überführt wird. Eine zweite Prozessstufe weist ein Erzeugen eines zur Aktivierung des Pyrolysekokses einsetzbaren Produktgases aus dem Pyrolysegas in der zweiten Reaktionszone auf, wobei das Produktgas in die dritte Reaktionszone überführt wird. Eine dritte Prozessstufe weist ein Aktivieren zumindest eines Teils des Pyrolysekokses zu Aktivkohle mithilfe des Produktgases in der dritten Reaktionszone auf.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON
AKTIVKOHLE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ak- 5 tivkohle in einem Vergasungsprozess.
Aufgrund von begrenzter Ressourcenverfügbarkeit und stetig wachsendem Energiebedarf werden Abfallstoffe in zunehmendem Maße wiederverwertet. Da bei gibt es verschiedene Ansätze, diese Abfallstoffe, beispielsweise Biomasse, Plastikmüll, Restmüll und/oder dergleichen, nachhaltig zu recyceln. So sind etwa Ί 0 Pyrolyseverfahren bekannt, welche die Erzeugung von sauberer, erneuerbarer Energie aus Abfallstoffen erlauben. Bei der thermischen Zersetzung von organi schen Stoffen können dabei isolierte gasförmige Bestandteile beispielsweise aufbereitet und als so genanntes Produktgas zur Energiegewinnung verbrannt oder stofflich verwertet werden. Der Energiegehalt weiterer, bei der Zersetzung Ί 5 der Abfallstoffe oder beim Aufbereiten der gasförmigen Bestandteile abfallender Nebenprodukte kann dabei zur Aufrechterhaltung der Zersetzung oder der Auf bereitung eingesetzt werden, etwa indem die weiteren Nebenprodukte verbrannt werden und die dabei gewonnene Wärmeenergie zur thermischen Zersetzung der organischen Stoffe verwendet wird. Alternativ können solche Nebenprodukte 20 aber auch extern weiter aufbereitet und anderweitig stofflich verwertet werden.
Aus DE 199 36 524 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermolyti- schen Aufarbeitung von polymer- und zellulosehaltigen Stoffen, insbesondere Shredderleichtgut, bekannt. Die polymer- und zellulosehaltigen Stoffe werden, gemeinsam mit einer stickstoffhaltigen Zuschlagstoff-Katalysator-Mischung, ei- 25 nem beheizten Hauptreaktor zugeführt und durch Erhitzung auf eine Temperatur von 350 bis 600°C in Schwelkoks und Schwelgas zersetzt. Der Schwelkoks wird in einem Nachbehandlungsreaktor bei Temperaturen von 360 bis 600°C mit dem Schwelgas behandelt, weiter entgast und durch den im Schwelgas enthaltenen Wasserdampf aktiviert. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Verwertung von Abfallstoffen weiter zu verbessern und insbesondere effizienter zu machen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung
5 sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung von Aktiv kohle innerhalb eines Vergasungsprozesses, aufweisend: (i) eine erste Prozess stufe, aufweisend ein thermisches Zersetzen eines kohlenstoffhaltigen Aus gangsmaterials, insbesondere von Biomasse, in einer ersten Reaktionszone
Ί O unter Erzeugung von Pyrolysekoks und Pyrolysegas; (ii) Überführen von zumin dest einem Teil des erzeugten Pyrolysegases aus der ersten Reaktionszone in eine zweite Reaktionszone und Überführen zumindest eines Teils des Pyrolyse kokses aus der ersten Reaktionszone in eine dritte Reaktionszone; (iii) eine zweite Prozessstufe, aufweisend ein Erzeugen eines zur Aktivierung des Pyroly
Ί 5 sekokses einsetzbaren Produktgases aus dem Pyrolysegas in der zweiten Re aktionszone; (iv) Überführen des Produktgases in die dritte Reaktionszone; und (v) eine dritte Prozessstufe, aufweisend ein Aktivieren zumindest eines Teils des Pyrolysekokses zu Aktivkohle mithilfe des Produktgases in der dritten Reakti onszone.
20 Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren, in denen der in der ersten Pro zessstufe beim thermischen Zersetzungsprozess des Ausgangsmaterials zu rückbleibende Pyrolysekoks mitverbrannt wird oder ausgeschleust und zur Be reitstellung des Wärmebedarfs des Zersetzungsprozesses, etwa in einem Mehr- komponenten-Brenner, verfeuert wird, kann der Pyrolysekoks erfindungsgemäß
25 aufbereitet und als Aktivkohle mit einem breiten Anwendungsspektrum einge setzt werden. Die Aufbereitung findet dabei vorzugsweise unmittelbar nach der Erzeugung des Produktgases in der zweiten Prozessstufe, d.h. nach einer Auf bereitung des Pyrolysegases, in einer dritten Prozessstufe statt. Man kann des halb auch von einem integrierten Aktivierungsprozess sprechen. Dadurch erlaubt die Erfindung vorteilhaft die gekoppelte, insbesondere die zu mindest im Wesentlichen gleichzeitige, Erzeugung eines energiereichen Pro duktgases, welches beispielsweise zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung ver feuert werden kann, und von Aktivkohle, die anderweitig, beispielsweise als Ad
5 sorptionsmittel zur Filterung oder als Trägermaterial von Katalysatoren, verwen det werden kann. Die erfindungsgemäße Erzeugung der Aktivkohle ist dabei besonders effizient, da hierzu, im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen, das vorzugsweise unmittelbar zuvor erzeugte Produktgas eingesetzt wird. Dadurch ist es nicht notwendig, in aufwändigen und energieintensiven externen Prozes
Ί O sen eine separate Aktivierung des bei der Erzeugung des Produktgases aus dem Ausgangsmaterial anfallenden Pyrolysekokses vorzunehmen.
Die physikalische Aktivierung der Aktivkohle kann erfindungsgemäß besonders zuverlässig und effizient erfolgen, da das Produktgas nach der zweiten Prozess stufe, d.h. nach der separaten Aufbereitung des Pyrolysegases in der zweiten
Ί 5 Reaktionszone, reich an Gaskomponenten ist, die ein hohes Aktivierungspoten zial aufweisen, beispielsweise Wasserdampf und/oder Kohlendioxid. Die Aufbe reitung beinhaltet zu diesem Zweck z.B. eine Dampfreformierung. Damit entfällt die, in der Regel energieintensive, separate bzw. externe Bereitstellung eines speziell zur Aktivierung ausgelegten Aktivierungsgases.
20 Zudem kann die im Produktgas enthaltene Wärmeenergie, welche in konventio nellen Verfahren ungenutzt bleibt, im Rahmen der Aktivierung verwertet werden und in dieser Weise die Aktivierung ermöglichen oder zumindest unterstützen. Die Bereitstellung weiterer, zur Aktivierung notwendiger Energie kann somit überflüssig gemacht oder zumindest reduziert werden. Die Erfindung ermöglicht
25 daher eine besonders effiziente, insbesondere mehrstufige, Nutzung des Pro duktgases.
Insgesamt erlaubt die Erfindung eine verbesserte, insbesondere effizientere, Verwertung von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial, insbesondere Biomasse. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausge schlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
5 In einigen Ausführungsformen wird die zur Aktivierung des Pyrolysekokses not wendige Wärmeenergie, zumindest teilweise, vorzugsweise ausschließlich, durch das Produktgas bereitgestellt. Das Pyrolysekoks muss in diesem Fall nicht oder nur geringfügig separat auf eine Aktivierungstemperatur aufgeheizt werden, sondern kann zumindest teilweise, vorzugsweise ausschließlich, durch das Pro
Ί O duktgas aufgewärmt werden. Dazu kann das Pyrolysekoks in thermischer Isola tion aktiviert werden, z.B. in einer thermisch isolierten dritten Reaktionszone, so dass die von dem Produktgas bereitgestellte Wärmeenergie in der dritten Reak tionszone nicht oder zumindest nur geringfügig dissipiert. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Erzeugung von Aktivkohle aus dem in der ersten Prozess
Ί 5 stufe erzeugten Pyrolysekoks.
Durch die separate Erzeugung des Produktgases in der zweiten Reaktionszone, vorzugsweise im Rahmen einer homogenen Gasphasenreaktion, insbesondere einer Dampfreformierung, kann das Produktgas ein für die physikalische Aktivie rung des Pyrolysekokses besonders geeignetes Temperaturniveau aufweisen.
20 Beispielsweise kann die Reformierung des Pyrolysegases bei ca. 950 C erfol gen, so dass die im Produktgas enthaltene, insbesondere im Rahmen der zwei ten Prozessstufe zugeführte, Wärmeenergie ausreicht, um die Aktivierung zu bewirken. Daher ist es in der Regel nicht notwendig, zusätzliche Wärme in der dritten Reaktionszone bereitzustellen.
25 Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch zumindest ein Teil der zur Aktivie rung notwendigen Wärmeenergie auch anderweitig in die dritte Reaktionszone eingebracht werden, etwa über eine externe Beheizung. Beispielsweise ist es denkbar, einen Teil des Pyrolysekokses zu verfeuern und die dabei erzeugte Wärme der dritten Reaktionszone zuzuführen. Dies reduziert zwar die erzeugba- re Menge an Aktivkohle, erlaubt aber eine besonders stabile Aktivierungstempe ratur in der dritten Reaktionszone und daher eine besonders zuverlässige Akti vierung des der dritten Reaktionszone zugeführten Pyrolysekokses, d.h. eine besonders hohe Aktivierungseffizienz.
5 In einigen Ausführungsformen wird der Pyrolysekoks bei einer Aktivierungstem peratur aktiviert, die von einer Erzeugungstemperatur bei der Erzeugung des Produktgases abhängt, insbesondere, zumindest im Wesentlichen, von der Er zeugungstemperatur definiert wird. Insbesondere kann die Aktivierungstempera tur der Erzeugungstemperatur, zumindest im Wesentlichen, entsprechen. Zu
Ί O diesem Zweck kann die dritte Reaktionszone in der Nähe, insbesondere unmit telbar neben, der zweiten Reaktionszone angeordnet sein, so dass eine kurze gasleitende Verbindung zur Überführung des Produktgases zwischen der zwei ten und dritten Reaktionszone herstellbar ist bzw. besteht. Vorzugsweise ist die gasleitende Verbindung dabei thermisch isoliert, um Dissipation von Wärme
Ί 5 während der Überführung zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Aktivierungsbedingungen in der dritten Reaktionszone durch Einstellen der Erzeugungstemperatur, d.h. der Bedingungen beim Erzeugen des Produktgases aus dem Pyrolysegas, zu steuern. Dies vereinfacht die Realisie rung des Gesamtprozesses.
20 Die Aktivierungstemperatur in der dritten Reaktionszone ist in bevorzugter Weise an die Erzeugungstemperatur in der zweiten Reaktionszone derart gekoppelt, dass die Aktivierungstemperatur 100°C oder weniger, vorzugsweise 50°C oder weniger, insbesondere 25°C oder weniger, unterhalb der Erzeugungstemperatur liegt. Dies erlaubt eine besonders effiziente Nutzung der bei der Erzeugung des
25 Produktgases aus dem Pyrolysekoks eingesetzten Energie.
In einigen Ausführungsformen wird das Produktgas bei einer Erzeugungstempe ratur erzeugt, die zwischen 700 und 1200°C, vorzugsweise zwischen 800 und 1000°C, insbesondere zwischen 925 und 975°C, liegt. Diese Erzeugungstempe ratur ermöglicht, neben einer zuverlässigen, insbesondere zumindest im We- sentlichen vollständigen, Umwandlung des Pyrolysegases in Produktgas, auch eine besonders schnelle und/oder zuverlässige, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollständige, Umsetzung des Pyrolysekokses in der dritten Reak tionszone. Unter einer vollständigen Umsetzung des Pyrolysekokses ist hierbei
5 und im Folgenden insbesondere eine gleichmäßige Aktivierung des Pyrolyse kokses zu Aktivkohle zu verstehen.
Das Pyrolysegas kann in der zweiten Reaktionszone zum Erreichen der Erzeu gungstemperatur einem Wärmetauschprozess unterzogen werden, bei dem in bevorzugter Weise Wärmeenergie von einem Feststoff, etwa einem Wärmeträ
Ί O germedium, auf das Pyrolysegas übertragen wird. Insbesondere kann dabei zu sätzliche Wärmeenergie eingebracht werden, bis die gewünschte Erzeugungs temperatur erreicht ist.
Beispielsweise kann die Erzeugungstemperatur erreicht werden, indem ein auf eine definierte Temperatur vorgeheiztes Wärmeträgermedium, insbesondere
Ί 5 aus formbeständigen Partikeln wie etwa Stahlkugeln, in die zweite Reaktionszo ne eingebracht wird. Das Wärmeträgermedium kann die zweite Reaktionszone in Form eines Wanderbetts passieren, wobei es von dem aus der ersten Reakti onszone in die zweite Reaktionszone überführten Pyrolysegas, vorzugsweise in Gegenstromrichtung, durchströmt werden kann. Das Pyrolysegas wird dabei in
20 das Produktgas umgewandelt. Dabei kann die Temperatur des erzeugten Pro duktgases zuverlässig eingestellt werden.
In einigen Ausführungsformen wird dem Pyrolysegas Wasserdampf zugegeben, mit dessen Hilfe das Produktgas in der zweiten Reaktionszone erzeugt wird. Auf diese Weise kann eine Dampfreformierung des Pyrolysegases erreicht werden.
25 Die Menge des zugegebenen Wasserdampfs kann dabei insbesondere so ge wählt werden, dass das erzeugte Produktgas dadurch einen hohen Wasser dampfgehalt, etwa von mehr als 15 Vol.%, insbesondere von mehr als 25 Vol.%, aufweist, wodurch langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle im Produktgas vor zugsweise vollständig in kurzkettige Moleküle thermisch zersetzt werden kön- nen. Das so erzeugte Produktgas kann nicht nur vorteilhaft zur Energiegewin nung verbrannt werden, sondern der Pyrolysekoks in der dritten Prozessstufe kann auch besonders zuverlässig, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollständig, in Aktivkohle umgewandelt werden.
5 Vorzugsweise wird der Wasserdampf dazu in die erste Reaktionszone einge führt. Dies ermöglicht eine Verbesserung der konvektiven Wärmeübertragung und/oder einer gute Vermischung von Pyrolysegas und Wasserdampf.
Alternativ kann der Wasserdampf aber auch in die zweite Reaktionszone einge führt werden. Dies ermöglicht eine besonders gezielte Vermischung von Pyroly
Ί O segas und Wasserdampf, insbesondere bei einer gegenüber einer in der ersten Reaktionszone herrschenden Pyrolysetemperatur erhöhten, für eine Wasser dampfreformierung besonders günstigen Erzeugungstemperatur.
Der Wasserdampf wird zu diesem Zweck vorzugsweise außerhalb der ersten und/oder zweiten Reaktionszone bereitgestellt, z.B. in einem Dampferzeuger
Ί 5 hergestellt, und in die erste Reaktionszone eingeführt. Dadurch kann die Tempe raturführung in der ersten Reaktionszone erleichtert bzw. die Temperatur stabil gehalten werden. Alternativ kann aber auch Wasser in die erste bzw. zweite Re aktionszone eingeführt werden, welches aufgrund der in der ersten bzw. zweiten Reaktionszone herrschenden Pyrolysetemperatur in Wasserdampf umgewandelt
20 wird. Insbesondere kann der Wasserdampf zumindest teilweise im kohlenstoff haltigen Ausgangsmaterial, insbesondere in der Biomasse, enthalten sein und bei der thermischen Zersetzung freigesetzt werden. Dadurch kann die zur ther mischen Zersetzung des Ausgangsmaterials bzw. zur Erzeugung des Produkt gases eingesetzte Energie besonders effizient genutzt werden.
25 In einigen Ausführungsformen wird der Wasserdampf in der Weise zugegeben und/oder die Erzeugungstemperatur in der Weise gewählt, dass das Produktgas zumindest eines der folgenden aufweist: (i) einen Wasserdampfgehalt zwischen 15 und 45 Vol.%, vorzugsweise zwischen 20 und 40 Vol.%, insbesondere etwa 30 Vol.%; (ii) einen Kohlendioxidgehalt zwischen 5 und 30 Vol.%, vorzugsweise zwischen 10 und 20 Vol.%, insbesondere etwa 15 Vol.%; und/oder (iii) einen Kohlenmonoxidanteil zwischen 10 und 30 Vol.%, vorzugsweise zwischen 15 und 25 Vol.%, insbesondere etwa 20 Vol.%. Dadurch kann sichergestellt werden,
5 dass das erzeugte Produktgas einerseits effizient zur Energieerzeugung ver brennbar, andererseits zur besonders zuverlässigen, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollständigen, Umsetzung des Pyrolysekokses einsetzbar ist. Denn der im Produktgas bevorzugt enthaltene Wasserdampf und das im Pro duktgas bevorzugt enthaltene Kohlendioxid weisen beide, jeweils einzeln oder in
Ί O Kombination miteinander, ein Aktivierungspotenzial bezüglich der Aktivierung von Pyrolysekoks auf, wobei die Bereichsangaben unter (i) und (ii) besonders vorteilhaften Gaseigenschaften für die Aktivierung entsprechen. Das im Pro duktgas bevorzugt ebenfalls enthaltene Kohlenmonoxid ermöglicht, insbesonde re im unter (iii) angegebenen Bereich, die Erzeugung von besonders reiner Ak
Ί 5 tivkohle aus dem Pyrolysekoks.
Die Zugabe des Wasserdampfs und/oder die Erzeugungstemperatur werden in bevorzugter Weise derart geregelt, dass sich zumindest eine der vorgenannten, unter (i) bis (iii) genannten Eigenschaften des Produktgases einstellen. Mit ande ren Worten kann durch eine geregelte Zugabe des Wasserdampfs und/oder eine
20 Regelung der Erzeugungstemperatur z.B. durch dosierte Zuführung des vorge heizten Wärmeträgermediums, die Zusammensetzung des Produktgases einge stellt werden.
Dabei wird vorzugsweise die Menge des zugegebenen Wasserdampfs geregelt und/oder der Zeitpunkt der Zugabe auf die gewünschten Eigenschaften des
25 Produktgases abgestimmt. Die Regelung der Erzeugungstemperatur kann das Halten der Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer und alternativ oder zu sätzlich das Fahren von Temperaturrampen beinhalten. Die Erzeugung des Pro duktgases in der zweiten Reaktionszone kann dadurch präzise auf die Aktivie rung des Pyrolysekokses in der dritten Reaktionszone abgestimmt werden. Durch die Zugabe von Wasserdampf und/oder die Wahl der Erzeugungstempe ratur können in der zweiten Reaktionszone Produktionsbedingungen eingestellt werden, welche die Erzeugung eines besonders teerarmen Produktgases erlau ben, wodurch nachfolgend Aktivkohle von hoher Qualität erzeugt werden kann.
5 In einigen Ausführungsformen wird zumindest ein Teil des Wasserdampfs be reits in der ersten Reaktionszone bei der thermischen Zersetzung zugegeben, so dass teilaktivierter Pyrolysekoks erzeugt wird, der in der dritten Reaktionszo ne mithilfe des Produktgases zumindest überwiegend, bevorzugt zumindest im Wesentlichen vollständig, aktiviert wird. Der Aktivierungsprozess in der dritten
Ί O Reaktionszone durch das Produktgas wird so erleichtert und kann dementspre chend besonders zuverlässig durchgeführt werden.
Der Wasserdampf kann beispielsweise gemeinsam, insbesondere zeitgleich, mit dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial in die erste Reaktionszone zugeführt werden. Gegebenenfalls kann auch Wasser mit dem Ausgangsmaterial in die
Ί 5 erste Reaktionszone eingeführt werden, welches dann verdampft. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Wasserdampf unmittelbar mit den Zersetzungs produkten des Ausgangsmaterials in Kontakt tritt.
In einigen Ausführungsformen wird der Pyrolysekoks mithilfe des zugegebenen Wasserdampfs in der ersten Reaktionszone bei einer Temperatur teilaktiviert,
20 die durch eine Pyrolysetemperatur, bei der das Ausgangsmaterial thermisch zersetzt wird, definiert wird, insbesondere der Pyrolysetemperatur entspricht, oder zumindest von der Pyrolysetemperatur abhängt. Vorzugsweise wird der Wasserdampf in der ersten Reaktionszone zu diesem Zweck unterhalb des Ausgangsmaterials zugeführt, so dass er das Ausgangsmaterial bei dessen
25 thermischer Zersetzung um- bzw. durchströmt, bevor er sich mit dem dabei ent stehenden Pyrolysegas vermischt und in die zweite Reaktionszone überführt wird. Dadurch kühlt der Pyrolysekoks bis zur Teilaktivierung nicht aus, und es wird eine besonders umfassende Teilaktivierung des Pyrolysekokses ermöglicht. ln einigen Ausführungsformen wird das Ausgangsmaterial in der ersten Reakti onszone bei einer Pyrolysetemperatur zersetzt, die zwischen 300 und 900°C, vorzugsweise zwischen 600 und 800°C, insbesondere zwischen 650 und 750°C, liegt. Diese Pyrolysetemperatur ermöglicht, neben einer zuverlässigen, insbe
5 sondere zumindest im Wesentlichen vollständigen, Zersetzung des Ausgangs materials in Pyrolysekoks und Pyrolysegas, auch eine besonders zuverlässige, insbesondere umfassende, Teilaktivierung des Pyrolysekokses in der ersten Reaktionszone.
Vorteilhaft ist es möglich, durch die Wahl der Pyrolysetemperatur, bei welcher
Ί O der Pyrolysekoks teilaktiviert wird, und gegebenenfalls auch durch die Regelung der Zugabe des Wasserdampfes, die Eigenschaften der später in der dritten Reaktionszone erzeugten Aktivkohle zumindest teilweise zu bestimmen. Es ist beispielsweise denkbar, die Teilaktivierung auf die Menge des später zu aktivie renden Pyrolysekokses abzustimmen, damit sichergestellt werden kann, dass
Ί 5 der in der zweiten Reaktionszone erzeugte Produktgasstrom, d.h. die pro Zeit einheit erzeugte Menge an Produktgas, ausreicht, um den teilaktivierten Pyroly sekoks in der dritten Reaktionszone vollständig in Aktivkohle umzuwandeln.
In einigen Ausführungsformen wird zumindest ein Teil des Pyrolysekokses beim Überführen in die dritte Reaktionszone vorkonditioniert. Insbesondere kann ein
20 Teil des in der ersten Reaktionszone erzeugten Pyrolysekokses aus der ersten Reaktionszone ausgeschleust und mit einem Bindemittel versetzt werden, bevor er in die dritte Reaktionszone zur Aktivierung eingeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der ausgeschleuste und gegebenenfalls mit einem Bindemittel versetzte Pyrolysekoks auch in einem Formgebungsschritt in eine vorgegebene
25 Form überführt, etwa zu Pellets gepresst, werden, bevor er in die dritte Reakti onszone zur Aktivierung eingeführt wird. Der in dieser Weise vorkonditionierte Pyrolysekoks kann in der dritten Reaktionszone besonders effektiv, insbesonde re vollständig, aktiviert werden. In einigen Ausführungsformen wird der Pyrolysekoks in der dritten Reaktionszo ne während der Aktivierung mit dem Produktgas, zumindest im Wesentlichen, kontinuierlich durchmischt. Dazu kann in der dritten Reaktionszone eine Wirbel schicht aus Produktgas vorgesehen sein, die den Pyrolysekoks durchmischt
5 oder zumindest zu dessen Durchmischung beiträgt. Insbesondere kann das Produktgas dazu in einer Weise in die dritte Reaktionszone eingeführt, insbe sondere eingeblasen, werden, dass sich die Wirbelschicht bildet. Alternativ dazu kann der Pyrolysekoks in eine vom Produktgas durchströmbare Trommel aufge nommen und die Trommel zur Durchmischung des Pyrolysekokses, insbesonde
Ί O re des Pyrolysekokses mit dem Produktgas, rotiert werden. Dadurch kann der Pyrolysekoks, zumindest im Wesentlichen, vollständig von Pyrolysegas um strömt werden, so dass zumindest ein Großteil des zu aktivierenden Pyrolyse kokses, insbesondere ein Großteil seiner Oberfläche, mit dem Pyrolysegas in Kontakt tritt.
Ί 5 Alternativ oder zusätzlich kann die Durchmischung des Pyrolysekokses auch, zumindest im Wesentlichen, bei der Zuführung des Pyrolysekokses in die dritte Reaktionszone erzielt werden. Es ist beispielsweise denkbar, den Pyrolysekoks in der Weise auf ein Fördermittel der dritten Reaktionszone, insbesondere auf ein Wanderbett, zu schütten, dass sich der Pyrolysekoks im freien Fall, insbe
20 sondere mit dem Produktgas, vermischen kann.
In einigen Ausführungen wird das Produktgas im Gegenstrom zum Pyrolysekoks durch die dritte Reaktionszone geleitet. Beispielsweise kann das Produktgas die dritte Reaktionszone entgegen einer Förderrichtung, in welcher der Pyrolyse koks durch die dritte Reaktionszone transportiert wird, durchströmen. Es ist etwa
25 denkbar, das Produktgas ein Fördermittel der dritten Reaktionszone, insbeson dere ein Wanderbett eines Wanderbettreaktors, entgegen der Förderrichtung überstreichen zu lassen. Das Leiten des Produktgases im Gegenstrom durch die dritte Reaktionszone ermöglicht eine besonders gute Wärmeübertragung von Produktgas auf Pyrolysekoks innerhalb der dritten Reaktionszone. Vorzugsweise wird der Pyrolysekoks der dritten Reaktionszone in einem Ein trittsbereich zugeführt. In einem Austrittsbereich kann die aus den Pyrolysekoks erzeugte Aktivkohle aus der dritten Reaktionszone abgeführt werden. In bevor zugter Weise wird das Produktgas der dritten Reaktionszone über eine Einlass
5 öffnung im Austrittsbereich zugeführt und über eine Auslassöffnung im Eintritts bereich nach der Aktivierung des Pyrolysekokses wieder abgeführt. Das Pro duktgas kann dabei über eine Verbindung zwischen der Einlassöffnung und der zweiten Reaktionszone in den Austrittsbereich überführt werden. Die im Aus trittsbereich aus der dritten Reaktionszone abgeführte Aktivkohle kommt
Ί O dadurch noch einmal mit heißem Produktgas in Kontakt, welches insbesondere einen hohen Wasserdampf-, Kohlendioxid- und/oder Kohlenmonoxidgehalt auf weisen kann, wodurch eine, zumindest nahezu, vollständige Umsetzung, insbe sondere eine im Wesentlichen gleichmäßige Aktivierung, des Pyrolysekokses sichergestellt werden kann.
Ί 5 Der im Eintrittsbereich in die dritte Reaktionszone eintretende Pyrolysekoks kann dagegen zunächst mit gegebenenfalls demgegenüber leicht abgekühltem Produktgas in Kontakt kommen, welches gegebenenfalls auch einen demge genüber verringerten Wasserdampf-, Kohlendioxid- und/oder Kohlenmono xidgehalt aufweisen kann.
20 Alternativ zum Gegenstrom kann das Produktgas aber auch im Gleichstrom oder im Kreuzstrom, d.h. zumindest im Wesentlichen entlang bzw. senkrecht zu einer Transportrichtung des Pyrolysekokses durch die dritte Reaktionszone, durch die dritte Reaktionszone geführt werden.
In einigen Ausführungsformen wird das Produktgas nach der Aktivierung des
25 Pyrolysekokses durch eine Trenneinrichtung geleitet und dort von Pyrolysekoks rückständen und/oder Aktivkohlerückständen, insbesondere physikalisch, gerei nigt. Im Produktgas enthaltene Partikel können beispielsweise durch Ausnut zung der Zentrifugalkraft, etwa in einer als Zyklon konfigurierten Trenneinrich tung, abgeschieden werden. Das gereinigte Produktgas kann, gegebenenfalls nach weiteren, insbesondere chemischen, Reinigungsschritten zur Energiege winnung verbrannt oder stofflich verwendet werden.
Die aus dem Produktgasstrom gefilterten Pyrolysekoksrückstände und/oder Ak tivkohlerückstände werden vorzugsweise zurück in die dritte Reaktionszone
5 überführt. Dies erlaubt es, den produzierten Pyrolysekoks vorzugsweise voll ständig in Aktivkohle umzusetzen.
In einigen Ausführungsformen wird ein Teil des Pyrolysekokses in einer Heizein richtung verfeuert, um ein Wärmeträgermedium aufzuheizen, welches der zwei ten Reaktionszone zur Erzeugung des Produktgases und/oder der ersten Reak
Ί O tionszone zur thermischen Zersetzung des Ausgangsmaterials zugeführt wird.
Vorzugsweise wird dabei der zu verfeuernde Teil des Pyrolysekokses in Abhän gigkeit einer durch das erzeugte Produktgas aktivierbaren Menge an Pyrolyse koks bestimmt. Der bei der thermischen Zersetzung erzeugte Pyrolysekoks kann so besonders effizient, insbesondere vollständig, genutzt werden.
Ί 5 Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, einen Teil des, gegebenenfalls teilaktivierten, Pyrolysekokses auszuschleusen und einer anderweitigen stoffli chen Verwertung, etwa als Biokohle, zuzuführen. Vorzugsweise wird dabei der zu auszuschleusende Teil des Pyrolysekokses in Abhängigkeit einer durch das erzeugte Produktgas aktivierbaren Menge an Pyrolysekoks bestimmt. Der bei
20 der thermischen Zersetzung erzeugte Pyrolysekoks kann so besonders effizient, insbesondere vollständig, genutzt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Aktivkohle, die zum Ausführen eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist. Eine solche Vorrichtung erlaubt eine alternative oder
25 zusätzliche stoffliche Verwertung des bei der thermischen Zersetzung des Aus gangsstoffes erzeugten Pyrolysekokses im Gegensatz zu konventionellen Anla gen, in denen der Pyrolysekoks ausschließlich verfeuert wird oder gar ungenutzt bleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Reakti onszone auf, in der Pyrolysekoks und Pyrolysegas durch thermische Zersetzung von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial, insbesondere Biomasse, erzeugbar ist. Eine zweite Reaktionszone ist mit der ersten Reaktionszone gasleitend ver
5 bunden und dazu eingerichtet, aus zumindest einem Teil des Pyrolysegases ein zur Aktivierung des Pyrolysekokses einsetzbares Produktgas zu erzeugen. In einer dritten Reaktionszone, die mit der zweiten Reaktionszone gasleitend ver bunden ist, kann zumindest ein Teil des Pyrolysekokses mithilfe des Produktga ses zu Aktivkohle verarbeitet werden. Zudem ist eine erste Fördereinrichtung
Ί O dazu eingerichtet, zumindest einen Teil des Pyrolysekokses aus der ersten Re aktionszone in die dritte Reaktionszone zu überführen.
Die erste und die zweite Reaktionszone sind vorzugsweise mit einem Wärme trägermedium befüllbar, über welches die zur thermischen Zersetzung notwen dige Pyrolysetemperatur bzw. die zur Erzeugung von Produktgas aus dem Pyro
Ί 5 lysegas notwendige Erzeugungstemperatur erreicht wird. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck in bevorzugter Weise eine zur Erwärmung des Wärmeträger mediums eingerichtete Aufwärmzone auf, die, insbesondere mittels einer Heiz einrichtung, beheizbar ist. Dabei ist die erste Reaktionszone bevorzugt unterhalb der zweiten Reaktionszone angeordnet, welche wiederrum unterhalb der Auf
20 wärmzone angeordnet ist. Das, insbesondere auf die Erzeugungstemperatur, aufgeheizte Wärmeträgermedium kann dann einfach unter Ausnutzung der Schwerkraft in die zweite Reaktionszone überführt werden, wo es vom Pyroly segas umströmt wird. Das Wärmeträgermedium kühlt dabei weiter bis auf die Pyrolysetemperatur ab und kann dann einfach, ebenfalls unter Ausnutzung der
25 Schwerkraft, in die erste Reaktionszone überführt werden.
Die erste Reaktionszone ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Wärmeträger medium mit dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial zu vermischen, um eine vollständige thermischen Zersetzung des Ausgangsmaterials sicherzustellen. Nachdem das Ausgangsmaterial in Pyrolysekoks und Pyrolysegas, welches vor
30 zugsweise in die zweite Reaktionszone abzieht, zersetzt wurde, kann der Pyro- lysekoks von dem Wärmeträgermaterial in einer Trennzone getrennt und mittels der ersten Fördereinrichtung, beispielsweise einer Förderschnecke, in die dritte Reaktionszone überführt werden. Das abgetrennte Wärmeträgermaterial wird bevorzugt mittels einer weiteren, zweiten Fördereinrichtung zurück in die Auf
5 wärmzone transportiert.
Die dritte Reaktionszone kann in bevorzugter Weise als Drehrohrreaktor konfigu riert sein, der eine drehbar gelagerte Trommel aufweist und dazu eingerichtet ist, die Trommel zur Durchmischung des von ihr aufgenommenen Pyrolysekokses zu rotieren. Alternativ kann die dritte Reaktionszone aber auch anderweitig aus
Ί 0 geführt sein, etwa als Wanderbettreaktor mit einem Fördermittel, in dem der mit hilfe des Fördermittels transportierte Pyrolysekoks von dem Produktgas überstri chen werden kann.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Aus gestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo tech
Ί 5 nisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhaf te Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figu ren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander
20 entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen, wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung von Aktivkohle;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung von
25 Aktivkohle;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Reaktionszone; Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer dritten Reaktionszone; und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erzeugung von Aktivkoh le.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung
5 von Aktivkohle mit einer ersten Reaktionszone 2, in der ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial thermisch zersetzbar ist, einer zweiten Reaktionszone 3, in der ein Produktgas aus einem beim thermischen Zersetzen erzeugten Pyrolyse gas erzeugbar ist, und einer dritten Reaktionszone 4, in der beim thermischen Zersetzen erzeugter Pyrolysekoks mittels des Produktgases aktivierbar ist. Die
Ί O Transportwege von Feststoffen, insbesondere feststofflicher Reaktanten oder Produkte, zwischen den einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1 sind durch Pfeile angedeutet.
Das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial, beispielsweise Biomasse bzw. koh lenstoffhaltige Reststoffe, wird vorzugsweise mittels einer Förderanlage 5 aktiv
Ί 5 oder passiv, etwa mittels einem Transportband oder einer Förderschnecke bzw. einem abwärts geneigten Schacht, von einem Reservoir in die erste Reaktions zone 2 überführt. Das Reservoir kann dabei von einem Container, einer Lager halle und/oder einer Deponie gebildet werden, aus dem bzw. der das Aus gangsmaterial aktiv entnommen wird oder passiv ausfließt oder -rutscht.
20 Die Förderanlage 5 ist vorteilhaft dazu eingerichtet, das geförderte Ausgangs material vor dem Einführen in die erste Reaktionszone 2 vorzuwärmen, um die thermische Zersetzung in der ersten Reaktionszone 2 zu erleichtern. Alternativ oder zusätzlich kann die erste die Förderanlage 5 auch dazu eingerichtet sein, eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen des Ausgangsmaterials mit der ers
25 ten Reaktionszone 2 zu verbinden. Des Weiteren ist es denkbar, die Förderan lage 5 als Trocknungseinrichtung auszubilden, so dass das Ausgangsmaterial während des Zuführens zur ersten Reaktionszone 2 getrocknet wird. Die erste Reaktionszone 2 ist in bevorzugter Weise als von innen beheizbarer, insbesondere zylindrischer, Schacht ausgeführt, in die neben dem Ausgangsma terial ein Wärmeträgermedium einführbar ist. Das Wärmeträgermedium ist, wie weiter unten beschrieben, vorgeheizt und bewirkt eine Pyrolysetemperatur zwi
5 schen 500 und 900°C, vorzugsweise zwischen 600 und 800°C, insbesondere zwischen 650 und 750°C innerhalb der ersten Reaktionszone 2.
Die zweite Reaktionszone 3 ist dabei vorteilhaft oberhalb der ersten Reaktions zone 2 angeordnet, so dass das Wärmeträgermedium unter Ausnutzung der Schwerkraft, d.h. ohne ein aktives Fördermittel, in die erste Reaktionszone 2
Ί O eingeführt werden kann.
Beim Einführen des Ausgangsmaterials und Wärmeträgermediums, beispiels weise über jeweils eine im oberen Bereich des Schachtes angeordnete Schleu se, vermischen sich das Ausgangsmaterial und das Wärmeträgermedium in be vorzugter Weise. Dies kann etwa durch simultanes Einführen durch zwei in un
Ί 5 mittelbarer Nähe angeordnete Schleusen und/oder durch aufeinander abge stimmtes wechselseitiges, insbesondere sequenzielles, Einführen erfolgen. Al ternativ oder zusätzlich kann die erste Reaktionszone 2 jedoch auch eine, ins besondere mechanische, Mischeinrichtung zur Vermischung des Ausgangsma terials mit dem Wärmeträgermedium aufweisen.
20 Das, gegebenenfalls vorgewärmte, Ausgangsmaterial wird dadurch auf die Pyro lysetemperatur erhitzt und zersetzt sich thermisch unter der Bildung von Pyroly sekoks und einem Pyrolysegas, wobei letzteres in die zweite Reaktionszone 3 geleitet und dort in ein Produktgas umgewandelt wird, welches wiederum in die dritte Reaktionszone 4 geleitet wird. Details hierzu sind weiter unten im Zusam
25 menhang mit den Figuren 2 und 3 beschrieben.
Der Pyrolysekoks wird, gemeinsam mit dem Wärmeträgermedium, in bevorzug ter Weise in eine Trennzone 6 ausgeleitet, um den Pyrolysekoks von dem Wär meträgermedium zu separieren. Die Trennzone 6 kann dabei unterhalb der ers- ten Reaktionszone 2 angeordnet sein, so dass das Gemisch aus Pyrolysekoks und Wärmeträgermedium unter Ausnutzung der Schwerkraft von der ersten Re aktionszone 2 in die Trennzone 6 überführt werden kann.
Die Trennzone 6 kann beispielsweise eine mechanische Siebanordnung aufwei
5 sen, die zur Siebung eingerichtet ist. Das Wärmeträgermedium, vorzugsweise ein Schüttgut mit formbeständigen Partikeln, etwa Stahlkugeln oder Keramikku geln, mit einer definierten, engen Partikelgrößenverteilung, kann als Grobgut abgezogen werden, während der Pyrolysekoks vorzugsweise als Feingut abge zogen wird. Es ist ebenfalls denkbar, die Trennzone 6 derart zu konfigurieren,
Ί O dass eine Windsichtung des Wärmeträgermediums ausführbar ist.
Der vom Wärmeträgermedium getrennte Pyrolysekoks wird mittels einer ersten Fördereinrichtung 10, etwa einer Förderschnecke oder einem anderen, zum Be trieb bei hohen Temperaturen geeigneten Fördermittel, zur dritten Reaktionszo ne 4 transportiert, wo er mittels des ebenfalls in die dritte Reaktionszone 4 über
Ί 5 führten Produktgases in Aktivkohle umgewandelt wird. Die bei der Aktivierung des Pyrolysekokses notwendige Wärmeenergie wird dabei vorzugsweise von dem Produktgas bereitgestellt, welches als, in bevorzugter Weise kontinuierli cher, Produktgasstrom von der zweiten Reaktionszone 3 durch die dritte Reakti onszone 4 geführt wird. Daher ist die dritte Reaktionszone 4 vorteilhaft in der
20 Nähe, insbesondere unmittelbar neben, der zweiten Reaktionszone 3 angeord net, so dass das Produktgas nur einen kurzen Weg zurücklegen muss und dabei nicht oder nur unwesentlich abkühlt. Die erste Fördereinrichtung 10 kann daher insbesondere dazu eingerichtet sein, den Pyrolysekoks aus der ersten Reakti onszone 2, insbesondere aus der Trennzone 6, gegen die Schwerkraft in die
25 dritte Reaktionszone 4 zu überführen.
Weitere Details zur Aktivierung des Pyrolysekokses in der dritten Reaktionszo ne 4 sind im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert. Bei der Umwandlung des Pyrolysekokses in Aktivkohle können Pyrolysekoks partikel und/oder Aktivkohlepartikel in den Produktgasstrom gelangen und mit dem Produktgas nach der Aktivierung gemeinsam ausgetragen werden. Um diese Verunreinigung vor der weiteren Verwendung des Produktgases aus dem
5 Produktgasstrom wieder zu entfernen, können die Pyrolysekoks- und/oder Aktiv kohlepartikel in einer Trenneinrichtung 12 herausgefiltert werden. Die Trennein richtung 12 ist beispielsweise als Zyklon ausgebildet, in welchem die im Pro duktgas enthaltenen Partikel durch die Zentrifugalkraft abgeschieden werden. Gegenüber einer rein chemischen Reinigung des Produktgases hat dies unter
Ί O anderem den Vorteil, dass die herausgefilterten Partikel wieder zurück in die dritte Reaktionszone 4 überführt werden können.
Die erzeugte Aktivkohle wird anschließend in eine Nachbehandlungseinrich tung 7 überführt, wo die Aktivkohle, beispielsweise mittels einer HCI-Wäsche, auf ihre weitere Verwendung vorbereitet wird.
Ί 5 Das in der Trennzone 6 von dem Pyrolysekoks separierte Wärmeträgermedium wird über eine weitere, zweite Fördereinrichtung 9, etwa einem Becherwerk oder einem Behälteraufzug, in eine Aufwärmzone 8 überführt, in der das Wärmeträ germedium auf eine zur Erzeugung des Produktgases aus dem Pyrolysegas notwendige oder zumindest vorteilhafte Erzeugungstemperatur gebracht wird.
20 Dabei kann die zweite Fördereinrichtung 9 dazu eingerichtet sein, dass geförder te Wärmeträgermedium bereits vorzuwärmen, so dass die Erzeugungstempera tur leichter erreicht werden kann.
Da das Wärmeträgermedium in bevorzugter Weise von der Aufwärmzone 8 in die zweite Reaktionszone 3 unter Ausnutzung der Schwerkraft überführt werden
25 soll, ist die Aufwärmzone 8 vorzugsweise oberhalb der zweiten Reaktionszone 3 angeordnet. Auch die weitere Fördereinrichtung kann daher dazu eingerichtet sein, das Wärmeträgermedium gegen die Schwerkraft aus der ersten Reakti onszone 2, insbesondere aus der Trennzone 6, in die Aufwärmzone 8 zu über führen. Das Wärmeträgermedium durchläuft die Aufwärmzone 8 vorzugsweise von schwerkraftgetrieben als Wanderbett und wird dabei von heißem Rauchgas, insbesondere im Gegenstrom, umströmt. Dadurch kann das Wärmeträgermedi um bis auf die Erzeugungstemperatur erhitzt werden. Das heiße Rauchgaskann
5 beispielsweise mittels einer Heizeinrichtung 11 erzeugt und von der Heizeinrich tung 1 1 durch eine als gestrichelte Linie angedeutete Verbindung in die Auf wärmzone 8 geleitet werden.
Die Heizeinrichtung 1 1 kann etwa als Mehrkomponentenbrenner ausgeführt sein, in dem ein oder mehrere verschiedene Brennstoffe verbrannt werden kön
Ί O nen. Diese Brennstoffe werden bevorzugt außerhalb der Vorrichtung 1 bereitge stellt. In einer Ausführungsform kann der Brennstoff aber, zumindest teilweise, von einem Teil des in der ersten Reaktionszone 2 erzeugten Pyrolysekokses gebildet werden, der, insbesondere nach der Separierung von dem Wärmeträ germedium in der Trennzone 6, abgezogen und der Heizeinrichtung 1 1 , gege
Ί 5 benenfalls mit einem oder mehreren weiteren externen Brennstoffen, zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann in der Heizeinrichtung auch ein Teil des Produktgases verbrannt werden. Diese Möglichkeiten sind durch gestrichelte Pfeile angedeutet.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung
20 von Aktivkohle. Die dargestellte Vorrichtung 1 entspricht im Wesentlichen der in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Vorrichtung. Dabei sind jedoch Transportwege von Gasen, insbesondere flüchtigen Reaktanten oder Produkten, zwischen den einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1 durch Pfeile angedeu tet.
25 Das der ersten Reaktionszone 2 zugeführte kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial wird unter Erzeugung von Pyrolysekoks und Pyrolysegas thermisch zersetzt und das dabei entstehende Pyrolysegas steigt in bevorzugter Weise in die mit der ersten Reaktionszone 2 gasleitend verbundene zweite Reaktionszone 3 auf. Die gasleitende Verbindung zwischen der ersten und zweiten Reaktionszone 2, 3 ist dabei vorzugsweise zusätzlich zur im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebe nen Schleuse, durch die das Wärmeträgermedium aus der zweiten Reaktions zone 3 in die erste Reaktionszone 2 eingeführt wird, vorgesehen, um einen un gehinderten Abfluss des Gases aus der ersten Reaktionszone zu ermöglichen.
5 Das Wärmeträgermedium kann durch die Schleuse dagegen sequenziell bzw. dosiert von der zweiten in die erste Reaktionszone 3, 2 eingebracht werden.
Das Pyrolysegas durchströmt in der zweiten Reaktionszone 3 vorzugsweise eine Schüttung aus Wärmeträgermedium, das auf eine Erzeugungstemperatur zur Erzeugung von Produktgas aus Pyrolysegas, insbesondere zum Cracken von im
Ί O Pyrolysegas enthaltenen Teeren, erhitzt ist,. Beim Durchströmen des Wärmeträ germediums wird das Pyrolysegas in das Produktgas umgewandelt. Weitere Details zur Erzeugung des Produktgases werden im Zusammenhang mit Figur 3 weiter unten beschrieben.
Um eine vollständige Umwandlung des Pyrolysegases in ein Produktgas, wel
Ί 5 ches zum Aktivieren des Pyrolysekokses in der dritten Reaktionszone 4 ersetz bar ist, sicherzustellen, wird dem Pyrolysegas in bevorzugter Weise Wasser dampf beigemischt. Die Zugabe des Wasserdampfs kann insbesondere in der ersten Reaktionszone 2 stattfinden, so dass die thermische Zersetzung, d.h. die Umwandlung des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials in Pyrolysekoks und
20 Pyrolysegas, unter Anwesenheit von Wasserdampf, insbesondere in einer was serdampfhaltigen Atmosphäre, stattfinden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Pyrolysekoks bereits teilweise aktiviert wird, so dass er in der dritten Reaktions zone 4 leichter vollständig in Aktivkohle umgewandelt und/oder qualitativ noch höherwertigere Aktivkohle hergestellt werden kann.
25 Das derart in der zweiten Reaktionszone 3 erzeugte, insbesondere teerarme und/oder wasserstoffreiche, Produktgas, welches bevorzugt bei der Erzeugungs temperatur zwischen 700 und 1200°C, vorzugsweise zwischen 800 und 1000°C, insbesondere zwischen 925 und 975°C, vorliegt, wird in die mit der zweiten Re aktionszone 3 gasleitend verbundene dritte Reaktionszone 4 geführt. Um sicher- zustellen, dass die Temperatur des Produktgases bei der Überführung nicht o- der zumindest nicht wesentlich absinkt, wird der Transportweg für das Produkt gas zwischen der zweiten und dritten Reaktionszone 3, 4 möglichst kurz gehal ten, z.B. indem die dritte Reaktionszone 4 unmittelbar neben der zweiten Reak
5 tionszone 3 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die gasleitende Ver bindung zwischen der zweiten und dritten Reaktionszone 3, 4 thermisch isoliert sein.
Um eine einfache Überführung des Produktgases zu ermöglichen, kann die drit te Reaktionszone 4 zudem zumindest geringfügig oberhalb der zweiten Reakti
Ί O onszone 3 angeordnet sein, so dass d.h. Produktgas passiv in die dritte Reakti onszone 4 aufsteigen kann. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch denkbar, ein geeignetes aktives Fördermittel, etwa einen Ventilator, vorzusehen, um den Produktgasstrom von der zweiten in die dritte Reaktionszone 3, 4 und gegebe nenfalls auch den Strom des Pyrolysegases aus der ersten in die zweite Reakti
Ί 5 onszone 2, 3 sicherzustellen. Aufgrund der hohen Temperaturen in diesem Be reich der Vorrichtung 1 kann das Fördermittel auch weiter stromabwärts ange ordnet sein, insbesondere stromabwärts der dritten Reaktionszone 4, wo sich das Produktgas bereits abgekühlt hat.
In der dritten Reaktionszone 4 tritt das Produktgas mit dem ebenfalls in die dritte
20 Reaktionszone 4 überführten Pyrolysekoks in Kontakt, der dadurch zu Aktivkoh le verarbeitet wird. Das Produktgas kann anschließend weiterverwendet werden, beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk zur Energieerzeugung verfeuert werden. Zuvor sollte das Produktgas jedoch noch gereinigt werden, insbesonde re physikalisch durch eine Trenneinrichtung 12, die im Zusammenhang mit Fi
25 gur 1 bereits ausführlich erläutert wurde. Zusätzlich kann eine Reinigungsein richtung 13 vorgesehen sein, die zur weiteren, insbesondere chemischen, Reini gung des Produktgases, gegebenenfalls in Abhängigkeit der beabsichtigten wei teren Verwendung des Produktgases, eingerichtet ist. Um das Wärmeträgermedium auf die Erzeugungstemperatur zu erhitzen, kann, wie im Zusammenhang mit Figur 1 bereits erläutert, eine Heizeinrichtung 1 1 vorgesehen sein, die mit der Aufwärmzone 8 wärmeleitend verbunden ist. Die von der Heizeinrichtung 1 1 erzeugte Wärmeenergie kann insbesondere, gege
5 benenfalls zusätzlich und/oder zumindest teilweise, in Form von heißen Ver brennungsabgasen in der Aufwärmzone 8 bereitgestellt werden. Die Verbren nungsabgase werden dabei bevorzugt im Gegenstrom zum Wärmeträgermedi um, insbesondere durch eine Schüttung des Wärmeträgermediums am Grund der Aufwärmzone 8, geleitet und entweichen in einem oberen Bereich der Auf
Ί O wärmzone 8.
Da das Wärmeträgermedium bereits mit einer Sockeltemperatur von mehr als 500°C aus der ersten Reaktionszone 2, gegebenenfalls aus einer Trennzone (siehe Figur 1 ), in die Aufwärmzone 8 überführt wird, weisen die Verbrennungs abgase in der Regel eine Resttemperatur im Bereich der Sockeltemperatur auf,
Ί 5 die in einer Wärmerückgewinnungseinrichtung 14, etwa einem Wärmetauscher, genutzt werden kann. Die Abgase werden, falls erforderlich, weiter einer Abgas reinigungseinrichtung 15 zugeführt, wo sie, physikalisch und/oder chemisch, etwa im Hinblick auf gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte, gereinigt und an schließend stoßen werden können.
20 Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Reaktionszone 3, die von ei nem in einer unterhalb der zweiten Reaktionszone 3 angeordneten ersten Reak tionszone 2 erzeugten Pyrolysegas durchströmt wird, welches dabei in ein Pro duktgas zum Aktivieren von Pyrolysekoks umgewandelt wird.
Die Erzeugung des Produktgases aus dem Pyrolysegas erfolgt bei einer Erzeu
25 gungstemperatur, die oberhalb der zur Erzeugung des Pyrolysegases aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial notwendigen Pyrolysetemperatur liegt. Die Erzeugungstemperatur wird durch Befüllen der zweiten Reaktionszone 3 mit einem vorgeheizten Wärmeträgermedium 16 erreicht, welches vorzugsweise als Schüttgut, etwa Stahlkugeln oder Keramikkugeln, ausgeführt ist und sich auf dem Grund der zweiten Reaktionszone 3 in Form einer Schüttung 17 sammelt.
Das Pyrolysegas tritt in die zweite Reaktionszone 3 über eine gasleitende Ver bindung 18 zwischen der ersten und zweiten Reaktionszone 2, 3 ein, wobei die
5 gasleitende Verbindung 18 in einem oberen Bereich der ersten Reaktionszone 2 und in einem unteren Bereich, insbesondere im Bereich des Grundes der zwei ten Reaktionszone 3, in die zweite Reaktionszone 3 mündet. Das heiße, auf die Pyrolysetemperatur erhitzte Pyrolysegas kann in dieser Weise einfach aufstei gen, in die zweite Reaktionszone 3 überführt werden, dort die Schüttung 17
Ί O durchströmen und dabei auf die höhere Erzeugungstemperatur erhitzt werden und als Produktgas durch eine Produktgasableitung 19, die vorteilhaft im oberen Bereich der zweiten Reaktionszone 3 angeordnet ist, aus der zweiten Reakti onszone 3 abgeführt, insbesondere in eine dritte Reaktionszone (siehe Figur 1 ) überführt, werden.
Ί 5 Das Wärmeträgermedium 16 tritt, auf die Erzeugungstemperatur vorgeheizt, im oberen Bereich der zweiten Reaktionszone 3 in die zweite Reaktionszone 3 ein, beispielsweise durch eine erste Schüttgutschleuse 20a, wobei das Wärmeträ germedium 16 dabei bevorzugt von der ersten Schüttgutschleuse 20a dosiert, insbesondere zyklisch in die zweite Reaktionszone 3 eingelassen, werden kann.
20 Durch die Schwerkraft fällt das zweite Wärmeträgermedium in die zweite Reak tionszone 3. Mittels der zweiten Schüttgutschleuse 20b kann das in der Zwi schenzeit, insbesondere aufgrund des vorzugsweise kontinuierlichen Durch- strömens der Schüttung 17 mit dem kühleren Pyrolysegas, auf die Pyrolysetem peratur abgekühlte Wärmeträgermedium 16 unter abermaligem Ausnutzen der
25 Schwerkraft in die erste Reaktionszone 2 überführt werden, wobei auch hier eine Dosierung des Wärmeträgermediums 16 stattfinden kann.
Die gasleitende Verbindung 18 führt dabei in bevorzugter Weise um die zweite Schüttgutschleuse 20b herum, um einen ungehinderten Übertritt des Pyrolyse gases aus der ersten in die zweite Reaktionszone 2, 3 auch dann zu ermögli- chen, wenn die zweite Schüttgutschleuse 20b geschlossen ist. Die Einmündung der gasleitenden Verbindung 18 in die zweite Reaktionszone 3 ist dabei derart in der zweiten Reaktionseinrichtung 3 angeordnet, dass das aus ihr austretende Pyrolysegas die Schüttung 17 auf dem Grund der zweiten Reaktionszone 3
5 durchströmen muss. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Pyrolysegas vollständig auf die Erzeugungstemperatur erwärmt und beispielsweise im Pyro lysegas enthaltene Teere gecrackt werden, so dass ein teerarmes Produktgas entsteht.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer dritten Reaktionszone 4 zum Erzeu
Ί O gen von Aktivkohle aus Pyrolysekoks 21 mithilfe eines Produktgases. Die dritte Reaktionszone 4 ist dabei als Drehrohrreaktor mit einer Trommel 22 ausgeführt, in welche das Pyrolysekoks 21 über einen Eintrittsbereich 22a eingeführt und als Aktivkohle über einen Austrittsbereich 22b ausgeführt werden kann. Die Trom mel 22 ist dabei drehbar gelagert, so dass eine Durchmischung des Pyrolyse
Ί 5 kokses 21 innerhalb der Trommel 22 ermöglicht wird.
Die Förderung des Pyrolysekokses 21 vom Eintrittsbereich 22a zum Austrittsbe reich 22b entlang einer Förderrichtung 23 kann dabei von der Drehung der Trommel 22 zumindest unterstützt werden, insbesondere wenn die dritte Reakti onszone 4 gegenüber einer Horizontalen verkippt ist, so dass der Austrittsbe
20 reich 22b unterhalb des Eintrittsbereichs 22a liegt.
Die dritte Reaktionszone 4 wird dabei von dem Produktgas als Produkt gasstrom 24 in Gegenrichtung zur Förderrichtung 23 durchströmt. Auf diese Weise, insbesondere in Verbindung mit der Drehung der Trommel 22, kommt das Produktgas vollständig mit dem Pyrolysekoks 21 in Kontakt, so dass eine
25 vollständige und gleichmäßige Umwandlung zu Aktivkohle stattfinden kann.
Das Produktgas tritt dabei in bevorzugter Weise durch eine Einlassöffnung 25a im Austrittsbereich 22b in die dritte Reaktionszone 4 ein und durch eine Aus lassöffnung 25b im Eintrittsbereich 22a aus der dritten Reaktionszone 4 aus. Die Einlassöffnung 25a ist mit einer zweiten Reaktionszone gasleitend verbunden (siehe Figur 2), so dass in der dritten Reaktionszone 4, zumindest im Wesentli chen kontinuierlich, Produktgas bereitgestellt werden kann. Die Auslassöff nung 25b ist vorzugsweise mit einer Trenneinrichtung gasleitend verbunden
5 (siehe Figur 1 ), in welcher der Produktgasstrom 24 von beim Umströmen des Pyrolysekokses 21 in der Trommel 22 aufgenommenen Pyrolysekoks- und/oder Aktivkohlepartikeln gereinigt werden kann. Die aus dem Produktgasstrom 24 abgeschiedenen Pyrolysekoks- und/oder Aktivkohlepartikel können der dritten Reaktionszone 4 über den Eintrittsbereich 22a wieder zugeführt werden.
Ί O Vorzugsweise wird die Temperatur in der dritten Reaktionszone 4 zur Aktivie rung des Pyrolysekokses 21 ausschließlich durch das über die Einlassöff nung 25a in die Trommel 22 eintretende Produktgas geregelt. Mit anderen Wor ten entspricht die Aktivierungstemperatur, bei welcher das Pyrolysekoks 21 akti viert wird, zumindest im Wesentlichen, in bevorzugter Weise einer Erzeugungs
Ί 5 temperatur, bei der bei einer thermischen Zersetzung erzeugtes Pyrolysegas in das Produktgas umgewandelt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Zonenheizung (nicht dargestellt) vorgese hen sein, die zur Bereitstellung von Wärme und zum Einträgen der erzeugten Wärme in die dritte Reaktionszone 4 eingerichtet ist. In der Zonenheizung kann
20 bzw. können ein oder mehrere verschiedene Brennstoffe verbrannt werden. Die se Brennstoffe werden bevorzugt außerhalb der Vorrichtung bereitgestellt. In einer Ausführungsform kann der Brennstoff aber, zumindest teilweise, von ei nem Teil des in der ersten Reaktionszone erzeugten Pyrolysekokses gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann in der Zonenheizung auch ein Teil des
25 Produktgases verbrannt werden.
Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 zur Er zeugung von Aktivkohle. In einem Verfahrensschritt S1 wird ein kohlenstoffbal diges Ausgangsmaterial, beispielsweise Biomasse oder ähnliche biogene Abfäl- le, die in Haushalten und/oder industriellen Prozessen anfallen, in einer ersten Reaktionszone thermisch in Pyrolysekoks und Pyrolysegas zersetzt.
Zum Antreiben des Zersetzungsprozesses kann der ersten Reaktionszone ein vorgeheiztes Wärmeträgermedium zugeführt werden, welches für eine definierte
5 Pyrolysetemperatur in der ersten Reaktionszone sorgt. Um eine möglichst voll ständige, homogene Zersetzung des Ausgangsmaterials zu ermöglichen, ist das Wärmeträgermedium vorzugsweise als Schüttgut, d.h. als formstabile Partikel, etwa Stahlkugeln oder Keramikkugeln, mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 200 mm, bevorzugt zwischen 1 und 100 mm, insbesondere zwischen 10
Ί O und 50 mm, ausgeführt. Das Wärmeträgermedium kann sich daher vorteilhaft mit dem Ausgangsmaterial vermischen.
Zur Steuerung der Temperatur in der ersten Reaktionszone kann die erste Re aktionszone das Wärmeträgermedium vorzugsweise, insbesondere mittels einer Schüttgutschleuse, dosiert in die erste Reaktionszone eingebracht werden. Sinkt
Ί 5 die Temperatur in der ersten Reaktionszone im Laufe der Zeit, beispielsweise durch die fortschreitende Zersetzung des Ausgangsmaterials, kann entspre chend weiteres heißes Wärmeträgermedium zugeführt werden.
Um eine spätere Aktivierung des Pyrolysekokses zu erleichtern, kann dem er zeugten Pyrolysegas in einem weiteren Verfahrensschritt S2 Wasserdampf zu
20 geführt werden. Der Wasserdampf wird dabei vorzugsweise in der ersten Reak tionszone zugegeben. Dadurch wird eine Teilaktivierung des Pyrolysekokses direkt bei der Entstehung erreicht.
Nach der Erzeugung des Pyrolysekokses sollte das Wärmeträgermedium wieder vom Pyrolysekoks separiert werden. Vorzugsweise wird das Gemisch in einem
25 weiteren Verfahrensschritt S3 daher in einer Trennzone aufgetrennt, beispiels weise durch mechanische Siebung oder Windsichtung. Das thermische Zersetzen des Ausgangsmaterials, das dosierte Zuführen des Trägermaterials in die erste Reaktionszone, das Zugeben von Wasserdampf und das Separieren des Wärmeträgermediums sind vorzugsweise Teil einer ersten Prozessstufe P1 , welche in bevorzugter Weise alle Verfahrensschritte beinhaltet,
5 welche innerhalb oder zumindest korrespondierend mit der ersten Reaktionszo ne durchgeführt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt S4 wird das erzeugte Pyrolysegas in eine zweite Reaktionszone und der erzeugte Pyrolysekoks in eine dritte Reaktions zone überführt. Während die Überführung des Pyrolysegases vorzugsweise
Ί O über eine in die erste und zweite Reaktionszone mündende Gasleitung erreicht wird, durch die das Pyrolysegas aus der ersten Reaktionszone in die zweite Re aktionszone entweichen kann, kann für die Überführung des Pyrolysekokses eine erste Fördereinrichtung, beispielsweise ein Transportband oder eine För derschnecke, vorgesehen sein.
Ί 5 In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird in der zweiten Reaktionszone das Pyrolysegas in ein Produktgas umgewandelt, welches zur Aktivierung des Pyro lysekokses einsetzbar ist. Vorzugsweise wird das Pyrolysegas zu diesem Zweck auf eine Erzeugungstemperatur erhitzt, die oberhalb der Pyrolysetemperatur in der ersten Reaktionszone liegt, so dass im Pyrolysegas enthaltene Teere ge-
20 crackt werden. Beispielsweise kann das Pyrolysegas durch eine Schüttung des Wärmeträgermediums auf dem Grund der zweiten Reaktionszone geführt wer den. Insbesondere kann das Pyrolysegas im Gegenstrom zum Wärmeträgerme dium durch die zweite Reaktionszone geführt werden, bevor es in einem oberen Bereich der zweiten Reaktionszone austritt.
25 Dabei ist auch denkbar, im oberen Teil der zweiten Reaktionszone einen Kataly sator vorzusehen, der die Erzeugung des Produktgases aus dem Pyrolysegas zumindest begünstigt. Um die Temperatur in der zweiten Reaktionszone zu regulieren, wird das in ei ner Aufwärmzone vorgeheizte Wärmeträgermedium in bevorzugter Weise do siert, etwa über eine Schüttgutschleuse im oberen Bereich der zweiten Reakti onszone, in die zweite Reaktionszone eingeführt, wo es die Schüttung bildet.
5 Sinkt beispielsweise die Temperatur in der zweiten Reaktionszone, kann zusätz liches, heißes Wärmeträgermedium von oben zugeführt werden, während be reits abgekühltes Wärmeträgermedium auf dem Grund der zweiten Reaktions zone in die erste Reaktionszone überführt werden kann.
Die Erzeugungstemperatur ist dabei vorzugsweise in der Weise gewählt, dass
Ί O nicht nur eine vollständige Umwandlung des Pyrolysegases in wasserstoffrei ches, teerarmes Produktgas sichergestellt wird, sondern bei dieser Temperatur auch eine besonders zuverlässige Aktivierung des Pyrolysekokses möglich ist.
Sollte der Wasserdampfanteil im Produktgas nicht ausreichend hoch sein, bei spielsweise weil in der ersten Reaktionszone nur so viel Wasserdampf zugege
Ί 5 ben wurde, wie zur Teilaktivierung des Pyrolysekokses notwendig ist, kann in der zweiten Reaktionszone optional zusätzlicher Wasserdampf zugegeben wer den. Vorzugsweise wird dieser zusätzliche Wasserdampf dabei im Bereich der Gasleitung zwischen der ersten Reaktionszone und der zweiten Reaktionszone zugegeben, bevor das Pyrolysegas mit dem heißen Wärmeträgermedium in der
20 zweiten Reaktionszone in Kontakt tritt.
Das Erzeugen des Produktgases, das dosierte Zuführen des Trägermaterials in die zweite Reaktionszone und das Zugeben von weiterem Wasserdampf sind vorzugsweise Teil einer zweiten Prozessstufe P2, welche in bevorzugter Weise alle Verfahrensschritte beinhaltet, welche innerhalb oder zumindest korrespon
25 dierend mit der zweiten Reaktionszone durchgeführt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt S6 wird das erzeugte Produktgas in die drit te Reaktionszone überführt. Dabei wird die Temperatur des Produktgases vor zugsweise stabil gehalten. Beispielsweise fällt die Temperatur bei der Überfüh- rung in die dritte Reaktionszone weniger als 100°C, vorzugsweise weniger als 50°C, insbesondere weniger als 25°C gegenüber der Erzeugungstemperatur ab.
Der Pyrolysekoks wird in einem weiteren Verfahrensschritt S7 mit dem in die dritte Reaktionszone geleiteten, heißen Produktgas beaufschlagt, um eine Akti
5 vierung des Pyrolysekokses zu erreichen. Dazu kann der Pyrolysekoks bei spielsweise durch die dritte Reaktionszone, etwa mittels eines Transportbands oder durch Rutschen aufgrund von Schwerkraft, transportiert werden, während das heiße Produktgas den Pyrolysekoks überstreicht bzw. umströmt. Um eine möglichst gute Wärmeübertragung zu ermöglichen, wird das Produktgas vor
Ί O zugsweise im Gegenstrom zum Pyrolysekoks durch die dritte Reaktionszone geführt.
In bevorzugter Weise wird der Pyrolysekoks dabei durchmischt, besonders be vorzugt mit dem Pyrolysegas. Dazu kann die dritte Reaktionszone etwa als Drehrohreaktor ausgebildet sein, wobei der Pyrolysekoks eine drehbare Trom
Ί 5 mel des Reaktors durchläuft. Neben der Durchmischung kann die Drehbewe gung, insbesondere bei einer Neigung der Rotationsachse der Trommel gegen eine Horizontale, den Transport des Pyrolysekokses durch die dritte Reaktions zone bewirken oder zumindest unterstützen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S8 wird das Produktgas nach der Aktivie
20 rung des Pyrolysekokses in bevorzugter Weise, insbesondere physikalisch, ge reinigt. Dazu kann das Pyrolysegas eine Trenneinrichtung durchlaufen, in der vom Produktgas bei der Aktivierung aufgenommene Partikel wieder abgeschie den werden. Anschließend kann das in dieser Weise physikalisch gereinigte Produktgas weiteren, chemischen Reinigungsschritten unterzogen werden, be
25 vor es energetisch oder stofflich genutzt wird.
Auch die Aktivkohle wird vorzugsweise vor der weiteren Verwendung, insbeson dere chemisch, gereinigt. Dazu kann die Aktivkohle in einem weiteren Verfah rensschritt S9 von der dritten Reaktionszone in eine Nachbehandlungseinrich- tung überführt und dort, insbesondere entsprechend der beabsichtigten Ver wendung, aufbereitet werden.
Das Aktivieren des Pyrolysekokses, das Reinigen des Produktgases und das Aufbereiten der Aktivkohle sind vorzugsweise Teil einer dritten Prozessstufe P3, welche in bevorzugter Weise alle Verfahrensschritte beinhaltet, welche innerhalb oder zumindest korrespondierend mit der dritten Reaktionszone durchgeführt werden.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform be schrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht be absichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Im- plementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemen te vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehäng ten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äqui- valenten abgewichen wird.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung
2 erste Reaktionszone
3 zweite Reaktionszone
5 4 dritte Reaktionszone
5 Förderanlage
6 Trennzone
7 Nachbehandlungseinrichtung
8 Aufwärmzone
Ί 0 9 zweite Fördereinrichtung
10 erste Fördereinrichtung
1 1 Fleizeinrichtung
12 Trenneinrichtung
13 Reinigungseinrichtung
Ί 5 14 Wärmerückgewinnungseinrichtung
15 Abgasreinigungseinrichtung
16 Wärmeträgermedium
17 Schüttung
18 Gasleitung
20 19 Produktgasableitung
20a, b erste, zweite Schüttgutschleuse
21 Pyrolysekoks
22 Trommel
22a, b Eintrittsbereich, Austritts bereich
25 23 Förderrichtung
24 Produktgasstrom
25a, b Einlassöffnung, Auslassöffnung
100 Verfahren
S1 - S9 Verfahrensschritte
30 P1 - P3 Prozessstufen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren (100) zur Erzeugung von Aktivkohle innerhalb eines Verga sungsprozesses, aufweisend:
5 eine erste Prozessstufe (P1 ), aufweisend ein thermisches Zerset zen (S1 ) eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, insbesondere von Biomasse, in einer ersten Reaktionszone (2) unter Erzeugung von Pyrolysekoks (21 ) und Pyrolysegas;
Überführen (S4) von zumindest einem Teil des erzeugten Pyrolysega
Ί O ses aus der ersten Reaktionszone (2) in eine zweite Reaktionszone (3) und Überführen zumindest eines Teils des Pyrolysekokses (21 ) aus der ersten Reaktionszone (2) in eine dritte Reaktionszone (4); eine zweite Prozessstufe (P2), aufweisend ein Erzeugen (S5) eines zur Aktivierung des Pyrolysekokses (21 ) einsetzbaren Produktgases aus
15 dem Pyrolysegas in der zweiten Reaktionszone (3);
Überführen (S6) des Produktgases in die dritte Reaktionszone (4); und eine dritte Prozessstufe (P3), aufweisend ein Aktivieren (S7) zumindest eines Teils des Pyrolysekokses (21 ) zu Aktivkohle mithilfe des Produkt gases in der dritten Reaktionszone (4).
20
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei die zur Aktivierung des Pyroly sekokses (21 ) notwendige Wärmeenergie, zumindest teilweise, vor zugsweise ausschließlich, durch das Produktgas bereitgestellt wird.
25 3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Pyrolysekoks (21 ) bei einer Aktivierungstemperatur aktiviert wird, die von einer Erzeu gungstemperatur bei der Erzeugung (S5) des Produktgases abhängt.
4. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
30 Produktgas bei einer Erzeugungstemperatur erzeugt (S5) wird, die zwi schen 700 und 1200°C, vorzugsweise zwischen 800 und 1000°C, ins besondere zwischen 925 und 975°C, liegt.
5. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Pyrolysegas Wasserdampf zugegeben wird (S2), mit dessen Hilfe das Produktgas in der zweiten Reaktionszone (3) erzeugt wird.
6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Was serdampf in der Weise zugegeben und/oder die Erzeugungstemperatur in der Weise gewählt wird, dass das Produktgas zumindest eines der folgenden aufweist:
- einen Wasserdampfgehalt zwischen 15 und 45 Vol.%, vorzugsweise zwischen 20 und 40 Vol.%, insbesondere etwa 30 Vol.%;
- einen Kohlenstoffdioxidgehalt zwischen 5 und 30 Vol.%, vorzugsweise zwischen 10 und 20 %, insbesondere etwa 15 Vol.%; und/oder
- einen Kohlenmonoxidanteil zwischen 10 und 30 Vol.%, vorzugsweise zwischen 15 und 25 Vol.%, insbesondere etwa 20 Vol.%.
7. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei zumindest ein Teil des Wasserdampfs bereits in der ersten Reaktionszone (2) bei der thermischen Zersetzung (S1 ) zugegeben wird, so dass teilaktivierter Pyrolysekoks (21 ) erzeugt wird, der in der dritten Reaktionszone (4) mithilfe des Produktgases zumindest überwiegend, bevorzugt zumin dest im Wesentlichen vollständig, aktiviert wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei der Pyrolysekoks (21 ) mithilfe des zugegebenen Wasserdampfs in der ersten Reaktionszone (2) bei einer Temperatur teilaktiviert wird, die durch eine Pyrolysetemperatur, bei der das Ausgangsmaterial thermisch zersetzt wird, definiert wird.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei das Ausgangsmaterial in der ersten Reaktionszone (2) bei einer Pyrolysetemperatur thermisch zer setzt wird, die zwischen 500 und 900°C, vorzugsweise zwischen 600 und 800°C, insbesondere zwischen 650 und 750°C, liegt.
10. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zu mindest ein Teil des Pyrolysekokses (21 ) beim Überführen in die dritte Reaktionszone (4) vorkonditioniert wird.
1 1. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Pyrolysekoks (21 ) in der dritten Reaktionszone (4) während der Aktivie rung mit dem Produktgas, zumindest im Wesentlichen, kontinuierlich durchmischt wird.
12. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Produktgas im Gegenstrom (24) zum Pyrolysekoks (21 ) durch die dritte Reaktionszone (4) geleitet wird.
13. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Produktgas nach der Aktivierung des Pyrolysekokses (21 ) durch eine Trenneinrichtung (12) geleitet und dort von Pyrolysekoksrückständen und/oder Aktivkohlerückständen, insbesondere physikalisch, gereinigt wird.
14. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Teil des Pyrolysekokses (21 ) in einer Heizeinrichtung (1 1 ) verfeuert wird, um ein Wärmeträgermedium (16) aufzuheizen, welches der zwei ten Reaktionszone (3) zur Erzeugung des Produktgases und/oder der ersten Reaktionszone (2) zur thermischen Zersetzung des Ausgangs materials zugeführt wird.
15. Vorrichtung (1 ) zur Erzeugung von Aktivkohle, eingerichtet zum Ausfüh ren eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
16. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 15, aufweisend:
eine erste Reaktionszone (2), in der Pyrolysekoks (21 ) und Pyrolysegas durch thermische Zersetzung von kohlenstoffhaltigem Ausgangsmateri al, insbesondere Biomasse, erzeugbar ist;
eine mit der ersten Reaktionszone (2) gasleitend verbundene zweite
Reaktionszone (3), in der aus zumindest einem Teil des Pyrolysegases ein zur Aktivierung des Pyrolysekokses (21 ) einsetzbares Produktgas erzeugt wird;
eine mit der zweiten Reaktionszone (3) gasleitend verbundene dritte Reaktionszone (4), in der zumindest ein Teil des Pyrolysekokses (21 ) mithilfe des Produktgases zu Aktivkohle aktivierbar ist; und
eine erste Fördereinrichtung (10), die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des Pyrolysekokses (21 ) aus der ersten Reaktionszone (2) in die dritte Reaktionszone (4) zu überführen.
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