WO2023117637A1 - Method and group of systems for producing synthesis gas - Google Patents

Method and group of systems for producing synthesis gas Download PDF

Info

Publication number
WO2023117637A1
WO2023117637A1 PCT/EP2022/085907 EP2022085907W WO2023117637A1 WO 2023117637 A1 WO2023117637 A1 WO 2023117637A1 EP 2022085907 W EP2022085907 W EP 2022085907W WO 2023117637 A1 WO2023117637 A1 WO 2023117637A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
biogas
fluidized bed
bed reactor
plant
synthesis gas
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/085907
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Klaus Otto Schmitt
Hubertus Kurt Winkler
Martin Karch
Bernd Max Bodeit
Original Assignee
BHYO GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BHYO GmbH filed Critical BHYO GmbH
Publication of WO2023117637A1 publication Critical patent/WO2023117637A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0989—Hydrocarbons as additives to gasifying agents to improve caloric properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1681—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with biological plants, e.g. involving bacteria, algae, fungi

Abstract

The invention relates to a method for producing synthesis gas (2), comprising the steps of: - partially reacting, by fermentation, biological input material (3) to biogas (17) in a biogas system (16), wherein in addition to the biogas (17) fermentation residues (20) are produced which have a content in carbonaceous and hydrogen-containing components; - introducing the fermentation residues (20) into a heated fluidized bed reactor (1) in which a synthesis gas (2) is produced from the fermentation residues (20) by gasification.

Description

Verfahren und Anlagenverbund zur Erzeugung von Synthesegas Process and plant network for the production of synthesis gas
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Anlagenverbund zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Eingangsstoffen durch Vergasung in einem Wirbelschichtreaktor. The invention relates to a method and a plant network for generating synthesis gas from carbon-containing and hydrogen-containing input materials by gasification in a fluidized bed reactor.
Unter einem Synthesegas versteht man ein Gasgemisch, welches im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) zusammengesetzt ist und welches zur Synthese weiterer chemischer Produkte eingesetzt werden kann. Insbesondere kann aus einem solchen Synthesegas Methanol synthetisiert werden. Methanol kann wiederrum als Energielieferant für verschiedene Einsatzzwecke weiterverwendet werden. Die Herstellung von Synthesegas aus Abfallstoffen der hütten- und petrochemischen Industrie ist grundsätzlich bekannt. Vermehrt besteht aber auch ein Bedarf darin, aus biologischen Eingangsstoffen (Biomasse) Synthesegas zu gewinnen, zumal diese aufgrund Ihrer organischen Struktur über einen ausreichend hohen Anteil von kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten verfügen. Synthesis gas is understood to mean a gas mixture which is essentially made up of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) and which can be used to synthesize other chemical products. In particular, methanol can be synthesized from such a synthesis gas. In turn, methanol can be used as an energy supplier for various purposes. The production of synthesis gas from waste materials from the metallurgical and petrochemical industries is known in principle. However, there is also an increasing need to obtain synthesis gas from biological input materials (biomass), especially since these have a sufficiently high proportion of carbon-containing and hydrogen-containing components due to their organic structure.
Ein hierfür geeignetes Verfahren stellt die Erzeugung von Synthesegas in einem Wirbelschichtreaktor dar. In einem solchen Wirbelschichtreaktor wird das als Feststoffschüttung vorliegende biologische Material von einem gasförmigen Fluid durchströmt, wobei sich eine Wirbelschicht in Form einer Fluid-Feststoff- Suspension ausbildet. Bei dem einströmenden Fluid handelt es sich üblicherweise um Wasserdampf, Luft und/oder Sauerstoff und bei dem biologischen Material beispielsweise um Biomüll, Klärschlamm, Gülle, tierische Abfälle oder dergleichen. Darüber hinaus wird der Wirbelschichtreaktor aufgeheizt, um hierdurch eine Ausgasung der in dem biologischen Material enthaltenen gasförmigen Verbindungen zu bewirken. Im Ergebnis bildet sich zunächst ein Gas, welches als wesentliche Komponenten, Wasserstoff (H2), Methan (CH4), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) enthält. Aufgrund des hohen Methangehaltes eignet sich dieses Gas grundsätzlich für eine thermische Umsetzung und damit zur Erzeugung von Strom. Allerdings kann durch eine partielle Oxidation des Methangehaltes auch der Anteil von Wasserstoff und Kohlenmonoxid erhöht werden, um so eine größere Menge an Synthesegas zu erreichen. Bei einer solchen partiellen Oxidation reagiert das Methan mit dem in den Wirbelschichtreaktor eingebrachten Sauerstoff bzw. Luftsauerstoff, wobei die Oxidation so gesteuert wird, dass keine vollständige Umsetzung von Methan zu Kohlendioxid und Wasserdampf erfolgt. Vielmehr wird der Reaktionsprozess frühzeitig unterbrochen, um so Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu gewinnen. A suitable method for this is the generation of synthesis gas in a fluidized bed reactor. In such a fluidized bed reactor, a gaseous fluid flows through the biological material present as a loose bed of solids, forming a fluidized bed in the form of a fluid-solids suspension. The inflowing fluid is usually steam, air and/or oxygen and the biological material is, for example, organic waste, sewage sludge, manure, animal waste or the like. In addition, the fluidized bed reactor is heated in order to cause outgassing of the gaseous compounds contained in the biological material. As a result, a gas is initially formed which contains hydrogen (H2), methane (CH4), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2) as the main components. Due to the high methane content, this gas is basically suitable for thermal conversion and thus for generating electricity. However, by partially oxidizing the methane content, the proportion of hydrogen and carbon monoxide can also be increased in order to achieve a larger amount of synthesis gas. In such a partial oxidation, the methane reacts with the oxygen or atmospheric oxygen introduced into the fluidized bed reactor, with the oxidation being controlled in such a way that the methane is not completely converted into carbon dioxide and water vapor. Rather, the reaction process is interrupted at an early stage in order to obtain carbon monoxide and hydrogen.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bekannt aus EP 2 705 121 B1 und DE 10 2004 032 830 A1. Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse sind bekannt aus der DE 102 270 74 A1. Weitere Verfahren und Vorrichtungen im Umfeld der Erfindung sind bekannt aus der DE 10 2007 006 980 A1 , der DE 10 2008 032 166 A1 , der DE 10 2006 022 265 A1 , der DE 10 2009 039 845 A1 , der DE 102 58 485 A1 , der DE 10 2004 045 772 A1 , der DE 10 2007 012 452 A1 , der DE 10 2008 036 A1 , der EP 1 865 046 A1 , dem Fachartikel "Choren fueIR aus dem Carbo-VR-Vergaser", Tagungsbericht Biomasse-Vergasung - Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003, Seiten 234 bis 238 und dem Fachartikel "Der Blaue Turm - Wasserstoff aus Biomasse", Tagungsbericht Biomasse-Vergasung - Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003, Seiten 240 bis 249. Such a method and such a device are known from EP 2 705 121 B1 and DE 10 2004 032 830 A1. Another method and a device for gasifying biomass are known from DE 102 270 74 A1. Further methods and devices in the context of the invention are known from DE 10 2007 006 980 A1, DE 10 2008 032 166 A1, DE 10 2006 022 265 A1, DE 10 2009 039 845 A1, DE 102 58 485 A1, DE 10 2004 045 772 A1, DE 10 2007 012 452 A1, DE 10 2008 036 A1, EP 1 865 046 A1, the technical article "Choren fueIR aus dem Carbo-VR-Vergaser", conference report on biomass gasification - International Leipzig Conference, October 2003, pages 234 to 238 and the specialist article "The Blue Tower - Hydrogen from Biomass", conference report on biomass gasification - Leipzig International Conference, October 2003, pages 240 to 249.
Diese Verfahren sind grundsätzlich bekannt. Allerdings ist es im Sinne einer effizienten Ressourcennutzung weiterhin ein Bestreben, das Einsatzgebiet und die Nutzung der Rohstoffbasis derartiger Wirbelschichtreaktoren zur Erzeugung von Synthesegas weiter zu verbessern. Darüber hinaus sind die Produktanteile des Synthesegases hinsichtlich einer veränderten, weiteren Verwendung zu optimieren. These methods are known in principle. However, in terms of an efficient use of resources, it is still an aim to increase the area of application and the use of the raw material base of such fluidized bed reactors for production of synthesis gas. In addition, the product proportions of the synthesis gas must be optimized with regard to a changed, further use.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einem Anlagenverbund gemäß Patentanspruch 11 . Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. This object is achieved by a method according to patent claim 1 and a plant network according to patent claim 11 . Preferred variants can be found in the dependent claims, the description and the drawings.
Demnach ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas folgende Schritte umfasst: Accordingly, it is provided that the method for generating synthesis gas comprises the following steps:
- Teilweises Umsetzen durch Fermentation von biologischen Eingangsstoffen zu Biogas in einer Biogasanlage, wobei neben dem Biogas Fermentationsreste gebildet werden, welche einen Anteil von kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten enthält, die aufgrund ihrer ligninhaltigen Struktur von den Mikroorganismen nicht mehr weiter aufgeschlossen werden. - Partial conversion by fermentation of biological input materials to biogas in a biogas plant, whereby fermentation residues are formed in addition to the biogas, which contains a proportion of carbon-containing and hydrogen-containing components that are no longer broken down by the microorganisms due to their lignin-containing structure.
- Einbringen der Fermentationsreste in einen beheizten Wirbelschichtreaktor, in dem durch Vergasung aus Fermentationsreste ein Synthesegas gebildet wird. - Introduction of the fermentation residues in a heated fluidized bed reactor, in which a synthesis gas is formed from fermentation residues by gasification.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird das in der Biogasanlage erzeugte Biogas für die Aufheizung des Wirbelschichtreaktors verwendet. In a particularly preferred variant of the method, the biogas produced in the biogas plant is used to heat the fluidized bed reactor.
Die Erfindung sieht somit vor, dass zumindest ein Teil der biologischen Eingangsstoffe nicht unmittelbar in den Wirbelschichtreaktor, sondern zunächst in eine Biogasanlage eingebracht wird, wobei eine solche Biogasanlage durch Fermentationsprozesse aus den Eingangsstoffen ein Biogas herausbildet, welches zu einem hohen Anteil aus Methan besteht. Das in derartigen Biogasanlagen gebildete Biogas wird üblicherweise unmittelbar zur Stromerzeugung thermisch umgesetzt oder aber in das Erdgasnetz eingespeist. Dies ist möglich, da die chemische Zusammensetzung des Biogases weitestgehend dem Erdgas entspricht. Derartige Biogasanlagen finden sich üblicherweise im landwirtschaftlich geprägten Raum, da eine Vielzahl von biologischen Eingangsstoffen so einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. Aus wirtschaftlicher Sicht können derartige Anlagen aber nur aufgrund staatlicher Subventionen betrieben werden, welche allerdings zeitnah Auslaufen und somit eine Weiterverwendung zumindest aus wirtschaftlicher Sicht unwahrscheinlich erscheinen lassen. The invention thus provides that at least some of the biological input materials are not directly in the fluidized bed reactor, but first is introduced into a biogas plant, with such a biogas plant forming a biogas from the input materials through fermentation processes, which consists of a high proportion of methane. The biogas formed in such biogas plants is usually thermally converted directly to generate electricity or fed into the natural gas network. This is possible because the chemical composition of the biogas largely corresponds to that of natural gas. Such biogas plants are usually found in agricultural areas, since a large number of biological input materials can be supplied for further use in this way. From an economic point of view, however, such systems can only be operated on the basis of government subsidies, which, however, will expire soon and thus make further use appear unlikely, at least from an economic point of view.
Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass derartige Biogasanlagen aufgrund ihrer bereits vorhandenen Infrastruktur äußerst sinnvoll mit einem Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von Synthesegas gekoppelt werden können. Hierzu wird ein Teil der biologischen Eingangsstoffe zunächst in der bereits vorhandenen Biogasanlage zu Biogas umgesetzt, wobei Fermentationsreste Zurückbleiben. Die Umsetzung der biologischen Eingangsstoffe erfolgt jedoch in dieser Ausgestaltungsvariante nicht zwangsläufig vollständig, sodass auch weiterhin in den Fermentationsresten ein erheblicher Anteil von kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten verbleibt. Diese Fermentationsreste kann dann wiederum als Eingangsstoff in dem Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Synthesegas verwendet werden, während das in der Biogasanlage erzeugte Biogas für die Aufheizung des Wirbelschichtreaktors verwendet wird. Die Umsetzung des biologischen Eingangsstoffes in der Biogasanlage erfolgt hierbei zu einem Grad, der einerseits eine ausreichende Menge von erzeugtem Biogas ermöglicht und andererseits eine ausreichend hohe Menge kohlenstoffhaltiger und wasserstoffhaltiger Verbindungen in den Fermentationsresten zur Herstellung von Synthesegas zurücklässt. Hierbei ist auch zu bedenken, dass Biogasanlagen am effektivsten arbeiten, wenn sie zucker- bzw. stärke-, oder ölhaltige Pflanzen als biologische Eingangsstoffe verarbeiten können. Andere Eingangsstoffe wie Gräser, Restholz, Landschaftspflegematerial etc., bestehen im Wesentlichen aus biopolymerer Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Die Umsetzung dieser Stoffe in Biogasanlagen ist schwierig, da insbesondere Lignin, das die Pflanzenstruktur gegen mikrobiellen Abbau schützt, für die Mikroorganismen kaum verdaulich ist. Somit verbleiben auch ungenutzte Eingangsstoffe in den Fermentationsresten zurück und mussten bislang zu hohen Kosten entsorgt werden. Lignin hat im Vergleich zu Zellulose und Hemizellulose haben hierbei einen sehr hohen Kohlenstoffanteil, was für die Vergasung vorteilhaft ist. However, the invention has recognized that such biogas plants can be coupled extremely usefully with a fluidized bed reactor for the production of synthesis gas due to their existing infrastructure. For this purpose, a part of the biological input materials is first converted into biogas in the existing biogas plant, leaving fermentation residues behind. However, the conversion of the biological input materials does not necessarily take place completely in this embodiment variant, so that a considerable proportion of carbon-containing and hydrogen-containing components also remains in the fermentation residues. These fermentation residues can then in turn be used as input material in the fluidized bed reactor for generating synthesis gas, while the biogas generated in the biogas plant is used for heating the fluidized bed reactor. The conversion of the biological input material in the biogas plant takes place to a degree that on the one hand enables a sufficient amount of biogas to be produced and on the other hand leaves a sufficiently high amount of carbon-containing and hydrogen-containing compounds in the fermentation residues for the production of synthesis gas. It should also be considered here that biogas plants work most effectively if they can process plants containing sugar, starch or oil as biological input materials. Other input materials such as grass, residual wood, landscape maintenance material, etc. essentially consist of biopolymer cellulose, hemicellulose and lignin. The conversion of these substances in biogas plants is difficult, since lignin in particular, which protects the plant structure against microbial degradation, is hardly digestible for the microorganisms. As a result, unused input materials also remain in the fermentation residues and previously had to be disposed of at high cost. Compared to cellulose and hemicellulose, lignin has a very high carbon content, which is advantageous for gasification.
In einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens können Eingangsstoffe wie Gräser, Restholz, Landschaftspflegematerial, aber auch Klärschlamm direkt aufbereitet werden und direkt als zusätzliche biologische Eingangsstoffe in den Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Synthesegas eingebracht werden. In a particularly advantageous variant of the method, input materials such as grass, residual wood, landscape maintenance material, but also sewage sludge can be processed directly and introduced directly into the fluidized bed reactor as additional biological input materials for the production of synthesis gas.
Vorzugsweise werden die durch Trocknung und Pressen aufbereitete biologischen Eingangsstoffe in Form von kompaktierten Pellets konfektioniert. The biological input materials processed by drying and pressing are preferably packaged in the form of compacted pellets.
Idealerweise können die Pellets mithilfe einer Förderschnecke in den Wirbelschichtreaktor eingebracht werden. Ideally, the pellets can be fed into the fluidized bed reactor using a screw conveyor.
Durch die Koppelung des Wirbelschichtreaktors mit den bereits vorhandenen Biogasanlagen, können die unfermentierten Restkomponenten der Fermentationsreste einem weiteren Nutzen zugeführt werden, wodurch sich sowohl wirtschaftliche als auch ressourcenschonende Vorteile herausbilden. Gemäß einer Variante des Verfahrens werden die Eingangsstoffe in der Biogasanlage nur zu einem Umsetzungsgrad zwischen 87 %, bevorzugt zwischen 20 % und 60 %, umgesetzt. Mit einem Umsetzungsgrad ist im Rahmen der Erfindung gemeint, dass bezogen auf die maximal mögliche Menge an Biogas aus dem eingesetzten Eingangsstoff nur ein gewisser Anteil tatsächlich gewonnen wurde, insbesondere bezogen auf die maximal mögliche Menge an Methan. By coupling the fluidized bed reactor with the existing biogas plants, the unfermented residual components of the fermentation residues can be used for a further purpose, resulting in both economic and resource-saving advantages. According to a variant of the method, the starting materials in the biogas plant are only converted to a degree of conversion of between 87%, preferably between 20% and 60%. In the context of the invention, a degree of conversion means that, based on the maximum possible amount of biogas from the input material used, only a certain proportion was actually obtained, in particular based on the maximum possible amount of methane.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors zumindest eine Heizvorrichtung vorgesehen, welche zur Erzeugung von Wärme einen Brenner aufweist, welcher mit einem Brenngas betrieben wird, welches zumindest teilweise das in der Biogasanlage erzeugte Biogas als Komponente enthält. Wie bereits zuvor erläutert wurde, weist Biogas in der Regel einen hohen Anteil an Methan auf, welcher zwischen 50 und 60 Vol.- % entspricht. Weitere Bestandteile sind Wasserdampf, Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff. Aufgrund des hohen Methangehaltes kann somit das Biogas als Brenngas verwendet werden, wobei grundsätzlich auch weitere Komponenten hinzugeführt werden können. Bei diesen weiteren Komponenten kann es sich beispielsweise um Erdgas oder aber auch um einen Teil des in dem Wirbelschichtreaktor erzeugten Synthesegases handeln. Durch Oxidation wird dann das Brenngas verbrannt und die hierdurch erzeugte Wärme zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors verwendet. Hierbei ist die zumindest eine Heizvorrichtung darauf ausgelegt, den Reaktor auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000 °C zu erwärmen. According to a development of the method, at least one heating device is provided for heating the fluidized bed reactor, which has a burner for generating heat, which is operated with a fuel gas which at least partially contains the biogas produced in the biogas plant as a component. As explained above, biogas usually has a high proportion of methane, which corresponds to between 50 and 60% by volume. Other components are water vapour, oxygen, nitrogen, ammonia, hydrogen and hydrogen sulfide. Due to the high methane content, the biogas can thus be used as a fuel gas, although in principle other components can also be added. These further components can be, for example, natural gas or also part of the synthesis gas produced in the fluidized bed reactor. The fuel gas is then burned by oxidation and the heat generated in this way is used to heat up the fluidized bed reactor. In this case, the at least one heating device is designed to heat the reactor to a temperature between 600 and 1000.degree.
Darüber hinaus ist es auch möglich, zumindest zwei Heizvorrichtungen vorzusehen, welche dann an unterschiedlichen Gehäuseabschnitten unterschiedliche Temperaturzonen bewirken. Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung kann zumindest eine erste Vergasungszone mit einer Vergasungstemperatur zwischen 600 und 770 °C, bevorzugt zwischen 700 und 770 °C erzeugt werden. Eine zweite Vergasungszone mit einer zweiten Vergasungstemperatur weist bevorzugt eine Temperatur zwischen 770 und 1000 °C, bevorzugt zwischen 770 und 900 °C auf. In addition, it is also possible to provide at least two heating devices, which then bring about different temperature zones on different housing sections. Based on such an embodiment, at least one first gasification zone with a gasification temperature of between 600 and 770° C., preferably between 700 and 770° C., can be produced. A second gasification zone with a second Gasification temperature preferably has a temperature between 770 and 1000 °C, preferably between 770 and 900 °C.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens kann zur Unterstützung der Bildung einer Wirbelschicht ein Wirbelschichtmaterial eingesetzt werden. Diese Wirbelschichtmaterial kann vorzugsweise in Form eines Sandes ausgebildet sein. In a particularly preferred variant of the method, a fluidized bed material can be used to support the formation of a fluidized bed. This fluidized bed material can preferably be in the form of sand.
Bei einer vorteilhaften Variante können die Biogasanlage und der Wirbelschichtreaktor auch örtlich getrennt voneinander positioniert sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass mehrere Biogasanlagen, die örtlich um den Wirbelschichtreaktor verteilt bereits bestehen, einen zentralen Wirbelschichtreaktor mit Biogas und Fermentationsresten versorgen. Dabei kann das produzierte Biogas auch in das bestehende Erdgasnetz eingespeist und durch einen Anschluss am Wirbelschichtreaktor entnommen werden. Die Fermentationsreste können beispielsweise per Tankwagen zum Wirbelschichtreaktor befördert werden. In an advantageous variant, the biogas plant and the fluidized bed reactor can also be positioned separately from one another. In addition, it is also conceivable that several biogas plants, which already exist locally around the fluidized bed reactor, supply biogas and fermentation residues to a central fluidized bed reactor. The biogas produced can also be fed into the existing natural gas network and removed through a connection to the fluidized bed reactor. The fermentation residues can, for example, be transported to the fluidized bed reactor by tanker.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält das Brenngas das in der Biogasanlage erzeugte Biogas zu einem Anteil zwischen 55 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 35 Gew.-%. Wie bereits zuvor erläutert, können die weiteren Anteile beispielsweise aus Erdgas oder Synthesegas gebildet werden. According to a development of the invention, the fuel gas contains the biogas produced in the biogas plant in a proportion of between 55% by weight, preferably between 10 and 35% by weight. As already explained above, the other shares can be formed from natural gas or synthesis gas, for example.
Darüber hinaus erwärmt die zumindest eine Heizvorrichtung den Wirbelschichtreaktor bevorzugt in eine allothermen Art und Weise. Dies bedeutet, dass die verfahrenstechnischen Prozesse in der Wirbelschicht allein aufgrund einer äußeren Einwirkung von Wärme bewirkt werden, ohne aber chemische Änderungen hervorzurufen. Hierzu ist es erforderlich, dass die in dem Brenner erzeugte Wärme dem Wirbelschichtreaktor zugeführt wird, ohne dass die heißen Abgase des Brenners in stofflicher Hinsicht in den Wirbelschichtreaktor gelangen. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass die heißen Abgase in Form eines Wärmetauschers auf die Wirbelschicht einwirken. Zusätzlich können auch Leitbleche vorgesehen sein, über die die auf die Wirbelschicht einwirkende Oberfläche vergrößert wird. Furthermore, the at least one heater preferably heats the fluidized bed reactor in an allothermal manner. This means that the process engineering processes in the fluidized bed are brought about solely as a result of an external effect of heat, but without causing any chemical changes. For this it is necessary that the heat generated in the burner is supplied to the fluidized bed reactor without the hot exhaust gases of the burner materially entering the fluidized bed reactor reach. This can be made possible, for example, by the hot exhaust gases acting on the fluidized bed in the form of a heat exchanger. In addition, guide plates can also be provided, via which the surface acting on the fluidized bed is increased.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens, stellen die Fermentationsreste nicht das einzige Material dar, mit dem der Wirbelschichtreaktor betrieben wird. Vielmehr stellen die Fermentationsreste lediglich einen Anteil des biologischen Eingangsstoffes dar, mit welchem der Wirbelschichtreaktor betrieben wird. Grundsätzlich können Gartenabfälle, Grünschnitt, Klärschlamm uvm. auch in dem Wirbelschichtreaktor verwendet werden. According to a preferred embodiment of the process, the fermentation residues are not the only material with which the fluidized bed reactor is operated. Rather, the fermentation residues represent only a portion of the biological input material with which the fluidized bed reactor is operated. Basically, garden waste, green waste, sewage sludge and much more. can also be used in the fluidized bed reactor.
Voraussetzung für das Einbringen in den Wirbelschichtreaktor ist das Aufbereiten der Fermentationsreste, des Grünschnitt, der Garten- sowie Landwirtschaftsabfälle und des Klärschlamms. Dazu wird die Biologischer Eingangsstoff vorzugsweise getrocknet und/oder gepresst, so dass ein Wassergehalt von unter 20 % erzielt werden kann. Prerequisite for the introduction into the fluidized bed reactor is the processing of the fermentation residues, the green waste, the garden and agricultural waste and the sewage sludge. For this purpose, the biological input material is preferably dried and/or pressed so that a water content of less than 20% can be achieved.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Anlagenverbund zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Biogasanlage zur Fermentation von Eingangsstoffen zu Biogas und einem Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von Synthesegas, wobei die Biogasanlage über eine erste Transporteinrichtung mit dem Wirbelschichtreaktor verbunden ist, wobei die erste Transporteinrichtung dazu eingerichtet ist, die kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten der Fermentationsresten aus der Biogasanlage in den Wirbelschichtreaktor einzubringen. The subject matter of the invention is also a plant network for carrying out the method according to the invention with a biogas plant for the fermentation of input materials into biogas and a fluidized bed reactor for the production of synthesis gas, the biogas plant being connected to the fluidized bed reactor via a first transport device, the first transport device being set up to to introduce the carbon-containing and hydrogen-containing components of the fermentation residues from the biogas plant into the fluidized bed reactor.
Darüber hinaus kann eine vorteilhafte Variante des Verfahrens auch eine zweite Transportvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, Biogas aus der Biogasanlage in eine Heizvorrichtung zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktor einzubringen. In addition, an advantageous variant of the method also have a second transport device which is adapted to biogas from the Introduce biogas plant in a heater for heating the fluidized bed reactor.
Grundsätzlich können somit die Biogasanlage und der Wirbelschichtreaktor räumlichen nah zueinander angeordnet werden, sodass die in der Biogasanlage erzeugten Ausgangsstoffe unmittelbar in dem Wirbelschichtreaktor weiterverarbeitet werden können. In einem solchen Fall ist es beispielsweise zweckmäßig die zweite Heizvorrichtung in Form einer einfachen Rohrverbindung bzw. in Form eines Rohrleitungssystems vorzusehen, sodass die Biogasanlage ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten unmittelbar in den Wirbelschichtreaktor bzw. in die Heizvorrichtung des Wirbelschichtreaktor gelangen können. Mit einem solchen Rohrleitungssystem ist im Rahmen der Erfindung ein Rohrleitungssystem gemeint, welches nicht an ein kommunales Erdgasleitungssystem angeschlossen ist, sodass außer dem Wirbelschichtreaktor keine bzw. nur wenige Verbraucher mit dem erzeugten Biogas betrieben werden können. Außer dem Wirbelschichtreaktor handelt es sich bei den weiteren möglichen Verbrauchern lediglich um Verbraucher im Rahmen des Anlagenverbundes oder aber auch um räumlich nahe Verbraucher z. B. im Bereich eines angeschlossenen landwirtschaftlichen Betriebes. In principle, the biogas plant and the fluidized bed reactor can thus be arranged spatially close to one another, so that the starting materials produced in the biogas plant can be further processed directly in the fluidized bed reactor. In such a case, it is expedient, for example, to provide the second heating device in the form of a simple pipe connection or in the form of a pipe system, so that the biogas plant can reach the fluidized bed reactor or the heating device of the fluidized bed reactor directly without the interposition of further components. Such a pipeline system is a pipeline system within the scope of the invention that is not connected to a municipal natural gas pipeline system, so that apart from the fluidized bed reactor no or only a few consumers can be operated with the biogas produced. Apart from the fluidized bed reactor, the other possible consumers are only consumers within the framework of the plant network or also consumers in the vicinity, e.g. B. in the area of an affiliated farm.
Vorteilhafterweise wird der biologischer Eingangsstoff des Wirbelschichtreaktors aufbereitet, so dass eine fluidisierbare Feststoffmasse mit einem Wassergehalt von kleiner 20 % erzielt wird. The biological input material of the fluidized bed reactor is advantageously processed so that a fluidizable solid mass with a water content of less than 20% is achieved.
Dazu können in einer vorteilhaften Variante der Erfindung die Fermentationsreste gepresst werden. Vorzugsweise kann dies mit einer Siebbandpresse oder einer Rahmenfilterpresse oder einer Kammerfilterpresse oder einer Schneckenpresse erfolgen. Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Anlagenverbunds wird die Abwärme der Abgaswäsche des Wirbelschichtreaktors zum Trocknen der biologischen Eingangsstoffe eingesetzt. Dies kann vorteilhafterweise in einem Bandtrockner erfolgen. For this purpose, in an advantageous variant of the invention, the fermentation residues can be pressed. This can preferably be done with a belt filter press or a frame filter press or a chamber filter press or a screw press. In a particularly advantageous variant of the plant network, the waste heat from the exhaust gas scrubbing of the fluidized bed reactor is used to dry the biological input materials. This can advantageously be done in a belt dryer.
Günstigerweise können auch die Gartenabfälle, der Grünschnitt sowie der Klärschlamm als auch Landwirtschaftsabfälle je nach Wassergehalt dem Pressprozess und/oder dem Trocknungsprozess zugeführt werden. Favorably, the garden waste, the green waste and the sewage sludge as well as agricultural waste can also be fed to the pressing process and/or the drying process, depending on the water content.
Vorzugsweise wird der biologischer Eingangsstoff des Wirbelschichtreaktors so aufbereitet, dass der biologischer Eingangsstoff fluidisiert werden kann. Dazu kann beispielsweise auch ein Zerkleinerungsprozess angewandt werden. The biological input material of the fluidized bed reactor is preferably prepared in such a way that the biological input material can be fluidized. A comminution process can also be used for this purpose, for example.
Idealerweise wird der biologische Eingangsstoff nach dem Zerkleinerungsprozess zu fluidisierbaren Pellets kompaktiert. Ideally, the biological input material is compacted into fluidizable pellets after the comminution process.
Bei einer besonders günstigen Variante des Verfahrens umfasst der Anlagenverbund auch eine Annahmestelle und eine Lagerbereich für biologische Eingangsstoffe, wie beispielsweise Gräser, Restholz und Landschaftspflegematerial. In a particularly favorable variant of the method, the system network also includes a reception point and a storage area for biological input materials, such as grass, residual wood and landscape conservation material.
Sofern die Biogasanlage und der Wirbelschichtreaktor räumlichen nah zueinander angeordnet sind, kann es sich bei der ersten Transportvorrichtung um eine Fördereinheit handeln, welche die beiden Anlagenkomponenten miteinander verbindet. If the biogas plant and the fluidized bed reactor are arranged spatially close to one another, the first transport device can be a conveyor unit which connects the two plant components to one another.
Vorzugsweise sind die Fördereinheiten abhängig vom Wassergehalt der Eingangsstoffe angepasst. Dies kann beispielsweise bei sehr nassen Fermentationsresten eine Exzenterschnecke bzw. Förderschnecke sein. Im Falle bereits getrockneter bzw. gepresster und aufbereiteter Eingangsstoffe eignen sich auch Förderbänder. The conveyor units are preferably adapted depending on the water content of the input materials. This can be the case, for example, when it is very wet Fermentation residues can be an eccentric screw or screw conveyor. In the case of input materials that have already been dried or pressed and processed, conveyor belts are also suitable.
Selbstverständlich kann es sich bei der Fördereinheit aber auch um eine mobile Fördereinheit handeln z. B. einen Transportwagen, Lastkraftwagen oder dergleichen, welcher die Fermentationsreste aus der Biogasanlage entnimmt und dem Wirbelschichtreaktor zuführt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Wirbelschichtreaktor und die Biogasanlage eine gewisse räumliche Distanz zueinander aufweisen. Of course, the conveyor unit can also be a mobile conveyor unit, e.g. B. a transport vehicle, truck or the like, which removes the fermentation residues from the biogas plant and feeds them to the fluidized bed reactor. Such a configuration is particularly useful when the fluidized bed reactor and the biogas plant are at a certain spatial distance from one another.
In einem solchen Fall kann es auch zweckmäßig sein, die erste Transporteinrichtung in Form einer mobilen Fördereinheit vorzusehen, wobei dann das Biogas beispielsweise in einen Tanklastwaagen eingefüllt und über diesen zu dem Wirbelschichtreaktor transportiert wird. In such a case, it can also be expedient to provide the first transport device in the form of a mobile conveyor unit, in which case the biogas is then filled into a tank load scale, for example, and transported via this to the fluidized bed reactor.
Alternativ kann das Biogas auch in das bestehende Erdgasnetz abgegeben werden, wobei der Wirbelschichtreaktor ebenfalls an das Erdgasnetz angeschlossen ist und sein Brenngas daraus bezieht. Bilanziert handelt es sich hierbei auch um einen Anlagenverbund. Alternatively, the biogas can also be fed into the existing natural gas network, with the fluidized bed reactor also being connected to the natural gas network and drawing its fuel gas from it. Balanced, this is also a system network.
Bei einer bevorzugten Variante wird das Synthesegas zu reinem Wasserstoffgas aufbereitet. Dazu wird das Synthesegas vorzugswese von Ruß befreit, eventuell vorhandene Schwefelverbindungen werden abgetrennt, das Kohlenstoffmonoxid wird mittels Wassergas-Konvertierungsreaktion zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff umgesetzt, das Restwasser wird entfernt und das Kohlenstoffdioxid wird entfernt. Vorteilhafterweise umfasst der Anlagenverbund auch eine Speicherkapazität für Wasserstoff, gegebenenfalls einen Anschluss an ein Wasserstoffnetz sowie eine Wasserstofftankstelle für den Kraftfahrverkehr. In a preferred variant, the synthesis gas is processed into pure hydrogen gas. For this purpose, the synthesis gas is preferably freed from soot, any sulfur compounds present are removed, the carbon monoxide is converted to carbon dioxide and hydrogen by means of a water gas conversion reaction, the residual water is removed and the carbon dioxide is removed. Advantageously, the system network also includes a storage capacity for hydrogen, possibly a connection to a hydrogen network and a hydrogen filling station for motor traffic.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung von nur teilweise in einer Biogasanlage durch Fermentation zu Biogas umgesetzten Eingangsstoffen in einen Wirbelschichtreaktor zur Herstellung von Synthesegas. The subject matter of the invention is also the use of input materials, which are only partially converted into biogas by fermentation in a biogas plant, in a fluidized bed reactor for the production of synthesis gas.
Vorteilhafterweise wird das erzeugte Biogas zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors verwendet. The biogas produced is advantageously used to heat up the fluidized bed reactor.
In einer besonders bevorzugten Variante wird das Synthesegas, das in einem Anlagenverbund einer Biogasanlage mit einem Wirbelschichtreaktor zur Vergasung von biologischen Eingangsstoffen erzeugt wird, zur Gewinnung von reinem Wasserstoff verwendet. Dadurch lässt sich vorteilhaft sauberer Wasserstoff aus biologischen Eingangsstoffen für die Mobilität der Zukunft bereitstellen. In a particularly preferred variant, the synthesis gas, which is generated in a plant network of a biogas plant with a fluidized bed reactor for gasifying biological input materials, is used to obtain pure hydrogen. This makes it possible to advantageously provide clean hydrogen from biological input materials for future mobility.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 ein Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes,1 shows a process diagram of the plant network according to the invention,
Fig. 2 der Anlagenverbund gemäß Fig. 1 mit alternativen Transporteinrichtungen. FIG. 2 shows the system network according to FIG. 1 with alternative transport devices.
Die Fig. 1 zeigt einen Anlagenverbund mit einem Wirbelschichtreaktor 1 zur Erzeugung von Synthesegas 2 aus einem biologischen Eingangsstoff 3. Der Wirbelschichtreaktor 1 weist ein Wirbelbett 4 auf, welches aus den biologischen Eingangsstoffen 3 gebildet wird und welches zusätzlich mit einer Mischung aus Wasserdampf 5 und Luft oder Sauerstoff 6 betrieben wird. Damit aus den biologischen Eingangsstoffen 3 ein Synthesegas 2 gebildet werden kann, müssen die Eingangsstoffe 3 zum einen fluidisierbar sein und einen Wassergehalt von kleiner 20 % aufweisen. In den Wirbelschichtreaktor 1 wird Dampf 5 und Luft bzw. Sauerstoff 6 so eingebracht, dass der biologische Eingangsstoff 3 eins tanzendes Wirbelbett 4 bildet, wobei das Wirbelbett 4 gleichzeitig stark erwärmt wird. 1 shows a plant network with a fluidized bed reactor 1 for generating synthesis gas 2 from a biological input material 3. The fluidized bed reactor 1 has a fluidized bed 4, which is formed from the biological input materials 3 and which is additionally filled with a mixture of Water vapor 5 and air or oxygen 6 is operated. So that a synthesis gas 2 can be formed from the biological input materials 3, the input materials 3 must be fluidizable and have a water content of less than 20%. Steam 5 and air or oxygen 6 are introduced into the fluidized bed reactor 1 in such a way that the biological input material 3 forms a dancing fluidized bed 4, with the fluidized bed 4 being heated to a great extent at the same time.
Zum Zwecke dieser Aufheizung ist eine Heizvorrichtung 7 in Form eines Brenners vorgesehen, welcher mit einem Brenngas 8 und einem Luftstrom 9 betrieben wird. Diese Heizvorrichtung 7 leitet dann die Wärme in Form einer Wärmetauscheranordnung 10 an das Wirbelbett 4, ohne dass die in dem Brenner erzeugten Abgase in den Wirbelschichtreaktor 1 gelangen. For the purpose of this heating, a heating device 7 in the form of a burner is provided, which is operated with a fuel gas 8 and an air flow 9 . This heating device 7 then conducts the heat in the form of a heat exchanger arrangement 10 to the fluidized bed 4 without the exhaust gases generated in the burner reaching the fluidized bed reactor 1 .
In einem ersten Zyklon 11 kann das erzeugte Synthesegas 2 von Feststoffen 12 gereinigt werden, wobei die Feststoffe 12 dann erneut in den Wirbelschichtreaktor 1 gelangen. Sodann erfolgt eine Abkühlung des Synthesegases 2 in einer Wärmetauscheranordnung 13, welche mit Kühlwasser 14 betrieben wird. Zu guter Letzt ist ein weiterer Zyklon 15 vorgesehen, welcher die übrigen Feststoffe 12 abscheidet und das gereinigte Synthesegas 2 zurückbelässt. Vorzugsweise wird die Abwärme der Wärmetauscheranordnung 13 zum Trocknen der biologischen Eingangsstoffe 3 in einem nicht dargestellten Trockner eingesetzt. The synthesis gas 2 produced can be cleaned of solids 12 in a first cyclone 11 , with the solids 12 then returning to the fluidized-bed reactor 1 . The synthesis gas 2 is then cooled in a heat exchanger arrangement 13 which is operated with cooling water 14 . Last but not least, another cyclone 15 is provided, which separates the remaining solids 12 and leaves the cleaned synthesis gas 2 behind. The waste heat from the heat exchanger arrangement 13 is preferably used to dry the biological input materials 3 in a dryer (not shown).
Ferner ist eine Biogasanlage 16 mit dem Wirbelschichtreaktor 1 gekoppelt, wobei das in der Biogasanlage 16 erzeugte Biogas 17 als Brenngas 8 in der Heizvorrichtung 7 verwendet wird. Das Brenngas 8 kann sich darüber hinaus auch aus weiteren brennbaren Gasen 19 zusammensetzen, wobei es sich beispielsweise um Erdgas oder aber auch um das in dem Wirbelschichtreaktor 1 erzeugte Synthesegas 2 handeln kann. Darüber hinaus werden die in der Biogasanlage 16 erzeugte Fermentationsreste 20 in dem Wirbelbett 4 verwendet, wobei auch hier weitere biologische Eingangsstoffe 21 vorgesehen sein können. Die Fermentationsreste 20 und die weiteren biologischen Eingangsstoffe 21 werden aufbereitet, beispielsweise in einer Kammerfilterpresse, einem Bandtrockner und in einem Zerkleinerungsapparat, die zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Furthermore, a biogas plant 16 is coupled to the fluidized bed reactor 1 , the biogas 17 produced in the biogas plant 16 being used as fuel gas 8 in the heating device 7 . The combustible gas 8 can also be made up of other combustible gases 19 , which can be, for example, natural gas or the synthesis gas 2 produced in the fluidized bed reactor 1 . In addition, the fermentation residues 20 produced in the biogas plant 16 are used in the fluidized bed 4 further biological input substances 21 can also be provided here. The fermentation residues 20 and the other biological input materials 21 are processed, for example in a chamber filter press, a belt dryer and in a crushing apparatus, which are not shown for the sake of simplicity.
Die Biogasanlage 16 ist entsprechend dazu ausgebildet, durch Fermentation von Biomasse einerseits Biogas 17 zu erzeugen, wobei die Fermentationsreste 20 Zurückbleiben. Durch eine gezielte Steuerung wird die eingesetzte Biomasse aber nur teilweise zu Biogas 20 umgesetzt, sodass die verbleibenden Fermentationsreste 20 weiterhin einen hohen Anteil an kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten aufweisen. The biogas plant 16 is correspondingly designed to produce biogas 17 by fermenting biomass, with the fermentation residues 20 remaining behind. Through targeted control, however, the biomass used is only partially converted into biogas 20, so that the remaining fermentation residues 20 continue to have a high proportion of carbon-containing and hydrogen-containing components.
Dadurch, dass die Biogasanlage 16 und der Wirbelschichtreaktor 1 räumlichen nah zueinander angeordnet sind, kann beispielsweise das Biogas 17 unmittelbar über eine Rohrleitung mit der als Brenner ausgebildeten Heizvorrichtung 7 verbunden sein. Due to the fact that the biogas plant 16 and the fluidized bed reactor 1 are arranged spatially close to one another, the biogas 17 can, for example, be connected directly via a pipeline to the heating device 7 designed as a burner.
Eine alternative Ausgestaltung zeigt die Fig. 2, wobei das Verfahrensschema grundsätzlich mit dem Verfahrensschema gemäß der Figur 1 übereinstimmt. Allerdings ist hierbei die Biogasanlage 16 räumlich weiter entfernt zu dem Wirbelschichtreaktor 1 angeordnet, sodass sowohl für das Biogas 17 als auch für die Fermentationsreste 20 Transporteinrichtungen in Form von mobilen Fördereinheiten 22 bzw. Rohrleitungen in Form des Erdgasnetzes vorgesehen sind, welche dem gezeigten Beispiel als Lastwagen bzw. Tanklastwaagen ausgebildet sind. An alternative embodiment is shown in FIG. 2, the process diagram basically corresponding to the process diagram according to FIG. However, in this case the biogas plant 16 is located further away from the fluidized bed reactor 1, so that both the biogas 17 and the fermentation residues 20 are provided with transport devices in the form of mobile delivery units 22 or pipelines in the form of the natural gas network, which in the example shown are trucks or tank load scales are designed.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas (2) umfassend die Schritte:1. A method for generating synthesis gas (2) comprising the steps:
- teilweises Umsetzen durch Fermentation von biologischen Eingangsstoffen (3) zu Biogas (17) in einer Biogasanlage (16), wobei neben dem Biogas (17) Fermentationsreste (20) gebildet werden, welche einen Anteil von kohlenstoffhaltigen und wasserstoffhaltigen Komponenten enthalten, - Partial conversion by fermentation of biological input materials (3) to biogas (17) in a biogas plant (16), wherein fermentation residues (20) are formed in addition to the biogas (17), which contain a proportion of carbon-containing and hydrogen-containing components,
- Einbringen der Fermentationsreste (20) in einen beheizten Wirbelschichtreaktor (1 ), in dem durch Vergasung aus den Fermentationsresten (20) ein Synthesegas (2) gebildet wird. - Introducing the fermentation residues (20) in a heated fluidized bed reactor (1), in which a synthesis gas (2) is formed by gasification from the fermentation residues (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das in der Biogasanlage (16) erzeugte Biogas (17) für die Aufheizung des Wirbelschichtreaktors (1 ) verwendet wird. 2. The method of claim 1, wherein the in the biogas plant (16) produced biogas (17) for heating the fluidized bed reactor (1) is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fermentationsreste (20) zur Einbringung in den Wirbelschichtreaktor (1 ) aufbereitet werden. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the fermentation residues (20) for introduction into the fluidized bed reactor (1) are processed.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die biologischen Eingangsstoffe (3) in der Biogasanlage (16) nur zu einem Umsetzungsgrad zwischen 10 und 80 %, bevorzugt zwischen 20 und 60 %, umgesetzt werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the biological input materials (3) in the biogas plant (16) are only converted to a degree of between 10 and 80%, preferably between 20 and 60%.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Biogasanlage (16) Biogas (17) in einer Menge von 20 bis 120 m3 pro Tonne Eingangsstoff (3) erzeugt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors (1 ) zumindest eine Heizvorrichtung (7) vorgesehen ist, welche zur Erzeugung von Wärme einen Brenner aufweist, welcher mit einem Brenngas (8) betrieben wird, welches zumindest teilweise das in der Biogasanlage (16) erzeugte Biogas (17) als Komponente enthält. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Anteil des in der Biogasanlage (16) erzeugten Biogases (17) in dem Brenngas (8) zwischen 5 und 50 Gew.-% entspricht. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei zumindest eine Heizvorrichtung (7) den Wirbelschichtreaktor (1 ) allotherm erwärmt. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Brenngas (8) weitere Komponenten enthält, ausgewählt aus der Gruppe Erdgas, Synthesegas (2), Biogas (17). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wirbelschichtreaktor (1 ) neben den Fermentationsresten (20) mit weiteren biologischen Eingangsstoffen (21 ) betrieben wird. Anlagenverbund zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Biogasanlage (16) zur Fermentation von Eingangsstoffen (3) zu Biogas (17) und einem Wirbelschichtreaktor (1 ) zur Herstellung von Synthesegas (2), wobei die Biogasanlage (16) über eine erste T ransporteinrichtung mit dem Wirbelschichtreaktor (1 ) verbunden ist, wobei die erste Transporteinrichtung dazu eingerichtet ist, eine kohlenstoffhaltige und wasserstoffhaltige Komponente aufweisende Fermentationsreste (20) aus der Biogasanlage (16) in den Wirbelschichtreaktor (1 ) einzubringen. Anlagenverbund nach Anspruch 11 , wobei eine zweite Transporteinrichtung dazu eingerichtet ist, Biogas (17) aus der Biogasanlage (16) in eine Heizvorrichtung (7) zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors (1 ) einzubringen. Anlagenverbund nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Fermentationsreste (20) vor dem Einbringen in den Wirbelschichtreaktor (1 ) aufbereitet werden, so dass der Wassergehalt der Fermentationsreste (20) kleiner 20 % beträgt. Anlagenverbund nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Fermentationsreste (20) vor dem Einbringen in den Wirbelschichtreaktor (1 ) aufbereitet werden, so dass eine fluidisierbare Masse an Feststoff entsteht. Anlagenverbund nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die zweite Transporteinrichtung eine Rohrleitung ist, welche die Biogasanlage (16) mit dem Wirbelschichtreaktor (1 ) verbindet. Anlagenverbund nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die erste Transporteinrichtung ein Förderband und/oder eine Förderschnecke ist, welches die Biogasanlage (16) mit dem Wirbelschichtreaktor (1 ) verbindet. Anlagenverbund nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die erste und/oder die zweite Transporteinrichtung eine mobile Fördereinheit z. B. ein Tankwagen (22) ist. Verwendung von nur teilweise in einer Biogasanlage (16) durch Fermentation zu Biogas (17) umgesetzten Eingangsstoffe (3) in einem Wirbelschichtreaktor (1 ) zur Herstellung von Synthesegas (2). Verwendung nach Anspruch 18, wobei das in der Biogasanlage (16) erzeugte Biogas (17) zur Aufheizung des Wirbelschichtreaktors (1) verwendet wird. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19 zur Erzeugung von reinem Wasserstoff aus dem Synthesegas (2), das in einem Wirbelschichtreaktor (1) aus biologischen Eingangsstoffen (3) erzeugt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the biogas plant (16) produces biogas (17) in an amount of 20 to 120 m 3 per ton of input material (3). Method according to one of Claims 1 to 5, in which at least one heating device (7) is provided for heating the fluidized bed reactor (1), which has a burner for generating heat, which is operated with a fuel gas (8) which at least partially contains the the biogas plant (16) contains biogas (17) produced as a component. Method according to Claim 6, in which the proportion of the biogas (17) produced in the biogas plant (16) in the fuel gas (8) corresponds to between 5 and 50% by weight. The method according to claim 6 or 7, wherein at least one heating device (7) heats the fluidized bed reactor (1) allothermally. Method according to one of Claims 5 to 8, in which the fuel gas (8) contains further components selected from the group consisting of natural gas, synthesis gas (2) and biogas (17). The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the fluidized bed reactor (1) is operated in addition to the fermentation residues (20) with other biological input materials (21). Plant network for carrying out a method according to one of claims 1 to 10 with a biogas plant (16) for the fermentation of input materials (3) to biogas (17) and a fluidized bed reactor (1) for the production of synthesis gas (2), wherein the biogas plant (16) is connected to the fluidized bed reactor (1) via a first transport device, the first transport device being set up to introduce fermentation residues (20) containing carbon and hydrogen-containing components from the biogas plant (16) into the fluidized bed reactor (1). Plant network according to claim 11, wherein a second transport device is set up to introduce biogas (17) from the biogas plant (16) into a heating device (7) for heating the fluidized bed reactor (1). Plant network according to claim 11 or 12, wherein the fermentation residues (20) are processed before being introduced into the fluidized bed reactor (1), so that the water content of the fermentation residues (20) is less than 20%. Plant network according to one of claims 10 to 13, wherein the fermentation residues (20) are processed before being introduced into the fluidized bed reactor (1), so that a fluidizable mass of solid material is produced. Plant network according to one of claims 10 to 14, wherein the second transport device is a pipeline which connects the biogas plant (16) to the fluidized bed reactor (1). Plant network according to one of claims 10 to 15, wherein the first transport device is a conveyor belt and / or a screw conveyor, which connects the biogas plant (16) with the fluidized bed reactor (1). Plant network according to one of claims 10 to 15, wherein the first and / or the second transport device is a mobile conveyor unit z. B. is a tanker (22). Use of starting materials (3) which are only partially converted into biogas (17) by fermentation in a biogas plant (16) in a fluidized bed reactor (1) for the production of synthesis gas (2). Use according to claim 18, wherein the biogas (17) produced in the biogas plant (16) is used to heat the fluidized bed reactor (1). Use according to Claim 18 or 19 for producing pure hydrogen from the synthesis gas (2) which is produced in a fluidized bed reactor (1) from biological input materials (3).
PCT/EP2022/085907 2021-12-22 2022-12-14 Method and group of systems for producing synthesis gas WO2023117637A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021134191.4A DE102021134191A1 (en) 2021-12-22 2021-12-22 Process and plant network for the production of synthesis gas
DE102021134191.4 2021-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023117637A1 true WO2023117637A1 (en) 2023-06-29

Family

ID=84888575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/085907 WO2023117637A1 (en) 2021-12-22 2022-12-14 Method and group of systems for producing synthesis gas

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021134191A1 (en)
WO (1) WO2023117637A1 (en)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334026A (en) * 1980-01-18 1982-06-08 Institute Of Gas Technology Hybrid bio-thermal liquefaction
DE10227074A1 (en) 2002-06-17 2004-01-15 Clausthaler Umwelttechnikinstitut Gmbh, (Cutec-Institut) Process for gasifying biomass and plant therefor
DE10258485A1 (en) 2002-12-10 2004-07-08 Innovativer Anlagenbau E&H Gmbh Production of heat and/or fuel gas in multi-stage gasification process comprises circulating pyrolysis gas through fluidized bed until target criterion is attained and then using it as heating medium and/or fuel gas
DE102004032830A1 (en) 2004-07-06 2006-02-23 Rolf Schmitt Preparing hydrogen-rich synthesis gas from biogenous materials and carbon-containing compounds, by water vapor gasification in fluidized bed reactor, comprises providing heat transmission elements into fluidized bed and oxygen into reactor
DE102004045772A1 (en) 2004-09-15 2006-03-16 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Preparation of product gas, useful e.g. as gaseous fuel, comprises low temperature gasification of carbon containing material in presence of absorber materials to give tar poor product gas, and regeneration of absorber material
DE102006022265A1 (en) 2006-04-26 2007-10-31 Spot Spirit Of Technology Ag Synthesis gas`s ingredient gasification method, involves holding fluidized bed in controlled movement by driving nozzle that feeds water vapor and/or synthesis gas in reactor such that reaction zone is enlarged
EP1865046A1 (en) 2006-06-08 2007-12-12 Hörmann Energietechnik GmbH & Co. KG Method and device for creating fuel gas from a solid fuel
DE102007006980A1 (en) 2007-02-07 2008-08-14 Technische Universität Bergakademie Freiberg Solid fuel gasification method, involves spraying gasification agent in freeboard, and spraying gasification agent over gasification agent nozzle in height of one meter to five meter through upper limit of fluidized bed in free board
DE102007012452A1 (en) 2007-03-15 2008-09-25 Mci Management Center Innsbruck Internationale Fachhochschulgesellschaft Mbh carburettor
DE102008032166A1 (en) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Process and device for the production of tar-free synthesis gas from biomass
DE102009039845A1 (en) 2008-09-02 2010-03-04 Berger, Manfred Plant for the production of wood gas
US8153850B2 (en) * 2007-05-11 2012-04-10 The Texas A&M University System Integrated biofuel production system
US8444725B2 (en) * 2006-09-11 2013-05-21 Purdue Research Foundation System and process for producing synthetic liquid hydrocarbon
EP2705121B1 (en) 2011-05-06 2018-05-02 Babcock Noell GmbH Method and device for producing syngas from reactants which contain carbon, by means of gasification in a fluidised bed reactor
US20200002631A1 (en) * 2015-08-06 2020-01-02 Wormser Energy Solutions, Inc. All-Steam Gasification with Carbon Capture

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4289625A (en) 1980-01-18 1981-09-15 Institute Of Gas Technology Hybrid bio-thermal gasification
US20090031615A1 (en) 2007-08-01 2009-02-05 General Electric Company Integrated method for producing a fuel component from biomass and system therefor
DE102008036502A1 (en) 2008-08-05 2010-02-11 Krones Ag Process and apparatus for producing synthesis gas from biomass
DE102014202190A1 (en) 2014-02-06 2015-08-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for generating electrical energy by gasification of solids, in particular biomass
DE102016220614B4 (en) 2016-10-20 2018-10-04 Technische Universität Bergakademie Freiberg Method and device for quasi-continuous feeding of polydisperse bulk materials into pressure-loaded spaces

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334026A (en) * 1980-01-18 1982-06-08 Institute Of Gas Technology Hybrid bio-thermal liquefaction
DE10227074A1 (en) 2002-06-17 2004-01-15 Clausthaler Umwelttechnikinstitut Gmbh, (Cutec-Institut) Process for gasifying biomass and plant therefor
DE10258485A1 (en) 2002-12-10 2004-07-08 Innovativer Anlagenbau E&H Gmbh Production of heat and/or fuel gas in multi-stage gasification process comprises circulating pyrolysis gas through fluidized bed until target criterion is attained and then using it as heating medium and/or fuel gas
DE102004032830A1 (en) 2004-07-06 2006-02-23 Rolf Schmitt Preparing hydrogen-rich synthesis gas from biogenous materials and carbon-containing compounds, by water vapor gasification in fluidized bed reactor, comprises providing heat transmission elements into fluidized bed and oxygen into reactor
DE102004045772A1 (en) 2004-09-15 2006-03-16 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Preparation of product gas, useful e.g. as gaseous fuel, comprises low temperature gasification of carbon containing material in presence of absorber materials to give tar poor product gas, and regeneration of absorber material
DE102006022265A1 (en) 2006-04-26 2007-10-31 Spot Spirit Of Technology Ag Synthesis gas`s ingredient gasification method, involves holding fluidized bed in controlled movement by driving nozzle that feeds water vapor and/or synthesis gas in reactor such that reaction zone is enlarged
EP1865046A1 (en) 2006-06-08 2007-12-12 Hörmann Energietechnik GmbH & Co. KG Method and device for creating fuel gas from a solid fuel
US8444725B2 (en) * 2006-09-11 2013-05-21 Purdue Research Foundation System and process for producing synthetic liquid hydrocarbon
DE102007006980A1 (en) 2007-02-07 2008-08-14 Technische Universität Bergakademie Freiberg Solid fuel gasification method, involves spraying gasification agent in freeboard, and spraying gasification agent over gasification agent nozzle in height of one meter to five meter through upper limit of fluidized bed in free board
DE102007012452A1 (en) 2007-03-15 2008-09-25 Mci Management Center Innsbruck Internationale Fachhochschulgesellschaft Mbh carburettor
US8153850B2 (en) * 2007-05-11 2012-04-10 The Texas A&M University System Integrated biofuel production system
DE102008032166A1 (en) 2008-07-08 2010-01-14 Karl-Heinz Tetzlaff Process and device for the production of tar-free synthesis gas from biomass
DE102009039845A1 (en) 2008-09-02 2010-03-04 Berger, Manfred Plant for the production of wood gas
EP2705121B1 (en) 2011-05-06 2018-05-02 Babcock Noell GmbH Method and device for producing syngas from reactants which contain carbon, by means of gasification in a fluidised bed reactor
US20200002631A1 (en) * 2015-08-06 2020-01-02 Wormser Energy Solutions, Inc. All-Steam Gasification with Carbon Capture

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021134191A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2082013B1 (en) Method for producing a product gas rich in hydrogen
WO2010003968A2 (en) Method and device for producing low-tar synthesis gas from biomass
EP3132004B1 (en) System and method for thermocatalytic treatment of material and pyrolysis oil produced therewith
EP2284141A1 (en) Method and device for the manufacture of coal particles enriched with minerals
EP2106435A2 (en) Material and/or fuel produced from biomass
WO2010115563A2 (en) Biomass torrefaction in a fluidized bed for subsequent entrained-flow gasification
DE102008058444A1 (en) Substance or fuel for producing energy from biomass, is manufactured from biomass, which has higher carbon portion in comparison to raw material concerning percentaged mass portion of elements
DE102009012668A1 (en) Process and plant for the utilization of biomass
EP2390301B1 (en) Reactor assembly and method for producing a carbon-enriched solid product by means of increasing the carbon content
WO2018069320A1 (en) Process and apparatus for gasifying biomass
WO2023117637A1 (en) Method and group of systems for producing synthesis gas
DE10030778A1 (en) Fuel gas production from biomass, especially wood used in engines comprises use of a solid bed gasifier
WO2008006397A1 (en) Method for producing methane gas and reactor for carrying out said method
DE10127138C2 (en) Method and device for generating a fuel gas from biomass
DE102008047563A1 (en) Producing gaseous, liquid or solid-like carbonaceous intermediate products for use in plants to produce synthetic hydrocarbon, by obtaining plastic as starting material from waste material, and mixing plastic to other organic feedstock
EP3067407B1 (en) System and method for gasification of carbonaceous material
DE102013202713A1 (en) Producing synthesis gas, involves gasifying carbonaceous gasification material with oxygen-containing gasification agent, and introducing hot synthesis gas and water-containing coolant into evaporator and high-temperature heat exchanger
EP2481705A1 (en) Method and device for material and/or energy recovery of biogenic residual materials
WO2008128831A1 (en) Method and apparatus for the reduction of the co2 concentration in the air
DE102022111330A1 (en) Process for treating biomass
EP1798296B1 (en) Substancial use of biogas
WO2023170020A1 (en) Process for the production of hydrogen from biomass
EP2952559A1 (en) Method for treating a moist mass with low calorific value
WO2020200341A1 (en) Process and apparatus for producing hydrogen from a carbon-containing raw material
DE202021102347U1 (en) Conditioned sludge product, production facility and sludge system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22839637

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1