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DE3721006C1 - Apparatus for low-temperature pyrolysis of biomass - Google Patents

Apparatus for low-temperature pyrolysis of biomass

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DE3721006C1
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Peter Voelskow
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BERLIN CONSULT GmbH
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Abstract

The apparatus for low-temperature pyrolysis (carbonisation) of biomass has heat exchanger surfaces which are heated indirectly by liquid heat transfer media. The reactor chamber is designed as an elongated trough through which the material to be treated travels from one end of the trough to the other end. There is generated, in the trough, by pneumatic and, if required in addition, mechanical means, a rotating fluidised bed whose axis of rotation is located in the longitudinal axis of the trough. The pyrolysis gas produced is repeatedly drawn, above the material to be treated, from the elongated trough and in transverse-flow circulation is passed through the material to be treated from below via heat exchanger surfaces. The amount of pyrolysis gas produced each time by pyrolysis is drawn off from the reactor chamber.

Description

Aus Biomasse, insbesondere aus Abfällen wie Müll und Klärschlamm können durch Verschwelung bei niedriger Tem­ peratur, vorzugsweise in dem Bereich von 300°C, ein relativ dünnflüssiges, aliphatisches Öl, Schwelkoks und ein wässriger Rückstand gewonnen werden.From biomass, especially from waste such as garbage and Sewage sludge can be caused by charring at low temperatures temperature, preferably in the range of 300 ° C relatively low viscosity, aliphatic oil, smoked coke and an aqueous residue can be obtained.

Um höhermolekulare, kondensierbare Bestandteile, bei­ spielsweise Bitumen oder Teer, zu vermeiden, darf die Schweltemperatur an keiner Stelle im Reaktor, auch nicht an den Kontaktstellen mit den Heizflächen, die Tempera­ tur von ca. 300°C wesentlich übersteigen.To higher molecular weight, condensable components, at to avoid bitumen or tar, for example Simmering temperature at no point in the reactor, not even at the contact points with the heating surfaces, the tempera 300 ° C.

Aus diesem Grunde sind indirekt durch heiße Gase bei­ heizte Drehtrommeln, wie sie zur Müll-Pyrolyse einge­ setzt werden, ungeeignet.For this reason, hot gases are indirect heated rotary drums, such as those used for garbage pyrolysis are unsuitable.

Es gibt nur zwei Möglichkeiten, ein genaues Temperatur­ niveau mit geringer Spreizung in einem großvolumigen Reaktor aufrecht zu erhalten:There are only two ways to get an accurate temperature level with little spread in a large volume Maintain reactor:

1. Einen indirekt mit flüssigem Wärmeträger beheizten Reaktor,1. An indirectly heated with liquid heat transfer medium Reactor,

2. einen Wirbelschichtreaktor. 2. a fluidized bed reactor.  

Bei dem Reaktortyp nach 1. wird die Wärme nur über Kon­ taktflächen auf das Schüttgut übertragen. Das erfordert sehr große Kontaktflächen einerseits und eine relativ lange Behandlungszeit andererseits, um eine wirtschaft­ lich interessante Durchsatzleistung zu erzielen.With the reactor type according to 1., the heat is only generated via Kon Transfer tact areas to the bulk material. That requires very large contact areas on the one hand and a relative long treatment time, on the other hand, to make an economy to achieve interesting throughput.

Bei einem Reaktor gemäß 2. ist der Wärmeübergang sehr gut, es ist jedoch einerseits schwierig, das verschwelte Behandlungsgut, d. h. den Schwelkoks, von dem unver­ schwelten oder nur teilweise verschwelten Behandlungsgut im Wirbelschichtreaktor zu trennen und andererseits ist es ein großer Nachteil, wenn das gesamte Prozeßgas zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht jeweils durch den Kondensations-Wärmetauscher zur Abscheidung der flüssi­ gen Bestandteile Öl und wässrige Rückstände geführt und anschließend vor dem Eintritt in den Düsenboden des Wir­ belschicht-Reaktors wieder auf die Behandlungstemperatur aufgeheizt werden muß.In a reactor according to 2., the heat transfer is very good well, it is difficult on the one hand, the blurred one Material to be treated, d. H. the smoked coke, of which smoldered or only partially smoldered treatment goods to separate in the fluidized bed reactor and on the other hand it is a major disadvantage if all of the process gas is used Maintenance of the fluidized bed by the Condensation heat exchanger to separate the liquid oil and aqueous residues and then before entering the nozzle bottom of the Wir Bed layer reactor back to the treatment temperature must be heated.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Reaktor zu entwickeln, der die Vorteile beider bekannten Systeme vereint, ohne deren Nachteile aufzuweisen.The object of the invention is a thermal reactor to develop the benefits of both known systems united without having their disadvantages.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem Inhalt der Patentansprüche.The invention solves this problem according to the content of Claims.

Da gemäß der Erfindung die Vorteile des exakt eingehal­ tenen Temperaturniveaus mit geringer Spreizung, wie in einem Reaktor mit indirekter Beheizung durch flüssigem Wärmeträger einerseits und die Vorteile eines Wirbel­ schichtreaktors mit dem bestmöglichen Wärmeübergang auf das Behandlungsgut andererseits, kombiniert werden, sind die Vorteile der Erfindung unmittelbar einleuchtend.Since according to the invention, the advantages of exactly temperature levels with little spread, as in a reactor with indirect heating by liquid Heat transfer media on the one hand and the advantages of a vortex layer reactor with the best possible heat transfer the items to be treated, on the other hand, are combined the advantages of the invention are immediately obvious.

Figuren-BeispieleFigures examples

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen langgestreck­ ten Trog mit einer nur pneumatisch erzeugten, rotieren­ den Wirbelschicht. Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen langgestreckten Trog mit einer teilweise mecha­ nisch durch ein rotierendes Röhrenbündel und teilweise pneumatisch durch einen Luftschlitz am Boden des Troges erzeugten rotierenden Wirbelschicht. Fig. 1 shows the cross section through an elongated trough with an only pneumatically generated, rotate the fluidized bed. Fig. 2 shows the cross section through an elongated trough with a partially mechanically generated by a rotating tube bundle and partially pneumatically generated by an air slot at the bottom of the trough rotating fluidized bed.

In Fig. 1 weist der Trog 1 einen schräggestellten Dü­ senboden 2 und eine Ablenknase 3 auf, wobei über dem Düsenboden 2 durch das ständig quer zur Trogachse umge­ wälzte Schwelgas 4 eine rotierende Wirbelschicht 5 ent­ steht.In Fig. 1, the trough 1 has an inclined Dü senboden 2 and a deflecting nose 3 , wherein a rotating fluidized bed 5 ent is above the nozzle bottom 2 by the smoldering gas 4 which is constantly circulated transversely to the trough axis.

Das Schwelgas 4 wird ständig quer zur Trogachse über dem Trog abgesaugt, durch einen Wärmetauscher 6 geleitet, durch ein Gebläse 7 umgewälzt und vorzugsweise vor Ein­ tritt in den Düsenboden 2 nochmals durch einen Wärme­ tauscher 8 geleitet.The carbonization gas 4 is continuously sucked off transversely to the trough axis above the trough, passed through a heat exchanger 6 , circulated by a blower 7 and preferably before entering the nozzle base 2 again through a heat exchanger 8 .

Über dem Trog 1 wird an einer bestimmten Stelle, vor­ zugsweise am Trogende in Durchlaufrichtung des Behand­ lungsgutes, das durch die Verschwelung entstehende über­ schüssige Schwelgas 4 abgesaugt und nach einer nicht dargestellten Entstaubung vorzugsweise einem Kondensa­ tions-Wärmetauscher zugeführt. Above the trough 1 , at a certain point, preferably at the end of the trough in the direction of the treatment material, the resulting from the charring is sucked off by excess carbonization gas 4 and, after a dedusting, not shown, is preferably fed to a condensation heat exchanger.

In Fig. 2 ist der Querschnitt durch den langgestreckten Trog 1 dargestellt, in dem ein Röhrenbündel 9 rotiert. Das Schwelgas 4 wird wieder am oberen Ende des Troges abgesaugt, durch einen Wärmetauscher 6 geleitet, durch einen Ventilator 7 umgewälzt, ggf. durch einen weiteren Wärmetauscher 8 geleitet und durch den längs im Trog verlaufenden Schlitz 10 tangential unter dem Röhrenbün­ del 9 eingeblasen.In FIG. 2, the cross section through the elongate trough 1, in which a tube bundle 9 rotates. The carbonization gas 4 is sucked off again at the upper end of the trough, passed through a heat exchanger 6 , circulated by a fan 7 , possibly passed through a further heat exchanger 8 and blown tangentially through the slot 10 running longitudinally in the trough under the Röhrenbün del 9 .

Im Falle der Fig. 1 geschieht die Wärmeübertragung auf das Behandlungsgut ausschließlich durch das umgewälzte Schwelgas 4 in der rotierenden Wirbelschicht, wobei das quer zur Trogachse umgewälzte Schwelgas 4 ständig durch Wärmetauscher aufgeheizt wird. Diese Wärmetauscher kön­ nen beispielsweise Rippenrohre aufweisen, die von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt sind, wobei der flüs­ sige Wärmeträger auf eine sehr exakte Behandlungstempe­ ratur geregelt wird.In the case of FIG. 1, the heat transfer to the material to be treated takes place exclusively through the circulated carbonization gas 4 in the rotating fluidized bed, the carbonization gas 4 circulated transversely to the trough axis being constantly heated by heat exchangers. These heat exchangers may have, for example, finned tubes through which a liquid heat transfer medium flows, the liquid heat transfer medium being regulated to a very precise treatment temperature.

Im Beispiel gemäß Fig. 2 wird die Wärme auf das Behand­ lungsgut durch das quer zur Trogachse umgewälzte Schwel­ gas 4 übertragen, wobei das Schwelgas 4, wie im Beispiel der Fig. 1 durch Wärmetauscher aufgeheizt und durch ei­ nen Ventilator bzw. ein Gebläse umgewälzt wird. Zusätz­ lich wird auf das Behandlungsgut Wärme durch Kontaktflä­ chen übertragen, und zwar über ein rotierendes Röhren­ bündel 9, das ebenfalls wie die Rippenrohre oder Kon­ taktflächen in den Wärmetauschern von einem auf genaue Behandlungstemperatur eingeregelten flüssigen Wärmeträ­ ger durchströmt wird. In the example of FIG. 2, the heat to the treatmen lungsgut by the transverse circulated to the trough axis smoldering gas 4 transmitted, wherein the carbonization 4 as. 1 heated in the example of Fig through heat exchangers and circulated through ei nen fan or a blower . In addition, heat is transferred to the material to be treated by contact surfaces, specifically via a rotating tube bundle 9 , which, like the finned tubes or contact surfaces in the heat exchangers, is flowed through by a liquid heat transfer medium regulated to the exact treatment temperature.

Fig. 3 zeigt einen gleichartigen Reaktor im Querschnitt wie Fig. 2, jedoch anstelle des Röhrenbündels 9 ist im unteren Bereich des ovalen Reaktors in Form eines lang­ gestreckten Troges 1 ein Rührwerk 11 angeordnet. FIG. 3 shows a reactor of the same type in cross section as in FIG. 2, but instead of the tube bundle 9 , an agitator 11 is arranged in the lower region of the oval reactor in the form of an elongated trough 1 .

Gleichzeitig ist die Außenwand des Reaktors 1 als Dop­ pelwand 12 ausgebildet, wobei außen eine nicht darge­ stellte Isolierung angebracht werden sollte und die Dop­ pelwand 12 durch einen flüssigen Wärmetauscher durch­ strömt wird wie die Wärmetauscherflächen (beispielsweise Rohre) in den Wärmetauschern 6 und 8.At the same time, the outer wall of the reactor 1 is designed as a double wall 12 , with the outside insulation which is not shown should be attached and the double wall 12 is passed through a liquid heat exchanger, such as the heat exchanger surfaces (for example pipes) in the heat exchangers 6 and 8 .

Claims (5)

1. Apparat zur Niedertemperaturverschwelung von Biomasse mit Wärmetauscherflächen (6, 8, 9), die durch flüssi­ ge Wärmeträger indirekt beheizt werden und einer Wär­ meübertragung auf das Behandlungsgut in einer Wirbel­ schicht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Der Reaktorraum ist als langgestreckter Trog (1) ausgebildet.
  • b) Der Trog (1) weist pneumatisch oder mechanisch wirksame Einrichtungen auf, durch die eine rotie­ rende Wirbelschicht (5) erzeugt wird, mit der Ro­ tationsachse in Längsrichtung des Troges (1).
  • c) An dem Trog (1) sind mehrere im Querstrom verlau­ fende Schwelgasführungskanäle mit Wärmetauschern (6, 8) und Ventilatoren (7) und Schwelgasrückfüh­ rungskanälen (10) angeordnet.
  • d) Über dem Trog sind ein oder mehrere Abzugskanäle für das überschüssige Schwelgas (4′) angeordnet mit nachgeschalteter Entstaubungseinrichtung und ggf. einem nachgeschalteten Kondensationswärme­ tauscher.
1. Apparatus for low-temperature carbonization of biomass with heat exchanger surfaces ( 6 , 8 , 9 ), which are indirectly heated by liquid heat transfer media and a heat transfer to the material to be treated in a fluidized bed, characterized by the following features:
  • a) The reactor space is designed as an elongated trough ( 1 ).
  • b) The trough ( 1 ) has pneumatically or mechanically effective devices through which a rotating fluidized bed ( 5 ) is generated with the axis of rotation in the longitudinal direction of the trough ( 1 ).
  • c) On the trough ( 1 ) a plurality of smoldering gas guide channels running in cross flow with heat exchangers ( 6 , 8 ) and fans ( 7 ) and Schwelgasrückfüh guide channels ( 10 ) are arranged.
  • d) Above the trough, one or more discharge channels for the excess carbonization gas ( 4 ') are arranged with a downstream dedusting device and, if appropriate, a downstream condensation heat exchanger.
2. Apparat nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß, in an sich bekannter Weise, der Trog (1) in sei­ nem Querschnitt einen schräg verlaufenden Düsenboden (2) und eine Ablenknase (3) über dem Wirbelschicht­ bett aufweist, so daß allein durch das den Düsenboden (2) durchströmende Prozeßgas eine rotierende Wirbel­ schicht (5) entsteht, deren Achse vom Guteinlauf an einem bis zum Gutauslauf am anderen Ende des Troges (1) verläuft.2. Apparatus according to claim 1 is characterized in that, in a manner known per se, the trough ( 1 ) in its cross-section has a sloping nozzle bottom ( 2 ) and a deflecting nose ( 3 ) over the fluidized bed, so that only by the process gas flowing through the nozzle bottom ( 2 ) creates a rotating fluidized bed ( 5 ), the axis of which runs from the material inlet at one to the material outlet at the other end of the trough ( 1 ). 3. Apparat nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (1) einen Querschnitt mit halbkreisför­ migem Boden aufweist, wobei über diesem halbkreisför­ migen Boden in dem Trog ein mit flüssigem Wärmeträger durchströmtes Röhrenbündel (9) rotiert, während zusätzlich durch Längsschlitze (10) im halbkreisför­ migen Boden des Troges (1) aufgeheiztes Schwelgas (4) zur Verbesserung der teils mechanisch teils pneuma­ tisch erzeugten rotierenden Wirbelschicht eingeblasen wird.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the trough ( 1 ) has a cross section with a semicircular bottom, with a tube bundle ( 9 ) flowing through with liquid heat transfer medium rotating above this semicircular bottom in the trough, while additionally through longitudinal slots ( 10 ) in the semicircular bottom of the trough ( 1 ) heated carbonization gas ( 4 ) is blown to improve the partly mechanically partly pneumatically generated rotating fluidized bed. 4. Apparat nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Röhrenbündels (9) ein mechanisches Rührwerk (11) vorgesehen ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a mechanical stirrer ( 11 ) is provided instead of the tube bundle ( 9 ). 5. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trogwände (12) doppelwandig ausgebildet sind und von flüssigen Wärmeträgern durchströmt werden.5. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the trough walls ( 12 ) are double-walled and flowed through by liquid heat transfer media.
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