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EP0924288A2 - Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen und Reaktor zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen und Reaktor zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Publication number
EP0924288A2
EP0924288A2 EP98123931A EP98123931A EP0924288A2 EP 0924288 A2 EP0924288 A2 EP 0924288A2 EP 98123931 A EP98123931 A EP 98123931A EP 98123931 A EP98123931 A EP 98123931A EP 0924288 A2 EP0924288 A2 EP 0924288A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
bed
solids
gases
gasification reactor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98123931A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0924288A3 (de
Inventor
Winfried Brunner
Ingo Heerens
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Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP0924288A2 publication Critical patent/EP0924288A2/de
Publication of EP0924288A3 publication Critical patent/EP0924288A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/32—Devices for distributing fuel evenly over the bed or for stirring up the fuel 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
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
    • C10J3/26—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed downwardly
    • 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
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • 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
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • 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
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/36—Moving parts inside the gasification reactor not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a method for producing fuel gases from organic Solids where the solids above at least one between one Solids-receiving shaft and a chamber downstream in the shaft at least intended degassing and the resulting tar-containing Gases and the solids resulting from degassing down through the narrow point deducted and introduced into the downstream chamber and in the after Feeding a reaction gas into the downstream chamber in this solids exothermic and endothermic gasification and fuel gases and solids from the solid bed built up below the chamber are withdrawn.
  • This object is achieved in that the bulk material in the chamber for training a channel-free fill continuously by means of a homogenization device is homogenized and that the bed has a residence time of the gas in the Filling ensures such that the tars in the fuel gas by catalytic Effect of the degassed solids in the bed are decomposed.
  • the invention is therefore based on the knowledge that the long-chain hydrocarbons (tars) present in the degassing gas can be decomposed with the aid of the catalytic action of hot coke or charcoal (C fix ).
  • C fix hot coke or charcoal
  • Solid parts that are not completely degassed are very quickly completely degassed in the uppermost layer of the bed in the chamber as a result of the temperature set by the supply of the reaction gas (oxidizing agent) there, so that essentially no further higher molecular weight hydrocarbons are formed in the bed itself.
  • the residence time of the gases in the bed is preferably at least 0.4 sec. At a temperature of 700-950 ° C.
  • the degassing temperature is generally below 500 ° C.
  • the degassing stage can also be carried out at higher temperatures, e.g. B. operated up to 850 ° C.
  • air or a mixture of air, steam and / or O 2 can be supplied as the reaction gas, since steam not only leads to the conversion of C fix , but also supports the cracking of the tars.
  • a good homogenization of the bed can be achieved by being in the bed reach the rotating agitator. However, it is also not the use of rotating vibrating tools conceivable.
  • a stirring screw is preferably used as the stirring tool.
  • reaction gas supplied to the chamber at several superimposed points is supplied.
  • a calcium-containing additive preferably dolomite
  • Such an additive supports the decomposition of the tars by the catalytically active C fix .
  • reaction gas supply lines opening into the shaft and a chamber located under the grate in the shaft.
  • the gasification reactor is characterized according to the invention in that Chamber a homogenization device for the formation of a channel-free Provided fill and dimensioned the chamber filled with the fill is that the residence time of the gases in the tar decomposition chamber is sufficient.
  • a degassing chamber or stage 1 with a substantially rectangular cross section at its lower end by two juxtaposed, pivotable grids 2 and 3 limited, as they from the EP 588 075 A1 are known.
  • the organic piled up over grates 2 and 3 Solids 4 is heated via gas lances 5 degassing agent 6, such as. B. Air L fed so that together with the exothermic reactions in the bed 4th sets a temperature> 500 ° C, but ⁇ 850 ° C.
  • degassing the organic solids such as Wood chips, can be an additional partial Do not avoid gasification.
  • Through bottlenecks 7, 8 and 9 between the tipping gratings and the shaft wall can be degassed solid F1 in a downstream Crackhunt be transferred.
  • Gases G1 Resulting from the degassing of the bed 4 Gases G1, are also down through the bottlenecks 7, 8 and 9 deducted.
  • These gases G1 contain, among other things, methane and others Hydrocarbons (tars), carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor.
  • tars Hydrocarbons
  • the dumping height in a lower cylindrical part 10a of the crack chamber 10 which is open towards the bottom.
  • the discharge height controllable discharge device 12 can in the cylindrical part of the cracking chamber a quasi-stationary bed of bulk goods predetermined height are maintained.
  • a stirring tool 13 consisting of a shaft 14 a driven by a motor 14 and arranged one above the other Mixing arms 13 b arranged.
  • Baffles 13 c are attached to the stirring arms 13 b, which when the agitator arms pass through the bed of material above Raise the agitator arms and thus enable a stirring movement.
  • Air L becomes direct through the shaft 13 a and the arms 13 b entered in the filling.
  • Air L is also introduced above the bed via feed lines 15.
  • the controlled air supply enables the temperature of the bed to be set in the range from 800 to 950 ° C. by means of exothermic reactions.
  • the height of the bed is selected such that the tars contained in the gases G1 entering the gasification step 16 forming the gasification step 16 result from the tars catalytic effect of the C fix components in the bed 16 are decomposed if the bed 16 allows a dwell time of at least 0.4 sec.
  • One of solid particles is preferably used as the fluidizing gas cleaned and generated in the system fuel gas with the targeted addition of a oxygenated gasifier used.
  • the fuel gas used for this should preferably be supplied at temperatures between 100 and 200 ° C.
  • the material is rotated by at least one Paddles 12a of the discharge device 12, in the gap between the free end 10b of the chamber section 10a and a support surface 20a assigned to the end 10b of the reactor housing 20 discharged.
  • the paddle 12a is rotated via a hollow shaft 12 b and a motor 21 via a double shaft arrangement as they will also be explained in more detail in connection with FIG. 3.
  • An essentially tar-free fuel gas G2 emerges from the gap and into one Crackschabites 10a surrounding and outward from the reactor housing 20 limited annulus 22.
  • the fuel gas is transferred from this annulus discharged at least one discharge nozzle 23.
  • the fuel bed 4 is on a single tipping grate 2.
  • the gasification and arranged in the reactor housing 20 Cracking chamber 30 consists of a vertical section 30a and one thereon subsequent sloping section 30 b.
  • the one sloping down Section 30 b can also be delimited by a specially designed tube.
  • the coke filling 16 extends in the vertical section 30a in the vicinity of the Air supply nozzles 15.
  • a screw 31 arranged by a motor 32 in rotary motion is displaced in such a way that coke is conveyed obliquely downwards to an outlet 33 becomes.
  • In the outlet are separately activated exhaust valves for controlled discharge of ash provided.
  • the slider can turn from a at the upper end of the chamber section 30 a arranged level probe can be controlled.
  • the rotary movement of the screw 30 has the effect that there is no bridge or Channel formation can occur in the bed existing in section 30b.
  • FIG. 30 a An additional agitator 37 is shown in FIG Toothed belt pulleys 38 and a toothed belt 39 with the driven shaft 31 a the snail is coupled.
  • the degassing stage 4 becomes rectangular cross section and the cracking and gasification stage 10 with circular Cross section aligned vertically one above the other.
  • the fill in the Crack chamber is again monitored by means of a level probe 11.
  • the gas G2 also flows into an annular space 22.
  • Slits 10 c formed, which an additional gas outlet into the annular space 22nd allow to pass through the outlet flow at the bottom of the chamber Calm reduction in flow rate.
  • a screw stirrer 40 is arranged in the lower part 10a of the cracking chamber 10 as a stirring tool.
  • the worm 40 is driven by a motor 42 via a hollow shaft 41.
  • the screw 40 consists of a screw section 43 which tapers conically upwards and a straight cylindrical section 44, on the surfaces of which screw flights 43a and 44a are arranged in each case.
  • additional air L is fed into the cracking chamber 10 via nozzle blocks 45 formed on the cylindrical section 44 in addition to the air supplied above the bed via the feed lines 15.
  • the screw flights 44 a are placed so that they cover the nozzle assemblies 45 and thus protect against the hot coke.
  • the lower section 43 is conical in order to bring about a lateral compression of the bed when the bed migrates downwards.
  • the gasification of C fix in the gasification stage 16 would otherwise loosen up the bed as a whole.
  • the ash content is only a small part of the material brought into the cracking chamber.
  • the lower end of the agitator 40 is arranged at a distance from the bottom 20 a of the gasification reactor, so that the discharge device 46 can be introduced in the remaining space.
  • the discharge device 46 consists of a shaft 49 which surrounds the shaft 41 and is driven by a motor 48, to which three radially extending discharge arms 50 are attached.
  • Vertical conveying surfaces 51 which are arranged at an angle to the radius, are attached to the discharge arms 50 and convey the residual solids F2 (ash) to be discharged to a discharge opening 52 which is provided near the center of the cylindrical cracking chamber 10.
  • a discharge opening can also be arranged on the side or on the outer edge of the base, for example with a corresponding design of the discharge device. B. as in the embodiment in FIG.
  • the vertical conveying surfaces 51 When conveying to the outside, the vertical conveying surfaces 51 can be omitted.
  • the conveying direction of the conveying surfaces 51 is determined by the direction of rotation of the shaft 49.
  • the agitator 40 is operated continuously or in constant short successive periods in order to avoid the formation of bridges and / or channels.
  • the activation of the discharge device 46 depends on the ash content (inert fraction) of the fuel and can be carried out periodically as a function of the measured fill level in the cracking chamber.
  • the gasification is supplied required reactants in the cracking chamber 10 at different one above the other arranged points to the temperature gradient in the vertical direction or in To keep the flow direction of the fuel gas as constant as possible.
  • the in the Gasification or cracking chamber occurring endothermic gas reactions could lead to temperature reduction in the vertical direction.
  • the shaft provides transportation of the solids under Gravity, controlled and metered with the help of the narrow point, an advantageously simple, robust and effective solution.
  • the catalytic decomposition of the tars in the fuel gas can be carried out a channel-free charcoal fill and sufficient dwell time other devices too.
  • a forward transport of the solids, the Bulk and charcoal on a grate, in a rotary kiln or in one other continuous or incremental device can be added to the appropriate results if for the homogenization of the fill and the residence time of the fuel gas in the bed is ensured.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen, bei dem die Feststoffe oberhalb mindestens einer zwischen einem die Feststoffe aufnehmenden Schacht und einer im Schacht nachgeschalteten Kammer (10) vorgesehenen Engstelle (7; 8; 9) zumindest entgast und die dabei entstehenden teerhaltigen Gase (G1) und die bei Entgasung anfallenden Feststoffe (F1) nach unten durch die Engstelle abgezogen und in die nachgeschaltete Kammer eingeführt werden und bei dem nach Zuführung eines Reaktionsgases (15; 13b) in die nachgeschaltete Kammer in dieser Feststoffe exotherm und endotherm vergast werden und Brenngase aus der unterhalb der Engstelle in der Kammer aufgebauten Feststoffschüttung Feststoffe abgezogen werden, ist zur Erzeugung eines motortauglichen Brenngases (G2) vorgesehen, daß das Schüttgut (16) in der Kammer (10) zur Ausbildung einer kanalfreien Schüttung mittels einer Homogenisierungseinrichtung (13) fortlaufend homogenisiert wird und daß die Schüttung eine Verweilzeit des Gases (G1) in der Schüttung gewährleistet, derart, daß die Teere im Brenngas durch katalytische Wirkung der vergasten Feststoffe (Cfix) in der Schüttung zersetzt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen, bei dem die Feststoffe oberhalb mindestens einer zwischen einem die Feststoffe aufnehmenden Schacht und einer im Schacht nachgeschalteten Kammer vorgesehenenen Engstelle zumindest entgast und die dabei entstehenden teerhaltigen Gase und die bei Entgasung anfallenden Feststoffe nach unten durch die Engstelle abgezogen und in die nachgeschaltete Kammer eingeführt werden und bei dem nach Zuführung eines Reaktionsgases in die nachgeschaltete Kammer in dieser Feststoffe exotherm und endotherm vergast werden und Brenngase und Feststoffe aus der unterhalb der Kammer aufgebauten Feststoffschüttung abgezogen werden.
Bei dem aus der EP 588 057 A1 bekannten gattungsgemäßen Verfahren werden die entgasten und evtl. gleichzeitig teilweise vergasten Feststoffe in die Kammer, deren unterer Boden ein mindestens eine weitere Engstelle definierender Rost bildet, überführt und bilden auf dem Drehschwingungen unterworfenen Rost eine den Schwingungen folgende Schüttung, wobei sich die Feststoffe auf die Engstelle zu und durch diese hindurch bewegen. Die Roste werden nicht fortlaufend bewegt, sondern nur in gewissen Zeitabständen, um den Durchsatz von nicht entgasten bzw. nicht vergasten Feststoffen zu minimieren. In dieser Schüttung bilden sich wegen der unstetigen Bewegung Brücken und durchgängige Gaskanäle aus, so daß das bei Entgasung entstehende teerhaltige Gas ungehindert durch die Kanäle nach unten und aus der Kammer abströmen kann. Ein solches mit hohen Kohlenwasserstoff-Kondensatgehalten (Teeren) belastetes Brenngas kann nicht zum Betrieb von in Blockheizkraftwerken oder dergleichen eingesetzten Motoren verwendet werden, ohne daß dem Vergasungsreaktor nicht eine komplexe Gasreinigung und Abwasserkondensataufbereitung nachzuschalten wäre.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das die Erzeugung eines motortauglichen Brenngases ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Schüttgut in der Kammer zur Ausbildung einer kanalfreien Schüttung fortlaufend mittels einer Homogenisierungseinrichtung homogenisiert wird und daß die Schüttung eine Verweilzeit des Gases in der Schüttung gewährleistet, derart, daß die Teere im Brenngas durch katalytische Wirkung der entgasten Feststoffe in der Schüttung zersetzt werden.
Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, daß mit Hilfe der katalytischen Wirkung von heißem Koks bzw. Holzkohle (Cfix) im Entgasungsgas vorhandene langkettige Kohlenwasserstoffe (Teere) zersetzt werden können. Durch die Vermeidung der Kanalbildung in der Schüttung infolge der fortlaufenden Homogenisierung der Schüttung wird erreicht, daß sich das Schwelgas der katalytischen Wirkung des Koks bzw. Holzkohle (Cfix) nicht entziehen kann. Gleichzeitig werden in der Cfix-haltigen Feststoffschüttung in der Kammer im Entgasungsgas enthaltenen Anteile an Wasserdampf und Kohlendioxid durch die sogen. Wassergas-Reaktion (C+H2O→ CO + H2) bzw. Boudourad-Reaktion (CO2 + C → CO) umgesetzt und wird Kohlenstoff (Cfix) mit zugeführtem Reaktionsgas (Oxidationsmittel) unter Bildung weiteren Brenngases umgesetz. Die für die Katalyse erforderliche Wärme wird durch Umsetzung des Koks und Teilverbrennung von Brenngas mit dem Oxidationsmittel bereitgestellt.
Evtl. nicht vollständig entgaste Feststoffteile werden in der obersten Schicht der Schüttung in der Kammer infolge der durch die dortige Zufuhr des Reaktionsgases (Oxidationsmittel) eingestellten Temperatur sehr schnell vollständig entgast, so daß in der Schüttung selbst im wesentlichen keine weiteren höher-molekularen Kohlenwasserstoffe entstehen.
Die Verweilzeit der Gase in der Schüttung beträgt vorzugsweise mindestens 0,4 sec. bei einer Temperatur von 700 - 950° C. Die Entgasungstemperatur liegt in der Regel unter 500° C. Die Entgasungsstufe kann aber auch bei höheren Temperaturen z. B. bis zu 850° C betrieben werden.
Als Reaktionsgas kann z.B. Luft oder eine Mischung von Luft, Dampf und/oder O2 zugeführt werden, da Dampf nicht nur zur Umsetzung von Cfix führt, sondern auch die Crackung der Teere unterstützt.
Eine gute Homogenisierung der Schüttung läßt sich durch ein sich in der Schüttung drehendes Rührwerkzeug erreichen. Es ist jedoch auch der Einsatz von nicht drehenden Rüttelwerkzeugen denkbar.
In bevorzugter Weise wird als Rührwerkzeug eine Rührschnecke eingesetzt.
Um in der Schüttung einen gleichmäßigen Temperaturgradienten zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß das der Kammer zugeführte Reaktionsgas an mehreren übereinander angeordneten Stellen zugeführt wird.
Dabei ist es sinnvoll, daß zumindest ein Teil des Reaktionsgases über die Homogenisierungseinrichtung zugeführt wird.
Wenn in der nachgeschalteten Vergasungs- und Crackkammer keine abschließende exotherme und/oder endotherme Vergasung erreicht wird, ist es sinnvoll, daß die Feststoffe aus der ein quasi stationäres Feststoffbett weisenden Kammer abgezogen und in eine mit einem reaktionsfähigen Wirbelmedium beaufschlagte Wirbelschicht überführt werden.
Für einen kontinuierlichen Betrieb der Vergasung ist es sinnvoll, den Füllstand der Feststoffschüttung in der Kammer zu erfassen und in Abhängigkeit von dem Füllstand am unteren Ende der Kammer verbleibende Feststoffe (Asche) abzuziehen.
Schließlich erscheint es zweckmäßig, den zu vergasenden organischen Feststoffen ein calciumhaltiges Additiv, vorzugsweise Dolomit, zuzusetzen. Ein solches Additiv unterstützt die Zersetzung der Teere durch das katalytisch wirksame Cfix.
darstellenden Rost, in den Schacht einmündende Reaktionsgaszuführungsleitungen und einer unter dem Rost im Schacht angeordneten Kammer.
Der Vergasungsreaktor ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer eine Homogenisierungseinrichtung für die Ausbildung einer kanalfreien Schüttung vorgesehen und die mit der Schüttung gefüllte Kammer so dimensioniert ist, daß die Verweilzeit der Gase in der Kammer für die Zersetzung von Teeren ausreicht.
Weitere Unteransprüche 11 bis 18 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors.
Das erfindungsgemäße Verfahren und verschiedene Reaktorausführungen sollen nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1
einen Vergasungsreaktor mit einer Entgasungsstufe, einer dieser nachgeschalteten Crack- und Vergasungskammer und der Kammer nachgeschalteten Wirbelschicht, wobei in der Crack- und Vergasungskammer ein paddelartiges Rührwerk angeordnet ist,
Fig. 2
einen Vergasungsreaktor mit einer aus einem Vertikalabschnitt und einem Schrägabschnitt aufgebauten Crackkammer, wobei in der Crackkammer als Rührwerk eine Schnecke angeordnet ist,
Fig. 3
eine weitere Ausführungsform eines Vergasungsreaktors, bei dem die Entgasungsstufe und Crackkammer vertikal übereinander angeordnet sind und in der Kammer eine gegen die Schwerkraft nach oben fördernde Rührschnecke angeordnet ist, und
Fig. 4
einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Fig. 3.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Vergasungsreaktor wird eine Entgasungskammer bzw. -stufe 1 mit im wesentlich rechteckigen Querschnitt an ihrem unteren Ende durch zwei nebeneinander angeordnete, verschwenkbare Roste 2 und 3 begrenzt, wie sie aus der EP 588 075 A1 bekannt sind. Den über den Rosten 2 und 3 aufgehäuften organischen Feststoffen 4 wird über Gaslanzen 5 erwärmtes Entgasungsmittel 6, wie z. B. Luft L zugeführt, so daß sich zusammen mit den exothermen Reaktionen in der Schüttung 4 eine Temperatur >500° C, jedoch < 850° C einstellt. Bei der Entgasung der organischen Feststoffe, wie z.B. Holzschnitzel, läßt sich eine zusätzliche teilweise Vergasung nicht vermeiden. Durch Engstellen 7, 8 und 9 zwischen den Kipprosten und der Schachtwandung kann entgaster Feststoff F1 in eine nachgeschaltete Crackkammer überführt werden. Bei der Entgasung der Schüttung 4 entstehenden Gase G1, werden ebenfalls durch die Engstellen 7, 8 und 9 nach unten hin abgezogen. Diese Gase G1 enthalten unter anderem Methan und sonstige Kohlenwasserstoffe (Teere), Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserdampf. Mit einer Schütthöhensonde 11 wird die Schütthöhe in einem unteren zylindrischen Teil 10a der nach unten hin offenen Crackkammer 10 erfaßt. Mit Hilfe einer in Abhängigkeit von dem Schütthöhensignal ansteuerbaren Austragseinrichtung 12 kann in dem zylindrischen Teil der Crackkammer ein quasi stationäres Schüttgutbett vorgegebener Höhe aufrechterhalten werden.
In dem Schüttgutbett in der Crackkammer 10 ist ein Rührwerkzeug 13 bestehend aus einer von einem Motor 14 angetriebenen Welle 13 a und übereinander angeordneten Rührarmen 13 b angeordnet. An den Rührarmen 13 b sind Leitbleche 13 c befestigt, die bei Durchgang der Rührarme durch die Schüttung des Materials oberhalb der Rührarme anheben und somit eine Rührbewegung ermöglichen. Durch das Rührwerkzeug wird sichergestellt, daß sich in der Schüttung in der Crackkammer keine Brücken und Kanäle aufbauen, die ein ungehindertes Druchströmen der Schüttung zulassen würden. Durch die Welle 13 a und die Arme 13 b wird Luft L direkt in die Schüttung eingetragen.
Weiterhin wird Luft L oberhalb der Schüttung über Zuleitungen 15 eingetragen. Die geregelte Luftzufuhr ermöglicht durch exotherme Reaktionen eine Temperatureinstellung der Schüttung im Bereich von 800 bis 950° C. Dabei ist die Höhe der Schüttung so gewählt, daß die in den aus der Entgasungsstufe 4 in die Vergasungsstufe 16 bildende Schüttung eintretenden Gase G1 enthaltenen Teere infolge der katalytischen Wirkung der Cfix-Anteile in der Schüttung 16 zersetzt werden, wenn die Schüttung 16 eine Verweilzeit von mindestens 0,4 sec. gewährt.
Bei dem Vergasungsreaktor gemäß Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß in der Vergasungsstufe 16 in der Crackkammer 10 zwar eine ausreichende Crackung der eingetragenen Teere erreichbar ist, aber noch keine ausreichende Vergasung des in die Crackkammer eingetragenen Cfix.
Aus diesem Grunde ist der Austragseinrichtung 12 eine ringartige Wirbelschichtkammer 17 nachgeschaltet, in der die eingetragenen Feststoffe mit Hilfe eines über Rohrdüsen 18 in das Wirbelbett eingebrachten Fluidisierungsmittels F2 (Asche) werden aus der Wirbelschicht 17 über Abzugskanäle 17 a abgezogen.
Als Fluidisierungsgas wird vorzugsweise ein von Feststoffpartikeln weitgehend gereinigtes und im System erzeugtes Brenngas unter gezielter Zumischung eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels verwendet. Das hierzu verwendete Brenngas sollte vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 100 und 200 ° C zugeführt werden.
In die Wirbelschichtkammer 17 wird das Material durch Drehung mindestens eines Paddels 12a der Austragseinrichtung 12, in dem Spalt zwischen dem freien Ende 10b des Kammerabschnitts 10a und einer dem Ende 10b zugeordneten Stützfläche 20a des Reaktorgehäuses 20 ausgetragen. Die Drehung des Paddels 12 a erfolgt über eine Hohlwelle 12 b und einem Motor 21 über eine Doppelwellenanordnung, wie sie auch im Zusammenhang mit der Fig. 3 noch näher erläutert werden wird.
Aus dem Spalt tritt ein im wesentlichen teerfreies Brenngas G2 aus und in einen dem Crackkammerabschnitt 10a umgebenden und nach außen von dem Reaktorgehäuse 20 begrenzten Ringraum 22 ein. Aus diesem Ringraum wird das Brenngas über mindestens einen Abfuhrstutzen 23 abgeführt.
In der Wirbelschicht 17 wird noch nicht umgesetzter Koks (Cfix) unter unterstöchiometrischen Bedingungen in Brenngas G3 umgewandelt. Dieses Brenngas G3 strömt ebenfalls in den Ringraum 22 ein.
Wie aus der Fig. 1 und der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist der Vergasungsreaktor von sehr kompaktem Aufbau und stellt auf einfache Weise ein von Teeren gereinigtes motorfähiges Gas zur Verfügung.
Bei der Ausführugsform gemäß Fig. 2 liegt die Brennstoffschüttung 4 auf einem einzigen Kipprost 2 auf. Die im Reaktorgehäuse 20 angeordnete Vergasungs- und Crackkammer 30 besteht aus einem Vertikalabschnitt 30a und einem daran anschließenden schräg nach unten gestellten Abschnitt 30 b. Der nach unten geneigte Abschnitt 30 b kann auch von einem gesondert ausgebildeten Rohr begrenzt sein.
Die Koksfüllung 16 erstreckt sich in dem Vertikalabschnitt 30a bis in die Nähe der Luftzufuhrdüsen 15. In dem schräggestellten Abschnitt 30 b der Crackkammer ist als Rührwerk eine Schnecke 31 angeordnet, die von einem Motor 32 in Drehbewegung versetzt wird, derart, daß Koks schräg nach unten zu einem Auslaß 33 hin gefördert wird. In dem Auslaß sind getrennt von einander aktivierbare Auslaßschieber zum gesteuerten Austrag von Asche vorgesehen. Die Schieber können wiederum von einer am oberen Ende des Kammerabschnitts 30 a angeordneten Füllstandssonde angesteuert werden.
Auch hier kann, falls die Vergasung von der Crackkammer 30 nicht in ausreichender Weise erfolgt, über den Austrag 33 der Koks in ein gesondertes Wirbelbett überführt werden. Die gereinigten Brenngase G2 werden bei 36 abgezogen.
Die Drehbewegung der Schnecke 30 bewirkt, daß es zu keiner Brücken- bzw. Kanalbildung in der in dem Abschnitt 30b vorhandenen Schüttung kommen kann.
Wie auch bei der Ausführungsform Fig. 1 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nicht nur eine Luftzuführung 15 oberhalb der Schüttung vorgesehen, sondern es wird Luft L ebenfalls über in der Hohlwelle 31 a des Schneckenrührwerkes 31 ausgebildetete Austrittsöffnungen 31 b in die Schüttung 16 eingetragen.
Es kann erforderlich sein, auch im Abschnitt 30 a für eine gute Homogenisierung zu sorgen. In der Fig. 2 ist ein zusätzliches Rührwerk 37 dargestellt, das über Zahnriemenscheiben 38 und einen Zahnriemen 39 mit der angetriebenen Welle 31 a der Schnecke gekoppelt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 werden die Entgasungsstufe 4 mit rechteckigem Querschnitt und die Crack- und Vergasungsstufe 10 mit kreisförmigem Querschnitt vertikal ausgerichtet übereinander angeordnet. Die Schüttung in der Crackkammer wird wieder mittels einer Füllstandssonde 11 überwacht. Am unteren Ende 10 b der Crackkammer strömt das Gas G2 ebenfalls in einen Ringraum 22 ein. In der den unteren Teil 10a der Crackkammer 10 begrenzenden Wandung sind Schlitze 10 c ausgebildet, die einen zusätzlichen Gasaustritt in den Ringraum 22 ermöglichen, um die Austrittsströmung am unteren Ende der Kammer durch Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit zu beruhigen.
Als Rührwerkzeug ist im unteren Teil 10a der Crackkammer 10 ein Schneckenrührwerk 40 angeordnet. Die Schnecke 40 wird über eine Hohlwelle 41 von einem Motor 42 her angetrieben. Die Schnecke 40 besteht aus einem sich konisch nach oben verjüngenden Schneckenabschnitt 43 und einem geradzylindrischen Abschnitt 44, auf deren Oberflächen jeweils Schneckengange 43a und 44a angeordnet sind.
Über die Hohlwelle 41 wird in die Crackkammer 10 über, an den zylindrischen Abschnitt 44 ausgebildete Düsenstöcke 45 zusätzlich zu der oberhalb der Schüttung über die Zuleitungen 15 zugeführte Luft weitere Luft L zugeführt. Die Schneckengänge 44 a sind so gelegt, daß sie die Düsenstöcke 45 überdecken und so gegen den heißen Koks schützen.
Die Drehrichtung des Antriebsmotors 42 und die Steigung der Schneckengänge 43 a und 44 a ist so gewährt, daß bei Drehung der Schnecke das Material nach oben angehoben wird und das angehobene Material außerhalb der Schnecke unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinkt und bei Betätigung der noch näher zu beschreibenden Abzugseinrichtung 46 in dem zwischen Schnecke 40 und der Innenwand der Kammer 10 a verbleibenden Ringraum 47 nach unten wandert.
Der untere Abschnitt 43 ist konisch ausgebildet, um eine seitliche Verdichtung der Schüttung bei Wanderung der Schüttung nach unten zu bewirken. Durch die Vergasung von Cfix in der Vergasungsstufe 16 würde sonst eine Auflockerung der Schüttung insgesamt erfolgen. Der Ascheanteil ist nur ein geringer Teil des in die Crackkammer eingebrachten Materials.
Es ist auch möglich, bei einer zylindrischen Ausbildung des Rührwerkabschnittes die Wandung der Crackkammer konisch auszubilden, um eine entsprechende Verdichtung zu erzielen.
Das untere Ende des Rührwerks 40 ist mit Abstand vom Boden 20 a des Vergasungsreaktors angeordnet, so daß in dem verbleibendem Raum die Austragseinrichtung 46 eingebracht werden kann. Die Austragseinrichtung 46 besteht aus einer die Welle 41 umgebenden und von einem Motor 48 angetriebenen Welle 49, an der drei sich radial erstreckende Austragsarme 50 angebracht sind.
An den Austragsarmen 50 sind schräg zum Radius angebrachte vertikale Förderflächen 51 befestigt, die den auszutragenden Restleststoff F2 (Asche) zu einer in der Nähe des Zentrums der zylindrischen Crackkammer 10 angebrachten Austragsöffnung 52 fördern. Selbstverständlich kann eine Austragsöffnung bei entsprechender Ausbildung der Austragseinrichtung auch seitlich oder am Außenrand des Bodens angeordnet sein, z. B. wie bei der Ausführungsform bei Fig. 1.
Bei Förderung nach außen können die vertikalen Förderflächen 51 entfallen. Die Förderrichtung der Förderflächen 51 wird durch den Drehsinn der Welle 49 bestimmt. Das Rührwerk 40 wird ständig oder in konstanten kurz aufeinander folgenden Perioden betätigt, um die Brücken- und/oder Kanalbildung zu vermeiden. Die Aktivierung der Austragsvorrichtung 46 hingegen hängt vom Aschegehalt (inertem Anteil) des Brennstoffes ab und kann periodisch in Abhängigkeit von gemessenem Füllstand in der Crackkammer erfolgen.
Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Zufuhr von für die Vergasung erforderlichen Reaktionsmittel in die Crackkammer 10 an verschiedenen übereinander angeordneten Stellen, um den Temperaturdradienten in vertikaler Richtung bzw. in Durchströmungsrichtung des Brenngases möglichst konstant zu halten. Die in der Vergasungs- bzw. Crackkammer stattfindenden endothermen Gasreaktionen könnten zur Temperaturabsenkung in Vertikalrichtung führen.
Bei allen gezeigten und beschriebenen Vergasungsreaktoren werden die in die Crack- und Vergasungskammer mit dem Gas G1 eingetragenen Teere katalytisch bei niedrigen Temperaturen einem einzigen Apparat umgesetzt. Die Vergasungs- und Crackkammer 10 in ein und demselben Apparat der Entgasungskammer 1 nachgeschaltet ist. Es kann somit nur zu äußerst geringen Wärmeverlusten kommen. Die entgasten und evtl. teilvergasten Stoffe F1 (Koks) werden unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Crackkammer 10 gefördert. Eine gesonderte Aufbereitung der Feststoffe F1 zwischen Entgasung einerseits und Vergasung/Crackung andererseits ist nicht erforderlich.
Gerätetechnisch bietet der Schacht mit dem Transport der Feststoffe unter Schwerkraft, gesteuert und dosiert mit Hilfe der Engstelle, eine vorteilhaft einfache, robuste und wirkungsvolle Lösung.
Verfahrenstechnisch läßt sich die katalytische Zersetzung der Teere im Brenngas mit einer kanalfreien Holzkohleschüttung und ausreichender Verweilzeit allerdings mit anderen Vorrichtungen auch erreichen. Ein Vortransport der Feststoffe, des Schüttguts und der Holzkohle auf einem Laufrost, in einem Drehofen oder in einer anderen kontinuierlichen oder schrittweise arbeitenden Vorrichtung kann zu den entsprechenden Ergebnissen führen, wenn für die Homogenisierung der Schüttung und die Verweilzeit des Brenngases in der Schüttung dabei gesorgt wird.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen, bei dem die Feststoffe oberhalb mindestens einer, zwischen einem die Feststoffe aufnehmenden Schacht und einer im Schacht nachgeschalteten Kammer vorgesehenen Engstelle zumind. entgast und die dabei entstehenden teerhaltigen Gase und die bei Entgasung anfallenden Feststoffe nach unten durch die Engstelle abgezogen und in die nachgeschaltete Kammer eingeführt werden und bei dem nach Zuführung eines Reaktionsgases in die nachgeschaltete Kammer in dieser Feststoffe exotherm und endotherm vergast werden und Brenngase aus der unterhalb der Engstelle in der Kammer aufgebauten Feststoffschüttung Feststoffe abgezogen werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in der Kammer zur Ausbildung einer kanalfreien Schüttung mittels einer Homogenisierungseinrichtung fortlaufend homogenisiert wird und daß die Schüttung eine Verweilzeit des Gases in der Schüttung gewährleistet, derart, daß die Teere im Brenngas durch katalytische Wirkung der vergasten Feststoffe (Cfix) in der Schüttung zersetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Gase in Schüttung mindestens 0,4 sec. bei einer Temperatur von 700 - 950° C beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung der Schüttung durch ein sich in der Schüttung drehendes Rührwerkzeug erfolgt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3
    dadurch gekennzeichnet, daß als Rührwerkzeug eine Schnecke eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4
    dadurch gekennzeichnet, daß das der Kammer zugeführte Reaktionsgas an mehreren übereinander angeordneten Stellen zugeführt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Reaktionsgases über die Homogenisierungseinrichtung zugeführt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe aus der ein quasi stationäres Feststoffbett aufweisenden Kammer abgezogen und in eine mit einem reaktionsfähigen Wirbelmedium beaufschlagte Wirbelschicht überführt werden.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand der Feststoffschüttung in der Kammer erfaßt wird und in Abhängigkeit von dem Füllstand am unteren Ende der Kammer verbleibende Feststoffe (Asche) abgezogen werden.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß den zu vergasenden organischen Feststoffen ein calciumhaltiges Additiv, vorzugsweise Dolomit, zugesetzt wird.
  10. Vergasungsreaktor zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9 mit einem aufrecht stehenden Schacht zur Aufnahme von Feststoffen, einem im Schacht befindlichen, die mindestens eine Engstelle darstellenden Rost, in den Schacht einmündenden Reaktionsgaszuführungsleitungen und einer unter dem Rost im Schacht angeordneten Kammer,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (10; 30) eine Homogenisierungseinrichtung (13; 31; 40) für die Ausbildung einer kanalfreien Schüttung (16) vorgesehen und die mit der Schüttung gefüllte Kammer so dimensioniert ist, daß die Verweilzeit der Gase in der Kammer für die Zersetzung von Teeren ausreicht.
  11. Vergasungsreaktor nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (10; 30) ein Rührwerkzeug (13; 31; 40) angeordnet ist.
  12. Vergasungsreaktor nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug als Rührarmwerkzeug (13) ausgebildet ist.
  13. Vergasungsreaktor nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug als Schneckrührer (31; 40) ausgebildet ist.
  14. Vergasungsreaktor nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke sich nach oben verjüngt.
  15. Vergasungsreaktor nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14,
    Dadurch gekennzeichnet, daß über die Homogenisierungseinrichtung (12; 31; 40) Luft (L) als Reaktionsgas in die Kammer (10; 30) einführbar ist.
  16. Vergasungsreaktor nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) zumindest teilweise von einem mit mindestens einer Abzugsleitung verbundenen ringartigen Gassammelraum (22) umgeben ist, in den die Brenngase von unten und/oder durch in der Kammerwandung ausgebildete Schlitze (10c) eintreten können.
  17. Vergasungsreaktor nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem unteren Ende der Kammer (10; 30) eine drehbare Austragseinrichtung (12; 31; 46) zugeordnet ist.
  18. Vergasungsreaktor nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Austragseinrichtung (12; 46) unabhängig von dem Rührwerkzeug (13; 46) drehbar ist.
  19. Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen aus organischen Feststoffen, die in einem Brennraum entgast und als Schüttgut aus stückiger Glut mitsamt bei der Entgasung anfallender teerhaltiger Gase in eine nachgeschaltete Kammer überführt werden, in der sie unter Zuführung von Reaktionsgasen zu Brenngasen und Asche vergast werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut in der Kammer durch eine mechanisch bewegende Homogenisierungseinrichtung als kanalfreie Schüttung gehalten wird, durch die die teerhaltigen Gase in einer zur katalytischen Zersetzung der Teere im Brenngas gewährleistenden Verweilzeit hindurchgeführt werden.
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