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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und einVerfahren zur Erzeugung eines teerfreien Schwachgases durch Vergasungvon Biomasse, Mülloder dergleichen. Die Vorrichtung weist eine Pyrolysezone (1), eineReduktionszone (2) und eine Nachvergasungszone (3) auf und ist dadurchgekennzeichnet, dass sie eine Mischvorrichtung (5) zur Vermischungvon der Mischvorrichtung (5) mittels einer ersten Einrichtung (6) ausder Pyrolysezone (1) zugeführtenSchwelgasen mit mittels einer zweiten Einrichtung (8) aus der Nachvergasungszone(3) zugeführtenBrenngasen sowie eine Zuleitungseinheit (7) zur Leitung der vermischtenSchwelgase aus der Mischvorrichtung (5) zu der Reduktionszone (2) aufweist.
    公开号:DE102004024672A1
    申请号:DE102004024672
    申请日:2004-05-18
    公开日:2005-12-15
    发明作者:Jörg S. Dipl.-Ing. Martin；Lisbeth Dipl.-Ing. Rochlitz
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
    IPC主号:C10J3-14
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und einVerfahren zur Erzeugung eines teerfreien Schwachgases durch Vergasungvon Biomasse, Mülloder dergleichen, nachfolgend auch als Brennstoff oder Rohstoffbezeichnet. Zweck dieser thermochemischen Vergasung kohlenstoffhaltigerFestbrennstoffe ist die Erzeugung eines teerfreien brennbaren Nutzgases,das dann einem Verbraucher, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschinein Form eines Gasmotors zugeführtwerden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtunggestattet es, die der Gaserzeugung nachgeschalteten Prozesseinheiten,wie beispielsweise den Gasmotor zu betreiben, ohne dass die beider Vergasung entstehenden Teerverbindungen zu Funktionsstörungen führen. Dies wirddadurch erreicht, dass ein teerfreies, d.h. ein maximal etwa 50mg Teer/Nm3 enthaltendes Schwachgas erzeugtwird. Unter den Begriff Teer sind in diesem Zusammenhang alle beider Vergasung entstehenden Kohlenwasserstoffe gefasst, die bei Abkühlung desGases auf die fürdie Nutzung notwendige Temperatur ihren gasförmigen Aggregatzustand verlassenund die einhergehend mit dieser Zustandsänderung den Gesamtprozess inseiner Funktion nachhaltig stören.
    [0002] Verfahrenzur Erzeugung von teerfreien Schwachgasen durch Vergasung von Biomassesind bereits Stand der Technik. Bei den Verfahren entstehen nebenbrennbarem Nutzgas auch Gemische kondensierbarer bzw. resublimierbarerKohlenwasserstoffe (Teere), die bei den hohen Temperaturen bei derGaserzeugung (etwa > 700° C) dampfförmig imGas vorliegen. Fürdie Nutzung des Gases beispielsweise in Aggregaten, die dem Zweckder Stromerzeugung dienen, muss das brennbare Nutzgas abgekühlt werden,wodurch es zur Auskondensation bzw. Resublimation der Teere kommt.Hierdurch werden nachgeschaltete Prozesseinheiten in ihrer Funktionstark beeinträchtigt.Um die brennbaren Gase fürdie Anwendung nutzbar zu machen, ist daher eine weitgehende Beseitigungder störenden Teereerforderlich bzw. es ist die Erzeugung eines teerfreien Nutzgasesbzw. Schwachgases erforderlich. Für die sich ergebende Notwendigkeitder Teerbeseitigung existieren im Stand der Technik unterschiedlicheVerfahrensansätze,die verschieden gute, aber insgesamt gesehen unzureichende Gasqualitäten realisierenkönnen.Darüberhinaus sind es bei einigen Lösungsansätzen auchdie hohen Kosten für Investitionund/oder Betrieb, die das Gesamtverfahren betriebswirtschaftlichunattraktiv machen. Bei der Gaserzeugung im Festbett bzw. im Wanderbett,bei dem grobstückigeBiomasse unter dem Einfluss der Schwerkraft im Massenfluss einenVergasungsschacht von oben nach unten sukzessive durchwan dert, während siedabei langsam vergast, werden im wesentlichen zwei Grundprinzipienunterschieden: • Die Gegenstromvergasung istzwar vergleichsweise technisch einfach und anspruchslos, produziertjedoch brennbare Nutzgase mit extrem hohen Teergehalten. • Auchbei der technisch anspruchsvolleren Gleichstromvergasung gelingtes nur bei sehr kleinen Einheiten, brennbare Nutzgase in ausreichendguter Qualitätbzw. ausreichend teerarme brennbare Nutzgase herzustellen. Schonbei Anlagen mit einer elektrischen Leistung von etwa > 50 kW wird es jedochzunehmend schwieriger, das Brennstoffbett in gleichmäßigem Flusszu bewegen, so dass bei größeren Anlagenauch hier Teere in zu hoher Konzentration im Produktgas zu findensind.
    [0003] Auchkonstruktive Abarten der beiden beschriebenen Grundtypen lösen dasTeerproblem nicht überzeugend,so dass eine nachgeschaltete Teerbehandlungsstufe, beispielsweiseeine Gaswäscheoder der Einsatz von Katalysatoren, unverzichtbar ist, wenn einteerfreies Schwachgas erzeugt werden soll. Die katalytische Teerentfernunghat hierbei jedoch den Nachteil, dass sie entweder nicht ausreicht,um die Qualitätsanforderungendes brennbaren Nutzgases zu erfüllen,oder dass ein erheblicher Aufwand bezüglich der Investitions- undBetriebskosten erforderlich ist. Auch die Teerentfernung aus dem brennbarenNutzgas durch Gaswäscheist insbesondere wegen der hohen Investitions- und Betriebskosten nicht praktikabel,darüberhinaus besteht ein Nachteil der Gaswaschverfahren auch in der schlechterenenergetischen Ausnutzung der eingesetzten Biomassen, da der Heizwertder abgeschiedenen Kohlenwasserstoffe verloren geht.
    [0004] Mitder Biomassevergasung beschäftigen sichdiverse Unternehmen und Institutionen. So betreibt das Fraunhofer-Institutfür Umwelt-,Sicherheits- und Energietechnik, UMSICHT, eine Wirbelschicht-Pilotanlagemit 0,5 MW Leistung, die mit einem Katalysator zum Spalten des Teersbetrieben wird. Es bestehen hier Patente für die Gasreinigung mittelsder Katalysatoren ( DE 100 37762 und EP 11 42 981 ).Der Einsatz von Katalysatoren stellt jedoch wie bereits erwähnt einenerheblichen Kostenfaktor dar und ist auch deswegen problematisch,da die Katalysatoren regeneriert werden müssen und oft nicht in Langzeitversuchenerprobt sind.
    [0005] Einweiteres Biomasse-Vergasungsverfahren ist das CARBO-V der FirmaChoren. Es produziert ein Rohgas, das vor der weiteren Nutzung einer Gaswäsche unterzogenwerden muss. Dieses Verfahren ist apparativ aufwendig und somitanfällig,da es aus einem vorgeschalteten Niedertemperatur- und dem CARBO-V-Vergaserbesteht.
    [0006] Desweiterengibt es eine Anlage zur gestuften Reformierung, die mit Metallkugelnals Wärmeträgermediumbetrieben wird. Sie besteht bisher in Form einer 1 MW-Versuchsanlage.Darüberhinaus gibtes weitere Techniken mit Wärmeträgermedien.
    [0007] Beieinem weiteren Verfahren ist dem Vergaser eine Verdampfungs- undPyrolysestufe vorgeschaltet. Auch dieses Verfahren und andere Verfahrenbzw. Anlagen beispielsweise an den Universitäten Stuttgart, Karlsruhe, Siegen,an der TU Freiberg, Graz und Wien sowie an der Fachhochschule Offenburgsind jedoch mit Teer im Synthesegas konfrontiert und benötigen dahereine Gaswäscheund/oder einen Katalysator.
    [0008] Zusammenfassendsind die Nachteile der bestehenden Anlagen die folgenden: • DasSchwelgas bzw. das erzeugte Schwachgas ist erst nach einem Katalysatoreinsatzund/oder einer Gaswäschein einem Verbrennungsmotor oder in einer Brennstoffzelle nutzbar.Ohne Katalysatoreinsatz und/oder Gaswäsche ist der Teergehalt desSchwelgases zu hoch. • Diebisherigen Anlagen weisen eine vergleichsweise aufwendige und somitanfälligeTechnik auf, vor allen Dingen werden im heißen Bereich der abrasiven Holzkohlebewegliche Teile und Armaturen eingesetzt. • DieAnlagen sind erst ab einer bestimmten Größe wirtschaftlich und somitnicht dezentral einsetzbar.
    [0009] WeitereVerfahren befassen sich mit einer speziellen Schwelgasstromführung, stellenjedoch nicht die in dieser Erfindung eingesetzte Technik dar: Sowerden ein Seitenkanal unter dem Festbettrost zur Erzielung einerlängerenAufenthaltszeit des Schwachgases sowie die Rezirkulation von Schwelgas,um in der heißenVergasungszone unter Wasserdampfzugabe Kohlenwasserstoffe zu eliminieren, eingesetzt.Ein weiteres Verfahren befasst sich mit einer Pyrolysegas-Rezirkulation,die durch Ansaugung in einer Röhremit Lüfterin das Biomasse-Festbett durchgeführt wird, um die Pyrolysereaktionzu katalysieren. Anschließenderfolgt eine Vergasung. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sichmit einem glühendenKohlebett, durch das das Schwelgas nach der Vergasung, bei der nurAsche als fester Rückstandbleibt, zur Crackung von höherenKohlenwasserstoffen bzw. Teeren geführt wird.
    [0010] AndereVerfahren befassen sich mit der gestuften Vergasung mit einem vonder vorliegenden Erfindung abweichenden Aufbau: Die Patentschrift DE 101 51 054 beschreibteine schnelle Pyrolyse, die von einer Flugstromvergasung gefolgtwird. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sich mit einer Pyrolyse, dievon einer Verbrennung gefolgt wird. Ein weiteres Verfahren beschäftigt sichmit einer mehrzonigen Vergasung, der eine Verbrennung vorgeschaltetist. Weitere Verfahren befassen sich mit einer Teilverbrennung oderTeilvergasung, der eine Vergasung nachfolgt, und mit einer Pyrolyse,der eine Wirbelschichtvergasung und eine Teer-Crackung nachfolgt. Einweiteres Verfahren beschäftigtsich mit einer gestuften Vergasung mit zwei parallelen Wirbelschichten.Andere Verfahren befassen sich mit einem Vergaser innerhalb einesBrenners. Die Patentschrift EP 0979 857 A2 beschreibt eine zweistufige Wirbelschicht bzw.ein entsprechendes Festbett, der bzw. dem eine Wirbelschicht nachfolgt.Ein weiteres Verfahren nutzt die Pyrolyse in Form einer Mantelbeheizungfür eineinnenliegende Vergasung. Weitere Verfahren verwenden eine Pyrolyse,der eine zyklonische Vergasung nachfolgt welcher ein Zyklon als zweiteVergasungsstufe nachfolgt sowie separate Vergasungs- und Crackreaktoren,die überein Rohr, in das Sauerstoff eingedüst wird, verbunden sind.
    [0011] WeitereVerfahren arbeiten auf Basis einer der lokalen allothermen Temperaturerhöhung der vorliegendenErfindung ähnlichenIdee, bei der jedoch der Schwelgasweg unverändert bleibt: Autotherme Wasserdampfbildungund Zugabe des Dampfes in die Vergasungszone. Darüberhinausexistiert ein Verfahren, das eine autotherme Dampftrocknung undDampfvergasung im Festbett fürfeuchte zu vergasende Stoffe nutzt, die jedoch keine besondere Schwelgasführung beinhaltet.
    [0012] DieAufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vergaser und einVergasungsverfahren zur Verfügungzu stellen, der bzw. das es ermöglicht,mit einfacher, robuster und kostengünstiger Technik aus Biomasseein teerfreies, d.h. maximal 50 mg Teer/Nm3 enthaltendes,H2- und CO-reiches Schwelgas zu erzeugen,das weder mit einem Katalysator noch mit einer Gaswäsche nachbehandeltwerden muss.
    [0013] DieseAufgabe wird durch den Vergaser gemäß Patentanspruch 1 sowie einVergasungsverfahren gemäß Patentanspruch32 gelöst.Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vergasers und des erfindungsgemäßen Vergasungsverfahrens sindin den jeweiligen abhängigenAnsprüchenbeschrieben.
    [0014] Einerfindungsgemäßer Vergaser,insbesondere zur Vergasung von Biomasse, weist die folgenden Bestandteileauf: eine Trocknungs- und Pyrolysezone zur Trocknung und Pyrolyseder Biomasse bzw. des Rohstoffs (der Begriff Zone und der parallel hierzuverwendete Begriff Einheit wird hier und im folgenden als räumlich definierterBereich oder Bestandteil des Vergasers verstanden, welcher in der Regelaus mehreren einzelnen Komponenten besteht), eine unterhalb derTrocknungs- und Pyrolysezone angeordnete Reduktionszone zur katalytischen Festbettcrackungund Kohlenstoffumsetzung bei dem Rohstoff und eine unterhalb derReduktionszone angeordnete Nachvergasungszone zur Nachvergasungvon in dem Rohstoff noch enthaltenem Kohlenstoff bzw. zur Oxidationund Reduktion am Rohstoff. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sichdadurch aus, dass sie eine Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung (beispielsweisemehrere Kanäle)aufweist, die der Abfuhr von bei der Pyrolyse des Rohstoffs entstandenenSchwelgasen dient, dass sie eine Abführeinrichtung (beispielsweiseeinen Kanal) zur Abfuhr von in der Nachvergasungszone entstandenenSchwelgasen aufweist, dass sie eine mit der Pyrolyseschwelgasabführeinrichtungund der Abführeinrichtungverbundene Mischvorrichtung zum Vermischen der aus der Trocknungs-und Pyrolysezone abgeführtenSchwelgase und der aus der Nachvergasungszone abgeführten Schwelgaseaufweist sowie dass sie eine Schwelgaszuleitungseinheit (beispielsweiseeinen sich gabelnden Kanal) aufweist, die der Leitung der in derMischvorrichtung vermischten Schwelgase in die Reduktionszone dient.Die Pyrolyseeinheit kann hierbei beispielsweise als Festbettvergasungsstufeoder als Wirbelschichtvergasungsstufe ausgeführt sein, d.h. die Pyrolysekann entweder mit Hilfe einer Wirbelschicht oder mit Hilfe einesFestbettes erfolgen.
    [0015] Ineiner ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Biomassevergaserin der Mischvorrichtung eine Teilverbrennungseinheit, beispielsweisein Form eines Kohlenmonoxidbrenners auf, die zumindest zur teilweisenVerbrennung der aus der Nachvergasungszone abgeführten Schwelgase dient.
    [0016] DieMischvorrichtung des Vergasers weist vorteilhafterweise eine Zuführeinheit(beispielsweise einen Kanal) zur Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und/oderrezirkuliertem Rauchgas und/oder Wasserdampf auf und sie weist vorteilhafterweiseeine Kohlenmonoxidüberwachungsvorrichtungund/oder eine Sauerstoff-Überwachungsvorrichtungzum Ausschließenvon Verpuffungen auf. Die Mischvorrichtung kann hierbei vorteilhafterweiseeine Wärmeübertragungseinheitaufweisen, mit der Wärmeaus der Teilverbrennung rekuperativ abführbar ist.
    [0017] Andie Teilverbrennungseinheit oder an die Zuführein heit ist vorteilhafterweiseeine Regelvorrichtung angeschlossen, die zur Steuerung der zugeführten Mengean Luft, Sauerstoff, rezirkuliertem Rauchgas oder Wasserdampf dient.Die Regelung kann hierbei mittels einer Temperaturmessstelle vorteilhafterweiseaufgrund der Temperatur in der Mischvorrichtung und/oder der Reduktionszoneerfolgen. Damit im Falle eines Lecks keine Schwelgase austreten,ist dem Biomassevergaser vorteilhafterweise am Ende der Prozesskettebzw. nach der Schwelgasabzugseinheit oder einem Filter ein Saugzugoder Gebläsenachgeschaltet, welcher bzw. welches einen Unterdruck erzeugt. Alternativhierzu kann auch ein Gasmotor zu diesem Zweck eingesetzt werden.
    [0018] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Vergaserunterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone eine obere Schüttschichtzoneund oberhalb der Nachvergasungszone eine untere Schüttschichtzoneauf, in der jeweils eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoff ausbildbarist. Vorteilhafterweise sind in diesem Fall die in der Mischvorrichtungvermischten Schwelgase mittels der Schwelgaszuleitungseinheit beiden Schüttschichtzonenzuführbar.Die Schwelgase könnenhierbei einem unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone und einem oberenBereich der unteren Schüttschichtzonezuführbarsein. Im Betrieb weist der Vergaser dann bevorzugt im oberen Bereichder oberen Schüttschichtzoneeine Sperrschüttschichtfür dieSchwelgase aus dem Rohstoff und im unteren Bereich der oberen Schüttschichtzoneeine Schüttschichtaus dem Rohstoff, sowie im oberen Bereich der unteren Schüttschichtzoneeine Schüttschichtaus dem Rohstoff und im unteren Bereich der unteren Schüttschichtzoneeine Sperrschüttschicht für die Schwelgaseaus dem Rohstoff auf. Hierbei ist be vorzugt die Höhe der Sperrschüttschichtim oberen Bereich der oberen Schüttschichtzonegrößer alsdie Höheder Schüttschichtim unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone und die Höhe der Sperrschüttschichtim unteren Bereich der unteren Schüttschichtzone größer alsdie Höheder Schüttschichtim oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone.
    [0019] Vorteilhafterweiseweist mindestens eine der Schüttschichtzoneneine Schüttschichtausbildungsvorrichtungzur Ausbildung der Sperrschüttschichten auf.Hierzu dienen bevorzugt Schwenkroste und/oder Pendelroste.
    [0020] Vorteilhafterweiseweist der Vergaser darüberhinausebenfalls eine Schwelgasabzugseinheit auf, die der Abführung derim Vergaser erzeugten, teerarmen Schwelgase dient. Vorteilhafterweisewerden die erzeugten teerarmen Schwelgase hierbei oberhalb einerSperrschüttschichtin der unteren Schüttschichtzoneund unterhalb einer Sperrschüttschichtin der oberen Schüttschichtzoneaus der Reduktionszone abgeführt.In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Biomassevergasersweist die Schwelgasabzugseinheit eine Abführvorrichtung (beispielsweiseeinen Kanal) zur Abführungdes gecrackten und mit Kohlenstoff umgesetzten Schwelgases aus derReduktionseinheit auf. Die Schwelgasabzugseinheit ist vorteilhafterweisemit einer Gasentstaubungsvorrichtung ausgestattet. Vorteilhafterweiseist diese Gasentstaubungsvorrichtung darüber hinaus mit einer Rückführvorrichtungzur Rückführung vonStaub in die Nachvergasungseinheit und/oder mit einem Kühlwäscher zurEntfernung von Ammoniak aus dem Schwelgas und/oder mit einer Ammoniakrückführvorrichtungzur Rückführung desentfernten Ammoniaks in den Biomassevergaser ausgestattet. Die Gasentstaubungsvorrichtungist vorteilhafterweise als Zyklon ausgeführt. Vor teilhafterweise weistdie Schwelgasabzugseinheit eine Verbrauchsvorrichtung, beispielsweise einenMotor oder eine Brennkammer, und/oder eine Zuführvorrichtung (beispielsweiseeinen Kanal) zur Zuführungvon katalytisch gecrackten Schwelgasen zu einer oder dieser Verbrauchsvorrichtungauf.
    [0021] DieMischvorrichtung weist vorteilhafterweise eine Crackeinheit auf,in welcher ein thermisches Cracken der vermischten Schwelgase stattfinden kannund die darüberhinauszum Führender gecrackten Schwelgase zur Schwelgaszuleitungseinheit dient.
    [0022] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Vergasereine Oxidationsmittelzuführeinheitauf, welche zur Zuführungeines Oxidationsmittels, beispielsweise Luft oder Sauerstoff, zur Nachvergasungszonedient.
    [0023] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Trocknungs-und Pyrolysezone eine Zuführeinrichtung(beispielsweise einen Kanal) zur Zuführung eines Pyrolysemediums,dies kann beispielsweise Luft, Sauerstoff oder rezirkuliertes Rauchgassein, auf. Die Trocknungs- und Pyrolysezone weist darüber hinausbevorzugt eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung(z. B. einen Schwenkrost oder Pendelrost) zur Ausbildung einer Schüttschichtaus dem Rohstoff auf.
    [0024] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Nachvergasungszoneeine Schüttschichtausbildungsvorrichtungzur Ausbildung einer Schüttschichtaus dem Rohstoff auf. Die Nachvergasungszone weist bevorzugt desweiteren ein Oxidationsmittellumen zur Zuführung eines Oxidationsmittelszu dieser Schüttschichtund/oder eine Reststoffentsorgungsvorrichtung auf. Die Schüttschichtausbildungsvorrichtungist bevorzugt als Schwenkrost und/oder Pendelrost ausgebildet. Die Reststoffentsorgungsvorrichtungweist bevorzugt eine Rückführvorrichtungzur Rückführung von Ascheund/oder Inertmaterial in die Nachvergasungszone auf.
    [0025] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Pyrolyseschwelgasabführeinrichtungmindestens eine Abzugseinheit (beispielsweise einen Kanal) auf,mit denen bei der Trocknung und Pyrolyse des Brennstoffs entstandenesSchwelgas oberhalb und/oder unterhalb der entsprechenden Schüttschichtaus der Trocknungs- und Pyrolysezone abgezogen und der Mischvorrichtungzugeführtwerden kann.
    [0026] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Schwelgaszuleitungseinheit mehrereZuleitungen (beispielsweise Kanäleoder sich gabelnde Leitungen) auf, die die Zuleitung von Schwelgasenbevorzugt zu jeder vorhandenen Schüttschichtzone erlauben. DieZuführungkann dabei in eine in der Schüttschichtzoneausgebildete Sperrschüttschichtoder oberhalb oder unterhalb dieser erfolgen. Die Zuleitungen sindvorteilhafterweise mit Ringspalten ausgestattet.
    [0027] Ineiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Brenngasabführeinrichtungdes Biomassevergasers einen Kanal, mit dem Schwelgase aus der Nachvergasungseinheitabgeführtwerden, eine Gasentstaubungsvorrichtung zur Entstaubung dieser abgeführten Schwelgaseund einen weiteren Kanal zur Zufuhr der entstaubten Schwelgase alsBrenngase zur Mischvorrichtung bzw. zur Teilverbrennungseinheitauf.
    [0028] Dieaus der Nachvergasungszone abgeführtenSchwelgase werden bevorzugt im oberen Bereich der Nachvergasungszonebzw. oberhalb dieser abgeführt.Die Gasentstaubungsvorrichtung ist vorteilhafterweise ein Zyklonund weist vorteilhafterweise eine Rückführvorrichtung zur Rückführung von Staubin die Nachvergasungseinheit auf.
    [0029] DieInnovationen des erfindungsgemäßen Biomassevergasersbzw. des erfindungsgemäßen Biomassevergasungsverfahrensliegen im Bereich der Crackstufe (auch als Reduktionseinheit oderals Reduktionszone bezeichnet) und der Nachvergasungsstufe (dieauch als Nachvergasungseinheit oder -zone bezeichnet wird) des Vergasersund in einer speziellen Teilverbrennung von Schwelgasen in der Teilverbrennungseinheitmit Luft oder Sauerstoff und ggf. geringer Wasserdampfzugabe. Durchdiese Teilverbrennung von Schwelgasen kann autotherm eine Temperaturerhöhung derSchwelgase erfolgen. Diese ermöglichtbei Temperaturen von über800° C inder allothermen Crackstufe bzw. Reduktionseinheit auto-katalytischesCracken des Pyrolysekokses, wodurch ein teerarmes Synthesegas erzeugtwerden kann. Die hierzu notwendige Zwangsführung des Schwelgases wirddurch Sperrschichten, auch als Sperrschüttschichten bezeichnet, erzielt,in denen sich Feststoff anstaut. Diese stellen einen so hohen Druckverlustdar, dass das Gas den Weg nach außen in die Schwelgaskanäle der Mischvorrichtungbzw. in die Teilverbrennungseinheit nimmt, wo es zur Teilverbrennunggelangt und von dort anschließendzurück indie Crackstufe geführtwird. Bei der erfindungsgemäßen Schwelgasführung wirdder Druckverlust außerdemin der Reaktionszone unter der Sperrschicht minimiert, in dem derteilverbrannte Schwelgasstrom vor dem Eintritt in die Crackstufebeispielsweise durch geeignet geführte Kanäle geteilt wird und sowohlvon oben als auch von unten durch die Schicht bzw, durch die entsprechendenTeilschichten geschickt wird. Der Austritt des Schwelgases erfolgtin der Mitte der Crackstufe. Somit wird innerhalb dieser Stufe dieQuerschnittsflächeder Anlage doppelt angeströmt.
    [0030] Dervorstehend beschriebene Biomassevergaser und das entsprechende Biomassevergasungsverfahrenweisen im Vergleich zum Stand der Technik eine Reihe erheblicherVorteile auf: • Es kann ein teerarmes Synthesegaserzeugt werden, ohne dass ein Katalysator benötigt wird und ohne dass eineaufwendige Gaswäschenotwendig ist. • Beider neuen Technik handelt es sich um eine technische einfache, abertrotzdem funktionelle und robuste Ausführung des Biomassevergasers, dieeine kompakte Bauweise bei ausreichend großen Verweilzeiten des Koksesermöglicht,womit der Biomassevergaser auch den unterschiedlich langen Reaktionszeitenin der Pyrolysestufe (nachfolgend auch als Pyrolyseeinheit bezeichnet)und der Crackstufe gerecht wird. • DasCracken von höherenKohlenwasserstoffen bzw. Teeren wird durch eine allotherme Crackstufein dem insgesamt autothermen Prozess gewährleistet. Durch diese Betriebsartwerden auch die sonst auftretenden lokalen Temperaturspitzen vermieden. • Für die spezielleGasführungwerden keine Armaturen benötigt. • Die üblicherweisehohen Druckverluste im Vergaser werden reduziert. • Vergasungsanlagendieser Art sind auch im kleinen und mittleren Maßstab bis zu etwa 8 MW pro Einheitwirtschaftlich rentabel. Sie eignen sich daher für eine dezentrale Anwendung,besonders in Hybridsystemen (die bisherigen Anlagen sind daraufausgerichtet, durch Erhöhungder Leistung „economiesof scale" zu nutzen).
    [0031] Einerfindungsgemäßer Biomassevergaser kannwie in dem nachfolgend dargestellten Beispiel beschrieben ausgeführt seinoder verwendet werden.
    [0032] Dieeinzige 1 zeigt einen erfindungsgemäßen vertikalenBiomassevergaser, der aus mehreren Bestandteilen bzw. Zonen (imfolgenden in der Regel auch als Einheiten bezeichnet) besteht. Die Bestandteile,die durch Hauptbezugszeichen in Form von Zahlen wie beispielsweise „1" oder „2" gekennzeichnet sind,gliedern sich dabei in der Regel in mehrere Untereinheiten, dieim folgenden dasselbe Hauptbezugszeichen wie die zugehörige Einheitaufweisen, darüberhinausjedoch zusätzlichmit Unterbezugszeichen in Form von Buchstaben versehen sind (wiebeispielsweise „1a" oder „2c"). Die Biomasse durchläuft denVergaser der Schwerkraft folgend von oben nach unten. Erste Stufebzw. oberste Zone oder Einheit des Vergasers ist die Pyrolyseeinheit 1, dieeinen Zufuhrkanal 1a aufweist, zur Zufuhr von Luft, Sauerstoffund/oder rezirkuliertem Rauchgas in ein erstes Rohstoff- bzw. Biomassenfestbett 1d der Holzkohlebzw. des Pyrolysekokses. Die Bildung des Festbettes erfolgt mitHilfe eines um den Drehpunkt 1c pendelbaren Pendelrostes 1b.Unterhalb der Pyrolyseeinheit 1 befindet sich eine zweiSchüttschichtzonen 2e und 2f umfassendeReduktionszone 2. In den Zonen 2e und 2f istjeweils eine Sperrschüttschichtin Form eines heißenRohstofffestbettes ausgebildet. Zur vereinfachten Darstellung bezeichnen imFolgenden die Bezugszeichen 2e und 2f nicht nur dieSchüttschichtzonen,sondern auch die darin ausgebildeten zugehörigen Sperrschüttschichten.Die Ausbildung der Sperrschüttschichtenerfolgt dadurch, dass die Pendelroste 2a (Drehpunkt 2c)und 2b (Drehpunkt 2d) ausreichend langsam bewegtwerden (eine ausreichend schnelle Bewegung der Pendelroste führt, wiebeispielsweise beim Festbett 1d zu einem eher lockerenRohstoffverbund, also nicht zur Ausbildung von Sperrschüttschichten).
    [0033] Unterhalbdieser Reduktionseinheit 2 befindet sich die Nachvergasungszone 3,deren Rohstofffestbett 3b eine Oxidationszone 3g sowiedarüberliegendeine Reduktionszone 3h aufweist. Auch dieses Rohstofffestbettwird mittels eines Pendelrostes 3a (Drehpunkt 3j)gebildet und gehalten. Im oberen Bereich der Nachvergasungseinheitist ein Lumen 3i zum Sammeln und Abführen von Schwelgasen als Brenngase,unterhalb ist ein Lumen 3c (Sauerstoffüberschusszone) ausgebildet,in das mit Hilfe eines Kanals 3d ggf. vorgewärmte Lufteingeführtwird. In der Pyrolyseeinheit 1 findet eine Trocknung undeine autotherme Pyrolyse der Biomasse statt, darunter in der allothermenCrackstufe bzw. der ersten und zweiten Sperrschüttschicht 2e und 2f jeweilskatalytisches Cracken der langkettigen Kohlenwasserstoffe bzw. dieUmsetzung der in der Oxidationszone entstandenen Stoffe mit demKohlenstoff (Reduktionszone). In der Oxidationszone 3g derNachvergasungseinheit 3 reagiert das Oxidationsmittel exothermmit dem Rohstoff (C + O2 -> CO2),in der darüberliegendenReduktionszone 3h reagieren die in der Oxidationszone entstandenenStoffe mit dem Kohlenstoff (im wesentlichen Boudouard-Reaktion C+ CO2 -> 2CO).Die Nachvergasungseinheit 3 weist darüber hinaus einen Abfuhrkanal 3e zurEntnahme von Asche und ggf. Inertmaterial mit einem Glühverlust < 5 % auf. DieseAsche und/oder das Inertmaterial wird mit Hilfe der Rückführvorrichtung 3f indas Lumen 3i der Nachvergasungseinheit 3 zurückgeführt. MitHilfe eines unterhalb des Pendelrosts 1b und des Biomassefestbetts 1d undoberhalb der Schüttschichtzone 2e,aus dem Biomassevergaser führendenKanals 6a werden Pyrolyseschwelgase in einen Vorraum 5a derMischvorrichtung 5 geführt.Die Mischvorrichtung 5 weist darüber hinaus in einem Brennerbereicheinen Kohlenmonoxidbrenner 5c zur zumindest teilweisenVerbrennung der aus der Nachvergasungszone abgeführten Brenngase auf. Der in denBrennerbereich mündendeKanal 5d dient der regelbaren Zuführung von Sauerstoff, ggf.auch von vorgewärmterLuft oder rezirkuliertem Rauchgas ggf. unter Wasserdampfzusetzung.Vom Lumen 3i im oberen Bereich der Nachvergasungseinheit 3 führt einKanal 8a zum Transport des Brenngases in die Entstaubungsvorrichtung 8b.Diese weist an ihrem oberen Ende einen Kanal 8d zur Zuführung desentstaubten Brenngases in den Kohlenmonoxidbrenner 5c auf.An ihrem unteren Ende weist die Entstaubungsvorrichtung eine Rückführvorrichtung 8c zur Rückführung vonStaub in die Nachvergasungseinheit 3 bzw. das Lumen 3i auf.Seitlich neben dem Brennerbereich bzw. dem innenliegenden Rohr 5c undunterhalb des Vorraums 5a weist die Mischvorrichtung 5 eindas Innenrohr 5c vollständigumschließendes,zylinderförmigesAußenrohr 5b zumthermischen Cracken des Schwelgases auf, welches über einengegabelten Kanal 7 mit zwei Ästen 7a und 7b indas obere bzw. untere Rohstofffestbett 2e bzw. 2f führt. DieHöhe desoberhalb des Einführbereiches desKanals 7a liegenden Sperrschüttschichtanteils der Schüttschicht 2e isthierbei größer alsdie Höhe desunterhalb des Einführbereichesliegenden Schüttschichtanteils.Die Höheder oberhalb des Einführbereichesdes Kanals 7b liegenden Schüttschichtanteils der Schüttschicht 2f istkleiner als die Höhe desunterhalb des Einführbereichsliegenden Sperrschüttschichtanteils.Im Eintrittsbereich zum Rohstofffestbett sind diese beiden Kanaläste mit Ringspalten 7c und 7d ausgestattet.Mit Hilfe des auf der linken Seite des Vergasers in Bezug auf dieVertikale zwischen den beiden Rohstofffestbetten 2e und 2f ausdem Biomassevergaser führendenKanals 4a wird das teerarme Schwelgas aus dem Biomassevergaserabgeleitet. Die hierzu verwendete Schwelgasabzugseinheit 4 weistneben dem Kanal 4a ebenfalls eine Entstaubungsvorrichtung 4d auf,die an ihrem unteren Ende eine Staubrückführvorrichtung 4b enthält zur Rückführung desdem abzuziehenden Gas entnommenen Staubes in das Lumen 3i derNachvergasungseinheit 3. Die Entstaubungsvorrichtung 4d weistan ihrem oberen Ende einen Abzugskanal 4c, der zu einemVerbraucher 4e (welcher im vorliegenden Beispiel ein Gasmotorist) führt,auf.
    [0034] Imfolgenden Absatz wird die Funktionsweise des dargestellten Biomassevergasersbeschrieben. Die Holzkohle bzw. der Pyrolysekoks aus der Pyrolysestufe 1 durchläuft denVergaser der Schwerkraft folgend von oben nach unten. Der Pyrolysestufe bzw.-einheit 1 werden durch den Kanal 1a geringe Mengenan ggf. vorgewärmterLuft und/oder rezirkuliertem Rauchgas zugeführt. Die Pyrolysestufe 1 kannvariabel in Form einer auf- oder absteigenden Festbettvergasungoder als Wirbelschicht zum Einsatz kommen. Das Schwelgas der Pyrolysestufe 1 wirdam unteren Ende der Pyrolysestufe durch den Kanal 6a abgezogen.Nach einer Temperaturerhöhungdes Pyrolysegases durch Teiloxidation des aus der Nachvergasungszone 3 entnommenenSchwelgases, dieser Gasanteil wird im folgenden auch als Brenngasbezeichnet, durch den Kohlenmonoxidbrenner 5c werden Teerethermisch gecrackt. Hierzu werden Luft oder Sauerstoff oder rezirkuliertes Rauchgas,ggf. unter Zuführungeiner geringen Menge von Wasserdampf, eingesetzt. Die Zuführung geschiehthierbei durch den Kanal 5d, wobei die zugeführte Mengewie späterbeschrieben geregelt wird. Das Schwelgas mit den verbleibenden höheren Kohlenwasserstoffentritt dann überdie beiden Kanaläste 7a und 7b inzwei Ebenen jeweils übereinen Ringspalt 7c bzw. 7d in den Bereich 2e bzw. 2f zurFestbettcrackung und Kohlenstoffumsetzung ein. Dies geschieht mitHilfe der Boudouard-Reaktion C +CO2 – > 2 CO (Reduzierungvon stückigem,gebundenen, d.h. „fixen" Kohlenstoff).
    [0035] Diedafür verantwortlicheWärmemengewird ausschließlichmit den in der Mischvorrichtung 5 zusätzlich aufgeheizten Schwelgasenaus der ersten Stufe (der Pyrolysestufe 1) bzw. durch Teilverbrennungder Brenngase der letzten Stufe (der Nachvergasungseinheit 3)im Brennerbereich 5c eingebracht. Das im Bereich 5c bzw.im inneren Rohr teilverbrannte Gas strömt nach der Verbrennung (diein der Zeichnung in aufsteigender Richtung dargestellt ist, siehePfeil) in die Crackeinheit 5b bzw. den äußeren, absteigend durchströmten Zylinderteil(siehe Pfeil nach unten) und erwärmtdas im Bereich 5a zugemischte Gas aus der Pyrolysestufe 1.Somit erfolgt eine Wärmeintegration,indem dem heißenGas aus dem Brennerbereich 5c Gas aus der Pyrolysestufe 1 zugemischtwird und indem das heißeGas nach der Abkühlungdurch die Zumischung auf der „kalten" Seite (Bereich 5b)strömtund noch weiter aufgewärmtwird. Dadurch, dass das Schwelgas in zwei Ebenen in den Crackerbzw. die Reduktionseinheit 2 eintritt, um sich dann absteigendbzw. aufsteigend durch das jeweilige Holzkohlebett 2e bzw. 2f zumAbzug bzw. zur Schwelgasabzugseinheit 4 zu bewegen, istmit einem deutlich geringeren Druckabfall in der Schüttung zurechnen, als wenn man den Querschnitt des Apparates nur einfachausnutzen würde. DasSchwelgas verlässtden Vergaser durch den Kanal 4a nach der Crackstufe 2,um nach einer Gasentstaubung in der Entstaubungsvorrichtung 4d,in der größere Partikelabgeschieden werden, der weiteren Nutzung in den Gasmotor 4e über denKanal 4c zugeführtzu werden. Am Schwelgasabzug bzw. an der Schwelgasabzugseinheit 4 istein Druckniveau erforderlich, welches für die gerichtete Schwelgasbewegungdurch den Apparat sorgt. Damit der größte Teil des Schwelgases ausder Pyrolysestufe 1 nicht direkt durch die obere Crackerschüttung 2e zumAbzug gelangt, sondern den Weg überden außenliegenden Temperaturerhöhungsbereich 5 nimmt,ist die Sperrschüttschicht 2e ausHolzkohle vorgesehen.
    [0036] Derspezifische Druckabfall in dieser Sperrschüttschicht 2e ist erheblichgrößer alsder in dem außenliegendenSchwelgasbereich 5b. Da die sich einstellenden absolutenDruckabfälle über dieSperrschüttschicht 2e und über denSchwelgasbereich 5b gleich groß sind, nimmt der größte Anteildes Pyrolysegases den Weg durch das Außenrohr 5b. Somit wirdeine gerichtete Strömungohne den Einsatz von teuren heißgängigen Armaturen,wie z.B. Schiebern, im Bereich der abrasiven Holzkohle möglich. Derabsolute Druckverlust überbeide Schüttungsbereiche 2e sowie 2f,in denen sich Crackung und Boudouard-Reaktion vollziehen, wird sichebenfalls in gleicher Höheeinstellen. Um in den SchüttungenBrückenbildungenauszuschließenund zum definierten Brennstofftransport werden bewährte Pendelroste 2a und 2b zurBewegung des jeweiligen Festbettes eingesetzt. Die nicht umgesetzte Holzkohlebildet im Crackbereich die Sperrschüttschichten 2e bzw. 2f aus,um anschließendin der Nachvergasungseinheit 3 bzw. der entsprechendenStufe zur weiteren Umsetzung und vollständigen Oxidation zu gelangen.In dieser Stufe wird durch eine geeignete Staubrückführung (4b, 8c und 3f)für einensehr hohen Anteil von Asche/Inertmaterial im Festbett gesorgt. Damitwird in der Nachvergasungsstufe 3 bewusst ein relativ kleinereffektiver Heizwert eingestellt. In die Schüttung 3g wird vonunten überden Kanal 3d vorgewärmteLuft oder Sauerstoff als Vergasungsmittel mit einer Temperatur größer als320° C (derZündtemperaturvon Holzkohle) eingeblasen bzw. zugeführt. Die Zufuhren an den dreiZufuhrstellen 1a, 3d und 5d sind unabhängig voneinanderregelbar. Im untersten Bereich der Schüttung ergibt sich somit durchdie Sauerstoffzufuhr ein Bereich 3c und 3g mitSauerstoffüberschuss(λ > 1).
    [0037] DerKohlenstoff wird in dem Oxidationsbereich 3g zu Kohlendioxidverbrannt, welches anschließendin den darüberliegendenReduktionsbereich 3h (λ < 1, also Sauerstoffmangel)gelangt. Da die Kohlenstoffoxidation, welche im Oxidationsbereich 3g abläuft, exothermist, wird im Reduktionsbereich 3h ein Temperaturniveauerreicht, auf dem die Boudouard-Reaktion wieder abläuft. Unteroptimalen Bedingungen kann auf diese Weise im Bereich 3h fastgenauso viel Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid umgesetzt werden, wiezuvor im unteren Bereich verbrannt wurde. Das dabei in der Reduktionszone 3h entstehendeGas besteht aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und möglichst geringen Mengen anKohlendioxid. Anstelle des beschriebenen Festbettes 3g und 3h lässt sichanalog eine stationäreWirbelschicht einsetzen. Das Brenngas aus N2,CO und CO2 der letzten Stufe gelangt über dasLumen 3i und den Kanal 8a zu einer Entstaubungsvorrichtung 8b undanschließendzu der Teilverbrennungseinheit 5c bzw. dem speziellen Kohlenmonoxidbrenner,in der bzw. dem das Kohlenmonoxid mit vorgewärmter Luft teilweise verbranntwird. Die überden Kanal 5d zugegebene Luftmenge wird mit Hilfe einernachgeschalteten Temperaturmessstelle (nicht gezeigt) gesteuert. Dieseerfasst die Temperatur in der Mischvorrichtung 5 und/oderin der Reduktionszone 3. Gleichzeitig wird mit Hilfe einerKohlenmonoxid-Überwachungsvorrichtung(nicht gezeigt) dafürgesorgt, dass im gesamten Bereich reduzierende Bedingungen herrschen.So lassen sich Verpuffungen ausschließen. Zusätzliche Sicherheit ist vorhanden,solange die Temperaturen oberhalb der Zündtemperatur von Kohlenmonoxidliegen. Die Anlage wird mit einem geringen Unterdruck betrieben,damit im Falle einer Leckage keine Schwelgase austreten. Nach demBrenner ist die Temperatur des Gases so hoch, dass sich nach einerVermischung des Gases mit dem Schwelgas der Pyrolysestufe 1 eineMischtemperatur ergibt, die thermisches Cracken ermöglicht.Diese Temperatur muss jedoch nicht so hoch sein, dass alle Teere vollständig gecracktwerden. Sie muss nur die Crackung der überwiegenden Teile der Teereermöglichen.Die verbleibenden höherkettigenKohlenwasserstoffe werden dann im nachgeschalteten Festbett 2e bzw. 2f autokatalytischgecrackt. Das Cracken erfolgt somit in zwei Stufen: Erst wird imBereich 5b bzw. dem Außenrohr 5b thermischgecrackt, anschließendwird im Festbett 2e bzw. 2f autokatalytisch gecrackt.
    [0038] Durchdie sich ergebenden hohen Pyrolysegastemperaturen bzw. Schwelgastemperaturenwird sensible Wärmein den Cracker eingetragen, die dort zur Crackung und zur gleichzeitigablaufenden Boudouard-Reaktion erforderlich ist. Eine weitere Wärmezufuhrliefert die Teilverbrennung im Brenner 5c. Durch sie wirddie schnell ablaufende Wasserstoffoxidation verhindert, die auftritt,wenn man Luft zur Temperaturerhöhungdurch Teilverbrennung direkt in das heiße Pyrolysegas gibt. Der Einsatzdes Kohlenmonoxidbrenners 5c führt somit zu einem höheren Wasserstoffanteilim Produktgas. Da sich gleichzeitig der Wasserdampfanteil im Produktgasverringert, ist mit einem höherenKaltgaswirkungsgrad (dieser ist als die chemische Energie des kaltenProduktgases bezogen auf die chemische Energie im Brennstoff definiert)als dem des Standes der Technik (Kaltgaswirkungsgrad von derzeitetwa 80 %) zu rechnen. Der zu erwartende Heißgaswirkungsgrad des Vergasers (dieserist als die chemische und thermische Energie des heißen Produktgasesbezogen auf die chemische Energie im Brennstoff definiert) ist über 95 %, daseine Energieverluste im wesentlichen konvektive Wärmeverlusteund Strahlungsverluste an die Umgebung sind. Energieverluste durchUnverbranntes am Ascheaustrag werden durch die Ausbildung des oxidierendenNachvergasungsbereiches 3g minimiert.
    [0039] Insgesamtlassen sich durch das neue Vergasungsverfahren wesentliche Schwachpunktebei der Biomassevergasung beheben. Höhere Kohlenwasserstoffe werdengecrackt, der Kohlenstoff wird vollständig umgesetzt und der Druckabfallim Vergaser ist gering. UnzulässigeTemperaturspitzen im Bereich des Festbettcrackers 2 werdendurch den allothermen Betrieb dieser Stufe ausgeschlossen und in derNachvergasungsstufe 3 durch Verdünnung des Restkohlenstoffesmit Asche/Inertem und/oder Wasserdampf und/oder rezirkuliertem Rauchgasvermieden. Die gerichtete Führungder Schwelgasströme erfolgtohne Armaturen durch den Einsatz von Sperrschüttschichten 2e und 2f.MitgeführteAschepartikel im Pyrolysegas der ersten Stufe werden durch eine geeigneteGestaltung der Ringspalte 7c und 7d sowie der(bezogen auf die Kanäle 7a und 7b)an entsprechenden Stellen der Kanäle 8a und 6a angeordnetenGasabzügegemeinsam mit dem Gas in die Holzkohleschüttung des Crackers eingebrachtund könnensich so nicht im Schwelgasbereich 5b anreichern. Da dieTemperaturen im Bereich des Kohlenmonoxid-Brenners 5c unterUmständenoberhalb des Ascheerweichungspunktes liegen können, ist diesem Brenner 5c eineeffektive Heißgasentstaubungin Form eines Zyklons 8b vorgeschaltet. Der abgeschiedeneStaub aus diesem Zyklon 8b und aus dem der Anlage nachgeschaltetenHeißgaszyklon 4d wird indie Nachvergasungsstufe 3 geführt, so dass keine kohlenstoffreichenAschen als zu entsorgende Reststoffe anfallen. Bei der Verwertungvon unbelasteter Biomasse kann die Asche aus dem Vergaser z.B. als Düngemittelverwertet werden. Die anfallenden Aschemengen sind jedoch in derRegel sehr klein, da der Aschegehalt von beispielsweise unbelastetem Nadelholzkleiner als etwa 1 Gew.-% ist. Mit der erwarteten, nahezu vollständigen Crackungder Kohlenwasserstoffe fallen bei der Schwelgaskühlung für einen Gasmotor keine aufwendigzu entsorgenden Teerfraktionen an. In der Regel können Teergehalte vonmaximal etwa 50 mg/Nm3 im Schwelgas nochinnerhalb des Motors 4e mitverbrannt werden. So muss dasProduktgas aus dem neuartigen Vergaser im Idealfall nur gekühlt, entstaubtund von eventuell in geringen Mengen vorhandenem Ammoniak befreit werden.Der Ammoniak lässtsich mit einem Kühlwäscher (nichtgezeigt) leicht aus dem Schwelgas entfernen und kann nach dem Austreibender Lösung durchErhitzung des Waschwassers gasförmigin den Vergaser zurückgeführt werden,ohne dass sich Ammoniak im System auf konzentriert. Mit dem neuartigenVerfahren entsteht bei der Schwelgaskühlung weniger Kondensat (Wasser)mit erheblich geringeren Anteilen an organischen Verbindungen, sodass sich die umweltgerechte Behandlung vereinfacht.
    权利要求:
    Claims (47)
    [1] Vergaser zur Vergasung von Rohstoff, insbesonderevon Biomasse, mit einem Vergasergehäuse, das untereinander angeordnetaufweist eine Trocknungs- und Pyrolysezone (1) zurTrocknung und Pyrolyse des Rohstoffs, eine Reduktionszone (2)zum katalytischen Cracken und zur Reduktion von in dem Rohstoffenthaltenen Kohlenstoff und eine Nachvergasungszone (3)zur Nachvergasung von in dem Rohstoff noch enthaltenem Kohlenstoff, dadurchgekennzeichnet, dass der Vergaser eine Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung(6) zur Abfuhr von Schwelgasen aus der Trocknungs- undPyrolysezone (1), eine Brenngasabführeinrichtung (8)zur Abfuhr von Schwelgasen aus der Nachvergasungszone (3), einemit der Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung(6) und der Brenngasabführeinrichtung(8) verbundene Mischvorrichtung (5) zum Vermischender aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgaseund der aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgaseund eine Schwelgaszuleitungseinheit (7) zur Leitungder in der Mischvorrichtung (5) vermischten Schwelgase indie Reduktionszone (2) aufweist.
    [2] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) eine Teilverbrennungseinheit(5c) zur Verbrennung von aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasenaufweist.
    [3] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Teilverbrennungseinheit (5c) einenKohlenmonoxidbrenner und/oder einen Kanal aufweist.
    [4] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) eine Zuführeinheit(5d) zur Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgasund/oder Wasserdampf aufweist.
    [5] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch und nacheinem der Ansprüche2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinheit (5d) in dieTeilverbrennungseinheit (5c) mündet und/oder dass die Zuführeinheit(5d) einen Kanal aufweist.
    [6] Vergaser nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Zuführeinheit(5d) eine Regelungsvorrichtung und/oder eine Temperaturmessstelleaufweist zur Regelung und/oder Steuerung der mit ihr zugeführten Mengean Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertem Rauchgas und/oderWasserdampf.
    [7] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone(1) in einer oberen Schüttschichtzone(2e) und oberhalb der Nachvergasungszone (3) ineiner unteren Schüttschichtzone(2f) jeweils eine Sperrschüttschicht für die Schwelgase aus dem Rohstoffausbildbar ist.
    [8] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die in der Mischvorrichtung (5) vermischtenSchwelgase mittels der Schwelgaszuleitungseinheit (7) beiden Schüttschichtzonen(2e, 2f) zuführbarsind.
    [9] Vergaser nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Schwelgase mittels der Schwelgaszuleitungseinheit (7)einem unteren Bereich der oberen Schüttschichtzone (2e)und einem oberen Bereich der unteren Schüttschichtzone (2f)zuführbarsind.
    [10] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass der obere Bereich der Schüttschichtzone(2e) eine Sperrschüttschichtfür dieSchwelgase aus dem Rohstoff aufweist und dass der untere Bereichder Schüttschichtzone(2e) eine Schüttschichtaus dem Rohstoff aufweist, sowie dass der obere Bereich derSchüttschichtzone(2f) eine Schüttschichtaus dem Rohstoff aufweist und dass der untere Bereich der Schüttschichtzone(2f) eine Sperrschüttschichtfür dieSchwelgase aus dem Rohstoff aufweist.
    [11] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Höheder Sperrschüttschichtim oberen Bereich der Schüttschichtzone(2e) größer istals die Höheder Schüttschichtim unteren Bereich der Schüttschichtzone (2e)und dass die Höheder Sperrschüttschichtim unteren Bereich der Schüttschichtzone(2f) größer ist alsdie Höheder Schüttschichtim oberen Bereich der Schüttschichtzone(2f).
    [12] Vergaser nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass mindestens eine der Schüttschichtzonen(2e, 2f) eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung(2a, 2b) aufweist.
    [13] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der Schüttschichtausbildungsvorrichtungen(2a, 2b) einen Rost, bevorzugt einen Schwenkrost und/odereinen Pendelrost aufweist.
    [14] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Vergaser mindestens eine Schwelgasabzugseinheit(4) zur Abführungvon im Vergaser erzeugten Schwelgasen aufweist.
    [15] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch und nacheinem der Ansprüche7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schwelgasabzugseinheiten(4) so angeordnet ist, dass mit ihr Schwelgase unterhalbder oberen Schüttschichtzone(2e) und oberhalb der unteren Schüttschichtzone (2f)abführbarsind.
    [16] Vergaser nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,dass mindestens eine der Schwelgasabzugseinheiten (4) eineAbführvorrichtung(4a) zur Abführungvon katalytisch gecrackten Schwelgasen aus der Reduktionszone (2) und/odereine Gasentstaubungsvorrichtung (4d) und/oder eine Zuführvorrichtung(4c) zur Zuführung vonkatalytisch gecrackten Schwelgasen zu einer Verbrauchsvorrichtung(4e) und/oder eine Rückführvorrichtung(4b) zur Rückführung vonStaub in die Nachvergasungszone (3) und/oder einen Kühlwäscher und/odereine Ammoniakrückführvorrichtung zurRückführung vonAmmo niak bevorzugt in gasförmigerForm in den Vergaser aufweist.
    [17] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Gasentstaubungsvorrichtung (4d)einen Zyklon aufweist und/oder dass die Verbrauchsvorrichtung (4e)einen Motor oder eine Brennkammer aufweist und/oder dass die Abführvorrichtung(4a) und/oder die Zuführvorrichtung(4c) ein Kanal ist.
    [18] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5) eine Crackeinheit(5b) zum thermischen Cracken von Schwelgasen und/oder zum Zuführen vongecrackten Schwelgasen zur Schwelgaszuleitungseinheit (7)und/oder einen Vorraum (5a) und/oder eine Kohlenmonoxidüberwachungsvorrichtungaufweist.
    [19] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Crackeinheit (5b) mindestens einRohr oder einen Kanal aufweist und/oder dass die Unterdruckerzeugungsvorrichtungeinen Saugzug und/oder ein Gebläse und/odereinen Gasmotor aufweist.
    [20] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Vergaser eine Oxidationsmittelzuführeinheit(3d) zur Führungeines Oxidationsmittels zur Nachvergasungszone (3) aufweistund/oder dass das Oxidationsmittel Luft und/oder Sauerstoff enthält oderdaraus besteht.
    [21] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Trocknungs- und Pyrolysezone (1)eine Festbettvergasungsstufe oder eine Wirbelschichtvergasungsstufe aufweist.
    [22] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Trocknungs- und Pyrolysezone (1)eine Zuführeinrichtung (1a)zur Zuführungeines Pyrolysemediums und/oder eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung(1b) zur Ausbildung einer Schüttschicht (1d) ausdem Rohstoff aufweist.
    [23] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Schüttschichtausbildungsvorrichtung(1b) einen Rost, insbesondere einen Schwenkrost und/odereinen Pendelrost aufweist und/oder dass das Pyrolysemedium Luftund/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertes Rauchgas enthält oder darausbesteht und/oder dass die Zuführeinrichtung(1a) ein Kanal ist.
    [24] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Nachvergasungszone (3) eine Schüttschichtausbildungsvorrichtung(3a) zur Ausbildung einer Schüttschicht (3b) ausdem Rohstoff und/oder ein Oxidationsmittellumen (3c) zurZuführungeines Oxidationsmittels zur Schüttschicht(3b) und/oder eine Reststoffentsorgungsvorrichtung (3e)aufweist.
    [25] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Schüttschichtausbildungsvorrichtung(3a) einen Rost, insbesondere einen Schwenkrost und/odereinen Pendelrost aufweist und/oder dass die Reststoffentsorgungsvorrichtung(3e) eine Rückführvorrichtung(3f) zur Rückführung vonAsche und/oder Inertmaterial in die Nachvergasungszone (3)aufweist.
    [26] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Pyrolyseschwelgasabführeinrichtung (6)mindestens eine Abzugseinheit (6a) zum Abzug von Schwelgasen oberhalbund/oder unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone (1)und zur Zuführungdieser Schwelgase zur Mischvorrichtung (5) aufweist.
    [27] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der Abzugseinheiten (6a)ein Kanal ist.
    [28] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Schwelgaszuleitungseinheit (7)mindestens zwei Leitungen (7a und 7b) und/odereine sich gabelnde Leitung aufweist.
    [29] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der Leitungen (7a und 7b)einen Ringspalt (7c und 7d) aufweist und/oderdass mindestens eine der Leitungen (7a und 7b)ein Kanal ist.
    [30] Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Brenngasabführeinrichtung (8)eine Brenngaszuführvorrichtung(8a) zur Zuleitung von Schwelgasen aus der Nachvergasungszone(3) und/oder eine Gasentstaubungsvorrichtung (8b)zur Entstaubung von als Brenngas verwendeten Schwelgasen und/odereine Brenngasabführvorrichtung(8d) zur Abfuhr von Schwelgasen und zur Zu fuhr dieser Schwelgasezur Mischvorrichtung (5) aufweist.
    [31] Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die Gasentstaubungsvorrichtung (8b)eine Rückführvorrichtung (8c)zur Rückführung vonStaub in die Nachvergasungszone (3) aufweist und/oder dassdie Gasentstaubungsvorrichtung (8b) einen Zyklon aufweist und/oderdass die Brenngaszuführvorrichtung(8a) und/oder die Brenngasabführvorrichtung (8d)ein Kanal ist.
    [32] Vergasungsverfahren zur Vergasung eines Rohstoffs,insbesondere von Biomasse, bei dem der Rohstoff in einer Trocknungs-und Pyrolysezone (1) einer Trocknung und Pyrolyse unterworfenwird, bei dem in einer unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone(1) angeordneten Reduktionszone (2) Teere katalytischgecrackt und in dem Rohstoff enthaltener Kohlenstoff reduziert wird,und bei dem in einer unterhalb der Reduktionszone (2) angeordnetenNachvergasungszone (3) in dem Rohstoff noch enthaltenerKohlenstoff nachvergast wird, dadurch gekennzeichnet, dass Schwelgaseaus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführt werden, dassSchwelgase aus der Nachvergasungszone (3) abgeführt werden, dassdie aus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgasemit den aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasenvermischt werden, und dass die vermischten Schwelgase sodannin die Reduktionszone (2) geleitet werden.
    [33] Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass ein Vergaser nach einem der Ansprüche 1 bis31 verwendet wird.
    [34] Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 33, dadurch gekennzeichnet,dass die aus der Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasezumindest teilweise verbrannt werden.
    [35] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass mit Hilfe der Teilverbrennung Schwelgastemperaturenoberhalb von etwa 800°Cerzeugt werden.
    [36] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die aus der Nachvergasungszone (3)abgeführtenSchwelgase vor ihrer Verbrennung entstaubt werden.
    [37] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass der Staub in die Nachvergasungszone (3)zurückgeführt wird.
    [38] Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet,dass den zu verbrennenden Schwelgasen Luft und/oder Sauerstoff und/oderrezirkuliertes Rauchgas und/oder Wasserdampf zugeführt wird.
    [39] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass die den zu verbrennenden Schwelgasen zugeführte Luftmenge und/oderSauerstoffmenge und/oder Rauchgasmenge und/oder Wasserdampf mengeanhand der Temperatur in der Reduktionszone (2) und/oderanhand der Temperatur in einer Zone, in der die aus der Trocknungs-und Pyrolysezone (1) abgeführten Schwelgase mit den ausder Nachvergasungszone (3) abgeführten Schwelgasen vermischtwerden, und/oder anhand anderer Parameter geregelt wird.
    [40] Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet,dass in einer unterhalb der Trocknungs- und Pyrolysezone (1)angeordneten oberen Schüttschichtzone(2e) eine Sperrschüttschichtfür dieSchwelgase aus dem Rohstoff ausgebildet wird und dass die Schwelgaseaus der Trocknungs- und Pyrolysezone (1) mit Hilfe dieserSperrschüttschichtabgeführtwerden sowie dass in einer oberhalb der Nachvergasungszone (3)angeordneten unteren Schüttschichtzone(2f) eine Sperrschüttschicht für die Schwelgaseaus dem Rohstoff ausgebildet wird und dass die Schwelgase aus derNachvergasungszone (3) mit Hilfe dieser Sperrschüttschichtabgeführtwerden.
    [41] Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet,dass die Sperrschüttschichtder Schüttschichtzone(2e) im oberen Bereich der Schüttschichtzone (2e)ausgebildet wird und dass die Schwelgase unterhalb dieser Sperrschüttschichtin eine Schüttschichtaus dem Rohstoff eingeleitet werden sowie dass die Sperrschüttschichtder Schüttschichtzone(2f) im unteren Bereich der Schüttschichtzone (2f)ausgebildet wird und dass die Schwelgase oberhalb dieser Sperrschüttschichtin eine Schüttschichtaus dem Rohstoff eingeleitet werden.
    [42] Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet,dass Schwelgase aus der Reduktionszone (2) abgeführt werden.
    [43] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch und nacheinem der Ansprüche40 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelgase oberhalbder unteren Schüttschichtzone(2f) und unterhalb der oberen Schüttschichtzone (2e)abgeführtwerden.
    [44] Verfahren nach einem der Ansprüche 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet,dass die abzuführendenSchwelgase vor dem Abführenentstaubt werden und/oder anschließend einem Verbraucher zugeführt werdenund/oder dass aus den abzuführenden SchwelgasenAmmoniak entfernt wird.
    [45] Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurchgekennzeichnet, dass der Staub in die Nachvergasungszone (3)zurückgeführt wird.
    [46] Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet,dass dass dem Rohstoff in der Trocknungs- und Pyrolysezone (1)Luft und/oder Sauerstoff und/oder rezirkuliertes Rauchgas zugeführt wird.
    [47] Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 46, dadurch gekennzeichnet,dass in der Nachvergasungszone (3) anfallende Asche und/oderanfallendes Inertmaterial zumindest teilweise in die Nachvergasungszone(3) zurückgeführt wird.
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