Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einen

Niedertemperaturvergaser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einen Niedertemperaturvergaser.

Stand der Technik

Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus festem

organischem Einsatzmaterial, auch kurz als Vergasungsverfahren bezeichnet, sind bekannt. Vorteilhafterweise kommen als Einsatzmaterial für solche Verfahren Kohle oder Biomasse zum Einsatz. Bei Biomassevergasungsverfahren werden

beispielsweise erntefrisches Holz, Alt- und Waldrestholz oder sogenannte

Energiehölzer, aber auch Agrarreststoffe wie Stroh oder Häcksel verwendet.

Durch eine Vergasung von Biomasse zu Synthesegas mit nachgeschalteten

Verfahrensschritten (sogenannte Biomass-to-Liquids-Verfahren, BTL) kann beispielsweise synthetischer Biokraftstoff gewonnen werden, der in seinen

physikochemischen Eigenschaften bekannten Gas-to-Liquids-(GTL-) und Coal-to- Liquids-(CTL-)Kraftstoffen ähnlich ist. Ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung von BTL-Kraftstoffen ist bei Kiener, C. und Bilas, I.: Synthetischer Biokraftstoff der zweiten Generation. Weltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage. Energy 2.0, Juli 2008, S. 42 - 44, gezeigt. Vorrichtungen und Verfahren zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial sind auch beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei solche Verfahren bzw. Vorrichtungen, die einen Niedertemperaturvergaser verwenden, wie nachfolgend erläutert.

In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise

Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel, beispielsweise Luft, insbesondere Sauerstoff, mit einem Dampf/Kohlenstoffdioxid/Stickstoff-Gemisch, bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 800 °C und unter Drücken von 1 - 100bar zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem Biokoks) und Schwelgas umgesetzt. Die Umsetzung wird als autotherme Pyrolyse oder auch als "Schwelen" bezeichnet.

Schwelen zeichnet sich bekanntermaßen durch ein unterstöchiometrisches

Sauerstoffangebot und damit eine unvollständige Verbrennung bei vergleichsweise geringer Temperatur aus.

Eine Zufuhr von Vergasungsmittel in einen Niedertemperaturvergaser wird im Stand der Technik mittels einzelner Düsen realisiert, welche je auf einem Düsenstock ausgebildet sind, der an einer Unterseite des Niedertemperaturvergasers ausgebildet und von außen nach innen geführt wird. Die einzelnen Düsen bzw. Düsenstöcke sind in Reihen in Querschnittsrichtung und mehreren Reihen in Längsrichtung im

Niedertemperaturvergaser angeordnet. Diese Anordnung erfordert einen großen Fertigungs- und Wartungsaufwand.

Ein Verteiler für das Vergasungsmittel befindet sich außerhalb des

Niedertemperaturvergasers und benötigt Anschlüsse für jede einzelne Düse bzw. jeden einzelnen Düsenstock. Dies erfordert eine aufwändige Konstruktion und aufwändige Fertigung des Verteilers.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Zufuhr von Vergasungsmittel in einen Niedertemperaturvergaser in einfacher und effektiver Weise zu gestalten.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung für eine Zuführung von

Vergasungsmittel in einen Niedertemperaturvergaser mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1. Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist für eine Zuführung von Vergasungsmittel zumindest einen Düsenstock auf, der an einem ersten Ende über einen

Anschlussstutzen in einer Wand eines Reaktors eines Niedertemperaturvergasers mit einem Verteiler verbunden ist, wobei der zumindest eine Düsenstock wenigstens zwei Düsenöffnungen aufweist. Dies hat den Vorteil, dass Vergasungsmittel, das durch die Düsenöffnungen dem Niedertemperaturvergaser zugeführt wird, in effektiver Weise unmittelbar im benötigten Bereich, dem sogenannten Koksbett, zugeführt werden kann. Auch wird dadurch eine einfache Konstruktion und eine einfache Wartung der

Vergasungsmittelzufuhr gewährleistet, da die insgesamt nötige Anzahl an Bauteilen und Durchführungen durch eine Wand des Reaktors gegenüber dem Stand der Technik verringert wird, da nicht für jede einzelne Düsenöffnung ein Düsenstock mit Anschlussstutzen benötigt wird. Vorteilhafterweise sind die Dösenöffnungen als Einzeldüsen oder als Düsenkappen mit mehreren Austrittsöffnungen und/oder integrierter Drossel ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Konstuktion bzw. eine ortsgenaue Dosierung bei der Zufuhr des

Vergasungsmittels. Es ist von besonderem Vorteil, wenn sich der zumindest eine Düsenstock vom

Anschlussstutzen bis zu einer gegenüberliegenden Wand erstreckt und/oder dort anliegt. Insbesondere kann eine Befestigung des zweiten Endes des Düsenstocks an der gegenüberliegenden Wand zur Stabilität und somit zur Langlebigkeit des

Düsenstocks beitragen. Somit wird ein mit Einsatzmaterial gefüllter Bereich im

Niedertemperaturvergaser gleichmäßig mit Vergasungsmittel versorgt und eine gute Vergasung gewährleistet.

Vorzugsweise ist der zumindest eine Düsenstock bogenförmig ausbildet, wobei sich die Bogenform im Wesentlichen an eine entsprechend geformte Wand des

Pyrolysereaktors angleicht. Eine Verteilung des Vergasungsmittels im Koksbett wird so weiter verbessert.

Alternativ ist der zumindest eine Düsenstock als gerades Rohr ausbildet. Dies ermöglicht eine einfache Wartung des Niedertemperaturvergasers bzw. des

Düsenstocks, da dieser einfach durch eine Anschlussöffnung auszutauschen ist.

Es ist weiter von Vorteil, wenn der zumindest eine Düsenstock innen mit zumindest zwei getrennten Kanälen ausgebildet ist, die jeweils zu den Düsenöffnungen führen. Dadurch wird eine getrennte Zufuhr der Bestandteile des Vergasungsmittels

ermöglicht. Beispielsweise kann so im Bereich der Düsenaustrittsöffnungen ein Oxidationsgas wie Sauerstoff in einem innenliegenden Kanal geführt werden und ein Moderator wie Kohlenstoffdioxid/Stickstoff und/oder Dampf in einem den

innenliegenden Kanal umgebenden weiteren Kanal. Dies bietet einen Schutz des Düsenmaterials vor Überhitzung bei gleichzeitiger Erhöhung des Sauerstoffanteils.

Weiter wird vorteilhafterweise der zumindest eine Düsenstock mit einer thermischen Schutzschicht, insbesondere einem keramischen Material, ausgebildet. Dies bietet Schutz vor thermischer Beanspruchung sowie Schutz gegen Abrieb. Vorzugsweise werden die Düsenstöcke über eine Länge des Reaktors mit im

Wesentlichen gleichen Abständen zueinander verteilt. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmittels im Reaktor bzw. in dessen Koksbett gewährleistet. Auch kann damit eine Anpassung an verschiedene Größen des Reaktors des

Niedertemperaturvergasers erfolgen.

Es ist schließlich von Vorteil, wenn die Düsenstöcke von dem gemeinsamen Verteiler einzeln angesteuert werden können. Dies ermöglicht eine Anpassung der Zufuhr von Vergasungsmittel an eine unterschiedliche Verteilung von Einsatzmaterial in dem Koksbett des Reaktors des Niedertemperaturvergasers.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung Figur 1 zeigt einen Niedertemperaturvergaser mit einer Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel gemäß dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt einen Niedertemperaturvergaser mit einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einer bevorzugten

Ausgestaltung.

Figur 3 zeigt einen Niedertemperaturvergaser mit einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung.

Ausführungsformen der Erfindung

In Figur 1 ist schematisch ein Niedertemperaturvergaser 100 mit einer Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel gemäß dem Stand der Technik dargestellt.

Ansicht 1 (a) zeigt hierbei einen Längsschnitt und Ansicht 1 (b) einen Querschnitt des Niedertemperaturvergasers 100. Beide Ansichten werden im Folgenden übergreifend beschrieben. Der Niedertemperaturvergaser 100 umfasst einen beispielhaft in Zylinderform ausgebildeten Reaktors 10, in welchem die autotherme Pyrolyse/Schwelung stattfindet. In einen unteren Bereich des Reaktors 10 wird ein festes Einsatzmaterial 20

eingebracht. In dem Reaktor 10 ist eine Durchmischungsvorrichtung 30, 31

ausgebildet, welche für eine Durchmischung des Einsatzmaterials vorgesehen ist. Beispielhaft ist die Durchmischungsvorrichtung 30, 31 als ein in Längsrichtung zentral eingebrachtes Rohr 30 mit mehreren daran angebrachten Schaufeln 31 ausgebildet, welches um eine Achse, insbesondere der Längsachse des Rohrs 30, drehbar ist.

An der Unterseite des Reaktors 10 sind mehrere Düsenstöcke 40 durch

Anschlussöffnungen 41 in den Tank 10 eingebracht. Die Düsenstöcke 40 weisen je eine Düsenöffnung an einem dem Reaktorinneren zugewandten Ende auf. In Ansicht 1 (a) sind beispielhaft vier Düsenstöcke 40 dargestellt, die in Längsrichtung des Reaktors 10 in in etwa gleichen Abständen zueinander vorgesehen sind. Diese Düsenstöcke 40 stellen jeweils eine Reihe von Düsen in Quer- bzw. Umfangsrichtung des Reaktors 10 dar, wie in Ansicht 1 (b) beispielhaft durch sieben Düsenstöcke 40 dargestellt. Jeder der Düsenstöcke 40 ist auf der Außenseite des Reaktors 10 über Verbindungsleitungen 43 mit einem Verteiler 42 verbunden, durch welchen das Vergasungsmittel den Düsenstöcken 40 und somit dem Niedertemperaturvergaser 100 zugeführt wird.

Weiter ist beispielhaft eine Austrittsöffnung 80 an einem von dem Reaktor 0 nach oben geführten Anschlussrohr dargestellt, durch welche ein bei der Pyrolyse entstehendes Schwelgas aus dem Reaktor 10 des Niedertemperaturvergasers 00 geführt werden kann.

In Figur 2 ist schematisch ein Niedertemperaturvergaser 200 mit einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einer bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. Ansicht 2 (a) zeigt einen Längsschnitt und Ansicht 2 (b) einen Querschnitt des Niedertemperaturvergasers 200. Beide Ansichten werden im Folgenden übergreifend beschrieben.

Der Niedertemperaturvergaser 200 umfasst einen beispielhaft in Zylinderform ausgebildeten Reaktor 10, in welchem die Pyrolyse stattfindet. In einen unteren Bereich des Reaktors 10 wird ein festes Einsatzmaterial 20 eingebracht. In dem Reaktor 10 ist eine Durchmischungsvorrichtung 30, 31 ausgebildet, welche für eine Durchmischung des Einsatzmaterials vorgesehen ist. Beispielhaft ist die

Durchmischungsvorrichtung 30, 31 als ein in Längsrichtung zentral eingebrachtes Rohr 30 mit mehreren daran angebrachten Schaufeln 31 ausgebildet, welches um eine Achse, insbesondere der Längsachse des Rohrs 30 drehbar ist.

In einem unteren Bereich des Reaktors 10, in den das Einsatzmaterial 20 eingebracht ist, sind mehrere Düsenstöcke 50 ausgebildet. In dem Querschnitt gemäß Ansicht 2 (b) ist ein Düsenstock 50 zu sehen, der im Wesentlichen von einer Seite zu einer anderen Seite des Reaktors 10 geführt ist. Dabei ist der Düsenstock 50 zumindest an einem ersten Ende 50a mit einem Anschlussstutzen 51 durch eine Wand des Reaktors 10 geführt, wodurch er mit einem Verteiler 52 auf der Außenseite des Reaktors 10 verbunden ist. Ein zweites Ende 50b des Düsenstocks 50 liegt an einem

gegenüberliegenden Wandbereich des Reaktors 10 an und ist insbesondere an diesem Wandbereich befestigt. Die Düsenstöcke 50 sind in dieser Ausgestaltung bogenförmig ausgebildet, so dass der Verlauf der Düsenstöcke 50 sich in etwa dem Verlauf der unteren, gekrümmten bzw. bogenförmigen, Wand des Reaktors 10 angleicht. Entlang der Düsenstöcke 50 sind in in etwa gleichem Abstand zueinander Düsenöffnungen 55 ausgebildet.

Beispielhaft sind neun Düsenöffnungen 55 auf dem Düsenstock 50 in Ansicht 2 (b) dargestellt. Die Düsenöffnungen 55 sind dabei abwechselnd in Umfangsrichtung des Düsenstocks versetzt in den Düsenstock 50 eingebracht. Diese Anordung

gewährleistet eine gute Verteilung des Vergasungsmittels in dem Einsatzmaterial 20. Weiter wird die Verteilung durch die Bogenform unterstützt.

Jeder der Düsenstöcke 50 ist auf der Außenseite des Reaktors 0 durch

Verbindungsleitungen 53 mit einem für alle Düsenstöcke 50 gemeinsamen Verteiler 51 verbunden, durch welchen das Vergasungsmittel den Düsenstöcken 50 und somit durch die Düsenöffnungen 55 dem Niedertemperaturvergaser 200 zugeführt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist in Ansicht 2 (a) eine Verbindungsleitung 53 nur gestrichelt dargestellt.

Weiter ist beispielhaft eine Austrittsöffnung 80 an einem von dem Reaktor 10 nach oben geführten Anschlussrohr dargestellt, durch welche ein bei der Pyrolyse entstehendes Schwelgas aus dem Reaktor 10 des Niedertemperaturvergasers 200 geführt werden kann.

In Figur 3 ist schematisch ein Niedertemperaturvergaser 300 mit einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Zuführung von Vergasungsmittel in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. Ansicht 3 (a) zeigt einen Längsschnitt und Ansicht 3 (b) einen Querschnitt des Niedertemperaturvergasers 300. Beide Ansichten werden im Folgenden übergreifend beschrieben.

Der Niedertemperaturvergaser 300 umfasst einen beispielhaft in Zylinderform ausgebildeten Reaktor 10, in welchem die Pyrolyse stattfindet. In einem unteren Bereich des Reaktors 10 wird ein festes Einsatzmaterial 20 eingebracht. In dem Reaktor 10 ist eine Durchmischungsvorrichtung 30 vorhanden, welche für eine

Durchmischung des Einsatzmaterials vorgesehen ist. Beispielhaft ist die

Durchmischungsvorrichtung 30 als ein in Längsrichtung zentral eingebrachtes Rohr mit mehreren daran angebrachten Schaufeln ausgebildet, welches um eine Achse des Rohrs drehbar ist.

In einem unteren Bereich des Reaktors 10, in den das Einsatzmaterial 20 eingebracht ist, sind mehrere Düsenstöcke 60 ausgebildet. In dem Querschnitt gemäß Ansicht 3 (b) ist ein Düsenstock 60 zu sehen, wie er im Wesentlichen von einer ersten Seite zu einer anderen, insbesondere gegenüberliegenden, Seite des Tanks 10 geführt ist. Dabei ist der Düsenstock 60 zumindest an einem ersten Ende 60a mit einem Anschlussstutzen 61 durch eine Wand des Tanks 10 geführt, wodurch er mit einem Verteiler 62 auf der Außenseite des Tanks 10 verbunden ist. Ein zweites Ende 60b des Düsenstocks 60 liegt an einem gegenüberliegenden Wandbereich des Reaktors 10 an und ist insbesondere an diesem Wandbereich befestigt.

Die Düsenstöcke 60 sind in dieser Ausgestaltung jeweils als gerades Rohr ausgebildet, so dass der Verlauf der Düsenstöcke 60 mit der unteren, kreisbogenförmigen, Wand des Reaktors 10 im Querschnitt ein Kreissegment bildet. Entlang der Düsenstöcke 60 sind in in etwa gleichem Abstand zueinander Düsenöffnungen 65 ausgebildet. Die Düsenöffnungen 65 sind dabei abwechselnd in Umfangsrichtung des Düsenstocks versetzt in den Düsenstock 60 eingebracht. Diese Anordung gewährleistet eine gute Verteilung des Vergasungsmittels in dem Einsatzmaterial 20. Die Ausgestaltung als gerades Rohr bringt eine vereinfachte Wartung der Düsenstöcke 60 mit sich, da diese in einfacher Weise durch eine Anschlussöffnung in einer Wand des Reaktors 10 ein- und ausgebracht werden können. Auch eine Reinigung der Düsenstöcke 60 wird dadurch in einfacher Weise ermöglicht.

Jeder der Düsenstöcke 60 ist auf der Außenseite des Reaktors 10 über

Verbindungsleitungen 63 mit einem Verteiler 62 verbunden, durch welchen das Vergasungsmittel den Düsenstöcken 60 und somit durch die Düsenöffnungen dem Niedertemperaturvergaser 300 zugeführt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist in Ansicht 3 (a) eine Verbindungsleitung 63 nur gestrichelt dargestellt.

Weiter ist beispielhaft eine Austrittsöffnung 80 an einem von dem Reaktor 10 nach oben geführten Anschlussrohr dargestellt, durch welche ein bei der Pyrolyse entstehendes Schwelgas aus dem Reaktor 10 des Niedertemperaturvergasers 300 geführt werden kann.