Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor zur

Herstellung von Pyrolysegas und/oder Synthesegas aus im Wesentlichen festen Brennstoffen, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Aufheizen der Wirbelschicht des

Wirbelschichtreaktors. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus im Wesentlichen festen Brennstoffen in einem Wirbelschichtreaktor,

vorzugsweise der vorgenannten Art, mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Aufheizen der Wirbelschicht des

Wirbelschichtreaktors, wobei die Heizeinrichtung einen

Hohlraum und einen an den Hohlraum angrenzenden, beheizten, porösen und gasdurchlässigen Abschnitt aufweist.

Die Herstellung von Synthesegas aus Biomasse ist eine

Schlüsseltechnologie für die zukünftige

WasserstoffWirtschaft . Dabei wird die Energie überwiegend als Wasserstoff zu den Endverbrauchern transportiert. Bei Nutzung von Brennstoffzellen entsteht in einer Wasserstoff irtschaft ein Überschuss an Strom. Ein Stromnetz wird in dieser wärmegeführten Energiewirtschaft dann kaum noch benötigt . Die als Strom geernteten Sonnenenergien müssen dann per

Wasserelektrolyse zu Wasserstoff umgewandelt werden. Dabei entsteht zwangsläufig reiner Sauerstoff. Beides, Strom und Sauerstoff, ist für die Unterstützung der thermochemischen Vergasung verwendbar.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Strom zur Bereitstellung der Energie für die endotherme Reaktion von festen Brennstoffen zu Synthesegas ist bisher nicht üblich, weil Strom eine hochwertige und teure Energie ist. In einer WasserstoffWirtschaft besitzt der Strom jedoch keinen höheren Wert als die Wärme. Das machen sich zwei neuere Erfindungen DE 10 2008 014 799 AI und

DE 10 2008 032 166 AI zu nutze, die Wirbelschichtreaktoren elektrisch beheizen, ohne auf die Konstruktion der

elektrischen Heizung näher einzugehen.

Die Zufuhr von reinem Sauerstoff über den Düsenboden würde bei Nutzung von Biomasse den Ascheschmelzpunkt überschreiten, weil diese Reaktoren mit ca. 850°C recht nahe am

AscheSchmelzpunkt arbeiten. Das Aufschmelzen der Asche ist unerwünscht, weil die Asche dann nicht mehr als Mineraldünger verwendbar ist. Mit aufgeschmolzener Asche ist auch der Betrieb eines Wirbelschichtreaktors unmöglich. Bei Verwendung von LuftSauerstoff ist ein Betrieb jedoch möglich, ohne den Ascheschmelzpunkt zu überschreiten, allerdings gelangt dann Stickstoff ins Synthesegas. Ein Ausweg wurde mit den

Zweibett-Wirbelschichtreaktoren geschaffen, die durch einen Sandkreislauf verbunden sind. Ein Beispiel dafür ist die 8 MW Anlage in Güssing, Österreich. Hier dient die Luft nur zur Aufheizung des umlaufenden Sandbetts und wird separat abgezogen. Der Stickstoff gelangt also nicht in das

Synthesegas .

Will man wahlweise Strom oder Sauerstoff nutzen, ist also jeweils eine eigene spezielle Konstruktion der

Wirbelschichtreaktoren erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelschichtreaktor und ein Verfahren zu dessen Betrieb vorzuschlagen, bei dem Strom auf einfache Weise zum Beheizen der Wirbelschicht verwendet und das Auftreten von

geschmolzener Asche vermieden werden kann.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 10 und 12 bis 16 betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Vorrichtungsmäßig ist vorgesehen, dass die elektrische

Heizeinrichtung wenigstens einen Hohlraum und einen an den Hohlraum angrenzenden, porösen Abschnitt aufweist. Verfahrensmäßig ist dagegen vorgesehen, dass ein Gas durch den porösen Abschnitt von außen in Richtung des Hohlraums und/oder aus dem Hohlraum nach außen geleitet wird.

Es ist also eine elektrische Heizung mit einem porösen

Abschnitt vorgesehen, durch den Gas wahlweise in die eine oder die andere Weise durchströmen kann. Dies ermöglicht eine Erwärmung des Gases im Wesentlichen in einer räumlichen Trennung zu den Kokspartikeln in der Wirbelschicht des

Wirbelbettreaktors, da die Kokspartikel nicht in das

Porensystem des porösen Abschnitts eindringen können. Dadurch wird ein direktes Aufheizen der Kokspartikel auf eine

Temperatur oberhalb des Ascheschmelzpunkts vermieden.

Unter einem porösen Abschnitt wird dabei ein solcher mit einer offenen Porosität verstanden, der folglich

gasdurchlässig ausgebildet ist. Der poröse Abschnitt der Heizeinrichtung kann dabei direkt beheizt sein oder nicht. Im letzteren Fall wirkt der poröse Abschnitt vorzugsweise als eine Art Abschirmung des

eigentlichen beheizten Abschnitts der Heizeinrichtung, so dass Kokspartikel nicht bis zu diesem beheizten Abschnitt gelangen können. Der poröse Abschnitt ist dann vorzugsweise in einem Außenbereich zu dem beheizten Abschnitt vorsehen, um diese Funktion ausfüllen zu können. Der beheizte Abschnitt der Heizeinrichtung kann dann selbst als poröser Abschnitt ausgebildet sein, wenn ein Gasdurchtritt möglich sein soll, oder als gasundurchlässiges Bauteil vorgesehen sein, wenn ein Gasdurchtritt entbehrlich ist.

Es werden der Einfachheit halber und zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen die bevorzugten vorrichtungsmäßigen und verfahrensmäßigen Ausgestaltungen gemeinsam beschrieben. Es ergeben sich dabei für den Fachmann die entsprechenden jeweiligen Merkmale der bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung .

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der an den Hohlraum angrenzende, poröse Abschnitt beheizt ist. Insbesondere kann der beheizte, poröse Abschnitt Teil eines Heizwiderstands der Heizeinrichtung sein. Der beheizte, poröse Abschnitt bildet dann wenigstens einen Teil des Heizwiderstands der

Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung kann aber auch auf andere Weise, beispielsweise induktiv, elektrisch beheizt werden. Dann kann das Gas beim Durchströmen des beheizten, porösen Abschnitts erwärmt werden, ohne dass die Kokspartikel in das Porensystem des beheizten, porösen Abschnitts

eindringen können. Zur weiteren Abschirmung des beheizten, porösen Abschnitts der Heizeinrichtung kann ein weiterer poröser, nicht beheizter Abschnitt der Heizeinrichtung vorgesehen sein, der außerhalb des beheizten, porösen

Abschnitts angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Wirbelschichtreaktors weist die Heizeinrichtung einen Anschluss zum Zuführen eines Gases in den Hohlraum und/oder Abführen eines Gases aus dem Hohlraum auf. Auf diese Weise kann ein Gas der

Heizeinrichtung zugeführt und mittels der Heizeinrichtung aufgeheizt werden, wobei das Gas bedarfsweise über einen

Anschluss abgezogen wird. Es kann aber auch ein Gas aus dem Wirbelschichtreaktor in den Hohlraum strömen. Dabei kann das Gas erhitzt und anschließend aus dem Wirbelschichtreaktor ausgeschleust werden. Es können auch beide

Verfahrensprinzipien gleichzeitig oder alternierend

angewendet werden. Dann ist es bevorzugt, wenn ein Anschluss zum Zuführen von einem Gas und ein weiterer Anschluss zum Abführen von einem, gegebenenfalls anderen, Gas vorgesehen sind. Insbesondere bei dem zuzuführenden Gas kann es sich um ein sauerstoffhaltiges Gas, etwa Luft oder um technischen Sauerstoff, handeln. Das sauerstoffhaltige Gas kann dann durch Oxidation mit einem brennbaren Gas, etwa Pyrolysegas oder Synthesegas, zu einer weiteren WärmefreiSetzung

beitragen.

Besonders bevorzugt kann es sein, wenn die Heizeinrichtung wenigstens bereichsweise eine Doppelwand aufweist und die äußere Wand der Doppelwand einen porösen Abschnitt aufweist. Auf diese Weise wird ein Zwischenraum geschaffen, der räumlich von den Kokspartikeln der Wirbelschicht des

Wirbelschichtreaktors abgetrennt ist. Die Kokspartikel können dann beispielsweise nicht an eine beheizte innere Wand der Doppelwand gelangen, die selbst nicht porös sein muss. Der Zwischenraum kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, um in diesem ein sauerstoffhaltiges oder ein anderes Gas, wie etwa teerhaltiges Pyrolysegas, einzubringen. Der Sauerstoff oxidiert dann vorzugsweise in dem Zwischenraum oder im

Porensystem des porösen Abschnitts ein brennbares Gas, um so den Wirbelschichtreaktor zusätzlich oder alternativ zur elektrischen Heizeinrichtung zu heizen. Die Teere des

Pyrolysegases könnten dann im Zwischenraum bei hohen

Temperaturen gecrackt werden, ohne dass eine Ascheschmelze gebildet wird.

Bedarfsweise kann die innere Wand der Doppelwand jedoch einen porösen Abschnitt aufweisen, was sich insbesondere dann anbietet, wenn in dem durch die innere Wand gebildeten

Hohlraum ein Gas zugeführt werden soll. Dabei kann es sich um ein sauerstoffhaltiges Gas, ein brennbares Gas und/oder ein bedarfsweise teerhaltiges Pyrolysegas handeln. Mit dem

Hohlraum und dem Zwischenraum stehen zwei Räume zur

Verfügung, in die separat das sauerstoffhaltige und das brennbare Gas eingeleitet werden können, die etwa im

Zwischenraum zusammengeführt werden können, um dort

miteinander zu reagieren. Hierbei kann das Synthesegas auch als brennbares Gas angesehen werden. Dieses könnte aber auch ohne Sauerstoff in den Hohlraum eingeführt werden, um im porösen Abschnitt der inneren Wand enthaltene Teere

umzusetzen. Dies kann katalytisch erfolgen, etwa durch ein katalytisches Material an der Oberfläche des Porensystems. Die dortige Temperaturerhöhung, die dadurch weiter gesteigert wird, dass der poröse Abschnitt der inneren Wand beheizt ist, kann durch die weitere äußere Wand gegenüber den

Kokspartikeln der Wirbelschicht abgeschirmt werden. Das wenigstens teilweise von Teer entfrachtete Gas oder das wenigstens teilweise oxidierte Gas kann durch einen porösen Abschnitt der äußeren Wand in die Wirbelschicht entlassen werden. Bei der äußeren Wand kann jedoch auch auf einen porösen Abschnitt verzichtet werden, wenn das entsprechende Gas über einen entsprechenden Anschluss abgezogen wird.

Je nach dem beabsichtigten Betrieb des Wirbelschichtreaktors kann also die innere Wand und/oder die äußere Wand der

Doppelwand den beheizten, porösen Abschnitt aufweisen.

Dementsprechend kann die innere Wand und/oder die äußere Wand einen Zwischenraum bilden und die Heizeinrichtung einen

Anschluss zum Zuführen eines Gases in den Zwischenraum und/oder Abführen eines Gases aus dem Zwischenraum aufweisen. Die Ausgestaltung des Wirbelschichtreaktors kann dann an die verwendeten Gase bzw. an die gewünschte Betriebsweise des Wirbelschichtreaktors angepasst werden.

Insbesondere zum katalytisehen Cracken von im Pyrolysegas oder im Synthesegas enthaltenen Teeren bietet es sich an, wenn der poröse Abschnitt der Heizeinrichtung, der inneren Wand und/oder der äußeren Wand einen Katalysator aufweist oder aus einem katalytischen Material gefertigt ist. Welcher Bereich der Heizeinrichtung das katalytische Material bevorzugt aufweist, ergibt sich anhand der jeweiligen, zuvor diskutierten, bevorzugten Betriebsweise des

Wirbelschichtreaktors .

Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Wirbelschichtreaktors wird erreicht, wenn die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweisende Rohre umfasst. Diese können gut in der Wirbelschicht verteilt und kostengünstig porös bzw. mit porösen Abschnitten gefertigt werden.

Im Falle einer Doppelwand ist aus den genannten Gründen vorgesehen, dass diese jeweils von einem inneren Rohr und einem konzentrischen äußeren Rohr gebildet wird. Es besteht dann vorzugsweise eine Vielzahl von Gruppen von wenigstens zwei Rohren, von denen ein Rohr ein inneres und ein anderes Rohr ein konzentrisches äußeres Rohr ist. Eines der beiden Rohre ist dann porös oder weist wenigstens einen porösen

Abschnitt auf. Es kann aber auch jedes Rohr porös sein oder wenigstens einen porösen Abschnitt aufweisen. Wobei nicht jeder poröse Abschnitt auch elektrisch beheizt sein muss . Zur Umsetzung von Teeren eines Pyrolysegases oder

Synthesegases in der Heizeinrichtung kann dem entsprechenden Gas ein katalytisch wirkendes Filterhilfsmittel zugesetzt werden, bevor es dem Hohlraum zugeführt wird. Das

Filterhilfsmittel wird dann an einem porösen Abschnitt der Heizeinrichtung wieder abgeschieden und kann bedarfsweise erneut verwendet werden.

Um dafür zu sorgen, dass das verwendete Gas in der

gewünschten Weise durch den dafür vorgesehenen Hohlraum, Zwischenraum und/oder porösen Abschnitt der Heizeinrichtung strömt, kann dem Hohlraum und/oder dem Zwischenraum der Heizeinrichtung ein, vorzugsweise pulsierender, Druckwechsel aufgeprägt werden. Der Druckwechsel sorgt für die treibende Druckdifferenz der Gasströmung und ist vorzugsweise so groß, dass sich die Strömungsrichtung des Gases in dem porösen

Abschnitt beim Druckwechsel jeweils umkehrt. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn einerseits Gas aus dem Wirbelschichtreaktor, bei dem es sich um teerhaltiges

Pyrolysegas oder teerhaltiges Synthesegas handeln kann, in die Heizeinrichtung eingesogen, anschließend aber nicht abgezogen, sondern in den Wirbelschichtreaktor zurück geleitet werden soll.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wirbelschichtreaktor mit einer elektrischen Heizung

ausgerüstet, die gasdurchlässige Rohre umfasst, in die

Sauerstoff je nach Bedarf eingespeist werden kann, ohne die Asche in der Wirbelschicht aufzuschmelzen.

Die Erfindung ist geeignet, alle Arten von Wirbelschichten in Wirbelschichtreaktoren zu beheizen, insbesondere

zirkulierende Wirbelschichten und stationäre Wirbelschichten mit und ohne inertem Bettmaterial. Auch die Beheizung von Gasräumen mit Kokspartikeln ist mit dieser Vorrichtung möglich. Diese Gasräume können sich über einer stationären Wirbelschicht befinden und durch Loch- oder Düsenböden unterteilt (kaskadiert) sein, so dass sich reaktionstechnisch eine Rührkesselkaskade ausbildet .

Dementsprechend kann es sich bei dem Wirbelschichtreaktor alternativ oder zusätzlich um einen Pyrolysereaktor zur Pyrolyse von festen Brennstoffen, insbesondere Biomasse, handeln. Es kann sich auch um einen Wirbelschichtreaktor im Sinne eines Synthesegasreaktors zur Herstellung von

Synthesegas aus einem festen Brennstoff, wie etwa Biomasse, und zwar vorzugsweise aus dem Pyrolysegas eines

Pyrolysereaktors der genannten Art handeln. Es kann sich aber auch um einen bedarfsweise eine Mehrzahl von Wirbelschichten aufweisenden Gesamtreaktor zur Pyrolyse und Dampfreformierung handeln. Der Wirbelschichtreaktor umfasst dann sowohl einen Pyrolysereaktor als einen Reaktorteil als auch einen

Synthesegasreaktor als einen anderen Reaktorteil. Unter "im Wesentlichen feste Brennstoffe" im Sinne der

Erfindung werden Brennstoffe verstanden, die bei

Normalbedingungen ganz oder teilweise in festem

Aggregatzustand vorliegen. Vorzugsweise wird Biomasse als Brennstoff eingesetzt.

Die elektrische Heizung weist gasdurchlässige Hohlkörper, beispielsweise aus porösen gesinterten elektrisch leitfähigen Rohren auf. Damit die Temperaturdifferenz zwischen den Rohren und den Kokspartikeln der Wirbelschicht in Grenzen bleibt, wird vorzugsweise eine große Anzahl dieser Rohre in der Wirbelschicht angeordnet. Die Rohre können auch aus einem Verbund eines bedarfsweise perforierten Metallrohres mit einem porösen Rohr bestehen, wobei die Joulsche Wärme im Metallrohr erzeugt wird. Die Beheizung der Wirbelschicht kann beispielsweise mit Joulscher Wärme durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Enden der Rohre und/oder durch Zuführung von Sauerstoff und Durchströmen der porösen Rohre erfolgen. Bevorzugt ist es, wenn das metallische Rohr oder die metallischen Rohre der Heizeinrichtung als Heizwiderstand der Heizeinrichtung dienen. Es wäre jedoch auch eine

induktive Erwärmung der Rohre denkbar.

Im Folgenden wird der Einfachheit halber teilweise lediglich von Rohren gesprochen, da die Heizeinrichtung aus

Kostengründen vorzugsweise eine Vielzahl Rohre aufweist. Auch wenn dies nicht stets erwähnt wird, ist die Ausgestaltung der Heizeinrichtung umfassend eine Vielzahl von Rohren nicht zwingend. Es können auch andere Strukturen zur Anwendung kommen.

Für den Betrieb mit Sauerstoff weist vorzugsweise mindestens ein Rohrende einen Gasanschluss auf. Der Sauerstoff führt zur Oxidation oder Teiloxidation der in der Wirbelschicht enthaltenen Gase. Mit Sauerstoff ist vorzugsweise technisch reiner Sauerstoff gemeint. Da diese Reaktion mit Sauerstoff in den Poren der äußeren Rohrschicht oder an der Grenzschicht unmittelbar am Rohr ablaufen kann, wird nicht der in der Wirbelschicht enthaltene Koks durch Sauerstoff oxidiert, sondern das Rohr erhitzt, das seine Wärme durch Strahlung, Leitung und Konvektion an die Wirbelschicht abgibt. Da die Kokspartikel in der Wirbelschicht, beispielsweise durch eine endotherme Reaktion, vergast werden, sind die Kokspartikel in der Regel kälter als die Rohre und/oder die Wirbelschicht .

Beim Betrieb der Heizeinrichtung kann die Strömungsrichtung des beteiligten Gases oder der beteiligten Gase durch die Druckdifferenz zwischen dem Hohlraum und der Wirbelschicht oder die Druckdifferenzen zwischen dem Hohlraum und dem Zwischenraum einerseits und der Wirbelschicht andererseits vorgegeben werden. Durch Anlegen eines entsprechenden

Differenzdrucks strömt dann Gas aus dem Wirbelschichtreaktor in das Rohr und wird dann von dem Sauerstoff des dem Hohlraum des Rohrs über einen entsprechenden Anschluss zugeführten, sauerstoffhaltigen Gases an der Rohrinnenwand oxidiert.

Bedarfsweise weist jedes Rohr zwei Anschlüsse auf, einen für die Zufuhr von Sauerstoff und einen für die Ableitung der oxidierten Gase. Für diesen Fall ist auch Luft als

sauerstoffhaltiges Gas gut geeignet, weil das Synthesegas aufgrund der Abführung der oxidierten Gase nicht mit Stickstoff verdünnt wird. Dieses Verfahren ist vorteilhaft in Wirbelschichten mit inertem Bettmaterial, weil das inerte Bettmaterial dann eine entstehende Feinstaubschicht im Sinne eines Filterkuchens sofort durch Abreiben wieder entfernen würde .

Mit der Heizeinrichtung kann bei entsprechender Ausgestaltung der Wirbelschichtreaktor bedarfsweise mit Strom, mit

Sauerstoff oder beidem parallel geheizt werden.

Beim elektrischen Betrieb kann das wenigstens eine poröse Rohr auch zur katalytischen Reduzierung von Teeren genutzt werden. Teerhaltiges Gas kann beispielsweise in einem vorgelagerten Prozess der Synthesegaserzeugung, wie der Pyrolyse, entstehen. Eine Vorstufe, die Pyrolysegas erzeugt, ist in DE 198 07 988 AI und in DE 10 2008 032 166 AI

beschrieben. Leitet man entstaubtes Pyrolysegas durch die porösen Rohre, wird aufgrund der höheren Temperatur in diesen Rohren bereits ein großer Teil der Teere gecrackt. Bei

Verwendung von Biomasse als Einsatzstoff darf die Temperatur der Rohre je nach Art der Biomasse eine Temperatur von 700 °C bis 1200°C aber nicht überschreiten. Für

temperaturempfindliche Biomassen ist daher eine Vorrichtung vorteilhaft, bei der das stromleitende, d.h. das beheizte, Rohr konzentrisch von einem weiteren porösen Rohr umgeben ist. Das äußere poröse Rohr wirkt dann wie ein

Wärmewiderstand. Die Wirkung kann noch erhöht werden, wenn zwischen den Rohren ein kleiner Spalt verbleibt. Dadurch kann das Innenrohr sehr heiß werden, ohne dass es zu Anbackungen von Asche am äußeren Rohr kommt. Das jeweils äußere Rohr muss nicht beheizt und damit nicht elektrisch leitend sein. Die Rohre können also aus Keramik bestehen, und beispielsweise in Form von Hülsen ausgebildet sein, die über das jeweils innere Rohr geschoben sind.

Wegen seiner hohen Temperaturfestigkeit in reduzierender Atmosphäre ist für das Innenrohr Siliciumcarbid besonders geeignet. Auch die Ausrüstung mit einem teerspaltenden

Katalysator ist hilfreich. Geeignet sind beispielsweise nickelbasierte Katalysatoren der Gruppe VIII des

Periodensystems, die zugleich auch Ammoniak zerstören.

Innenrohre der geschilderten Art sind beispielsweise in DE

101 09 983 AI beschrieben. Auch die Dotierung nickelbasierter Katalysatoren mit MgO, Zr0 ₂ oder Zr0 ₂ -Al ₂ 0 ₃ ist vorteilhaft.

Wird der Heizeinrichtung Pyrolysegas zugeführt, etwa um den darin enthaltenen Teer umzusetzen, kann es zweckmäßig sein, das Pyrolysegas in an sich bekannter Weise vorher grob zu entschwefeln, beispielsweise wird dazu Calciumoxid (CaO) bei 500°C bis 700°C verwendet. Aufgrund der Entschweflung kann die Temperatur des Innenrohres abgesenkt werden. Calciumoxid ist auch als Filterhilfsmittel (Precoat) für das Innenrohr geeignet, um Staubreste aus dem Pyrolysegas aufzunehmen. Das Filterhilfsmittel wird vorzugsweise periodisch durch Anlegen eines Unterdrucks und/oder Überdrucks entfernt. Dieses

Prozedere ist vom Betrieb von Kerzenfiltern bekannt. Dabei ist es günstig, wenn die Innenrohre in verschiedene Gruppen mit eigenem Gasanschluss unterteilt sind. Damit wird ein quasi kontinuierlicher Betrieb ermöglicht, weil immer nur einzelne Rohre entsprechenden Druckstößen zu

Reinigungszwecken ausgesetzt sind.

Weil Calciumoxid die Teerspaltung unterstützt, kann es anstelle oder in Ergänzung zu einer Katalysatorbeschichtung der Innenrohre eingesetzt werden. Calciumoxid kann auch bei höheren Temperaturen Chlor und Schwefel binden. Da Chloride und Sulfide aber einen Schmelzpunkt von 750 °C beziehungsweise 772°C haben, kann bei den meisten Biomassearten nicht auf die oben genannte Grobentschwefelung verzichtet werden. Als

Filterhilfsmittel sind auch andere Stoffe, wie beispielsweise Olivine geeignet, die anstelle oder zusammen mit Calciumoxid verwendet werden können. Wenn Pyrolysegas aus einer dem Wirbelschichtreaktor

vorgeschalteten Pyrolyse vollständig oder jedenfalls

teilweise durch die Hohlkörper der Heizungseinrichtung geleitet werden soll, kann unter Umständen nicht genügend Wirbelgas zur Verfügung stehen. Wenn beispielsweise der für die Reformierung benötigte Wasserdampf und etwaige

zusätzliche Gase die benötigte Wirbelgasmenge unterschreiten, kann ein Teil des im Wirbelschichtreaktor erzeugten Gases (z.B. Synthesegas) im Kreis geführt, d.h. am Kopf des

Wirbelschichtreaktors abgezogen und dem Boden desselben wieder zugeführt werden. In diesem Fall ist ein sich konisch verengender Düsenboden bevorzugt, durch den das Wirbelgas und das Kreislaufgas geleitet werden.

Die Rohre können auch in Gruppen so angeordnet werden, dass nur ein Teil der Rohre dem katalytischen Cracken von

teerhaltigen Gasen dient und eine andere Rohrgruppe mit Sauerstoff beheizt wird. Das kann in der gleichen

Wirbelschicht geschehen, aber auch in vor- oder

nachgelagerten Wirbelschichten des Prozesses. Auch andere Kombinationen verschieden ausgebildeter und/oder betriebener Rohrgruppen sind denkbar Wenn die Rohre mit einem Katalysator zur Teerspaltung ausgerüstet sind, ist es vorteilhaft, den Innenraum der Rohre mit pulsierenden Druckwechseln von 0,1 Hz bis 10.000 Hz, vorzugsweise zwischen 5 und 500 Hz, zu beaufschlagen. Die Druckwechsel fördern den Stoffaustausch in den porösen

Rohren. Sie können auch, je nach Amplitude, für kurze Zeit das Produktgas zur katalytischen Umsetzung in die Poren saugen. Diese Druckwechsel können in an sich bekannter Weise durch Membranschwingungen erzeugt werden.

Die Erfindung ermöglicht die wahlweise Beheizung mit Strom und/oder Sauerstoff je nach zeitlichem und regionalem

Angebot. Das macht es möglich, die nicht verwertbaren regionalen Stromerzeugungsspitzen aus Wind- oder

Photovoltaikstrom zu nutzen und bei kleiner und mittlerer Erzeugung aus diesen Quellen den Sauerstoff aus den

Elektrolyseuren zu nutzen.

Eine vorteilhafte Nutzung der Erfindung besteht darin, Teere im Wirbelschichtreaktor zu cracken oder ein Pyrolysegas, etwa einer vorgelagerten Vergasungsstufe, in der elektrischen Heizeinrichtung zu cracken, ohne dass es dafür eines

aufwendigen verlustbehafteten zusätzlichen Prozesses bedarf . Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer lediglich

Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Wirbelschichtreaktor mit stationärer

Wirbelschicht und erfindungsgemäßer Heizung, Fig. 2 den Querschnitt einer rohrförmigen Heizung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt einer rohrförmigen Heizung als

Werkstoffverbünd gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Wirbelschichtreaktor mit mehreren

Wirbelschichten und einer Heizeinrichtung zum Zerstören von Teeren,

Fig. 5 einen Querschnitt eines Heizrohres zum Zerstören von

Teeren und

Fig. 6 einen Längsschnitt von Fig. 5.

Fig. 1 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 5 mit stationärer Wirbelschicht 6 mit einem oberen Ende 7 und einem durch den Düsenboden 11 begrenzten unteren Ende. Das

Wirbelschichtgehäuse 10 weist am unteren Ende einen Gasraum 9 zur Verteilung des eingespeisten Wirbelgases 13 auf. Über der

Wirbelschicht 6 befindet sich ein Freiraum 8, aus dem das

Produktgas 14 abgeleitet wird. Je nach Betriebsweise kann es sich um ein Pyrolysegas oder ein Synthesegas handeln.

Biomasse 12a wird durch eine hier nicht dargestellte

Fördereinrichtung in den Wirbelschichtreaktor eingebracht.

Wirbelschichtreaktoren sind üblicherweise mit feuerfestem

Zement ausgekleidet.

Um die endotherme Reaktion zu Synthesegas zu ermöglichen, wird der Wirbelschichtreaktor durch eine Heizeinr chtung 29 umfassend eine Vielzahl von gasdurchlässigen einen Hohlraum 30 bildenden Rohren 1 beheizt. Die Rohre 1 selbst sind für eine elektrische Widerstandsheizung geeignet oder aus einem elektrisch leitenden Rohr lb im Verbund mit einem weiteren Rohr la, beispielsweise aus einem keramischen Rohr, gebildet. Die Rohre bilden poröse Abschnitte 31 der Heizeinrichtung 29.

Gemäß Fig. 3 ist zwischen den beiden Rohren ein

Abstandshalter 27 angeordnet, damit ein eingebrachtes Gas, das durch die Löcher des perforierten Rohres lb strömt, sich besser verteilen kann. Die Rohre 1 haben einen Anschluss 3 und am Ende einen Verschluss 4. Die Wirbelschicht 6 kann man durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Enden der Rohre 1 und/oder durch Zuführung von Sauerstoff 15a beheizen.

Bei der Zuführung von Sauerstoff wird das in der

Wirbelschicht befindliche Gas zum Teil oxidiert, um damit den Wärmebedarf zu decken. Die Oxidation findet in der porösen Schicht oder unmittelbar an der Grenzschicht der Rohre 1 statt . Die Kokspartikel glühen durch den Sauerstoff nicht auf, weil er verbraucht ist, ehe er die Kokspartikel

erreicht. Die Wärme wird durch Strahlung, Leitung und

Konvention von den Rohren 1 auf die Wirbelschicht 6

übertragen. Die Oberfläche der Rohre und die Güte der

Wärmeübertragung bestimmt die Temperaturdifferenz zwischen den Rohren und dem Wirbelbett, das aus Koks und inertem

Bettmaterial bestehen kann.

In einer Wirbelschicht mit inertem Bettmaterial, wie Sand, ist die Wärmeübertragung besser als in einer Koks- und

Aschewolke. Die Wirbelschicht 6 kann mit Strom allein,

Sauerstoff allein oder mit beiden Verfahren gleichzeitig beheizt werden. Fig. 4 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 5 mit mehreren

Wirbelschichten übereinander, die in einem gemeinsamen

Gehäuse 10 angeordnet sind. Im unteren Teil befindet sich eine stationäre Wirbelschicht 6 mit inertem Bettmaterial, in die Koks aus einem vorgelagerten Prozess eingebracht wird, beispielweise aus einem Pyrolysereaktor. Der Koks wird in der Wirbelschicht fein gemahlen und durch eine elektrische

Beheizung der Rohre 1 teilweise zu Pyrolysegas oder

Synthesegas umgesetzt. Der verbliebene Koks steigt mit dem Gas nach oben. Im oberen Teil des Gehäuses 10 befinden sich zwei Wirbelschichten 28, die durch Lochböden 23, 24 und 25 begrenzt werden. Die Wirbelschichten bestehen aus nicht umgesetzten Koks- und Aschepartikeln. Die Lochböden sollen eine Rückströmung von Gas und Partikeln vermeiden und damit eine Pfropfenströmung oder das Strömungsbild einer

Rührkesselkaskade ausbilden.

Eine solche Strömung ist besonders geeignet, die noch im Gas vorhandenen Teere an und in den Rohren 1 katalytisch zu cracken und den Teergehalt des Synthesegases 14 am Ausgang zu minimieren. Die katalytische Wirkung kann verstärkt werden, wenn an der Zuleitung des Sauerstoffs 15a mit einer Membran oder einem Kolben eine Pulsation 10 bis 500 Herz (Hz) erzeugt wird. Dieser obere Teil des Wirbelschichtreaktors 10 kann entweder mit Strom allein, mit Sauerstoff 15a allein oder mit beiden gleichzeitig betrieben werden. Sauerstoff 15a wird dem gasdichten Anschluss 3 über den Zwischenboden 26 zugeführt.

Der untere Teil der Fig. 4 zeigt eine elektrische Heizung 1 mit einer Doppelwand 33 umfassend eine innere Wand 1 in Form von dem elektrisch leitenden und beheizten Rohr 1 und eine äußere Wand in Form von einem nicht elektrisch leitenden Rohr 2, das das elektrisch leitende Rohr 1 umgibt. Das Rohr 2 kann beispielweise aus kurzen Keramikhülsen bestehen, die

übereinander angeordnet sind und durch eine Feder

zusammengepresst werden. Zwischen den Rohren 1 und 2 wird durch einen Abstandshalter 27 ein Zwischenraum 34 in Form eines Ringraums gebildet. Bei dieser Anordnung wird bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Enden des Rohres 1 dieses Rohr 1 heißer als das Rohr 2 , das durch eine gute Wärmeübertragung in der Wirbelschicht 6 gekühlt wird.

Diese Doppelrohranordnung ist besonders geeignet zur

thermisch katalytischen Zerstörung von Teeren. Das

teerhaltige Pyrolysegas 15b aus einem Vorprozess wird in den aus den Platten 16 und 17 gebildeten Hohlraum eingeleitet und den Rohren zugeführt . Durch den Verschluss 4 am Ende der Rohre 1 wird das Pyrolysegas gezwungen, durch die porösen Rohre 1 und 2 zu strömen. Zur Unterstützung der Teerspaltung können beide Rohre katalytisch beschichtet sein. Falls das Pyrolysegas 15b nicht ganz staubfrei ist, empfiehlt es sich, die Anordnung wie einen Kerzenfilter zu betreiben, bei dem durch kurzzeitige Umkehr des Druckgefälles der Staub von den Rohren entfernt wird und in diesem Fall in den als Hohlkörper ausgebildeten Düsenboden fällt. Der Staub wird durch eine von einem Gas 21 betriebene pneumatische Rüttelverrichtung 20 an die tiefste Stelle der Platte 17 befördert. Von hier wird der Staub durch eine Schleuseneinrichtung 22 aus dem Prozess entfernt. Um den Betrieb möglichst wenig durch das Abreinigen zu stören, sollte der Hohlraum zwischen den Platten 16 und 17 segmentiert sein und mit mehreren Anschlüssen zur Einspeisung von Pyrolysegas 15b versehen sein. Vorteilhaft ist auch der Einsatz eines Filterhilfsmittels (Precoat) wie Calciumoxid, das auch allein eine gute Teerspaltung bewirkt . Calciumoxid kann dem Pyrolysegas 15b beigegeben werden. Dieses

Hilfsmittel verhindert auch Anbackungen von geschmolzener Asche. Die einzelnen Düsen 18 müssen bei dieser Anordnung durch die beiden Platten 16 und 17 geführt werden. Die Düsen 18 sind üblicherweise mit Rücklaufsperren 19 versehen.

Bezugszeichenliste

1 Heizrohr

la Heizrohr, stromtragend

lb Heizrohr, nicht stromtragend

2 Wärmewiderstandsrohr

3 Anschluss

4 Verschlussstopfen

5 Wirbelschichtreaktor

6 Wirbelschicht

7 oberes Ende der Wirbelschicht

8 Freiraum über der Wirbelschicht (Freeboard)

9 Gasraum zur Verteilung des Wirbelgases

10 Wirbelschichtgehäuse

11 Düsenboden

12a Biomasse

12b Koks aus der teilumgesetzten Biomasse

13 Wirbelgas

14 Synthesegas

15a Sauerstoff

15b Pyrolysegas

16 obere Platte des Düsenbodens

17 untere Platte des Düsenbodens

18 Düsenrohr

19 Rücklaufsperre des Düsenrohrs

20 pneumatische Vibratoren

21 Gaszufuhr für Vibratoren

22 Austragsvorrichtung für Staub

23 Lochboden, unten

24 Lochboden, Mitte

25 Lochboden oben

26 Zwischenboden Abstandshalter

Kokswolken-Wirbelschicht Heizeinrichtung

Hohlraum

poröser Abschnitt

Doppelwand

Zwischenraum