Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Wasserstoff.

Es ist seit langem bekannt, dass Wasserstoff ein sehr wichtiger zukünftiger Energieträger ist, der entscheidend zur Energiewende beitragen kann und wird. Deswegen ist es sehr wichtig, dass erzeugter Wasserstoff CC>2-neutral ist, was man heutzutage als „grün“ oder „blau“, bzw. „türkis“ bezeichnet. Der größte Teil (deutlich über 90%) des auf dem Markt bestehenden Wasserstoffs ist „grau“, gewonnen aus fossilen Primärenergieträgern mit begleitender CO2 Emission, und aus diesem Grund kann dies nicht zur Energiewende beitragen. Die Nutzung von Biomasse für die vorliegende Erfindung ist ein weiterer Schritt um diese jetzige Situation zu ändern.

Stand der Technik

Die älteste Gewinnung von großtechnischen Mengen von Wasserstoff basiert auf Kohlevergasung mit Wasserdampf (Wassergasreaktion), durch die chemische Reaktion:

C + H ₂ O -> CO + H ₂

Heutzutage ist das wichtigste Verfahren für Wasserstoffgewinnung die Dampfreformierung, wobei das Methan aus Erdgas mit dem Dampf reagiert: CH ₄ + H ₂ O - CO + 3H ₂

Der Ertrag von Wasserstoff kann weiter erhöht werden durch die Wassergas- Konvertierungsreaktion („shift reaction“) bei niedrigeren Temperaturen:

Es ist weiterhin möglich, Erdöl für die Wasserstofferzeugung in einem ähnlichen Prozess zu nutzen.

So erzeugter Wasserstoff wird als „grau“ bezeichnet, da er aus fossilen Brennstoffen stammt. Falls man nachträglich das erzeugte Kohlendioxyd (CO ₂ ) aus Prozessabgasen abscheidet und unterirdisch speichert (CCS - carbon capture and storage), spricht man von „blauem“ Wassersoff. Dieser wurde auch aus fossilem Energieträger gewonnen, aber die CO ₂ Emission wird verhindert, oder mindestens drastisch reduziert. Allerdings ist das CCS-Verfahren weltweit umstritten und als risikoreich eingestuft.

Mit der Pyrolyse von Methan kann auch ein CO ₂ -neutraler Wasserstoff erzeugt werden, weil als Produkt festes Karbon entsteht:

CH ₄ ^> C + 2H ₂

So gewonnenen Wasserstoff bezeichnet man als „türkis“. Der Nachteil ist, dass die Ausbeute deutlich niedriger ist als bei der Dampfreformierung, aber ein großer Vorteil ist, dass kein gasförmiges CO ₂ entsteht. Festes Karbon ist viel einfacher zu speichern oder zu deponieren und es bestehen auch Möglichkeiten einer weiteren stofflichen Nutzung. Dieses Verfahren wird noch immer nicht im industrielen Maßstab genutzt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Methan aus Biogasanlagen zu nutzen. In diesem Fall ist der gewonnene Wassersoff sofort „grün“, auch ohne CO ₂ -Abscheidung. Da entsprechende Biogasanlagen relativ klein sind, sind diese Verfahren wirtschaftlich nicht sehr attraktiv. Die Elektrolyse von Wasser ist ein weiteres Verfahren um Wasserstoff zu gewinnen. Heutzutage wird ca. 4% von weltweit produziertem Wasserstoff durch die Elektrolyse erzeugt. Jedoch ist solcher Wassersoff nur „grün“, falls der hierzu eingesetzte Strom auch „grün“ ist. Man rechnet damit, dass die Elektrolyse die Hauptquelle von grünem Wasserstoff in der Zukunft sein wird. Das Problem ist, dass das „grüne“ Strom aus Solar- und Windanlagen nicht ständig zur Verfügung steht. Deswegen ist die Auslastung von Elektrolyseuren nicht groß genug, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Es wird wieder eine Erzeugung in den Ländern mit deutlich mehr Sonnenstunden pro Jahr notwendig und ein entsprechender Export in andere Länder. Dabei ist jedoch der Transport von Wasserstoff sehr teuer und technisch noch nicht in größerem Maßstab realisiert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine effiziente Erzeugung von Wasserstoff ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weiterhin hat die Anmelderin ermittelt, dass die Effizienz derartiger Anlagen durch eine entsprechende Steuerung derselben verbessert werden kann. Weiterhin zeigte sich beim Betrieb von aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen, dass diese nach einer bestimmten Betriebsdauer in ihrer Effizienz bzw. Leistung abfallen. Daher liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, die Effizienz derartiger Anlagen über längere Zeiträume hinweg konstant zu halten.

Diese Aufgaben werden ebenfalls durch die Gegenstände der nachfolgenden Ansprüche erreicht. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die Gegenstände der als vorteilhaft beschriebenen Ausführungsformen miteinander in jeder beliebigen Weise kombiniert werden können.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff wird zunächst der kohlenstoffhaltige Rohstoff in einem Vergaser bzw. Reaktor vergast, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser bzw. Reaktor eingeführt wird und zur Vergasung und/oder Dampfreformierung verwendet wird. Weiterhin erfolgt im Anschluss eine Reinigung des Wasserstoffes enthaltenden, bei der Vergasung entstehenden Synthesegases, wobei die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird für die Wasserstoffvergasung nicht verwendete Energie wenigstens teilweise für die Erzeugung und/oder Überhitzung von Wasserdampf weiter genutzt. Daneben oder zusätzlich ist es möglich, das Synthesegas wenigstens teilweise für die Erzeugung und/oder Überhitzung von Wasserdampf zu nutzen.

Es wird daher im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass Energie, welche bei der Erzeugung abfällt, weitgehend oder wenigstens teilweise wiederum für die Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Erzeugung von Wasserstoff möglich.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff werden die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in einen Vergaser vergast, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser eingeführt wird und zur Vergasung verwendet wird. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine Reinigung des Wasserstoff enthaltenen, bei der Vergasung entstandenen Synthesegases, wobei bevorzugt die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird mittels zwei unterschiedlichen Messeinrichtungen eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe gemessen und das Verfahren und/oder die das Verfahren durchführende Vorrichtung wird mittels einer Steuerungseinrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe gesteuert.

Es wird daher eine - bevorzugt kontinuierliche - Messung einer bestimmten charakteristischen Größe und die Steuerung des Vergasungsprozesses vorgeschlagen.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet, wobei in einem Arbeitsbetrieb der Vorrichtung die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in einer Vergasereinrichtung, wobei erhitzter Wasserdampf in den Vergaser eingeführt und zur Vergasung verwendet wird. Weiterhin erfolgt eine Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstandenen Synthesegases, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.

Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes am Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Dies kann erreicht werden, da eine fühlbare Wärme des Wasserdampfes in eine chemische Energie umgewandelt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt in einem Reinigungsbetrieb der Vorrichtung, der sich insbesondere von dem Arbeitsbetrieb unterscheidet, eine Reinigung von Bestandteilen der Vorrichtung und insbesondere der Vergasereinrichtung, wobei im Rahmen dieser Reinigung diese Bestandteile mit einem fließfähigen Reinigungsmedium und insbesondere mit erhitztem Wasserdampf gereinigt werden.

Bei einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei dieser oben genannten charakteristischen Größe (welche gemessen wird) um eine Temperatur, beispielsweise eine Temperatur des Synthesegases oder des Wasserdampfs.

Zusätzlich oder alternativ werden mit einer Vielzahl von Messeinrichtungen und/oder Sensoreinrichtungen unterschiedliche Messwerte und/oder Prozessparameter aufgenommen. Bei einem vorteilhaften Verfahren erfolgt bevorzugt eine Aufnahme und bevorzugt auch eine Speicherung von Messwerten über einen längeren Zeitraum hinweg. Besonders bevorzugt werden diese Messwerte mit einer zeitlichen Zuordnung abgespeichert. So werden die Messwerte und/oder Prozessparameter über einen Zeitraum hinweg aufgenommen, der größer ist als 5min, bevorzugt größer als 30min, bevorzugt größer als eine Stunde, bevorzugt größer als 2h und besonders bevorzugt größer als 5h.

Bevorzugt werden die Messwerte und/oder Prozessparameter kontinuierlich und/oder getaktet aufgenommen. Auf diese Weise kann auch ein Verlauf der Messwerte bestimmt werden. So kann beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt ein n-Tupel an Messwerten aufgenommen werden wie etwa zwei oder mehrere Temperaturen innerhalb der Vergasereinrichtung, eine Temperatur des Synthesegases. Während des Betriebs der Vorrichtungen können wiederholt derartige n-Tupel an Messwerten aufgenommen und bevorzugt auch abgespeichert werden, besonders bevorzugt mit einer zeitlichen Zuordnung. Weiterhin ist es möglich, dass entsprechend aufgenommene Messwerte in regelmäßigen Abständen an eine übergeordnete Speichereinrichtung übertragen werden.

Dabei ist es möglich, dass die aufgenommenen Daten auf eine zentrale Speichereinrichtung übermittelt werden, die so bevorzugt auch über längere Zeiträume hinweg die Aufnahme der Messwerte speichern und/oder protokollieren kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren leitet eine Auswerteeinrichtung und/oder Prozessoreinrichtung aus den Daten Informationen ab, welche für den Betrieb der Vorrichtung oder des Verfahrens charakteristisch sind. Bei einem bevorzugten Verfahren wird zur Auswertung dieser Daten eine künstliche Intelligenz eingesetzt, insbesondere um Aussagen über künftiges Verhalten während des Verfahrens oder über das Verhalten der Vorrichtung erzielen zu können.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die charakteristische Größe aus einer Gruppe von Größen ausgewählt, welche eine bei der Vergasung auftretende Temperatur des Wasserdampfs, eine Temperatur des Synthesegases, einen Druck des Synthesegases, ein Drehmoment einer Antriebseinrichtung, welche die Biomasse an den Vergaser fördert, eine Durchflussmenge und dergleichen enthält.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe dem Vergasungsprozess mittels einer Fördereinrichtung zugeführt und bevorzugt wird diese Fördereinrichtung auf Basis wenigstens einer charakteristischen Größe gesteuert und insbesondere geregelt.

Dabei ist es denkbar und bevorzugt, dass es sich bei der charakteristischen Größe um ein Antriebsdrehmoment einer Antriebseinrichtung der Fördereinrichtung handelt. Es wäre jedoch auch möglich, dass eine Steuerung und/oder Regelung auf Basis einer Temperatur des Wasserdampfs oder des Synthesegases erfolgt. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens ein für eine Fördereinrichtung charakteristischer Parameter gemessen. Bevorzugt kann sich dabei beispielsweise um eine Rotationsgeschwindigkeit eines Förderrechens oder einer Förderschnecke handeln oder auch um ein Drehmoment einer Antriebseinrichtung dieser Fördereinrichtung.

Bevorzugt weist die Fördereinrichtung einen elektrisch betriebene Antriebseinrichtung und insbesondere einen Elektromotor auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Turbine und insbesondere eine Gasturbine auf. Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Generator auf. Auf diese Weise ist ein autarker Betrieb der Anlage möglich.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine für den Vergasungsprozess charakteristische Temperatur gemessen und insbesondere wird an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen einer Vergasungseinrichtung diese Temperatur gemessen.

Besonders bevorzugt wird eine Fördereinrichtung in Abhängigkeit von dieser Temperatur gesteuert und/oder geregelt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur an wenigstens drei, bevorzugt an wenigstens vier, bevorzugt an wenigstens fünf unterschiedlichen Positionen und/oder Stellen des Vergasers bzw. der Vergasereinrichtung gemessen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier und bevorzugt wenigstens fünf Temperaturmesseinrichtungen an oder in der Vergasereinrichtung angeordnet, welche in unterschiedlichen Höhenzonen eine entsprechende Temperatur bestimmen. Auch diese Temperaturen werden verwendet, um die Zuführung der Biomasse bzw. des zu vergasenden Materials zu steuern und/oder zu regeln.

Weiterhin ist bevorzugt eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche die Gemessenen Istwerte der Temperaturen mit Sollwerten vergleicht. Bevorzugt wird die Fördereinrichtung auf Basis dieses Vergleichs gesteuert. So ist es möglich, dass die an den unterschiedlichen Positionen der Vergasereinrichtung auftretenden Ist-Temperaturen gemessen werden und mit den dort zu erwartenden Soll-Temperaturen verglichen werden. Wird eine Abweichung zwischen den Ist-Werten und den Sollwerten festgestellt, welche außerhalb eines vorgege- benen Toleranzbereiches liegt, so kann die Fördereinrichtung entsprechend angesteuert werden.

Auch kann in diesem Fall ein Warnhinweis an den Benutzer ausgegeben werden. Auch kann in Reaktion auf diese Werte die Zufuhr oder die Temperatur des Wasserdampfs in die Vergasereinrichtung geändert werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine Temperatur und/oder ein Druck des bei der Vergasung entstehenden Synthesegases gemessen. Auch dieser Druck oder die Temperatur kann beispielsweise charakteristisch sein für den Vergasungsprozess oder auch für nachgeschaltete Prozesse. Dies wird untenstehend genauer erläutert. Dabei wird bevorzugt diese Temperatur unmittelbar an einer Austrittsstelle des Synthesegases gemessen.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Kontrolle des Brennstoffes mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung durchgeführt. Dabei ist es möglich, eine Temperatur des Synthesegases zu bestimmen, um so Rückschlüsse auf den verwendeten Brennstoff bzw. das zur Vergasung verwendete Material ziehen zu können.

Daneben ist es möglich, dass eine elektrische oder mechanische Kenngröße der oben erwähnten Fördereinrichtung für das zu vergasende Material bestimmt wird, wie etwa ein elektrischer Strom oder ein Drehmoment eines Rechens, der zum Fördern dient. Auf diese Weise können Rückschlüsse über das zu vergasende Material gezogen werden.

Daneben ist es auch möglich, einen pH - Wert der Biomasse oder des Synthesegases zu bestimmen. Auch auf diese Weise können Rückschlüsse auf die zur Vergasung verwendete Biomasse gezogen werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wäre es auch möglich, die Förderung des zu vergasenden Materials mittels einer Inspektionseinrichtung wie einer Videokamera zu überwachen.

Bevorzugt erfolgt die oben beschriebene Reinigung der Vorrichtung mit einem erhitzten fließfähigen Reinigungsmedium. Bei einem besonders bevorzugten Verfahren wird vorgeschlagen, dass das gleiche Medium, welches auch zur Vergasung verwendet wird, auch zum Rei- nigen der Vorrichtung verwendet wird. Auf diese Weise kann die Vorrichtung insbesondere von Ablagerungen wie insbesondere aber nicht ausschließlich von Teeren befreit werden.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden Daten des Reinigungsvorgangs überwacht, wie insbesondere aber nicht ausschließlich eine Zeitdauer der Reinigung, eine Temperatur der verwendeten Reinigungsmedien, Drücke, Durchflüsse und eventuell auch Druckverläufe. Besonders bevorzugt unterscheiden sich ein Reinigungsbetrieb und ein Arbeitsbetrieb. So ist es während des Arbeitsbetriebs bevorzugt nicht möglich, einen Reinigungsbetrieb durchzuführen und umgekehrt kann bevorzugt auch der Arbeitsbetrieb nicht während des Reinigungsbetriebs ablaufen.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird zum Zweck der Reinigung Wasserdampf auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und der Vergaser und/oder Verbindungsleitungen, welche das Synthesegas von den Vergaserabführen werden auf diese Weise gereinigt. Besonders bevorzugt wird der Wasserdampf zu Reinigungszwecken auf eine höhere Temperatur erhitzt als in einen Betriebszustand bzw. im Arbeitsbetrieb. Bevorzugt liegt eine Temperatur des zur Reinigung eingesetzten Wasserdampfs zwischen 150°C und 800°C, bevorzugt zwischen 150°C und 600°C und besonders bevorzugt zwischen 200°C und 500°C.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Leitungsrohre für das Synthesegas und/oder die Leitungsrohre zur Zuführung des Wasserdampfs aus Edelstahl hergestellt.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird wenigstens zeitweise und bevorzugt während des Arbeitsbetriebs eine für den Arbeitsbetrieb charakteristische Prozessgröße gemessen und auf Basis dieser Prozessgröße wird ein Reinigungsbetrieb eingeleitet. Dies bedeutet, dass eine bestimmte Prozessgröße gemessen wird und falls diese bevorzugt einen bestimmten Schwellwert oder über- oder unterschreitet wird eine Reinigung der Vergasereinrichtung ausgelöst.

Bevorzugt handelt es sich bei der Prozessgröße um einen Druck und insbesondere einen Druck des Synthesegases. Bevorzugt wird dieser Druck kontinuierlich gemessen und besonders bevorzugt auch über einen längeren Zeitraum hinweg gemessen. Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Druck des Synthesegases an mehreren Positionen der Vorrichtung gemessen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Druck des Synthesegases mittels redundant vorhandenen Messeinrichtungen gemessen.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden weitere Bestandteile der Vorrichtung gereinigt, wobei bevorzugt diese Bestandteile aus einer Gruppe von Bestandteilen ausgewählt sind, welche Ventile, Rohreinrichtungen, Wärmetauscher, Kühler, Filtereinrichtungen und dergleichen enthält.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung vor oder während des Reinigungsprozesses aus der Vorrichtung entfernt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Vorrichtung wenigstens zeitweise mit einem weiteren Reinigungsmedium, welches sich von dem oben erwähnten ersten Reinigungsmedium unterscheidet gereinigt und/oder gespült.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden wenigstens zeitweise während des Reinigungsbetriebs Ventile der Vorrichtung geschaltet, um eine Reinigung von unterschiedlichen Bestandteilen der Vorrichtung durchzuführen. So ist es beispielsweise möglich, dass durch eine entsprechende Schaltung unterschiedliche Wärmetauscher oder unterschiedliche Kühlaggregate gereinigt werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung manuell gereinigt. So ist es beispielsweise möglich, dass bestimmte Bestandteile der Vorrichtung aus dieser entnommen werden und manuell gereinigt werden. Auch ist es möglich, dass beispielsweise Abdeckungen entfernt werden und anschließend eine insbesondere manuelle Reinigung vorgenommen wird. Daneben wäre es auch möglich, dass diese Bestandteile mittels eines zweiten Reinigungsmediums gereinigt werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtungen umgangen oder gebypasst, während die Reinigung durchgeführt wird. So ist es möglich, dass einige Aggregate, beispielsweise die Kühlaggregate nicht mittels Wasserdampfs gereinigt werden. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Verbrauch an Reinigungsmitteln, beispielsweise ein Verbrauch an Wasserdampf bestimmt. Besonders bevorzugt wird für jeden Reinigungsvorgang ein derartiger Verbrauch bestimmt. Auf diese Weise kann auf eine Effizienz des Reinigungsvorgangs geschlossen werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtungen, beispielsweise des Vergasers während oder nach einem Reinigungsvorgang inspiziert. Dabei ist es möglich, dass die Vorrichtung eine Inspektionseinrichtung wie eine Kamera aufweist, welche diese Inspektion durchführt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Bestandteile der Vorrichtung von Eis befreit und oder abgetaut. Dabei ist es denkbar, dass diese Bestandteile mit einem Abtaumittel beaufschlagt werden oder etwa elektrisch oder in anderer Weise erwärmt werden. Daneben kann die Entfernung von Eis auch mechanisch erfolgen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung elektrisch betriebene Erwärmungseinrichtungen auf, welche insbesondere dem Enteisen (insbesondere während eines Reinigungsvorgangs) dienen.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren nach einem Reinigungsbetrieb ein Wiederaufnahmebetrieb durchgeführt, um die Vorrichtung in den Arbeitsbetrieb zu überführen und bevorzugt im Rahmen dieses Wiederaufnahmebetriebs die Vorrichtung mit unterschiedlichen Prozessparametern betrieben wird als im Arbeitsbetrieb.

So ist es möglich, dass im Rahmen dieses Anfahrbetriebs zunächst Wasserdampf erzeugt und der Vergasereinrichtung zugeführt wird und anschließend die kohlenstoffhaltigen Produkte dem Vergaser zugeführt werden.

Vor der Inbetriebnahme der Anlage werden bevorzugt die genannten Leitungen und Komponenten auf eine Temperatur zwischen 50°C und 80°C vorgewärmt. Während der Inbetriebnahme steigt die Synthesegastemperatur und deswegen muss die Leistung der Begleitheizung auch steigen, so dass die Wandtemperatur immer die Synthesegastemperatur folgt.

Bevorzugt wird der untere Teil des Reaktors 1 mit Kalk, Dolomit, alter Asche (falls vorhanden) oder ähnlichem Material gefüllt. In diesem Fall liefern die Regeneratoren 20 und 21 nur leicht überhitzten Wasserdampf, ca. 200°C bis 300°C, um den leeren (ohne Biomasse!) Reaktor 1 , Zyklon 2, Partikelfilter 5 und Cracker 6 vorzuwärmen.

Anschließend wird bevorzugt die Dampfzufuhr gestoppt und mit der Befüllung des Reaktors 1 begonnen. Wenn das Reaktor 1 ausreichend mit dem Brennstoff gefüllt ist, wird bevorzugt wieder mit dem Wasserdampfzufuhr begonnen, so dass erste Mengen an Synthesegas entstehen.

Bei einem bevorzugten Verfahren weist der zur Vergasung verwendete Wasserdampf eine Temperatur auf, die über 1000°C liegt um eine allotherme Vergasung bzw. Dampfreformierung zu erreichen. Bevorzugt liegt die Temperatur oberhalb von 1200°C und besonders bevorzugt oberhalb von 1400°C. Unter einer allothermen Vergasung wird insbesondere verstanden, dass der Wärmeeintrag von außen kommt.

Auf diese Weise ist es möglich, dass die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher ist als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen.

Bevorzugt teilt sich das hier beschriebene Verfahren in wenigstens zwei Prozessschritte auf, wobei zunächst eine allotherme Vergasung des Rohstoffes (wie Biomasse und beispielsweise Holz oder Stroh) mit Wasserdampf, welches als Vergasungsmittel und Energieträger dient, vorgenommen wird. In dem anschließenden Reinigungsprozess wird eine Reinigung des Gases insbesondere von Staub und Teer und bevorzugt eine anschließende Rückführung dieser Stoffe in den Vergasungsprozess durchgeführt.

Durch die Nutzung des so hoch überhitzten Dampfs als Vergasungsmittel und Energieträger erreicht man einen hohen Wasserdampfüberschuss in dem Vergaser. Dieser Überschuss liegt dabei bevorzugt stets über zwei, besonders bevorzugt über drei.

Dabei kann Wasserdampfüberschuss als die Dampfmenge durch Biomasseinput definiert werden. In diesem Fall liegt der Wasserdampfüberschuss bevorzugt >1, besonders bevorzugt >2 (z.B. Masse Wasserdampf durch Masse Biomasse). Durch diesen Dampfüberschuss wird erreicht, dass einerseits die Bildung von Teer reduziert ist und andererseits auch die anfallenden Teere deutlich kurzkettiger und damit dünnflüssiger sind als im Falle einer Vergasung ohne Dampfüberschuss. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird dem Vergaser gemeinsam mit dem Wasserdampf ein weiteres gasförmiges Medium zugeführt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Sauerstoff oder Luft, welche gemeinsam mit dem Wasserdampf auf die Temperatur des Wasserdampfs erhitzt und dem Vergaser zugeführt werden. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren liegt die höchste Temperatur innerhalb des Vergasers stets über dem Ascheschmelzpunkt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Asche im flüssigen Zustand ausgetragen wird. Bevorzugt wird jedoch Asche in fester Form ausgetragen.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Vergaser um einen Festbettgegenstromvergaser. Grundsätzlich können verschiedene Vergasertypen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Der besondere Vorteil eines Gegenstromfestbettvergasers besteht jedoch darin, dass sich innerhalb dieses Reaktors einzelne Zonen herausbilden, in denen unterschiedliche Temperaturen und somit unterschiedliche Prozesse auftreten. Die unterschiedlichen Temperaturen beruhen darauf, dass die jeweiligen Prozesse stark endotherm sind und die Wärme nur von unten kommt.

Auf diese Weise nutzt man in besonders vorteilhafter weise die sehr hohen Dampftemperaturen aus. Da die höchsten Dampftemperaturen in der Eintrittszone des Vergasungsmittels herrschen, ist es möglich, immer die Bedingungen für einen flüssigen Ascheaustrag herzustellen. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Biomassevergasung, weil dort die Ascheschmelzpunkte sehr stark in Abhängigkeit von der Brennstoffsorte und der Bodeneigenschaften abweichen.

Bevorzugt wird eine Kontrolle der Dampftemperatur vorgenommen. Auf diese Weise kann eine Sinterung der Asche verhindert werden. Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Zugabe oder Zumischung von Kalk. Dies ist insbesondere bei anderen Brennstoffen möglich.

Bei einem vorteilhaften Verfahren wird aus dem Synthesegas Teer abgeschieden und bevorzugt wird wenigstens ein Anteil dieses Teers dem Vergasungsprozess wieder zugeführt. Be- sonders bevorzugt wird der Teer einer Hochtemperaturzone eines Regenerators injiziert. Bevorzugt wird dieser Regenerator verwendet, um Wasserdampf zu erzeugen. Bevorzugt wird der Teer daher dem Wasserdampferzeugungsprozess zugeführt.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird das Synthesegas in einem ersten Kühlschritt gekühlt und bei dieser Kühlung entstehende Wärmeenergie wird bevorzugt zur Überhitzung oder Erzeugung von Wasserdampf verwendet. Bevorzugt erfolgt dieses Kühlen mittels eines Wärmetauschers und die entsprechend abgeführte Wärmeenergie wird besonders bevorzugt dem Verdampfungsprozess zugeführt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Trocknung und/oder Abscheidung von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen. Dies kann beispielsweise in Verbindung mit einem Kühlprozess durchgeführt werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt wird das Synthesegas in einem weiteren insbesondere einem auf den ersten Kühlschritt folgenden Kühlschritt gekühlt, wobei bevorzugt für diesen weiteren Kühlschritt eine Kühleinrichtung verwendet wird, in der Temperaturen herrschen, die unter 50°, bevorzugt unter 40°, bevorzugt unter 30° und besonders bevorzugt unter 20° vorherrschen.

Besonders bevorzugt wird in dem zweiten Kühlschritt ein sog. Kryokühler verwendet. Dieser erlaubt bevorzugt eine vollständige Trocknung des Synthesegases. Besonders bevorzugt wird das Synthesegas auf eine Temperatur abgekühlt, die unter 50°, bevorzugt unter 40°, bevorzugt unter 30°, bevorzugt unter 20°, bevorzugt unter 10° und bevorzugt unter 5° und besonders bevorzugt unter 0° liegt.

Für den Cryo-Cooler bzw. Kryokühler ist es vorteilhaft die Vorrichtungen und Verfahren zu verwenden, die teilweise in der DE 10 2014 112 401 A1 beschrieben wurden. Der Offenbarungsgehalt der DE 10 2014 112 401 A1 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Vorrichtungen und Verfahren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Lösung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zum Kühlen ein Kryokühler verwendet und dieser Kryokühler weist besonders bevorzugt wenigstens zwei wechselwirkende Regenerationseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt sind diese Regenerationseinrichtungen derart gestaltet, dass das Synthesegas diese nacheinander durchläuft.

Besonders bevorzugt wird wenigstens zeitweise zunächst eine ersten Regenerationseinrichtung und anschließen eine zweite Regenerationseinrichtung (von dem Synthesegas) durchlaufen und wenigstens zeitweise wird zunächst die zweite Regenerationseinrichtung und anschließend die erste Regenerationseinrichtung (von dem Synthesegas) durchlaufen.

Besonders bevorzugt ist dieser zweiten Kühleinrichtung und/oder dem zweiten Kühlprozess eine Kälteanlage vorgeschaltet. Auf diese Weise können die hier vorteilhaften niedrigen Temperaturen des Synthesegases erreicht werden.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Filterung des gekühlten Synthesegases vorgenommen, wobei hierzu bevorzugt eine Filtereinrichtung verwendet wird und insbesondere eine Kohlefiltereinrichtung und/oder eine Zinkoxidfiltereinrichtung und/oder ein dotiertes Kohlefilter. Bevorzugt werden mehrere dieser Filtereinrichtungen verwendet. Besonders bevorzugt erfolgt diese Filterung nach einem Kühlen des Synthesegases und insbesondere nach dem oben beschriebenen zweistufigen Kühlprozess.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der gereinigte und abgekühlte Wasserstoff komprimiert und insbesondere mit einem Druck von wenigstens 100 bar, bevorzugt wenigstens 200 bar und bevorzugt wenigstens 300 bar und bevorzugt wenigstens 350 bar komprimiert. Bevorzugt wird in diesem komprimierten Zustand der Wasserstoff abgeführt. Besonders bevorzugt wird hierzu ein Kompressor verwendet. Das so komprimierte Wasserstoffgas kann anschließend verwendet werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Synthesegas vor der PSA - Anlage komprimiert. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt danach ein weiteres Verdichten des separierten Wasserstoffes.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Abtrennung von Wasserstoff und anderen Gasen insbesondere mittels einer Abtrennvorrichtung, wobei hierzu bevorzugt eine PSA-Anlage verwendet wird. Besonders bevorzugt wird ein Abgas aus der Abtrennungseinrichtung verwendet, um Wasserdampf zu erzeugen und/oder zu erhitzen. Bei diesem verwendeten Gas kann es sich wiederum um Wasserstoff handeln. Es wäre jedoch auch die Verwendung anderer Gase denkbar wie beispielsweise von Methan.

So ist es möglich, dass das Abgas (Tailgas bzw. Offgas) aus der PSA-Anlage verwendet wird, welche Gase wie CO, CO2, CH4 und eine kleine Menge an ungenutzten Wasserstoffen enthält. Diese Gase haben noch einen ausreichenden chemischen Inhalt (bzw. Heizwert) bzw. einen ausreichenden Inhalt von chemischer Energie. Diese Energie wird bevorzugt genutzt, um wiederum Wasserdampf zu erzeugen.

Bei einem bevorzugten Verfahren werden die kohlestoffhaltigen Rohstoffe vor ihrer Vergasung getrocknet. Bevorzugt wird für diese Trocknung ein Verbrennungsgas, bzw. die Verbrennungsgase aus wenigstens einem Regenerator verwendet. Bevorzugt weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche oberhalb der Sattdampftemperatur liegt und bevorzugt zwischen 20K und 50K über dieser Sattdampftemperatur liegt. Bei einem bevorzugten Verfahren weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche bei mehr als 120°C bevorzugt bei mehr als 150°C und besonders bevorzugt bei mehr als 170°C liegt. Bevorzugt weist dieses Verbrennungsgas eine Temperatur auf, welche bei weniger als 400°C, bevorzugt bei weniger als 350°C und bevorzugt bei weniger als 300°C liegt.

Bevorzugt werden die Rohstoffe mittels einer Fördereinrichtung zu dem Vergaser gefördert. Besonders bevorzugt ist diese Fördereinrichtung aus einer Gruppe von Fördereinrichtungen ausgewählt, welche Förderschnecken, Vibrorinnen, Biomasseschleusen und dergleichen enthält

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Reinigung des Synthesegases mittels eines thermischen Crackers. Bevorzugt werden hierzu wenigstens zwei wechselwirkende Regenerationseinrichtungen verwendet. Besonders bevorzugt wird bei diesem Verfahren dem Cracker Sauerstoff für eine zusätzliche Verbrennung zugeführt. Insbesondere erfolgt hier eine Oxidation von Wasserstoff, es können aber auch andere Bestandteile des Synthesegases oxidiert werden, wie etwa CH4 oder CO, was insbesondere auch von der Temperatur, der Verweilzeit und dem chemischen Gleichgewicht abhängt. Bevorzugt weist eine entsprechende Vorrichtung zum Cracken von Gasen eine Zuführleitung für ein kohlenstoffhaltiges Gas auf, mittels welcher das Gas einem ersten Wärmetauscher mit einer Schüttung einer thermischen Speichermasse zuleitbar ist.

Bevorzugt handelt es sich bei der Speichermasse um Alumina bzw. Aluminiumoxid (AI2O3). Bevorzugt werden Kugeln aus Aluminiumoxid eingesetzt, welche bevorzugt einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 2mm und 20 mm liegt.

Daneben können (insbesondere bei niedrigeren Temperaturen auch Schüttungen aus naturbelassenen Materialien wie Kalk, Dolomit oder Olivin verwendet werden.

Dabei wird besonders bevorzugt ein thermischer Cracker eingesetzt, der durch sehr hohe Temperaturen, besonders vorteilhaft zwischen 800°C und 1400°C und bevorzugt auch durch die Zufuhr einer kleinen Menge Sauerstoffs oder Luft die Restteere in kurzkettige Molekülstrukturen aufbricht. Bei diesem sogenannten thermischen Cracking wird das Synthesegas damit auf eine sehr hohe Temperatur gebracht, wodurch die langkettigen Molekülstrukturen aufgebrochen werden. Gleichzeitig wird durch diesen Vorgang die restliche Staubmenge entfernt. (Zusätzliche Energie ist bevorzugt vorgesehen, um Reaktionswärme beim Cracking- Prozess zu decken)

Bevorzugt wird das Synthesegas in dem Cracker zunächst erwärmt und anschließend wieder abgekühlt. Bevorzugt weichen dabei die Temperaturdifferenzen bei der Erwärmung und bei der anschließenden Abkühlung mit nicht mehr als 40°, bevorzugt um nicht mehr als 30°, bevorzugt um nicht mehr als 20° und besonders bevorzugt um nicht mehr als 10° voneinander ab.

Bei einem weiteren Verfahren wird das Synthesegas mittels eines Zyklons (Fliehkraftabscheider) nur von Staub befreit, so dass die Teere weiterhin im Synthesegas bleiben. (Staub und Teere werden bevorzugt im Zyklon teilweise abgeschieden) Dies wird bevorzugt durch elektrische Begleitheizungen gewährleistet, mit denen die Rohrleitungen und der Zyklon auf Temperaturen oberhalb der Kondensierungstemperatur der Teere gehalten werden. Die restlichen Teere werden in einem Kondensator gemeinsam mit dem Wasser aus dem Synthesegas entfernt. Dieses "Teerwasser" bildet eine pumpfähige Suspension, welches verdampft, überhitzt und in den Vergasungsprozess zurück gebracht wird. Im nachfolgenden wird die Bearbeitung des Synthesegases genauer beschrieben.

Bevorzugt ist eine in Strömungsrichtung des Gases nachfolgend angeordnete ersten Brennkammer vorgesehen, die insbesondere eine regelbare Zuführeinrichtung für ein anderes, sauerstoffhaltiges Gas aufweist, mittels welcher (insbesondere durch unterstöchiometrische Sauerstoffzufuhr) eine partielle Oxidation des kohlenstoffhaltigen Gases erfolgt.

Weiterhin ist bevorzugt ein in Strömungsrichtung des Gases der ersten Brennkammer nachfolgend angeordneter Reaktor vorgesehen, der eine Schüttung eines eventuell katalytisch wirkenden Materials zur katalytischen Spaltung von Verunreinigungen des kohlenstoffhaltigen Gases aufweist.

Besonders bevorzugt ist in Strömungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Gases diesem Reaktor nachfolgend eine zweite Brennkammer mit einer insbesondere regelbaren Zuführeinrichtung für ein sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen, mittels welcher durch (insbesondere unterstöchiometrische) Sauerstoffzufuhr eine partielle Oxidation des katalytisch aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Gases erfolgt, und dieser Brennkammer ist bevorzugt in Strömungsrichtung des Gases nachfolgend ein zweiter Wärmetauscher mit einer Schüttung einer thermischen Speichermasse angeordnet, wobei besonders bevorzugt die Strömungsrichtung des kohlenstoffhaltigen Gases zumindest in einem Bereich umkehrbar ist, der den ersten und zweiten Wärmetauscher, die erste und zweite Brennkammer und den Reaktor einschließt.

Für den thermischen Cracker ist es vorteilhaft die Vorrichtungen und Verfahren zu verwenden, die teilweise in der DE 10 2012 111 900 A1, DE 10 2012 111 894 A1, oder der EP 2 928 991 A1 beschrieben wurden. Der Offenbarungsgehalt der erwähnten Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Vorrichtungen und Verfahren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Lösung.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung bzw. Dampfreformierung von kohlestoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlestoffhaltigen Produkte auf. Daneben weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung auf, welche erhitzten Wasserdampf in die Vergasereinrichtung einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des wasserstoffenthaltenden bei der Vergasung entstandenen Synthesegases auf, wobei die Vergasung eine allotherme Vergasung ist und der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Rückgewinnungseinrichtung auf, um für die Wasserstofferzeugung nicht mehr brauchbare Energie für die Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf wieder zu nutzen. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes am Eintritt. Dieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Bevorzugt beträgt dieser Energiezuwachs wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20% und bevorzugt wenigstens 40% und besonders bevorzugt wenigstens 50% und besonders bevorzugt wenigstens 60%.

Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine Erhitzungseinrichtung zum Erhitzen von Wasserdampf auf. Insbesondere weist die Vorrichtung wenigstens zwei und besonders bevorzugt wenigstens drei wechselwirkende Regeneratoren auf.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese Vorrichtung weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe auf, sowie eine Zuführeinrichtung, welche erhitzten Wasserdampf in den Vergaser einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin ist eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstehenden Synthesegases vorgesehen, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und bevorzugt der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Umwandlungsprozesses auf und weiterhin weist die Vorrichtung wenigstens eine erste Sensoreinrichtung zur Erfassung eines ersten für den Umwandlungsprozess charakteristischen Messwert und wenigstens eine zweite Sensoreinrichtungen zur Erfassung eines zweiten für den Umwandlungsprozess charakteristischen Messwert auf, und die Steuerungseinrichtung steuert den Umwandlungsprozess sowohl auf Basis des ersten als auch auf Basis des zweiten Messwerts. Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen und insbesondere von Biomasse in Wasserstoff gerichtet. Diese weist eine Vergasereinrichtung zur Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe auf, sowie eine Zuführeinrichtung, welche erhitzten Wasserdampf in die Vergasereinrichtung einführt, um diesen zur Vergasung zu verwenden. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung des Wasserstoff enthaltenen bei der Vergasung entstandenen Synthesegases auf, wobei die Vergasung bevorzugt eine allotherme Vergasung ist und bevorzugt der erhitzte Wasserdampf sowohl als Vergasungsmittel als auch als Wärmeträger für die Vergasung verwendet wird.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Reinigungsbetrieb zum Reinigen von Bestandteilen der Vorrichtung und insbesondere des Vergasers auf oder ermöglicht diesen, wobei im Rahmen dieses Reinigungsbetriebs diese Bestandteile mit einem fließfähigen Reinigungsmedium und insbesondere mit Wasserdampf reinigbar sind.

Bei einer weiteren (alternativen oder zusätzlichen) erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Messeinrichtungen auf, welche eine für den Umwandlungsprozess charakteristische Größe messen und es ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Vorrichtung unter Berücksichtigung dieser charakteristischen Größe steuert.

Es wird also auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Messeinrichtungen für den Umwandlungsprozess charakteristische Messwerte aufnehmen und unter Berücksichtigung dieser Messwerte die Steuerung der Vorrichtung erfolgt. Bevorzugt sind die Messeinrichtungen dazu geeignet und bestimmt, die Messwerte kontinuierlich über einen bestimmten Zeitraum hinweg aufzunehmen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens vier Temperaturmesseinrichtungen zur Bestimmung von Temperaturen der Vergasereinrichtung aufweist sowie wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Bestimmung einer Temperatur des Synthesegases. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Analyseeinrichtung zur Analyse des Synthesegases hinsichtlich seiner Bestandteile auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Synthesegases auf.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zur Förderung der kohlenstoffhalten Produkte auf und bevorzugt steuert die Steuerungseinrichtung diese Fördereinrichtung unter Berücksichtigung der genannten Messwerte.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Erwärmungseinrichtung zur Überhitzung von Wasserdampf auf und bevorzugt wird auch diese Erwärmungseinrichtung in Abhängigkeit von gemessenen Messwerten gesteuert und geregelt

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine und bevorzugt wenigstens zwei Kühleinrichtungen zum Kühlen von wasserstoffenthaltenden Synthesegasen auf. Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei Kühleinrichtungen zum Kühlen des wasserstoffenthaltenden Synthesegases vorgesehen, die bevorzugt in der Strömungsrichtung des Synthesegases hintereinander angeordnet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Kryo-Kühler handeln.

Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens eine Erzeugungseinrichtung und bevorzugt wenigstens zwei Erzeugungseinrichtungen zum Erzeugen von Wasserdampf auf. Bevorzugt handelt es sich bei der Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen und insbesondere zum Überhitzen von Wasserdampf um einen Rekuperator und besonders bevorzugt um einen Schüttgutregenerator.

Besonders bevorzugt weist dieser Schüttgutregenerator eine Wärmespeichermasse aus Schüttgut auf, welche innerhalb eines Behältnisses und welche besonders bevorzugt innerhalb zwei zueinander koaxialen zylinderförmigen Rosten angeordnet ist.

Bevorzugt umgibt der innere dieser beiden Roste einen heißen Sammelraum für die heiße Gase. Um den äußeren zylinderförmigen Rost ist bevorzugt eine umlaufende Wandung angeordnet und besonders bevorzugt ist zwischen dem äußeren zylinderförmigen Rost und dieser Wandung ein Sammelraum für kalte Gase vorgesehen.

Bevorzugt ist ein Anstieg des Druckverlustes während einer Heiz-Phase des Schüttgutregenerators mindestens mal so groß ist wie der Wert aus rho ■ g ■ H, wobei rho bzw. delta rho: die Gasdichte bei einer Temperatur von 20°C, g die Erdbeschleunigung und H die Höhe des Regenerators ist, und wobei bevorzugt Durchsatzleistung für das Gas mindestens 300 Nm3/h ■ m2 Fläche des heißen Rostes bei Normaldruck beträgt. 2

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Korngröße des Schüttgutes kleiner als 15 mm. Bevorzugt ist die Korngröße des Schüttguts größer als 2 mm.

Bevorzugt ist der äußere Durchmesser der ringförmigen Wärmespeichermasse höchstens doppelt so groß wie der innere Durchmesser. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Schüttgutregenerator mit einem Vormischbrenner beheizt.

Ein Regenerator der hier beschriebenen Art eignet sich in besonderer Weise für die hier beschriebene Erzeugung von Wasserstoff.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Schüttgutregenerator eine Umwälzeinrichtung und/oder eine Umlauffördereinrichtung zum Umwälzen und/oder Umfö- dern von Schüttgut auf. Dabei kann, bevorzugt auch im laufenden Betrieb eine Umwälzung des Schüttguts ermöglicht werden. So wäre es möglich, dass Schüttgut aus einem ersten Bereich des Schüttgutregenerators abgefördert und einem anderen Bereich des Schüttgutregenerators zugeführt wird.

Bevorzugt erfolgt ein derartiges Umwälzen und/oder Umfördern des Schüttguts in vorgegebenen Zeiträumen, beispielsweise 1 - 2 mal pro Tag

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, welche geeignet und bestimmt ist, eine Austragsmenge von Schüttgut aus dem Schüttgutregenerator zu bestimmen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Gewichtsmesseinrichtung handeln. Bevorzugt befindet sich während des Umwälzens und/oder Umlauffördern des Schüttguts ein vorgegebener Anteil des Schüttguts außerhalb einer aktiven Zone d.h. außerhalb einer Zone, in der das Schüttgut zum Erwärmen dient. Dieser Anteil liegt dabei bevorzugt zwischen 1 % und 2% der gesamten Menge an Schüttgut.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die oben beschriebene Sensoreinrichtung aus einer Gruppe von Sensoreinrichtungen ausgewählt, welche Temperaturmesseinrichtungen, Druckmesseinrichtungen, Feuchtigkeitsmesseinrichtungen, Drehmomentmesseinrichtungen, Durchflussmesseinrichtungen und dergleichen enthält. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung dazu geeignet und bestimmt, eine Temperatur des Wasserdampfs zu erfassen. Besonders bevorzugt sind die Messeinrichtungen wenigstens teilweise als Messsonden ausgebildet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung auf, welche die Bestandteile des Synthesegases bestimmt, insbesondere die Anteile unterschiedlicher Gase. Daneben ist bevorzugt auch eine Messeinrichtung vorgesehen, welche einen Sauerstoffanteil des Synthesegases bestimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Messeinrichtungen wenigstens teilweise redundant angeordnet. So kann eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des Wasserdampfs oder einer Temperatur des Synthesegases redundant angeordnet sein, sodass bei Ausfall einer Messeinrichtung ein Betrieb weiter durchgeführt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Zeitgeber auf, der zur Steuerung einzelner Anlagenteile geeignet und bestimmt ist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, welche angezeigte Messwerte anzeigt. Dabei ist es auch möglich, dass diese Anzeigeeinrichtung drahtlos mit den einzelnen Messeinrichtungen kommuniziert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzeigeeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, von den Messeinrichtungen angezeigte Werte anzuzeigen. Dabei wird bevorzugt auch ein Messwert einer bestimmten Messeinrichtung zugeordnet. So ist es möglich, dass die Anzeigeeinrichtung eine Darstellung der vollständigen Anzeige zeigt und jeweils dargestellt wird, an welcher Stelle, welche Messwerte erfasst wurden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Anzeigeeinrichtung tragbar ausgeführt, etwa in der Form eines tragbaren Touchscreens. Auf diese Weise kann der Bediener von unterschiedlichen Orten aus einer Überwachung und/oder Steuerung der Vorrichtung vornehmen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Messeinrichtung eine Sendeeinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein gemessenes Signal drahtlos auszugeben. Bevorzugt ist diese Messeinrichtung und/oder die Sendeeinrichtung dazu geeignet und bestimmt, zusätzlich zu dem Messwert auch eine Identifikation auszugeben, welche die Messeinrichtung insbesondere eindeutig identifiziert.

Bevorzugt ist wenigstens eine dieser Sensoreinrichtungen auswechselbar. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Bedienungseinrichtung auf, mittels derer ein Benutzer bestimmte Anlagenteile steuern oder regeln kann oder auf deren Steuerung oder Regelung einwirken kann. So ist es möglich, dass ein Benutzer selbsttätig Ventile einstellt oder auch die Zuführung von Biomasse an der Verdampfereinrichtung regelt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche einen Feuchtigkeitsgrad der zuzuführenden Biomasse misst. Daneben können auch Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, welche eine Temperatur der oben erwähnten Pebble- Heater bestimmen. Daneben kann auch eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, welche eine Temperaturmessung des bereits gekühlten Mediums, beispielsweise des gekühlten Wasserstoffs ermöglicht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung auf, welche wenigstens einen Umgebungsparameter bestimmt. So kann beispielsweise eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen sein, welche eine Umgebungstemperatur misst oder eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Luftfeuchte oder eines Luftdrucks.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine von einer Antriebseinrichtung angetriebene Fördereinrichtung auf, welche die kohlenstoffhaltigen Produkte der Vergasereinrichtung zu fördert und diese Fördereinrichtung und/oder die Antriebseinrichtung wird bevorzugt in Abhängigkeit von wenigstens einem Messwert gesteuert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vergasereinrichtung wenigstens zwei, bevorzugt mindestens drei und bevorzugt wenigstens vier Temperaturmesseinrichtungen auf, welche Temperaturen in unterschiedlichen Bereichen und/oder Zonen der Vergasereinrichtung messen. Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens fünf bevorzugt, wenigstens sechs derartige Temperaturmesseinrichtungen auf. Besonders bevorzugt wird die Fördereinrichtung und/oder der Förderantrieb unter Berücksichtigung dieser Temperaturwerte gesteuert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine und bevorzugt wenigstens zwei Druckmesseinrichtungen auf, welche bevorzugt an unterschiedlichen Positionen der Vorrichtung angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Druckmesseinrichtung dazu geeignet und bestimmt, einen Druckabfall oder eine Druckdifferenz zu bestimmen. So ist es möglich, dass eine der Druckmesseinrichtungen stromabwärts der zweiten Druckmesseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise bestimmt werden, ob ein Reinigungsvorgang an der Vorrichtung durchgeführt werden sollte.

Bevorzugt ist auch den Erzeugungs- und/oder Überhitzungseinrichtung zum Erhitzen von Wasserdamot wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet und bevorzugt wenigstens zwei Temperaturmesseinrichtungen. Diese können sich beispielsweise eingangsseitig und ausgangsseitig an der Überhitzungseinrichtung befinden. Die von diesen Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperaturwerte können zur Steuerung der Vorrichtung und insbesondere zur Steuerung der Überhitzung des Wasserdampfs dienen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine (insbesondere elektronische) Speichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl von den von unterschiedlichen Messeinrichtungen gemessenen Messwerten auf. Dabei ist es möglich, dass die Speichereinrichtung über einen längeren Zeitraum derartige Messwerte aufnimmt. Besonders bevorzugt ist die Speichereinrichtung dazu geeignet und bestimmt, die Messwerte mit einer zeitlichen Zuordnung aufzunehmen und/oder zu bestimmen. Besonders bevorzugt werden diese Messwerte mit einem für einen Zeitpunkt charakteristischen Zeitwert aufgenommen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zeitgebereinrichtung auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Warneinrichtung auf, welche auf einen durchzuführenden Reinigungsvorgang und/oder auf Störungen während des Arbeitsbetriebs der Vorrichtung hinweist. Daneben weist bevorzugt die Vorrichtung eine Speichereinrichtung auf, welche charakteristische Daten der Reinigung erfasst. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Verbrauch eines Reinigungsmediums handeln, um eine Temperatur, bei der die Reinigung durchgeführt wurde, um eine Zeitdauer der Reinigung und dergleichen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung, und insbesondere eine entfernt angeordnete Prozessoreinrichtung auf, mittels derer eine Fernwartung und/oder eine Fernreinigung ermöglicht wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung auf, um dem ersten Reinigungsmittel, beispielsweise Wasserdampf ein zweites Reinigungsmittel wie etwa ein Additiv zuzuführen. Auf diese Weise können zusätzlich zu dem Wasserdampf auch Reinigungsmittel eingesetzt werden, welche beispielsweise eine Reinigung von Teeren verbessern.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine Messeinrichtung auf, welche einen für den Arbeitsbetrieb der Vorrichtung charakteristischen Parameter erfasst. Wie oben erwähnt, kann es sich dabei beispielsweise um eine Temperaturmesseinrichtung, eine Druckmesseinrichtung und dergleichen handeln.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine weitere Brennkammer auf, welche insbesondere zur Durchführung des Reinigungsvorgangs dient. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Nachverbrennungskammer, welche insbesondere dazu dient, Wasserdampf noch weiter zu überhitzen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von (zusätzlichem) Sauerstoff auf. Dabei kann insbesondere zu Reinigungszwecken und/oder zur Durchführung des Reinigungsvorgangs eine zusätzliche Menge an Sauerstoff zugeführt werden, um den Wasserdampf zu Reinigungszwecken noch weiter zu überhitzen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zuführung von (zusätzlichem) Sauerstoff in Reaktion und/oder unter Berücksichtigung wenigstens eines Messwerts, beispielsweise in Reaktion und/oder Berücksichtigung auf eine gemessene Temperatur, beispielsweise einer gemessenen Temperatur des Wasserdampfs.

Für weitere Details hinsichtlich der Schüttgutregeneratoren wird auf die EP 0 620 909 B1 oder der DE 42 36619 C2 hingewiesen. Der Offenbarungsgehalt der EP 0620 909 B1 sowie der DE 42 36 619 C2 wird hiermit durch Bezugnahme vollständig in die hier vorliegende Offenbarung einbezogen. Die Verwendung derartiger Schüttgutregeneratoren führt zu einer gegenüber dem Stand der Technik effizienteren Vorrichtung. Hinsichtlich der DE 42 36619 C2 wird insbesondere auf Sp 2, Z.55 bis Sp. 4, Z. 37 verwiesen.

Die hier vorgeschlagene Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer Energie von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen, die CO2 neutral sind, in Wasserstoff. Rohstoffe können verschiedene Biomasse (z.B. Holz, Holzreste, Abfallholz, Agrarabfall, Stroh, schnellwachsende Pflanzen, Abfall aus Nahrungsmittelindustrie, Gärreste, Biertreber), organische Abfälle (z.B. Hausmüll, Hausabfall, RDF - „refuse derived fuel“, Industrieabfall) und dergleichen sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren der allothermen Dampfreformierung von kohlenhaltigen Rohstoffen, wird die chemische Energie des Rohstoffes genutzt um die Kohlenstoffgehalt höchstmöglich auch für die Wasserstofferzeugung zu nutzen. Das Verfahren erzielt eine extrem hohe Ausbeute von Wasserstoff, durch die Nutzung von sehr stark überhitztem Wasserdampf, der gleichzeitig als Energieträger und als Reaktionsmittel fungiert. Die für die H2-Erzeugung nicht mehr brauchbare Energie wird für die Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf weitergenutzt, was zu einer sehr wirkungsvollen allothermen Reaktion führt. Das alles resultiert in einem sehr wirtschaftlichen Verfahren zur CCh-neutralen Wasserstoffgewinnung. Bevorzugt ist die chemische Energie des Synthesegases am Vergaser-Austritt höher als die chemische Energie des Brennstoffes an Eintritt.JDieser Energiezuwachs kann bis 130% und mehr betragen. Bevorzugt beträgt dieser Energiezuwachs wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20% und bevorzugt wenigstens 40% und besonders bevorzugt wenigstens 50% und besonders bevorzugt wenigstens 60%.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus beigefügten Zeichnungen:

Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 eine Darstellung eines vorteilhaften thermischen Crackers;

Fig. 3 eine Darstellung einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Synthesegases;

Fig. 4 eine Darstellung zur Verwendung von Teeren;

Fig. 5 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Steuerung der Vergasereinrichtung; und

Fig. 7 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Prozessablaufs.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 zur Erzeugung von Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 1 auf einen Hochtemperatur - Reaktor bzw. Vergaser, in dem der Rohstoff entlang des Pfeil P2 eintritt. Das Bezugszeichen 31 kennzeichnet eine optionale Trocknungseinrichtung zum Trocknen des Rohstoffes. Aus der Leitung 19 kommt ein Gas, oder eine Gasmischung, das als Energieträger für die Reaktion und der als Reaktant dient.

Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt eine Transporteinrichtung auf, welche den Rohstoff von der Trocknungseinrichtung zu dem Hochtemperatur - Reaktor fördert. Diese Transporteinrichtung weist bevorzugt wenigstens ein und bevorzugt mehrere Transportbänder, wenigstens eine Transportschnecke und/oder wenigstens einen oder mehrere Kratzkettenförderer auf. Dabei kann eine Förderung des Rohstoffes kontinuierlich oder getaktet erfolgen.

Dieses aus der Leitung 19 kommende Gas besteht bevorzugt aus sehr hoch überhitztem Wasserdampf oder weist solchen auf. Damit ist bevorzugt eine allotherme Erzeugung von Synthesegas möglich. Falls der eingesetzte Rohstoff mineralische Bestandteile enthält, verlassen diese den Reaktor entlang der Pfeil P3 als Asche. Abhängig von herrschender Temperatur in diesem Bereich des Reaktors und von Aschezusammensetzung, kann die Asche in festem oder flüssigem Aggregatzustand abgeführt werden. Ausgehend von dem Reaktor 1 gelangt das erzeugte Synthesegas, das sehr viel Wasserstoff enthält, über eine Leitung 100 in einen Zyklon, oder bevorzugt in ein Multizyklon. In diesem Zyklon 2 wird ein Großteil des Teeres und des anfallenden Staubes ausgeschieden und in einem Reservoir 3 zwischengespeichert. Damit stellt dieser Zyklon eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen des Synthesegases dar

Bevorzugt wird mittels eine Pumpe 4 der Teer durch eine Leitung 109 transportiert, in die Leitung 19 injiziert und damit zurück in den Prozess zugeführt. Die Injektionsstelle kann kurz vor dem Reaktor 1 , oder schon im Reaktor sein.

Das so vorgereinigte Synthesegas, in dem Restteer zusammen mit restlichen Staubmengen vorhanden ist, gelangt über eine weitere Leitung 101 in einen Partikel-Filter 5. Dort wird die Staubmenge praktisch vollständig entfernt, so dass nur noch gasförmige leichtflüchtige Teere im Synthesegas weiter vorhanden sind. Diese werden bevorzugt in einem thermischen Cracker 6 zerstört, wohin die Gase über die Leitung 102 gelangen.

Bevorzugt weist daher die Vorrichtung zwei aufeinanderfolgende Reinigungseinrichtungen zum Reinigen des Synthesegases auf. Bevorzugt wird das Synthesegas durch den von dem Wasserdampf stammenden Druck durch die Anlage gefördert.

In dem Cracker herrschen bevorzugt Temperaturen deutlich über 800°C, so dass neben den Teeren auch das im Synthesegas enthaltene Methan gecrackt, bzw. pyrolysiert wird. Auf diese Weise steigt den FL-Anteil im Synthesegas weiter. Um die Hochtemperatur zu behalten, bzw. die Reaktionsenergie zu erreichen, wird bevorzugt eine vorgegebene Menge Sauerstoff, oder Luft, entlang des Pfeils P4, dem Cracker zugeführt. Dadurch oxidiert ein Teil des Synthesegases (H2, CO, oder CH4) und die notwendige Energie wird freigesetzt.

Nach dem thermischen Cracker gelangt das Synthesegas über eine Leitung 103 in einen Gaskühler 7. In diesem Gaskühler wird das Synthesegas so weit abgekühlt, dass in dem, durch einen Leitung 104, nachgeschalteten Kondensator s überschüssiger Wasserdampf auskondensiert wird. Bevorzugt kann dabei die Abwärme (P7) verwendet werden, um die Biomasse zu trocknen. Alternativ kann die Abwärme auch in ein Nahwärmenetz eingespeist werden. Abhängig von Kapazität der Anlage, beträgt das Durchmesser diese Rohrleitung zwischen mindestens 100 mm und normalerweise 800 mm. Bei extrem großen Anlagen können die Rohre auch einen Durchmesser über 1.000 mm haben. Besonders bevorzugt sind die Rohrleitungen aus Edelstahl gefertigt, um einerseits den hohen Temperaturen und andererseits aggressiven Komponenten des Synthesegases (wie Ameisensäure oder Schwefelsäure) standhalten zu können.

Das austretende Synthesegas enthält noch eine Menge Restfeuchte, abhängig von herrschendem Druck und Temperatur. Deswegen leitet man bevorzugt durch eine Leitung 105 die Gasmischung in eine Kühleinrichtung, bevorzugt Cryo-Cooler 9, in dem bevorzugt Temperaturen unter 20°, bevorzugt unter 10° und besonders bevorzugt 0°C und besonders bevorzugt unter -5°C, und besonders bevorzugt unter -10°C herrschen. Dadurch wird das Synthesegas vollständig getrocknet und temperaturabhängig von leichtflüchtigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol, Naphthalin usw., befreit.

Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Kühlung des Synthesegases in wenigstens drei Stufen.

Um weitere eventuell vorhandene Schadstoffe (Furane, Schwefel...) zu entfernen, wird über eine Leitung 106 ein Kohle-Filter 10 (alternativ: Gaswäsche), und bevorzugt weiter über eine Leitung 107 ein Zink-Oxyd-Filter (oder ein dotiertes Kohle-Filter für die Schwefel-Adsorption) 11 , nachgeschaltet. So komplett gereinigtes Synthesegas wird über eine Leitung 108 im Verdichter 12 komprimiert, auf einen Druck der für die Wasserstoffseparation geeignet ist. Bevorzugt liegt dieser Druck in einem Bereich zwischen 10bar und 25bar, bevorzugt zwischen 12bar und 20bar. Zusätzlich oder alternativ wäre es auch möglich, eine Gaswäsche vorzunehmen

Um Wasserstoff von anderen Gasen aus Synthesegas zu entfernen, wird bevorzugt eine PSA (Pressure Swing Adsorption) -Anlage 13 eingesetzt. Durch eine Leitung 40 gelangt der separierte Wasserstoff in einen Fh-Kompressor 14, wo er auf 350 bar, oder noch höhere Drücke, verdichtet wird. Verdichteter Wasserstoff ist bereit für die weitere Nutzung und verlässt die Anlage entlang des Pfeils P6. Das Tail-Gas (Off-Gas) aus der PSA-Anlage 13 enthält die Gase wie CO, CO2, CH4 und eine kleine Menge nicht ausgenutzte H2, mit einem ausreichenden Inhalt von chemischer Energie. Diese Energie wird ausgenutzt um Wasserdampf zu erzeugen (über eine Leitung 15), bzw. den Wasserdampf zu überhitzen (über eine Leitung 17).

Die Leitung 15 leitet einen Teil des Tail-Gases in einen Dampferzeuger 16, wo Sattdampf produziert ist. Als Speisewasser dient bevorzugt das auskondensierte Wasser aus dem Kondensator 8, dem über eine Leitung 81 und ein Dosierventil 82 Frischwasser aus einer Leitung 83 zugemischt wird. Eine Menge Frischwasser (ungefähr 1/3 des Speisewassers) ist nötig, weil dieses durch die Reaktion mit dem Kohlenstoff im Reaktor 1 für die Wasserstofferzeugung verbraucht wird.

Mit einer Speisewasserpumpe 71 wird der richtige Druck für den Dampfkessel 16 und den produzierten Sattdampf, bzw. für die ganze Anlage 200 erzeugt. Vor dem Eintritt in den Kessel 16 wird das Speisewasser in dem Wärmetauscher 7, durch die Nutzung der Wärme von Synthesegas, vorgewärmt. Beide, Frischwasser aus der Leitung 83 und auskondensiertes Wasser aus Leitung 81 , werden in entsprechenden Anlagen, die hier nicht gezeigt sind, auf notwendige Qualität für den Kessel 16 aufbereitet.

Bevorzugt weist die die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wasseraufbereitungseinrichtung auf.

Der Sattdampf gelangt anschließend über eine Verbindungsleitung 18, die in zwei Teilleitungen 18a und 18b aufgespalten wird, in zwei Erwärmungseinrichtungen, bevorzugt in zwei Regeneratoren 20 und 21 . In diesen Regeneratoren wird der Wasserdampf auf die nötige Temperatur überhitzt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung sind zwei Regeneratoren 20 und 21 vorgesehen, welche bevorzugt einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage ermöglichen.

Während in dem Regenerator 20 der Wasserdampf überhitzt wird, befindet sich der Regenerator 21 in einer Aufheizphase, das heißt er wird hier insbesondere durch die Verbrennung von dem zweiten Teil des Tail-Gases 17, aus der PSA-Anlage 13, mit Wärmeenergie aufgeladen. Zur Ansteuerung der beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 22 bis 29 verwendet. Dabei sind die Ventile 22, 24, 26 und 28 dem Regenerator 20 zugeordnet und die Ventile 23, 25, 27 und 29 dem Regenerator 21. Durch eine Umschaltung, beispielsweise eine periodische Umschaltung der gezeigten Ventilen 22 bis 29 können die beiden Regeneratoren 20 und 21 wechselseitig betrieben werden. Durch die Ausnutzung der Energie des Tail-Gases 15 und 17, wird diese Energie, in der Form des sehr hoch überhitzten Wasserdampfs durch die Leitung 19, wieder in den Prozess rückgeführt.

Dabei ist es möglich, dass die Umschaltung mittels einer Zeitsteuerung gesteuert wird, dass also bevorzugt während des Arbeitsbetriebs zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in vorgegebenen Zeiträumen eine Umschaltung erfolgt. Weiterhin ist es auch möglich, dass eine Umschaltung auf Basis anderer Kenngrößen, wie etwa einer Temperaturmessung erfolgt. Daneben sind auch Kombinationen beider Steuerungen möglich.

So kann beispielsweise primär eine zeitabhängige Steuerung vorgesehen sein, wobei jedoch zusätzlich überprüft wird, ob eine Umschaltung auch durch entsprechende Temperaturen angezeigt ist. Daneben ist es auch möglich, dass an einen Maschinenbediener die Aufforderung ausgegeben wird, eine Umschaltung durchzuführen.

Die jeweils entstehenden Verbrennungsgase verlassen die Regeneratoren durch einen Leitung 30 und gelangen in eine Trocknungsanlage 31. Dort ist ihre fühlbare Wärme ausgenutzt um den Wassergehalt des feuchten Rohstoffes, der entlang des Pfeils P1 in die Anlage 200 eintritt, deutlich zu reduzieren. Auf diese Weise reduziert sich den Wassergehalt des getrocknetes Rohstoffes der in den Reaktor 1 entlang des Pfeiles P2 gelangt, deutlich unter 10%, was eine Steigerung des Wirkungsgrades der gesamter Anlage 200 bedeutet. (10% bei 50% Eingang)

Die Ausnutzung der chemischen Energie des Tail-Gases 15 und 17 aus der PSA-Anlage 13 und die Ausnutzung der Abwärme aus dem Gaskühler 7 für die Speisewasser-Vorwärmung, zusammen mit der oben beschriebenen Trocknungsanlage 31, resultieren in einem hohen Wirkungsgrad der gesamter Anlage 200 und einer wirtschaftliche Wasserstoffgewinnung. Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt eine Zumischung von Synthesegas, insbesondere falls die Tail-Gas Menge nicht ausreichend ist) Anstelle der in Fig. 1 gezeigten zwei Regeneratoren 20 und 21 , können auch drei oder auch mehrere Regeneratoren eingesetzt werden, um einen besonders gleichmäßigen Betrieb zu erreichen.

Entlang des Pfeils P5 kann ein anderes Gas, oder eine Gasmischung, zum Wasserdampf in die Leitung 18 zugeführt werden. Das kann ein überschüssiges Tail-Gas aus der Anlage 13 sein, oder eine Menge Abgas welches aus der Leitung 30 aus der Regeneratoren 20, 21 abgezweigt. Es kann sich hierbei auch um ein externes Gas, welches von außerhalb der Anlage 200 stammt, handeln. Auf diese Weise kann man den Wasserdampfüberschuss im Reaktor 1 reduzieren und so den Wirkungsgrad weiter verbessern.

Es ist auch möglich, den ganzen Prozess zu optimieren, um die Ausbeute eines anderen Nebenproduktes, wie z.B. Benzols, zu erhöhen, um die Wirtschaftlichkeit weiter zu steigern. Falls ein besonders trockener Rohstoff vorliegt, entfällt der Bedarf nach der Trockner 31. In diesem Fall kann die Abwärme aus den Abgasen in der Leitung 30, für andere Zwecke, z.B. für eine Nahwärmenetz, ausgenutzt werden.

Die Abwärme aus dem Kondensator 8, entlang des Pfeils P7, kann auch ausgenutzt werden, z.B. auch für ein Nahwärmenetz, für die zusätzliche Trocknung des Rohstoffes, oder für die Vorwärmung des Frischwassers aus der Leitung 83. Daneben kann ein (nicht gezeigter) Luftkühler vorgesehen sein.

Falls der Rohstoff entlang des Pfeils P1 eine sehr gute und saubere Qualität ausweist, wird es möglich auf eine oder mehrere nachgeschaltete Reinigungskomponenten zu verzichten, wie z.B. Partikel-Filter 5, Cryo-Cooler 9, Kohle-Filter 10 und/oder ZnO-Filter 11. Abhängig von der Verunreinigungen im Synthesegas kann man die Reihenfolge der Komponenten 9, 10, 11 ändern, um ein optimales Ergebnis zu erreichen.

Zu diesem Zweck kann eine Bypass-Leitung vorgesehen sein, welche einen oder mehrere Anlagenteile umgeht. Mittels Ventilen kann das Synthesegas über diese Bypass-Leitung geführt werden.

Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der in Fig.

1 gezeigten thermischen Cracker 6. Um einen niedrigen Energieverbrauch der Anlage, trotz sehr hohen Temperaturen in die Cracking-Zone, zu erreichen, nutzt man bevorzugt wieder zwei wechselwirkende Regeneratoreinrichtungen und insbesondere Regeneratoren- Schichten 65 und 66. Für die Ansteuerung die beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 61 bis 64 verwendet.

Dabei kennzeichnen die Bezugszeichen 65a und 66a jeweils die oberen bzw. wärmeren Bereiche /Seiten dieser Schichten und die Bezugszeichen 65b und 66b jeweils die unteren bzw. kühleren Bereiche /Seiten dieser Schichten. Diese Schichten können dabei radial oder auch axial nebeneinander angeordnet sein.

Das Roh-Synthesegas strömt aus der Leitung 102, durch das Ventil 61 und die Regenerator- Schicht 65, wo es auf eine sehr hohe Temperatur, bevorzugt deutlich über 800°C, vorgewärmt wird. Durch diese Temperatur findet ein spontanes thermisches Cracking von Teeren und Methan statt. Da das Synthesegas einen hohen Überschuss an Wasserdampf enthält, entstehen dabei zusätzliche Menge von Wasserstoff. Bevorzugt werden die oben genannten Schichten von dem Synthesegas nacheinander durchlaufen.

Um der Energiebedarf für das Cracking, sowie die Energieverluste der Anlage 6 zu decken, wird bevorzugt eine kleine Menge des Synthesegases nachverbrannt, weswegen bevorzugt entlang des Pfeils P4 Sauerstoff zugeführt wird. Statt Sauerstoff kann man auch Luft zuführen und insbesondere eindüsen: Ein Vorteil dieser Vorgehensweise sind niedrigere Kosten, aber ein großer Nachteil, dass dadurch das Synthesegas auch Stickstoff enthalten wird.

Heißes gecracktes Synthesegas strömt bevorzugt durch die zweite Regenerator-Schicht 66, so dass es wieder abgekühlt und insbesondere auf die fast Eingangstemperatur gebracht wird. Die Austrittstemperatur liegt normalerweise nur 5K bis 50K oberhalb der Eingangstemperatur.

Durch das Ventil 64 verlässt das Gas die Anlage und strömt weiter durch die Leitung 103. Nach einer gewissen Zeit, wechseln durch die Ansteuerung der Ventile 61 bis 64, sich die Wirkung der zwei Regeneratoren ab.

Anstelle der in Fig. 2 gezeigten zwei Regeneratoren 65, 66 können auch drei oder mehrere Regeneratoren, die bevorzugt immer an der heißen Seite verbunden sind, eingesetzt wer- den. So wird möglich sein, einen besonders gleichmäßigen Betrieb, inklusive einer Spülphase, zu erreichen.

Die Steuerung der Cracker 6, bzw. die Umschaltung zwischen die Regeneratorenschichten 65 und 66 auf Fig. 2 läuft in Abhängigkeit von Zeit, und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur. Jede Phase dauert eine gewisse Zeit, Atc, normalerweise zwischen 2 und 5 Minuten.

Wenn diese Zeit abgelaufen ist, wird bevorzugt die Strömungsrichtung durch die Betätigung der Ventile 61 bis 64 geändert und eine neue Betriebsphase startet. Während dieser Zeit Atc steigt die Temperatur am Austritt, gemessen an Messstellen 321 , bzw. 322. Falls diese Temperatur eine gewissen Grenzwert TC1 übersteigt, schaltet man die Ventile 61 bis 64 um, um die Komponenten von der Überhitzung zu schützen. Dies bedeutet, dass bevorzugt auch dort die Temperatur der zweite Umschaltkriterium ist.

In die Hochtemperaturzone oberhalb der Schichten 65 und 66 herrscht eine hohe Reaktionstemperatur TC2, die bevorzugt vorgegeben ist um das gewünschte Cracking von höheren Kohlenwasserstoffmolekülen zu erzielen. Die Messtellen bzw. Temperaturmesseinrichtungen 323 und 324 messen die Temperatur in dieser Zone. Da die Crackingreaktionen endotherm sind, sinkt die Temperatur in der Strömungsrichtung und eine Menge Oxidationsmittel (Sauerstoff, Luft,...) entlang des Pfeils P4 muss zugegeben werden.

Dadurch oxydiert ein Anteil des Synthesegases und die notwendige hochtemperatur Wärme entsteht. Abhängig von der Temperaturmessungen 323 und 324 regelt das Ventil 325 die Menge an Oxydationsmittel, um die gewünschte Temperatur TC2 möglichst stabil zu halten.

Falls die Anlage 6 mit radial durchströmten Schichten 65 und 66 ausgelegt ist, ist bevorzugt wieder die Umlaufförderung wie bei den Regeneratoren 20 und 21 vorgesehen, um die thermischen Spannungen in der radialen Richtung zu kontrollieren, bzw. zu reduzieren. Aber auch bei der axialen Auslegung der Schichten 65 und 66 kann man bevorzugt regelmäßig eine kleine Menge des Bettmaterials von unten herausnehmen und oben wieder einführen. In mittleren Schichten des Bettes entstehen die Ablagerungen von Rußpartikeln, die der Druckverlust erhöhen und die freie Durchströmung verhindern können. Durch die Umlaufförderung des Bettmaterials gelangen die rußhaltigen Partikel in die Hochtemperaturzone, wo Ruß wieder verschwindet. Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Kryo-Kühlers 9. Um einen niedrigen Energieverbrauch der Anlage, trotz sehr niedrigen Temperaturen in die Kälte-Zone, zu erreichen, nutzt man bevorzugt wieder zwei wechselwirkende Regeneratoren-Schichten 95 und 96. Diese Schichten können beispielsweise aus Kies bestehen.

Für die Ansteuerung die beiden Regeneratoren wird eine Vielzahl von Ventilen 91 bis 94 verwendet. Der große Wasserdampfüberschuss in dem Synthesegas wird bevorzugt vorher im Kondensator 8 entfernt, aber bevorzugt abhängig von dort herrschenden Temperatur und Druck. Dabei kann noch immer eine kleine Restfeuchte verbleiben, die in nachgeschalteten Komponenten Probleme für eine störungsfreien Betrieb verursachen kann.

Deswegen strömt bevorzugt das Synthesegas aus der Leitung 105, durch das Ventil 91 und das Regenerator-Schicht 95, wo es auf eine sehr niedrige Temperatur, mindestens unter 0°C oder nach Bedarf deutlich unter 0°C, abgekühlt wird. Durch diese Temperatur findet eine Auskondensierung der Restfeuchte statt und das Synthesegas wird komplett trocken. Auch die extrem leichtflüchtigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie Benzol, Toluol, Naphthalin usw., werden kondensieren. Es besteht die Möglichkeit manche von diesen Chemikalien zu extrahieren und für andere Prozesse weiter zu nutzen, was die Wirtschaftlichkeit dieser Anlage 200 erhöht.

Um die niedrigen Temperaturen zu erhalten, sowie die Kälteverluste der Anlage 9 zu decken, wird bevorzugt eine Kälteanlage 97 nachgeschaltet. Kaltes und/oder getrocknetes Synthesegas strömt durch das zweite Regenerator-Schicht 96, so dass es fast wieder auf die Eingangstemperatur abgekühlt wird. Durch das Ventil 94 verlässt das Gas die Anlage und strömt weiter durch die Leitung 106. Bevorzugt findet also in diesem Prozess zunächst eine Abkühlung und anschließend eine Erwärmung des Synthesegases statt

Nach einer gewissen Zeit wechseln sich durch die Ansteuerung der Ventile 91 bis 94 die Wirkungen der zwei Regeneratoren. Anstelle der in Fig. 3 gezeigten zwei Regeneratoren 95, 96 können auch drei oder mehrere Regeneratoren, die bevorzugt immer an der kalten Seite verbunden sind, eingesetzt werden. So wird es möglich, einen besonders gleichmäßigen Betrieb, inklusive einer Spülphase, zu erreichen. Die Steuerung der Cryo-Cooler 9, bzw. die Umschaltung zwischen den Regeneratorenschichten 95 und 96 in Fig. 3 erfolgt bevorzugt nach Zeit, und/oder nach der Temperatur. Jede Phase dauert eine gewisse Zeit, Atcc, normalerweise auch hier zwischen 2 und 5 Minuten.

Sobald diese Zeit abgelaufen ist, ändert man die Strömungsrichtung durch die Betätigung der Ventile 91 bis 94 und eine neue Betriebsphase startet. Während dieser Zeit Atcc sinkt die Temperatur am Austritt, gemessen an den Messeinrichtungen bzw. Messstellen 331 , bzw. 332. Falls diese Temperatur unter einen gewissen Grenzwert TCC1 fällt, werden bevorzugt Ventile 91 bis 94 umgeschaltet, bevor die Zeit abgelaufen ist, um den Wirkungsgrad der Anlage hoch zu halten, bzw. die Energieverbräuche der Kühlungsaggregat 97 niedrig zu halten. Bevorzugt erfolgt also hier eine Zeit- und Temperatursteuerung

In die Niedrigtemperaturzone unterhalb der Schichten 95 und 96 herrscht eine sehr niedrige Temperatur TCC2, die vorgegeben ist um die gewünschte Austrocknung des Synthesegases, gleichzeitig mit der Ausscheidung der sehr flüchtigen, restlichen, Teerefraktionen (wie z.B. Naphthalin) zu erreichen. Die Messtellen 333 und 324 messen die Temperatur in dieser Zone. Um die Kondensationswärme zu überdecken, muss der Kühlungsaggregat 97 die anfallende Wärme herausbringen. Abhängig von der Temperaturmessungen 333 und 334 regelt man bevorzugt die Leistung der Aggregat 97, um die gewünschte Temperatur TCC2 möglichst stabil zu halten.

Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Die Teere aus der Leitung 109 werden direkt in die Hochtemperaturzone der Regeneratoren 20, 21 injiziert. Während einer Verbrennungsphase oxidieren die injizierten Teere und leisten einen Beitrag zum Vorheizen des Regenerators 20 in Fig. 4. Das ist besonders vorteilhaft, falls die Energiemenge des Tail- Gases aus der Leitung 17 nicht ausreichend ist.

Falls man die Teere während einer Dampfüberhitzungsphase injiziert, wie im Regenerator 21 in Fig. 4, reagieren die Teere mit dem Dampf. Durch diese Dampfreformierung entsteht sofort zusätzliche Mengen an H2, zusammen mit etwas CO/CO2, und so reduziert sich die Temperatur dieser Gasmischung. Auf diese Weise ist die thermische Belastung der Heiß- windschieber 28, 29, der Leitung 19 und des Hochtemperatur-Teils des Reaktors 1, bei gleicher Energiezufuhr deutlich reduziert.

Durch eine Betätigung der Ventile 110, 111 ist es möglich, auswählen, in welcher Betriebsphase der Regeneratoren 20, 21 die Teere injiziert werden sollen.

Die Steuerung, bzw. Umschaltung der Regeneratoren 20 und 21 in Fig. 4 läuft bevorzugt zeitabhängig und/oder temperaturabhängig. Jede Heiz-, bzw. Dampfphase dauert eine gewisse Zeit, Ath, bzw. Atd. Falls nur zwei Regeneratoren vorgesehen sind, ist Ath < Atd, da man eine kurze Zeit braucht, um alle Ventile in die richtige Position zu bringen.

Auf diese Weise ist die Lieferung des überhitzten Dampfs bevorzugt (absolut) kontinuierlich und der Rest des Prozesses im Reaktor 1 und in die ganze Anlage 200 läuft ohne Unterbrechung. Falls man drei oder mehrere Regeneratoren nutzt, ist die Heizphase entsprechend länger, aber mit reduziertem Durchfluss. z.B., bei drei Regeneratoren ist eine Heizphase etwas kürzer als die doppelte Dampfphase: Ath < 2Atd. Auf diese Weise kann man den Druckverlust eine Heizphase ungefähr gleich wie bei der Dampfphase halten. Die Verbrennung findet normalerweise unter Umgebungsdruck statt, und die Dampfphase unter erhöhtem Druck.

Der zweite bevorzugte Umschaltkriterium ist die Temperatur. Während jeder Heizphase steigt die Temperatur des Abgases, gemessen an der Messstelle 310, bzw. 311. Falls diese Temperatur über eine vorgegeben Grenztemperatur TG1 steigt, wird die Heizphase beendet und geht wieder in die Dampfphase über. Der Grund dafür besteht darin, das Material vor der Überhitzung zu schützen, aber auch den Wirkungsgrad der Anlage hoch zu halten.

Für den in Fig. 4 gezeichneten Fall (Regenerator 20 ist in der Heizphase), wird die Heizphase beendet bevor die Zeit Ath abgelaufen ist, falls die Temperatur an der Messstelle 310 den Wert TGI erreicht hat.

Die Temperatur als Umschaltkriterium gilt bevorzugt auch für eine Dampfphase. Während jeder Dampfphase sinkt die Temperatur des überhitzten Dampfs, gemessen an der Messstelle bzw. mit der Messeinrichtung 312, bzw. 313. Falls diese Temperatur unter eine vorge- gebene Grenztemperatur TG2 sinkt, wird bevorzugt die Dampfphase beendet und in die Heizphase aktiviert.

Der Grund dafür ist der Prozess im Reaktor 1. Falls die Dampftemperatur zu niedrig ist, reduziert sich die Ausbeute des Wasserstoffs. Für den in Fig. 4 gezeigten Fall (Regenerator 21 in die Dampfphase), wird die Dampfphase beendet bevor die Zeit Atd abgelaufen ist, falls die Temperatur an der Messstelle 313 das Wert TG2 unterschritten hat.

An der Regeneratoren 20 und 21 kann man noch weitere Temperaturmessstellen, die hier nicht gezeigt sind, anordnen um die korrekte Gasverteilung, bzw. der Verbrennungsprozess zu kontrollieren.

Um die thermischen Spannungen in den radialen Richtungen der Regenerator 20 und 21 zu kontrollieren, bzw. zu reduzieren, wird bevorzugt ein Verfahren und entsprechende Einrichtungen, wie sie im Patent DE 9744 387 C1 bzw. in die Patentanmeldung DE 102012 023 517 A1 beschrieben sind, genutzt.

Fig. 5 zeigt eine Alternative zu der Vorrichtung 200 aus Fig. 1. Die Energie, die für die Dampferzeugung im Kessel 16 notwendig ist, kommt nicht vom Tail-Gas, sondern von einer anderen externen Energiequelle, entlang des Pfeils P8. Dabei kann es sich wieder um den gleichen Rohstoff handeln wie in Fig. 1, z.B. Biomasse.

Aber es kann sich auch um einen anderen Rohstoff handeln z.B. einen Industrieabfall, Abfallgas usw... In diesem Fall wird mehr Tail-Gas für die Dampfüberhitzung in den Regeneratoren 20, 21 zur Verfügung stehen. Falls das nicht notwendig ist, wird das überschüssiges Tail-Gas in die Sattdampfleitung 18, entlang des Pfeils P5, injiziert. Auf diese Weise entsteht mehr H2 und die ^-Ausbeute entlang des Pfeils P7 pro eingesetzte Rohstoffmenge P1 wird spezifisch höher sein. Das hat einen positiven Einfluss auf die Ausnutzung der Anlage 201 und dementsprechend auf die Wirtschaftlichkeit. Eine weitere Alternative ist die Verwendung einer externen Dampfquelle.

Inbetriebnahme und Reinigung:

Um die Ablagerung der Teere zu verhindern, oder wenigstens zu minimieren, ist bevorzugt eine Begleitheizeinrichtung an wenigstens einer der Leitungen 100, 101, 102, 103, bevorzugt an mehreren dieser Leitungen und bevorzugt an allen diesen Leitungen vorgesehen. Bevorzugt ist auch eine Begleitheizeinrichtung an den Komponenten Zyklon 2 und Staubfilter 5 vorgesehen sowie bevorzugt an den Ventilen in der Umgebung des Cracker 6, 61 bis 64.

Bevorzugt handelt es sich bei wenigstens einer dieser Begleitheizeinrichtungen, bevorzugt bei mehreren dieser Begleitheizeinrichtungen und besonders bevorzugt bei allen diesen Begleitheizeinrichtungen um eine elektrisch betriebene Heizeinrichtungen.

Als Begleitheizeinrichtung ist bevorzugt eine Ausführung mit elektrischen Drähten die beste Lösung, aber es gibt auch andere Lösungen, z.B. Dampfheizung oder Warmwasserheizung.

Die elektrische Begleitheizeinrichtung wird bevorzugt sehr genau geregelt, weil die Wandtemperatur der Leitung nicht zu niedrig (intensive Auskondensierung der Teere), aber auch nicht zu hoch (Anbackungen von Teeren) sein darf.

Vor der Inbetriebnahme der Anlage werden bevorzugt die genannten Leitungen und Komponenten auf eine Temperatur zwischen 50°C und 80°C vorgewärmt. Während der Inbetriebnahme steigt die Synthesegastemperatur und deswegen muss die Leistung der Begleitheizung auch steigen, so dass die Wandtemperatur immer die Synthesegastemperatur folgt.

Falls man eine ausreichend gute Außenisolierung der Leitungen, bzw. die Komponenten, hat, wird bevorzugt beim Erreichen der nominalen Betriebsbedingungen die Leistung der Begleitheizeinrichtung(en) stark reduziert, oder sogar (wenigstens zeitweise) ausgeschaltet. Die Begleitheizeinrichtung dient dann bevorzugt nur, um die Wandtemperatur zu regeln, am bestens um einen Wert im Bereich der Synthesegastemperatur und besonders bevorzugt in einem Bereich von ±5 K der Synthesegastemperatur.

Bevorzugt wird der untere Teil des Reaktors 1 mit Kalk, Dolomit, alter Asche (falls vorhanden) oder ähnlichem Material gefüllt. In diesem Fall liefern die Regeneratoren 20 und 21 nur leicht überhitzten Wasserdampf, ca. 200°C bis 300°C, um den leeren (ohne Biomasse!) Reaktor 1 , Zyklon 2, Partikelfilter 5 und Cracker 6 vorzuwärmen.

Fig. 6 zeigt die wichtigsten Messtellen und Komponenten für die Sicherheit und Regelung der Vergasereinrichtung bzw. des Reaktors 1. Seitlich ist eine Vielzahl von Temperatur- messstellen bzw. Temperaturmesseinrichtung 300 vorgesehen, die auf unterschiedlichen Höhen des Bettes aus Brennstoff angeordnet sind. Es sind bevorzugt mindestens vier solcher Messtellen, bevorzugt mindestens acht, und besonders bevorzugt wenigstens zehn und bevorzugt zwölf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Messstellen bzw. Messeinrichtungen In nicht übereinander, sondern rund um den Reaktor eingeordnet. In einem normalen Arbeitsbetrieb sollten gemessenen Temperaturen von unten nach oben abfallen. Falls das nicht der Fall ist, bedeutet es, dass das Bett nicht gleichmäßig durchgestromt ist, oder dass es im Bett leere Stellen gibt.

In einem solchem Fall wird die Vergasereinrichtung angesteuert um deren Arbeitsbetrieb zu verändern. So können die Vergasungsmittel und Energieträger durch die Leitung 19 erhöht werden und/oder es können zusätzlichen Mengen an Brennstoff P2 eingeführt werden.

Um eine konstante Kapazität des Reaktors 1 zu erreichen, ist eine weitere Temperaturmesseinrichtung bzw. Messstelle 301 (unmittelbar) am Reaktoraustritt vorgesehen. Falls die dort gemessene Temperatur höher als eine Solltemperatur T1 ist, bedeutet das, dass nicht ausreichend Brennstoff im Reaktor ist. In diesem Fall können zusätzliche Mengen durch P2 eingefüllt werden. Die Temperatur sinkt in diesem Fall und falls eine untere Solltemperatur T2 erreicht wird, wird die weitere Brennstoffzufuhr gestoppt, bis die obere Solltemperatur T1 wieder erreicht wird.

Mit einem rotierenden Rechen 303 wird das eingeführte Brennstoff eben verteilt, um leere oder ungleich gefüllte Stellen im Bett zu vermeiden. Der Rechen ist mittels einer Welle 304 durch einen Motor 305 getrieben. Das Drehmoment an diesem Motor gibt Auskunft über die Brennstoffmengen im Reaktor 1 , die als eine alternative Methode zur Kapazitätsregelung genutzt werden kann. Falls das Drehmoment kleiner als ein vorgegebener Wert M1 ist, bedeutet dies, dass das Rechen im Leeren rotiert und das Brennstoffmenge zu niedrig ist. Durch Zugabe des Brennstoffes durch P2 steigt das Drehmoment und sobald ein Wert M2 erreicht wird, wird die Brennstoffzufuhr gestoppt, bis der Drehmomentwert M1 wieder erreicht ist.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird daher die Förderleistung der zu vergasenden Produkte in Abhängigkeit von mehreren Steuergrößen gesteuert und insbesondere geregelt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche eine Veränderung der vertikalen Position des Rechens 304 erlaubt. Die vertikale Position des Rechens 303 und/oder der Welle 304 kann insbesondere abhängig von der Brennstoffqualität (Zusammensetzung, Wassergehalt, Stückigkeit...) geändert werden. Das hat Einfluss auf die Solltemperaturen T1 und T2, bzw. auf die Drehmomente M1 und M2.

Am Reaktoraustritt, oder an der Leitung 100. insbesondere unmittelbar nach dem Reaktor, wird bevorzugt man die Zusammensetzung des Synthesegases gemessen (Messstelle 302 im Fig. 6). Das dient dazu um die Eingangsparameter zu ändern, um eine höhe Ausbeute an Wasserstoff zu erreichen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines Sauerstoffgehalts des Synthesegases auf.

Neben den üblichen Komponenten des Synthesegases (H2, CO, CO2, CH4...) misst man bevorzugt auch die Sauerstoffkonzentration (O2). Sauerstoff kann zum Beispiel durch die Biomasseschleuse in den Reaktor, und so im Synthesegas kommen.

Das ist extrem unerwünscht, weil so Knallgas (Mischung aus H2+O2) entsteht, was die Anlage beschädigt und das Personal verletzen kann. Deswegen geht die Anlage sofort in einen NOT-Zustand, falls die Sauerstoffkonzentration einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Man stoppt (insbesondere sofort) die Zufuhr von Reaktionsmittel durch die Leitung 19, und düst bevorzugt Stickstoff ein und/oder öffnet die By-Pass Leitungen 111 bis 118, gezeichnet in Fig. 7.

Erst wenn die Sauerstoffkonzentration deutlich unter den Grenzwert fällt, darf die Anlage wieder in Betrieb gehen. Falls eine derartige Situation erneut eintritt, muss die Anlage außer Betrieb gehen, bis die Ursache gefunden und beseitigt ist.

Die Abgase, die auch etwas Teere von vorherigem Betrieb enthalten können, leitet man bevorzugt in eine Nachbrennkammer 50 (vgl. Fig. 7).

Anschließend wird bevorzugt die Dampfzufuhr gestoppt und mit der Befüllung des Reaktors 1 begonnen. Wenn das Reaktor 1 ausreichend mit dem Brennstoff gefüllt ist, wird bevorzugt wieder mit dem Wasserdampfzufuhr begonnen, so dass erste Mengen an Synthesegas entstehen.

Während einer Inbetriebnahme wird bevorzugt nicht sofort die ganze Anlage 200 eingeschaltet, sondern ein Teil nach dem anderen. Deswegen sind bevorzugt mindestens zwei, bevorzugt vier oder noch mehr By-Pass-Leitungen vorgesehen. In Fig. 7 sind vier solche Leitungen, 111 , 112, 116 und 118, zusammen mit einer Sammelleitung 120, dargestellt.

Man verwendet bevorzugt die By-Pass-Ventile 351 , 352, 356 und 358 dazu. Diese Ventile sind bevorzugt als Drei-Wege-Ventile ausgeführt (alternativ kann man zwei Zwei-Wege- Ventile mit gekoppeltem Antrieb nutzen). Am Anfang, durch Betätigung des Ventils 351 , öffnet man die By- Pass- Leitung 111 , so dass das Synthesegas nicht weiter in Richtung Partikelfilter 5 strömen kann.

Falls die Temperatur und der Betrieb des Zyklons 2 in Ordnung sind, öffnet man die By- Pass-Leitung 112, durch die Betätigung des Ventils 352. Dann schließt man die Leitung 111 , so dass die ganze Menge des Synthesegases durch den Partikelfilter 5 und die Leitung 112 strömt. Diese Betriebsweise verfolgt man weiter, bis die letzte Leitung 118, durch die Betätigung des Ventils 358, geöffnet wird. Erstmals wann die Temperaturen, Gasqualität und das Druck des Synthesegases an dieser Stelle in Ordnung sind, schließt man bevorzugt die By- Pass-Leitung 118 und das Gas strömt über den Kompressor 12 durch die PSA-Anlage 13. Somit beginnt die Herstellung des reinen Wasserstoffes.

Über die Leitung 120 gelangt das qualitativ minderwertige Synthesegas aus By-Pass- Leitungen 111 bis 118 in eine Nachbrennkammer 50, wo dieses Gas, zusammen mit mehr oder weniger Teerresten, nachverbrannt wird und die sauberen Abgase, durch den Kamin 51 , in die Atmosphäre geleitet werden.

Die Nachbrennkammer 50 kann in die Brennkammer des Kessels 16 integriert werden, um die entwickelte Wärme für die Dampferzeugung auszunutzen. Während der Inbetriebnahme wird bevorzugt ein externer Brennstoff, am besten erneuerbarer Brennstoff wie Biomasse, Bio-Diesel oder Bio-Methan, für die Sattdampferzeugung im Kessel 16 und für die Dampfüberhitzung in Regeneratoren 20 und 21 genutzt. Erstmals wenn die Produktion des Synthesegases vollständig läuft, wird bevorzugt auf den externen Brennstoff verzichtet. Reinigung

Nach einem Betriebstopp wird bevorzugt die Anlage gereinigt und/oder für die nächste Betriebsphase vorbereitet. Als erstes, wird der Reaktor 1 außer Betrieb gesetzt, d.h. es erfolgt kein Biomassezufuhr und/oder keine Dampfzufuhr mehr. Alternativ kann man statt Biomasse Kalk, Dolomit, alte Asche oder ähnliche Material füllen. Alle By-Pass Leitungen 111 bis 118 sind in dieser Phase bevorzugt geöffnet.

Dann fährt man mit einer reduziertem Dampfzufuhr, mit immer niedriger Dampftemperatur, bis ca. 300°C erreicht sind.

Wenn die Biomasse verbraucht ist oder durch die Ascheschleuse entfernt ist, beginnt die Reinigung der Anlage. Leicht überhitzte Wasserdampf (200-300°C) strömt durch den Reaktor 1 und durch die Leitungen 100, 101, 102, 103, durch den Zyklon 2, Partikelfilter 5 und den Cracker 6 und entfernt die eventuell abgelagerten Teere.

Falls notwendig kann man Luft zum Sattdampf zumischen und beides auf 200°C bis 300°C überhitzen. Damit können die hartnäckigen Anbackungen von Teeren in den Leitungen verbrennen. Dabei wird bevorzugt die Temperatur zu überwacht, da zusätzliche Wärme entsteht. Am Ende stoppt man bevorzugt die Wasserdampfzufuhr und die Anlage kann sich abkühlen.

Abhängig von der Brennstoffqualität, können ein oder mehrere Anlageteile weggelassen werden, wie z.B. der Zyklon 2, der Partikelfilter 5 oder der Cracker 6.

Falls ein Brennstoff absolut ohne Klein-Anteile verwendet wird, welcher bei der Reaktion mit Wasserdampf keine Partikel bildet, dann kann auf den Partikelfilter 5 verzichtet werden.

Falls man einen Brennstoff chargiert, der keine flüchtigen Bestandteile erhält, kann der Einsatz der Cracker 6 überflüssig sein.

Falls man einen schwefelfreien Brennstoff hat, dann ist der ZnO-Filter 11 nicht mehr nötig. Alle Bestandteile der Anlage 200 sind notwendig um eine sehr hohe Qualität des Wasserstoffs, wie z.B. für die Brennstoffzelle erforderlich, zu produzieren. Falls man den erzeugten Wasserstoff in eine Erdgasleitung einspeisen möchte, sind die Qualitätsanforderungen nicht so hoch, und eine oder mehrere Komponenten 9, 10 oder 11 , können weglassen werden. Diese Komponenten (9, 10, 11) können auch in einer anderen Reihenfolge als der gezeigten angeordnet sein.

Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegen- über dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombi- nation mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.