Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse. Unter Biomasse ist jede kohlenstoffhaltige biogene Masse wie etwa Holzabfälle, Ern ^¬ teabfälle, Grasschnitt, Gärreste, Klärschlamm oder derglei ^¬ chen zu verstehen.

In der Praxis kommen vorrangig dezentrale kleine Anla ^¬ gen mit einem Durchsatz von unter 200 Kg Biomasse pro Stunde zum Einsatz, beispielsweise an Bauernhöfen oder im kommunalen Bereich, um den Transport für die Biomasse und die Reststoffe zu vermeiden und die Abwärme vor Ort nutzen zu können. Die Akzeptanz solcher Anlagen im Markt fehlt bis heute. Ein wesentlicher Grund hierfür ist der Teer, der bei der Pyrolyse und Vergasung von Biomasse entsteht. Der Teer muss bislang aufwendig entfernt werden und erfordert in der Regel einen hohen Wartungsaufwand für die Anlagen. Wenn das bei der Vergasung erzeugte Gas anschließend in einem Block ^¬ heizkraftwerk verwendet werden soll, ist es sogar notwendig den Teer vollständig aus dem erzeugten Produktgas zu ent ^¬ fernen. Nicht nur die Wartung sondern auch die Anschaffung solcher Anlagen ist bislang teuer.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse unter Verwendung eines Gleichstromvergasers ist aus DE 10 2008 043 131 AI bekannt. Zur Vermeidung der Teerbeladung des Produktgases wird dort ein einstufiges Verfah ^¬ ren mit Hilfe des Gleichstromvergasers vorgeschlagen, wobei Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zugeführt wird. In der Reduktionszone wird oberhalb der Oxi- dationszone eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet.

Dadurch soll die bei Festbettvergasern bekannte kritische Kanalbildung im Bereich der Reduktionszone vermieden und auf diese Weise die Teerbeladung des Produktegases redu ^¬ ziert werden. Allerdings erfordert die Erzeugung einer sol ^¬ chen Wirbelschicht das Beschränken der Vergasung auf bestimmte biogene Reststoffe bzw. Partikelgrößen, da ansons ^¬ ten eine stabile Wirbelschicht nicht erreicht werden kann.

EP 1 436 364 Bl beschreibt eine Vorrichtung mit einer Reaktionskammer bei der die Zufuhr von Biomasse seitlich erfolgt. In der Reaktionskammer können die Teer enthaltenden Gase an dem geschlossenen Deckel kondensieren. Dies ermöglicht entweder das Entfernen des kondensierten Teers aus der Reaktionskammer oder das Zurückführen des Teers in die Reaktionszonen innerhalb der Reduktionskammer. Dadurch soll der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden. Eine ähnliche Ein ^¬ richtung beschreibt auch EP 2 522 707 A2. Dort ist zusätzlich eine Nachbehandlungseinheit vorhanden, mit der der Reststoff möglichst vollständig mineralisiert und „weiße Asche" erzeugt werden soll.

Eine weitere Lösung zur Biomassevergasung ist in DE 20 2009 008 671 Ul beschrieben. Dort wird ein Gleichstromvergaser mit einer Pyrolysekammer und einem Vergaser vorgeschlagen. In der Oxidationszone des Vergasers wird das teerhaltige Pyrolysegas bei 1200°C verbrannt. Demenspre ^¬ chend sind sehr hohe Temperaturen in der Oxidationszone er ^¬ forderlich .

EP 2 636 720 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Synthesegas durch eine Dampfreformierung aus Biomasse er ^¬ zeugt wird. Dafür sind sehr große Heizflächen zur indirekten Beheizung erforderlich. In Vergaserrohren bzw. Vergaserspiralen soll durch bewegte Paddel eine Wirbelschicht erzeugt werden. Das Synthesegas wird anschließend in einem Kohlefilter im Gegenstromverfahren gereinigt und kühlt dabei auch ab.

DE 198 46 805 AI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von Biomasse. In dem Verfahren wird in einem Entgasungsofen Pyrolysegas und Koks erzeugt, das in einen Vergasungsreaktor gefördert wird, in dem der Koks teilweise vergast wird, wobei Aktiv ^¬ kohle entsteht. Die Aktivkohle wird über eine Förderein ^¬ richtung aus dem Brennraum entfernt und in einen Filter außerhalb des Brennraums transportiert. Das aus dem Verfahren entstehende Produktgas wird gesondert von der Aktivkohle aus dem Vergasungsreaktor entfernt und in einem Wärmetauscher abgekühlt. Anschließend wird das abgekühlte Produkt ^¬ gas durch den mit der Aktivkohle gefüllten Filter geleitet. Dabei sollen Schadstoffe in der Aktivkohle zurückbleiben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung von Biomasse zu schaffen, das unterschiedlichste biogene Reststoffe un ^¬ abhängig von der Partikelgröße verarbeitet und ein teerar ^¬ mes Produktgas wirtschaftlich erzeugen kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkma ^¬ len des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Produktgas aus der Biomasse, die einer Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, beispielsweise gemäß Patentanspruch 13, zuge ^¬ führt wird, in wenigstens drei Verfahrensstufen erzeugt. In einer ersten Verfahrensstufe wird aus der zugeführten Bio ^¬ masse ein Rohgas und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff er- zeugt .

Dazu wird die Biomasse beispielsweise in einer Oxida- tionszone durch Zufuhr von einem sauerstoffhaltigen Gas, insbesondere Luft, unterstöchiometrisch oxidiert. Das zuzu ^¬ führende sauerstoffhaltige Gas kann dafür vorgewärmt sein. Bei der unterstöchiometrischen Oxidation entstehen das Rohgas und ein koksartiger, kohlenstoffhaltiger Reststoff.

In einer Abwandlung des Verfahrens wird in der ersten Verfahrensstufe die zugeführte Biomasse in einer ersten Teilstufe in einer Erhitzungszone getrocknet und/oder der ^¬ art erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Bio ^¬ masse entweichen, wobei ein Pyrolysegas und der kohlen ^¬ stoffhaltiger Reststoff entstehen. Trocknung und Pyrolyse können in einer gemeinsamen Erhitzungszone durchgeführt werden. Alternativ können die Trocknung der Biomasse und die Pyrolyse in voneinander getrennten Zonen durchgeführt werden. In einer zweiten Teilstufe wird das Pyrolysegas aus der ersten Verfahrensstufe in einer Oxidationszone durch Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases unterstöchiometrisch oxidiert, wodurch das Rohgas entsteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass koh ^¬ lenstoffhaltiger Reststoff und das Rohgas aus der ersten Verfahrensstufe in einer zweiten Verfahrensstufe teilweise derart vergast werden, dass Aktivkohle entsteht. Dabei wer ^¬ den vorzugsweise bis zu maximal 75% und weiter vorzugsweise bis zu maximal 60 bis 65% des kohlenstoffhaltigen Reststof ^¬ fes in der Vergasungszone vergast. Die Temperatur in der Vergasungszone kann bei einem Ausführungsbeispiel mindes ^¬ tens 800°C und maximal 1000°C betragen. In der Vergasungs ^¬ zone wird ein heißes Produktgas und Aktivkohle erzeugt.

In der dritten Verfahrensstufe werden in einer Kühlzo- ne das heiße Produktgas und wenigstens eine Teil der Aktiv ^¬ kohle gemeinsam abgekühlt. Dabei findet ein Adsorptionspro- zess statt, bei dem sich der Teer aus dem heißen Produktgas an der Aktivkohle anlagert. Somit wird der Teer aus dem heißen Produktgas entfernt und das im Anschluss an die dritte Verfahrensstufe bereitgestellte Produktgas ist teer ^¬ arm bzw. im Wesentlichen frei von Teerbestandteilen. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet, dass eine bestimmte Menge der in der Vergasungszone erzeugten Aktivkohle und das heiße Produktgas, zu denen die zugeführte Biomasse ge ^¬ führt hat, der Kühlzone zugeführt und in der Kühlzone zu ^¬ sammen abgekühlt werden, so dass ein Adsorptionsprozess während des Abkühlens stattfindet, bei dem die bestimmte Menge Aktivkohle während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas angereichert wird.

Die bestimmte Menge Aktivkohle weist eine Masse mAK2 auf, die von minimal 2% bis maximal 10% der Masse mBwaf der zugeführten Biomasse bezogen auf den Bezugsstand wasser- und aschefrei (waf) beträgt. Beispielsweise werden je Kilo ^¬ gramm zugeführter Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei 0,05 Kilogramm Aktivkohle in die Kühlzone zum gemeinsamen Abkühlen mit dem anfallenden Produktgas gefördert. Wenn beispielsweise ein Massenstrom von Biomasse mBroh der Vorrichtung zugeführt wird, so weist die Biomasse in der Regel Wasser und Mineralstoffe auf. Der Massenstrom mBroh zugeführter Biomasse entspricht daher einem Massenstrom mBwaf von Biomasse im Bezugszustand wasser- und aschefrei, der in der Regel kleiner ist als der Massenstrom mBroh. Bei konstantem Massenstrom zugeführter Biomasse wird ein bestimmter Massenstrom mAK2 Aktivkohle aus der Vergasungszone in die Kühlzone gefördert, wobei der be ^¬ stimmte Massenstrom mAK2 mindestens 2% und höchstens 10% des Massenstroms mBwaf der Biomasse bezogen auf den Bezugs ^¬ zustand wasser- und aschefrei beträgt: mAK2=0,02 ... 0,1 mBwaf.

Um zu erreichen, dass nur eine bestimmte Menge Aktiv ^¬ kohle zusammen mit dem Produktgas der Kühlzone zugeführt und dort zusammen mit dem Produktgas abgekühlt wird, kann der Prozess zur Vergasung von Biomasse beispielsweise der ^¬ art gesteuert oder geregelt werden, dass nur die bestimmte Menge Aktivkohle in der Vergasungszone erzeugt wird. Alter ^¬ nativ oder zusätzlich kann überschüssige Aktivkohle aus der Vergasungszone und/oder zwischen der Vergasungszone und der Kühlzone abgezweigt werden.

Im Falle einer Änderung der Nachfrage nach reinem Produktgas, beispielsweise bei einer Laständerung eines damit gespeisten Motors, muss die Zeitverzögerung berücksichtigt werden, mit der eine Erhöhung oder Verminderung der Zufuhr an Biomasse am Eingang der Vorrichtung zur Anpassung des Bedarfs an Produktgas zu einer erhöhten oder verminderten Erzeugung von Aktivkohle in dem Vergasungsreaktor führt. Deshalb wird die Menge Aktivkohle, die abzuzweigen ist, an Hand der Menge der Biomasse bestimmt, aus der die momentan anfallende Aktivkohle und das momentan anfallende heiße Produktgas entstanden sind.

Mit Hilfe dieses Verfahrens bzw. einer entsprechenden Vorrichtung, die die Verfahrensstufen bereitstellt, kann wirtschaftlich und einfach ein teerarmes Produktgas bei der Biomassevergasung erzeugt werden. Durch das gemeinsame Abkühlen wenigstens eines Teils der Aktivkohle und des heißen teerbehafteten Produktgases schlägt sich der Teer nicht o- der nur in unwesentlichen Mengen an der Wand der Kammer ab, in der das teerbehaftete heiße Produktgas und der Teil der Aktivkohle gemeinsam abgekühlt werden. Vielmehr nimmt die bestimmte Menge Aktivkohle den Teer aus dem heißen Produkt- gas während des Abkühlens auf. Eine aufwendige Reinigung der Kammer von dem Teer ist daher nur selten bis gar nicht erforderlich .

Die Temperatur auf die das Produktgas in der Kühlzone abgekühlt wird beträgt beispielsweise höchstens 50°C. Die Reinigung wird besonders effizient, wenn das Produktgas und die bestimmte Menge der Aktivkohle in der dritten Verfah ^¬ rensstufe für den Adsorptionsprozess in der Kühlzone zusam ^¬ men nicht unter eine Grenztemperatur abgekühlt werden, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases. Auf diese Weise bleibt eine hohe Beladekapazität der Aktivkohle nutzbar. Vorzugsweise ist die untere Grenztemperatur von minimal 10 bis maximal 20 Kelvin größer als die Taupunkt ^¬ temperatur des Produktgases.

Das durch den Adsorptionsprozess gereinigte Produktgas kann einer Vorrichtung, beispielsweise einer Gasturbine o- der einem Gasmotor, als Brennstoff zugeführt werden. Vorzugsweise wird der Massenstrom zugeführter Biomasse proportional an die Leistungsanforderung der mit gereinigtem Produktgas zu speisenden Vorrichtung angepasst. Der aus der Vergasungszone der Kühlzone zugeführte bestimmte Massen ^¬ strom Aktivkohle, die aus der proportional erhöhten oder verminderten Menge zugeführter Biomasse entstanden ist, wird vorzugsweise entsprechend proportional angepasst.

Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Vergasung unter einem gegenüber Umgebungsdruck erhöhten Druck ausgeführt wird. Beispielsweise bei einem Druck in einem Bereich von etwa 5 Bar. Das erzeugte abgekühlte Produktgas kann dann ohne Zwischenverdichtung in Gasturbinen oder druckaufgeladenen Motoren verwendet werden. Um dies zu erreichen, kann die wenigstens eine Reaktionskammer unter einen entspre ^¬ chenden Druck gesetzt werden. Beispielsweise kann das sau- erstoffhaltige Gas (zum Beispiel Luft) über einen Kompres ^¬ sor oder eine andere geeignete Verdichtungseinheit unter Druck in die wenigstens eine Reaktionskammer eingeleitet werden. Durch die Durchführung des Verfahrens bei erhöhtem Druck kann außerdem die Beladekapazität der Aktivkohle er ^¬ höht werden.

Bevorzugt wird die Vergasung der Biomasse in einem ge ^¬ stuften Verfahren durchgeführt. Beispielsweise wird ein we ^¬ nigstens zweigestuftes Verfahren erhalten, wenn die Erhit ^¬ zung zur Trocknung und Pyrolyse einerseits und die Verar ^¬ beitung des daraus entstehenden Pyrolysegases und des koh ^¬ lenstoffhaltigen Reststoffs mittels Oxidation und/oder Vergasung andererseits in separaten Kammern durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist es beispielsweise, wenn die Erhitzungszone für die Trocknung und/oder Pyrolyse einerseits und die Oxidationszone andererseits in separaten Kam ^¬ mern angeordnet sind. Wenn die Erhitzung der Biomasse und/ oder die Freisetzung der flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse zur Erzeugung des Pyrolysegases einerseits und die unterstöchiometrische Oxidation andererseits in einem ge ^¬ stuften Verfahren in voneinander getrennten Zonen durchgeführt werden, kann die gewünschte Temperatur in der Oxidationszone weitgehend unabhängig von der Stückgröße der Bio ^¬ masse und der Feuchtigkeit der Biomasse erreicht und einge ^¬ stellt werden. Ein dreigestuftes Verfahren wird erhalten, wenn zusätzlich die unterstöchiometrische Oxidation einerseits und die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs andererseits in getrennten Zonen in voneinander gesonderten Kammern durchgeführt werden.

Es ist bevorzugt, wenn die Temperatur in der Oxidati ^¬ onszone kleiner ist als der Ascherweichungspunkt oder der Ascheschmelzpunkt der Asche des kohlenstoffhaltigen Rest ^¬ stoffes. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur in der Oxidationszone möglichst nahe an dem Ascherweichungs ^¬ punkt bzw. dem Ascheschmelzpunkt liegt. Beispielsweise wird die unterstöchiometrische Oxidation bei einer Temperatur von minimal 1000°C bis maximal 1200°C durchgeführt.

Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt der Heizwert des Produktgases zwischen 1,5 und 2 kWh pro Kubikmeter. Der Kaltgaswirkungsgrad des Verfahrens kann mehr als 80% betra ^¬ gen .

Mit diesem Verfahren können alle Arten und Größen von biogenen Reststoffen als Biomasse vergast werden. Die Ausbildung einer Wirbelschicht entfällt. Es entsteht kein be ^¬ lastetes Abwasser. Die Teerentfernung ist aus dem Produktgas ist auch bei kleinen Anlagen wirtschaftlich möglich, da weder hohe Investitionskosten in die Teerentfernung erforderlich sind und auch der Betrieb keinen hohen Wartungsauf ^¬ wand mit sich bringt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Mischform aus autothermer und allothermer Vergasung arbeiten. Die Temperatur in der Oxidationszone wird bei einem Ausführungsbeispiel durch die Menge und vorzugsweise auch durch die Temperatur des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases eingestellt. Dadurch lässt sich die Gasproduktion an den Bedarf anpassen, ohne die Temperatur in der Vergasungszone zu beeinflussen. Die Temperatur in der Vergasungszone kann durch indirektes Beheizen mit einer Heizeinrichtung eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich wird die Wärme für die Vergasungszone durch Wärmeeintrag von der Oxidati ^¬ onszone, beispielsweise durch dort teiloxidierten kohlen ^¬ stoffhaltigen Reststoff und/oder Pyrolysegas, bereitge ^¬ stellt.

Für ein indirektes Heizen der Vergasungszone werden bei einem Ausführungsbeispiel weniger als 10% des Energie ^¬ gehalts der zugeführten Biomasse benötigt. Gegenüber einer rein allothermen Vergasung können daher kleinere Heizflächen in der Vergasungszone bereitgestellt werden.

Die Aktivkohle und das heiße Produktgas werden in der Kühlzone vorzugsweise durch indirektes Kühlen abgekühlt. Das abgekühlte Produktgas, das auch als Reingas bezeichnet werden kann, kann im Anschluss an die Kühlzone einer Filter- und/oder Staubabscheidereinheit zugeführt werden, um die Staubbelastung des Produktgases zu verringern. Der Filter kann mit Aktivkohle gespeist werden, die vor der Kühlzone als überschüssige Aktivkohle abgezweigt und daher nicht zusammen mit dem teerbehafteten Produktgas abgekühlt wurde. Für die Feinreinigung kann eine Reinigungseinrichtung mit Wechselbehältern für die Aktivkohle verwendet werden, wie sie an sich bekannt ist.

Es ist bevorzugt, wenn aus dem Verfahren entstehende Aktivkohle, zumindest der Teil mit dem daran adsorbierten Teer aus der dritten Verfahrensstufe, in einem Reaktor mit der Luft verbrannt wird, die in der dritten Verfahrensstufe zuvor zur Abkühlung des Produktgases und der Aktivkohle verwendet wurde. Bevorzugt wird das Abgas der Verbrennung zur Beheizung der Erhitzungszone verwendet. Der Gesamtwirkungsgrad wird dadurch erhöht. Der Brennstoff für einen Re ^¬ aktor zur Erzeugung der Wärme zur Trocknung oder Freisetzung der flüchtigen Bestandteile der Biomasse bei der Pyro ^¬ lyse muss nicht gesondert zugeführt werden, sondern fällt automatisch an.

Die Vergasungszone kann durch die Wärme eines Reaktors beheizt werden. Dies kann insbesondere durch das indirekte Beheizen einer die Vergasungszone aufweisenden Reaktions ^¬ kammer bzw. des Reaktionskammerabschnitts erfolgen, in dem die Vergasungszone vorhanden ist. Als Brennstoff für den Reaktor kann bei einem Ausführungsbeispiel die nach dem Ab ^¬ kühlen aus der Kühlzone entnommene Aktivkohle verwendet werden .

Bei der Verbrennung der Aktivkohle in dem Reaktor kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche der Aktivkohle vor dem Zuführen zu dem Brenner zu vergrößern, beispielsweise indem die Aktivkohle nach der Entnahme aus der Kühlzone gemahlen bzw. feingemahlen wird. Durch ein oder mehrere der genannten Maßnahmen kann die Effizienz des Verfahrens bzw. der Vorrichtung weiter erhöht werden.

Es ist weiter vorteilhaft, ein bei der Verbrennung in dem Reaktor entstehendes Abgas zur Vorwärmung des sauerstoffhaltigen Gases vor dessen Zufuhr in die Oxidationszone zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse mit der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann, weist wenigstens eine erste Kammer auf, in der eine Erhitzungszone für die Bio ^¬ masse bereitgestellt wird. In der Erhitzungszone kann die Biomasse getrocknet und/oder pyrolisiert werden. Die Vor ^¬ richtung kann eine Erhitzungszone mit separaten Teilzonen für die Trocknung und die Pyrolyse bereitstellen. Die Teilzonen können beispielsweise in voneinander gesonderten ersten Kammern der Vorrichtung angeordnet sein. Die Vorrichtung weist eine Zuführeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Biomasse der Erhitzungszone zuzuführen, um Py ^¬ rolysegas und kohlenstoffhaltigen Reststoff zu erzeugen. Die Vorrichtung weist ferner wenigstens eine zweite Kammer auf, die eine Oxidationszone für die Oxidation des Pyroly ^¬ segases und eine Vergasungszone für die Vergasung des koh ^¬ lenstoffhaltigen Reststoffs bereitstellt. Die Vorrichtung kann voneinander gesonderte zweite Kammern aufweisen, so dass die Oxidationszone und die Vergasungszone in getrenn ^¬ ten Kammern bereitgestellt werden. Die zweite Kammer bzw. zweiten Kammern mit der Oxidationszone und der Vergasungs ^¬ zone sind vorzugsweise gesondert von der ersten Kammer mit der Erhitzungszone, so dass die Erhitzungszone einerseits und die Oxidationszone sowie die Vergasungszone anderer ^¬ seits voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung weist eine Gaszufuhreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, der Oxidationszone ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, in einer Menge zuzuführen, so dass das in der Oxida ^¬ tionszone vorhandene Pyrolysegas unterstöchiometrisch oxi- diert, wodurch ein Rohgas entsteht. Über die Menge des zu ^¬ geführten sauerstoffhaltigen Gases und der zugeführten Biomasse lässt sich die Produktion des Produktgases an den Be ^¬ darf anpassen. Die Vorrichtung weist ein Fördermittel auf, das dazu eingerichtet ist, das Pyrolesegas aus der Erhit ^¬ zungszone in die Oxidationszone und das Rohgas aus der Oxi ^¬ dationszone in die Vergasungszone zu fördern und die dazu eingerichtet ist, den kohlenstoffhaltigen Reststoff aus der Erhitzungszone in die Vergasungszone zu fördern. Das För ^¬ dermittel arbeitet beispielsweise mit wenigstens einer För ^¬ dereinrichtung und/oder mittels der herrschenden Gewichtskraft. Die Vorrichtung weist weiter ein Heizmittel auf, das dazu eingerichtet ist, die Temperatur in der Vergasungszone derart einzustellen, dass der kohlenstoffhaltige Reststoff, gegebenenfalls mit Gasbestandteilen des Rohgases, die dazu in die Vergasungszone gefördert werden, teilweise vergast wird, wodurch Aktivkohle und ein heißes Produktgas entste ^¬ hen. Das Heizmittel kann eine Heizeinrichtung zum, beispielsweise indirekten, Beheizen der Vergasungszone sein. Alternativ oder zusätzlich kommt als Heizmittel beispiels ^¬ weise Wärmeeintrag von der Oxidationszone in Frage. Die durch die exotherme unterstöchiometrische Oxidation von Py ^¬ rolysegas und gegebenenfalls auch von kohlenstoffhaltigem Reststoff in der Oxidationszone entstehende Wärme kann aus der Oxidationszone in die Vergasungszone beispielsweise durch Wärmestrahlung und/oder durch das heiße Rohgas oder den erhitzten kohlenstoffhaltigen Reststoff, eingetragen werden .

Das durch die Vergasung erzeugte Produktgas ist noch teerbehaftet. Die Vorrichtung ist deshalb dazu eingerich ^¬ tet, eine bestimmte Menge - beispielsweise einen bestimmten Massenfluss - der Aktivkohle aus der Vergasungszone und das Produktgas aus der Vergasungszone in einer Kühlzone der Vorrichtung bereitzustellen. Beispielsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge der Aktiv ^¬ kohle und das heiße Produktgas mit einem Fördermittel aus der Vergasungszone in eine Kühlzone zu fördern. Das Förder ^¬ mittel weist beispielsweise eine Fördereinrichtung auf und/oder arbeitet mittels der herrschenden Gewichtskraft. Die bestimmte Menge Aktivkohle weist eine Masse von minimal 2% bis maximal 10% der zugeführten Masse der Biomasse

(mwaf) bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei auf, aus der die Aktivkohle und das heiße Produktgas ent ^¬ standen sind. Die bestimmte Menge weist beispielsweise eine Masse von 5% der Masse mwaf der zugeführten Biomasse bezo ^¬ gen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei auf.

Wenn der Vorrichtung beispielsweise ein Massestrom mBroh an Biomasse zugeführt wird, entsprich dies einem Mas ^¬ sestrom mBwaf an Biomasse bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei, der in der Regel kleiner ist als mBroh, da die der Vorrichtung zugeführte Biomasse in der Regel Wasser und Asche (Mineralstoffe) enthält. In der Vor ^¬ richtung entsteht aus dem Massestrom mBroh ein Massestrom an Aktivkohle mAK in der Vergasungszone. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge Aktivkohle in Form eines bestimmten Massenstroms mAK2 der Kühlzone zuzu- führen. Und zwar wird eine bestimmte Menge Aktivkohle mit einem Massenstrom mAK2 von minimal 2% bis maximal 10% des Massenstroms an Biomasse bezogen auf den wasser- und asche ^¬ freien Bezugszustand der Kühlzone zugeführt. Die Vorrich ^¬ tung ist für den Fall einer geänderten Nachfrage nach reinem Produktgas, beispielsweise bei einer Laständerung des damit gespeisten Gasmotors, dazu eingerichtet, die in die Kühlzone zu fördernde Menge Aktivkohle nach der Menge der Biomasse (waf) zu bestimmen, die zu der erzeugten Aktivkohle geführt hat, wie auch im Rahmen der Beschreibung des Verfahrens erläutert.

Die Vorrichtung kann beispielsweise dadurch zur Förderung nur einer bestimmten Menge, beispielsweise eines be ^¬ stimmten Massenstroms, in die Kühlzone eingerichtet sein, dass die Vorrichtung, beispielsweise mittels einer Prozess- steuerungseinrichtung, den Prozess derart steuert, dass nur ein bestimmter Massenstrom mAK2 Aktivkohle aus dem Bereich zwischen minimal 2% mBwaf bis maximal 10% mBwaf in der Ver ^¬ gasungszone erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung beispielsweise eine Abzweigeinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, überschüssige Aktivkohle vor der Kühlzone abzuzweigen, so dass die überschüssige Ak ^¬ tivkohle nicht in die Kühlzone gefördert wird.

Die Vorrichtung weist außerdem eine Kühleinrichtung auf, die eine Kühlkammer zum gemeinsamen Abkühlen der abgezweigten bestimmten Menge Aktivkohle und des Produktgases aufweist. Die Kühleinrichtung ist dazu eingerichtet, die bestimmte abgezweigte Menge Aktivkohle und das heiße Pro ^¬ duktgas in der Kühlzone, die die Kühlkammer bereitstellt, gemeinsam derart abzukühlen, dass ein Adsorptionsprozess während des Abkühlens in der Kühlzone stattfindet, bei dem die Aktivkohle während des Abkühlens durch Teer aus dem heißen Produktgas angereichert wird. Da die bestimmte Menge Aktivkohle und das heiße Pro ^¬ duktgas in der Kühlkammer zusammen abgekühlt werden und es während der Abkühlung zu einer Adsorption des in dem Produktgas enthaltenen Teers an die Aktivkohle kommt, setzt sich der Teer überhaupt nicht oder nur zu einem vernachläs ^¬ sigbaren Anteil an der Wand der Kühlkammer der Kühleinrichtung ab. Folglich muss die Kühlkammer nicht aufwendig ge ^¬ reinigt werden. Es ist damit sogar ein mannloser Betrieb der Vorrichtung möglich.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung eine gemeinsame Reaktionskammer für die Oxidation und die Vergasung. Die Förderung des Rohgases und des kohlenstoffhalti ^¬ gen Reststoffes von der Oxidationszone in die Vergasungszo ^¬ ne findet zumindest unterstützt durch die Gewichtskraft im Wesentlichen in vertikaler Richtung statt. Gleichermaßen kann der Transport des heißen Produktgases und der Aktiv ^¬ kohle von der Vergasungszone in die Kühlzone zumindest un ^¬ terstützt durch die Gewichtskraft erfolgen. Es ist bevor ^¬ zugt die Oxidationszone und die Vergasungszone in einer Kammer und die Kühlzone in einer davon gesonderten weiteren Kammer anzuordnen. Zur Förderung der Stoffe zwischen den Kammern und/oder innerhalb der Kammern können entsprechende Fördermittel wie etwa Förderschnecken oder dergleichen vorhanden sein.

Bevorzugt sind die Oxidations- und Vergasungszonen ei ^¬ nerseits und die Kühlzone andererseits voneinander ge ^¬ trennt. Durch die Anordnung der Zonen in separaten Kammern ist die Vorrichtung zur Durchführung eines gestuften Verfahrens eingerichtet.

Es bevorzugt, wenn die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Vergasung der Biomasse bei gegenüber Umgebungs- druck erhöhtem Druck durchführen zu können. Beispielsweise sind dazu an einem Eingang der Vorrichtung zum Zuführen von Biomasse, einem Auslass der Vorrichtung zum Ableiten des gereinigten Produktgases und/oder einem Ausgang der Vorrichtung zum Abführen von Asche jeweils Schleusen angeordnet, die derart eingerichtet sind, die Vorrichtung zwischen Eingang und Ausgang bzw. Auslass bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck betreiben zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung .

Figur 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit einer gesonderten Erhitzungskammer zur Trocknung und Pyrolyse und einer gemeinsamen Reaktionskammer für eine Oxida- tionszone und— eine Vergasungszone tffi4-sowie einer separa ^¬ ten Kühlzone in einer gesonderten Kühlkammer. Der Figur 1 ist schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Das Blockschaltbild zeigt ein Verfahren 10 bzw. eine Vorrich ^¬ tung 11 zum Vergasen einer Biomasse B. Das Verfahren weist im Wesentlichen drei aufeinanderfolgende Verfahrensstufen 12, 13, 14 auf. In einer ersten Verfahrensstufe 12 wird die Biomasse B gemeinsam mit einem sauerstoffhaltigen Gas, einer Oxidationszone ZO zugeführt. Als sauerstoffhaltiges Gas wird beim Ausführungsbeispiel Luft L verwendet. Die Menge an zugeführter Luft L wird abhängig vom Bedarf an einem zu erzeugenden Produktgas eingestellt. Außerdem kann über die Menge an Luft L eine Temperatur TO in der Oxidationszone ZO eingestellt werden.

In dieser ersten Verfahrensstufe 12 oxidiert die Bio ^¬ masse B in der Oxidationszone ZO unterstöchiometrisch . Dabei entsteht ein Rohgas R und ein kohlenstoffhaltiger Rest ^¬ stoff RK. Die Temperatur TO in der Oxidationszone wird un ^¬ terhalb, aber möglichst nahe am Ascheschmelzpunkt oder am Ascherweichungspunkt der Asche des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK eingestellt. Dadurch wird vermieden, dass die Asche des kohlenstoffhaltigen Reststoffes in der Oxida ^¬ tionszone ZO schmilzt bzw. erweicht und ist zur Verklebung und im Bereich der Oxidationszone ZO kommt. Andererseits wird durch eine sehr hohe Temperatur TO in der Oxidations ^¬ zone ZO bereits eine Reduzierung des Teergehalts im Rohgas R erreicht. Das Rohgas R und der kohlenstoffhaltige Rest ^¬ stoff RK werden anschließend in einer zweiten Verfahrens ^¬ stufe 13 in einer Vergasungszone ZV teilweise vergast. Ver ^¬ gasungszone ZV kann mit Hilfe einer Heizeinrichtung 15 indirekt beheizt werden. Andernfalls kann die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV beispielsweise durch Eintrag von Wärme aus der Oxidationszone ZO, insbesondere durch den Eintrag von heißem kohlenstoffhaltigem Reststoff RK sowie heißem Rohgas R eingestellt werden. Die Heizeinrichtung 15 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielen wenigstens Brenner 16 aufweisen.

Die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV kann über die Heizeinrichtung 15 unabhängig von der Temperatur in der Oxidationszone ZO eingestellt werden. Die Temperatur TV in der Vergasungszone ZV beträgt beim Ausführungsbeispiel we ^¬ nigstens 800°C und maximal 1000°C. Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK wird in der Vergasungszone ZV mit Gasbestand ^¬ teilen des Rohgases teilweise vergast, wobei beim Ausfüh ^¬ rungsbeispiel bis zu etwa 75% des kohlenstoffhaltigen Rest ^¬ stoffes RK vergast werden. Die Gasbestandteile, die zu der Vergasung des kohlenstoffhaltigen Reststoffes RK verwendet werden, sind hauptsächlich Wasserdampf und Kohlendioxid.

Unter diesen Bedingungen entsteht in der Vergasungszone ZV ein heißes Produktgas PH, das noch einen unerwünscht hohen Anteil Teer aufweist, sowie Aktivkohle AK. Das heiße Produktgas PH und eine bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 wer ^¬ den daraufhin der Kühlzone ZK zugeführt, um das Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 gemeinsam abzu ^¬ kühlen, so dass der Teer aus dem heißen Produktgas PH auf die Menge Aktivkohle MAK2 während des gemeinsamen Abkühlens auf die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 übertragen wird. Auf diese Weise kann ein Niederschlag des Teers auf der Wand der Kammer, die die Kühlzone ZK bereitstellt, verhin ^¬ dert werden, da die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 den Teer aufnimmt. Andererseits wir die Aktivkohle AK effizient genutzt .

Die Menge Aktivkohle MAK2, die gemeinsam mit dem Pro ^¬ duktglas PH abgekühlt wird, bestimmt sich nach der Menge zugeführter Biomasse MB, die zu der Aktivkohle AK sowie dem Produktglas PH geführt haben. Die zugeführte Menge Biomasse MB enthält in der Regel Wasser und Asche und weist eine Masse mBroh auf. Dies entspricht einer Masse mBwaf bei ei ^¬ nem Bezugszustand wasser- und aschefrei (waf) . Die Menge Aktivkohle MAK2, die der Kühlzone zugeführt wird, weist ei ^¬ ne Masse mAK2 auf, die minimal 2% bis maximal 10% der Masse mWAF der zugeführten Biomasse B bezogen auf einen wasser- und aschefreien Bezugszustand der zugeführten Biomasse B entspricht .

In einer dritten Verfahrensstufe 14 wird das heiße Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 und die im Vergaser entstehende Asche mit Hilfe einer Kühlein ^¬ richtung 17 indirekt abgekühlt. Dabei findet in der Kühlzo ^¬ ne ZK ein Adsorptionsprozess statt, bei dem sich der Teer aus dem Produktgas PH während des gemeinsamen Abkühlens mit der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 bindet. Die Menge Ak ^¬ tivkohle MAK2 wird durch den Teer aus dem Produktgas PH während des Abkühlens in einer gemeinsamen Kammer angerei ^¬ chert .

Das heiße Produktgas PH kann innerhalb der Kühlzone ZK beispielsweise auf eine Temperatur von unter 50°C abgekühlt werden. Das Produktgas PH und die bestimmte Menge Aktivkoh ^¬ le MAK2 werden in der dritten Verfahrensstufe für den Adsorptionsprozess vorzugsweise zusammen nicht unter eine un ^¬ tere Grenztemperatur abgekühlt, die größer ist als die Tau ^¬ punktemperatur des Produktgases PH. Auf diese Weise kann ein hoher Nutzen aus der Beladekapazität der Aktivkohle ge ^¬ zogen werden. Durch das Anreichern der Aktivkohle MAK2 durch den Teer aus dem Produktgas PH entsteht am Ende der Kühlzone ZK ein abgekühltes Produktgas PA, das auch als Reingas PR bezeichnet werden kann. Das Reingas PR ist voll ^¬ ständig teerfrei oder enthält lediglich noch einen vernachlässigbaren Teeranteil. Das Reingas PR kann zur Energiege ^¬ winnung verwendet werden und bedarf insbesondere keiner weiteren aufwendigen Nachbehandlung zur Teerentfernung. Insbesondere kann das Reingas PR unmittelbar in Heizkraft ^¬ werken eingesetzt werden.

Neben der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 zum gemeinsamen Abkühlen bleibt möglicherweise eine überschüssige Menge Aktivkohle MAKl aus der Vergaserzone ZV übrig. Diese kann, wie durch den Pfeil P in Figur 1 angedeutet, vor der Kühlzone ZK abgezweigt bzw. entnommen werden. Die überschüssige Teilmenge MAKl mit einem Massenstrom mAKl kann zur weiteren Feinreinigung des Reingases PR einer Reinigungsbehälteranordnung zugeführt werden, um den Restteergehalt des Reingases PR nach dem gemeinsamen Abkühlen noch weiter zu reduzieren. Solche Reinigungsbehälteranordnung zur Gasreinigung sind an sich bekannt, so dass auf eine de ^¬ taillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Wie in Figur 1 gestrichelt veranschaulicht, kann das abgekühlte Produktgas PA bzw. das Reingas PR in einer ge ^¬ eigneten Staubabscheideeinheit 18 von Staub befreit werden, beispielsweise durch Filter, elektrostatische Einrichtun ^¬ gen, Zyklone oder dergleichen.

Die Menge Aktivkohle MAK2 kann aus der Kühlzone ZK entnommen und mit Hilfe einer Mahleinrichtung 19 gemahlen bzw. feingemahlen werden. Die gemahlene Aktivkohle, die nachfolgend als Kohlenstaub SK bezeichnet wird, kann als Energieträger für eine Verbrennung eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Kohlestaub SK oder zumindest ein Teil davon dem Brenner der Heizeinrichtung 15 zur indirekten Beheizung der Vergasungszone ZV zugeführt werden.

In Figur 1 sind außerdem zwei Möglichkeiten zur Verwendung eines Abgases G des wenigstens eines Brenners 16 der Heizeinrichtung veranschaulicht. Das Abgas G kann zum einen in einer Trocknungseinrichtung 20 zur Trocknung der Biomasse B vor dem Zuführen in die Oxidationszone ZO ver ^¬ wendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Abgas G in einer Vorwärmeinrichtung 21 zum Vorwärmen der Luft L bzw. des sauerstoffhaltigen Gases vor dem Zuführen zur Oxidationszone ZO eingesetzt werden.

Das Verfahren kann als eine Mischform aus einer au- tothermen und allothermen Vergasung durchgeführt werden. Für die optionale indirekte Beheizung der Vergasungszone ZV in der zweiten Verfahrensstufe 13 werden in einem Beispiel höchstens 10% des Energiegehalts der Biomasse benötigt. Das Reingas PR hat einen Heizwert zwischen 1,5 und 2 kWh/m ³ . Es lassen sich Kaltwirkungsgrade von über 80% erreichen. Das Entnehmen des Teers aus dem Produktgas PH durch die Adsorption beim gemeinsamen Abkühlen des Produktgases PH und der bestimmten Menge Aktivkohle MAK2 in der dritten Verfahrens ^¬ stufe 14 ist äußerst wirtschaftlich und erfordert weder ho ^¬ he Investitionskosten, noch einen hohen Wartungsaufwand.

In Figur 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht. Im Folgenden werden die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 beschrieben. Ansonsten gilt die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.

Die erste Verfahrensstufe 12 ist in dem Ausführungs ^¬ beispiel nach Figur 2 in eine Erhitzungsstufe 12i und eine Oxidationsstufe 12ii unterteilt. In der Erhitzungsstufe 12i wird die Biomasse B einer Erhitzungszone ZE zugeführt. In der Erhitzungszone ZE wird die Biomasse B getrocknet und derart erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Biomasse B entweichen. Dabei entsteht ein Gas aus den flüchtigen Bestandteilen PY (Pyrolysegas) und ein kohlenstoffhaltiger Reststoff RK. Wie veranschaulicht, kann die Erhitzungszone ZE mit dem Abgas G des Brenners 16 der Heiz ^¬ einrichtung 15 erhitzt werden. Alternativ oder zusätzlich, jedoch nicht dargestellt, kann die Erhitzungszone ZE mit Abgas eines Gasmotors beheizt werden, der mit dem Reingas PR aus dem Verfahren gespeist wird. Die Temperatur TE in der Erhitzungszone beträgt beispielsweise etwa 500°C. Das Pyrolysegas PY wird der Oxidationszone ZO zugeführt. Der Oxidationszone ZO wird außerdem ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft L, in einer Menge zugeführt, dass das Pyrolysegas PY in der Oxidationszone ZO unterstöchiomet- risch oxidiert. Die Luft L kann in einer mit dem Abgas des Brenners 16 wärmegespeisten Vorwärmeinrichtung 21 vorgewärmt werden.

Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK kann zusammen mit dem Pyrolysegas PY der Oxidationszone ZO geführt werden und/oder unter Umgehung der Oxidationszone ZO direkt der Vergasungszone ZV zugeführt werden. Ein Teil des kohlen ^¬ stoffhaltigen Reststoffs RK kann in der Oxidationszone ZO unterstöchiometrisch oxidieren.

Das Abgas des Brenners 16 der Heizeinrichtung 15 kann optional zur Beheizung der Vergasungszone ZV verwendet wer ^¬ den .

Durch eine räumliche Trennung von Erhitzung zur Trocknung und Pyrolyse einerseits und Oxidation andererseits wird das Verfahren gestuft ausgeführt. Die gewünschte Tem ^¬ peratur TO in der Oxidationszone ZO kann dadurch weitgehend unabhängig von der Stückgröße der Biomasse B sowie der Feuchtigkeit der Biomasse erreicht und eingestellt werden.

In Figur 3 ist schematisch in einer teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 11 zur Vergasung von Biomasse B veranschaulicht. Die Vorrich- tung 11 weist einen im Wesentlichen vertikal angeordneten, beispielsweise zylindrischen Reaktionsbehälter 22 auf, der eine gemeinsame Reaktionskammer 23 begrenzt. In einem obe ^¬ ren Abschnitt der Reaktionskammer 23 bzw. des Reaktionsbe ^¬ hälters 22 ist die Oxidationszone ZO und in einem sich da ^¬ ran anschließenden Abschnitt die Vergasungszone ZV gebil ^¬ det. Durch die vertikale Anordnung lässt sich ein vereinfachter Transport innerhalb der Reaktionskammer 23 ohne aufwendige Fördereinrichtungen erreichen. Alternativ dazu kann die wenigstens eine Reaktionskammer 23 horizontal oder schräg zu der Vertikalen und Horizontalen geneigt ausgerichtet sein.

Die Oxidationszone ZO und die Vergasungszone ZV können alternativ auch in voneinander gesonderten Reaktionskammern gebildet sein (in Figur 3 nicht dargestellt) . Die gesonder ^¬ ten Reaktionskammern können in voneinander gesonderten Reaktionsbehältern angeordnet sein.

Beim vertikal oberen Ende des Reaktionsbehälters 22 kann der Reaktionskammer 23 kohlenstoffhaltiger Reststoff RK sowie Pyrolysegas PY zugeführt werden. Der kohlenstoff ^¬ haltige Reststoff RK und das Pyrolysegas PY können in einer von der Reaktionskammer 23 gesonderten Erhitzungskammer 24 der Vorrichtung 11, die eine Erhitzungszone ZE in der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse der Biomasse B bereitstellt, erzeugt werden. Die Erhitzungskammer ist über eine Leitung 25 für Pyrolysegas PY und kohlenstoffhaltigen Reststoff RK mit der Reaktionskammer 23 verbunden.

Die Erhitzungskammer 24 wird aus einem Silo 26 oder einem Zwischenbehälter mit Biomasse B gespeist. Dazu ist, dass Silo 26 bzw. der Zwischenbehälter mit dem Eingang 27 der Erhitzungskammer 24 verbunden. Zwischen dem Silo 26 und der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse ist eine erste Schleuse 28 angeordnet. Beispielsweise kann mit die ^¬ ser ersten Schleuse 28 der Massenstrom mBroh an Biomasse B, der der Erhitzungskammer 24 zugeführt wird, eingestellt werden. In der Erhitzungskammer 24, die gegenüber der Vertikalen bzw. Horizontalen schräg angestellt ist, ist eine Fördereinrichtung 29, beispielsweise eine Förderschnecke angeordnet, um die Biomasse B von dem Eingang 27 der Erhit ^¬ zungskammer 24 durch die Erhitzungskammer 24 zu fördern. Am Ausgang 30 der Erhitzungskammer 24 ist diese über die Leitung 25 mit der Reaktionskammer 23 verbunden, die die Oxi- dationszone ZO und die Vergasungszone ZV bereitstellt. Die Erhitzungskammer ZE und die Reaktionskammer 23 sind voneinander gesonderte Kammern, so dass die Temperatur in der Reaktionskammer 23 und der Erhitzungskammer 24 weitgehend unabhängig voneinander eingestellt werden können. Im oberen Abschnitt des Reaktionsbehälters 22 ist außerdem eine Gas ^¬ zufuhreinrichtung 31 zum Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases bzw. der Luft L in die Oxidationszone ZO vorhanden. Die Luft wird beispielsweise mittels einer Leitung 32 der Gaszufuhreinrichtung 31 direkt in die Oxidationszone ZO ge ^¬ leitet. In der Reaktionskammer 23 ist ein Temperatursensor 33 zur Erfassung der Temperatur TO in der Oxidationszone ZO vorhanden. Die erfasste Temperatur wird zur Regelung der Temperatur an eine nicht näher dargestellte Prozesssteuereinrichtung übermittelt. Ebenso können in der Erhitzungszo ^¬ ne ZE sowie in der Vergasungszone ZV nicht näher darge ^¬ stellte Temperatursensoren angeordnet sein, die die Tempe ^¬ ratur in der Erhitzungszone ZE bzw. in der Vergasungszone ZV erfassen und an die Prozesssteuereinrichtung weiterleiten können.

An dem in Förderrichtung liegenden Ende 34 der Reaktionskammer 23 kann eine durch den Pfeil in Figur 3 angedeutete Abzweigeinrichtung 35 angeordnet sein, die dazu einge ^¬ richtet ist, überschüssige Aktivkohle AK, die nicht für die gemeinsame Kühlung von Aktivkohle AK und Produktgas PH in der Kühlzone ZK verwendet werden soll, vor der Kühlzone ZK abzuzweigen. An dem Ende 34 der Reaktionskammer 23 ist diese mit einer Kühlkammer 36 verbunden, die in einem Kühlkammerbehälter 37 enthalten ist. Die Kühlkammer 36 stellt eine Kühlzone ZK bereit. Die Kühlkammer 36 ist ebenfalls gegen ^¬ über der Vertikalen und Horizontalen schräg angestellt. Alternativ kann diese beispielsweise vertikal oder horizontal ausgerichtet sein. In der Kühlkammer 36 ist eine Fördereinrichtung 38, beispielsweise eine Förderschnecke, angeord ^¬ net, die dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Menge, bei ^¬ spielsweise einen bestimmten Massenfluss, der in der Reaktionskammer 23 erzeugten Aktivkohle AK durch die Kühlkammer 36 zu führen. Außerdem kann die Fördereinrichtung 38 zur Förderung des heißen Produktgases PH in die Kühlkammer 36 bzw. die Kühlzone ZK beitragen. An dem in Förderrichtung der Aktivkohle AK bzw. des Produktgases PH liegenden Ende

39 der Kühlkammer 36 ist diese mit einer Abscheidekämmer 40 verbunden, die einen Filter 18 sowie einen Auslass 41 für das Reingas PR aufweist. Der Filter 18 kann beispielsweise mit vor der Kühlzone ZK abgezweigter Aktivkohle AK gespeist werden. An dem Auslass 41 ist ein Temperatursensor 42 angeordnet, der die Gasaustrittstemperatur des gereinigten Produktgases PR erfasst und an die Prozesssteuereinrichtung übermittelt. Die Abscheidekämmer 40 weist außerdem an ihrem unteren Ende einen Auslass 43 für die mit Teer beladene Ak ^¬ tivkohle AK auf. An dem Auslass 43 ist die Abscheidekämmer

40 mit einem Reaktor 44 zur Verbrennung der mit Teer bela- denen Aktivkohle AK verbunden. Zwischen der Abscheidekämmer 40 sowie dem Reaktor 44 ist eine zweite Schleuse 45 ange ^¬ ordnet, durch die die teerbehaftete Aktivkohle AK in den Reaktor 44 zur Verbrennung der teerbeladenen Aktivkohle befördert wird. Der Reaktor 44 kann in einem Ausführungsbei ^¬ spiel außerdem mit vor der Kühlzone ZK abgezweigter überschüssiger Aktivkohle AK gespeist werden, wobei eine ent- sprechende Zuleitung in Figur 3 nicht dargestellt ist. Die zweite Schleuse 45 ist ebenso wie die erste Schleuse 28 am Eingang 27 der Erhitzungskammer 24 dazu eingerichtet, dass die Vorrichtung 11 in der Erhitzungskammer 24, der Reaktionskammer 23 der Kühlkammer 36 sowie der Abscheidekämmer 40 bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck, beispielsweise bei 5 Bar, betrieben werden kann.

Der Reaktor 44 zur Verbrennung der mit der beladenen Aktivkohle AK weist einen Auslass 46 für die Asche auf, wo ^¬ bei die Asche beispielsweise mittels eines Drehtellers 47 zum Ausgang befördert werden kann. An dem Auslass 46 weist der Reaktor 44 eine dritte Schleuse 48 auf, die wie die an ^¬ deren Schleusen 28, 45 derart eingerichtet ist, so dass die Vorrichtung 11 bei gegenüber Umgebungsdruck erhöhtem Druck betrieben werden kann.

Die Erhitzungskammer 24, die die Erhitzungszone ZE be ^¬ reitstellt, ist von einem Isolationsmantel 49 umschlossen. Zwischen der Isolationsmantel 49 und der Außenwand des Be ^¬ hälters 50 für die Erhitzungskammer 24 ist ein Heizraum 51 gebildet. Der Heizraum 51 ist beim Ausführungsbeispiel mit dem Reaktor 44 zur Verbrennung der teerbeladenen Aktivkohle über eine entsprechende Leitung 52 verbunden, über die der Heizraum 51 mit Abgas G des Reaktors 44 gespeist werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Heizraum 51, wie durch den Pfeil 52 angedeutet, mit Abgasen eines Gasmotors (nicht dargestellt) zur Stromerzeugung beheizt werden, der beispielsweise mit dem gereinigten Produktgas PA, PR als Brennstoff gespeist wird. Das Abgas G kann aus dem Heizraum 51 über einen Auslass 53 in dem Isolationsmantel 49 abge ^¬ leitet werden.

Die Reaktionskammer 23 wird ebenfalls von einem Isola ^¬ tionsmantel 54 umgeben, der sowohl die Oxidationszone ZO, als auch die Vergasungszone ZV umschließt. Zwischen dem Isolationsmantel 54 und der Reaktionskammer 23 kann ein Heizraum zur indirekten Heizung der Vergasungszone ZV und/oder der Oxidationszone ZO angeordnet sein (nicht dar ^¬ gestellt) , der ebenfalls mit Abgas G des Reaktors 44 ge ^¬ speist werden kann.

Der Kühlkammerbehälter 37 ist von einem Mantel 56 umschlossen, wobei zwischen dem Mantel 56 und dem Kühlkammerbehälter 37 ein Kühlraum 57 ausgebildet ist, der über einen Eingang 58 mit einem Kühlmittel C, im Ausführungsbeispiel Luft, gespeist werden kann. Der Kühlraum 57 weist einen Auslass 59 zum Auslassen der Luft C aus dem Kühlraum 57 auf. Die durch indirekte Kühlung der Kühlkammer 36 aufgewärmte Luft C kann über eine zwischen dem Auslass 59 und dem Reaktor 44 angeordnete Leitung 60 dem Reaktor 44 zur Verbrennung von Aktivkohle AK zugeführt werden.

Der Auslass 41 zur Ableitung des Reingases PR kann beispielsweise mit einem Gasmotor (nicht dargestellt) ver ^¬ bunden sein, der mit dem Reingas PR betrieben werden soll. Zur Erzeugung des Reingases PR arbeitet die Vorrichtung 11 beispielsweise wie folgt:

Im stationären Zustand, wenn der Gasmotor eine konstante mechanische Leistung liefern soll, wird in der Regel die kontinuierliche Erzeugung von Reingas PR durch die Vor ^¬ richtung 11 bzw. durch das Verfahren 10 nachgefragt. Zur Erzeugung des Reingases PR wird in der Regel ein konstanter Massenstrom Biomasse mBroh (Bezugszustand roh) aus dem Silo 26 für die Biomasse B mit Hilfe der ersten Schleuse 28 und beispielsweise der Schwerkraft sowie der Fördereinrichtung 29 der Erhitzungskammer 24 zur Trocknung und Pyrolyse der Biomasse B zugeführt. Dem Biomassestrom mBrohr entspricht ein Biomassestrom mBwaf (Bezugszustand wasser- und asche- frei) . In der Erhitzungskammer 24 bzw. der Erhitzungszone ZE wird die Biomasse B durch indirekte Beheizung der Erhit ^¬ zungszone ZE durch das Abgas G des Reaktors 44 und/oder des Gasmotors bei beispielsweise etwa 500°C getrocknet und der ^¬ art erhitzt, dass die flüchtigen Bestandteile aus der Bio ^¬ masse B entweichen (Pyrolyse) . Dabei entsteht kohlenstoff ^¬ haltiger Reststoff RK sowie Pyrolysegas PY, das einen Teer ^¬ anteil von mehreren Gramm pro Kubikmeter aufweisen kann.

Der kohlenstoffhaltige Reststoff RK sowie das Pyroly ^¬ segas PY werden mit Hilfe der Fördereinrichtung 29 in die Oxidationszone ZO gefördert. Dort wird das Pyrolysegas PY unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, beispielsweise Luft L, bei etwa 1000 bis 1200°C unterstöchiometrisch oxi- diert, wobei ein Rohgas R entsteht. Die Teerbestandteile in dem Pyrolysegas PY werden dabei zum größten Teil ge- crackt. Die Luft des sauerstoffhaltigen Gases L wird zur Einstellung der Temperatur TO in der Oxidationszone ZO geregelt. Es wird beispielsweise 1 Kubikmeter Luft je Kilo ^¬ gramm Biomasse (waf) benötigt. Durch Vorwärmung kann die Luftmenge noch reduziert und der Heizwert des Reingases PR erhöht werden. In der Oxidationszone ZO bzw. der Oxidati- onsstufe 12ii wird der Teeranteil im Rohgas R auf deutlich unter 500 mg pro Kubikmeter abgesenkt.

Der Gastransport des Rohgases R in die unter der Oxi ^¬ dationszone ZO angeordnete Vergasungszone ZV wird bei ^¬ spielsweise dadurch erreicht, dass das sauerstoffhaltige Gas L am vertikal oberen Ende 61 der Reaktionskammer 23 zugeführt wird und das Gas L somit in der Reaktionskammer 23 vorhandene Gase vertikal nach unten drückt. Alternativ oder zusätzlich kann an dem Ende 34 der Reaktionskammer 23 oder der Vorrichtung 11 eine nicht dargestellte Absaugvorrichtung für das Produktgas PH angeschlossen sein, um den Gastransport innerhalb der Reaktionskammer 23 herbeizuführen oder zu unterstützen.

In der Vergasungszone ZV, die auch als Reduktionszone bezeichnet werden kann, wird der überwiegende Teil des koh ^¬ lenstoffhaltigen Reststoffes RK endotherm vergast, wobei die Gastemperatur entsprechend bis auf beispielsweise 700°C fällt. Dabei kann der Anteil an kohlenstoffhaltigem Reststoff RK von ursprünglich 20% nach der Pyrolyse auf bei- spielswe.LSG 5% bezogen auf den zugeführten Biomassestrom mBwaf (Bezugsstand wasser- und aschefrei) sinken. Es ent ^¬ steht Kohle AK mit einer stark porösen Struktur (Aktivkohle) .

Die Prozesssteuerungseinrichtung der Vorrichtung 11 ist dazu eingerichtet, durch Steuerung der Prozessparame ^¬ ter, wie beispielsweise Temperatur und ggf. auch Druck, und/oder mittels der Abzweigeinrichtung 35 und/oder der Fördereinrichtung 38 der Kühlkammer 36 einen bestimmten Massenstrom Aktivkohle MAK2 aus einem Bereich von minimal 0,02 Kilogramm bis maximal 0,1 Kilogramm je Kilogramm zugeführter Biomasse B (bezogen auf den Bezugszustand wasser- und aschefrei) , aus der die Aktivkohle AK erzeugt wurden, von der Vergasungszone ZV in die Kühlzone ZK der Kühlkammer 36 zu fördern und dort gemeinsam mit dem bei der Vergasung aus der zugeführten Biomasse B erzeugten teerbehafteten Produktgas PH bis in die Nähe der Umgebungstemperatur indirekt abzukühlen. Während der gemeinsamen Abkühlung wird das Produktgas PH durch den Adsorptionsprozess vom Teer gerei ^¬ nigt und daraufhin dem Gasmotor als Reingas PR zugeführt.

Bei Änderung der Nachfrage nach Reingas PR oder bei sich stark änderndem Heizwert der momentan bereitgestellten Biomasse B wird der Massenstrom mBroh zugeführter Biomasse B entsprechend geändert. Mit Zeitverzögerung wird dadurch ein geänderter Massenstrom Aktivkohle mAK in der Verga- sungszone erzeugt. Die Prozesssteuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zu berücksichtigen, dass die Änderung des Massenstroms mAK erzeugter Aktivkohle AK verzögert zu der Änderung des Massenstroms zugeführter Biomasse mBroh auf ^¬ tritt. Daher wird auch bei sich ändernder Nachfrage nach Reingas PR die Menge MAK2 bzw. der Massenstrom mAK2, der der Kühlzone ZK aus dem momentan in der Vergasungszone ZV bereitgestellten Massestrom mAK Aktivkohle zuzuführen ist, an Hand der Menge bzw. dem zugeführten Massenstrom Biomasse (Menge bzw. Massenstrom bezogen auf Bezugszustand waf) be ^¬ stimmt, aus der der momentan in der Vergasungszone ZV er ^¬ zeugte Aktivkohlemassestrom mAK erzeugt wurde.

Die Teerbestandteile und andere Schadstoffe aus dem Produktgas PH werden während der gemeinsamen Abkühlung von der Aktivkohle MAK2 adsorbiert. Die Beladekapazität (Ad ^¬ sorptionskapazität) der Aktivkohle AK ist derart hoch, dass bei einer Beladung von nur 2 Gewichtsprozent je Kilogramm Biomasse B (waf) beispielsweise 1 Gramm Teerbestandteile aus dem Produktgas PH entfernt werden können. Das Produkt ^¬ gas PH und die bestimmte Menge Aktivkohle MAK2 werden bei der gemeinsamen Abkühlung vorzugsweise nicht unter eine untere Grenztemperatur oberhalb des Taupunkts des Produktga ^¬ ses PH abgekühlt, da die Beladekapazität der Aktivkohle AK hin zu einer relativen Feuchtigkeit des Produktgases PH von 100% stark abfällt. Beim Ausführungsbeispiel wird für die indirekte Kühlung der Kühlzone ZK Luft C verwendet, wobei die erhitzte Kühlluft C dem Reaktor zur Verbrennung der teerbehafteten Aktivkohle MAK2 zugeführt wird.

Das Produktgas PA, PR wird in dem Ausführungsbeispiel nach der Kühlzone ZK mit einem Staubfilter 18 von der mit Schadstoff beladenen Aktivkohle MAK2 abgetrennt. Die mit Schadstoff beladene Aktivkohle MAK2 wird dem Reaktor 22 über die zweite Schleuse 45 zugeführt und mit der ver- brauchten Kühlluft C verbrannt. Die Asche wird zum Beispiel über den Drehteller 47 und die dritte Schleuse 48 abge ^¬ schieden .

Bei hoher Feuchtigkeit der Biomasse B kann es zweckmä ^¬ ßig sein, die Erhitzungszone ZE durch indirekte Beheizung sowohl mit den Abgasen des Gasmotors als auch mit den Abga ^¬ ses des Reaktors 44 zur Verbrennung der teerbehafteten Aktivkohle MAK2 zu beheizen.

Die Vergasung bei erhöhtem Druck mit entsprechenden Schleusen 28, 45, 48 am Ein- und Ausgang des Vergasers 11 hat den Vorteil, dass das gereinigte Produktgas PR dem Druck aufgeladenen Gasmotor ohne Kompressor zugeführt werden kann. Außerdem kann dadurch die Beladekapazität der Aktivkohle AK erhöht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 10 und erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 zur Feinreinigung kann motortaugliches Produktgas PR erzeugt werden, ohne dass eine nachge ^¬ schaltete Reinigung (zum Beispiel mittels Nasswäscher, Elektrofilter oder dergleichen) erforderlich wäre. Der Kaltgaswirkungsgrad des Vergasers liegt selbst bei sehr feuchter Biomasse über 80%.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 10 zur Vergasung von Biomasse B sowie eine dazu eingerichtete Vorrichtung 11. Das Verfahren erfolgt in mindestens drei Verfahrensstu ^¬ fen 12, 12i, 12ii, 13, 14. In einer ersten Verfahrensstufe 12 kann in einem Ausführungsbeispiel biogener Reststoff Bi ^¬ omasse einer Erhitzungszone ZE zugeführt werden, um die Bi ^¬ omasse B zu trocken und die flüchtigen Bestandteile entwei ^¬ chen zu lassen, um einen Pyrolysegas PY daraus zu erzeugen. Das Pyrolysegas PY wird einer Oxidationszone ZO zugeführt und dort unterstöchiometrisch oxidiert, wobei ein Rohgas R erzeugt wird. Der koksartige, kohlenstoffhaltige Reststoff RK, der in der Erhitzungszone ZE erzeugt wird, wird zusam ^¬ men mit dem Rohgas R in einer zweiten Verfahrensstufe 13 in einer Vergasungszone ZV teilweise vergast. Die Erhitzungs ^¬ zone ZE kann indirekt beheizt werden. Die Vergasungszone ZV kann ebenso indirekt beheizt werden. Die Erhitzungszone ZE und die Oxidationszone ZO sind vorzugsweise voneinander se ^¬ parate Zonen in separaten Kammern 23, 24. Durch die Vergasung entsteht Aktivkohle AK sowie ein heißes Prozessgas PH. Das erfindungsgemäße Verfahren 10 beinhaltet bzw. die Vor ^¬ richtung 11 ist dazu eingerichtet, eine bestimmte Menge der Aktivkohle von minimal 0,02 Kilogramm bis maximale 0,1 Ki ^¬ logramm je Kilogramm zugeführter Biomasse (wasser- und aschefrei, waf) , aus der die Aktivkohle in der Vergasungs ^¬ zone ZV entstanden ist, sowie das heiße Produktgas PH in einer dritten Verfahrensstufe 14 in einer Kühlzone ZK, bei ^¬ spielsweise auf höchstens 50°C, abzukühlen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet bzw. beinhaltet das Verfahren, dass die Aktivkohle AK sowie das heiße Prozess ^¬ gas PH derart gemeinsam abgekühlt werden, dass die Tempera ^¬ tur des Prozessgases PH in der Kühlzone ZK beim gemeinsamen Abkühlen mit der Aktivkohle AK oberhalb einer unteren

Grenztemperatur bleibt, die größer ist als die Taupunkttemperatur des Produktgases PH. Der während der gemeinsamen Abkühlung von Aktivkohle AK und Produktgas PH stattfindende Adsorptionsprozess führt dazu, dass sich Teer während der Abkühlung aus dem heißen Prozessgas PH an der Aktivkohle AK in der Kühlzone anlagert. Dadurch wird im Anschluss an die dritte Verfahrensstufe 14 ein Reingas PR, PA erhalten, das im Wesentlichen teerfrei ist. Die teerangereichte Aktivkoh ^¬ le AK kann zumindest teilweise zur Beheizung der Erhit ^¬ zungszone ZE und/oder der Vergasungszone ZV verbrannt wer ^¬ den . Bezugs zeichenliste :

40 Abscheidekämmer

41 Aus1ass

42 Temperatursensor

43 Aus1ass

44 Reaktor

45 zweite Schleuse

46 Aus1ass

47 Drehteller

48 Dritte Schleuse

49 Isolationsmantel

50 Behälter für die Erhitzungskammer

51 Heizraum

52 Pfeil

53 Aus1ass

54 Isolationsmantel

56 Mantel

57 Kühlraum

58 Eingang

59 Aus1ass

60 Leitung

61 oberes Ende

B Biomasse

L Luft

R Rohgas

RK Kohlenstoffhaltiger Reststoff

PH Produktgas

AK Aktivkohle

PA, PR Abgekühltes Produktgas, Reingas

SK Kohlestaub G Abgas

PY Pyrolysegas

MB Menge zugeführter Biomasse

MAK2 bestimmte Menge Aktivkohle

MAK1 überschüssige Menge Aktivkohle

mBroh Masse, Massenstrom Biomasse (Bezugszustand roh)

mBwaf Masse, Massenstrom Biomasse (Bezugszustand wasser- und aschefrei)

mAK Masse, Massenstrom in der Vergasungszone ent ^¬ stehender Aktivkohle

mAK2 Masse, Massenstrom der Aktivkohle für die ge ^¬ meinsame Abkühlung

mAKl Masse, Massestrom an überschüssiger Aktivkohle

ZO Oxidationszone

TO Temperatur Oxidationszone

ZV Vergasungszone

V Temperatur in Vergasungszone

ZK Kühlzone

ZE Erhitzungszone

TE Temperatur Erhitzungszone

P Pfeil