Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pyrolyse von wasserhaltigem organischem Einsatzmaterial, insbesondere von organischen Abfällen und Biomasse, mit folgenden Verfahrensschritten: a) ein im Kreislauf gefahrener, stückiger inerter Wärmeträger wird in einem Vorwärmer erhitzt, b) der erhitzte Wärmeträger wird gleichzeitig mit dem wasserhaltigen Einsatzmaterial in einen Pyrolysereaktor eingegeben, c) in dem Pyrolysereaktor wird das Einsatzmaterial ggf. unter weiterer Zugabe von Wasserdampf pyrolysiert, d) das in dem Pyrolysereaktor gebildete Gemisch aus Pyrolysegas und Wasserdampf wird in einem Reformierungsreaktor zu einem Produktgas mit hohem Wasserstoffgehalt (erstes Endprodukt) reformiert, e) der in dem Pyrolysereaktor entstandene Pyrolysekoks (zweites Endprodukt) wird zusammen mit dem Wärmeträger aus dem Pyrolysereaktor ausgetragen und von dem Wärmeträger abgetrennt, und f) der abgetrennte Wärmeträger wird in den Vorwärmer zurückgeführt.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 1 337 607 bekannt und in der Anlage„Blauer Turm" (vgl. www.blue-tower.de) verwirklicht. Bei dem be- kannten Verfahren wird der Wärmeträger, der z. B. aus hitzebeständigen Keramikkugeln bestehen kann, in dem Vorwärmer mit Hilfe von Rauchgas aus einer Feuerung auf ca. 1100°C erhitzt und in diesem Zustand über eine Feststoffschleuse in den unter dem Vorwärmer befindlichen Reformierungsreaktor eingegeben, um dort die für die Reformierung erforderliche Wärme im erforderlichen Temperaturbereich einzutragen. Beim Durchtritt durch den Reformierungsreaktor kühlt sich der Wärmeträger bis auf das für die Beheizung des Pyrolysereaktors erforderliche Temperaturniveau (ca. 750°C) ab und wird wiederum über eine Dosiervorrichtung in den darunter befindlichen Pyrolysereaktor eingegeben, dem gleichzeitig das Einsatzmaterial zugeführt wird. Anschließend durchläuft der Wärmeträger zusammen mit dem Einsatzmaterial den Pyrolysereaktor und wird zusammen mit dem bei der Pyrolyse entstehenden Pyrolysekoks unten aus dem Pyrolysereaktor ausgetragen, und zwar mit einer Temperatur von etwa 600°C. Nach Abtrennung des Pyrolysekokses von dem Wärmeträger wird der Wärmeträger sodann mittels eines Elevators nach oben gefördert und über eine Schleuse erneut von oben in den Vorwärmer eingegeben. Falls die mit dem wasserhaltigen Einsatzmaterial zugesetzte Wassermenge für die Reformierung nicht ausreicht, wird dem Pyrolysereaktor zusätzlich noch Dampf zugeführt.

Beim Erprobungsbetrieb der oben genannten Anlage hat sich eine Reihe von Problemen herausgestellt. Zum einen hat die Anlage aufgrund der Führung des Wärmeträgerkreislaufs zwangsläufig eine verhältnismäßig große Bauhöhe, so dass der Wärmeträger für die Zurückführung in den Vorwärmer über einen verhältnismäßig langen Förderweg angehoben werden muss, was sowohl energetisch als auch verschleißtechnisch ungünstig ist. Zum anderen muss der Wärmeträger in dem Vorwärmer bis auf 1100°C erhitzt werden, d.h. bis in den Bereich der hellen Gelbglut, wodurch die Lebensdauer einerseits des Wärmeträgers und andererseits der den Wärmeträger führenden Anlageteile, insbesondere der Feststoffschleusen, stark beeinträchtigt werden kann. Schließlich ist bei dem bekannten Verfahren der Reformierungsprozess in Folge der im Reformierungsreaktor ständig präsenten großen Wärmeträgermasse nur noch schlecht steuerbar und somit schlecht beherrschbar. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Bauhöhe der Anlage verringert werden kann und störend hohe Temperaturen im Bereich des Wärmeträgerkreislaufs vermieden werden. Schließlich soll es besser möglich sein, den Reformierungs- prozess durch eine genauere Temperatursteuerung im Hinblick auf ein besseres Produktausbringen und auf einen hohen Wasserstoffgehalt im Produktgas zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, g) dass der Reformierungsreaktor separat vom Wärmeträgerkreislauf angeordnet ist und separat von diesem beheizt wird.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung umfasst der Wärmeträgerkreislauf nur noch den Vorwärmer und den Pyrolysereaktor. Infolgedessen verringert sich die notwendige Bauhöhe der Anlage etwa um die Höhe des Reformierungsreaktors. Wegen der verringerten Bauhöhe verkürzt sich der Förderweg für die Rückführung des Wärmeträgers entsprechend. Weiterhin wird beim Verfahren gemäß der Erfindung der Wärmeträger nur noch auf die Eintrittstemperatur in den Pyrolysereaktor, d. h. auf ca. 800°C erhitzt. Hierdurch vermindert sich der Verschleiß am Wärmeträger und an den Führungs- und Transportmitteln für den Wärmeträger entsprechend.

Dadurch, dass beim Verfahren gemäß der Erfindung der Reformierungsreaktor separat vom Wärmeträgerkreislauf und Pyrolysekoks beheizt wird, lässt sich der Reformierungsprozess im Hinblick auf ein optimiertes Produktausbringen (Produktgas oder Pyrolysekoks) wesentlich genauer steuern und auf einen möglichst hohen Wasserstoffgehalt im Produktgas optimieren.

Eine erste, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Teilmenge des Produktgases abgezweigt wird und in einem Gasbrenner verbrannt wird, dessen Rauchgas zunächst den Reformierungsreaktor und anschließend den Wärmeträger im Vorwärmer erhitzt. Hierdurch bleibt das Verfahren energieautark und ermöglicht ein optimiertes Ausbringen an Pyrolyse- koks. Das ist insbesondere an Standorten wichtig, wo der Pyrolysekoks in der Landwirtschaft z. B. zur Bodenverbesserung benötigt wird.

Eine zweite zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der gesamte Pyrolysekoks oder eine abgetrennte Teilmenge des Pyrolysekokses in einer Koksfeuerung verbrannt wird, deren Rauchgas zunächst den Reformie- rungsreaktor und anschließend den Wärmeträger im Vorwärmer beheizt. Auch hierbei bleibt das Verfahren energieautark und ermöglich ein optimiertes Ausbringen an Wasserstoff haltigem Pyrolysegas. Das ist insbesondere an Standorten wichtig, wo man z. B. mit einer Gasturbine oder einem Gasmotor Strom erzeugen will, z. B. um die Stromerzeugungslücken von stromerzeugenden Solaranlagen auszufüllen.

Gegebenenfalls kann man auch die beiden zuletzt diskutierten Ausführungsformen der Beheizung des Reformierungsreaktors miteinander kombinieren, um je nach Bedarf und/oder Jahreszeit mehr Produktgas oder mehr Pyrolysekoks erzeugen zu können.

Schließlich kann man die Menge des entstehenden Pyrolysekokses auch dadurch beeinflussen, dass man in den Pyrolysereaktor Luft, Sauerstoff oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff eingibt. Hierdurch ergibt sich in dem Pyrolysereaktor zusätzlich eine genau steuerbare unterstöchiometrische Verbrennung, die einen Teil des Kohlenstoffs vergast und zusätzlich Wärme in den Pyrolysereaktor einträgt.

Der Reformierungsprozess kann in beiden Fällen - und zwar unabhängig von der jeweiligen Energiequelle - in einer von außen beheizten Reaktionskammer des Reformierungsreaktors erfolgen. Das hat den Vorteil, dass der Reformierungsprozess allein in der Gasphase ohne Störung durch durchlaufende Feststoffe bewerkstelligt werden kann, ggf. in Anwesenheit eines Katalysators, der sich in dem Reaktionsraum des Reformierungsreaktors befindet. Durch die Anwesenheit eines geeigneten Katalysators lässt sich der Reformierungsprozess bekanntlich erheblich intensivieren. Anstelle einer von außen beheizten Reaktionskammer kann der Reformierungs- prozess aber auch in einem Wanderbettreaktor erfolgen, dessen umlaufender Hochtemperatur-Wärmeträger zunächst eine vom Rauchgas des Gasbrenners und/oder der Koksfeuerung beheizte Vorwärmkammer und danach eine davon durch eine Feststoff schleuse abgetrennte Reaktionskammer durchläuft, die vom zu reformierenden Pyrolysegas durchströmt wird. Auch in dieser Ausführungsform kann dem umlaufenden Wärmeträger ein Katalysator zugesetzt werden, der nicht vom Einsatzmaterial verschmutzt wird und gegebenenfalls außerhalb des Reformierungsreaktors thermisch, chemisch oder mechanisch reaktiviert werden kann oder ganz oder teilweise ersetzt werden kann.

Um auch die fühlbare Wärme aus dem Produktgas zu nutzen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass der dem Pyrolysereaktor vorgeschaltete Vorwärmer in zwei Vorwärmerkammern unterteilt ist, die aufeinanderfolgend vom Wärmeträger durchlaufen werden und von denen die eine vom durchgeleiteten Pyrolysegas und die andere vom durchgeleiteten Rauchgas aus dem Reformierungs- reaktor beheizt wird.

Zum gleichen Zweck kann alternativ hierzu oder auch zusätzlich hierzu auch die Vorwärmkammer des Wanderbettreaktors in zwei Vorwärmkammern unterteilt sein, die aufeinanderfolgend vom Hochtemperatur-Wärmeträger durchlaufen werden und von denen die eine vom durchlaufenden Produktgas und die andere vom Rauchgas des Gasbrenners und/oder der Koksfeuerung beheizt wird.

Um schließlich auch die fühlbare Wärme aus dem Abgas zu entnehmen, ist schließlich vorgesehen, dass mit dem Abgas aus dem Vorwärmer Dampf für die Reformierung erzeugt wird.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Schematisch das Verfahren gemäß der

Erfindung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2: schematisch das Verfahren gemäß der

Erfindung in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3: schematisch das Verfahren gemäß der

Erfindung in einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4: schematisch das Verfahren gemäß der

Erfindung in einer vierten Ausführungsform;

Fig. 5: schematisch das Verfahren gemäß der

Erfindung in einer fünften Ausführungsform.

In Figur 1 der Zeichnung sind ein Vorwärmer mit dem Bezugszeichen 1 , ein Pyrolysereaktor mit dem Bezugszeichen 2 und ein Reformierungsreaktor mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Weiterhin umfasst die Anlage einen Gasbrenner 4, eine Siebanlage 5, eine Produktgasreinigung 6 und einen Dampferzeuger 7.

Der Wärmeträger 8 wird von feuerfesten Keramikkugeln gebildet, die sich zum größten Teil in loser Schüttung in dem Vorwärmer 1 und dem Pyrolysereaktor 2 befinden. Der Wärmeträger 8 wird kontinuierlich im Kreislauf gefahren und wandert dabei langsam von oben nach unten zunächst durch den Vorwärmer 1 und anschließend durch den Pyrolysereaktor 2, danach als Siebrückhalt über die Siebanlage 5 und über einen Elevator 9 zurück nach oben in den Vorwärmer 1.

Zwischen dem Vorwärmer 1 und dem Pyrolysereaktor 2 zwischen der Siebanlage 5 und dem Elevator 9 und zwischen dem Elevator 9 und dem Vorwärmer 1 sind jeweils nicht näher dargestellte, gasdichte Feststoffschleusen 10 für den Durchtritt des Wärmeträgers 8 vorgesehen.

Der Wärmeträger 8 wird im Vorwärmer 1 auf etwa 800°C erhitzt und mit dieser Temperatur von oben in den Pyrolysereaktor 2 eingegeben. Zugleich mit dem Wärmeträger 8 wird in den Pyrolysereaktor 2 über eine Zugabevorrichtung 11 das zu pyrolysierende wasserhaltige organische Einsatzmaterial in Form von organischen Abfällen oder Biomasse eingegeben. Außerdem kann, um die entstehende Menge von Pyrolysekoks zu beeinflussen, mittels einer Zugabevorrichtung 12 Luft oder Sauerstoff oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff in den Pyrolysereaktor eingegeben werden.

Auf seinem Weg durch den Pyrolysereaktor 2 wird dieses Einsatzmaterial unter Zugabe von Wasserdampf pyrolysiert. Die für die Pyrolyse erforderliche Energie liefert der Wärmeträger 8, der sich dementsprechend im Pyrolysereaktor 2 von 800°C auf 600°C abkühlt. Falls Luft und/oder Sauerstoff zugegeben werden, findet in dem Pyrolysereaktor 2 außerdem eine unterstöchiometrische Verbrennung von Kohlenstoff statt, wodurch gegebenenfalls zusätzlich Wärme in den Pyrolysereaktor eingetragen wird.

Das im Pyrolysereaktor 2 gebildete Pyrolysegas-Wasserdampf-Gemisch verläset, wie durch den Pfeil 13 angedeutet, den Pyrolysereaktor 2 mit etwa 630°C in Richtung auf den Reform ierungsreaktor 3 und wird dort weiter behandelt, wie weiter unten noch erläutert wird.

Der bei der Pyrolyse gebildete Pyrolysekoks wird zusammen mit dem Wärmeträger 8 über eine nach dem Pyrolysereaktor 2 angeordnete Austragsvorrichtung 14 zusammen mit dem Wärmeträger 8 ausgetragen und auf die Siebanlage 5 aufgegeben. Dort wird der Wärmeträger 8 als Siebrückhalt zurückgehalten und dem Elevator 9 zugeführt, der den Wärmeträger 8 nach oben fördert und von oben über die Feststoffschleuse 10 in den Vorwärmer 1 eingibt. Der als Siebdurchlauf abgetrennte Pyrolysekoks wird demgegenüber zu einer Produktausgabe 15 gefördert und dort als erstes Produkt des Verfahrens ausgegeben.

Das oben aus dem Pyrolysereaktor 2 austretende Pyrolysegas-Wasserdampf- Gemisch wird in eine von außen beheizte, separate Reaktionskammer 16 des Reformierungsreaktors 3 eingegeben und dort dem Reformierungsprozess unterzogen. Die Beheizung der Reaktionskammer 16 des Reformierungsreaktors 3 erfolgt über einen die Reaktionskammer 16 umgebenden Heizmantel 17, der vom etwa 1100°C heißen Rauchgas des Gasbrenners 4 durchströmt wird und die Reaktionskammer 14 entsprechend beheizt. Das in der Reaktionskammer 16 durch Reformierung erzeugte Produktgas wird in der Produktgasreinigungsanlage 6 gereinigt und an eine Produktgasausgabe 8 als zweites Verfahrensprodukt weitergeleitet.

Der für den Betrieb des Gasbrenners benötigte Brennstoff ist ein Teilstrom des Produktgases, welcher dem Gasbrenner 4 über eine Gasleitung 19 zugeführt wird. Dem Gasbrenner 4 ist weiterhin eine Luftzuführung 20 zugeordnet, über die der Gasbrenner mit Luft versorgt wird. Über eine genaue Steuerung der Luft- und Gaszufuhr des Gasbrenners 4 kann die in dem Gasbrenner 4 erzeugte Rauchgasmenge und Rauchgastemperatur sehr genau gesteuert werden, wodurch es möglich ist, auch die der Reaktionskammer 16 des Reformierungs- reaktors 3 zugeführt Wärme genau zu steuern. Zum gleichen Zweck kann auch ein Teil des Abgasstroms in die Feuerung recycelt werden. Auf diese Weise kann man vorteilhafterweise einen Teil der fühlbaren Wärme aus dem Abgas in den Prozess zurückführen.

Das Abgas aus dem Heizmantel 17 wird über eine Abgasleitung 21 dem Vorwärmer 1 zu dessen Beheizung zugeführt. Dieses Abgas hat immer noch eine Temperatur von ca. 860°C, was ausreicht, den im Vorwärmer 1 befindlichen Wärmeträger 8 auf die erforderlichen ca. 750°C zu erwärmen.

Weil die dem Pyrolysereaktor 2 zusammen mit dem Einsatzmaterial zugeführte Wassermenge bisweilen nicht ausreicht, eine für die Reformierung ausreichende Wasserdampfmenge zur Verfügung zu stellen, wird weiterhin in den Pyrolysereaktor 2 zusätzlich Dampf eingegeben. Dieser zusätzliche Dampf wird in einem Dampferzeuger 7 erzeugt, der zweckmäßig mit dem Abgas 22 aus dem Vorwärmer 1 beheizt wird. Der im Dampferzeuger 7 erzeugte zusätzliche Dampf wird über eine Dampfleitung 23 von unten in den Pyrolysereaktor 2 eingegeben. Die Dampfmenge kann dabei dadurch gesteuert werden, dass dem Dampferzeuger 7 über ein Wasserzuführungsventil 24 eine gezielte Menge Wasser zugeführt wird.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 tritt an die Stelle des Gasbrenners 4 eine Koksfeuerung 34, die über eine Koksleitung 37 mit dem Pyrolysekoks oder einer Teilmenge des erzeugten Pyrolysekokses beheizt werden kann. Die in Figur 1 gezeigte Beheizung mit Produktgas und die in Figur 2 gezeigte Beheizung mit Pyrolysekoks können im Bedarfsfall auch miteinander kombiniert werden, so dass man die Anlage je nach Bedarf mit Produktgas, Pyrolysekoks oder auch mit beiden Heizmitteln kombiniert beheizen kann. Erforderlichenfalls können auch Heizmittel verwendet werden, die nicht aus der Anlage stammen. Letzteres ist aber nur sinnvoll, wenn solche Heizmittel kostengünstig zur Verfügung stehen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist der Reformierungsreaktor 3 als Wanderbettreaktor ausgebildet, der mit einem umlaufenden Hochtemperatur- Wärmeträger 40 arbeitet, der aus besonders temperaturstabilen Keramikkügelchen besteht, die zunächst in einer vom Rauchgas eines Gasbrenners (vgl. den in Figur 1 dargestellten Gasbrenner 4) und/oder einer Koksfeuerung (vgl. die Koksfeuerung 34 von Figur 2) beheizten Vorwärmkammer 41 aufgeheizt werden und danach eine vom Pyrolysegas-Wasserdampfgemisch durchströmte Reaktionskammer 42 durchwandern, um dabei die in der Vorwärmkammer 41 aufgenommene Wärme abzugeben, und anschließend über einen Elevator 43 in die Vorwärmkammer 41 zurückgeführt zu werden. Dadurch, dass der Hochtemperatur-Wärmeträger 40 hier ausschließlich mit Gasen in Berührung kommt, gibt es kaum störende Feststoffe in dem Wanderbettreaktor oder an dessen Hochtemperatur-Wärmeträger 40, so dass sich der Reformierungsprozess sehr genau steuern lässt.

Auch hier wird das für die Beheizung des Reformierungsreaktors verwendete Rauchgas anschließend dem Vorwärmer 1 des Pyrolysereaktors 2 zugeführt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 befasst sich zusätzlich mit dem Problem der Nutzung der fühlbaren Wärme aus dem Produktgas. Hierzu ist der aus Figur 1 hervorgehende Vorwärmer 1 in zwei Vorwärmkammern 1a und 1 b unterteilt worden. Beide Vorwärmkammern 1a und 1b werden vom Wärmeträger 8 durchlaufen und sind durch eine Feststoffschleuse miteinander verbunden. Die Vorwärmkammer 1a wird - wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 - vom Rauchgas aus dem Heizmantel 17 des Reformierungsreaktors 3 beheizt. Die Vorwärmkammer 1b wird demgegenüber vom durchströmenden Produktgas beheizt, welches seine fühlbare Wärme an den Wärmeträger 8 abgibt und erst danach der Produktgasreinigung 6 zugeführt wird.

Eine Alternative zur Nutzung der fühlbaren Wärme aus dem Produktgas zeigt Figur 5. Dort ist die aus Figur 3 hervorgehende Vorwärmkammer 41 des Wanderbettreaktors in zwei Vorwärmkammern 41a und 41b unterteilt worden, die voneinander durch eine Feststoff schleuse getrennt sind und vom Hochtemperatur-Wärmeträger 40 durchlaufen werden. Dabei wird die eine Vorwärmkammer 41a wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 vom Rauchgas der Koksfeuerung 34 beheizt, während die Vorwärmkammer 41 b vom Produktgas beheizt wird, welche über eine Verbindungsleitung 44 zwischen der Reaktionskammer 42 und der Vorwärmkammer 41b zugeführt wird und danach über eine Verbindungsleitung 45 der Produktreinigung 6 zugeführt wird.