Die Erfindung betrifft ein katalytisches Verfahren und eine Vorrichtung zur thermochemischen Herstellung von Synthesegas, Ammoniak und Ammoniumsalzen, Kohlendioxid, Wasser als Brauchwasser und Trinkwasser sowie Pflanzenkohle als Aktivkohle und als Düngemittel bzw. Bodensubstrat aus kohlenstoffhaltigen

Energieträgern, insbesondere aus Biomassen.

Unter Biomasse sind sämtliche Stoffe biologischen Ursprungs zu verstehen.

Synthesegas besteht überwiegend aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan. Ammoniak und Ammoniumsalze entstehen bei der thermochemischen Zersetzung von Eiweißen die in der Biomasse vorhanden sind. Das Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung des Synthesegases. Wasser als Brauchwasser entsteht hier bei der Kondensation des Wassers aus dem Synthesegas, bei der Kondensation aus dem Abgasstrom sowie bei dem erfindungsgemäßen Einsatzes des Ammoniaks bzw. Ammoniumions als Regeneriermittel für einen

lonenaustauschprozess zur Entsalzung von Wässern insbesondere Meerwässern. Überschüssiger Ammoniak wird mit mineralischen lonentauschern oder als

Magnesium-Ammonium-Phosphat als Düngemittel gewonnen. Trinkwasser ist entsalztes Wasser, das mit Calciumhydrogencarbonat durch Reaktion von

Calciumcarbonat und Kohlendioxid angereichert wird. Pflanzenkohle ist die aus der Biomasse gewonnen Kohle, die bei Erreichen von 300 m ² /g innerer Oberfläche zur Aktivkohle wird. Wird diese Kohle biologisch aktiviert und mit Biomassen z. B.

Melasse milchsauer fermentiert, dann erhält man Terra Preta als anthropogenes Bodensubstrat mit Düngewirkung und humusaufbauendem Effekt. Die katalytische Vergasung ist gerade deshalb für diese Aufgabe besser als eine Verbrennung geeignet, da hierbei gezielt Kohle aus Biomasse und Aktivkohle, die später als Terra Preta do Indio ähnliches Substrat weiter Verwendung in der Landwirtschaft und im Gartenbau findet, hergestellt werden kann und so auf einfache Weise das Phosphat wieder pflanzenverfügbar gemacht werden kann.

Für die thermochemische Herstellung von Synthesegas aus Biomasse sind im Wesentlichen drei Verfahren bekannt. Die Festbettvergasung wird im kleinen Leistungsbereich für Biomassen hoher Qualität eingesetzt und das Vergasen erfolgt hauptsächlich mit Luft, weshalb lediglich ein Gas niedriger Qualität entsteht. Ab 1 GW Leistung werden sogenannte Flugstromvergaser eingesetzt, die hauptsächlich weitgehend trockene Biomasse bei sehr hohen Temperaturen mit reinem Sauerstoff vergasen. Für dezentrale kleine Anlagen ist der Flugstromvergaser wegen der hohen Investitionskosten nicht geeignet. Wegen der hohen Temperaturen wird der Ascheschmelzpunkt

unterschritten, weshalb es nur mit sehr hohem apparativem und chemischen

Aufwand möglich wäre, Phosphate und andere Düngemittel zurück zu gewinnen. .Zwischen 1 MW und 1 GW kann ein Wirbelschichtreaktor eingesetzt werden. Dieser wird in zwei Varianten betrieben, einmal allotherm und einmal autotherm. Bei der autothermen Vergasung wird ein Teil der Biomasse verbrannt, um die Energie für die ablaufenden endothermen Reaktionen zur Verfügung zu stellen. Bei der allothermen Vergasung wird die notwendige Energie von außen zugeführt. Dies kann durch elektrische Beheizung des Systems oder durch umlaufende Wärmeträger, wie z.B. Sand, die durch Verbrennen der Biomasse erhitzt werden, geschehen. Ein solcher Vergaser wird in Güssing, Österreich betrieben. Wird als um laufener Wärmeträger gebrannter Kalk genutzt, kann zusätzlich die Wärmetönung bei der Umwandlung zu Kalziumcarbonat genutzt werden, wie in der DE 10 2004 045 772 A1 offenbart wird. Da der Wirbelschichtreaktor unterhalb des Ascheschmelzpunktes betrieben wird, kann die Asche als Mineraldünger verwendet werden.

Die DE 20 2012 101 271 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur thermischen

Aufarbeitung von organischen Abfällen, die aus der Materialzuführung, dem

Reaktorblock, der Teerabscheidung, der Gasreinigung, dem Verdampfer und der Aktivkoksaufbereitung besteht, wobei die Materialzuführung aus einer überwiegend trichterförmigen Aufgabeeinrichtung und einer darunter angeordneten

Beschickungsschnecke besteht, deren Ausgang in das untere Ende des

Hauptreaktors mündet und in die Materialzuführung weitere Einrichtungen zum Einbringen einer Zuschlagstoff-Mischung und aus dem Prozess stammendem Teer münden. Der Reaktorblock besteht aus einer mit Synthesegas auf Temperaturen von 500°C bis 550 °C beheizten Brennkammer, durch die sich der senkrecht

angeordnete Hauptreaktor erstreckt,, der eine innenliegende Fördereinrichtung hat. In der DE 20 2006 016 442 U1 wird eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Vergasung von Biomasse mit kontinuierlichem Eintrag, anschließender

Zerkleinerung und Gasreinigung beschrieben. Durch eine Stopfschnecke wird die Biomasse zugeführt und dadurch kontinuierlich so verdichtet, dass ein

gasundurchlässiger Pfropf entsteht, wodurch Dampf und Gase nicht entgegengesetzt der Förderrichtung entweichen können. In einem Schneckenextruder wird durch eine Zerfaserungsschnecke, welche die Biomasse entweder kontinuierlich unter Druck zuführt und in welcher die Biomasse stufenweise durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem von 100 °C bis auf etwa 200°C - 250 °C erwärmt wird, oder die Biomasse kurz nach dem Einlass des

Schneckenextruders durch Zugabe von Wasserdampf bzw. reinem Sauerstoff oder einer Kombination von beidem auf eine Temperatur von etwa 200°C - 250 °C erwärmt und bis auf einen Druck von etwa 25-30 bar gebracht wird, wobei (in beiden Fällen) durch die Erwärmung das in der Biomasse enthaltene Lignin (Kitt zwischen den Pflanzenfasern) erweicht bzw. flüssig wird. Die Biomasse (insbesondere die Epidermishülle und die Nodien von Gräsern) wird durch den zugeführten Sauerstoff zusätzlich teilweise chemisch zersetzt. Die durch die Scherelemente der

Zerfaserungsschnecke erzeugten Scherkräfte werden die Biomassefasern voneinander getrennt und Epidermishülle und Nodien aufgrund der Versprödung durch den Sauerstoff ebenfalls fein zerkleinert. Kurz vor dem Ausgang in den

Schneckenextruder wird zusätzlich Wasserdampf gegeben, was aufgrund des dadurch entstehenden, größeren Volumens zu einem Auseinanderdriften des Faser- Dampfgemisches führt. Am Ausgang des Schneckenextruders wird der zur

Vergasung notwendige Sauerstoff der Biomasse zugegeben. Durch eine

Brennkammer wird entweder das gleichmäßig miteinander vermischte Biomasse- Sauerstoff-Gemisch zugeführt, so dass es darin zu einer homogenen Explosion (optimale partielle Verbrennung) bei ca. 900 °C kommt oder es wird alternativ der zur Vergasung notwendige Sauerstoff erst innerhalb der Brennkammer getrennt zuzugeben, wodurch die Mischung allerdings dann inhomogen ist und deswegen ungleichmäßiger vergast. Durch einen Extruder oder eine Anordnung von mehreren Extrudern, durch den die Biomasse bzw. das Vergasungsgemisch der

Vergasungskammer zugeführt wird, wird durch Hochtemperaturfilter (metallische Membranfilter), durch die das hierbei entstehende Gas bei 900 °C geführt und hierbei in mehreren Stufen gereinigt und durch eine katalytische Vorrichtung , in welcher zum Schluss die restlichen Schadstoffe im durchlaufenden Gas unschädlich gemacht werden, gereinigt.

In der DE 10 2015 107491 A1 werden ein Verfahren und eine Anlage zur

Schnellpyrolyse von Biomasse, insbesondere von Lignocellulose enthaltender Biomasse angegeben, bei denen die bereitgestellte Biomasse mit einem festen Wärmeträger unter Pyrolysebedingungen umgesetzt wird. Bei der nachfolgenden Auftrennung der Pyrolyseprodukte wird ein flüssiges Produkt, der Pyrolyseteer, erhalten. Mindestens ein Teil des zur Aufheizung des Wärmeträgers genutzten Rauchgases oder des als weiteres Produkt erhaltenen Pyrolysegases oder

Mischungen beider Gase wird zum Pyrolysereaktor oder in den heißen Bereich der Produktaufarbeitung zurückgeführt.

Die Erfindung gemäß der DE 10 2013 017854 A1 betrifft einen Reaktor sowie ein Verfahren zur Vergasung von Brennstoffen, insbesondere von Biomasse, bei dem im Reaktorinnenraum ein oberhalb des Rostes angeordnetes Muffelrohr vorgesehen ist, in dem der zu vergasende Brennstoff aufgenommen wird. Das Muffelrohr mündet in einen als autotherme Vergasungszone ausgebildeten unteren Reaktorbereich ein, in dem der zu vergasende Brennstoff oxidiert. Mit einem oberen Muffelrohrbereich ist das Muffelrohr, unter Ausbildung eines in den unteren Reaktorbereich mündenden Ringspaltes, in einem ein Muffelgehäuse ausbildenden oberen Reaktorbereich dergestalt aufgenommen, dass das in den Ringspalt eintretende Gas unter

Wärmeabgabe wenigstens bereichsweise entlang und/oder um den oberen

Muffelrohrbereich strömt, so dass dieser eine allotherme Vergasungszone zur Aufheizung, Pyrolyse und Reduktion des zu vergasenden Brennstoffes ausbildet.

Nach dem Stand der Technik nimmt der Synthesegasreaktor, der als Wirbelschicht ausgeprägt ist, die Biomasse direkt auf. Hier finden nebeneinander die

Pyrolysereaktionen mit resultierendem Teer und Vergasungsreaktionen mit resultierendem Synthesegas statt. Folglich ist der Teergehalt im Synthesegas sehr hoch. Um Anlagenversagen zu vermeiden, muss der Teergehalt aufwändig entfernt werde.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Vergasung von Biomasse zu entwickeln, die die Nachteile bei der Erzeugung von Synthesegas zu vermeidet, sowie das Nutzbarmachen sämtlicher Stoffströme, die den

thermochemischen Reaktor verlassen, wie

• das Brenngas oder auch Synthesegas

• das verbrannte Abgas - hauptsächlich Kohlendioxid und Wasser,

und

• Pflanzenkohle oder Kohle aus anderen Biomassen ausgeprägt als Aktivkohle (je nach Einsatzstoff).

Die vorliegende Erfindung soll einen Beitrag dazu leisten, Energie aus Biomasse in einer Weise zu wandeln, dass sämtliche aus einer katalytischen Vergasung kommenden Stoffströme nutzbar gemacht werden können und die Anlagen dezentral eingesetzt werden kann, um den Transport von Biomasse zu vermeiden, da die Energiedichte der Biomasse für einen weiten Transport zu gering ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Vergasung von Biomasse zu Pflanzenkohle und zu einem brennbaren, hauptsächlich CO, CO2, Wasserdampf, Wasserstoff, Methan und Ammoniak enthaltendem Gas unter Luftabschluss, gelöst, wobei in einem Synthesegasreaktor (1) die Biomasse mit einem Katalysator im Gegenstromprinzip vermischt wird, und auf einem Schubbodenrost (2) im Gegenstrom zu einem ebenfalls auf einem über den Schubbodenrost (2) der Biomasse liegenden Schubbodenrost (3) gelagerten Katalysator geführt und der Katalysator durch den Schubbodenrost (3) auf die Biomasse verteilt wird. Mit dem aus der katalytischenVergasung der Biomasse entstehenden und in einem Überhitzer (4) aufgeheizten Synthesegas aus dem

Synthesekreislauf wird durch Rückführung zumindest eines Teils des

Synthesegases mit der Biomasse in Kontakt gebracht.

Das Synthesegas wird dabei im Überhitzer (4) auf eine Temperatur von 360°C bis 1000°C gebracht.

Das entstehende und nicht zur katalytischen Vergasung der Biomasse benötigte Synthesegas wird über einen Staubabscheider (8), über ein Filter (9), über einen mit einem lonentauscher gefüllten und als Quensche dienenden Ammoniakwäscher (10), dem Wasser zugeführt wird, und über einem Hg- Filter (11) einer Verwendung in Form eines Brenngases oder zum Antrieb einer Turbine oder zum Einsatz in der Fischer- Tropsch- Synthese zugeführt. Die bei der katalytischen Vergasung entstehende Pflanzenkohle wird mittels einer Austragsschnecke (7) über eine Pflanzenkohle- Quensche (5) in einen Fermenter (6) verbracht und einer biologischen Aktivierung unterzogen.

Als Katalysator wird gebrannter oder ungebrannter oder halbgebrannter Dolomit, insbesondere halbgebrannt, gebrannter Kalk, Kreide, Magnesiumcarbonat,

Magnesiumoxid oder Kaliumsalze wie Kaliumcarbonat Eisensalze- und -oxide, Mangansalze- und -oxide in einem Masseverhältnis von 0,1 bis 5 % bezogen auf die Biomasse oder eine Mischung aus diesen eingesetzt.

Der Ammoniakwäscher (10) ist mit einem Kationentauscher befüllt und der mit Ammoniumionen beladene Kationentauscher wird einem Kalzinator (21) zugeführt und kalziniert, wobei ein mit Wasserstoffkationen beladener Kationenaustauscher entsteht.

Das Wasser des Ammoniakwäschers (10) wird über einen weiteren lonentauscher (12), der als Anionenaustauscher ausgeprägt ist, geführt und der Anionentauscher wird mit Hydroxylanionen und Hydrogencarbonatanionen beladen.

In dem Ammoniakwäscher (10), kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Ammoniak mit Wasser, das dem Ammoniakwäscher (10) zugeführt wird, in Gegenwart eines Anionenaustauschers und eines Kationenaustauschers im

Mischbett gewaschen,

• wobei der Kationenaustauscher den Ammoniak in Form seines

Ammoniumions, das sich beim Lösen des Ammoniaks in Wasser bildet, gegen ein anderes Kation, insbesondere das Natriumion tauscht und der

Anionenaustauscher, die bei der Lösung des Ammoniaks in Wasser entstehenden Hydroxylanionen gegen andere Ionen, insbesondere

Chloridionen tauscht,

• die Hydrogencarbonatanionen, die durch Lösen von Kohlensäure im

Ammoniakwäscher entstehen, gegen Chloridionen getauscht werden, und

• der mineralische Kationenaustauscher von dem Anionenaustauscher separiert und im Kalzinator (21) kalziniert sowie der freiwerdende Ammoniak aus dem Kalzinator (21) dem Ammoniakwäscher (10) wieder als Regeneriermittel des Kationenaustauschers zugeführt und recycelt wird. Das Wasser des Ammoniakwäschers (10) wird über einen weiteren lonentauscher (12), der als Anionenaustauscher ausgeprägt ist, geführt und der Anionentauscher wird dabei mit Hydroxylanionen und Hydrogencarbonatanionen beladen.

Der Kationentauscher ist ein schwach saurer Kationentauscher oder ein stark saurer Kationentauscher, auch nicht mineralischen Ursprungs.

Der mit Ammoniuminonen beladenen Kationenaustauscher bzw. das Magnesium- Ammonium-Phosphat wird als Düngemittel oder Düngemittelzusatzstoff eingesetzt. Als Anionentauscher werden sowohl schwach-basische und stark-basische

Anionenaustauscher, als auch schwach-saure und stark saure Kationenaustauscher, auf mineralischer Zeolithbasis, verwendet.

Das Zeolithmaterial ist ein Material, das einem der nachstehenden Strukturtypen entspricht: ABW, ACO, AEI, AEL, AEN, AET, AFG, AFI, AFN, AFO, AFR, AFS, AFT, AFX, AFY, AHT, ANA, APC, APD, AST, ASV, ATN, ATO, ATS, ATT, ATV, AWO, AWW, BCT, BEA, BEC, BIK, BOG, BPH, BRE, CAN, CAS, CDO, CFI, CGF, CGS, CHA, CHI, CLO, CON, CZP, DAC, DDR, DFO, DFT, DOH, DON, EAB, EDI, EMT, EON, EPI, ERI, ESV, ETR, EUO, EZT, FAR, FAU, FER, FRA, GIS, GIU, GME, GON, GOO, HEU, IFR, IHW, ISV, ITE, ITH, ITW, IWR, IVW, IWW, JBW, KFI, LAU, LEV, LIO, LIT, LOS, LOV, LTA, LTL, LTN, MAR, MAZ, MEI, MEL, MEP, MER, MFI, MFS, MON, MOR, MOZ, MSE, MSO, MTF, MTN, MTT, MTW, MWW, NAB, NAT, NES, NON, NPO, NSI, OBW, OFF, OSI, OSO, OWE, PAR, PAU, PHI, PON, RHO, RON, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, RWY, SAO, SAS, SAT, SAV, SBE, SBS, SBT, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFO, SGT, SIV, SOD, SOS, SSY, STF, STI, STT, SZR, TER, THO, TON, TSC, TUN, UEI, UFI, UOZ, USI, UTL, VET, VFL VNI, VSV, WEI, WEN, YUG und ZON.

Der aus der Kalzinierung erhaltene Kationenaustauscher und der mit

Hydroxylanionen und Hydrogencarbonatanionen beladene Anionenaustauscher tauscht in einer Meerwasserentsalzungsanlage (18), in dem das Meerwasser bevorzugt in einem Mischbett aus Kationen- und Anionenaustauscher durch

Austausch der im Meerwasser enthaltenen Anionen und Kationen gegen

Wasserstoffkationen und Hydroxylanionen, die im Moment des Freiwerdens im Wasser zur Entsalzung des Meerwasser reagieren.

Das Kohlendioxid aus der Verbrennung des Synthesegases wird in dem aus der Entsalzung stammenden Wasser gelöst und über ein Bett aus Calciumcarbonat geleitet, wobei das Wasser durch Lösen des Calciumcarbonats als

Calciumhydrogencarbonat zu Trinkwasser aufgehärtet wird.

Das salzhaltige Wasser wird mit der Pflanzenkohle vorgereinigt und das Abgas aus der Verbrennung des Synthesegases wird bevor es zur Aufhärtung des salzhaltigen Wasser dient, ebenfalls über die Pflanzenkohle gereinigt.

Das Synthesegas wird im Filter (9) von langkettigen Kohlenwasserstoffen, Teeren, Salzsäure, Schwefeldioxid- und -trioxid durch ein Bett aus gebranntem Dolomit, gebranntem Kalk, Magnesiumoxid oder Kaliumsalze oder einer Mischung davon geführt und die langkettigen Kohlenwasserstoffe und Teere werden zu

Kohlenmonoxid und Wasserstoff gecrackt, sowie die Salzsäure zu Calciumchlorid und/oder als Magnesiumchlorid, die Schwefeloxide als Calciumsulfat und der Schwefelwasserstoff als Calciumsulfid abgeschieden.

Der Ammoniak kann in einer weiteren Ausfertigung der Erfindung einen nicht sinterbaren Kationenaustauscher beladen und das beim Erzeugen von entsalztem Wasser Ammoniumionen gegen Natriumionen tauschen. Die Ammoniumionen werden durch Zugabe von Magnesiummonohydrogenphophat oder

Magensiumdihydrogenphosphat als Magnesium-Ammonium-Phosphat gefällt und das erhaltene Magnesium-Ammonium-Phosphat wird gesintert, wobei sich

Ammoniak und Magnesiumhydrogenphosphat zurückbilden.

Die Vergasung kann durch externen Zusatz von Wasserdampf und/oder

Kohlendioxid soweit gesteuert werden, dass entweder Pflanzenkohle, Aktivkohle oder anorganischer Kohlenstoff in Form von Graphit entsteht.

Die Pflanzenkohle oder Aktivkohle oder der anorganische Kohlenstoff wird mit dem überschüssigen ammoniumbeladenen Kationenaustauscher auf mineralischer Basis vereint und gemeinsam mit Biomasse, insbesondere Milchsäurebakterien

milchsauer fermentiert und so entsteht ein weiteres Düngemittel bzw. ein

Bodensubstrat.

Im Falle der katalytischen Vergasung von Klärschlamm hat dies zum besonderen Vorteil, wenn der Kohlenstoff vollständig anorganisch und damit elektrisch leitfähig geworden ist, dass der Klärschlamm seine Klärschlammeigenschaften im Sinne der Klärschlammverordnung verlieren und so als Düngemittel eingesetzt werden kann. An der Fermentation sind Milchsäurebakterien, Hefen, Pilze, Archaebakterien und Algen beteiligt, insbesondere Symbiosen aus diesen Mikroorganismen, wie sie z.B. in Lebensmitteln wie Kefir, Lambic (belgisches Bier), Nukazuke (japanische Pickles), Natto (fermentierte Sojabohnen), Tempeh, Wasserkefir, Kombucha, Sauerkraut, Kimchi, Joghjirt Skye, Käse, Rohwurst, Silage, Sauerteig, Brottrunk, Miso, Quark etc. vorkommen, besonders bevorzugt sind die Mikroorganismen aus Kefir und Larmbic. An der Fermentation können auch Probiotika aus der Tier-und Humanernährung beteiligt sein , wie z.B. Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, Laktobazillen, Bifidobakterien, Escherichia coli, Saccharomyces boulardi, Saccharomyces cerevisia. Das Kohlendioxid wird in eine Wasser - Brauch-, Trink- oder auch Meerwasseranlage eingeleitet, um Algen zu züchten.

Der Ammoniak aus der Kalzinierung oder der katalytischen Vergasung kann zu dem Kohlendioxid gegeben werden und so zur Düngung der Algen dienen. Die

fermentierte Aktivkohle wird in das Wasser, das zur Algenzucht dient, gegeben, um weitere für die Algenzucht benötigte Düngestoffe wie z.B. Phosphat in das Wasser einzubringen.

Die Wassermengen, die in der Biomasse vorhanden sind, reichen aus, um ein wasserstoffreiches Gas durch Vergasung mit dem Kohlenstoff aus der Biomasse herzustellen. Führt man dieses Gas also zurück, dann kann durch das Gas die Biomasse aufgeheizt werden und das in der katalytischen Vergasung freiwerdende und verdampfende Wasser sowie das entstehende Kohlendioxid als

Vergasungsmittel in einem Synthesegasreaktor genutzt werden.

Die Vorrichtung zur katalytischen Vergasung von Biomasse zu Pflanzenkohle und zu einem brennbaren, hauptsächlich CO, C02 Wasserdampf, Wasserstoff, Methan und Ammoniak enthaltendem Gas unter Luftabschluss besteht aus dem

Synthesereaktor (1), in dem zwei übereinanderliegende und gegenläufig

angeordnete Schubbodenroste (2,3) angeordnet sind. Im oberen Bereich des

Synthesereaktors (1), befindet sich der Überhitzer (4) mit einer Wasserzuführung (13) und Synthesegasableitung (16).

Im unteren Bereich des Synthesereaktors (1) ist eine Austragsschnecke (7) und ein Gaseingang (14), der über eine Synthesegasrückführungsleitung (15) mit der Synthesegasableitung (16) des Überhitzers (4) gekoppelt ist, angeordnet, wobei die

• Austragsschnecke (7) mit einer Aktiv- Kohle- Quensche (5) und einem

Fermenter (6),

• der Überhitzer (4) über eine Rohrleitung (15) zur Rückführung des

Synthesegases mit einem Gaseingang (14) in den Synthesereaktor (1),

• die Synthesegasableitung (15) des Synthesereaktors (1) mit einem Staubscheider (8),

• der Staubabscheider (8) mit einem Filter (9),

• das Filter (9) zur Rückführung des Katalysators mit dem Schubbodenrost (3) des Synthesereaktors (1) und mit Ammoniakwäschern (10), gefüllt mit einem Kationentauscher oder Anionentauscher oder einem Katioinentauscher und Anionentauscher im Mischbett,

• der Ammoniakwäscher (10) mit einem Hg- Filter (11)

und

• der Hg- Filter (11) mit einer Verwendungsvorrichtung für das Synthesegas verbunden sind.

Der Ammoniakwäscher (10) weist eine Wasserzuführung (19), eine

Ammoniakzuführung (20) ,die mit dem Kalzinator (21) zur Rückführung des freiwerdenden Ammoniaks verbunden ist, sowie eine Abführung (22) , die zur

Abführung des mit Ammoniumionen beladenen Kationentauschers aus dem

Ammoniakwäscher (10), der mit dem Kalzinator (21) verbunden ist und eine mit einem lonentauscher (12) verbundene Abführung (23) des Wassers aus dem

Ammoniakwäschers (10) auf.

Der Amoniakwäscher (10) ist mit einem Kalzinator (21) verbundenen dem der mit Ammonium beladene Kationentauscher kalziniert wird, wobei der Kalzinator (21) über eine Ammioniakrückführungsleitung (20) mit dem Ammoniakwäscher (10) verbunden ist.

In einer weiteren Auslegung der Erfindung ist der Ammoniakwäscher (10) der mit einem Kationentauscher und einem Anionentauscher im Mischbett gefüllt ist, über den lonentauscher (12) mit einem Separator (17) zur Trennung des

Kationentauschers vom Anionentauscher verbunden.

Der Kalzinator (21) und der lonentauscher (12) sind mit einer Entsalzungsanlage (18) verbunden.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispiels näher erläutert, wobei die Fig.1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, Fig.1a eine schematische Darstellung des Ammoniakwäschers (10) beladen mit Kationen- und Anionentauscher im Mischbett, die Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kalzinators (21), Fig. 3 eine

schematische Darstellung der Meerwasserentsalzung (18) mit Hilfe des H ⁺

beladenen Kationentauschers aus der Kalzinierung und des mit OH ^" Ionen

beladenen Anionentauschers aus dem Separator (17), Fig. 4 eine schematische Darstellung der Meerwasserentsalzung (18) mit Hilfe des mit NH ₄ beladenen

Separators (17) und des mit OH- Ionen beladenen Anionentauschers aus dem Separator (17), die Fig. 5 eine schematische Darstellung der Nutzung des

Kohlendioxids und die Fig.6 eine schematische Darstellung der

Magnesiumsalzgewinnungsanlage aus dem Meerwasser zeigen, wobei

1 Synthesereaktor

2 Schubbodenrost für die Biomasse

3 Schubbodenrost fü den Katalysator

4 Überhitzer

5 Aktivkohle- Quensche

6 Fermenter

7 Austragsschnecke

8 Staubabscheider

9 Filter

10 Ammoniakwäscher

11 Hg- Filter

12 lonentauscher

13 Wasserzuführung

14 Gaseingang

5 Synthesegasrückführungsleitung

16 Synthesegasableitung

17 Separator

18 Meerwasserentsalzung

19 Wasserzuführung

20 Ammoniakzuführung für Ammoniak aus dem Kalzination

21 Kalzinator

22 Abführung des Kationentauscher aus dem Ammoniakwäscher (10)

23 Abführung des Wassers aus dem Ammoniakwäschers (10)

24 Ammoniakrückführungsleitung

bedeuten.

Der Synthesegasreaktor (1) wird so ausgeprägt, dass zwei gegenläufige

Schubbodenroste (2,3) übereinander angeordnet werden. Der untere z.B. von rechts nach links fördernde Schubbodenrost (2) wird mit Biomasse und Katalysator, der vom oberen von links nach rechts fördernde Schubbodenrost (3) nachdem er zur Gasreinigung gedient hat, fällt, beschickt. Der obere Schubbodenrost (3) wird mit karbonathaltigen Mineralien beschickt, die durch das rezirkulierte Synthesegas, erhitzt und kalziniert werden.

Es können aber auch bereits kalzinierte Mineralien auch in Mischung mit Karbonaten eingesetzt werden, wenn die Temperaturen des Prozesses 900 °C nicht übersteigen sollen. Das erzeugte Gas durchströmt das obere Schubbodenbett mit dem

Katalysator, an dem Teere durch Cracken bis zu 99,99 % beseitigt werden, sowie durch chemische Reaktion Salzsäure und Schwefelwasserstoff als ihre Calciumsalze gebunden werden. Der Katalysator wirkt weiter, wenn er in die Biomasse fällt, als Pyrolysehemmer und Katalysator für die gewünschten Vergasungsreaktionen.

Teerbildung wird also weitest gehend vermieden und die Synthesegasbildung gefördert. Des Weiteren wird über die Wahl und die Menge des Katalysators die Qualität der erhaltenen Pflanzenkohle, Aktivkohle oder des Graphits bestimmt, da diese andere Eigenschaften z.B. bezüglich des pH-Wertänderung bei Bewässerung als Pflanzsubstrat haben, wenn anstatt Dolomit, gebrannter oder halbgebrannter Dolomit eingesetzt wird.

Die Wärmeübertragung erfolgt durch Rezirkulieren des Synthesegases über die Biomasse und das Katalysatorbett. Das Synthesegas strömt in einen Überhitzer (4), der direkt über dem Synthesegasreaktor (1) angeordnet ist, wo das Synthesegas teilweise verbrannt wird, um das Synthesegas auf der gewünschten Temperatur zu halten. Damit ist der Prozess unabhängig von der genauen Zusammensetzung der Biomasse bezüglich der für den Prozess notwendigen Energie.

Die hier erzeugte Kohle hat durch die Gasrückführung und die zusätzliche Eindüsung von Wasser und/oder Dampf bzw. die zusätzliche Zugabe von CO2 durch das Kalzinieren des Katalysators, bei der es zu weiteren Vergasungsreaktionen auf der Oberfläche der Kohle kommt, eine größere innere Oberfläche (mehrere 1000 qm pro g) als übliche in Terra-Preta eingesetzte Pflanzenkohle (50 bis 300 g pro qm). Die Aktivierung dieser Kohle mit Nitrifikanten und einer Hefe-Bakterienmischung aus der Bierherstellung von Lambic zeigt hier überraschender Weise eine wesentlich höhere Aufnahme von Nitrat (bis zu 200% mehr) als übliche biologisch aktivierte

Pflanzenkohlen.

Die Pflanzenkohle , die hier auch als Aktivkohle genutzt werden kann, spielt in diesem gesamten Prozess eine zentrale Rolle: Das in dem Prozess entstehende Wasser und das durch Trocknen der Biomasse verdampfende Wasser wird gezielt kondensiert und mit der eigen erzeugten Aktivkohle gereinigt, so dass es letztendlich auch als Trinkwasser mindestens aber als Brauchwasser nutzbar wird. Ebenso kann der beim Verbrennen des entstehenden Synthesegases sich bildende Wasserdampf kondensiert und über die Aktivkohle gereinigt werden, so dass auch hier mindestens ein Brauchwasser entsteht.

Eine weitere Verwendung dieses Wassers ist das Waschen des Abgasstromes in den Ammonikawäschern (10), wobei sich Ammoniak und Kohlendioxid im Wasser lösen. Zusätzlich geschieht das Lösen in Gegenwart eines Anionentauschers in der Chlorid-Form, so dass sich die Hydroxylionen und die Hydrogencarbonationen , die sich beim Lösen von Ammoniak und Kohlendioxid in Wasser bilden, an den

Anionentauscher binden und so dafür sorgen, dass sich wesentlich mehr Ammoniak und Kohlendioxid in diesem Wasser lösen lassen. In einem nachfolgenden Schritt wird das aus dem Ammoniak bei der Reaktion mit Kohlendioxid und Wasser entstandene Ammoniumion mit Hilfe eines mineralischen Kationentauschers auf Zeolithbasis oder Bentonitbasis in der Natriumform aus dem Wasser entfernt.

Auf diese Weise erhält man einen Anionentauscher, der mit Hydroxylionen und Hydrogencarbonationen beladen ist, sowie einen Kationentauscher der mit

Ammoniumionen beladen ist, sowie ein Konzentrat aus natriumchloridhaltigem Wasser.

Durch das Verfahren der katalytischen Vergasung stehen hohe Temperaturen > 360 °C zur Kalzinierung des ammoniumbeladenen Kationentauschers zur

Verfügung. Daher wird es möglich auf diese Weise, das Ammoniak als

Regeneriermittel für einen mineralischen Kationentauscher in der Natriumform zurückzugewinnen.

Mit dem mit Hydroxylionen und Hydrogencarbonationen beladenen Anionentauscher und dem nach dem kalzinieren mit Wasserstoff kationen beladenen mineralischen Kationentauscher steht nun ein lonentauschersystem zur Vollentsalzung von Wasser zur Verfügung.

Dadurch, dass das Regeneriermittel durch die Kalzinierung wieder gewonnen werden kann, ist es nun zum ersten Mal auch möglich lonentauscher für die Entsalzung von Meerwasser einzusetzen, was bisher an der Notwendigkeit der Bereitstellung von Regeneriermitteln scheiterte, die sämtlich zu einer weiteren Aufsalzung führen würden. .In einem weiteren Verfahren wird der Ammoniak in Wasser gelöst. Die Hydroxylionen mit einem Anionentauscher gegen Chloridionen ausgetauscht und das Ammonium gegen Natrium, das sich auf einem stark oder schwach sauren

Kationentauscher, auch nicht-mineralischer Herkunft befindet, ausgetauscht. Damit sind die lonentauscher regeneriert und salzhaltiges Wasser kann darüber entsalzt werden, so dass sich im erzeugten Wasser nun Ammoniumionen und Hydroxylionen befinden. Dem Wasser wird nun

Magnesiummonohydrogenphosphat zugeben und so festes Magnesium-Ammonium- Phosphat gefällt. Damit tauscht das Hydrogenkation des Phosphats mit dem

Ammoniumion aus und mit dem Hydroxylanion im Wasser ergibt sich wiederum Wasser und das salzhaltige Wasser ist entsalzt. Das erhaltene Magnesium- Ammonium-Phosphat wird abfiltriert und geröstet, so dass Ammoniak als Gas frei wird und wiederum Magnesiummonohydrogenphosphat entsteht.

In dem hier verwendeten Verfahren zur Entsalzung wird zunächst das Meerwasser über die in der katalytischen Vergasung entstehende Kohle filtriert, um Algen, Plankton, Öl und andere Verunreinigungen zurückzuhalten. Einmal gesättigte Kohle wird der katalytischen Vergasung wieder zugeführt.

Das Meerwasser wird nun in einem zweiten Schritt mit Kationentauschern in der Natriumform und Anionentauschern in der Chloridform behandelt, um ein Wasser zu erhalten, in dem nur noch Natriumionen und Chloridionen vorhanden sind. Andere Ionen wie Magnesium, Kalium, Sulfat, Schwermetallionen, Barium, Strontium etc. befinden sich dann in einem Konzentrat, dass zur Gewinnung von Magnesium und anderen Stoffen weiter aufbereitet werden kann. Die lonentauscher werden z.B. durch das Konzentrat aus dem lonentausch mit ammoniumhaltigem

Ammoniakwaschwasser regeneriert.

Im dritten Schritt wird nun das Chloridion im Wasser gegen das Hydroxylion bzw das Hydrogencarbonation ausgetauscht. Die Lösung enthält nun Natronlauge bzw.

Natriumhydrogencarbonat. Diese Lösung wird mit dem kalzinierten Kationentauscher behandelt, der nun Wasserstoffkationen gegen Natriumionen tauscht, wodurch Wasser und Kohlensäure entsteht.

Im vierten Schritt gibt es die Möglichkeit, das Wasser zu verrieseln, um die

Kohlensäure als Kohlendioxid auszutreiben oder aber das Wasser über ein

Calciumcarbonatbett zu leiten, um Calciumhydrogencarbonat zu lösen. Hier gibt es zusätzlich die Möglichkeit das Wasser vorher mit mehr Kohlendioxid aus dem Abgas der Verbrennung des Synthesegases anzureichern, so dass sich mehr Calciumcarbonat als Calciumhydrogencarbonat lösen kann und das Wasser so zu Trinkwasser wird.

Die Menge an Kohlendioxid und der Ammoniak werden durch den Eintrag an

Biomasse mehr, so dass diese Stoffe auch für andere Prozesse genutzt werden können:

Mit Hilfe dieser Stoffe, in Wasser gelöst, können Algen gezüchtet werden. Algen haben einen dreifach höheren Kohlendioxidumsatz je Hektar als Mais und sind damit für die Energiegewinnung von großem Interesse. Zudem benötigen sie Phosphat. Das Phosphat aus der Biomasse in diesem Prozess steht in der Pflanzenkohle zur Verfügung, wenn man diese biologisch aktiviert und anschließend das Wasser zur Algenzucht, das mit Kohlendioxid und Ammoniumionen angereichert wurde, damit filtriert. Damit wird es möglich den Inputstoff für die katalytische Vergasung durch die eigenen Reststoffe Kohlendioxid, Ammoniak und Pflanzenkohle zu züchten.

In leichter Weise kann das Magnesium-Ammonium-Phosphat genutzt werden.

Gleiches gilt für das Betreiben von Gewächshäusern, die einerseits mit Abwärme der katalytischen Vergasung geheizt werden können, andererseits mit der biologisch aktivierten Pflanzenkohle, dem Ammoniak und dem Kohlendioxid gedüngt werden können.