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Title:
METHOD AND DEVICE FOR PYROLYZING AND GASIFYING ORGANIC SUBSTANCES OR SUBSTANCE MIXTURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/002513
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for pyrolyzing and gasifying organic substances or substance mixtures. The organic substances are introduced into a drying and pyrolysis reactor (1) in which they are brought into contact with the fluidized bed material (35) of the combustion fluidized bed (3) or in which they are brought into contact with the fluidized bed material (35) and the reactor wall of the combustion fluidized bed (3), whereby a drying and a pyrolysis occurs. The fluidized bed material and the solid residue which contains carbon are fed, optionally with portions of the water vapor and of the pyrolysis gases, back into the combustion fluidized bed (3) in which the residue of the organic substances which contains carbon is combusted, the fluidized bed material is heated and is fed once again into the pyrolysis reactor (1). The water vapor resulting from the drying, and the pyrolysis gases (13) are subsequently treated with condensable substances in another reaction zone (2) so that a product gas (23) having a high thermal value is produced. The drying and the pyrolysis are carried out in at least one or more pyrolysis reactors (1). The combustion fluidized bed (3) in which the pyrolysis residues are combusted is operated as a stationary fluidized bed. The pyrolysis gases (13) are led into an indirect heat exchanger. The firing waste gases (37) are, optionally with the fluidized bed material of the combustion fluidized bed (3), brought into contact with the indirect heat exchanger (2) in such a manner that the heat content thereof is used for reacting the pyrolysis gases (13) with the reaction agent (21).

Inventors:
KRUMM WOLFGANG (DE)
FUNK GUENTER (DE)
HAMEL STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2000/005953
Publication Date:
January 11, 2001
Filing Date:
June 27, 2000
Export Citation:
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Assignee:
HERHOF UMWELTTECHNIK GMBH (DE)
KRUMM WOLFGANG (DE)
FUNK GUENTER (DE)
HAMEL STEFAN (DE)
International Classes:
B09B3/00; C10B49/16; C10B49/22; C10B53/02; C10B57/18; F23G5/027; C10J3/00; C10J3/02; C10J3/46; C10J3/54; C10J3/56; C10J3/66; F23C10/02; F23G5/16; F23G5/30; (IPC1-7): C10B49/16; C10B57/18; C10K3/02; C10J3/12; C10J3/20
Domestic Patent References:
WO1999031197A11999-06-24
Foreign References:
US4244779A1981-01-13
US4047883A1977-09-13
Attorney, Agent or Firm:
Zinnecker, Armin (Lorenz Seidler Gossel Widenmayerstr. 23 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. 1 Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemi schen, bei dem 1.1 die organischen Stoffe in einen Trocknungsund Pyrolysereaktor (1) eingebracht werden, in dem die organischen Stoffe mit dem Wirbelbettmaterial (35) der Ver brennungswirbelschicht (3) in Kontakt gebracht werden oder in dem die organi schen Stoffe mit dem Wirbelbettmaterial (35) und der Reaktorwandung der Ver brennungswirbelschicht (3) in Kontakt gebracht werden, wodurch eine Trocknung und Pyrolyse stattfindet, bei der die organischen Stoffe in Wasserdampf aus der Trocknung und Pyrolyseprodukte (13) umgesetzt werden, wobei die Pyrolyse produkte aus Gasen mit kondensierbaren Substanzen und festem kohlenstoff haltigem Rückstand bestehen, 1.2 der feste kohlenstoffhaltige Rückstand oder der feste kohlenstoffhaltige Rück stand und Anteile des Wasserdampfs und der Pyrolysegase mit kondensierbaren Substanzen und das Wirbelbettmaterial zurück in die Verbrennungswirbelschicht (3) geführt werden, in der der kohlenstoffhaltige Rückstand der organischen Stoffe verbrannt, das Wirbelbettmaterial aufgeheizt und wieder in den Pyrolyse reaktor (1) geführt wird, 1.3 der Wasserdampf aus der Trocknung und die Pyrolysegase (13) mit kondensier baren Substanzen in einer weiteren Reaktionszone (2) derart nachbehandelt werden, dass ein Produktgas (23) mit hohem Heizwert zur Verfügung steht, 1.4 die Trocknung und Pyrolyse in mindestens einem oder mehreren Pyrolysere aktoren (1) durchgeführt werden, 1.5 die Trocknung und Pyrolyse vorzugsweise in zwei oder mehreren Pyrolysere aktoren (1) durchgeführt werden, die aus zwei oder mehreren Wanderbettreak toren oder aus zwei oder mehreren Drehrohrreaktoren oder aus Drehrohrreak toren und Wanderbettreaktoren bestehen, 1.6 die Verbrennungswirbelschicht (3), in der die Pyrolyserückstände verbrannt werden, als stationäre Wirbelschicht betrieben wird, 1.7 den Pyrolysegasen (13) kein Reaktionsmittel oder gegebenenfalls ein Reakti onsmittel wie Wasserdampf, Sauerstoff oder Luft oder eine Mischung daraus zugeführt wird, 1.8 die Pyrolysegase (13) in einen indirekten Wärmetauscher (2) geleitet werden, in dem sie gegebenenfalls mit dem Reaktionsmittel (21) reagieren, 1.9 die Feuerungsabgase (37) oder die Feuerungsabgase und das Wirbelbettmate rial der Verbrennungswirbelschicht (3) so mit dem indirekten Wärmetauscher (2) in Kontakt gebracht werden, dass deren Wärmeinhalt für die Reaktion der Pyrolysegase (13) mit dem Reaktionsmittel (21) genutzt wird, 1.10 das Wirbelbettmaterial (3) nur aus der Asche der organischen Stoffe, oder aus der Asche und unverbrannten kohlenstoffhaltigen Rückständen der organischen Stoffe oder aus der Asche der organischen Stoffe und zusätzlichem Wirbelmaterial oder aus der Asche und unverbrannten kohlenstoffhaltigen Rückständen der organischen Stoffe und zusätzlichem Wirbelmaterial besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse bei ei ner Temperatur von 450°C bis 750°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Produktgas (23) in den Pyroiysereaktor (1) zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsmittel (21) wie Wasserdampf, Sauerstoff oder Luft oder eine Mi schung daraus in den Pyrolysereaktor (1) gegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Reaktorwandung der Verbrennungswirbelschicht (3) auf der Seite des Pyrolysereaktors (1) und der Verbrennungswirbelschicht (3) eine be liebige geschlossene geometrische Form besitzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionen der Pyrolysegase (13) mit dem Reaktionsmittel (21) bei Tempe raturen von 800°C bis 1050°C durchgeführt werden.
7. Verfahren nach eineem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionen der Pyrolysegase (13) mit dem Reaktionsmittel (21) in Gegen wart eines Katalysators durchgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dass die Reaktionen (13) mit dem Reaktionsmittel (21) in einem Festbett aus Katalysatormaterial durchgeführt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionen der Pyrolysegase (13) mit dem Reaktionsmittel (21) in einer Wirbelschicht aus Katalysatormaterial durchgeführt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionen der Pyrolysegase (13) mit dem Reaktionsmittel (21) in Gegen wart eines dem Pyrolysegas (13) im Flugstrom zugegebenen Katalysators zu geführt werden.
11. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemischen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Pyrolysereaktor (1), einer Wirbelschichtfeuerung (3) für den Pyrolyserückstand, einer Reaktionszone (2) für die Pyrolysegase (13), einem Wirbelbettmaterial kreislauf zwischen Verbrennungswirbelschicht (3) und Pyrolysereaktor (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schachtreaktor oder eine Drehrohrreaktor mit einer Schleuse für den Einsatzstoff und einem Zulauf für das Wirbelbettmaterial aus der Verbren nungswirbelschicht (3) neben der Verbrennungswirbelschicht angeordnet ist, daß der Schachtreaktor (1) an seinem unteren Ende eine Transportvorrichtung in die Verbrennungswirbelschicht aufweist, daß die Verbrennungswirbelschicht (3) einen Überlauf zur Übermittlung des Wirbelbettmaterials in den Schachtre aktor (1) aufweist und daß die Abgase (37) der Verbrennungswirbelschicht (3) einem Wärmeübertrager (2) zuführbar sind, der für die Pyrolysegase (13) mit dem Schachtreaktor (1) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbren nungswirbelschicht (3) an mindestens einer Stelle oder an mehreren Stellen Wirbelbettmaterial entnehmbar und in den Pyrolysesektor führbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungswirbelschicht (3) an mindestens einer Stelle oder an mehreren Stellen Wirbelbettmaterial mittels eines oder mehrerer Überlaufe entnehmbar und in den Pyrolysereaktor führbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer Wirbelschicht feuerfeste Stoffe zugebbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer Wirbelschicht die unverbrennbaren und unvergas baren Bestandteile des Einsatzstoffes verwendbar sind.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemischen Die Erfindung betriffl ein Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemischen und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derarti- gen Verfahrens.

Für die Behandlung und Nutzung organischer Stoffe und Stoffgemische durch zum Beispiel Vergasung und Pyrolyse sind eine Reihe von Verfahren bekannt. Die Ver- fahren unterscheiden sich nach dem verwendeten Oxidations-bzw. Reduktionsgas, sowie nach der Art des Kontaktes zwischen Feststoff und Gas. Nach der Feststoff- und Gasführung unterscheidet man unter anderem zirkulierende Wirbelschichtver- gaser, Flugstromvergaser, Drehrohrvergaser und Wanderbettvergaser mit Gegen- strom-, Gleichstrom-oder Querstromgasführung. Die Mehrzahl der bekannten Ver- gasungsverfahren ist aufgrund des hohen apparativen Aufwandes nicht für kleinere, dezentrale Anlagen geeignet. Kleinere dezentrale Anlagen empfehien sich insbe- sondere bei Verwendung des Einsatzstoffes Biomasse.

Das Betriebsverhalten von Vergasungsverfahren nach dem Prinzip der zirkulieren- den Wirbelschicht ist stark vom jeweiligen Korngrößenhaushalt der Wirbelschicht abhängig, bestehend aus dem zu vergasenden Einsatzstoff und dem ebenfalls zir- kulierenden Inertmaterial. Daraus ergeben sich entsprechende Anforderungen an die Stückgröße des Einsatzmaterials. Noch weitaus höhere Anforderungen an die Aufbereitung des Brennstoffs ergeben sich im Fall der Flugstromvergasung, die lediglich den Einsatz feingemahlener Brennstoffkörner erlaubt.

Weitere wesentliche Nachteile der bekannten Vergasungsverfahren bestehen darin, daß die ablaufenden Prozesschritte Trocknung, Entgasung, Vergasung und Ver- brennung des Einsatzstoffes in unmittelbar nebeneinander liegenden Zonen, die ineinander übergehen, abläuft. Dadurch sind die einzelnen Zonen innerhalb eines Reaktors unbestimmt und Entgasung, Vergasung und Verbrennung können örtlich unvollständig ablaufen. In weiteren bekannten Verfahren wird versucht diese Nachteile durch die Trennung der einzelnen am Brennstoff ablaufenden Prozeß- schritte Entgasung, Vergasung und Verbrennung aufzuheben.

In der DE 197 20 331 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verga- sung oder Verbrennung von trockener oder feuchter, feinkörniger oder stückiger Biomasse sowie von Abfall vorgeschlagen, bei dem durch die heiße Wandung ei- nes Verbrennungsofens und durch das Einströmen heißen Abgases aus dem Ver- brennungsofen in einen Entgasungsofen biologische Rohstoffe in diesem entgasen, wodurch Koks und Pyrolysegas entstehen, wobei der Koks nach Passieren des Zerkleinerers auf das Glutbett des Vergasungsreaktors gelangt, während das Py- rolysegas im Verbrennungsraum des Vergasungsreaktors unter Zuführung einer begrenzten Luftmenge verbrennt und das entstehende Abgas nachfolgend durch das Glutbett des Vergasungsreaktors strömt, in dem eine Oxidation des Kohlen- stoffs zu CO bei gleichzeitiger Reduktion von Abgas (CO2) und Wasserdampf (H20) zu einem brennbarem Schwachgas (CO, H2) stattfindet. Dadurch, dass die Pyroly- se durch die Erwärmung aufgrund des Kontaktes mit heißen Verbrennungsabgasen durchgeführt wird und desweiteren eine Teilverbrennung des Pyrolysegases durch- geführt wird, ist mit dem in der DE 197 20 331 A1 vorgeschlagenen Verfahren le- diglich ein Produktgas mit geringem Heizwert herzustellen. Bei Verwendung von Brennstoffen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und geringer Pyrolyse- koksausbeute besteht die Gefahr einer unzureichenden Ausbildung des aus Pyro- lysekoks bestehenden Glutbetts des Vergasungsreaktors, wodurch die Oxidation des Kohlenstoffs zu CO bei gleichzeitiger Reduktion von Abgas und Wasserdampf zu einem brennbaren Schwachgas auf Kosten des Produktgasheizwertes unzurei- chend abläuft.

Aus der US 4,568,362 ist weiterhin ein Verfahren zur Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen bekannt, bei dem die organischen Stoffe in einen Py- rolysereaktor geleitet werden, in dem die organischen Stoffe mit einem Wärmeträ- germedium in Kontakt kommen, wodurch eine schnelle Pyrolyse stattfindet, die die organischen Stoffe in Pyrolyseprodukte umsetzt, die aus Pyrolysegasen mit kon- densierbaren Stoffen und einem festen kohlenstoffhaltigen Rückstand bestehen und die nötige Wärmeenergie für die Pyrolyse durch Verbrennen des festen koh- lenstoffhaltigen Rückstandes in einem Verbrennungsreaktor erzeugt wird und die teerhaltigen Pyrolysegase in einer zweiten Reaktionszone des Pyrolysereaktors derart Crackreaktionen und Reaktionen mit Wasserdampf unterworfen werden, dass ein Produktgas mit hohem Heizwert erhalten wird. Bei diesen Verfahren er- folgt sowohl die Pyrolyse, als auch die Verbrennung des festen kohlenstoffhaltigen Rückstands in einerWirbelschicht. In dem oberen Teil der Pyrolysewirbelschicht ist eine Reaktionszone für die teerhaltigen Pyrolysegase vorgesehen. Das Betreiben der Wirbelschichten ist sehr aufwendig und eine Steuerung der Reaktionen der Py- rolysegase in der Reaktionszone ist kaum möglich.

Die prioritätsältere, nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 197 55 693.0, auf die das deutsche Patent DE 197 55 693 C1 erteilt worden ist, offenbart ein Verfahren zur Vergasung von organischen Stoffen und Stoffgemischen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemischen und ei- ne Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases mit hohem Heizwert zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsforrnen und Weiterbildungen der Erfindung er- geben sich bei der Nutzung der in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmale.

Bei einem Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen oder Stoffgemischen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Py- rolyse in einem Wanderbettreaktor oder einem Drehrohrreaktor durchgeführt wird, den Pyrolysegasen gegebenenfalls ein Reaktionsmittel, z. B. Wasserdampf und/oder Sauerstoff, zugegeben wird, und sie in eine Reaktionszone geleitet wer- den, in der die Pyrolysegase mit dem Reaktionsmittel reagieren. Der feste kohlen- stoffhaltige Rückstand und gegebenenfalls ein Anteil des Pyrolysegases werden allein oder zusammen mit dem Wirbelbettmaterial einem Wirbelschichtverbren- nungsreaktor zugeführt und dort verbrannt. Hierdurch wird das Wirbelbettmaterial aufgehetzt. Die Verbrennungsabgase und das Wirbelbettmaterial werden derart mit der Reaktionszone in Kontakt gebracht, dass deren Wärmeinhalt für die Reaktion der Pyrolysegase mit dem Reaktionsmittel verwendet werden kann. Aus dem Wir- belschichtverbrennungsreaktor abgezogenes Wirbelbettmaterial bestehend aus Asche, unverbranntem Koks und gegebenenfalls zusätzlich zugeführten feuerfe- stem Wirbelbettmaterial, wird als Wärmeträgermedium dem Pyrolysereaktor zu- rückgeführt. Die Wärmeübertragung an den Einsatzstoff zur Durchführung der Py- rolyse erfolgt dabei durch Kontakt mit dem Wirbelbettmaterial und gegebenenfalls zusätzlich durch die heiße Wandung des Wirbelschichtverbrennungsreaktors.

Das dem Pyrolysereaktor aus der Verbrennungswirbelschicht zugeführte heiße Wirbelbettmaterial bewirkt durch Kontakt eine schnelle Trocknung und Pyrolyse des Einsatzstoffes. Als Reaktor bietet sich ein Schachtofen an, bei dem das Gemisch aus dem Einsatzstoff und dem Wirbelbettmaterial von oben nach unten durch den Schachtofen wandert. Um den Feststofftransport durch den Schachtofen zu ge- währleisten, können entsprechend des Standes der Technik Einbauten, Förder- wendeln oder Rührwerke vorgesehen werden. Der Pyrolysereaktor kann beispiels- weise auch als Drehrohrreaktor ausgeführt werden, wodurch eine gute Durch- mischung von Einsatzstoff und heißem Wirbelbettmaterial erreicht und gleichzeitig der Feststofftransport gewährleistet wird. Der während der Trocknung dem Einsatz- stoff entwichene Wasserdampf und die Pyrolysegase verlassen den Pyrolysereak- tor und gelangen in eine weitere Reaktionszone. Die Mischung aus dem verblei- benden festen kohlenstoffhaltigen Pyroiyserückstand und dem Wirbelbettmaterial wird zusammen in die Verbrennungswirbelschicht gefördert, wobei auf konventio- nelle Bauteile wie zum Beispiel Förderschnecken oder Zellradschleusen mit Schrägrohreintrag zurückgegriffen werden kann. In der erfindungsgemäßen Vor- richtung wird eine Schnecke bevorzugt.

Dadurch, dass die Pyrolyse vorzugsweise in einem Schachtofen durchgeführt wird, kann auf die für eine Pyrolysewirbelschicht notwendige Zufuhr eines Fluidisie- rungsmediums verzichtet werden. Dadurch besteht die Möglichkeit die Pyrolyse völlig unter Verzicht auf Gaszufuhr durchzuführen oder, im Gegensatz zu einer Py- rolysewirbelschicht, der zur Fluidisierung eine Mindestmenge Gas zugeführt wer- den muß, beliebig geringe Mengen beispielsweise des Produktgases oder eines Reaktionsmittels wie Wasserdampf, Sauerstoff oder Luft zuzugeben. Dadurch be- steht die Möglichkeit als verfahrenstechnische Anpassung an den jeweiligen Ein- satzstoff Gas oder ein Reaktionsmittel dem Pyrolysereaktor zuzugeben. Im erfin- dungsgemäßen Verfahren wird die Pyrolyse im Pyrolysereaktor vorzugsweise unter Luft-und Gasausschluß durchgeführt. Ein weiterer Vorteil der Durchführung der Pyrolyse in einem separaten Verfahrensschritt besteht darin, dass der während der Pyrolyse auftretende Zerkleinerungseffekt aufgrund der Schwelung und Entgasung den Einsatz von gröberem stückigem, als üblicherweise in Wirbelschichtreaktoren eingesetztem, Gut ermöglicht. Alternativ besteht die Möglichkeit, der Eintragsvor- richtung für den festen kohlenstoffhaltigen Pyrolyserückstand und das Wirbelbett- material in die Verbrennungswirbelschicht eine Zerkleinerungsvorrichtung, wie bei- spielsweise einen Walzenbrecher, vorzuschalten, womit die Anforderungen an die Einsatzstoffpartikelgrößen weiter reduziert werden können. Die zur Zerkleinerung von Pyrolysekoks aufzubringende Energie ist dabei wesentlich geringer als die zur Zerkleinerung von z. B. Biomasse wie Holz.

Der kohlenstoffhaltige feste Pyrolyserückstand wird in der Wirbelschicht mit Luft verbrannt, wird dadurch als Asche selbst zum Wirbelbettmaterial und heizt durch die Energiefreisetzung schon vorhandenes Wirbelbettmaterial weiter bzw. wieder auf. Die Verbrennungswirbelschicht kann nach dem Kenntnisstand der Wirbei- schichttechnik ausgelegt und betrieben werden. Im Hinblick auf die Emissionen der Verbrennungswirbelschicht kann eine gestufte Luftzugabe vorteilhaft sein.

Der Verbrennungsreaktor wird als stationäre Wirbelschicht ausgebildet, dass heißt die Gasmenge des Wirbelmediums muß einerseits ausreichend sein, um die mi- nimale Fluidisierungsgeschwindigkeit des Feststoffs zu überschreiten und darf andererseits die Geschwindigkeit für den Austrag nicht überschreiten. Ab einer Wirbelbetthöhe von ca. 2,5 m bis 3 m sind Einbauten zur Verhinderung der Aus- bildung einer stoßenden Wirbelschicht und der damit einhergehenden Druck- pulsationen erforderlich. Das durch den Verbrennungsvorgang aufgeheizte Wir- belbettmaterial wird schließlich wieder dem Pyrolysereaktor zugeführt. Das Wir- belbettmaterial besteht aus der Asche, die aus der Verbrennung des festen koh- lenstoffhaltigen Pyrolyserückstandes verbleibt. Findet eine unvollständige Ver- brennung des Pyrolysekokses innerhalb der Verbrennungswirbelschicht statt, be- steht das Wirbelbettmaterial, welches als Wärmeträgermedium im Kreislauf ge- führt wird, aus der Asche des Einsatzstoffes und unverbranntem kohlenstoffhalti- gem Pyroiyserückstand. Da die festen Pyrolyserückstände der organischen Stoffe und Stoffgemische sich in der Verbrennungswirbelschicht in der Regel schnell umsetzen und teilweise nur geringe Anteile an nicht vergas-oder verbrennbarem Material besitzen können, ist es gegebenenfalls notwendig, zusätzliches Material zur Ausbildung einer Wirbelschicht zuzugeben. Zusätzliches Material braucht nicht zugegeben werden, wenn die Einsatzstoffe große Mengen an nicht vergas-oder verbrennbarem Material mitbringen, die sich zum Aufbau einer Wirbelschicht eig- nen. Als zuzugebendes Material, das zur Ausbildung einer Wirbetschicht dient, eignen sich alle feuerfesten Materialien, wie beispielsweise Sand mit einem Korn- durchmesser kleiner 1,5 mm. Die Entnahme des heißen Wirbelbettmaterials und der Transport in den Pyrolysereaktor wird vorzugsweise mittels eines oder mehre- rer Überläufe bewerkstelligt, die an der Reaktorwand vorgesehen sind oder durch die Reaktorwand in die Wirbelschicht hineinragen. Die Methode hat den Vorteil, dass neben der Obermittlung des heilen Wirbelbettmaterials in den Pyrolysere- aktor auf einfache Weise die Wirbelbetthöhe der Verbrennungswirbelschicht ein- gestellt werden kann. Der Abzug des Wirbelbettmaterials kann auch mittels ande- rer bekannter Förderaggregate, wie beispielsweise einer Förderschnecke, vorge- nommen werden, allerdings ist der verfahrenstechnische Aufwand in diesem Fall höher.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken das Verfahren in einfach durchzu- führende Verfahrensstufen zu gliedern. Die einzelnen Verfahrensstufen und deren Zusammenspiel können unter Berücksichtigung der speziellen Eigenschaften des Einsatzstoffes und hinsichtlich der beabsichtigten zu erzielenden Produktgasqua- litât entsprechend optimal ausgelegt werden.

Durch die im folgenden beschriebenen Zeichnungen, in der beispielhaft bevor- zugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, zeigen sich weitere Vor- teile der Erfindung. In der Zeichnung zeigt Fig, 1 die Massen-und Energieströme der Pyrolysestufe, der Reaktionszone und der Verbrennungswirbelschicht des erfindungsgemäßen Verfah- rens, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.

Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß in die Pyrolysestufe 1 Einsatzstoff 10 und Wirbel- bettmaterial 35 als Wärmeträger zugeführt wird. Der mit dem Wirbelbettmaterial 35 transportierte Wärmestrom ergibt sich aus der Temperatur der Verbrennungswir- belschicht, aus der Beschaffenheit und dem Massenstrom des Wirbelbettma- terials 35 und des Einsatzstoffstroms 10 sowie aus der angestrebten Pyrolysetem- peratur. Desweiteren wird ein Reaktionsmittel 11 zugeführt sowie ein Wärmestrom 34 aus der Verbrennungswirbelschicht 3 übertragen. Die Pyrolysestufe 1 verläßt Pyrolysegas 13, das in die Reaktionszone 2 geführt wird, Pyrolysegas 15, das in den Verbrennungsreaktor (zur Verbrennungswirbelschicht 3) geführt wird, ein Ge- misch aus Wirbelbettmaterial und festem kohlenstoffhaltigem Pyrolyserückstand 14 sowie ein Wärmeverluststrom 12.

Das Gemisch aus Wirbelbettmaterial und festem kohlenstoffhaltigem Pyrolyserück- stand 14 wird in die Verbrennungswirbelschicht 3 zusammen mit Pyrolysegas 15 und Luft 31 geführt. Das durch die Verbrennung aufgeheizte Wirbelbettmaterial 35 wird zurück in den Pyrolysereaktor 1 geführt. Das ebenfalls heiße Abgas 37 verläßt die Verbrennungswirbelschicht 3. Ein Teil der im Abgas enthaltenen Wärme 36 wird an die Reaktionszone 2 übertragen. Den Verbrennungsreaktor 3 verfaßt weiterhin ein Wärmeverluststrom 33 sowie Wirbelbettmaterial 32, das entnommen werden muß, um im stationären Betrieb den Gesamffeststoffhaushalt zu regulieren.

Das der Reaktionszone 2 zugeführte Pyrolysegas 13 wird zusammen mit dem Re- aktionsmittel 21 mit Hilfe der zugeführten Wärme 36 in Gegenwart eines Katalysa- tors zum Produktgas 23 umgesetzt. Das Produktgas 23 und ein Wärmeverlust- strom 22 verlassen schließlich die Reaktionszone 2.

Ausführungsbeispiel Im folgenden Beispiel wird die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Das bevorzugte Verfahren gemäß Fig. 2 und die bevorzugte Vorrichtung gemäß Fig. 3 dient zur Py- rolyse und Vergasung von 900 kg Holz je Stunde. Das beispielhaft eingesetzte Holz besteht im wesentlichen aus 52,3 Gew.-% Kohlenstoff, 5,9 Gew.-% Wasserstoff und 41,8 Gew.-% Sauerstoff jeweils bezogen auf die wasser-und aschefreie Brennstoffsubstanz und besitzt weiterhin einen Ascheanteil von 0,51 Gew.-% be- zogen auf den rohen Einsatzstoff. Der Heizwert des Holzes beträgt Hu = 17,2 MJ/kg bezogen auf den wasserfreien Zustand, die thermische Vergaserieistung beträgt somit 3,92 MW.

In der in Figur 2 beschriebenen bevorzugten Ausführung des Verfahrens zur HoZz- vergasung wird Holz 10 in einer Aufbereitungsstufe 4 je nach Beschaffenheit des Einsatzstoffes einer Zerkleinerung und/oder Trocknung unterzogen, bevor es in die Pyrolysestufe 1 gegeben wird. Das Holz besitzt nach der Aufbereitungsstufe 4 ei- nen Wassergehalt von 8,9 Gew.-%.

Die Pyrolyse wird bei einer Temperatur von 580°C durchgeführt. Das in den Pyro- lysereaktor 1 eingebrachte Wirbelbettmaterial 35 hat eine Temperatur von 900°C, so dass um den Einsatzstoff auf die Pyrolysetemperatur von 580°C aufzuheizen die 4,1-fache Menge Wirbelbettmaterial, also 3,7 t/h, zugeführt und sich im Umlauf be- finden muß. Bei der Pyrolyse des Holzes verbleiben schließlich 20,3 Gew.-% (be- zogen auf Brennstoff roh) als fester Pyrolyserückstand, der einen Heizwert von Hu = 30 MJ/kg besitzt. Die restlichen Produkte aus der Trocknung und Pyrolyse verlas- sen den Pyrolysereaktor 1 als Gas 13 und gelangen in die Reaktionszone 2. Das Gemisch aus festem Pyrolyserückstand und Wirbelbettmaterial 14 wird der Ver- brennungswirbelschicht 3 zugeführt und dort mit Luft 31 verbrannt. Der mit dem festen Pyrolyserückstand des Holzes der Verbrennungswirbelschicht zugeführte Enthalpiestrom beträgt 1,52 MW. Im vorliegenden Beispiel verbleibt in der Ver- brennungswirbelschicht 3 nach Abzug des Wärmeverlustes 33, des abgezogenen Wirbelbettmaterials 32, des Wirbelbettmaterials 35 und der auf die Reaktionszone 2 übertragenen Energiemenge 36 ein an den Rauchgasstrom 37 gekoppelter Lei- stungsüberschuß. Daher wird mit einem einer Aufbereitung 7 unterzogenen Was- serstrom 70 unter Berücksichtigung des Feuerungswirkungsgrades im Wärme- übertrager 8 ein Heißdampfstrom erzeugt. Wird der Dampfstrom 21, welcher der Reaktionszone 2 zugeführt wird, dem in 8 erzeugten Heißdampfstrom entnommen, verbleibt ein Heißdampfstrom 71 mit einer Leistung von 0,45 MW, der über eine Turbine 9 entspannt wird.

Die Pyrolysegase 13 werden unter Zuführung des Reaktionsmittels Wasserdampf 21 in die Reaktionszone 2, bestehend aus einem Wärmeübertrager, der mit einem Katalysator zur Verbesserung der Teercrackung bestückt ist, geleitet. Die für die Reaktion des Pyrolysegases 13 mit dem Wasserdampf 21 benötigte Energie wird über den heißen Rauchgasstrom 36 aus der Verbrennungswirbelschicht 3 an den Wänneübertrager 2 abgegeben, wobei die Reaktion je nach Betriebsführung der Verbrennungswirbelschicht 3 bei 850°C bis 900°C stattfindet. Für eine weitere Temperaturerhöhung durch eine partielle Verbrennung des Pyrolysegases kann dem Reaktionsmittel Wasserdampf 21 auch Luft oder Sauerstoff zugemischt wer- den. Das erhaltene Produktgas 23 besitzt einen Heizwert von 9,87 MJ/m3 (VN) und setzt sich aus folgenden Gaskomponenten zusammen : 48,7 Vol.-% H2,36,1 Vol.-% CO, 0,1 Vol.-% CH4,6,1 Vo !. % COz, 9 Vol.-% H20. Das Produktgas 23 wird an- schließend in einer Aufbereitungsstufe 5 entstaubt und gequencht. Der Kaltgaswir- kungsgrad, also die chemische Energie des Einsatzstoffes bezogen auf den chemi- schen Energieinhalt des Produktgases, beträgt 80,8 %.

Figur 3 zeigt beispielhaft skizziert eine bevorzugte Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung. Das Holz 10 wird über eine gasdichte Eintragsvorrichtung, im hier beispielhaft dargestellten Fall eine Zell- radschleuse, in den Pyrolysereaktor 1 gegeben. Die Trocknung und Pyrolyse des Einsatzstoffes findet durch den Kontakt mit dem durch einen Überlauf aus der Ver- brennungswirbelschicht 3 zugeführten heißen Wirbelbettmaterial 35 statt. Das ent- standene Pyrolysegas 13 wird unter Zugabe von Wasserdampf 21 in die Reakti- onszone 2 geleitet, die hier beispielhaft als Röhrenwärmeübertrager ausgebildet ist.

Nach Umsetzung des Pyrolysegases mit dem Wasserdampf 21 wird das Produkt- gas 23 in der Aufbereitungsstufe 5 gekühit und gereinigt. Um den unerwünschten Austausch von Gasen zwischen Pyrolysereaktor 1 und Verbrennungswirbelschicht 3 zu vermeiden, sind das Gebläse der Produktgasleitung 50 und das Gebläse der Rauchgasleitung 60 aufeinander abzustimmen. Dadurch, dass der Überlauf von der Verbrennungswirbelschicht 3 zum Pyrolysereaktor 1 so gestaltet ist, dass die- ser ständig mit Wirbelbettmaterial 35 gefüllt ist, wird in Kombination mit den ge- nannten Gebläsen der Austausch von Gas zwischen beiden Reaktoren auf einfa- che Weise verhindert. Zum Transport des Gemischs aus festem Pyrolyserückstand und zirkulierendem Wirbelbettmaterial 14 in die Verbrennungswirbelschicht 3 ist vorzugsweise eine Schnecke vorgesehen. Die Schnecke ist so auszulegen, dass der Druckverlust durch die mit Material gefüllten Schneckengänge größer ist als über der Wirbelschicht 3, so dass die der Verbrennungswirbelschicht 3 zugeführte Luft 31 nicht im Bypass durch den Pyrolysereaktor 1 strömt. Mit der Wärme des Rauchgasstroms 37 wird über einen Wärmeübertrager 8 aus einem Wasserstrom 70 ein Dampfstrom 71 erzeugt, der beispielsweise über eine Turbine 9 entspannt wird. Ein Teil des Dampfstroms 71 kann als Wasserdampf 21 für die Reaktionszone 2 verwendet werden. Das Abgas 60 wird einer Rauchgasreinigung 6 zugeführt.

Bezugszeichenliste : 1 Pyrolysereaktor 10 Einsatzstoff 11 Reaktionsmittel 12 Wärmeverlust 13 Pyrolysegas 14 Gemisch aus festem Pyrolyserückstand und Wirbelbettmaterial 15 Pyrolysegas 2 Reaktionszone 21 Reaktionsmittel 22 Wärmeverlust 23 Produktgas 3 Feuerung 31 Luft 32 Wirbelbettmaterial 33 Wärmeverlust 34 Wärmestrom 35 Wirbelbettmaterial 36 Wärmestrom 37 Verbrennungsabgas 4 Vorbehandlungsstufe 5 Gasreinigung 50 gereinigtes Produktgas 6 Rauchgasreinigung 60 Abgas 7 Wasseraufbereitung 70 Wasser 71 Dampf 8 Wärmeübertrager 9 Turbine