Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Vergasung von Biomasse mit einem Vergasungsreaktor, der zur thermo-chemischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in einer Wasserdampfatmosphäre ausgebildet ist, und mit einer Verbrennungskammer zur exothermen Verbrennung von Substanzen, vorzugsweise von Oxidationsgasen, aber ggf. auch von flüssigen oder festen Substanzen mit Luftsauerstoff.

Angesichts der sich zukünftig reduzierenden Mengen verfügbarer fossiler Brennstoffe besteht ein Bedarf, Kraftstoff durch Synthetisierung aus Biomasse zu erzeugen. Als Biomasse kann beispielsweise Waldholz, Schilf, Mais, Stroh oder andere Biomasse eingesetzt werden. Die Synthetisierung erfolgt mit einer Kopplung von Thermolyse, Reaktolyse, Fischer-Tropsch-Synthese-und Raffinationsverfahren. Diese Syntheseverfahren müssen jedoch den Bedingungen des Ausgangsmaterials angepasst, auf das Endprodukt eingestellt und in besonderer Weise kombiniert werden.

Ziel der Synthese von Biomasse ist es, aliphatische Kohlenwasserstoffe (CH » 2)) nalKwzu gewinnen, die raffiniert und als Kraftstoff eingesetzt oder herkömmlichen fossilen Kraftstoffen beigemischt werden können.

Hierzu sind biologische Verfahren zur Umsetzung von Biomassen, wie z. B. die Methanfermentation oder alkoholische Vergärung, bekannt,

bei denen primär Methan und sekundär Methanol oder Ethanol produziert werden. Die biologischen Verfahren sind jedoch nur für ausgewählte Biomassezusammensetzungen einsetzbar und auf die spezielle Zusammensetzung der Biomasse eingeschränkt. Die Geschwindigkeit der biologischen Prozesse ist auch im optimalen Temperaturbereich relativ gering, so dass eine großtechnische Anwendung der biologischen Verfahren kaum möglich ist.

Weiterhin sind thermo-chemische Thermolyse-Verfahren bekannt, wobei jedoch die Nutzung der Produkte einer solchen Thermolyse (Pyrolyse) stark eingeschränkt ist, da das produzierte Thermolyseöl eine sehr heterogene Zusammensetzung besitzt und nicht unmittelbar für die Raffinierung geeignet ist. Diese Probleme können auch nur teilweise durch die sogenannte Flash-Pyrolyse gelöst werden.

Insbesondere erschweren anorganische Bestandteile im Thermolyseöl die weitere Behandlung, wobei die Reinigung des in flüssiger Phase vorliegenden Thermolyseöls schwieriger als die Reinigung einer Gasphase ist.

Weiterhin sind thermo-chemische Reaktolyseverfahren bekannt, mit denen gasförmige Produkte erzeugt werden. In den erzeugten Reaktolysegase sind in der Regel Begleitstoffe vorhanden, die eine direkte Synthese verhindern. Jedoch sind für nahezu alle Begleitstoffe Reinigungsverfahren bekannt. Unter dem Begriff Reaktolyse wird im Folgenden eine direkte thermo-chemische Zersetzung der Biomasse durch Vergasung der Biomasse in wasserdampfhaltiger Atmosphäre verstanden.

Die thermo-chemischen Thermolyse-Verfahren wurden bislang auch als Vorstufe für Reaktolyseverfahren eingesetzt.

Weiterhin sind Syntheseverfahren zur Herstellung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen (CH (2 » nalKw aus einem Gemisch aus

Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 bekannt. Bei der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese werden aliphatische Kohlenwasserstoffe (CH (2)) n alKW nach der Gleichung n (CO + 2 H2) = n H20 + (CH(2))n alKW aus einem Synthesegas als Gemisch aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 erzeugt.

Das Synthesegas kann durch thermo-chemische Umwandlung aus Biomasse erzeugt werden. Beispielsweise kann eine direkte thermo- chemische Zersetzung der Biomasse mit Wasserdampf nach dem sogenannten Reaktolyseverfahren eingesetzt werden, um das Synthesegas als Gemisch aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 zu erzeugen. Hierbei gilt folgender Zusammenhang : (CH(2))n biomasse + n H2O = n (CO +2H2).

Der endotherme Vorgang der thermo-chemischen Zersetzung bedarf einer thermischen Stützung durch eine exotherme Reaktion, die durch eine interne Verbrennung mit Sauerstoff oder über eine Energiezufuhr von außen erfolgen kann. Bei der internen Verbrennung ist nachteilig, dass die Anteile der für die Synthese erforderlichen Gase (Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2) absolut und hinsichtlich ihres stöchiometrischen Verhältnisses auch in relativ ungünstiger Weise verschoben werden. Zudem gehen Kohlenstoffatome der Biomasse als Kohlendioxid C02 aus der Bilanz heraus und reduzieren damit die Menge synthetisierbarer Kohlenwasserstoffe.

Die Synthese von aliphatischen Kohlenwasserstoffen (CHnafxwus den Gasen Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 ist hingegen unter den gegebenen Verhältnissen exotherm. Die Synthese bedarf zwar einer katalytischen Führung, jedoch keiner thermischen Stützung, da

die Reaktion zu Wasser H20 mehr Energie freisetzt als die gekoppelte Synthese der Kohlenwasserstoffe erfordert.

Zur Vergasung von Biomasse im Reaktolyseverfahren sind Festbettvergaser, Flugstromvergaser und Wirbelschichtvergaser bekannt. Festbett-Gegenstromvergaser haben einen sehr hohen Teeranteil im Produktgas, wodurch eine Nachbehandlung extrem schwierig wird. Bei Festbett-Gleichstromvergasern werden hingegen nur geringe Mengen von Teer erzeugt. Festbettvergaser haben den Nachteil, dass stabile Schüttungen gebildet werden müssen, so dass die Biomasse zuverlässig pelletiert werden muss.

Bei der Flugstromvergasung erfolgt zunächst mit Hilfe einer Vorvergasung eine Vorkonditionierung von Biomasse in Schwachgas, Koks und Öl. Anschließend erfolgt eine Vergasung im Flugstrom bei hohen Temperaturen im oberen Bereich des Reaktors mit Sauerstoff. In demselben Reaktor wird anschließend eine Reduzierung der Gase bei etwa 650 bis 800°C im unteren Bereich des Reaktors mit Wasserdampf durchgeführt. Die Flugstromvergaser sind aufgrund der erforderlichen zwei Reaktoren relativ teuer und weisen einen eingeschränkten Wirkungsgrad auf.

Bei der herkömmlichen Wirbelstromvergasung erfolgt eine Vergasung von Biomasse in einer Wirbelschichtanlage mit Luft als Vergasungsmittel. Die Wirbelschichtvergaser haben eine Vergasungszone, die mit Dampf verwirbelt wird, und eine Verbrennungszone, die mit Luft verwirbelt wird. In der Verbrennungszone wird Holzkohle verbrannt und so die notwendige thermische Energie zur Vergasung erzeugt. Das zirkulierende Bettmaterial transportiert die Wärme von der Verbrennungszone zur Vergasungszone. Das Problem ist zu verhindern, dass sich die Abgase der Verbrennungszone möglichst nicht mit dem Produktgas vermischen und dieses verunreinigen.

Eine andere Ausführungsform von Wirbelschichtvergasern verwenden Wasserdampf als Vergasungsmittel, um den sogenannten Battelle- Prozess oder FICFB-Prozess (Fast-Internally-Cirulating-Fluidised-Bed) auszuführen. Bei beiden Dampfvergasungsverfahren wird die Wärme über ein umlaufendes Bettmaterial in einem allothermen Prozess zugeführt. Über Zweibett-Wirbelschichten erfolgt eine Vergasung mit Dampf sowie eine Verbrennung mit Luft.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Vergasung von Biomasse sowie eine Anlage hierzu zu schaffen, mit dem aus Biomasse unterschiedlicher Herkunft synthetisierbare Produktgase insbesondere zur weiteren Aufbereitung zur Verwendung als Kraftstoff wirtschaftlich zu erzeugen.

Die Aufgabe wird mit dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß gelöst durch : Verbrennung von Substanzen, beispielsweise von Oxidationsgasen, in einer von dem Vergasungsreaktor gasdicht getrennten Verbrennungskammer, Zuführen von Wärmeenergie aus der Verbrennungskammer in den Vergasungsreaktor, und Ableiten der Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer getrennt von den bei der Vergasung der Biomasse erzeugten Produktgasen.

Im Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren wird nunmehr vorgeschlagen, die Verbrennung von Oxidationsgasen als exothermer Prozess zur thermischen Stützung des endothermen Vorgangs der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen gasdicht getrennt von dem

Prozess der Zersetzung in dem Vergasungsreaktor durchzuführen und lediglich die Wärmeenergie von der Verbrennungskammer in den Vergasungsreaktor zu leiten. Dabei werden dann die Verbrennungsgase getrennt von dem in den Vergasungsreaktor erzeugten Produktgasen abgeführt.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass eine Herstellung von Produktgasen mit hoher Reinheit auf energetisch wirtschaftliche Weise mit relativ geringem Investitionsaufwand in die Anlage ermöglicht wird.

Der exotherme Prozess der Verbrennung der Oxidationsgase wird vorzugsweise durch Produktgase aus dem Vergasungsreaktor unterhalten, die als Oxidationsgase in die Verbrennungskammer eingeleitet werden. Dabei kann das Verfahren zunächst durch extern zugeführte Oxidationsgase angestoßen werden und anschließend der Anteil der Produktgase an den Oxidationsgasen erhöht werden.

In die Verbrennungskammer wird vorzugsweise eine Mischung aus Luft, Erdgas und Produktgas als Oxidationsgas geleitet und dort verbrannt. Der Reaktolyseprozess in dem Vergasungsreaktor wird vorzugsweise in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt, die ein Gasgemisch aus Sauerstoff, Wasserdampf und Erdgas als Reaktolysegas aufweist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren der Vergasung in einem Wirbelstrom-Vergasungsreaktor durchgeführt wird. Dieser hat sich im Vergleich zu Festbett-und Flugstromvergasern als wirtschaftlich und prozesstechnisch vorteilhaft erwiesen.

Vor der Vergasung der Biomasse sollte eine Konditionierung der Biomasse beispielsweise durch mechanische Zerkleinerung vorgenommen werden. Damit kann die Energiebilanz des Verfahrens verbessert werden.

Die durch Vergasung der Biomasse erzeugten Produktgase werden anschließend vorzugsweise gereinigt und beispielsweise nach dem Fischer-Tropsch-Syntheseverfahren synthetisiert. Die Vergasung der Biomasse wird vorzugsweise durch Zufuhr von Sauerstoff gesteuert.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Biomasse in einem Wirbelbett mit Zuschlagstoffen, wie Sand, Aluminiumoxid und/oder Dolomit o. ä. vergast wird. Durch einen Ablauf können die bei der Vergasung anfallenden Restfeststoffe aus dem Vergasungsreaktor entnommen werden. Nach Absieben der Restfeststoffe können die ausgesiebten Zuschlagstoffe, insbesondere Sand, wieder als Zuschlagstoffe dem Vergasungsreaktor zugeführt werden.

Die Aufgabe wird ferner durch die gattungsgemäße Anlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Vergasungsreaktor gasdicht von der Verbrennungskammer getrennt so angeordnet ist, dass Wärmeenergie von der Verbrennungskammer in den Vergasungsreaktor geführt wird und die Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer getrennt von den bei der Vergasung der Biomasse erzeugten Produktgasen abgeleitet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Produktgas zur Reinigung durch ein Fliehkraftabscheider geleitet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt : Figur 1-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur Vergasung von Biomasse.

Die Figur 1 lässt eine erfindungsgemäße Anlage 1 zur Vergasung von Biomasse erkennen, die im Wesentlichen einen Vergasungsreaktor 2 zur thermo-chemischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in einer Wasserdampf- atmosphäre sowie eine gasdicht davon getrennte Verbrennungskammer 3 zur Verbrennung von Oxidationsgasen G hat.

Der exotherme Vorgang der Verbrennung von Oxidationsgasen G in der Verbrennungskammer 3 wird somit räumlich getrennt von der Reaktolyse, d. h. der thermo-chemischen Zersetzung, im Vergasungsreaktor 2 gasdicht durchgeführt. Der endotherme Prozess der Reaktolyse in dem Vergasungsreaktor 2 wird dabei durch den exothermen Prozess in der Verbrennungskammer 3 unterhalten. Hierzu ist der Vergasungsreaktor 2 in der Verbrennungskammer 3 aufgenommen, wobei die Außenwand des Vergasungsreaktors 2 die Innenwand der Verbrennungskammer 3 bildet. Der Wärmeaustausch von der Verbrennungskammer 3 zum Vergasungsreaktor 2 erfolgt somit über die Außenwand 4 des Vergasungsreaktors 2. Auf diese Weise wird konstruktiv eine vollständige Trennung der in dem Vergasungsreaktor 2 erzeugten Produktgase P aus der reduktiven Phase von den in der Verbrennungskammer 3 erzeugten Gasen aus der oxidativen Phase erreicht.

Der exotherme Prozess in der Verbrennungskammer 3 wird durch die Oxi- dationsgase G unterhalten, die über eine Zufuhrleitung 5 im oben Bereich in die Verbrennungskammer 3 geleitet werden. Als Oxidationsgase G wird ein Gemisch aus Luftsauerstoff L, Produktgas P

und Erdgas E verbrannt, die in einem gesteuerten Verhältnis gemischt werden. Zu Beginn der Vergasung der Biomasse B wird der Verbrennungsvorgang durch Luftsauerstoff L und Erdgas E erhalten.

Später wird der Anteil an Produktgas P immer weiter erhöht und insbesondere der Anteil von Erdgas E reduziert.

Das bei der Verbrennung in der Verbrennungskammer 3 resultierende Verbrennungsgas A wird durch einen Abgasauslass 9 im unteren Bereich der Verbrennungskammer 3 abgeleitet.

Der in der Verbrennungskammer 3 aufgenommene Vergasungsreaktor 2 hat im unteren Bereich ein relativ zur horizontalen Ebene geneigtes Wirbelbettrost 10 mit Gasdurchtrittsöffnungen. Unterhalb des Wirbelbettrostes mündet mindestens eine Zufuhrleitung 11 für Reaktorlysegase R zur Unterhaltung der thermo-chemischen Zersetzung in den Vergasungsreaktor 2. Die Reaktolysegase R sind vorzugsweise eine Mischung aus Sauerstoff 0, Wasserstoff Ha und Erdgas E. Die Biomasse B wird vorzugsweise mit Zuschlagstoffen Z, wie z. B. Sand, Aluminiumoxid, Dolomit etc. über einen Einfülltrichter 12 mit Zuleitung in den Vergasungsreaktor 2 geleitet. Über eine Abluftleitung 13 im oberen Bereich des Vergasungsreaktors 2 wird das bei der Reaktolyse erzeugte Produktgas P abgeleitet und durch einen Fliehkraftabscheider (Zyklon) 14 zur Reinigung geführt. Ein Teil des gereinigten Produktgases P kann über eine Produktgasleitung 15 wieder in den Vergasungsreaktor 2 direkt zurückgeführt werden.

Der Vergasungsreaktor 2 wird bei Temperaturen von etwa 500 bis 900°C in reduzierender Wasserstoffatmosphäre weitgehend unter Luftausschluss gefahren, so dass eine thermo-chemische Zersetzung der Kohlenwasserstoffe sichergestellt wird. Die Gastemperatur in der äußeren Verbrennungskammer 3 beträgt etwa 800 bis 1200°C, wobei die Verbrennung in oxidativer Atmosphäre stattfindet.

Erfindungswesentlich ist dabei, dass die bei der Verbrennung erzeugten

Abgase A getrennt von den Produktgasen P abgeleitet werden, indem die Verbrennungskammer 3 gasdicht von dem Vergasungsreaktor 2 ist.

Der endotherme Prozess der Vergasung wird hierbei durch Wärmeaustausch von dem Verbrennungsreaktor 3 über die Außenwand 4 in den Vergasungsreaktor 2 unterhalten.

Die bei der Vergasung anfallenden Restfeststoffe werden über eine Ableitung in ein Sieb 16 abgeführt. Dabei können Zuschlagstoffe Z, insbesondere Sand ausgesiebt und über den Einfülltrichter 12 in den Vergasungsprozess zurückgeleitet werden. Die restlichen Stoffe 17 werden hingegen ausgesondert.

Der Vergasungsprozess wird vorzugsweise anfänglich autotherm unter Zufuhr von Sauerstoff gesteuert. Die Vergasung der Biomasse B sollte zudem so erfolgen, dass sich ein nahezu ideales Produktgas-Gemisch P an Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 in einem Molverhältnis von etwa 1 zu 2 einstellt. Die erzeugten Produktgase P werden nach Vorentstaubung in dem Fliehkraftabscheider 14 weiterverarbeitet.

Dieser nicht dargestellte Nachverarbeitungsprozess kann eine Kühlung der Produktgase 9 über Wärmeübertrager und eine nachgeschaltete Feinentstaubung umfassen. Zudem kann als Sicherheitsstufe ein im Wechsel schaltbarer Teerkatalysator vorgesehen werden, falls z. B. bei Lastwechsel der Teergehalt unzulässig ansteigt. Möglicherweise abgeschiedener Teer wird mittels dieser Wechselschaltung oxidativ abgebrannt. Eine Entfernung von Schwefel H2S und Halogeniden, wie z. B. HCI, mit Wäschern kann sich anschließen. Zudem kann eine Shift- Stufe und eine Kohlendioxid-Wäsche vorgesehen sein.

Nach der Reinigung der Produktgase 9 erfolgt eine bekannte Synthetisierung beispielsweise nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren.

Die gewünschten Siedeschnitte können bei den entstehenden aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie bei der konventionellen Benzin- und Dieselherstellung mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen werden.

Das bei der Synthese entstehende Primäröl kann später raffiniert werden, wobei die Kraftstoffe aus den entsprechenden Siedeschnitten gewonnen und geblendet werden.