DE10049887A1 - Verfahren und Vorrichtung zur energetischen Nutzung nachwachsender organischer Rohstoffe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur energetischen Nutzung nachwachsender organischer RohstoffeInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (10) zur energetischen Nutzung nachwachsender organischer Rohstoffe (11), insbesondere Holz. Dabei wird der Rohstoff (11) in einer Vergaservorrichtung (12) durch Pyrolyse (24) im Wesentlichen zu Kohlenstoff (25) verschwelt und durch eine Reduktionsreaktion (26) eine Kohlenmonoxid enthaltendes Generatorgas (16) erzeugt. Das Kohlenmonoxid wird in einer Wärmekraftmaschine (13) unter Gewinnung thermischer und mechanischer Energie (21, 20) zu einem Kohlendioxid enthaltenden Abgas (23) oxidiert. Dazu wird vorgeschlagen, dass das Abgas (23) mit dem Kohlendioxid zumindest teilweise der Reduktionsreaktion (26) wieder zugeführt wird und dass die in der Wärmekraftmaschine (13) gewonnene thermische Energie (21) zumindest teilweise der Pyrolyse (24) und/oder der Reduktionsreaktion (26) zugeführt wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur energe
tischen Nutzung nachwachsender organischer Rohstoffe, insbe
sondere Holz, bei dem der Rohstoff in einer Vergaservorrich
tung durch Pyrolyse im Wesentlichen zu Kohlenstoff verschwelt
wird und bei dem durch eine Reduktionsreaktion ein Kohlenmo
noxid enthaltendes Generatorgas erzeugt wird, wobei das Koh
lenmonoxid in einer Wärmekraftmaschine unter Gewinnung ther
mischer und mechanischer Energie zu einem Kohlendioxid ent
haltenden Abgas oxidiert wird. Die Erfindung betrifft ferner
eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Bei der energetischen Nutzung eines nachwachsenden organi
schen Rohstoffes wird der Rohstoff beispielsweise zur Damp
ferzeugung für eine Dampfturbine oder zu sonstigen Heiz
zwecken verbrannt. Mit der Dampfturbine wird z. B. ein Generator
zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben. Allerdings
ist der mit Hilfe der Dampfturbine-Generator-Kombination er
zielbare elektrische Wirkungsgrad verhältnismäßig schlecht.
Der Wirkungsgrad lässt sich dadurch verbessern, dass der Roh
stoff in einer Vergaservorrichtung, beispielsweise einem
Holzvergaser, zunächst zu einem brennbaren Generatorgas ver
gast wird, also von einem festen in einen gasförmigen Zustand
umgewandelt wird. Das Generatorgas wird in einer einen Gene
rator antreibenden Wärmekraftmaschine, z. B. einem Otto-Motor
oder einer Gasturbine, verbrannt.
Die Vergasung des ursprünglich festen Rohstoffes zu einem Ge
neratorgas beruht auf einer unvollständigen Verbrennung unter
Sauerstoffmangel. In der Vergaservorrichtung laufen dabei im
Wesentlichen drei Verfahrensstufen ab: Pyrolyse des organi
schen Rohstoffes, Oxidation der Pyrolyse-Produkte und Reduk
tion zur Erzeugung des eigentlichen Generatorgases.
Bei der Pyrolyse wird der organische Rohstoff in seine Be
standteile zersetzt, die im Folgenden Pyrolyseprodukte ge
nannt werden. Wird z. B. Holz einer Pyrolyse unterzogen, ent
steht im Wesentlichen Kohlenstoff enthaltende Holzkohle. Bei
einer sogenannten schnellen Pyrolyse muss im Gegensatz zu ei
ner in einem Meiler stattfindenden langsamen Pyrolyse Energie
zugeführt werden.
Die Pyrolyseprodukte, z. B. die Holzkohle, werden in einer an
schließenden Oxidation unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt.
Bei der Holzvergasung wird dabei im Wesentlichen Kohlenstoff
zu Kohlendioxid und Wasserstoff zu Wasser oxidiert. Dabei
wird thermische Energie freigesetzt, die zur Unterstützung
der obengenannten Pyrolyse, im Wesentlichen aber für Redukti
onsreaktionen erforderlich ist, bei denen das eigentliche Ge
neratorgas entsteht. In einem Holzvergaser finden dabei unter
anderem die folgenden endothermen Reduktionsreaktionen statt:
C + CO2 ↔ 2 CO - 172 MJ/kmol
C + H2O ↔ CO + H2 - 131 MJ/kmol
Das Generatorgas wird anschließend unter Freisetzung thermi
scher und mechanischer Energie in der Wärmekraftmaschine ver
brannt, wobei diese einen mechanischen Wirkungsgrad von etwa
30 Prozent aufweist. Der weitaus größte Anteil der in dem Ge
neratorgas enthaltenen Energie entweicht als Wärme.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah
ren zur energetischen Nutzung nachwachsender organischer Roh
stoffe, insbesondere Holz, der eingangs genannten Art dahin
gehend zu verbessern, dass ein besserer Wirkungsgrad erzielt
wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrich
tung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs
genannten Art, bei dem vorgesehen ist, dass das Abgas mit dem
Kohlendioxid zumindest teilweise der Reduktionsreaktion
wieder zugeführt wird und dass die in der Wärmekraftmaschine
gewonnene thermische Energie zumindest teilweise der Pyrolyse
und/oder der Reduktionsreaktion zugeführt wird.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur
energetischen Nutzung nachwachsender organischer Rohstoffe,
insbesondere Holz, mit einer Vergaservorrichtung, in der der
Rohstoff durch Pyrolyse im Wesentlichen zu Kohlenstoff
verschwelbar ist und in der durch eine Reduktionsreaktion ein
Kohlenmonoxid enthaltendes Generatorgas erzeugbar ist, und
mit einer Wärmekraftmaschine, in der das Kohlenmonoxid unter
Gewinnung thermischer und mechanischer Energie zu einem Koh
lendioxid enthaltenden Abgas oxidierbar ist, bei der vorgese
hen ist, dass zwischen der Wärmekraftmaschine und der Verga
servorrichtung eine Rückführeinrichtung vorgesehen ist, mit
der das Abgas mit dem Kohlendioxid zumindest teilweise der
Reduktionsreaktion zugeführt werden kann, und dass Mittel
vorgesehen sind, mit denen die in der Wärmekraftmaschine ge
wonnene thermische Energie zumindest teilweise der Pyrolyse
und/oder der Reduktionsreaktion zugeführt werden kann.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, die in der
Wärmekraftmaschine stattfindende Oxidation, also die Verbren
nung des Generatorgases, mehrfach zu nutzen: zum Einen für
die eingangs genannte Reduktionsreaktion, bei der Kohlenmono
xid aus Kohlendioxid und Kohlenstoff gewonnen wird, das er
forderliche Kohlendioxid bereitzustellen und zum Andern die
bei der Verbrennung des Generatorgases in der Wärmekraftma
schine freiwerdende Wärme zur Unterstützung des Vergasungs
prozesses zu nutzen. Dabei sind verschiedene Varianten denk
bar: Wärmezufuhr nur für die Pyrolyse oder nur für die zur
Erzeugung des Generatorgases erforderlichen Reduktionsreakti
onen oder vorzugsweise Wärmezufuhr für beide Vorgänge. Die in
der Wärmekraftmaschine gewonnene Wärme wird daher nicht ein
fach an die Umgebung abgegeben, sondern nutzbringend einge
setzt.
In jedem Fall wird die Energiebilanz des Systems aus Verga
servorrichtung und Wärmekraftmaschine durch die Erfindung
verbessert, so dass ein besserer mechanischer Wirkungsgrad
und somit auch ein verbesserter elektrischer Wirkungsgrad er
zielt wird, wenn durch die Wärmekraftmaschine ein elektri
scher Generator angetrieben wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden
sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Verga
servorrichtung Sauerstoff für eine Oxidationsreaktion zuge
führt, in der durch die Pyrolyse aus dem organischen Rohstoff
gewonnene oxidierbare Bestandteile, insbesondere Kohlenstoff
und Wasserstoff, oxidiert werden. Dadurch wird gegebenenfalls
zusätzlich erforderliche thermische Energie freigesetzt, mit
der die Pyrolyse sowie die notwendigen Reduktionsreaktionen
in der Vergaservorrichtung unterstützt werden.
Vorzugsweise wird die in der Wärmekraftmaschine gewonnene
thermische Energie zumindest teilweise mit Hilfe des durch
die Wärmekraftmaschine erzeugten Abgases von der Wärmekraft
maschine zu der Vergaservorrichtung geführt. Auf diese Weise
kann das für die obengenannte Reduktion erforderliche Kohlen
monoxid und zugleich thermische Energie von der Wärmekraftma
schine in die Vergaservorrichtung transportiert werden.
Zweckmäßigerweise wird das Abgas dabei in einer thermisch
isolierten Leitung von der Wärmekraftmaschine zu der Vergaser
vorrichtung geführt, so dass möglichst geringe Abwärmeverlus
te entstehen.
Ferner ist es zweckmäßig, dass die Wärmekraftmaschine und die
Vergaservorrichtung räumlich nahe beieinander angeordnet
sind, so dass die Leitungswege zwischen den beiden Einrich
tungen kurz und die Wärmeverluste folglich gering sind.
Als Wärmekraftmaschine eignet sich vorzugsweise ein Verbren
nungsmotor oder, insbesondere auch für Anlagen mit hoher
Leistung, eine Gasturbine.
Zweckmäßigerweise wird das Abgas in der Wärmekraftmaschine
durch eine Verdichtereinrichtung, insbesondere einen durch
den Abgasstrom angetriebenen Turbolader oder einen Kompressor
verdichtet, um die Verbrennung des Kohlenmonoxids in der Wär
mekraftmaschine zu verbessern.
Als Wärmekraftmaschine eignet sich vorzugsweise eine Wärme
kraftmaschine mit geringen thermischen Oberflächenverlusten,
beispielsweise ein Verbrennungsmotor mit großem Hubraum und
somit einer im Verhältnis zu seiner Leistung relativ geringen
Oberfläche.
Der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine wird vorteilhaft da
durch erhöht, dass das Generatorgas vor der Zufuhr zu der
Wärmekraftmaschine gekühlt wird.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand
eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung
dargestellt. Es zeigt die einzige Figur
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Vergaservor
richtung, einer Wärmekraftmaschine sowie einem elektri
schen Generator.
In der Figur ist eine Vorrichtung 10 zur energetischen Nut
zung nachwachsender organischer Rohstoffe 11 dargestellt. Sie
enthält eine Vergaservorrichtung 12, die ein von einer Wärme
kraftmaschine 13 verwertbares Generatorgas 16 erzeugt, und
einen von der Wärmekraftmaschine 13 angetriebenen elektri
schen Generator 14. Die Vorrichtung 10 wird durch eine elekt
ronische Steuereinrichtung 15 gesteuert. Die Vorrichtung 10
erzeugt vorliegend thermische und elektrische Energie und
kann beispielsweise als Blockheizkraftwerk dienen. Es ist
auch möglich, dass die Vorrichtung 10 mechanische, an der
Wärmekraftmaschine 13 abgreifbare Energie liefert.
Energetische Flüsse zwischen den Komponenten der Vorrichtung
10 sind mit dicken, in durchgezogenen Linien gezeichneten
Pfeilen, stoffliche Flüsse mit in dünnen durchgezogenen Li
nien gezeichneten Pfeilen dargestellt. Ferner sind von und zu
der Steuereinrichtung 15 führende Steuer- und Meldeverbindun
gen in gestrichelten Linien ausgeführt.
Der organische Rohstoff 11, bei dem es sich vorzugsweise um
Holz, Holzschnitzel, Stroh oder sonstige Biomasse handelt,
wird in der Vergaservorrichtung 12 zu dem oxidierbaren Gene
ratorgas 16 vergast. Der organische Rohstoff 11 besteht im
Wesentlichen aus festen oder flüssigen Kohlenwasserstoff-
Verbindungen sowie aus Wasser. Die Vergaservorrichtung 12 er
zeugt daraus das Generatorgas 16, in dem als oxidierbare Be
standteile wesentliche Anteile Kohlenmonoxid, Methan und Was
serstoff enthalten sind.
Die Vergaservorrichtung 12 arbeitet beispielsweise nach einem
erfindungsgemäß modifizierten, sogenannten Festbett-Vergaser-
Prinzip, bei dem der organische Rohstoff 11 vom Beschickungs
ort, in der Figur von oben her, über verschiedene Zonen, z. B.
Trocknung und Pyrolyse, bis hin zu einem Austragungsort 17
für aus dem organischen Rohstoff 11 entstandene Asche bewegt
wird. Die Vergaservorrichtung 12 könnte jedoch auch als er
findungsgemäß modifizierter Wirbelschichtvergaser ausgeführt
sein.
Das brennbare Generatorgas 16 wird durch einen Kühler 18 ge
kühlt, durch eine Verdichtereinrichtung 19, beispielsweise
einen Turbolader oder einen Kompressor verdichtet und der
Wärmekraftmaschine 13 zugeführt, bei der es sich beispiels
weise um einen Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine han
delt. In der Wärmekraftmaschine 13 wird das Generatorgas 16
verbrannt, wobei einerseits mechanische Energie 20 und ande
rerseits thermische Energie 21 gewonnen wird. Ferner entsteht
ein Abgas 23, in dem Kohlendioxid enthalten ist.
Durch den Kühler 18 sowie die Verdichtereinrichtung 19 wird
die Verbrennung in der Wärmekraftmaschine 13 optimiert, indem
der Füllgrad in deren Brennkammern erhöht wird.
Mit der mechanischen Energie 20, die beispielsweise an einer
nicht dargestellten Antriebswelle der Wärmekraftmaschine 13
bereitgestellt wird, wird der elektrische Generator 14 ange
trieben. Dieser wandelt die mechanische Energie 20 in elekt
rische Energie 22 um.
In der Vergaservorrichtung 12 wird der organische Rohstoff 11
zunächst in einer Pyrolysezone 24 im Wesentlichen zu Kohlen
stoff 25 verschwelt. In der Pyrolysezone 24 wird vorliegend
eine sogenannte schnelle Pyrolyse durchgeführt, für deren Ab
lauf thermische Energie zuzuführen ist. Ferner geht der Pyro
lyse vorliegend eine Trocknung des organischen Rohstoffs 11
voran, für die ebenfalls thermische Energie erforderlich ist.
Sowohl für die Pyrolysezone 24 als auch für eine dieser vor
geschaltete Trocknungszone 39 wird die erforderliche Wärme im
Ausführungsbeispiel durch die von der Wärmekraftmaschine 13
erzeugte thermische Energie 21 bereitgestellt. Dazu wird vor
zugsweise das von der Wärmekraftmaschine 13 ausströmende hei
ße Abgas 23 über die in der Vergaservorrichtung 12 vorgesehe
ne Trocknungszone 39 und/oder über die Pyrolysezone 24 ge
führt. Es ist möglich, dass auch bei der Kühlung des Genera
torgases 16 und/oder der Kühlung der Wärmekraftmaschine 13
gewonnene thermische Energie 21 für die Pyrolysezone 24
und/oder für die Trocknung des organischen Rohstoffs 11 ein
gesetzt wird.
Mit dem in der Pyrolysezone 24 erzeugten Kohlenstoff 25 wird
unter anderem Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid reduziert, wobei
in einer Reduktionszone 26 folgende Reduktionsreaktion statt
findet:
C + CO2 ↔ 2 CO - 172 MJ/kmol (Reaktion 1)
Ferner wird Wasser mit dem Kohlenstoff 25 zu Wasserstoff re
duziert, wobei ebenfalls Kohlenmonoxid entsteht:
C + H2O ↔ CO + H2 - 131 MJ/kmol (Reaktion 2)
Die Reaktionen 1 und 2 sind jeweils endotherm, so dass sie
nur unter Zufuhr thermischer Energie ablaufen. Im Ausfüh
rungsbeispiel wird auch diese thermische Energie durch die
von der Wärmekraftmaschine 13 erzeugte thermische Energie 21
bereitgestellt. Dazu wird vorzugsweise das von der Wärme
kraftmaschine 13 ausströmende heiße Abgas 23 über eine Rück
führeinrichtung 33 in die Reduktionszone 26 geleitet und bei
spielsweise über den Kohlenstoff 25 und/oder zumindest über
einen Teil des zu pyrolysierenden oder bereits teilweise py
rolysierten organischen Rohstoffs 11 hinweggeblasen. Dabei
wird der Reduktionszone 26 zugleich für die Reaktion 1 erfor
derliches Kohlendioxid zugeführt, welches im Abgas 23 enthal
ten ist.
Ein Ventil 27 der Rückführeinrichtung 33 steuert eine Zufuhr
30 des aus der Wärmekraftmaschine 13 ausströmenden Abgases 23
in die Reduktionszone 26. Ein Teil des Abgases 23 leitet das
Ventil 27 als Abgasstrom 31 in die Umgebung. Für den Abgas
strom 31 könnten Abgasreinigungseinrichtungen vorgesehen
sein, beispielsweise ein Katalysator oder eine Waschanlage
für Teerstoffe. Die Steuereinrichtung 15 steuert das Ventil
27 über eine Steuerverbindung 28 in Abhängigkeit von Messsig
nalen, die die Steuereinrichtung 15 von einer in der Redukti
onszone 26 installierten, nicht dargestellten Messeinrichtung
über eine Meldeverbindung 29 erhält. Die Messeinrichtung
misst in der Reduktionszone 26 vorhandene Konzentrationen von
Reaktionsausgangs- und -eingangsstoffen, beispielsweise Koh
lenmonoxidwerte, Kohlendioxidwerte und Methanwerte.
Prinzipiell kann auch bei der Kühlung des Generatorgases 16
und/oder bei der Kühlung der Wärmekraftmaschine 13 gewonnene
thermische Energie der Reduktionszone 26 zugeführt werden.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten wird das Abgas 23 bei der
Zufuhr 30 in einer thermisch isolierten Leitung 32 der Rück
führeinrichtung 33 von der Wärmekraftmaschine 13 zu der Ver
gaservorrichtung 12 geführt. Vorzugsweise sind die Wärme
kraftmaschine 13 und die Vergaservorrichtung 12 auch räumlich
nahe zueinander angeordnet, so dass die Wärmeverluste in der
Rückführeinrichtung 33 auch dadurch gering gehalten werden.
Ferner sind zweckmäßigerweise - mit Ausnahme des Kühlers 18 -
auch die sonstigen Einrichtungen der Vorrichtung 10 thermisch
isoliert, beispielsweise das Ventil 27, die Vergaservorrich
tung 12 und die Wärmekraftmaschine 13. Weiterhin werden die
Wärmeverluste der Wärmekraftmaschine 13 verringert, indem
diese verhältnismäßig große Brennkammern aufweist, so dass
die zu thermischen Verlusten führende Außenoberfläche der
Wärmekraftmaschine 13 im Verhältnis zu deren Brennkammern
klein ist.
Jedenfalls kann somit ein großer Anteil der in der Wärme
kraftmaschine 13 anfallenden thermischen Energie der Pyroly
sezone 24 sowie der Reduktionszone 26 zugeführt werden.
In der Reduktionszone 26 laufen unter anderem auch die soge
nannte Wassergasgleichgewichtsreaktion
CO + H2O ↔ CO2 + H2 + 41 MJ/kmol (Reaktion 3)
sowie die sogenannte Methanreaktion ab, bei der ein in dem
Generatorgas 16 enthaltenes Methangas erzeugt wird
2C + H2 ↔ 2CH + 75 MJ/kmol (Reaktion 4).
Das Methan im Generatorgas 16 erhöht die Klopffestigkeit bei
der Verbrennung des Generatorgases 16 in der Wärmekraftma
schine 13, sofern diese als Verbrennungsmotor ausgebildet
ist.
In der Wärmekraftmaschine 13 findet eine Oxidation der
Bestandteile des Generatorgases 16 statt, bei der z. B. das Koh
lenmonoxid zu Kohlendioxid, der Wasserstoff zu Wasser und das
Methan zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert werden. Insbeson
dere zur Verbrennung des Kohlenmonoxids ist der Einsatz der
Verdichtereinrichtung 19 vorteilhaft.
In der Vergaservorrichtung 12 ist vorliegend eine Oxidations
zone 34 vorgesehen, in der ein Teil der in der Pyrolysezone
24 aus dem organischen Rohstoff 11 gebildeten Stoffe oxidiert
werden, beispielsweise Wasserstoff zu Wasser und ein Teil des
Kohlenstoffes 25 zu Kohlendioxid. Dadurch wird in der Verga
servorrichtung 12 gegebenenfalls zusätzlich Wärme erzeugt,
die in der Reduktionszone 26 und/oder in der Pyrolysezone 24
benötigt wird. Ferner wird in der Oxidationszone 34 Kohlendi
oxid erzeugt, das in der Reduktionszone 26 verwertbar ist.
Die in der Oxidationszone 34 ablaufenden Oxidationen werden
durch eine geeignete Zufuhr von Sauerstoff 36 gesteuert. Dazu
ist eine Sauerstoffzufuhreinrichtung 35, z. B. ein Sauerstoff
ventil oder -gebläse vorgesehen, das Sauerstoff 36, bei
spielsweise sauerstoffhaltige Umgebungsluft, in die Oxidati
onszone 34 einströmen lässt bzw. einbläst. Die Sauerstoffzu
fuhreinrichtung 35 wird über eine Steuerverbindung 37 von der
Steuereinrichtung 15 in Abhängigkeit von Messsignalen gesteu
ert, die die Steuereinrichtung 15 von einer in der Oxidati
onszone 34 installierten, nicht dargestellten Messeinrichtung
über eine Meldeverbindung 38 erhält. Diese Messeinrichtung
misst Konzentrationen von Reaktionsausgangs- und
-eingangsstoffen, beispielsweise Sauerstoff-, Kohlendioxid- und
Wasserdampfwerte.
Es versteht sich, dass auch weitere Ausgestaltungen möglich
sind.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 15 auch über Tempe
ratursonden an verschiedenen Stellen, z. B. in der Pyrolysezo
ne 24, in der Reduktionszone 26 und an der Wärmekraftmaschine
13, Wärmewerte erfassen und die Sauerstoffzufuhreinrichtung
35 und/oder das Ventil 27 in Abhängigkeit davon steuern.
Ferner könnte die Steuereinrichtung 15 auch zur Steuerung der
Wärmekraftmaschine 13 und/oder des Generators 14 vorgesehen
sein.
Bei einer Ausgestaltung der Vergaservorrichtung 12 als Wir
belschichtvergaser sind die Pyrolysezone 24, die Reduktions
zone 26 sowie gegebenenfalls die Oxidationszone 34 nicht
räumlich voneinander getrennt, sondern in einer gemeinsamen
Wirbelschicht koexistent.
In einer sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung könnte
das heiße Abgas 23 zumindest teilweise über den zu pyrolysie
renden organischen Rohstoff 11 geblasen werden.
Für das Generatorgas 16 könnte eine Gasreinigungsanlage vor
gesehen sein, die beispielsweise Teerstoffe aus dem Genera
torgas 16 auswäscht.
Claims (15)
1. Verfahren zur energetischen Nutzung nachwachsender orga
nischer Rohstoffe (11), insbesondere Holz, bei dem der Roh
stoff (11) in einer Vergaservorrichtung (12) durch Pyrolyse
(24) im Wesentlichen zu Kohlenstoff (25) verschwelt wird und
bei dem durch eine Reduktionsreaktion (26) ein Kohlenmonoxid
enthaltendes Generatorgas (16) erzeugt wird, wobei das Koh
lenmonoxid in einer Wärmekraftmaschine (13) unter Gewinnung
thermischer und mechanischer Energie (21, 20) zu einem Koh
lendioxid enthaltenden Abgas (23) oxidiert wird, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Abgas (23) mit dem Kohlendioxid zumin
dest teilweise der Reduktionsreaktion (26) wieder zugeführt
wird und dass die in der Wärmekraftmaschine (13) gewonnene
thermische Energie (21) zumindest teilweise der Pyrolyse (24)
und/oder der Reduktionsreaktion (26) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Vergaservorrichtung (12) Sauerstoff (36) für eine Oxida
tionsreaktion zugeführt wird, in der durch die Pyrolyse (24)
aus dem organischen Rohstoff (11) gewonnene oxidierbare Be
standteile, insbesondere Kohlenstoff (25) und Wasserstoff,
oxidiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die in der Wärmekraftmaschine (13) gewonnene ther
mische Energie (21) zumindest teilweise mit Hilfe des Abgases
(23) der Pyrolyse (24) und/oder der Reduktionsreaktion (26)
zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das Abgas (23) in einer thermisch
isolierten Leitung (32) von der Wärmekraftmaschine (13) zu
der Vergaservorrichtung (12) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass als Wärmekraftmaschine (13) ein
Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das Generatorgas (16) vor der Zufuhr zu der Wärmekraftmaschi
ne (13) durch eine Verdichtereinrichtung (19), insbesondere
einen durch den Abgasstrom angetriebenen Turbolader oder ei
nen Kompressor, verdichtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, dass als Wärmekraftmaschine (13) eine Wärmekraftmaschine
(13) mit geringen thermischen Oberflächenverlusten, insbeson
dere ein Verbrennungsmotor mit großem Hubraum eingesetzt
wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das Generatorgas (16) vor der Zu
fuhr zu der Wärmekraftmaschine (13) gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die in der Wärmekraftmaschine (13)
gewonnene mechanische Energie (20) zumindest teilweise in
elektrische Energie (22) umgewandelt wird.
10. Vorrichtung zur energetischen Nutzung nachwachsender
organischer Rohstoffe (11), insbesondere Holz, mit einer Ver
gaservorrichtung (12), in der der Rohstoff (11) durch Pyroly
se (24) im Wesentlichen zu Kohlenstoff (25) verschwelbar ist
und in der durch eine Reduktionsreaktion (26) ein Kohlenmono
xid enthaltendes Generatorgas (16) erzeugbar ist, und mit ei
ner Wärmekraftmaschine (13), in der das Kohlenmonoxid unter
Gewinnung thermischer und mechanischer Energie (21, 20) zu
einem Kohlendioxid enthaltenden Abgas (23) oxidierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmekraftmaschine
(13) und der Vergaservorrichtung (12) eine Rückführeinrich
tung (33) vorgesehen ist, mit der das Abgas (23) mit dem Koh
lendioxid zumindest teilweise der Reduktionsreaktion (26)
zugeführt werden kann, und dass Mittel (33) vorgesehen sind,
mit denen die in der Wärmekraftmaschine (13) gewonnene ther
mische Energie (21) zumindest teilweise der Pyrolyse (24)
und/oder der Reduktionsreaktion (26) zugeführt werden kann.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vergaservorrichtung (12) eine Sauerstoffzufuhrein
richtung (35) zum Zuführen von Sauerstoff aufweist, so dass
durch die Pyrolyse (24) aus dem organischen Rohstoff (11) ge
wonnene oxidierbare Bestandteile, insbesondere Kohlenstoff
(25) und Wasserstoff, in der Vergaservorrichtung (12) oxi
diert werden können.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Rückführeinrichtung (33) eine thermisch
isolierte Leitung (32) zur Rückführung des Abgases (23) von
der Wärmekraftmaschine (13) zu der Vergaservorrichtung (12)
aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (13) eine Ver
dichtereinrichtung (19), insbesondere einen durch den Abgas
strom angetriebenen Turbolader oder einen Kompressor, zum
Verdichten des Generatorgases (16) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass sie einen Kühler (18) zum Kühlen des Ge
neratorgases (16) vor der Zufuhr zu der Wärmekraftmaschine
(13) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (13) und die Ver
gaservorrichtung (12) räumlich nahe beieinander angeordnet
sind.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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