DE102008012156A1 - Screw conveyor for feeding biomass into a pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Die Einbringung eines heterogenen Feststoffes, wie Biomasse, in einen unter Druck stehenden Behälter ist schwierig. Die bisher genutzten Zellradschleusen und Druckschleusen weisen erhebliche Mängel auf. Die Nutzung von Standardschneckenförderern scheiterte bisher daran, dass sich hinter der Schneckenwendel ein Gaskanal bildete, der zu einem Druckverlust im Druckbehälter führte. Diese Unzulänglichkeiten werden dadurch gelöst, dass man einen Schneckenförderer nutzt, dessen Schneckenrohr (1) eine Abdichtzone (2, 2a) aufweist, die frei von Förderorganen ist. Die Erfindung eignet sich zur Einbringung von Biomasse in eine unter Druck stehende Vergasungsanlage zur Herstellung von Synthesegas.The introduction of a heterogeneous solid, such as biomass, into a pressurized container is difficult. The previously used rotary valves and pressure locks have considerable shortcomings. Previously, the use of standard screw conveyors failed due to the fact that a gas channel formed behind the screw helix, which led to a pressure drop in the pressure vessel. These shortcomings are solved by using a screw conveyor whose screw tube (1) has a sealing zone (2, 2a) which is free of conveying elements. The invention is suitable for introducing biomass into a pressurized gasification plant for the production of synthesis gas.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspeisen von Biomasse in einen Behälter, der unter Überdruck steht. Eine vorteilhafte Anwendung ist die Zuführung von feuchter Biomasse in einen druckaufgeladenen Vergaser zur Herstellung von Synthesegas.The The invention relates to a method and a device for feeding of biomass in a container under overpressure stands. An advantageous application is the supply of wet biomass in a pressure-charged carburetor for the production of Synthesis gas.
An sich ist es bei Vergasungsanlagen zur Erzeugung von Synthesegas wünschenswert, die Anlagen unter erhöhtem Druck von 2 bis 100 bar, vorzugsweise von 12 bis 40 bar, zu betreiben. Das gilt insbesondere für industrielle Anlagen, bei denen das Synthesegas zu anderen Produkten weiter verarbeitet und das Synthesegas oder seine Folgeprodukte in ein unter Druck stehendes Rohrnetz eingespeist, oder in einer Turbine verbrannt werden sollen.At it is in gasification plants for the production of synthesis gas desirable, the plants under increased pressure from 2 to 100 bar, preferably from 12 to 40 bar to operate. This is especially true for industrial plants in which the synthesis gas further processed to other products and the Synthesis gas or its derivatives in a pressurized Pipeline fed or burned in a turbine.
Biomassevergasungsanlagen
mit nennenswertem Überdruck nutzen heute entweder Zellradschleusen
oder Druckschleusen, wobei die integrierten Förderschnecken
die Biomasse ohne jeglichen Druckgradienten von den Schleusen in
die Vergasungsanlage transportieren. Der Stand der Technik ist dokumentiert
in:
Die Standardschneckenförderer, bei denen die Schnecke sich über den gesamten Bereich zwischen Ein- und Ausgang erstreckt, sind in der Regel nur teilweise gefüllt. Das Gas aus einem Druckbehälter kann daher entgegen der Förderrichtung zurück strömen. Selbst bei vollständiger Füllung dieses Schneckenförderers bildet sich durch Verdichtung des Fördergutes ein Hohlraum hinter der Schneckenwendel in dem Gas zurück strömen kann.The Standard screw conveyor, where the screw is over the entire area between input and output extends are in usually only partially filled. The gas from a pressure vessel can therefore flow back against the conveying direction. Even with complete filling of this screw conveyor forms by compaction of the conveyed a cavity flow back in the gas behind the helix can.
Im
Forschungszentrum Karlsruhe wurde unter dem Namen „Bioliq” ein
Verfahren erarbeitet, das Biomasse in eine pumpfähige Flüssigkeit
verwandelt. Das Verfahren wurde unter
Auch
auf dem verwandten Gebiet der Einbringung von Braunkohle in eine,
mit leichtem Überdruck betriebene Wirbelschicht zur Erzeugung
von Wärme für ein Dampfkraftwerk, ist keine Übertragung für
die Förderung von Biomasse in einen unter Druck stehenden
Behälter von mehr als 2 bar ableitbar. Beispiele sind dafür
der Rohrkettenförderer, der in
Es ist Aufgabe der Erfindung, den Druckbereich über 2 bar durch Modifikation einer einfachen bewahrten Fördereinrichtung zu erschließen.It Object of the invention, the pressure range above 2 bar by modifying a simple preserved conveyor to open up.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 14 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschrieben.The The object is achieved with a method and a device according to claim 1 solved. In the claims 2 to 14 is a advantageous embodiment of the invention described.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Biomasse ist ein sehr komplexer Rohstoff. Für die thermochemische Vergasung zu Synthesegas sind beispielsweise in Betracht zu ziehen:
- – Holz mit unterschiedlichem Wassergehalt und von recht unterschiedlicher Beschaffenheit, beispielsweise Sägespäne und Hackschnitzel,
- – Energiepflanzen als Frischmasse, siliert, ausgepresst oder getrocknet, grob- oder feinteilig,
- – Öl in Mischungen mit fester Biomasse
- – Körner und Fasern
- – Lebensmittel aller Art und Abfälle aus der Lebensmittelindustrie
- – Ausscheidungen aus der Tierhaltung
- - Wood with different water content and of quite different nature, such as sawdust and wood chips,
- - Energy crops as fresh mass, ensiled, pressed or dried, coarse or finely divided,
- - Oil in mixtures with solid biomass
- - grains and fibers
- - Food of all kinds and waste from the food industry
- - excretions from animal husbandry
Die Biomasse soll als homogener Stoff oder in einer möglichst breiten Stoffmischung mit einem Schneckenförderer gegen einen Überdruck gefördert werden.The Biomass should be considered as a homogeneous substance or as possible wide mixture of substances with a screw conveyor against to promote an overpressure.
Nach Anspruch 1 ist eine weitgehende Abdichtung der Förderstrecke gegen den unter Druck stehenden Behälter dadurch erreichbar, dass der Schneckenförderer so ausgebildet ist, dass an seinem Ende eine Abdichtzone angeordnet ist, deren Merkmal das Fehlen von Förderelementen ist. Die Länge der Abdichtzone sollte größer sein als der Durchmesser des Schneckenrohres oder als der Spalt zwischen Schneckenwelle und Schneckenrohr, damit durch die Wandreibung ein Staudruck erzeugt wird und sich die, ursprünglich hinter der Schneckenwendel entstandenen Hohlräume, schließen können.To Claim 1 is a substantial sealing of the conveyor line achievable thereby against the pressurized container, that the screw conveyor is designed so that its end a sealing zone is arranged, whose feature is the absence of conveying elements is. The length of the sealing zone should be larger than the diameter of the screw tube or as the gap between worm shaft and worm tube, with it a dynamic pressure is generated by the wall friction and the, originally close behind the helix cavities, close can.
Nach Anspruch 2 kann diese Abdichtzone eine Querschnittsverengung aufweisen, die die Biomasse durch einen erhöhten Widerstand verdichtet. Die Querschnittsverengung muss auf die Stückigkeit der Biomasse Rücksicht nehmen.To Claim 2, this sealing zone may have a cross-sectional constriction, which compresses the biomass through an increased resistance. The Cross-sectional narrowing must be based on the lumpiness of the biomass Take care.
Nach Anspruch 3 kann die Querschnittsverengung durch eine verstellbare Gegendruckeinrichtung vorgenommen werden. Damit kann eine abdichtende Förderstrecke für unterschiedliche Eigenschaften der Biomasse hergestellt werden.To Claim 3, the cross-sectional constriction by an adjustable Counter-pressure device to be made. This can be a sealing Conveyor line for different properties the biomass are produced.
Nach Anspruch 4 kann die Gegendruckeinrichtung aus einem verschiebbaren Dorn gebildet werden, dessen Spitze auch abgerundet sein kann.To Claim 4, the counter-pressure device of a displaceable Dorn are formed, the top of which can also be rounded.
Nach
Anspruch 5 kann die Gegendruckeinrichtung durch ein konisch verengtes
Rohrstück gebildet werden. Eine derartige Vorrichtung ist
in
Nach Anspruch 6 kann der Schneckenförderer als Schneckenpresse ausgeführt sein. Das Ende der Schneckenpresse muss aber nach Anspruch 1 als Abdichtzone ausgebildet sein, die keine Schneckenwendel enthält.To Claim 6, the screw conveyor as a screw press be executed. But the end of the screw press has to be designed as a sealing zone according to claim 1, the no spiral helix contains.
Nach Anspruch 7 kann die Abdichtzone auch eine temporäre Querschnittserweiterung aufweisen. In dieser Zone können größere Biomasseteile von kleineren Biomasseteilen so eingeschlossen werden, dass sich insgesamt ein druckdichter Pfropfen ergibt.To Claim 7, the sealing zone also a temporary cross-sectional widening exhibit. In this zone can larger Biomass parts of smaller biomass parts are included so that overall results in a pressure-tight plug.
Nach Anspruch 8 ist es für einige Arten von Biomasse vorteilhaft, diese durch Heizflächen am Schneckenrohr und, oder in der Schneckenwelle zu beheizen. Dadurch kann die Biomasse verkleistern und somit besser abdichten. Falls die Beheizung mit Prozesswärme erfolgt, führt dieses Verfahren auch zur Erhöhung der Effizienz des Prozesses.To Claim 8 it is advantageous for some types of biomass these by heating surfaces on the screw tube and, or in the To heat the worm shaft. This can gelatinize the biomass and thus better seal. If the heating with process heat done, this process also leads to an increase the efficiency of the process.
Nach Anspruch 9 ist es für einige Arten von Biomasse vorteilhaft, den Schneckenförderer als Doppelschnecke auszuführen. Doppelschnecken führen zur Verkleinerung der Biomasseteilchen und zu einer besseren Vermischung.To Claim 9 it is advantageous for some types of biomass to carry out the screw conveyor as a twin screw. Twin screws lead to the reduction of biomass particles and for better mixing.
Nach Anspruch 10 ist es zweckmäßig am Ender der Abdichtzone eine Zerteileinrichtung für die Biomasse vorzusehen. Die Zerteileinrichtung kann aus feststehenden Messern oder einer mechanisch angetriebenen Zerteileinrichtung bestehen. Auch eine Kombination dieser beiden Arten kann für den nachfolgenden Prozess vorteilhaft sein.To Claim 10, it is expedient at the end of the sealing zone to provide a dewatering device for the biomass. The Dicing device can be made of fixed knives or a mechanically driven There are dividing device. Also a combination of these two Species may be beneficial to the subsequent process.
Nach Anspruch 11 erhält man einen besser abdichtenden Pfropfen in der Abdichtzone, wenn man ein breites Spektrum unterschiedlich großer Biomasseteilchen herstellt und diese dem Schneckenförderer zuführtTo Claim 11 gives a better sealing plug in the sealing zone, if you have a wide range of different produces large biomass particles and this the screw conveyor supplies
Nach Anspruch 12 ist es vorteilhaft, dem Schneckenförderer eine Mischung von harter und weicher Biomasse zuzuführen, beispielsweise eine Mischung aus Holz und Silage. Das erleichtert die Ausbildung eines gasdichten Pfropfens in der Abdichtzone.To Claim 12, it is advantageous to the screw conveyor a To feed mixture of hard and soft biomass, for example a mixture of wood and silage. That facilitates the training a gas-tight plug in the sealing zone.
Nach Anspruch 13 kann die Ausbildung eines Gasdichten Pfropfens in der Abdichtzone auch dadurch erreicht werden, dass man die Biomasse mit einer Flüssigkeit anmaischt. Das kann beispielsweise Wasser oder der Presssaft aus der kalt ausgepressten Biomasse sein.To Claim 13, the formation of a gas-tight plug in the Sealing zone can also be achieved by using the biomass Mash with a liquid. This can be, for example, water or the press juice from the cold-pressed biomass.
Nach Anspruch 14 kann die Zuführung von vorgewärmter Biomasse sich vorteilhaft auf die Ausbildung eines druckdichten Pfropfens in der Abdichtzone des Schneckenförderers auswirken.To Claim 14 may be the supply of preheated Biomass is beneficial to the formation of a pressure-tight Graft in the sealing zone of the screw conveyor.
BeispieleExamples
Die
Erfindung wird an Hand der
In
Die Einbringung von Biomasse gegen den Druck in einem Druckbehälter ist für Vergasungsanlagen zur Erzeugung von Synthesegas oder Schwelgas von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Die Alternative wäre eine drucklose Vergasung der Biomasse mit nachfolgender Verdichtung des erzeugten Gases auf den gewünschten Ausgangsdruck. Das führt zu hohen Investitionen und hohen Verlusten.The Incorporation of biomass against the pressure in a pressure vessel is for gasification plants for the production of synthesis gas or carbonization gas of considerable economic importance. The alternative would be a pressureless gasification of the biomass with following Compression of the generated gas to the desired outlet pressure. This leads to high investments and high losses.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (14)
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