EP1520900A1 - Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a process for the gasification of pyrolysis condensates according to the first claim.
  • the pyrolysis is a good way. Especially wood waste, but also other dry lignocellulosic waste, can be achieved by rapid pyrolysis, in which the waste for a few Seconds to high temperatures, effectively convert to a so-called bio-oil.
  • the bio-oil so obtained has some crucial Disadvantage. Above all, it is not stable and storable. Much more after a more or less long time, it tends to segregate, wherein an aqueous and an organic phase form.
  • the aqueous phase can be more or less large quantities water-soluble organic compounds, in particular Acetic acid, alcohols and other hydrocarbons Oxygen or other heteroatoms.
  • the bio-oil can be used in a carburetor, especially in an airstream pressure carburetor be implemented to a higher quality To obtain energy sources.
  • the bio-oil in the air flow gasifier with pure oxygen in substoichiometric Ratio implemented.
  • the invention is therefore based on the object, a method for the gasification of pyrolysis condensates, in which the Flugstromvergaser can be safely operated.
  • the other Claims become preferred embodiments of the method specified.
  • the basic idea of the invention is demixing of bio-oil in order to obtain a safe
  • the bio-oil separated into an aqueous and an organic phase become.
  • the organic phase contains sufficient in each case high calorific value to dangerous operating conditions in the To avoid entrainment gasifier; It therefore becomes continuous and fed without interruption the Flugstromvergaser.
  • the aqueous phase is fed separately into the entrained flow gasifier, it is irrelevant whether the feed is continuous or intermittently - at intervals, for example. This way it can not become a superstoichiometric Concentration of oxygen in the carburetor come.
  • the feed can be in two different feed nozzles, but also take place in a common feed nozzle.
  • the separation of the bio-oil into the two phases is preferred carried out in such a way that the organic phase at best a low water content, definitely a water content below 25, better below 20 wt .-%.
  • the water content In contrast, the aqueous phase is preferably at least 50% by weight.
  • the two phases can be among these Conditions are stored for a long time and are no longer prone to a new phase separation.
  • the separation of the bio-oil into the two phases is preferably carried out by fractional condensation during generation of the Bio oils in the fast pyrolysis.
  • the fast pyrolysis carried out with lignocellulose, taking the lignocellulose with sand or another suitable heat carrier, the a temperature of 500 ° C to 600 ° C, for the duration from 1 to 10 seconds.
  • the educated Bio-oil is subjected to the mentioned fractional condensation, so that the described two phases arise. alternative could bio-oil by prolonged storage and decanting in two phases are separated.
  • Both the organic and the aqueous phase prove as long-term stable, so that against a longer, separate Storage no safety concerns exist. Both phases can with or without the addition of 3% by weight straw ash at room temperature for example, over a period of 15 months be stored in sealed gas cylinders, without that a significant segregation occurs. Composition, Density, calorific value and viscosity remain over the storage period practically the same.
  • one or both phases can be before the feed in the gasifier powdered pyrolysis and / or a Slag fur formers are mixed.
  • the pyrolysis coke stabilized the operation of the carburetor because of the additional Fuel while through the slag fur builder the interior carburetor against corrosive and aggressive conditions is protected.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einspeisung von Pyrolysekondensaten (Bioöl) und Sauerstoff in einen Vergaser sicher zu gestalten. Dies wird erreicht, indem die Pyrolysekondensate in eine organische und eine wässrige Phase getrennt werden und die beiden Phasen zusammen mit unterstöchiometrischem Sauerstoff in den Vergaser eingespeist werden, wobei jedoch zumindest die organische Phase kontinuierlich und ohne Unterbrechung dem Vergaser zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten gemäß dem ersten Patentanspruch.
Als Energieträger ist aus Umweltschutzgründen seit einiger Zeit Biomasse, also Abfall aus der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere Holzabfall, von besonderem Interesse. Da aus technischer Sicht flüssige und gasförmige Energieträger bevorzugt werden, gibt es eine Reihe von Versuchen, die feste, umständlich zu handhabende Biomasse in solche Energieträger zu konvertieren.
Dabei ist die Pyrolyse ein gut geeigneter Weg. Vor allem Holzabfälle, aber auch andere trockene Lignocellulose-Abfälle, lassen sich durch Schnellpyrolyse, bei der die Abfälle für wenige Sekunden auf hohe Temperaturen erhitzt werden, effektiv in ein sogenanntes Bioöl konvertieren.
Leider hat das so gewonnene Bioöl einige entscheidende Nachteile. Es ist vor allem nicht stabil und lagerfähig. Vielmehr neigt es nach mehr oder weniger langer Zeit zur Entmischung, wobei sich eine wässrige und eine organische Phase bilden. Die wässrige Phase kann mehr oder weniger große Mengen wasserlöslicher organischer Verbindungen enthalten, insbesondere Essigsäure, Alkohole und andere Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff oder weiteren Heteroatomen.
Das Bioöl kann in einem Vergaser, insbesondere in einem Flugstrom-Druckvergaser umgesetzt werden, um einen höherwertigen Energieträger zu erhalten. Hierbei wird das Bioöl im Flugstromvergaser mit reinem Sauerstoff in unterstöchiometrischem Verhältnis umgesetzt.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Einspeisung des Bioöls in den Flugstromvergaser gravierende Sicherheitsprobleme auftauchen können. Diese Sicherheitsprobleme hängen mit der erwähnten Neigung des Bioöls zur Entmischung zusammen. Da das Bioöl zur Vergasung in einem Tank bevorratet werden muss, besteht die Gefahr, dass aus dem Tank für kürzere oder längere Zeit ausschließlich die wässrige Phase des Bioöls entnommen wird. Die Gefahr besteht insbesondere dann, wenn der Tankinhalt nicht kontinuierlich und nicht ausreichend effizient durchmischt werden kann. Wegen der kurzen Verweilzeit des Bioöls im Flugstromvergaser - typischerweise einige Sekunden - tritt dabei ein Betriebszustand ein, in dem der Sauerstoff ausschließlich mit der wässrigen Phase in Berührung kommt.
An sich braucht sich dabei nicht unbedingt ein gefährlicher Betriebszustand einzustellen. Enthält die wässrige Phase eine ausreichend hohe Menge an brennbaren organischen Verbindungen, besteht keine Gefahr. Äußerst gefährlich ist es jedoch, wenn die wässrige Phase einen niedrigen Heizwert aufweist, somit im Wesentlichen nur aus Wasser besteht und kaum brennbare Verbindungen in gelöster Form enthält. Dann stellt sich im Flugstromvergaser für einige Zeit ein Sauerstoffüberschuss ein, der in Folge der Vermischung zuvor erzeugtem Synthesegas zur Explosion führen kann. Da die Zusammensetzung des Bioöls und damit die Zusammensetzung der wässrigen Phase je nach der Art der Ausgangs-Biomasse variiert, lässt sich nicht zuverlässig vorhersagen, ob die erwähnte Gefahr besteht. Hinzu kommt, dass die Zusammensetzungen der organischen und der wässrigen Phase je nach Art der Lagerung bei ein und demselben Bioöl unterschiedlich sein können, etwa weil sich niedrig siedende Bestandteile verflüchtigt haben.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten anzugeben, bei dem der Flugstromvergaser sicher betrieben werden kann. In den weiteren Ansprüchen werden bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens angegeben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Entmischung des Bioöls vorwegzunehmen, um auf diese Weise einen sicheren Betrieb des Flugstromvergasers zu gewährleisten, und zwar soll das Bioöl in eine wässrige und eine organische Phase getrennt werden. Die organische Phase enthält in jedem Fall einen ausreichend hohen Brennwert, um gefährliche Betriebszustände im Flugstromvergaser zu vermeiden; sie wird daher kontinuierlich und ohne Unterbrechung dem Flugstromvergaser zugeführt. Die wässrige Phase wird separat in den Flugstromvergaser eingespeist, wobei es unerheblich ist, ob die Einspeisung kontinuierlich oder diskontinuierlich - etwa in Intervallen - erfolgt. Auf diese Weise kann es nicht zu einer überstöchiometrischen Konzentration des Sauerstoffs im Vergaser kommen. Die Einspeisung kann in zwei verschiedenen Einspeisedüsen, aber auch in einer gemeinsamen Einspeisedüse erfolgen.
Die Trennung des Bioöls in die zwei Phasen wird vorzugsweise in der Weise durchgeführt, dass die organische Phase allenfalls einen geringen Wassergehalt, auf jeden Fall einen Wassergehalt unter 25, besser unter 20 Gew.-% aufweist. Der Wassergehalt der wässrigen Phase beträgt demgegenüber vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%. Die beiden Phasen können unter diesen Bedingungen längere Zeit gelagert werden und neigen nicht mehr zu einer erneuten Phasentrennung.
Die Trennung des Bioöls in die zwei Phasen erfolgt vorzugsweise durch fraktionierte Kondensation während der Erzeugung des Bioöls in der Schnellpyrolyse. Vorzugsweise wird die Schnellpyrolyse mit Lignocellulose durchgeführt, wobei die Lignocellulose mit Sand oder einem anderen geeigneten Wärmeträger, der eine Temperatur von 500°C bis 600°C aufweist, für die Dauer von 1 bis 10 Sekunden in Kontakt gebracht wird. Das gebildete Bioöl wird der erwähnten fraktionierten Kondensation unterworfen, so dass die beschriebenen beiden Phasen entstehen. Alternativ könnte Bioöl durch längere Lagerung und Dekantieren in zwei Phasen aufgetrennt werden.
Aus Vorversuchen ergibt sich, dass sich das Bioöl unter den erwähnten Randbedingungen in eine organische Rohholzteer-Phase und eine wässrige Rohholzessig-Phase auftrennt. Diese Phasentrennung kann in einer technischen Anlage leicht durch eine fraktionierte Kondensation erreicht werden. Die Untersuchung der Phasen ergab für die organische Phase einen Feststoffgehalt zwischen 26 und 29 Gew.-%, eine Dichte von 1250 bis 1290 kg/m3, eine Viskosität bei Zimmertemperatur von ca. 5 Pas und einen Heizwert von 20,8 bis 21,5 MJ/kg. Die entsprechenden Werte für die wässrige Phase sind: Feststoff 29 Gew.-%, Dichte ca. 1200 kg/m3, Viskosität bei Zimmertemperatur ca. 1 Pas und einen Heizwert von lediglich 9 MJ/kg.
Sowohl die organische als auch die wässrige Phase erweisen sich als langzeitstabil, so dass gegen eine längere, getrennte Lagerung keine Sicherheitsbedenken bestehen. Beide Phasen können mit oder ohne Zusatz von 3 Gew.-% Strohasche bei Zimmertemperatur über einen Zeitraum von 15 Monaten beispielsweise in unter Luft verschlossenen Gasflaschen gelagert werden, ohne dass eine nennenswerte Entmischung eintritt. Zusammensetzung, Dichte, Heizwert und Viskosität bleiben über die Lagerzeit hinweg praktisch gleich.
Bei Bedarf kann einer oder beiden Phasen vor der Einspeisung in den Vergaser pulverförmiger Pyrolysekoks und/oder ein Schlackepelzbildner zugemischt werden. Der Pyrolysekoks stabilisiert den Betrieb des Vergasers wegen des zusätzlichen Brennstoffes, während durch den Schlackepelzbildner der Innenraum des Vergasers gegen die korrosiven und aggressiven Bedingungen geschützt wird.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Vergasung von Pyrolysekondensaten mit den Schritten:
    die Pyrolysekondensate werden in eine flüssige organische und eine flüssige wässrige Phase getrennt,
    die organische und die wässrige Phase werden getrennt oder gemeinsam zusammen mit unterstöchiometrischem Sauerstoff in einen Vergaser eingespeist, wobei jedoch
    zumindest die organische Phase kontinuierlich und ohne Unterbrechung dem Vergaser zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Pyrolysekondensate durch eine Schnellpyrolyse von Lignocellulose erzeugt werden, wobei
    die Lignocellulose für 1 bis 10 Sekunden mit einem Wärmeträger einer Temperatur von 500°C bis 600°C in Kontakt gebracht und
    das dabei entstehende Pyrolysekondensat durch eine fraktionierte Kondensation in die organische und die wässrige Phase getrennt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem einer der beiden Phasen ein pulverförmiger Pyrolysekoks und/oder ein Schlackepelzbildner zugemischt wird.
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