EP2639289A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches Download PDF

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Publication number
EP2639289A1
EP2639289A1 EP13001310.5A EP13001310A EP2639289A1 EP 2639289 A1 EP2639289 A1 EP 2639289A1 EP 13001310 A EP13001310 A EP 13001310A EP 2639289 A1 EP2639289 A1 EP 2639289A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
unit
residue
aftertreatment
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13001310.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Bleul
Georg Kuffer
Peter Quicker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spanner RE² GmbH
Original Assignee
Spanner RE² GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spanner RE² GmbH filed Critical Spanner RE² GmbH
Publication of EP2639289A1 publication Critical patent/EP2639289A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1625—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment
    • C10J2300/1628—Ash post-treatment

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a combustible gas mixture from a carbon-containing starting material according to the preamble of claim 1.
  • EP 1 436 364 B1 is already a device for producing a combustible gas mixture, in particular of wood gas, preferably known for an internal combustion engine, wherein a nearly tar-free wood gas can be generated by the reduction and subsequent oxidation in the reactor.
  • the reactor is charged laterally via a buffer with wood chips and the reactor is equipped with a level sensor for detecting the level of the reactor.
  • the object of the invention is in contrast to propose a device for producing a combustible gas mixture of a carbonaceous starting material, in particular of different wood, as well as a system with such a device, which is more economical to operate compared to the prior art.
  • a device or system according to the invention is characterized in that at least one heating unit for heating the residue by reactor heat is arranged on the post-treatment unit and that between the post-treatment unit and the heating unit at least one heat transfer partition for heat transfer of the reactor heat in an interior of the post-treatment unit and for separating the interior of the heating unit or a heat medium is provided.
  • the reactor is designed as an energy or heat source of the post-treatment unit, wherein, inter alia, with the help of the heat transfer partition, a material separation of the starting material / material or content and / or the reactor interior or the oxidation and reduction zones relative to the interior of the aftertreatment or to be treated / heated residue is realized.
  • an advantageous chemical transformation of the carbonaceous residue is made possible by the heating of the residue, wherein, for example, the carbon content is reduced, so that the disposal of the residue and thus the economy of the overall system can be improved.
  • the carbon content in the residue can be reduced to such an extent that, for example, it is even possible to landfill the remaining waste within the framework of legal regulations.
  • costly disposal routes or expensive waste treatment and / or disposal can be effectively prevented.
  • the reactor heat for the heating unit according to the invention can be used or indirectly transferred.
  • a heat transfer using the heat transfer partition is understood, but a material separation of the reactor interior or a heat transfer medium within the reactor and / or a separate or mediating heat transfer medium of a (closed) heat cycle or heat exchanger system compared to treatment / heating residue is provided within the aftertreatment unit.
  • the reactor is configured as the heating unit.
  • the heating unit and / or the aftertreatment unit is at least partially arranged on the reactor and / or on a reactor jacket, wherein the heat transfer partition between the reactor interior and the interior of the aftertreatment unit arranged and / or wherein the heat transfer partition wall is formed as a reactor jacket.
  • the heating unit and / or the aftertreatment unit is at least partially disposed within the reactor and / or a reactor jacket, wherein the heat transfer partition disposed between the reactor interior and the interior of the post-treatment unit and / or wherein the heat transfer partition is formed as a reactor jacket.
  • the heat transfer is further improved or the comparatively high temperatures in the reactor can be made available as optimally as possible for the heating unit or the aftertreatment unit. It has been shown that certain chemical transformation reactions of the residue at relatively high temperatures of, for example, about 600 ° C to 750 ° C, preferably about 650 ° C, can be realized.
  • temperatures are present in and / or on the reactor and, according to the invention, can advantageously be utilized or utilized for the aftertreatment.
  • a particularly advantageous waste or a coal / ash freed of particularly environmentally harmful substances and / or reaction products can be produced.
  • such an aftertreatment takes place at the abovementioned temperatures with as little or no oxygen as possible or without added air.
  • the residue outside the reactor interior is thus heated by the heat of the reactor in an advantageous manner, so that constituents of the residue pass into a gas phase and / or components of the residue are converted into gaseous products.
  • any generated treated gaseous products of the post-treatment unit and / or continue to use can advantageously be supplied to the reactor and / or the combustible gas mixture or an internal combustion engine, such as a gas engine, produced in the device according to the invention.
  • the corresponding gaseous products of the aftertreatment can be further reacted in the reactor on the one hand, and thus be converted as far as possible into completely harmless products.
  • the aftertreatment with the combustible gas mixture can be achieved so that they can be used together in an advantageous gas utilization plant, for example in a gas engine or the like, for generating heat and / or electric current.
  • the heating unit and / or the post-treatment unit is designed as a combustion unit for combustion of the residue.
  • the combustion or ignition for combustion takes place at temperatures from about 300 ° C.
  • an ignition or an ignition device for igniting the residue is provided, so that an advantageous combustion is started according to the invention.
  • the combustion temperatures are higher than the ignition temperatures, e.g. at about 600 ° C or more.
  • the chemical energy of the carbonaceous residue is used to increase the operating temperature or to achieve advantageous reaction conditions after ignition in addition to the reactor heat.
  • the heat generated in this case can, for example, be reused or advantageously used in the overall system according to the invention.
  • a heat exchanger device can be used advantageously.
  • a heat exchanger envelope by means of a double wall or the like, which is flowed through by a cooling fluid, waste heat from the combustion or other waste heat of the system can be removed and made available for advantageous use.
  • the gaseous products of the aftertreatment produced thereby may e.g. optionally be supplied to the reactor and / or the combustible gas mixture of the device according to the invention or made available.
  • the efficiency of the overall system is increased, i. in particular from the drying of the starting material or from the gasification in the reactor via the aftertreatment according to the invention up to and including the internal combustion engine or gas engine, and / or possibly still existing environmentally harmful components from the aftertreatment to less or not environmentally harmful products, in particular by means of the internal combustion engine.
  • the aftertreatment unit and / or the heating unit is designed as a gasification and / or pyrolysis unit for the chemical transformation of the residue.
  • a gasification and / or pyrolysis unit for the chemical transformation of the residue.
  • the process is preferably conducted under the action of heat from the reactor, but without additionally supplied oxygen or air.
  • This carbon-containing compounds, in particular organic compounds of the residue can be split into smaller molecules, some of which are gaseous and can be performed, for example, the reactor or the combustible gas mixture of the device according to the invention.
  • the gasification preferably takes place at a lambda ratio greater than zero, that is to say that air or oxygen is admittedly supplied to the process to some extent in order to enable advantageous chemical transformations or reactions.
  • the generated gaseous products of the gasification either the reactor or the combustible gas mixture of the device according to the invention can be supplied and thus further improve the efficiency or the efficiency of the overall system.
  • the aftertreatment unit or the heating unit comprises at least one conveying unit for conveying the residue. It has been found that the residue from and outside the reactor, for example, at least partially to promote in the horizontal direction, to ensure an advantageous positioning of the different components of the device according to the invention.
  • the advantageous conveyor unit that the reactor is disposed at a first location or in a first room of a building and the residue and / or the waste product is advantageously transported to a second space or a location spaced from the reactor ,
  • the conveyor unit conveys the residue to the reactor or to the reactor jacket and / or the heat transfer partition according to the invention, so that advantageously the reactor heat for the aftertreatment unit according to the invention becomes available.
  • the conveyor unit at least partially realize a vertical transport of the residue.
  • the carbonaceous residue at the bottom falls e.g. the reactor or a filter for filtering or purifying the gas mixture on or falls out of this and is at least partially transported in the vertical direction with the aid of the advantageous conveyor unit, for example, to hin miczu calendarn the residue through the reactor or the reactor housing.
  • the conveyor unit can transport the residue or the waste generated in the aftertreatment unit to a predetermined location or a discharge point, for example, to ensure a filling and / or an advantageous removal of the waste material of the aftertreatment unit.
  • Heat-resistant or higher-temperature conveying devices are preferably provided.
  • metallic slides or the like can be provided, the temperatures of several 100 ° C endure.
  • the conveyor unit comprises a screw conveyor with at least one screw helix. It has been found that above all a metallic spiral screw is of particular advantage and can be arranged and operated, for example, within the reactor or the reactor housing. The high temperatures present in the reactor can very well withstand a screw flight, in particular with a metallic casing or transport tube or the like, without an impairment of the transport of residues occurring.
  • the conveying unit has a smaller conveying capacity in a first region / section facing the reactor or the place where the residue is obtained, than in a second region / section arranged downstream in the conveying direction. It has been found that with the help of such a measure it is ensured that there are no impairments or blockages on the conveying path of the conveying device.
  • the delivery unit is dimensioned such that the resulting, carbonaceous residue can be removed from the reactor, but in the second region according to the invention, a higher conveying speed or higher conveying capacity is realized, so that the residue distributed in an advantageous manner and effectively prevents corresponding impairments become.
  • a larger reaction surface is advantageously generated during the after-treatment.
  • the gaseous products of the aftertreatment are advantageously removed or sucked off with the aid of a suction element or the like.
  • a suction pump or a suction fan is provided, which sucks the gaseous products of the aftertreatment advantageously from the aftertreatment unit or heating unit and further transported for further treatment or further use.
  • waste products can be produced which are largely free of environmentally harmful components.
  • an almost pure coal or a nearly pure mineral ash can be produced.
  • the gaseous products produced can for example be supplied to the reactor by means of a separate feed device or by means of separate feed openings and / or also with Help one or more air nozzles of the reactor are fed into the device according to the invention for producing a combustible gas mixture.
  • corresponding gaseous products of the aftertreatment can also be supplied to the combustible gas mixture produced or to an internal combustion engine or an internal combustion engine for burning the gas mixture.
  • a corresponding internal combustion engine or an internal combustion engine can advantageously generate electrical energy with the aid of an electric generator.
  • the waste heat of the internal combustion engine can also be used for other uses.
  • FIG. 1 is an aftertreatment unit 24 according to the invention shown schematically, wherein an incidence 1 is introduced or occurs for a residue of a reactor, not shown, a device according to the invention.
  • the remainder of the reactor is a carbonaceous residue such as pieces of charcoal or incompletely mineralized ash, which generally still has environmentally harmful proportions or components.
  • the residue is conveyed by means of a screw conveyor 5 through the aftertreatment unit 24 or a heat exchanger system 20.
  • a screw conveyor 5 for rectilinear conveying of the residue by a hot or hot area 3 and / or a heating unit 23 and a reformer 3 (optionally reactor according to the invention) with a hot zone 7 is provided.
  • the hot zone 7 (hatching), for example, has a temperature of about 550 to 750 C °.
  • the hot zone 7 is fed by the reactor heat or supplied with its heat energy.
  • the reformer region 3 can also be formed as a gas outlet region 3.
  • a partition wall 21 and a heat transfer partition wall 21 is provided between the hot zone 7 and the area 3 and the Aftertreatment unit 24 or an interior 25 of the aftertreatment unit 24 according to the invention. This material separation between the hot medium of the zone 7 and the residue or interior 25 is realized.
  • the screw 5 is driven by a drive 4 and has in the front area or entrance area at the time of incidence 1, a spiral spiral, which is progressive, so that in the central conveying area through the hot zone 7, the screw 5 is not completely filled.
  • a spiral spiral which is progressive, so that in the central conveying area through the hot zone 7, the screw 5 is not completely filled.
  • FIG. 1 in the rear region of the screw conveyor 5, an ash outlet 6 can be seen, from which the mineralized ash or the coal or the waste material emerges.
  • the ash outlet 6 is designed as a suction opening for air, so that 5 air can flow through the entire conveying area of the screw conveyor and is preferably transported out in a suction element 2.
  • FIG. 1 shows variants of the invention in which the residue is combusted under air addition in an advantageous manner.
  • inventive variants of the invention in which the residue is chemically reacted by gasification or pyrolysis is advantageously (without further illustration) to realize a reduced or almost completely suppressed air inlet. This means that these types of aftertreatment should be carried out with exclusion of air or without or only with very little added air.
  • a feed pump not shown in detail for sucking the air entering the ash outlet 6 and the provided in the post-treatment unit or in the hot zone 7 produced gaseous products.
  • the extracted gases are supplied to the suction element 2 or suction tube to the reactor, for example, the air nozzles of the reactor, and / or the combustible gas mixture produced in the reactor according to the invention.
  • the combustible gas mixture is burned in an internal combustion engine and used by means of an electric generator for generating electrical energy.
  • FIG. 2 a further variant of the invention is shown, wherein not only a screw conveyor 5 with a first partition wall 21 or casing, but a second screw conveyor 12 is provided with a second partition wall 22 or casing.
  • the second screw conveyor 12 is driven by a drive 11.
  • the remainder of the reactor in turn falls into an incidence 1 of the aftertreatment unit or is introduced here accordingly and carried through the conveyor screw 5 materially separated by a (double-walled) heat exchanger system 20 / conveyed.
  • the slightly heated and already partially chemically transformed residue or coal falls onto the second conveyor screw 12 by means of a drop section 16 or a drop tube 16 in a region 10 or a hot zone 10.
  • the partially transformed residue can be heated or ignited, for example, or optionally in a region 10 with an ignition unit 26 and / or by means of a tube 26, ie a partition wall 26, according to the invention, so that an advantageous combustion of the residue takes place.
  • a heated by the reactor heat exchanger fluid is passed through the tube 26, so that the tube 26 and a tube shell as a material partition 26 for Heat transfer of reactor heat is formed on / for the aftertreatment and in particular for the heating of the residue to be treated of the reactor.
  • the hot, combustible gas mixture or wood gas of the reactor is used as flowing through the tube 26 heat exchange fluid.
  • the combustible gas mixture or wood gas can be passed to an inlet 13 (not shown in detail), so that, for example by means of further heat exchange, an advantageous preheating of an oxidizing agent or the air for the reactor can be realized.
  • the region 10 may also be designed as a hot zone 7 according to the variant FIG. 1 be formed. This means that, for example, at least part of the screw conveyor 12 is moved into the hot zone 7.
  • the hot zone 7 is materially separated from the interior 25 and advantageously present on or within the reactor, so that a particularly strong heating of the residue in the region of the screw conveyor 12 is realized.
  • the outlet 6 is provided.
  • the outlet 6 can in turn be provided for sucking in air for the forming process in the aftertreatment unit 24.
  • the variant according to FIG. 2 an advantageous heat exchanger system 20 having, for example, a wood gas or process gas inlet 13 and a wood gas or process gas outlet 14, which hot process gas or wood gas to the aftertreatment system and is discharged again.
  • the oxidizing agent or air can be preheated by the post-treatment unit in an advantageous manner and preheated via an outlet 17 preferably fed to the reactor or fed.
  • a heated chamber 9 or heat exchanger chamber 9 are provided, the heat energy exchanged materially separated with the aftertreatment.
  • the residue can be preheated or preheated and / or heat energy generated by the aftertreatment can be dissipated or used to heat the process gas / wood gas.
  • the resulting waste heat can be absorbed by the forming process of the residue, in particular the carbon reforming, and used for further use. For example, this will additionally preheat the area of the screw conveyor 5.
  • an outlet 17 is provided, which can advantageously exit heated air for the process in the reactor.
  • the hereby heated air by means of the air nozzles of the reactor or wood gasifier for the production of the combustible gas mixture or wood gas is usable.
  • the heat energy generated in the region of the aftertreatment can advantageously be dissipated and / or made available for further uses.
  • heat energy of the reactor can be provided in an advantageous manner materially separated from the interior space 25 for aftertreatment available.
  • the variant according to FIG. 2 was shown as interrupted only for reasons of representability. It has been shown that particularly long after-treatment units 24 according to this variant are advantageous. This can also be done comparatively slow chemical conversion processes can be realized in an advantageous manner.
  • the carbonaceous residue in the aftertreatment unit 24 can be advantageously transformed or reacted to a fuel gas mixture.
  • This fuel gas mixture can be used as fuel gas in an advantageous manner, preferably burned together with the combustible gas mixture / wood gas from the reactor and / or in an internal combustion engine and used with the aid of an electric generator for generating electrical energy.
  • heat energy from the reactor is advantageously used for aftertreatment according to the present invention. It has been shown that the temperatures of the waste heat from corresponding gas engines of the overall system are only conditionally suitable for advantageous after-treatment. Also, external sources could be used additionally or possibly even alternatively. However, this represents a non-optimal source of energy, since additional heat energy or energy sources would contradict an advantageous energy self-sufficient operation of the device according to the invention.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Anlage bzw. Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, mit einer Zufuhreinheit zur Zufuhr des Ausgangsstoffs zu einem Reaktor, wobei ein Reaktorinnenraum des Reaktors wenigstens eine Oxidationszone zur Oxidation des Ausgangsstoffes und eine Reduktionszone zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei der Reaktor wenigstens eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines kohlenstoffhaltigen Reststoffs umfasst und wobei wenigstens eine Nachbehandlungseinheit (24) zur Nachbehandlung des Reststoffes vorgesehen ist, vorgeschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik wirtschaftlicher zu betreiben ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass an der Nachbehandlungseinheit (24) wenigstens eine Erwärmungseinheit (7, 23) zum Erwärmen des Reststoffes durch Reaktorwärme angeordnet ist und dass zwischen der Nachbehandlungseinheit (24) und der Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens eine Wärmeübertragungstrennwand (21, 22) zur Wärmeübertragung der Reaktorwärme in einen Innenraum (25) der Nachbehandlungseinheit (24) und zum Trennen des Innenraumes (25) von der Erwärmungseinheit (7, 23) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Aus der europäischen Patentschrift EP 1 436 364 B1 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches, insbesondere von Holzgas, vorzugsweise für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei durch die Reduktion und anschließende Oxidation im Reaktor ein nahezu teerfreies Holzgas generierbar ist. Hierfür wird der Reaktor seitlich über einen Zwischenspeicher mit Holzhackschnitzel beschickt und der Reaktor ist mit einem Füllstandsensor zur Erfassung des Füllstandes des Reaktors ausgestattet.
  • Vor allem bei diesen kleinen KWK-Anlagen stellt die Wirtschaftlichkeit eine besondere Herausforderung dar. Zwar können derartige Vergaser vergleichsweise wirtschaftlich günstig hergestellt und betrieben werden, allerdings hat sich gezeigt, dass die bislang anfallenden Reststoffe bzw. Asche und vor allem deren Entsorgungskosten hierbei einen relevanten Faktor darstellen.
  • Viele der Anlagen werden derart betrieben, dass Asche als Abfall bzw. Reststoff aus dem Reaktor mit dem brennbaren Gasgemisch bzw. Holzgas ausgetragen wird, das vor der Zuführung zu einem Verbrennungsmotor eine Nachbehandlung durchläuft. Vielfach wird hierbei ein Staubfilter oder dergleichen verwendet, der das Holzgas von der Asche etc. reinigt, womit dem BHKW ein störungsfreier Betrieb ermöglicht und gleichzeitig die anfallende Asche automatisiert ausgetragen wird.
  • Da diese Asche jedoch nicht vollständig mineralisiert vorliegt, entstehen vergleichweise hohe Entsorgungskosten bei der Beseitigung dieses Reststoffes. Dies ist für die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage von Nachteil.
    • Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus verschiedenem Holz, sowie eine Anlage mit einer derartigen Vorrichtung vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik wirtschaftlicher zu betreiben ist.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Anlage dadurch aus, dass an der Nachbehandlungseinheit wenigstens eine Erwärmungseinheit zum Erwärmen des Reststoffes durch Reaktorwärme angeordnet ist und dass zwischen der Nachbehandlungseinheit und der Erwärmungseinheit wenigstens eine Wärmeübertragungstrennwand zur Wärmeübertragung der Reaktorwärme in einen Innenraum der Nachbehandlungseinheit und zum Trennen des Innenraumes von der Erwärmungseinheit bzw. einem Wärmemedium vorgesehen ist. Das bedeutet, dass gemäß der Erfindung der Reaktor als Energie- bzw. Wärmequelle der Nachbehandlungseinheit ausgebildet ist, wobei u.a. mit Hilfe der Wärmeübertragungstrennwand eine stoffliche Trennung des Ausgangsstoffes/Materials bzw. Inhalts und/oder des Reaktorinnenraumes bzw. den Oxidations- und Reduktionszonen gegenüber dem Innenraum der Nachbehandlung bzw. gegenüber dem zu behandelnden/erwärmenden Reststoff verwirklicht ist.
  • Mit Hilfe der vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Erwärmungseinheit bzw. des Reaktors als Energiequelle zur Nachbehandlung bzw. Weiterbehandlung des kohlenstoffhaltigen Reststoffes aus dem Reaktor wird in vorteilhafter Weise eine Steigerung des Wirkungsgrades bzw. der Energieeffizienz des Gesamtsystems realisiert.
  • Vor allem wird durch die Erwärmung des Reststoffes eine vorteilhafte chemische Umformung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs ermöglicht, wobei beispielsweise der Kohlenstoffanteil reduziert wird, so dass die Entsorgung des Reststoffs und somit auch die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems verbessert werden kann. So kann einerseits der Kohlenstoffanteil im Reststoff soweit verringert werden, dass im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften beispielsweise sogar eine Deponierung des verbleibenden Abfalls erlaubt ist. Hierdurch können kostenintensive Entsorgungswege bzw. eine teure Abfallbehandlung und/oder Entsorgung wirkungsvoll verhindert werden.
  • Andererseits kann durch die erfindungsgemäße Erwärmung des kohlenstoffhaltigen Reststoffes auch erreicht werden, dass umweltschädliche chemische Produkte des Reaktors wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Benzole etc. in vorteilhafter Weise in der Erwärmungseinheit gemäß der Erfindung chemisch umgeformt bzw. unschädlich gemacht werden. Hierdurch werden nicht nur kostenintensive Entsorgungswege für entsprechend verunreinigte bzw. problematische Reststoffe nicht mehr zwingend notwendig. Vielmehr kann ein entsprechend unschädlicher Abfallstoff neuartige Nutzungen bzw. Verwendungsmöglichkeiten eröffnen. Gegebenenfalls können sogar durch eine vorteilhafte Weiterverwendung des durch die Erwärmungseinheit erzeugten Abfallstoffes wirtschaftlich ergiebige Anwendungen bzw. Einnahmen realisiert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise mit Hilfe wenigstens eines zumindest die Wärmeübertragungstrennwand aufweisendes Wärmetauschersystems oder dergleichen die Reaktorwärme für die Erwärmungseinheit gemäß der Erfindung verwendet bzw. indirekt übertragen werden. Als indirekte Übertragung gemäß der Erfindung wird hierbei eine Wärmeübertragung mit Hilfe der Wärmeübertragungstrennwand verstanden, wobei jedoch eine stoffliche Trennung des Reaktorinnenraumes bzw. eines Wärmeträgermediums innerhalb des Reaktors und/oder eines separaten bzw. vermittelnden Wärmeübertragungsmediums eines (geschlossenen) Wärmekreislaufes bzw. Wärmetauschersystems gegenüber dem zu behandelnden/erwärmenden Reststoff innerhalb der Nachbehandlungseinheit vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist der Reaktor als die Erwärmungseinheit ausgebildet. Hierdurch kann auf gegebenenfalls aufwändige separate Wärmetauschersysteme zur (mittelbaren) Wärmeübertragung verzichtet werden, was sowohl den konstruktiven als auch den wirtschaftlichen Aufwand entscheidend verringert. Dementsprechend wird der Systemwirkungsgrad als auch die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems der Erfindung weiter verbessert.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Erwärmungseinheit und/oder die Nachbehandlungseinheit wenigstens teilweise am Reaktor und/oder an einem Reaktormantel angeordnet, wobei die Wärmeübertragungstrennwand zwischen dem Reaktorinnenraum und dem Innenraum der Nachbehandlungseinheit angeordnet und/oder wobei die Wärmeübertragungstrennwand als Reaktormantelgehäuse ausgebildet ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine direkte, jedoch stofflich mittels der Wärmeübertragungstrennwand getrennte Wärmeübertragung vom Reaktor bzw. Reaktormantelgehäuse zur Erwärmungseinheit und/oder Nachbehandlungseinheit realisiert.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Erwärmungseinheit und/oder die Nachbehandlungseinheit wenigstens teilweise innerhalb des Reaktors und/oder eines Reaktormantelgehäuses angeordnet, wobei die Wärmeübertragungstrennwand zwischen dem Reaktorinnenraum und dem Innenraum der Nachbehandlungseinheit angeordnet und/oder wobei die Wärmeübertragungstrennwand als Reaktormantelgehäuse ausgebildet ist. Hierdurch wird die Wärmeübertragung weiter verbessert bzw. es können die vergleichsweise hohen Temperaturen im Reaktor möglichst optimal für die Erwärmungseinheit bzw. der Nachbehandlungseinheit zur Verfügung gestellt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass gewisse chemische Umformungsreaktionen des Reststoffes bei relativ hohen Temperaturen von zum Beispiel ca. 600°C bis 750°C, vorzugsweise ca. 650°C, realisiert werden können. Diese Temperaturen sind im und/oder am Reaktor vorhanden und werden gemäß der Erfindung für die Nachbehandlung in vorteilhafter Weise nutzbar bzw. verwertbar. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Abfallstoff bzw. eine von besonders umweltschädlichen Stoffen und/oder Reaktionsprodukten befreite Kohle/Asche erzeugt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt eine derartige Nachbehandlung bei den zuvor genannten Temperaturen mit möglichst wenig bzw. keinem Sauerstoff bzw. ohne Luftzusatz. Das bedeutet, dass derartige Reaktionen unter Luftmangel bzw. Sauerstoffmangel ablaufen sollten, sodass kohlenstoffhaltige Anteile und/oder bestimmte giftige bzw. umweltschädliche chemische Inhaltsstoffe des Reststoffes umgeformt bzw. "ausgetrieben" werden.
  • Mit der zuvor genannten Ausführungsform wird der Reststoff außerhalb des Reaktorinnenraumes somit durch die Wärme des Reaktors in vorteilhafter Weise erhitzt, so dass Bestandteile des Reststoffes in eine Gasphase übergehen und/oder Bestandteile des Reststoffes in gasförmige Produkte umgesetzt werden.
  • In vorteilhafter Weise werden gegebenenfalls erzeugte gasförmige Produkte der Nachbehandlungseinheit weiterbehandelt und/oder weiterverwendet. Beispielsweise können die gasförmigen Produkte der Nachbehandlungseinheit in vorteilhafter Weise dem Reaktor und/oder dem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten brennbaren Gasgemisch bzw. einer Verbrennungskraftmaschine, wie ein Gasmotor, zugeführt werden. So können entsprechende gasförmige Produkte der Nachbehandlung einerseits im Reaktor weiter umgesetzt werden und somit möglichst in völlig unschädliche Produkte umgeformt werden. Andererseits kann durch ein Vermischen der gasförmigen Produkte der Nachbehandlung mit dem brennbaren Gasgemisch erreicht werden, dass diese gemeinsam in einer vorteilhaften Gasnutzungsanlage, beispielsweise in einem Gasmotor oder dergleichen, zur Erzeugung von Wärme und/oder elektrischem Strom verwendbar sind.
  • Grundsätzlich ist durch die Nutzung von gasförmigen Produkten der Nachbehandlung eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Vorrichtung gemäß der Erfindung realisierbar, was sich wiederum wirtschaftlich vorteilhaft auswirkt.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Erwärmungseinheit und/oder die Nachbehandlungseinheit als Verbrennungseinheit zur Verbrennung des Reststoffes ausgebildet. Beispielsweise erfolgt die Verbrennung oder eine Zündung für die Verbrennung bei Temperaturen ab ca. 300°C. Vorzugsweise ist ein Zünden bzw. eine Zündvorrichtung zum Zünden des Reststoffes vorgesehen, sodass eine vorteilhafte Verbrennung gemäß der Erfindung gestartet wird. Vorteilhafterweise sind die Verbrennungstemperaturen höher als die Zündtemperaturen, z.B. bei ca. 600°C oder mehr.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch eine vorteilhafte Verbrennung des Reststoffes eine weiße bzw. nahezu vollständig mineralisierte Asche bzw. ein weitgehend von umweltschädlichen Produkten freies Abfallprodukt erzeugt werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft für die Entsorgung einer entsprechenden Asche bzw. eines entsprechenden mineralischen Abfallproduktes aus.
  • Bei dieser Art der Nachbehandlung mittels einer Verbrennung wird nach dem Zünden zusätzlich zur Reaktorwärme die chemische Energie des kohlenstoffhaltigen Reststoffs zur Erhöhung der Betriebstemperatur bzw. zum Erreichen von vorteilhaften Reaktionsbedingungen verwendet. Die hierbei erzeugte Wärme kann beispielsweise weiterverwendet bzw. in vorteilhafter Weise im Gesamtsystem gemäß der Erfindung benutzt werden.
  • Beispielsweise kann eine Wärmetauschervorrichtung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden. Vorzugsweise kann mit Hilfe einer Wärmetauscherhülle mittels einer Doppelwand oder dergleichen, die von einem Kühlfluid durchströmt wird, Abwärme aus der Verbrennung oder sonstige Abwärme des Systems abtransportiert und einer vorteilhaften Nutzung zur Verfügung gestellt werden.
  • Bei der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Reststoffs wird in vorteilhafter Weise Luft bzw. Sauerstoff dem Prozess zugeführt. Die hierbei erzeugten gasförmigen Produkte der Nachbehandlung können z.B. wahlweise dem Reaktor und/oder dem brennbaren Gasgemisch der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeleitet bzw. zur Verfügung gestellt werden. Durch die vorteilhafte Nutzung bzw. Freisetzung der chemischen Energie des Reststoffes wird wiederum der Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht, d.h. insbesondere von der Trocknung des Ausgangsstoffes oder von der Vergasung im Reaktor über die erfindungsgemäße Nachbehandlung bis einschließlich Brennkraftmaschine bzw. Gasmotor, und/oder es werden gegebenenfalls noch vorhandene umweltschädliche Bestandteile aus der Nachbehandlung zu weniger oder nicht umweltschädlichen Produkten insbesondere mit Hilfe der Brennkraftmaschine umgeformt.
  • Vorzugsweise ist die Nachbehandlungseinheit und/oder die Erwärmungseinheit als Vergasungs- und/oder Pyrolyseeinheit zum chemischen Umformen des Reststoffes ausgebildet. Durch die Aufspaltung und Neuordnung von chemischen Verbindungen des kohlenstoffhaltigen Reststoffes bei vorzugsweise Temperaturen oberhalb von ca. 500°C mittels einer Vergasung und/oder einer Pyrolyse kann ein neues Produkt bzw. andere chemische Verbindungen erzeugt werden, das/die einerseits weniger umweltschädlich und/oder einer weiteren Verwendung zugeführt werden können.
  • Bei der Pyrolyse wird vorzugsweise unter Einwirkung von Wärme des Reaktors, jedoch ohne zusätzlich zugeführten Sauerstoff bzw. Luft der Prozess geführt. Das bedeutet die Pyrolyse findet bei einem Verbrennungsluftverhältnis von Lambda (etwa) gleich Null statt. Hierbei können kohlenstoffhaltige Verbindungen, insbesondere organische Verbindungen des Reststoffes in kleinere Moleküle aufgespalten werden, die zum Teil gasförmig sind und beispielsweise dem Reaktor oder dem brennbaren Gasgemisch der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu geführt werden können.
  • Die Vergasung findet vorzugsweise bei einem Lambdaverhältnis größer Null statt, das heißt dass durchaus Luft bzw. Sauerstoff zu einem gewissen Teil dem Prozess zugeführt wird, um vorteilhafte chemische Umformungen bzw. Reaktionen zu ermöglichen. Auch hier können die erzeugten gasförmigen Produkte der Vergasung entweder dem Reaktor oder dem brennbaren Gasgemisch der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden und somit den Wirkungsgrad bzw. die Effizienz des Gesamtsystems weiter verbessern.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst die Nachbehandlungseinheit bzw. die Erwärmungseinheit wenigstens eine Fördereinheit zum Fördern des Reststoffes. Es hat sich gezeigt, dass der Reststoff aus und außerhalb dem Reaktor beispielsweise wenigstens teilweise in horizontaler Richtung zu fördern ist, um eine vorteilhafte Positionierung der unterschiedlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu gewährleisten. Beispielsweise kann durch die vorteilhafte Fördereinheit erreicht werden, dass der Reaktor an einem ersten Ort bzw. in einem ersten Raum eines Gebäudes angeordnet ist sowie der Reststoff und/oder das Abfallprodukt in vorteilhafter Weise in einen zweiten Raum bzw. einen vom Reaktor beabstandeten Ort befördert wird.
  • Vorzugsweise befördert die Fördereinheit den Reststoff zum Reaktor bzw. zum Reaktormantelgehäuse und/oder zur Wärmeübertragungstrennwand gemäß der Erfindung, sodass in vorteilhafter Weise die Reaktorwärme für die Nachbehandlungseinheit gemäß der Erfindung nutzbar wird. Im Allgemeinen wird hierzu die Fördereinheit wenigstens teilweise eine vertikale Beförderung des Reststoffes realisieren. Beispielsweise fällt der kohlenstoffhaltige Reststoff im unteren Bereich z.B. des Reaktors oder eines Filters zum Filtern bzw. Reinigen des Gasgemisches an bzw. fällt aus diesem heraus und wird mit Hilfe der vorteilhaften Fördereinheit zumindest teilweise in vertikale Richtung nach oben befördert, um beispielsweise den Reststoff durch den Reaktor bzw. das Reaktorgehäuse hindurchzufördern.
  • Darüber hinaus kann die Fördereinheit den Reststoff bzw. den in der Nachbehandlungseinheit erzeugten Abfallstoff zu einem vorgegebenen Ort bzw. einer Austragstelle befördern, um beispielsweise eine Abfüllung und/oder ein vorteilhafter Abtransport des Abfallstoffes der Nachbehandlungseinheit zu gewährleisten.
  • Vorzugsweise sind hitzeresistente bzw. höhere Temperaturen ertragende Fördervorrichtungen vorgesehen. Hierzu können metallische Schieber oder dergleichen vorgesehen werden, die Temperaturen von mehreren 100°C ertragen.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Fördereinheit eine Schneckenfördervorrichtung mit wenigstens einer Schneckenwendel. Es hat sich gezeigt, dass vor allem eine metallische Schneckenwendel von besonderem Vorteil ist und beispielsweise innerhalb des Reaktors bzw. des Reaktorgehäuses angeordnet und betrieben werden kann. Die im Reaktor vorhandenen hohen Temperaturen kann eine Schneckenwendel, insbesondere mit einer metallischen Ummantelung bzw. Transportröhre oder dergleichen, sehr gut ertragen, ohne dass eine Beeinträchtigung der Reststoffförderung auftritt.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist die Fördereinheit in einem ersten, dem Reaktor bzw. dem Ort, an dem der Reststoff anfällt, zugewendeten Bereich/Abschnitt eine kleinere Förderkapazität auf, als in einem zweiten, in Förderrichtung nachgeordneten Bereich/Abschnitt. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe einer derartigen Maßnahme gewährleistet wird, dass es zu keinen Beeinträchtigungen bzw. Verstopfungen auf dem Förderweg der Fördervorrichtung kommt. Beispielsweise ist die Fördereinheit derart dimensioniert, dass der anfallende, kohlenstoffhaltige Reststoff aus dem Reaktor abtransportiert werden kann, jedoch im zweiten Bereich gemäß der Erfindung eine höhere Fördergeschwindigkeit bzw. höhere Förderkapazität realisiert wird, sodass sich der Reststoff in vorteilhafter Weise verteilt und entsprechende Beeinträchtigungen wirkungsvoll verhindert werden. Durch das Verteilen des Reststoffs im Bereich der Erwärmungseinheit wird in vorteilhafter Weise eine größere Reaktionsoberfläche bei der Nachbehandlung generiert.
  • Vorzugsweise werden die gasförmigen Produkte der Nachbehandlung in vorteilhafter Weise abgezogen bzw. mit Hilfe eines Saugelementes oder dergleichen abgesaugt. Beispielsweise ist eine Saugpumpe bzw. ein Sauggebläse vorgesehen, das die gasförmigen Produkte der Nachbehandlung in vorteilhafter Weise aus der Nachbehandlungseinheit bzw. Erwärmungseinheit absaugt und zur Weiterbehandlung bzw. Weiterverwendung weitertransportiert.
  • Es hat sich gezeigt, dass gemäß der Erfindung Abfallprodukte erzeugt werden können, die weitestgehend frei von umweltschädlichen Bestandteilen sind. Beispielsweise kann je nach Verwendung des chemischen Verfahrens bei der Nachbehandlung eine nahezu reine Kohle oder eine nahezu reine mineralische Asche erzeugt werden.
  • In vorteilhaften Varianten der Erfindung können die erzeugten gasförmigen Produkte beispielsweise dem Reaktor mittels einer separaten Zuführvorrichtung bzw. mittels separater Zuführöffnungen zugeführt werden und/oder durchaus auch mit Hilfe eine oder mehrerer Luftdüsen des Reaktors in die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches zugeführt werden.
  • Alternativ können entsprechende gasförmige Produkte der Nachbehandlung auch dem erzeugten brennbaren Gasgemisch bzw. einem Verbrennungsmotor bzw. einer Verbrennungskraftmaschine zum Verbrennen des Gasgemisches zugeführt werden. Hierbei kann eine entsprechende Verbrennungskraftmaschine bzw. ein Verbrennungsmotor in vorteilhafter Weise mit Hilfe eines elektrischen Generators elektrische Energie erzeugen. Die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine kann darüber hinaus für weitere Nutzungen verwendet werden.
  • Gerade bei der Erzeugung von Kohle bei der Nachbehandlung kann diese, die zum Teil in Form von Pulver bzw. kleinen Partikeln bzw. Bruchstücken anfällt, in vorteilhafter Weise für eine forst- oder landwirtschaftliche Verwendung benutzt werden. Es ist durchaus denkbar, dass eine entsprechende Kohle durchaus für die Erzeugung einer so genannten "schwarzen Erde" bzw. "Terra Preta" verwendbar ist. Beispielsweise kann die Abfallkohle der Nachbehandlung mit Gülle oder dergleichen vermischt und auf den Feldern von Landwirten ausgebracht werden. Es hat sich gezeigt, dass landwirtschaftliche Böden, die mit entsprechend vorteilhafter Kohle bzw. Holzkohle oder dergleichen angereichert werden, zum Teil deutlich höhere Erträge generieren. Dementsprechend wird der Gesamtnutzungsgrad bzw, die wirtschaftliche Verwertung der Vorrichtung gemäß der Erfindung weiter verbessert. Dies ist vor allem deshalb von großem Vorteil, da bisherige und sicherlich auch zukünftige Betreiber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vielfach Landwirte und/oder forstwirtschaftliche Betriebe sind, die somit einen direkten Zusatznutzen durch die Verwendung für landwirtschaftliche Felder und/oder zur Waldbodenbehandlung/-düngung realisieren können.
    • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht einer Nachbehandlungseinheit gemäß der Erfindung und
    Figur 2
    eine schematische Ansicht einer weiteren Nachbehandlungseinheit gemäß der Erfindung mit Wärmetauschersystem.
  • In Figur 1 ist eine Nachbehandlungseinheit 24 gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei ein Einfall 1 für einen Reststoff eines nicht näher dargestellten Reaktors einer Vorrichtung gemäß der Erfindung eingebracht wird bzw. einfällt. Beim Reststoff des Reaktors handelt es sich um einen kohlenstoffhaltigen Reststoff wie Holzkohlestücke bzw. nicht vollständig mineralisierte Asche, der im Allgemeinen noch umweltschädliche Anteile bzw. Bestandteile aufweist.
  • Der Reststoff wird mittels einer Förderschnecke 5 durch die Nachbehandlungseinheit 24 bzw. ein Wärmetauschersystem 20 hindurchbefördert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Förderschnecke 5 zum geradlinigen Fördern des Reststoffes durch einen warmen bzw. heißen Bereich 3 und/oder eine Erwärmungseinheit 23 bzw. einen Reformer 3 (ggf. Reaktor gemäß der Erfindung) mit einer heißen Zone 7 vorgesehen. Die heiße Zone 7 (Schraffur) weist beispielsweise eine Temperatur von ca. 550 bis 750 C° auf. Die heiße Zone 7 wird durch die Reaktorwärme gespeist bzw. mit dessen Wärmeenergie versorgt. Der Reformerbereich 3 kann auch als Gasausgangsbereich 3 ausgebildet werden.
  • Zwischen der heißen Zone 7 bzw. dem Bereich 3 und der Nachbehandlungseinheit 24 bzw. einem Innenraum 25 der Nachbehandlungseinheit 24 ist gemäß der Erfindung eine Trennwand 21 bzw. eine Wärmeübertragungstrennwand 21 vorgesehen. Hiermit wird eine stoffliche Trennung zwischen heißem Medium der Zone 7 und dem Reststoff bzw. Innenraum 25 realisiert.
  • Die Schnecke 5 wird über einen Antrieb 4 angetrieben und weist im vorderen Bereich bzw. Eingangsbereich beim Einfall 1 eine Schneckenwendelung auf, die progressiv ist, sodass im mittleren Förderbereich durch die heiße Zone 7 die Schnecke 5 nicht komplett gefüllt ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte Umformung des Reststoffes im Bereich der heißen Zone 7 erreicht und zudem ein Verstopfen oder dergleichen wirkungsvoll verhindert.
  • Weiterhin ist in Figur 1 im hinteren Bereich der Förderschnecke 5 ein Ascheaustritt 6 ersichtlich, aus dem die mineralisierte Asche bzw. die Kohle bzw. der Abfallstoff austritt. Zugleich ist der Ascheaustritt 6 als Ansaugöffnung für Luft ausgebildet, sodass durch den gesamten Förderbereich der Förderschnecke 5 Luft hindurchströmen kann und vorzugsweise in einem Absaugelement 2 hinaustransportiert wird.
  • Die dargestellten Ausführungsbeispiele gemäß Figur 1 sowie das nachfolgend beschriebene Beispiel gemäß Figur 2 zeigen somit Varianten der Erfindung, bei denen der Reststoff unter Luftzugabe in vorteilhafter Weise verbrannt wird. Für erfindungsgemäße Varianten der Erfindung, bei denen der Reststoff mittels Vergasung oder Pyrolyse chemisch umgesetzt wird, ist in vorteilhafter Weise (ohne nähere Darstellung) ein verringerter bzw. nahezu vollständig unterbundener Lufteintritt zu realisieren. D.h. diese Arten der Nachbehandlung sollten unter Luftabschluss bzw. ohne oder nur mit sehr wenig Luftzusatz durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise ist eine nicht näher dargestellte Förderpumpe zum Absaugen der im Ascheaustritt 6 eindringenden Luft sowie der in der Nachbehandlungseinheit bzw. in der heißen Zone 7 erzeugten gasförmigen Produkte vorgesehen. Beispielsweise werden die abgesaugten Gase am Absaugelement 2 bzw. Absaugrohr dem Reaktor, beispielsweise den Luftdüsen des Reaktors, und/oder dem im Reaktor gemäß der Erfindung erzeugten brennbaren Gasgemisch zugeführt. Durch die Vorwärmung bzw. Erwärmung der Luft für den Reaktor kann mittels der erfindungsgemäßen Nachbehandlung eine vorteilhafte Wärmenutzung bzw. Effizienzsteigerung realisiert werden.
  • Vorzugsweise wird das brennbare Gasgemisch in einem Verbrennungsmotor verbrannt und mit Hilfe eines elektrischen Generators zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet.
  • In Figur 2 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, wobei nicht nur eine Förderschnecke 5 mit einer ersten Trennwand 21 bzw. Ummantelung, sondern eine zweite Förderschnecke 12 mit einer zweiten Trennwand 22 bzw. Ummantelung vorgesehen ist. Die zweite Förderschnecke 12 wird von einem Antrieb 11 angetrieben.
  • Der Reststoff des Reaktors fällt wiederum in einem Einfall 1 der Nachbehandlungseinheit ein bzw. wird hier entsprechend eingebracht und über die Förderschnecke 5 stofflich getrennt durch ein (doppelwandiges) Wärmetauschersystem 20 durchgeführt/befördert. Am Ende der Förderschnecke 5 fällt der etwas erwärmte und bereits zum Teil chemisch umgeformte Reststoff bzw. die Kohle auf die zweite Förderschnecke 12 mittels einer Fallstrecke 16 bzw. einem Fallrohr 16 in einem Bereich 10 bzw. einer heißen Zone 10.
  • Der zum Teil umgeformte Reststoff kann beispielsweise bzw. optional in einem Bereich 10 mit einer Zündeinheit 26 und/oder mit Hilfe eines Rohrs 26, d.h. einer Trennwand 26, gemäß der Erfindung erwärmt bzw. gezündet werden, sodass eine vorteilhafte Verbrennung des Reststoffs erfolgt. Vorteilhafterweise wird durch das Rohr 26 ein vom Reaktor erwärmtes Wärmetauscher-Fluid geleitet, so dass das Rohr 26 bzw. ein Rohrmantel als stoffliche Trennwand 26 zur Wärmeübertragung von Reaktorwärme auf/für die Nachbehandlung und insbesondere für die Erwärmung des zu behandelnden Reststoffes des Reaktors ausgebildet ist. Vorzugsweise wird das heiße, brennbare Gasgemisch bzw. Holzgas des Reaktors als durch das Rohr 26 strömendes Wärmetauscher-Fluid verwendet. Anschließend kann z.B. das brennbare Gasgemisch bzw. Holzgas zu einem Eintritt 13 geleitet werden (nicht näher dargestellt), so dass beispielsweise mittels weiteren Wärmetauschs eine vorteilhafte Vorwärmung eines Oxidationsmittels bzw, der Luft für den Reaktor realisierbar ist.
  • Alternativ oder in Kombination zur zuvor aufgeführten Ausführungsform mit dem Rohr 26 kann auch der Bereich 10 als heiße Zone 7 gemäß der Variante aus Figur 1 ausgebildet werden. Das bedeutet, dass beispielsweise zumindest ein Teil der Förderschnecke 12 in die heiße Zone 7 verlegt wird. Die heiße Zone 7 ist stofflich vom Innenraum 25 getrennt und in vorteilhafter Weise am bzw. innerhalb des Reaktors vorhanden, sodass eine besonders starke Erwärmung des Reststoffs im Bereich der Förderschnecke 12 verwirklicht wird.
  • Am Ende der Förderschnecke 12 ist der Austritt 6 vorgesehen. Der Austritt 6 kann wiederum zum Ansaugen von Luft für den Umformprozess in der Nachbehandlungseinheit 24 vorgesehen werden.
  • Als ein markanter Unterschied zur Variante gemäß Figur 1 weist die Variante gemäß Figur 2 ein vorteilhaftes Wärmetauschersystem 20 auf, das beispielsweise einen Holzgas- bzw. Prozessgaseintritt 13 und einen Holzgas- bzw. Prozessgasaustritt 14 aufweist, womit heißes Prozessgas bzw. Holzgas dem Nachbehandlungs-System zu- und wieder abgeführt wird. Hiermit kann das Oxidationsmittel bzw. Luft in vorteilhafter Weise von der Nachbehandlungseinheit vorgewärmt und über einen Austritt 17 vorgewärmt vorzugsweise dem Reaktor zugeführt bzw. zugeleitet werden.
  • Alternativ oder in Kombination zur oben genanten stofflich getrennten Wärmeübertragung der Reaktorwärme auf/in das Nachbehandlungssystem mit Hilfe des Rohres 26 kann eine erwärmte Kammer 9 bzw. Wärmetauscherkammer 9 vorgesehen werden, die Wärmeenergie mit der Nachbehandlung stofflich getrennt austauscht. So kann in vorteilhafter Weise der Reststoff an- bzw. vorgewärmt werden und/oder von der Nachbehandlung erzeugte Wärmeenergie abgeführt bzw. zum Erwärmen des Prozessgases/Holzgases verwendet werden. Das heißt, dass hierbei u.a. die entstehende Abwärme durch den Umformprozess des Reststoffes, insbesondere der Kohlenachreformierung, aufgenommen und für eine Weiterverwendung verwendet werden kann. Beispielsweise wird hierdurch der Bereich der Förderschnecke 5 zusätzlich vorgewärmt.
  • Weiterhin ist ein Austritt 17 vorgesehen, womit in vorteilhafter Weise erhitzte Luft für den Prozess im Reaktor austreten kann. Das bedeutet, dass die hiermit erwärmte Luft mittels der Luftdüsen des Reaktors bzw. Holzvergasers für die Erzeugung des brennbaren Gasgemisches bzw. Holzgases verwendbar ist. So strömt in vorteilhafter Weise Luft zum Lufteintritt 19 ein und über bzw. mittels einer Überleitung 15 bzw. einem Rohr 15 kann die erwärmte Luft zum Austritt 17 strömen und hier entsprechend austreten bzw. vorzugsweise dem Reaktor bzw. Holzvergaser in oben genannter Weise zur Verfügung gestellt werden.
  • Mit Hilfe des Wärmetauschersystems 20 kann in vorteilhafter Weise die im Bereich der Nachbehandlung erzeugte Wärmeenergie abgeführt und/oder für weitere Verwendungen zur Verfügung gestellt werden. Auch kann durch das Wärmetauschersystem 20 gemäß der Erfindung Wärmeenergie des Reaktors in vorteilhafter Weise stofflich vom Innenraum 25 getrennt zur Nachbehandlung zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Variante gemäß Figur 2 wurde lediglich aus Gründen der Darstellbarkeit entsprechend unterbrochen abgebildet. Es hat sich gezeigt, dass besonders lange Nachbehandlungseinheiten 24 gemäß dieser Variante von Vorteil sind. Hierdurch können auch vergleichsweise langsam ablaufende chemische Umwandlungsprozesse in vorteilhafter Weise realisiert werden.
  • Generell ist denkbar, dass alternativ oder in Kombination mit Luft/Sauerstoff in den Innenraum 25 der Nachbehandlungseinheit 24 (siehe Figur 1 oder 2) Wasser, vorzugsweise Wasserdampf, in vorteilhafter Weise eingebracht bzw. eingespritzt oder verdüst wird, z.B. im heißen Bereich 10 und/oder der heißen Zone 7. So kann der kohlenstoffhaltige Reststoff in der Nachbehandlungseinheit 24 in vorteilhafter Weise zu einem Brenngasgemisch umgeformt bzw. reagieren. Dieses Brenngasgemisch kann als Brennstoffgas in vorteilhafter Weise weiterverwendet werden, vorzugsweise gemeinsam mit dem brennbaren Gasgemisch/Holzgas aus dem Reaktor und/oder in einem Verbrennungsmotor verbrannt und mit Hilfe eines elektrischen Generators zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden.
  • Grundsätzlich wird gemäß der Erfindung (stofflich getrennt) Wärmeenergie aus dem nicht näher dargestellten Reaktor in vorteilhafter Weise zur Nachbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass die Temperaturen der Abwärme von entsprechenden Gasmotoren des Gesamtsystems nur bedingt für eine vorteilhafte Nachbehandlung geeignet sind. Auch könnten durchaus externe Quellen zusätzlich oder gegebenenfalls sogar alternativ verwendet werden. Allerdings stellt dies eine nicht optimale Energiequelle dar, da zusätzliche Wärmeenergie bzw. Energiequellen einer vorteilhaften energieautarken Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung widersprechen würden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einfall
    2
    Absaugelement
    3
    Bereich
    4
    Antrieb
    5
    Förderschnecke
    6
    Ascheaustritt
    7
    Zone
    9
    Kammer
    10
    Bereich
    11
    Antrieb
    12
    Förderschnecke
    13
    Eintritt
    14
    Austritt
    15
    Rohr
    16
    Fallstrecke
    17
    Austritt
    19
    Lufteintritt
    20
    Wärmetauschersystem
    21
    Trennwand
    22
    Trennwand
    23
    Erwärmungseinheit
    24
    Nachbehandlungseinheit
    25
    Innenraum
    26
    Trennwand

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, mit einer Zufuhreinheit zur Zufuhr des Ausgangsstoffs zu einem Reaktor, wobei ein Reaktorinnenraum des Reaktors wenigstens eine Oxidationszone zur Oxidation des Ausgangsstoffes und eine Reduktionszone zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei der Reaktor wenigstens eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines kohlenstoffhaltigen Reststoffs umfasst und wobei wenigstens eine Nachbehandlungseinheit (24) zur Nachbehandlung des Reststoffes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Nachbehandlungseinheit (24) wenigstens eine Erwärmungseinheit (7, 23) zum Erwärmen des Reststoffes durch Reaktorwärme angeordnet ist und dass zwischen der Nachbehandlungseinheit (24) und der Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens eine Wärmeübertragungstrennwand (21, 22, 26) zur Wärmeübertragung der Reaktorwärme in einen Innenraum (25) der Nachbehandlungseinheit (24) und zum Trennen des Innenraumes (25) von der Erwärmungseinheit (7, 23) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor als die Erwärmungseinheit (7, 23) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder die Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens teilweise am Reaktor und/oder an einem Reaktormantelgehäuse des Reaktors angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungstrennwand (21, 22, 26) zwischen dem Reaktorinnenraum und dem Innenraum (25) der Nachbehandlungseinheit (24) angeordnet und/oder wobei die Wärmeübertragungstrennwand (21, 22, 26) als Reaktormantelgehäuse ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder die Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens teilweise innerhalb des Reaktors und/oder eines Reaktormantelgehäuses des Reaktors angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungstrennwand (21, 22, 26) zwischen dem Reaktorinnenraum und dem Innenraum (25) der Nachbehandlungseinheit (24) angeordnet und/oder wobei die Wärmeübertragungstrennwand (21, 22, 26) als Reaktormantelgehäuse ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder die Erwärmungseinheit (7, 23) als Verbrennungseinheit zum Verbrennen des Reststoffes ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder die Erwärmungseinheit (7, 23) als Vergasungs- und/oder Pyrolyseeinheit zum chemischen Umformen des Reststoffes ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder die Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens eine Fördereinheit (5, 12) zum Fördern des Reststoffes umfasst.
  8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit (5, 12) eine SchneckenFördervorrichtung (5, 12) mit wenigstens einer Schneckenwendel (5, 12) umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsabschnitt der Schneckenwendel (5, 12) und/oder der Fördereinheit (5, 12) progressiv ausgebildet ist.
  10. Anlage zur Erzeugung von Wärmeenergie und/oder elektrischer Energie mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus mindestens einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, einer Verbrennungsmaschine zum Verbrennen des Gasgemisches und/oder einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.
  11. Anlage nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungseinheit (24) und/oder Erwärmungseinheit (7, 23) wenigstens eine Wärmetauschereinheit (20) zum Austausch von Wärmeenergie des Reaktors und/oder der Verbrennungsmaschine und/oder des Generators und/oder des brennbaren Gasgemisches aufweist.
EP13001310.5A 2012-03-16 2013-03-15 Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches Withdrawn EP2639289A1 (de)

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