EP2862914A1

EP2862914A1 - Regulating method for the operation of a fluidized bed gasifier and fluidized bed reactor

Info

Publication number: EP2862914A1
Application number: EP20140189101
Authority: EP
Inventors: Georg Kreutner
Original assignee: Syncraft Engineering GmbH
Current assignee: SYNCRAFT ENGINEERING GMBH
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-04-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren zum Betrieb eines Schwebebettvergasers und eine dementsprechend ausgebildete Vorrichtung in Form eines Schwebebettreaktors. Um ein Regelungsverfahren und eine dementsprechend ausgebildete Vorrichtung zum Betrieb eines Schwebebettvergasers zu schaffen, das einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb einer vorstehend beschriebenen Anlage bei deutlich reduzierten Anforderungen an Überwachung und geschulte Eingriffe von Überwachungspersonal sicherstellt, wird vorgeschlagen, dass eine tragende Schicht (15) des Schwebebetts (12) in dem Schwebebettreaktor (6) ständig in einem Aufbaumodus betrieben und dazu zeitlich überlappend ein Abbau des Schwebebetts (6) durch Einbringen von zusätzlichem Vergasungsmittel (Vz) durchgeführt wird.The present invention relates to a control method for operating a fluidized bed gasifier and a correspondingly designed device in the form of a fluidized bed reactor. In order to provide a control method and a corresponding apparatus for operating a fluidized bed gasifier, which ensures a reliable and safe long-term operation of a plant described above with significantly reduced requirements for monitoring and trained interventions by monitoring personnel, it is proposed that a supporting layer (15) of the floating bed (12) in the suspended bed reactor (6) is operated continuously in a build-up mode and to temporally overlapping a reduction of the fluidized bed (6) by introducing additional gasification agent (Vz) is performed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren zum Betrieb eines Schwebebettvergasers und eine dementsprechend ausgebildete Vorrichtung in Form eines Schwebebettreaktors.The present invention relates to a control method for operating a fluidized bed gasifier and a correspondingly designed device in the form of a fluidized bed reactor.

Aus der DE 10 2007 012 452 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung organischer Stoffe in einem Schwebebett bekannt. Die Schwebebettvergasung beschreibt ein gestuftes Vergasungsverfahren, bei dem nach erfolgter Pyrolyse bzw. Verkohlung eines kohlenstoffhaltigen Materials eine möglichst vollständige Vergasung des erzeugten Koks zusammen mit einem Pyrolysegas in einem Schwebebettreaktor in ein sog. Produktgas erfolgt. Dieser Schwebebettreaktor umfasst einen an einen Einlass anschließenden und sich kegelstumpfförmig weitenden Bereich, der in einen endseitig mit einem Auslass versehenen Zylinderabschnitt übergeht. Dieser Körper beinhaltet ein im Zustrom eines Vergasungsmittels in der Schwebe gehaltenes Festbett, das aus Koks des vorangegangenen Pyrolyseprozesses gebildet wird. Dieser Koks wird durch eine entsprechende Einbringung und Dosierung eines Vergasungsmittels, wie z.B. Luft, in einer erhöhten Position in Schwebe gehalten und kontinuierlich in ein Produktgas umgesetzt bzw. vergast.From the DE 10 2007 012 452 A1 For example, a method and apparatus for gasifying organic matter in a fluidized bed is known. The fluidized bed gasification describes a stepped gasification process in which after complete pyrolysis or carbonization of a carbonaceous material as complete as possible gasification of the coke produced takes place together with a pyrolysis gas in a fluidized bed reactor in a so-called. This fluidized bed reactor comprises an adjoining an inlet and a frustoconical widening region, which merges into an end provided with an outlet cylinder portion. This body contains a fixed bed held in the influx of a gasifier which is formed from coke from the previous pyrolysis process. This coke is held in suspension by an appropriate introduction and metering of a gasification agent, such as air, in an elevated position and continuously reacted or gasified in a product gas.

In einem Gleichgewichtsbetrieb eines Schwebebetts wird genau so viel Vergasungsmittel eingebracht, dass die Menge an Koks im Schwebebettreaktor konstant gehalten wird. Abbau durch eine kontinuierliche Umsetzung von Koks in Produktgas und Zugang von neuen Bio-Koks-Stücken halten sich also die Waage. Aufgrund einer i.d.R. inhomogenen Zusammensetzung der zugeführten Biomasse, aber auch aufgrund von Messtoleranzen bei der Biomassebeschickung und Vergasungsmitteldosierung ist dieser Gleichgewichtsbetrieb praktisch aber nicht konstant über eine lange Zeit zu erreichen und aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grund muss das Schwebebett intermittierend in einem Aufbau- und Abbaubetrieb gefahren werden. Dieser Auf- und Abbau wird jeweils über die Mengenänderung der Vergasungsmitteldosierung gesteuert und über eine Füllstandsmessung im Vergaser überwacht. Diese Änderungen sind innerhalb des laufenden Verfahrens aber nicht ohne eine nahezu ständige Überwachung und Eingriffe von geschultem Überwachungspersonal möglich. Unter Bezugnahme auf Figuren der beigefügten Zeichnung sollen nun die Vorgänge während des Aufbau- und Abbaubetriebs in einem bekannten Schwebebettvergaser kurz dargestellt werden:In an equilibrium operation of a fluidized bed, just as much gasification agent is introduced that the amount of coke in the fluidized bed reactor is kept constant. Degradation through the continuous conversion of coke into product gas and access to new bio-coke pieces are therefore in balance. Due to an inhomogeneous composition of the supplied biomass, but also due to measurement tolerances in the biomass feed and Vergasungsmitteldosierung this equilibrium operation is practically but not constant over a long time to achieve and maintain. For this reason, the floating bed must be moved intermittently in a construction and dismantling operation. This assembly and disassembly is about controlled the change in quantity of Vergasungsmitteldosierung and monitored by a level measurement in the carburetor. However, these changes are not possible within the current process without close monitoring and intervention by trained monitoring personnel. With reference to figures of the accompanying drawing, the operations during the construction and dismantling operation in a known fluidized bed gasifier will now briefly be described:

Beschreibung des Aufbaubetriebs:Description of the bodybuilder:

Während des Aufbaubetriebs gelangt mehr Koks in den Schwebebettreaktor, als jeweils aktuell abgebaut wird. Wie in der Abbildung von Figur 3 der beiliegenden Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet steigt damit die Menge an Vergasungskoks im Reaktor an. Ein Bereich im Schwebebettreaktor, in Figur 3 durch einen enge Schraffur gekennzeichnet, wird dadurch ständig durch frisches Material ersetzt, wobei überschüssiges Material aus dieser Zone nach oben hin in das Schwebebett eingebaut wird. Der Füllstand im Reaktor steigt also immer weiter an, wie durch die weitere Schraffur und den Pfeil angedeutet. Um ein Überlaufen des Schwebebettreaktors zu verhindern, ist an seinem oberen Ende durch einen Sensor eine Füllstandsmessung vorgesehen.During the construction operation, more coke enters the suspended bed reactor than is currently being mined. As indicated in the figure of Figure 3 of the accompanying drawings by an arrow thus increases the amount of Vergasungskungsks in the reactor. An area in the suspended bed reactor, in FIG. 3 characterized by a narrow hatching, is thereby constantly replaced by fresh material, with excess material from this zone is installed at the top in the floating bed. The level in the reactor thus continues to increase, as indicated by the further hatching and the arrow. To prevent overflow of the fluidized bed reactor, a level measurement is provided at its upper end by a sensor.

Beschreibung des Abbaubetriebs:Description of the mining operation:

Während des Abbaubetriebs gelangt weniger Koks in den Schwebebettreaktor, als abgebaut wird, siehe Figur 4. Das wird durch Beschränkung des Kokseintrags und/oder Erhöhung des Einsatzes von Vergasungsmittel erreicht. In jedem Fall sinkt die Menge an Vergasungskoks im Reaktor und damit die Schichtmächtigkeit des Schwebebetts immer weiter ab. Die durch enge Schraffur gekennzeichnete Schicht eines fortlaufenden Abbaus der Schwebeschicht wird im Schwebebettreaktor dadurch i.d.R. von unten her reduziert. Innerhalb der in dem Schwebebettreaktor in der Schwebe gehaltenen Koksteilchen bildet sich jedoch auch eine charakteristische Korngrößen-Verteilung der Teilchen aus: Von unten her neu eintretende Teilen sind in der Regel viel größer, als Teilchen am oberen Ende des Schwebebetts. Nimmt im Zuge des Abbaubetriebs die gesamt Mächtigkeit des Schwebebetts von unten her ab, werden also vor allem Koksteilen mit größerem Korndurchmesser in Koksteilchen mit kleinerem Korndurchmesser umgewandelt. Und damit verliert das Schwebebett fortschreitend an Schüttungsporosität und Durchlässigkeit für das produzierte Gas. Diese reduzierte Durchlässigkeit hat einen erhöhten Druckverlust zur Folge, weshalb das Schwebebett insgesamt nach oben wandert, ohne dabei den von oben her als Füllhöhe im Schwebebettreaktor messbaren Füllstand wesentlich zu beeinflussen, da das Bett von unten abgearbeitet wird. Ein derartiger verschobener Bereich ist in Figur 4 als schraffierte zusätzliche Schicht angedeutet.During the mining operation, less coke enters the fluidised bed reactor than is being mined, see FIG. 4 , This is achieved by restricting the introduction of coke and / or increasing the use of gasification agent. In any case, the amount of gasification coke in the reactor and thus the layer thickness of the fluidized bed decreases further and further. The layer characterized by narrow hatching of a continuous reduction of the floating layer is thus usually reduced from below in the suspended bed reactor. However, within the coke particles suspended in the fluidized bed reactor, a characteristic grain size distribution of the particles also forms: parts entering from below are typically much larger than particles at the top of the fluidized bed. In the course of the mining operation, the total thickness of the fluidized bed decreases from below, so in particular coke parts with a larger grain diameter are in Coke particles with smaller grain diameter converted. And so the floating bed progressively loses in bulk porosity and permeability to the gas produced. This reduced permeability results in an increased pressure loss, which is why the fluidized bed as a whole moves upwards, without significantly influencing the level that can be measured from above as the level in the suspended bed reactor, since the bed is processed from below. Such a shifted area is in FIG. 4 indicated as a hatched additional layer.

Erreicht dieser Abbaueffekt ein kritisches Maß, so kollabiert das Schwebebett und geht über in eine Wirbelschicht. Von einem Wirbelschicht-Vergaser sind neben vergleichsweise geringerer Effizienz jedoch noch weitere negative Effekte bekannt, z.B. eine damit einhergehende Verschmutzung der dem Reaktor nachgeschalteter Komponenten durch anhaftende organische Rest-Abbauprodukte, insbesondere in der Wirbelschicht gebildetes Teer. Bleibt diese Instabilität nun über eine gewisse Zeit aufrechterhalten, so ist diese auch durch das Umschalten auf einen neuerlichen Aufbaumodus nicht mehr umkehrbar. Das Schwebebett muss unter hoher Stillstandszeit des Reaktors neu aufgebaut werden.If this degradation effect reaches a critical level, the suspended bed collapses and merges into a fluidized bed. However, in addition to comparatively lower efficiency, a further effect of a fluidized-bed gasifier is known from other negative effects, e.g. a concomitant pollution of the downstream of the reactor components by adhering organic residue degradation products, especially tar formed in the fluidized bed. If this instability is maintained for a certain time, it can not be reversed by switching to a new build-up mode. The fluidized bed must be rebuilt while the reactor is at a high standstill.

Ein Zeitpunkt für eine Umschaltung von einem Aufbau- in einen Abbaubetrieb ist also grundsätzlich leichter erkennbar und mit weniger schwerwiegenden Konsequenzen verbunden, als eine Beendigung eines Abbaubetriebs. Im Rahmen eines möglichst effizienten Langzeitbetriebs sind aber Umschaltungen in beide Richtungen erforderlich. Aktuell werden die jeweils erforderlichen Entscheidungen i.d.R. durch besonders geschultes Überwachungs- und Fachpersonal getroffen.A time for switching from a construction to a mining operation is thus in principle easier to recognize and associated with less serious consequences than a termination of a mining operation. In the context of the most efficient long-term operation but switching in both directions are required. Currently, the necessary decisions i.d.R. met by specially trained monitoring and technical personnel.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelungsverfahren und eine dementsprechend ausgebildete Vorrichtung zum Betrieb eines Schwebebettvergasers zu schaffen, das einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb einer vorstehend beschriebenen Anlage bei deutlich reduzierten Anforderungen an Überwachung und geschulte Eingriffe von Überwachungspersonal sicherstellt.It is an object of the present invention to provide a control method and a corresponding device for operating a fluidized bed gasifier, which ensures a reliable and safe long-term operation of a plant described above with significantly reduced requirements for monitoring and trained interventions by monitoring personnel.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the features of a method according to claim 1 and a device according to the features of claim 10.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein möglichst dauerhaft stabiler Betrieb eines vorstehend beschriebenen SchwebebettReaktors einen Betrieb im Aufbaumodus voraussetzt. Hier wird durch Zugabe von Vergasungsmittel ein hoher Materialumsatz bei hoher Gasausbeute erzielt. Um nun aber kein immer weiteres Ansteigen einer Mächtigkeit des Schwebebetts zu bewirken, muss gezielt auch für einen Abbau des Schwebebetts gesorgt werden. Um aber eine Effizienzminderung des Vergasungsprozesses oder gar ein Kollabieren des Schwebebetts bzw. irreversibles Umkippen in eine Wirbelschicht-Vergasung zu verhindern, wird also im Gegensatz zu einer bekannten Regelung kein Eingriff am Reaktor-Eingang durch Beschränkung des Kokseintrags und/oder Erhöhung des Einsatzes von Vergasungsmittel vorgenommen. Es hat sich vielmehr herausgestellt, dass für einen gezielten Abbau des Schwebebetts zusätzlich Vergasungsmittel direkt in das Schwebebett eingebracht werden kann, was zudem gut regelbar ist.The invention is based on the finding that the most stable possible operation of a floating bed reactor described above requires operation in the build-up mode. Here is achieved by addition of gasification a high material conversion at high gas yield. However, in order not to cause any further increase in a width of the floating bed, must be taken specifically targeted for a reduction of the floating bed. However, in order to prevent a reduction in efficiency of the gasification process or even a collapse of the fluidized bed or irreversible tipping into a fluidized bed gasification, in contrast to a known control no intervention at the reactor inlet by restricting the Kokseintrags and / or increasing the use of gasification performed. On the contrary, it has turned out that, for a targeted reduction of the suspended bed, additional gasification agent can be introduced directly into the fluidized bed, which is also easy to control.

Demnach zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch aus, dass eine tragende Schicht des Schwebebetts in dem Schwebebettreaktor ständig in einem Aufbaumodus betrieben und dazu zeitlich überlappend ein Abbau des Schwebebetts durch Einbringen von zusätzlichem Vergasungsmittel durchgeführt wird.Accordingly, a method according to the invention is characterized in that a supporting layer of the fluidized bed in the suspended bed reactor is constantly operated in a build-up mode and, in overlapping time, degradation of the fluidized bed is carried out by introducing additional gasification agent.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Basis einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist die Einführung einer Unterscheidung in einen sog. "tragenden" Teil des Schwebebetts und einen "nicht-tragenden" Teil des Schwebebetts oder entsprechende Schichten, die bereichsweise einen ineinander fließenden Übergang aufweisen. Die tragende Schicht des Schwebebetts ist gekennzeichnet durch ständigen Material-Zuwachs an neuem und damit vergleichsweise grobkörnigem Bio-Koks, während die nicht-tragende Schicht überwiegend aus kleinkörnigen, weitgehend umgesetzten Koks-Körnern besteht.Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims. The basis of an essential further development of the invention is the introduction of a distinction into a so-called "load-bearing" part of the fluidized bed and a "non-load-bearing" part of the fluidized bed or corresponding layers, which in some areas have a transition flowing into each other. The load-bearing layer of the floating bed is characterized by constant material growth of new and therefore relatively coarse-grained organic coke, while the non-bearing layer consists mainly of small-grained, largely converted coke grains.

Darauf aufbauend wird in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung während eines im Aufbaumodus befindlichen Betriebs der Vorrichtung zusätzliches Vergasungsmittel in die nicht-tragende Schicht des Schwebebetts eingebracht. Vorzugsweise findet dieser Vorgang unter Verwendung mindestens einer Düse oder Lanze statt. In einer Weiterbildung der Erfindung werden Lanzen verwendet, die mit dem zusätzlichen positiven Effekt der deutlichen Minimierung einer an einer benachbarten Wandung des Reaktors während der Eindüsung auftretenden lokalen Erwärmung um eine Länge von ca. 10 cm bis vorzugsweise mehr als 20 cm in einen zylindrischen Teil des Reaktors hinein ragen, wobei der Durchmessers eines Reaktors in diesem Bereich z.B. bei ca. 1,5 m und mehr liegen kann.Based on this, in a particularly advantageous development of the invention, additional gasification agent is introduced into the non-supporting layer of the fluidized bed during operation of the device in the construction mode. Preferably, this process takes place using at least one nozzle or lance. In a further development of the invention lances are used, with the additional positive effect of significantly minimizing occurring at an adjacent wall of the reactor during the injection local heating by a length of about 10 cm to preferably more than 20 cm in a cylindrical part of Projecting reactor, wherein the diameter of a reactor in this area, for example can be at about 1.5 m and more.

Besonders vorteilhafter Weise sind diese Lanzen im Betrieb von einer Koks-Schüttung bzw. Dicke der nicht-tragenden Schicht des Schwebebetts überdeckt, die ausreichend ist, um eine möglichst vollständige Umsetzung des zusätzlich eingebrachten Vergasungsmittels in Produktgas zu gewährleisten. Die Temperaturen in diesem Bereich des Reaktors liegen auch ohne zusätzliche Eindüsung bereits bei rund 600°C, also oberhalb der Selbstzündungstemperatur des Koks. Wird an dieser Stelle somit zusätzlich Vergasungsmittel eingedüst, so reagiert das Vergasungsmittel umgehend mit dem Koks und vergast diesen. Die Eindüsung muss demnach innerhalb des Schwebebetts und damit direkt in den Koks hinein erfolgen. Die Schüttung oberhalb der Eindüsung muss aber noch derart hoch sein, dass eine weitgehende bis möglichst vollständige Umsetzung des eingebrachten Vergasungsmittels gewährleistet ist, um eine Umsetzung des Vergasungsmittels mit Produktgas und mithin eine Effizienzminderung zu verhindern und den Ausstoß der Anlage an Produktgas effektiv zu erhöhen. Diese Parameter können z.B. im Zuge eines Lernprozesses in einer jeweiligen Anlage im Zuge der Erstinbetriebnahme ermittelt und eingestellt werden.Particularly advantageously, these lances are covered in operation by a coke bed or thickness of the non-bearing layer of the fluidized bed, which is sufficient to ensure the fullest possible implementation of the additionally introduced gasification agent in product gas. Even without additional injection, the temperatures in this region of the reactor are already around 600 ° C., ie above the autoignition temperature of the coke. If additionally gasification agent is injected at this point, then the gasification agent reacts immediately with the coke and gasifies it. The injection must therefore take place within the fluidized bed and thus directly into the coke. However, the bed above the injection must still be so high that a largely to the fullest possible implementation of the introduced gasification agent is ensured to prevent reaction of the gasification agent with product gas and thus an efficiency reduction and effectively increase the output of the system to product gas. These parameters may e.g. as part of a learning process in a particular plant in the course of the initial start-up and be set.

Es wird bevorzugt eine Aufteilung des zusätzlich eingebrachten Vergasungsmittels auf zwei bis ca. 15 Lanzen, vorzugsweise etwa sechs Lanzen verwendet, die in einer Ausführungsform der Erfindung über eine kreisförmige Querschnittsebene äquidistant verteilt angeordnet sind. Die Lanzen werden vorteilhafter Weise einzeln und insbesondere in zeitlichen Intervallen zur Eindüsung des zusätzlichen Vergasungsmittels in die nicht-tragende Schicht des Schwebebetts verwendet. Hierdurch wird ein lokal begrenzter übergroßer Abbau der nicht-tragenden Schicht des Schwebebetts verhindert und zudem auch eine jeweilige lokale Erhitzung innerhalb der nicht-tragenden Schicht des Schwebebetts begrenzt. Besonders bevorzugt werden direkt benachbarte Lanzen im Zuge eines fortlaufenden Wechsels der Eindüsung des zusätzlichen Vergasungsmittels quasi übersprungen, um bei möglichst gleichmäßigem bzw. ebenmäßigem Abbau der nicht-tragenden Schicht des Schwebebetts ein direktes Angrenzen lokaler Überhitzungen zu unterbinden. Bei homogenisierter Verteilung eines zusätzlichen Abbaus der nicht-tragenden Schicht des Schwebebetts erzielt ein im Wesentlichen konstanter Eintrag von zusätzlichen Vergasungsmittel einen gleichbleibenden zusätzlichen Ertrag an Produktgas.It is preferred to use a distribution of the additionally introduced gasification agent to two to about 15 lances, preferably about six lances, which are arranged distributed in an embodiment of the invention over a circular cross-sectional plane equidistant. The lances become advantageous individually and in particular used at intervals for injecting the additional gasification agent into the non-supporting layer of the fluidized bed. This prevents localized oversized degradation of the non-bearing layer of the fluidized bed and also limits local heating within the non-structural layer of the fluidized bed. Particularly preferably directly adjacent lances are virtually skipped in the course of a continuous change in the injection of the additional gasification agent in order to prevent a direct adjacency of local overheating with uniform or even degradation of the non-bearing layer of the floating bed. With homogenized distribution of additional degradation of the non-bearing layer of the fluidized bed, a substantially constant entry of additional gasification agent will result in a consistent additional yield of product gas.

Aufgrund des ständigen Schwebebettaufbaus in der tragenden Schicht kann der Reaktor, bezogen auf die jeweils verarbeitete bzw. eingebrachte Biomasse, bei maximaler Leistung betrieben werden, da eine maximale Durchlässigkeit der Schwebeschicht für Produktgas durchgehend gewährleistet ist. Durch ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren wird neben einer Stabilisierung eines Dauerbetriebes eine effektive Leistung der Gesamtanlage gesteigert.Due to the constant floating bed structure in the supporting layer of the reactor, based on the respectively processed or introduced biomass, are operated at maximum power, since a maximum permeability of the floating layer is guaranteed for product gas throughout. By an inventive method described above, in addition to stabilizing a continuous operation, an effective performance of the entire system is increased.

Durch den ständigen Aufbau der tragenden Schicht bleibt die Gasdurchlässigkeit der tragenden Schicht weitgehend konstant bei hohen Werten erhalten. Instabilitäten der Schüttung bis hin zu einem Übergang zur Wirbelschicht werden, vor allem während des nun vorgestellten Bettabbaus, weitgehend unterbunden. Zudem bewirkt die Eindüsung des zusätzlichen Vergasungsmittels durch den gezielten Abbau im Bereich der nicht-tragenden Schicht eine Erhöhung der Umsetzung kleinkörniger Koks-Partikel in Produktgas. Damit werden die Gasausbeute und damit die Gesamtleistung der Anlage bei geringer baulicher Anpassung also noch erhöht.Due to the permanent structure of the supporting layer, the gas permeability of the supporting layer remains largely constant at high values. Instabilities of the bed up to a transition to the fluidized bed are largely prevented, especially during the now proposed bed degradation. In addition, the injection of the additional gasification agent by targeted degradation in the region of the non-bearing layer causes an increase in the implementation of small-particle coke particles in product gas. Thus, the gas yield and thus the overall performance of the system with low structural adaptation are thus still increased.

Der wesentliche Parameter bei der Vergasung von Biomasse ist der Lambdawert bzw. das Luftverhältnis, welcher bei Vergasungsanlagen üblicherweise im Bereich von etwa 0,3 und etwa 0,4 liegt. Der Lambdawert ist dabei abhängig von dem eingesetzten Vergasungsmittel, für das Luft, Sauerstoff, Dampf oder gar Wassernebel eingesetzt werden können. In einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden entsprechende Anlagen in einem Lambdafenster von ca. 0,31 bis etwa 0,36 betrieben, wobei der Lambdawert von ca. 0,31 einen klassischer Aufbaubetrieb und der Lambdawert von ca. 0,36 einen klassischer Abbaubetrieb kennzeichnet. In einem Regelbetrieb mit der zusätzlichen Eindüsung von Vergasungsmittel wird der Lambdawert unterhalb des Schwebebetts, also am Reaktor-Eingang, konstant bei etwa 0,31 gehalten. Die zusätzliche Eindüsung von Vergasungsmittel in der nicht-tragenden Schicht wird im Zuge der Regelung in einem Lambdafenster von ca. 0,00 - ca. 0,05 variiert.The essential parameter in the gasification of biomass is the lambda value or the air ratio, which is usually in the range of about 0.3 and about 0.4 in gasification plants. The lambda value depends on the gasification agent used, for the air, oxygen, steam or even water mist can be used. In a typical embodiment of the invention, respective plants are operated in a lambda window of about 0.31 to about 0.36, wherein the lambda value of about 0.31 indicates a classic construction operation and the lambda value of about 0.36 a classic mining operation , In a regular operation with the additional injection of gasification means, the lambda value below the fluidized bed, ie at the reactor inlet, is kept constant at about 0.31. The additional injection of gasification agent in the non-bearing layer is varied in the course of the regulation in a lambda window of about 0.00 - about 0.05.

Wann in einem Schwebebettreaktor, genauer gesagt in dessen nichttragender Schicht durch geregeltes Einleiten zusätzlichen Vergasungsmittels, zwischen Auf- und Abbau hin und her geschaltet wird, wird auf Basis einer Füllstandsmessung im Schwebebettreaktor entschieden. Hierzu ist ein Sensor bzw. Füllstandssensor vorgesehen. Diese Füllstandsmessung erfolgt vorzugsweise über einen Radarsensor, einen oder mehrere Drehflügelschalter oder über eine Kombination aus einem Radarsensor und mindestens einen Drehflügelschalter. Erreicht der Füllstand ein gewisses Niveau, so kann nach Blockieren des Drehflügelschalters als unabhängige Bestätigung einer Messung des Radarsensors auf einen insbesondere geregelten Abbau des Schwebebetts im nicht-tragenden Teil umgeschaltet werden. Dabei sind im Schwebebettreaktor vorzugsweise mindestens zwei auf unterschiedlichen Höhen im Bereich der nicht tragenden Schicht eingerichtete Drehflügelschalter zur Mittelung von Signalen für eine Regelung des Füllstandes vorgesehen.When in a suspended bed reactor, more precisely in its non-load-bearing layer by controlled introduction of additional gasification agent, is switched back and forth between setting up and dismantling, a decision is made based on a level measurement in the suspended bed reactor. For this purpose, a sensor or level sensor is provided. This fill level measurement is preferably carried out via a radar sensor, one or more rotary vane switches or via a combination of a radar sensor and at least one rotary vane switch. If the filling level reaches a certain level, it is possible, after blocking the rotary vane switch, to switch over to a particularly controlled dismantling of the floating bed in the non-load-bearing part as independent confirmation of a measurement of the radar sensor. In this case, in the suspended bed reactor preferably at least two arranged at different heights in the region of the non-supporting layer rotary vane switch for averaging signals for a control of the level is provided.

Für die Dimensionierung einer idealen Schüttungshöhe oberhalb der Lanzen gibt es diverse Möglichkeiten, die auch von der Gestaltung, einer jeweiligen Anzahl der Lanzen sowie von den Abmessungen und der Leistungsklasse des Reaktors abhängig sind. Die Ausführung muss derart erfolgen, dass eine weitgehende Umsetzung des eingebrachten Vergasungsmittels gewährleistet wird. Eine Eindüsung oberhalb des Schwebebetts würde nämlich lediglich zu einer Teilverbrennung des Produktgases führen, ohne die erwünschten zusätzlich ablaufenden Vergasungsreaktionen in der Koksfüllung. Sämtliche relevanten Vergasungsreaktionen benötigen nämlich die Anwesenheit von festem Kohlenstoff, der hier in Form der Kokskörner der nicht-tragenden Schicht vorliegen, aber aufgrund der Strömungsrichtung des Produktgases durch das zusätzlich eingedüste Vergasungsmittel nicht erreicht werden können.There are various possibilities for the dimensioning of an ideal bed height above the lances, which also depend on the design, a respective number of lances and on the dimensions and the performance class of the reactor. The design must be such that a high degree of implementation of the introduced gasification agent is ensured. An injection above the floating bed would namely only to a partial combustion of the Produce gas without the desired additional running gasification reactions in the coke charge. Indeed, all the relevant gasification reactions require the presence of solid carbon, which is present here in the form of the coke grains of the non-bearing layer, but due to the flow direction of the product gas can not be achieved by the additionally injected gasification agent.

Aufgrund des direkten Kontakts von Vergasungsmittel mit Koks kann es im Bereich der Eindüsung lokal zu Temperaturen größer 1000°C und damit, je nach eingesetzter Biomasse, zu örtlichen Verschlackungen kommen. Um diesem Effekt entgegen zu wirken, kann je nach eingesetzter Biomasse, eine Temperatursenkung durch Zugabe von z.B. Wasserdampf, Wassernebel, mit Wasser angereichtem Vergasungsmittel oder aber auch durch die Rückführung von reaktionstemperaturmindernden, ggf. auch inerten Gasen, wie zum Beispiel Abgas aus dem Gasmotor oder bereits produziertes Produktgas durch die Lanzen in die Schüttung hinein erfolgen. Eine Beimischung zu dem Vergasungsmittel ist dabei nicht zwingend erforderlich, aber zumindest mit Blick auf eine Temperaturbegrenzung vorteilhaft.Due to the direct contact of gasification agent with coke, localized slagging may occur locally in the area of injection at temperatures greater than 1000 ° C. and thus, depending on the biomass used. To counteract this effect, depending on the biomass used, a decrease in temperature by addition of e.g. Water vapor, water mist, water-enriched gasification agent or else by the return of reaction temperature-reducing, possibly also inert gases, such as exhaust gas from the gas engine or already produced product gas through the lances into the bed done. An admixture with the gasification agent is not absolutely necessary, but at least advantageous with regard to a temperature limitation.

Eine zweite Möglichkeit stellt die intermittierende Taktung der über die Lanzen bewirkten Eindüsung dar, die alternativ oder zusätzlich zu einer vorstehenden ausgeführten lokalen Temperaturabsenkung insbesondere durch Beimischungen eingesetzt werden kann. Weiter stellt auch eine räumliche und/oder zeitliche Diversifizierung der Eindüsung eine Möglichkeit zur lokalen Begrenzung einer Erhitzung dar. Dabei wird eine Lanze nur eine kurze Zeit betrieben und dann auf die nächste Lanze umgeschaltet, z.B. bei einer gleichmäßigen Anordnung von z.B. sieben Lanzen über den Umfang verteilt. Weiter kann eine räumliche Trennung der lokalen Erhitzungen dadurch erreicht werden, dass jeweils unmittelbar benachbarte Lanzen übersprungen werden, also bei im Wesentlichen gleich bleibender Eindüsungsmenge von einer ersten auf eine dritte Lanze usw. umgeschaltet wird.A second possibility is the intermittent timing of the injection effected via the lances, which alternative or in addition to a preceding executed local temperature reduction can be used in particular by admixtures. Furthermore, a spatial and / or temporal diversification of the injection represents a possibility for local limitation of heating. In this case, a lance is operated only a short time and then switched to the next lance, eg with a uniform arrangement of eg seven lances over the circumference distributed. Furthermore, a spatial separation of the local heating can be achieved by skipping each directly adjacent lance, that is to say switching over from a first to a third lance, etc., with a substantially constant injection quantity.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

Figur 1a:: eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 1b:: ein Temperaturverlauf innerhalb der Reduktionseinheit von Figur 1a;
Figur 1c:: eine Einzelheit aus Figur 1a;
Figur 2:: eine Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Schwebebett-Vergasung von Biomasse;
Figur 3:: eine Skizze zum Aufbau des Schwebebetts in der Reduktionseinheit und
Figur 4:: analog der Darstellung von Figur 3 eine Skizze zum Abbau des Schwebebetts in der Reduktionseinheit.

Hereinafter, further features and advantages of embodiments according to the invention with reference to an embodiment in comparison to a known device will be explained in more detail with reference to the drawing. Therein show in a schematic representation:

FIG. 1a: a sectional view of a reduction unit according to an embodiment of the invention;
FIG. 1b: a temperature profile within the reduction unit of FIG. 1a ;
FIG. 1c:: a detail FIG. 1a ;
FIG. 2:: a sectional view of a known from the prior art apparatus for the fluidized bed gasification of biomass;
FIG. 3:: a sketch for the construction of the floating bed in the reduction unit and
FIG. 4:: analogous to the representation of FIG. 3 a sketch for the dismantling of the floating bed in the reduction unit.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente und Verfahrensschritte stets die gleichen Bezeichnungen und Bezugszeichen verwendet.Throughout the various illustrations, the same designations and reference symbols are always used for the same elements and method steps.

Die Skizze von Figur 2 zeigt eine aus der DE 10 2007 012 452 A1 , auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird, bekannte Vorrichtung 1 zur Schwebebett-Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Materials bzw. von Biomasse als vollständige Anlage in einer Schnittdarstellung. Hier ist der gesamte Prozessweg von der Zuführung einer Biomasse B in eine Pyrolyseeinheit 2 mit Gasdüsen 3, von dort über eine Oxidationseinheit bzw. Transportstrecke 4 mit Düseneinheit 5 bis zum Austritt eines Produktgases P aus einer Reduktionseinheit 6 mit Düseneinheit 7 zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V im Zusammenhang dargestellt.The sketch of FIG. 2 shows one from the DE 10 2007 012 452 A1 , to which reference is hereby fully made, known device 1 for the fluidized bed gasification of a carbonaceous material or biomass as a complete system in a sectional view. Here is the entire process path from the supply of a biomass B in a pyrolysis 2 with gas nozzles 3, from there via an oxidation unit or transport section 4 with nozzle unit 5 to the outlet of a product gas P from a reduction unit 6 with nozzle unit 7 for introduction and metering of gasification V shown in context.

Wie durch die gestrichelte Linie in Figur 2 angedeutet wird nachfolgend nur noch auf die Reduktionseinheit 6 als Schwebebettreaktor eingegangen werden: Die Reduktionseinheit 6 umfasst an die Düseneinheit 7 anschließend einen sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitt 8, der in einen Zylinderabschnitt 9 mündet, der über einen sich nun kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 in einen Auslass 11 für Produktgas P hin ausläuft. Ein normaler Füllgrad der Reduktionseinheit 6 mit einer Schüttung aus Koks-Stückchen in Form einer hier schraffiert dargestellten Schwebeschicht 12 ist in Figur 2 angedeutet.As indicated by the dashed line in FIG. 2 In the following, only the reduction unit 6 will be described as a suspended-bed reactor. The reduction unit 6 then comprises an approximately frustoconical widening to the nozzle unit 7 first section 8, which opens into a cylinder portion 9, which terminates via a now frustoconical tapered portion 10 in an outlet 11 for product gas P out. A normal degree of filling of the reduction unit 6 with a bed of coke pieces in the form of a floating layer 12 shown hatched here is in FIG. 2 indicated.

Eingangs wurden bereits die grundlegend zu unterscheidenden Zustände des Aufbau- und Abbaubetriebs unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Figuren 3 und 4 beschrieben. Auch wenn über einen Füllstandssensor 13 an dem sich nun kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 eine ungefähre Füllhöhe der Schwebeschicht 12 in der Reduktionseinheit 6 aus Gründen der Redundanz hier durch eine Kombination aus Radarsensor und mindestens zwei auf unterschiedlichen Höhen im Bereich der nicht tragenden Schicht 16 eingerichteten Drehflügelschalter gemessen wird kann und damit ein Überlaufen während eine Aufbaubetriebes relativ sicher ausgeschlossen werden kann, so birgt jedes Umschalten auf einen Abbaubetrieb über die Düseneinheit zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V in die Reduktionseinheit 6 aufgrund drohender Instabilität der Schwebeschicht 12 zumindest die Eingangs beschriebenen und mit längeren Stillstandszeiten verbundenen Produktions-Risiken. Um ein Regelungsverfahren und eine dementsprechend ausgebildete Vorrichtung zum Betrieb eines Schwebebettvergasers zu schaffen, das einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb einer vorstehend beschriebenen Anlage bei deutlich reduzierten Anforderungen an Überwachung und geschulte Eingriffe von Überwachungspersonal sicherstellt, wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines verbesserten Regelungsverfahrens und eine angepasste Vorrichtung beschrieben. Eine wesentliche Grundlage ist die Erkenntnis, dass das Schwebebett 12 in eine tragende Schicht 15 und eine nicht tragende Schicht 16 unterteilt werden kann. Zwischen diesen Schichten ist ein Übergang in der Regel fließend und kann sich über einen größeren Abschnitt erstrecken. Als gesichert können für diese Schichten 15, 16 aber die in dem Schwebebett von Figur 1a eingezeichneten jeweiligen Bereiche gelten.The already fundamentally different states of the construction and dismantling operation with reference to the figures of the Figures 3 and 4 described. Even if a fill level sensor 13 at the now frusto-conical tapered section 10 an approximate filling height of the floating layer 12 in the reduction unit 6 here for redundancy reasons by a combination of radar sensor and at least two at different heights in the non-load-bearing layer 16 arranged rotary wing switch measured can be and thus overflow during a bodybuilder relatively safe can be excluded, so every switching to a mining operation on the nozzle unit for introduction and metering of gasification agent V in the reduction unit 6 due to impending instability of the floating layer 12 at least the input described and with longer downtime associated production risks. In order to provide a control method and a corresponding apparatus for operating a fluidized bed gasifier, which ensures reliable and safe long-term operation of a plant described above with significantly reduced requirements for monitoring and trained interventions by monitoring personnel, an embodiment of an improved control method and an adapted device will be described below , An essential basis is the recognition that the fluidized bed 12 can be subdivided into a load-bearing layer 15 and a non-load-bearing layer 16. Between these layers, a transition is usually fluid and may extend over a larger portion. As secured for these layers 15, 16 but in the floating bed of FIG. 1a the respective areas.

Zudem ist von der Anmelderin erkannt worden, dass die nicht tragende Schicht 16 separat gezielt abgebaut werden kann, um eine Mächtigkeit des Schwebebetts 12 zu verringern. Hierzu ist gemäß der Abbildung von Figur 1a vorgesehen, dass zusätzliches Vergasungsmittel Vz in die nicht-tragende Schicht 16 des Schwebebetts 12 in den Schwebebettreaktor bzw. die Reduktionseinheit 6 eingebracht wird.In addition, it has been recognized by the applicant that the non-load-bearing layer 16 can be selectively dismantled separately in order to reduce the thickness of the floating bed 12. For this purpose, as shown in the figure of FIG. 1a provided that additional gasification agent Vz is introduced into the non-load-bearing layer 16 of the fluidized bed 12 in the fluidized bed reactor or the reduction unit 6.

Parallel hierzu wird die tragende Schicht 15 des Schwebebetts 12 in der Reduktionseinheit 6 durch eine entsprechende Regelung der Düseneinheit 7 ständig in dem Aufbaumodus betrieben. Zeitlich überlappend hierzu wird ein Abbau des Schwebebetts 12 durch Einbringen von zusätzlichem Vergasungsmittel Vz in die nicht-tragende Schicht 16 durchgeführt. So wird bei insgesamt erhöhtem Umsatz des erweiterten Schwebebettreaktors 6 ein Überlaufen bzw. Überfüllen mit Koks-Stückchen vermieden.In parallel, the supporting layer 15 of the fluidized bed 12 in the reduction unit 6 is constantly operated in the construction mode by a corresponding regulation of the nozzle unit 7. Temporally overlapping this, a degradation of the floating bed 12 by introducing additional gasification agent Vz is carried out in the non-supporting layer 16. Thus, with an overall increased turnover of the expanded fluidized bed reactor 6 overflowing or overfilling with coke pieces is avoided.

Gemäß vorstehender Beschreibung erfolgt gemäß Figur 1a eine Eindüsung von zusätzlichem Vergasungsmittel Vz im oberen Reaktordrittel und idealer Weise in dem zylindrischen Teil 9 des Reaktors 6. Damit erfolgt die Eindüsung in die Koks-Schüttung immer sicher in den nicht tragenden Teil 16 des Schwebebetts 12 hinein.As described above, according to FIG. 1a an injection of additional gasification agent Vz in the upper third of the reactor and ideally in the cylindrical part 9 of the reactor 6. Thus, the injection into the coke bed always takes place safely in the non-load-bearing part 16 of the fluidized bed 12.

Die Abbildung von Figur 1b zeigt einen qualitativen Verlauf der Temperatur T über die Höhe des erweiterten Schwebebettreaktors 6. In einem Regelbetrieb mit zusätzlicher Eindüsung von Vergasungsmittel Vz wird unterhalb des Schwebebetts 12 ein Lambdawert bei ca. 0,31 gehalten, wobei die zusätzliche Eindüsung von Vergasungsmittel Vz in der nicht-tragenden Schicht 16 in einem Lambdafenster von ca. 0,00 bis etwa 0,05 variiert wird. Demnach steigt ab der Position der Düseneinheit 7 eine Temperatur T durch das dosierte Einbringung von Vergasungsmittel V sprunghaft auf nahezu konstante Werte von ca. 1.000°C an und sinkt erst mit Erreichen einer Unterkante der sich stetig neu aufbauenden tragenden Schicht 15 deutlich auf Werte größer als ca. 600 °C ab. Über den restlichen Teil des sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitts 8 bis in dessen Einmündung in den Zylinderabschnitt 9 sinkt die Temperatur T auf Werte um ca. 600°C ab. Damit ist ein Bereich der nicht tragenden Schicht 16 erreicht, in den zusätzliches Vergasungsmittel Vz eingebracht wird. Die Temperatur T steigt hin fast impulsartig wieder auf Werte von ca. 1.000°C an, um dann über eine kurze Strecke h einer Überdeckung mit Koks bis zum Verlassen der nicht tragenden Schicht 16 wieder auf ca. 600°C abzukühlen.The picture of FIG. 1b shows a qualitative course of the temperature T over the height of the expanded fluidized bed reactor 6. In a regular operation with additional injection of gasification agent Vz below the fluidized bed 12 a lambda value is maintained at about 0.31, the additional injection of gasification agent Vz in the non-gas supporting layer 16 in a lambda window is varied from about 0.00 to about 0.05. Accordingly, starting from the position of the nozzle unit 7, a temperature T increases abruptly to almost constant values of about 1,000 ° C. due to the metered introduction of gasification agent V and only drops significantly to values greater than when a lower edge of the continuously developing supporting layer 15 is reached about 600 ° C from. Over the remaining part of the approximately frustoconical widening first section 8 to its confluence with the cylinder section 9, the temperature T decreases to values of about 600 ° C from. This is an area of non-bearing layer 16 is reached, is introduced into the additional gasification agent Vz. The temperature T rises almost impulsively back to values of about 1,000 ° C, and then over a short distance h of an overlap with coke until leaving the non-supporting layer 16 to cool again to about 600 ° C.

Figur 1c stellt eine Einzelheit aus Figur 1a mit Details zur Eindüsung zusätzlichen Vergasungsmittels Vz in die nicht tragende Schicht 16 im Bereich des Zylinderabschnitts 9 dar. Demnach ragt ein als Lanze 17 ausgebildetes Rohrstück um eine Länge L von mehr als ungefähr 20 cm und einem Durchmesser d von ca. 25 mm in den einen Durchmesser von mehr als ca. 1,5 m aufweisenden Zylinderabschnitt 9 und damit in den Koks der nicht tragenden Schicht 16 hinein. Wie vorstehend beschrieben liegt die Temperatur T hier immer noch bei ca. 600°C und damit deutlich über einer Selbstentzündungstemperatur von Koks. Das Eindüsen zusätzlichen Vergasungsmittels Vz führt zu einer umgehenden Reaktion und Vergasung des umliegenden Koks. Ein bereits die nicht tragende Schicht 16 mit einer Geschwindigkeit v durchströmendes Produktgas P drängt eine heiße Umsetzungszone 18 in ihre Strömungsrichtung ab. Auch wenn die Umsetzungszone 18 in einem geringen Umkreis unmittelbar an einen Auslass der Lanze 17 anschließend Temperaturen von ca. 1.000 °C erreicht, so verfügt Koks über eine so gute Wärmedämmung, dass ein Abstand L der Umsetzungszone 18 von einer Wandung des Zylinderabschnitts 9 bereits ausreicht, um hier keine wesentliche Erwärmung hervorzurufen. Figure 1c represents a detail FIG. 1a with details for the injection of additional gasification agent Vz in the non-supporting layer 16 in the region of the cylinder portion 9. Accordingly, projects as a lance 17 piece of pipe by a length L of more than about 20 cm and a diameter d of about 25 mm in the one Diameter of more than about 1.5 m having cylinder portion 9 and thus in the coke of the non-bearing layer 16 inside. As described above, the temperature T here is still at about 600 ° C and thus significantly above an autoignition temperature of coke. The injection of additional gasification agent Vz leads to an immediate reaction and gasification of the surrounding coke. A product gas P already flowing through the non-bearing layer 16 at a speed v forces a hot conversion zone 18 in its flow direction. Even if the reaction zone 18 subsequently reaches temperatures of approximately 1000 ° C. in a small radius directly adjacent to an outlet of the lance 17, coke has such good thermal insulation that a distance L of the reaction zone 18 from one wall of the cylinder section 9 is sufficient so as not to cause any significant warming here.

Da eine Eindüsung oberhalb des Schwebebetts 12 bzw. dessen nicht tragenden Teils 16 lediglich zu einer Teilverbrennung des erwünschten Produktgases P aufgrund des Fehlens festen Kohlenstoffs bzw. Koks ohne nennenswerte zusätzliche Vergasungsreaktionen führen würde, ist auch eine ausreichend mächtige Überdeckungsschicht über der Lanze 17 zu achten. Eine Mächtigkeit h der Überdeckungsschicht ist dann ausreichend, wenn das eingedüste zusätzliche Vergasungsmittel Vz im Wesentlichen vollständig in Produktgas P umgesetzt worden ist. Das ist messtechnisch erfassbar, so dass eine entsprechende Überdeckungshöhe h der Lanzen 17 mit Koks des nicht tragenden Teils 16 des Schwebebetts 12 eingeregelt werden kann.Since an injection above the fluidized bed 12 or its non-supporting part 16 would only lead to a partial combustion of the desired product gas P due to the absence of solid carbon or coke without significant additional gasification reactions, a sufficiently powerful covering layer over the lance 17 should also be taken into account. A thickness h of the covering layer is sufficient if the injected additional gasification agent Vz has been converted substantially completely into product gas P. This is metrologically detectable, so that a corresponding coverage height h of the lances 17 can be adjusted with coke of the non-supporting part 16 of the floating bed 12.

Eine weitere Regelung betrifft einen möglichst homogenen bzw. ebenen und gleichmäßigen Abbau der nicht tragenden Schicht 16 durch die Eindüsung von zusätzlichem Vergasungsmittel Vz. Hierzu sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht nur die in Figur 1a angedeuteten zwei Lanzen 17, sondern 6 äquidistant am Umfang des Zylinderabschnitts 9 verteil angeordnete Lanzen 17 vorgesehen. Diese Lanzen können grundsätzlich gleichzeitig betrieben werden. Aufgrund der Möglichkeit von hohen, lokalen Temperaturen kann es dadurch aber über längere Zeit gesehen zu Verklumpungen oder Verschlackungen des Koks im Bereich der jeweiligen Umsetzungszonen 18 kommen. Diese Verschlackungen können in weiterer Folge zu einer Beeinträchtigung des Betriebes führen.Another regulation relates to the most homogeneous or even and even degradation of the non-bearing layer 16 by the injection of additional gasification agent Vz. For this purpose, not only the in. In the illustrated embodiment FIG. 1a indicated two lances 17, but 6 equidistantly on the circumference of the cylinder portion 9 distributed lances 17 are provided. These lances can basically be operated simultaneously. Due to the possibility of high, local temperatures, however, clumping or slagging of the coke in the region of the respective conversion zones 18 can occur over a longer period of time. This slagging can subsequently lead to an impairment of the operation.

Um dem entgegen zu wirken werden die Lanzen 17 zeitlich intermittierend mit einem zusätzlich einzudüsenden Vergasungsmittel Vz beaufschlagt, d.h. es wird von einer aktiv eindüsenden Lanze 17 auf eine nächste umgeschaltet. Zudem liegen aneinander folgend mit zusätzlich einzudüsendem Vergasungsmittel Vz beaufschlagte Lanzen 17 nicht unmittelbar benachbart, so dass sich in der nicht tragenden Schicht 16 keine größeren Bereiche von Anhaftungen oder Koks-Verklumpungen ausbilden können. So können z.B. eine erste, dritte und fünfte Lanze 17 aufeinander folgend oder zeitgleich zusätzliches Vergasungsmittel Vz eindüsen, dem folgen dann nach kurzer Laufzeit des Eindüsungsprozesses die zweite, vierte und sechse Lanze 17 und so fort.In order to counteract this, the lances 17 are subjected intermittently in time to an additional gasification agent Vz to be injected, i. It is switched from one actively injecting lance 17 to a next. In addition, lances 17, which are acted upon in addition by gasification means Vz which are additionally to be injected, are not immediately adjacent to one another, so that no larger areas of buildup or coke clumping can form in the non-bearing layer 16. Thus, e.g. a first, third and fifth lance 17 successively or at the same time inject additional gasification agent Vz, then follow the second, fourth and sixth lance 17 and so on after a short run time of the injection process.

Alternative wird die Temperatur in der Umsetzungszone 18 dadurch herabgesetzt, dass dem zusätzlich eingedüsten Vergasungsmittel Vz Wasserdampf oder gar Wassertröpfen in Form von Nebel zugegeben werden. Dem Fachmann sind neben einer Variation des Lamba-Wertes weitere Möglichkeiten zur Absenkung einer Temperatur in der Umsetzungszone 18 bis hin zu einer Beimischung inerter Abgase aus der thermischen Umsetzung des Produktgases P in das zusätzlich eingedüste Vergasungsmittel Vz bekannt.Alternatively, the temperature in the reaction zone 18 is reduced by adding water vapor or even water droplets in the form of mist to the additionally injected gasification agent Vz. In addition to a variation of the Lamba value, the person skilled in the art is familiar with further possibilities for lowering a temperature in the reaction zone 18 up to an admixture of inert exhaust gases from the thermal conversion of the product gas P into the additionally injected gasification agent Vz.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Pyrolyseeinheitpyrolysis
33: Gasdüsengas nozzles
44: Oxidationseinheit / Transportstrecke / TransporteinheitOxidation unit / transport route / transport unit
55: Düseneinheitnozzle unit
66: Reduktionseinheit / SchwebebettreaktorReduction unit / suspended bed reactor
77: Düseneinheit zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V in die Reduktionseinheit 6Nozzle unit for introducing and metering gasification agent V into the reduction unit 6
88th: sich ungefähr kegelstumpfförmig weitender erster Abschnitt der Reduktionseinheit 6approximately frusto-conical expanding first section of the reduction unit 6
99: Zylinderabschnitt der Reduktionseinheit 6Cylinder section of the reduction unit 6
1010: sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 der Reduktionseinheit 6a frusto-conically tapering section 10 of the reduction unit 6
1111: Auslass der Reduktionseinheit 6Outlet of the reduction unit 6
1212: Schüttung aus Koks-Stückchen in Form einer SchwebeschichtBatch of coke pieces in the form of a floating layer
1313: Füllstandssensorlevel sensor
1414
1515: tragende Schichtwearing layer
1616: nicht tragende Schichtnot wearing layer
1717: Lanzelance
1818: heiße Umsetzungszone in der nicht tragenden Schicht 16hot conversion zone in the non-load-bearing layer 16
BB: Biomassebiomass
PP: Produktgasesproduct gas
dd: Durchmesserdiameter
hH: Mächtigkeit / Höhe der Überschüttung der Lanze 17Thickness / height of the overburden of the lance 17
LL: Länge einer Lanze 17 in der Schwebeschicht 12Length of a lance 17 in the floating layer 12
VV: Vergasungsmittelgasification agent
Vzvz: zusätzliches Vergasungsmitteladditional gasification agent
vv: Strömungsgeschwindigkeit des Produktgases P in der nicht tragenden Schicht 16Flow rate of the product gas P in the non-load-bearing layer 16

Claims

Regelungsverfahren zum Betrieb eines Schwebebettvergasers, bei dem verkohlte Biomasse bzw. Koks im Zustrom eines Vergasungsmittels (V) als Bett (12) in der Schwebe gehalten und in ein Produktgas (P) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine tragende Schicht (15) des Schwebebetts (12) in dem Schwebebettreaktor (6) ständig in einem Aufbaumodus betrieben und dazu zeitlich überlappend ein Abbau des Schwebebetts (12) durch Einbringen von zusätzlichem Vergasungsmittel (Vz) durchgeführt wird.A control method for operating a fluidized bed gasifier, in which carbonized biomass or coke is suspended in the influx of a gasification agent (V) as a bed (12) and converted into a product gas (P), characterized in that a supporting layer (15) of the Floating beds (12) in the fluidized bed reactor (6) are operated continuously in a construction mode and to overlap in time a reduction of the fluidized bed (12) by introducing additional gasification agent (Vz) is performed.

Regelungsverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass während eines im Aufbaumodus befindlichen Betriebs des Schwebebettreaktors (6) zusätzliches Vergasungsmittel (Vz) in eine nicht-tragende Schicht (16) des Schwebebetts (12) in den Schwebebettreaktor (6) eingebracht wird.Control method according to the preceding claim, characterized in that additional gasification agent (Vz) is introduced into a non-load bearing layer (16) of the fluidized bed (12) in the fluidized bed reactor (6) during operation of the fluidised bed reactor (6) in the build-up mode.

Regelungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von zusätzlichem Vergasungsmittel (Vz) unter Verwendung mindestens einer in den Schwebebettreaktor (6) hineinragenden Düse und/oder Lanze (17) vorgenommen wird.Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the introduction of additional gasification agent (Vz) using at least one projecting into the fluidized bed reactor (6) nozzle and / or lance (17) is made.

Regelungsverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanzen (17) im Betrieb von einer Koks-Schüttung bzw. einer Dicke (h) der nicht-tragenden Schicht (16) des Schwebebetts (12) überdeckt werden, die ausreichend ist, um eine möglichst vollständige Umsetzung des zusätzlich eingebrachten Vergasungsmittels (Vz) in ein Produktgas (P) zu gewährleisten.Control method according to the preceding claim, characterized in that the lances (17) are covered in operation by a coke bed or a thickness (h) of the non-load-bearing layer (16) of the fluidized bed (12) which is sufficient to To ensure the fullest possible implementation of the additionally introduced gasification agent (Vz) in a product gas (P).

Regelungsverfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (h) als Parameter im Zuge eines Lernprozesses in einer jeweiligen Anlage im Zuge der Erstinbetriebnahme ermittelt und vorzugsweise anhand einer Feststellung einer möglichst vollständigen Umsetzung des zusätzlich eingebrachten Vergasungsmittels (Vz) eingestellt wird.Control method according to the preceding claim, characterized in that the thickness (h) is determined as a parameter in the course of a learning process in a respective plant in the course of initial commissioning and preferably based on a statement a possible complete implementation of the additionally introduced gasification agent (Vz) is set.

Regelungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanzen (17) einzeln und insbesondere in zeitlichen Intervallen zur Eindüsung des zusätzlichen Vergasungsmittels (Vz) in die nicht-tragende Schicht (16) des Schwebebetts (12) verwendet werden.Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the lances (17) are used individually and in particular at intervals for injecting the additional gasification agent (Vz) into the non-bearing layer (16) of the fluidized bed (12).

Regelungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eindüsen des zusätzlichen Vergasungsmittels (Vz) in Abhängigkeit einer Höhenregelung vorzugsweise unter Verwendung mindestens eines als Radarsensor, als Drehflügelschalter oder als Kombination aus einem Radarsensor und mindestens einem Drehflügelschalter ausgebildeten Füllstandssensors (13) erfolgt.Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the injection of the additional gasification agent (Vz) depending on a height control preferably using at least one designed as a radar sensor, as a rotary wing switch or as a combination of a radar sensor and at least one rotary vane switch level sensor (13).

Regelungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zusätzlich eingedüsten Vergasungsmittel (Vz) Wasserdampf oder gar Wassertröpfen in Form von Nebel und/oder inerte Abgase aus der thermischen Umsetzung des Produktgases (P) zugegeben werden.Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the additionally injected gasification agent (Vz) water vapor or even water droplets in the form of mist and / or inert exhaust gases from the thermal reaction of the product gas (P) are added.

Regelungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Regelbetrieb mit zusätzlicher Eindüsung von Vergasungsmittel (Vz) ein Lambdawert unterhalb des Schwebebetts (12) bei ca. 0,31 gehalten und die zusätzliche Eindüsung von Vergasungsmittel (Vz) in der nicht-tragenden Schicht (16) in einem Lambdafenster von ca. 0,00 bis etwa 0,05 variiert wird.Control method according to one of the preceding claims, characterized in that in a control mode with additional injection of gasification agent (Vz) a lambda value below the fluidized bed (12) held at about 0.31 and the additional injection of gasification agent (Vz) in the non-gas supporting layer (16) in a lambda window is varied from about 0.00 to about 0.05.

Schwebebettreaktor (6), der als Hohlkörper einen an einen Einlass mit einer Düseneinheit (7) anschließenden und sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden Bereich (8) umfasst, der in einen endseitig mit einem Auslass (11) versehenen Zylinderabschnitt (9) übergeht, wobei dieser Hohlkörper ein im Zustrom von Vergasungsmittel (V) in der Schwebe gehaltenes Festbett (12) beinhaltet, das aus Koks eines vorangegangenen Pyrolyseprozesses gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem Schwebebettreaktor (6) Mittel zum Eindüsen von zusätzlichem Vergasungsmittel (Vz) vorgesehen sind, die in einen nicht tragenden Teil (16) des Schwebebetts (12) hineinragen.Floating-bed reactor (6) comprising, as a hollow body, an area (8) adjoining an inlet with a nozzle unit (7) and approximately frusto-conically extending into a cylinder section (9) provided with an outlet (11) at its end, said hollow body a fixed bed held in the influx of gasification agent (V) (12), which is formed from coke from a previous pyrolysis process, characterized in that there are provided on this suspended-bed reactor (6) means for injecting additional gasification agent (Vz) into a non-supporting part (16) of the floating bed (12). protrude.

Schwebebettreaktor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Düsen oder Lanzen (17) ausgebildet sind.Suspended air-bed reactor according to the preceding claim, characterized in that the means are designed as nozzles or lances (17).

Schwebebettreaktor nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in dem zylindrischen Teil (9) des Hohlkörpers des Reaktors (6) angeordnet sind.Suspended-bed reactor according to one of the two preceding claims, characterized in that the means in the cylindrical part (9) of the hollow body of the reactor (6) are arranged.

Schwebebettreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Rohre sind, die um eine Länge (L) von ca. 10 cm und vorzugsweise eine Länge (L) von über 20 cm in einen zylindrischen Teil (9) des Reaktors (6) hinein ragen und 2 bis ca. 15 Lanzen (17), vorzugsweise etwa 6 Lanzen (17) vorgesehen sind, die über eine kreisförmige Querschnittsebene vorzugsweise äquidistant verteilt angeordnet sind.Suspended air-bed reactor according to one of the preceding claims 10-12, characterized in that the means are tubes which by a length (L) of about 10 cm and preferably a length (L) of about 20 cm in a cylindrical part (9) of the Projecting reactor (6) and 2 to about 15 lances (17), preferably about 6 lances (17) are provided, which are preferably arranged distributed over a circular cross-sectional plane equidistant.

Schwebebettreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstandssensor (13) zum Messen einer Füllhöhe der Schwebeschicht (12) in der Reduktionseinheit (6) vorgesehen ist, wobei der mindestens eine Füllstandssensor (13) als Radarsensor, als Drehflügelschalter oder als Kombination aus einem Radarsensor und mindestens einem Drehflügelschalter ausgebildet ist.Floating-bed reactor according to one of the preceding claims 10-13, characterized in that a level sensor (13) for measuring a filling level of the floating layer (12) in the reduction unit (6) is provided, wherein the at least one level sensor (13) as a radar sensor, as a rotary wing switch or is formed as a combination of a radar sensor and at least one rotary vane switch.

Schwebebettreaktor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei auf unterschiedlichen Höhen im Bereich der nicht tragenden Schicht (16) eingerichtete Drehflügelschalter zur Regelung des Füllstandes vorgesehen sind.Floating-bed reactor according to the preceding claim, characterized in that more than two arranged at different heights in the region of the non-supporting layer (16) rotary vane switch for regulating the level are provided.