EP2886190A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Austragen von Störstoffen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and a device for discharging contaminants from a carburettor for carbonaceous material, in particular a fluidized bed gasifier or floating bed reactor.
- the fluidized bed gasification describes a stepped gasification process in which, after pyrolysis or carbonization of a carbonaceous material to a type of coke as complete as possible gasification of the coke produced takes place together with a pyrolysis gas in a suspended bed reactor in a so-called.
- a fluidized bed reactor comprises an adjoining an inlet and a frustoconical widening region, which merges into a cylinder section end provided with an outlet.
- 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.
- impurities in the form of, for example, stones, sand grains, slags, nails, other metal parts or the like are present in the suspended bed reactor in the course of suspended bed gasification. accumulate.
- impurities are usually supplied unnoticed through the carbonaceous input material, since they are partially enclosed or enclosed in mechanically shredded or shredded tree parts of organic material, for example. Accumulations of impurities of the above-exemplified species can reduce the efficiency of the plant and in the long term by agglomeration or even malfunction lead, in particular to blockages or mechanical damage within the suspended bed reactor.
- the invention is based on the essential finding that impurities always have a higher density than a coke to be reacted in the suspended bed reactor over time or as the conversion or gasification of the coke fraction progresses.
- a device can be used in an adapted manner, which is known as gravitational or air classifier in particular from grain mills ago, even if there carry out the chaff and if possible only a flour body of a grain of further processing is supplied. It was therefore found to be crucial that a layer formed as possible as a fixed bed within the gasification reactor is lifted from an inlet area, ie in the full sense of the word really "floats" on the gas flow, as in the floating bed gasification according to the disclosure of DE 10 2007 012 452 A1 the case is.
- a method according to the invention is characterized in that charred biomass in the influx of the gasification agent as a fixed bed in the suspended bed reactor suspended and below this airfoil sinking contaminants substantially against an influx of gasification agent into a room or otherwise moved in particular by gas flows which is used to collect the contaminants and is designed accordingly. According to the invention, contaminants can thus be removed substantially continuously without having a negative effect on a quantity of gas produced, its quality or an overall efficiency of a plant.
- prepared bio-material to be reacted is fed from below or at a lowest point in a gasification reactor with a mechanical device at the point where impurities could settle and accumulate.
- a selective removal of impurities in a manner described herein is thus not possible in principle.
- the gasification agent is introduced through a nozzle bottom into an inlet region below the reduction unit and from there introduces coke to the reduction unit.
- removal of contaminants from an inlet region is performed continuously in the sense that no interruption of ongoing operation of the overall device is made. Accordingly, the above-mentioned space is used for accumulating and also discharging accumulated impurities.
- the nozzle bottom is moved between at least two positions using a lifting means to selectively discharge collected contaminants, in particular by using a ramp in pressure-tight and lockable container inside.
- An inflow of the gasification agent into the inlet region is preferably largely stopped off in the nozzle bottom lowered or displaced for targeted removal of contaminants and a fixed bed in the suspended bed reactor then suspended by a gasification agent introduced into the reduction unit via a nozzle unit.
- An apparatus for achieving the above-mentioned object is characterized in that charred biomass is arranged in the influx of the gasification agent held as a fixed bed within the levitation of suspended air and below the fixed bed, a space for collecting impurities is provided.
- charred biomass is arranged in the influx of the gasification agent held as a fixed bed within the levitation of suspended air and below the fixed bed, a space for collecting impurities is provided.
- the container is separated from the inlet region by a baffle plate, which only allows an opening for the entry of contaminants from the inlet region and in particular from a nozzle bottom into the container.
- a baffle plate which only allows an opening for the entry of contaminants from the inlet region and in particular from a nozzle bottom into the container.
- an opening slit is arranged behind the baffle plate, which is designed for discharging accumulated impurities via a ramp in a particular separately lockable container inside.
- adjacent to the inlet area provided by a gasifying agent nozzle bottom is provided, in particular for targeted removal of accumulated impurities between two positions by a lifting means or other drive means movable and in particular lowering, pivoting and / or rotatable or in other Way is designed to be displaced.
- a nozzle bottom is connected to slides and a drive means such that, in the course of a displacement of the nozzle base, at the same time a supply of biomass is completed and at least one discharge for contaminants is opened.
- a one-piece structural unit is formed from a nozzle bottom, a slide as a closure of a biomass supply and a closure solid discharge to a ramp out through another slide and an opening arranged to shift in the opening or a hole for selectively opening a solid Exit to the ramp. From this arrangement results in a reduced travel .DELTA.h this unit compared with a nozzle bottom alone.
- only one drive is needed.
- the nozzle bottom adjoining the inlet region, in the connection for the gasification agent is designed to be inclined on one side. Based on this feature is the nozzle bottom for discharging collected impurities in an embodiment of the invention, as it were inclined a chute, wherein the chute is in a second position of the nozzle bottom substantially aligned with a ramp which is connected to a collecting container.
- At least one of the aforementioned containers has level indicators or a window for optical inspection and, accordingly, a filling of at least one of the containers is monitored by sensors.
- FIG. 11 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.
- a biomass B which is usually prepared by comminution and separation of foreign substances, into a pyrolysis unit 2 with gas nozzles 3, from there via an oxidation unit or transport path 4 with nozzle unit 5 to the outlet of a product gas P from a reduction unit 6, which is provided here for the introduction and metering of gasification agent V with a nozzle unit 7.
- the reduction unit 6 here comprises a nozzle section 7 for supplying gasification agent V, a first section 8, which widens approximately frustoconically, into a cylinder section 9 terminates, which expires via a now frusto-conical 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 fixed-bed floating layer 12 shown hatched here is shown in FIG FIG. 11 indicated. This level is monitored with a distance sensor 13 for filling level measurement of the floating layer 12 from Koks Suitechen.
- the floating layer 12 builds up quite quickly after starting up the device 1 described above in the reactor 12, whereby the entire system 1 then operates in a fundamentally stable production mode.
- biomass B is charred to a coke material K.
- a screw conveyor then takes place a controlled supply of this coke material K, which is registered under the action of gaseous gasification agent V via an inlet region 14 in the reduction unit 6.
- an entry of coke material K into the reduction unit 6 and the conversion of coke material K in the floating layer 12 are in equilibrium.
- the fixed bed 12 is lifted from the supply of Koks Suitechen from the pyrolysis reactor 2 within the frusto-conically extending first portion 8 of the reduction unit 6 of the inlet portion 14.
- a zone is formed in which contaminants or slag, which are not carried along by the upwardly directed flow, accumulate against the flow direction at the lowest point of the reduction unit 6.
- upstream process stages such as the initial charging of the device 1 with biomaterial B or the pyrolysis in the pyrolysis unit 2, have the impurities have not yet shown any process-relevant disadvantages or they have not even been present in particular in the form of slags.
- Embodiments of the present invention will now be described with reference to other figures, which in particular use the advantageous properties of a floating bed method outlined above to carry out a removal of contaminants from an inlet area continuously in the sense that no interruption of ongoing operation of the overall device must be made , In this case, a disturbance caused above, for example, by a blockage within the reduction unit 6 is excluded as far as technically possible.
- a preparation of a biomass B the above with reference to the figure of FIG. 11 described overall system 1 is supplied, no stricter requirements, so there are no additional costs.
- all exemplary embodiments described below can be retrofitted in existing systems or floating layer reduction units 6 and corresponding control and control methods can be expanded.
- FIG. 1 shows a sectional view of a section of a reduction unit 6 around an inlet region 14 according to a first embodiment of the invention.
- the inlet area 14 is here opposite to the representation of FIG. 11 has been modified so that gasification agent V instead of an annular nozzle unit 7 here now the gasification agent V is flowed through a port 15 at the inlet portion 14 parallel to a central axis M of the reduction unit 6 and against gravity.
- the transport unit 4 is arranged at the inlet region 14, via which new coke material K is supplied.
- a spiral or screw conveyor for needs-based dosage zussender in previous sections of an overall system according to FIG. 11 used to coke charred biomass K.
- the coke K is introduced into the reduction unit 6 in the inlet region 14 in the inflow of the gasification agent V substantially perpendicularly and counter to the force of gravity.
- the coke particles are held as a fixed bed 12 in suspension and progressively converted into product gas P.
- the reduction unit 6 again and enter the inlet area 14 again, where they are prevented by a nozzle plate 16 at a further decrease. From the nozzle bottom 16, the accumulating impurities S then migrate over time into a container 17 running essentially perpendicular to the direction of the gas flow V as a space for accumulating impurities S.
- An effective removal of contaminants S from the inlet region 14 takes place adjacent in a space formed as a gas-tight container or a container 17, which basically dispenses with the use of a lock, which always represents a potential vulnerability in a device can.
- the size of the container 17 is chosen so that an emptying should normally take place only every 100 hours of operation, especially in the course of an inspection of the entire system, which of course depends on the amount of impurities contained in a carbonaceous starting material S.
- the container 17 is separated from the inlet region 14 by a baffle plate 18, which has only one opening 19 for the entry of impurities S from the inlet region 14 and in particular of the from the nozzle bottom 16 forth in the container 17 allows.
- the container 17 is in the embodiment of FIG. 1 expanded beyond an indicated flange connection and constructed in several parts.
- the baffle plate 18 By means of the baffle plate 18, the container 17 is separated from the inlet region 14 except for an opening 19 which runs approximately radially with respect to a subsequent tube contour and behind which contaminants S accumulate.
- FIG. 2 shows the baffle plate 18 in a perspective view as a detail of the cylinder jacket of the inlet portion 14, indicating the mounting position resulting in the opening 19, which may be crescent-shaped.
- a height b of about 20 mm can be seen, for discharging accumulated impurities S via a ⁇ at an angle of about 30 ° to about 45 ° inclined ramp 21 in a lockable container 22 inside, see FIG. 1 .
- This entire container arrangement is pressure-tight. It is also pressure-tight connected to the inlet region 14.
- a shut-off device 23 designed here in the form of a ball valve, the container 22 can be filled with accumulated impurities S.
- the container can be removed or emptied by opening and connected again pressure-tight.
- FIG. 3 shows a section of a reduction unit 6 according to a second embodiment of the invention in section analogous to the representation of FIG. 1
- the basic principle of operation remains the same, only the type, location and removal of stored impurities S have been changed here for a discontinuous removal of accumulated impurities S.
- the nozzle bottom 16 adjoining the inlet region 14 in the connection 15 for the gasification agent V is designed to be inclined on one side at an angle ⁇ of approximately 10 ° to approximately 45 °, but gas medium V continues to flow vertically from below.
- This arrangement is again designed to be pressure-tight.
- FIG. 1 shows a section of a reduction unit 6 according to a second embodiment of the invention in section analogous to the representation of FIG. 1
- the nozzle plate 16 can be moved between the described position and at least one second position by a lifting means 27 by a height ⁇ h of about 30 cm here.
- the nozzle bottom 16 is in alignment with the ramp 25 in such a way that contaminants S accumulated on the nozzle bottom 16 slide over the ramp 25 into the container 26.
- a ball valve 28 is provided so that the container 26 could also be opened or removed for emptying.
- both embodiments have in common that discharge of contaminants S out of the inlet region is carried out continuously in the sense that no interruption of ongoing operation of the overall device has to be undertaken. Accordingly, the above-mentioned space 17, 26 is used for accumulating and also discharging accumulated impurities S.
- a significant advantage of this second embodiment over the first embodiment lies in the fact that here an entire cross-sectional width of the upwardly directed reactor is opened down and thus impurities in the form of larger pieces can be removed, and that due to the pressure-tight design even during the current Operation of the entire system.
- the nozzle base 16 is designed so that it can be changed in the vertical position, without causing the supply of gasification agent V must be interrupted.
- a "runoff" accumulated impurities S in the gas-tight container 26 are made easier with the nozzle bottom 16 down under the action of gravity.
- FIG. 4 shows a sectional view of an arrangement according to a combination of a slightly modified first and the second embodiment of the invention analogous to the representations of FIGS. 1 and 3 . It has been found in experiments using a combination Störstoff-collectors according to the first and the second embodiment that in the variant of FIG. 3 when comparatively "large" impurities S are removed, behind an inner contour or the baffle plate 18 accumulates impurities in the form of ash, as the skilled person usually knows only of combustion processes. However, a continuous withdrawal even of such ash shares also reduces the possibility of forming larger clutter by agglomeration within the described device in addition.
- an arrangement according to FIG. 5 as a substantially pure combination of the first and the second embodiment of the invention analogous to the representation of FIG. 1
- it is particularly suitable to separate ash-like contaminants S as well as comparatively "large" contaminants S in larger quantities in an uninterruptible long-term operation and to remove them from the device without the need for an interruption of operation.
- a check of corresponding inspection openings or windows on the containers 17, 22, 26 can be included in the routine of a routine inspection.
- a filling of the container 17 and / or 22 and / or 26 is monitored by sensors. When a certain filling limit is reached, a corresponding message is then automatically sent to a plant operator.
- FIG. 6 a sectional view of the section around the reduction unit 12 according to the embodiment of figure 4 as a variant with features that are applicable to all the above embodiments in an adapted manner:
- a gas-permeable closure is provided in the transport path 4 from the oxidation unit, here indicated as a lowerable bulkhead 29 for the safe retention of coke material K slipping out of the transport path 4 into the inlet region 14.
- a gas-permeable closure is provided in the transport path 4 from the oxidation unit, here indicated as a lowerable bulkhead 29 for the safe retention of coke material K slipping out of the transport path 4 into the inlet region 14.
- a nozzle unit 7 for introducing and metering gasification agent V1 directly into the reduction unit 6 is provided.
- a nozzle unit 7 for introducing and metering gasification agent V1 directly into the reduction unit 6 is provided.
- FIG. 7 shows a sectional view of a fourth embodiment of the invention analogous to the representation of FIG. 1 .
- This fourth embodiment of the invention provides an alternative to the embodiment according to FIG. 3 is that here now a displacement of the nozzle base 16 no longer substantially parallel to the central axis M, but substantially perpendicular this is done by a Verschiebe shimmere ⁇ b from here about 125 mm.
- An accumulation of impurities S located on the nozzle bottom 16 is effected in the course of the displacement caused by the lifting means 27 or by a substantially in one plane pivoting of the nozzle bottom 16 by an amount under the action of gravity against the influx of gasification agent V to the blocking means 23rd passed into the gas-tight container 26 as now absolutely deepest point of this part of the plant. That already with reference to the figure of FIG. 6 described gas-permeable bulkhead 29 during this process certainly prevents any slipping of coke K out of the transport unit 4 into the inlet region 14.
- a wiper AB indicated only in terms of its position can effectively support removal or stripping of accumulated contaminant S from the nozzle base 16 in the course of the displacement movement.
- FIG. 8a shows an adaptation of the embodiment of FIG. 7
- the nozzle bottom 16 is now part of a cylindrical body 30, which is now rotatably supported in the region A with the connection 15 for gasification agent V in the inlet region 14.
- the gasification agent V flows through the nozzle bottom 16, as already known.
- a curvature of the nozzle plate 16 causes over the preceding embodiments, no significant difference in function and accumulation of impurities S.
- the cylindrical body 30 is now rotated by about 90 °, so fall on the nozzle bottom 16 accumulated impurities S through a through recess 31 and a Pipe section 32 passes into the container 26 arranged below.
- FIGS. 8a shows this cylindrical body 30 with cylindrical continuous and closed recess 31 with the adjoining, continuous pipe section 32 for clarity in three-dimensional View with all hidden edges.
- the sequence of figures of FIGS. 8b to 8e shows a rear view through the cylindrical recess 31 in the direction of the curved nozzle bottom 16, followed by a representation of the first figure 90 ° tilted body 30 in which now the through recess 31 is connected to the inlet portion 14 with a view through the pipe section 32 therethrough , where d denotes a diameter of the through-hole 31 within the cylindrical body 30, which corresponds to a free cylindrical width in the region of the connection 15 and of the inlet region 14, with a side view in FIG FIG. 8d ..
- This width d is in the described system about 115 mm, but it is to be adapted in the expert dimensions to a respective size of plant. See the side-by-side side view of the cylindrical body 30. In a final sketch, see FIG. 8e a plan view corresponding to the rear view of the curved nozzle bottom 16 is shown.
- FIG. 9 builds on the of FIG. 3 and takes into account the possibility of isolating the coke entry, as in FIG. 6 indicated.
- the ramp 25 is moved up to the discharge of impurities S approximately at the height of the transport path for the entry of coke K up.
- the nozzle base 16 is integrated into a one-piece structural unit, here as an obliquely opposite to a central axis plane, for example, welded.
- the structural unit is designed as a hollow cylindrical section 33 in the cylindrical inlet region 14 displaceable.
- the cylindrical section 33 further comprises a slide 34 as a closure for the supply of biomass K and a further slide 35 as a closure of solids discharge to the ramp 26 out.
- an opening 36 is provided as a hole in the cylindrical portion 33. Through this opening 36 is in the course of a displacement of the section 33 by an amount .DELTA.h access to the ramp 26 for removal of contaminant S from the nozzle plate 16 is opened, wherein at the same time each supply of biomass K is interrupted by the slide 34 as a closure. Thus, in principle, no biomass K reach the ramp 26 via the inlet region 14, or mix with impurities S in any conceivable manner.
- the lateral sectional view of the cylindrical portion 33 of FIG. 10a illustrates how a switchover is effected by appropriate design of the slide 34, 35 and arrangement of the opening 36 in the direction of displacement, see also FIG. 10b in a 90 ° rotated side view.
- a travel .DELTA.h the nozzle plate 16 is reduced and thus the overall design has been shortened.
- only one drive is used for closing a supply of biomass K together with a displacement of the nozzle plate 16.
- connection around the inlet region 14 can be modified in a manner which is obvious to a person skilled in the art in order to be able to meet in particular space requirements. Also, for example, with regard to the embodiment according to FIG. 5 be considered that, shifting the branch with the ramp 25, the two containers are merged into a container, which is then also operated via only one closure means operable.
Landscapes
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austragen von Störstoffen aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere einen Schwebebettvergaser bzw. Schwebebettreaktor.
- Aus der
DE 10 2007 012 452 A1 ist 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 zu einer Art von Koks eine möglichst vollständige Vergasung des erzeugten Koks zusammen mit einem Pyrolysegas in einem Schwebebettreaktor in ein sog. Produktgas erfolgt. Ein derartiger 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. - In einem grundsätzlich anzustrebenden Langzeitbetrieb derartiger Anlagen hat sich als Problem herausgestellt, dass sich im Schwebebettreaktor im Zuge der Schwebebettvergasung Störstoffe in Form beispielsweise von Steinen, Sandkörnern, Schlacken, Nägeln, sonstigen Metallteilen o.ä. ansammeln. Diese Störstoffe werden über das kohlenstoffhaltige Eingangs-Material in der Regel unbemerkt zugeführt, da sie z.B. in mechanisch zerkleinerten bzw. geschredderten Baumteilen von organischem Material teilweise umschlossen oder eingeschlossen sind. Ansammlungen von Störstoffen der vorstehend beispielhaft genannten Arten können die Effizienz der Anlage verringern und auf Dauer durch Verklumpung bzw. Agglomeration sogar zu Betriebsstörungen führen, insbesondere zu Verstopfungen oder mechanischen Beschädigungen innerhalb des Schwebebettreaktors.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen zuverlässigen und sicheren Langzeitbetrieb eines Schwebebettreaktors zu schaffen, die eine wesentlich geminderte Anfälligkeit gegenüber in kohlenstoffhaltige Eingangs-Material enthaltenen Störstoffen aufweisen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale eines Verfahrens gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
- Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass Störstoffe auf Dauer bzw. bei fortschreitender Umsetzung oder Vergasung des Koks-Anteils immer eine höhere Dichte als ein in dem Schwebebettreaktor umzusetzender Koks aufweisen. Damit kann eine Vorrichtung in angepasster Art und Weise zum Einsatz kommen, die als Schwerkraft- oder Windsichter insbesondere aus Getreidemühlen her bekannt ist, auch wenn dort die Spreu auszutragen und möglichst nur ein Mehlkörper eines Getreides einer weiteren Verarbeitung zuzuführen ist. Es wurde also als entscheidend erkannt, dass eine möglichst als Festbett ausgebildete Schicht innerhalb des Vergasungsreaktors von einem Einlassbereich abgehoben ist, also im vollen Sinn des Wortes wirklich auf der Gasströmung "schwebt", wie es bei der Schwebebettvergasung gemäß der Offenbarung der
DE 10 2007 012 452 A1 der Fall ist. Demnach zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch aus, dass verkohlte Biomasse im Zustrom des Vergasungsmittels als Festbett in dem Schwebebettreaktor in der Schwebe gehalten und unterhalb dieses Schwebebetts Störstoffe im Wesentlichen gegen einen Zustrom von Vergasungsmittel in einen Raum hinein absinken oder in sonstiger Weise insbesondere durch Gasströmungen bewegt werden, der zum Sammeln der Störstoffe verwendet wird und dementsprechend ausgebildet ist. Störstoffe können erfindungsgemäß damit im Wesentlichen kontinuierlich entfernt werden, ohne dass eine produzierte Gasmenge, deren Qualität oder ein Gesamtwirkungsgrad einer Anlage negativ beeinflusst werden. - Bei anderen bekannten Verfahren, wie z.B. in der
DE 10 2009 047 445 A1 oder derWO 2010046222 A2 offenbart, wird umzusetzendes, vorbereitetes Bio-Material von unten her bzw. an einem niedrigsten Punkt bei einem Vergasungsreaktor mit einer mechanischen Vorrichtung an der Stelle nachgeschoben, an der sich Störstoffe absetzen und ansammeln könnten. Bei derartigen Verfahren ist eine selektive Entfernung von Störstoffen in einer hier beschriebenen Art und Weise damit prinzipiell nicht möglich. - Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Demnach wird das Vergasungsmittel durch einen Düsenboden hindurch in einen Einlassbereich unterhalb der Reduktionseinheit eingeleitet und trägt von dort Koks zur Reduktionseinheit ein. Vorteilhafter Weise ist ein Abführen von Störstoffen aus einem Einlassbereich kontinuierlich in dem Sinne durchgeführt, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen wird. Demnach wird der vorstehend genannte Raum zum Ansammeln und auch zum Abführen angesammelter Störstoffe verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Düsenboden zwischen mindestens zwei Positionen unter Verwendung eines Hubmittels bewegt, um gesammelte Störstoffe gezielt abzuführen, insbesondere unter Verwendung einer Rampe in druckdichte und absperrbare Behälter hinein.
- Vorzugsweise wird bei zur gezielten Abführung gesammelter Störstoffe abgesenktem oder verschobenem Düsenboden ein Zustrom des Vergasungsmittels in den Einlassbereich weitgehend abgestellt und ein Festbett in dem Schwebebettreaktor dann durch ein über eine Düseneinheit in die Reduktionseinheit eingebrachtes Vergasungsmittel in der Schwebe gehalten.
- Eine Vorrichtung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass verkohlte Biomasse im Zustrom des Vergasungsmittels als Festbett innerhalb des Schwebebettreaktors der Schwebe gehalten angeordnet ist und unterhalb des Festbetts ein Raum zum Sammeln von Störstoffen vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist zur Entfernung von Störstoffen aus einem Einlassbereich heraus angrenzend ein gasdichtes Behältnis bzw. ein Behälter unterhalb des Schwebebettreaktors vorgesehen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter gegenüber dem Einlassbereich durch eine Prallplatte abgetrennt, die nur eine Öffnung für den Eintritt von Störstoffen von dem Einlassbereich und insbesondere von einem Düsenboden her in den Behälter ermöglicht. Vorzugsweise ist hinter der Prallplatte ein Öffnungsschlitz angeordnet, der zum Abführen angesammelter Störstoffe über eine Rampe in einen insbesondere separat absperrbaren Behälter hinein ausgebildet ist.
- In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist an den Einlassbereich angrenzend ein von Vergasungsmittel durchströmbarer Düsenboden vorgesehen, der insbesondere zur gezielten Abförderung angesammelter Störstoffe zwischen zwei Positionen durch ein Hubmittel oder eine sonstiges Antriebsmittel beweglich und insbesondere absenk-, schwenk- und/oder drehbar oder in sonstiger Weise verschiebbar ausgebildet ist.
- Vorteilhafter Weise ist ein Düsenboden derart mit Schiebern und einem Antriebsmittel verbunden, dass im Zuge einer Verschiebung des Düsenbodens zugleich eine Zufuhr von Biomasse abgeschlossen und mindestens eine Abführung für Störstoffe geöffnet wird. Vorzugsweise wird einstückige bauliche Einheit gebildet aus einem Düsenboden, einem Schieber als Verschluss einer Biomassen-Zufuhr sowie einem Verschluss Feststoff-Abfuhr zu einer Rampe hin durch einen weiteren Schieber sowie eine dazu in Verschieberichtung zum Umschalten angeordnet Öffnung bzw. einem Loch zum wahlweisen Öffnen einer Feststoff-Abfuhr zu der Rampe hin. Aus dieser Anordnung ergeben sind ein geminderter Verfahrweg Δh dieser Einheit verglichen mit einem Düsenboden allein. Zudem wird nur ein Antrieb benötigt. Zudem ergibt sich eine insgesamt verkürzte Bauform der Anordnung in diesem Bereich. In einer Weiterbildung der Erfindung der an den Einlassbereich angrenzende Düsenboden im Anschluss für das Vergasungsmittel einseitig geneigt ausgebildet. Auf dieses Merkmal aufbauend ist der Düsenboden zum Abführen gesammelter Störstoffe in einer Ausführungsform der Erfindung gleichsam einer Rutsche schräg gestellt, wobei die Rutsche in einer zweiten Stellung des Düsenbodens im Wesentlichen mit einer Rampe fluchtet, die mit einem Sammelbehälter verbunden ist.
- Es wird weiter bevorzugt, dass mindestens einer der vorstehend genannten Behälter Füllstandsmesser oder ein Fenster zur optischen Inspektion aufweist und demnach eine Füllung mindestens eines der Behälter sensorisch überwacht wird.
- Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einer bekannten Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- Figur 1:
- eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Reduktionseinheit gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
- Figur 2:
- eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Prallplatte gemäß dem Ausführungsbeispiel von
Figur 1 ; - Figur 3:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 4:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer Kombination einer leicht abgewandelten ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 5:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 6:
- eine Schnittdarstellung einer Reduktionseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung als Variante der zweiten Ausführungsform analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figur 7:
- eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung von
Figur 1 ; - Figuren 8a bis 8e:
- eine dreidimensionale Ansicht einer zum Abführen angesammelter Störstoffe drehbaren Düsenplatte und weitere Ansichten,
- Figur 9:
- eine Variante des Ausführungsbeispiels von
Figur 3 in einer Schnittdarstellung sowie - Figur 10a und 10b:
- eine Schnittdarstellung einer seitlichen Ansicht sowie eine um 90° gedrehte Ansicht der Einheit aus Düsenboden und Schiebern des Ausführungsbeispiels von
Figur 10 und - Figur 11:
- eine Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Schwebebett-Vergasung von Biomasse.
- Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet.
- Die Skizze von
Figur 11 zeigt eine aus derDE 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 im Zusammenhang dargestellt von der Zuführung einer i.d.R. durch Zerkleinerung und Aussonderung von Fremdstoffen vorbereiteten 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, die hier zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V mit einer Düseneinheit 7 versehen ist. - Wie durch die gestrichelte Linie in
Figur 11 angedeutet wird nachfolgend nur noch auf die Reduktionseinheit 6 als Schwebebettreaktor eingegangen werden, zumal eine Schwebebett-Vergasung von Biomasse bei Zuführung entsprechend aufbereiteter Biomasse auch in einem einstufigen Verfahren durchführbar sein kann. So könnte einer Verwertung insbesondere getrockneter Klärschlämme aufgrund deren Zusammensetzung aus überwiegend kohlenstoffhaltigem Material auch ohne Vorschaltung einer Pyrolyseeinheit 2 umgesetzt werden. Gleiches gilt grundsätzlich auch für eine erfindungsgemäße Verwertung von extern hergestellter Kohle oder Koks. Es ist also für den Betrieb eines Schwebebettreaktors nicht zwingend erforderlich, dass eine zugeführte Biomasse bereits weitgehend verkohlt ist, wenngleich nachfolgend nur noch von einer Zuführung von Koks K die Rede sein wird. Die Eingangs beschriebenen Probleme einer Ansammlung von Störstoffen würden auch hier in jedem Fall auftreten. - Ohne weitere Unterscheidung in ein-, zwei- oder mehrstufige Verfahren werden nachfolgend die Vorgänge innerhalb der Reduktionseinheit 6 beschrieben: Die Reduktionseinheit 6 umfasst hier an die Düseneinheit 7 zur Zuführung von Vergasungsmittel V 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 Festbett-Schwebeschicht 12 ist in
Figur 11 angedeutet. Dieser Füllstand wird mit einem Abstandssensor 13 zur Füllhöhenmessung der Schwebeschicht 12 aus Koksstückchen überwacht. - Wie alle bekannten Vergasungssysteme, insbesondere Festbettvergasungssysteme im Gegenstrom- oder Gleichstrom-Betrieb, benötigt auch eine Vorrichtung gemäß
Figur 11 grundsätzlich ein störstofffreies Inputmaterial, also sehr kohlenstoffhaltiges und schon so weit als möglich verkohlte Biomasse ohne Beimischung von Störstoffen S. Das bedeutet aber, dass die der Vorrichtung 1 zugeführte Biomasse B zuvor mittels Abscheidern von Metall und sonstigen Gegenständen befreit werden muss und nach Möglichkeit auch noch gesiebt werden sollte, um andere durch einen Abscheider nicht entfernbare Störstoffe, wie z.B. Sand oder Steine, von der Biomasse zu separieren. Andernfalls gelangen derartige, nicht in Produktgas umwandelbare Störstoffe in die Reduktionseinheit 6 hinein. Dort sammeln sich die Störstoffe S zumindest im Zuge eines Langzeitbetriebes einer derartigen Anlage immer weiter an und führen über Effizienzminderungen schließlich zwangsläufig zu einer störungsbedingten Betriebsunterbrechung der gesamten Vorrichtung 1. - Die Schwebeschicht 12 baut sich nach einem Anfahren der vorstehend beschrieben Vorrichtung 1 in dem Reaktor 12 recht schnell auf, wodurch die Gesamtanlage 1 dann in einem grundsätzlich stabilen Produktionsmodus arbeitet. In der Pyrolyseeinheit 2 wird Biomasse B zu einem Koksmaterial K verkohlter. Beispielsweise über einen Schneckenförderer erfolgt dann eine geregelte Zuführung dieses Koksmaterials K, das unter Einwirkung von gasförmigem Vergasungsmittel V über einen Einlassbereich 14 in die Reduktionseinheit 6 eingetragen wird. Dabei befinden sich ein Eintrag von Koksmaterial K in die Reduktionseinheit 6 und die Umsetzung von Koksmaterial K in der Schwebeschicht 12 in einem Gleichgewicht.
- Aufgrund der besonderen Betriebsweise bei dem in
Figur 11 dargestellten Schwebebettverfahren ist das Festbett 12 von der Zuführung der Koksstückchen aus dem Pyrolysereaktor 2 innerhalb des sich kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitts 8 der Reduktionseinheit 6 von dem Einlassbereich 14 abgehoben. Hierdurch bildet sich unterhalb von dem Festbett 12 eine Zone aus, in welcher sich Störstoffe oder Schlacke, welche nicht von der nach oben gerichteten Strömung mitgenommen werden, gegen die Strömungsrichtung am niedrigsten Punkt der Reduktionseinheit 6 ansammeln. In vorgeschalteten Prozessstufen, wie der anfänglichen Beschickung der Vorrichtung 1 mit Biomaterial B oder der Pyrolyse in der Pyrolyseeinheit 2, haben die Störstoffe noch keine prozessrelevanten Nachteile gezeigt oder sie sind insbesondere in Form von Schlacken noch gar nicht vorhanden gewesen. Nun kommt es in dem Einlassbereich 14 und damit an dem niedrigst gelegenen bzw. tiefsten Punkt der Reduktionseinheit 6 zu einer fortschreitenden Ansammlung von Störstoffen S. Dem kann auf Dauer auch nicht dadurch ausreichend effektiv entgegen gewirkt werden, dass im Bereich einer Vorbereitung von in Produktgas umzusetzender Biomasse B oder Koks K zusätzliche Maßnahmen zur Aussonderung von in der Reduktionseinheit 6 zur Störstoffen werdenden Fremdstoffen ergriffen werden. - Nachfolgend werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand weiterer Abbildungen beschrieben, die insbesondere die vorteilhaften Eigenschaften eines vorstehend skizzierten Schwebebett-Verfahrens dazu nutzen, ein Abführen von Störstoffen aus einem Einlassbereich kontinuierlich in dem Sinne durchzuführen, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen werden muss. Dabei ist eine vorstehend z.B. durch eine Verstopfung hervorgerufene Störung innerhalb der Reduktionseinheit 6 so weit als technisch möglich ausgeschlossen. Zugleich werden an eine Vorbereitung einer Biomasse B, die der vorstehend unter Bezug auf die Abbildung von
Figur 11 beschriebenen Gesamtanlage 1 zugeführt wird, keine strengeren Anforderungen gestellt, so dass hier keine Zusatzkosten entstehen. Zudem sind alle nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in bestehenden Anlagen bzw. Schwebeschicht-Reduktionseinheiten 6 nachrüstbar und entsprechende Regel- und Steuerverfahren erweiterbar. - Die Abbildung von
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Reduktionseinheit 6 um einen Einlassbereich 14 herum gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Einlassbereich 14 ist hier gegenüber der Darstellung vonFigur 11 dahingehend modifiziert worden, dass Vergasungsmittel V statt durch eine ringförmige Düseneinheit 7 hier nun das Vergasungsmittel V über einen Anschluss 15 an dem Einlassbereich 14 parallel zu einer Mittelachse M der Reduktionseinheit 6 und entgegen der Schwerkraft eingeströmt wird. - Im Wesentlichen senkrecht zu dem Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V ist an dem Einlassbereich 14 die Transporteinheit 4 angeordnet, über die neues Koksmaterial K zugeführt wird. Hierzu wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Spiral- bzw. Schneckenförderer zur bedarfsgerechten Dosierung zuzuführender in vorangehenden Abschnitten einer Gesamtanlage gemäß
Figur 11 zu Koks verkohlter Biomasse K verwendet. Von der Transporteinheit 4 kommend wird der Koks K im Einlassbereich 14 im Zustrom des Vergasungsmittels V im Wesentlichen senkrecht und entgegen der Schwerkraft in die Reduktionseinheit 6 eingetragen. In dem sich ungefähr kegelstumpfförmig weitenden ersten Abschnitt 8 der Reduktionseinheit 6 werden die Kokspartikel als Festbett 12 in der Schwebe gehalten und fortschreitend in Produktgas P umgewandelt. Innerhalb des Reaktors 6 schweben die eingetragenen Kokspartikel K also auf der Strömung des Vergasungsmittels V und sind damit von dem Einlassbereich 14 als Schwebeschicht 12 abgehoben. Unterhalb dieses Schwebebetts 12 entsteht dadurch ein weitgehend freier Raum, in dem sich zu Koks verkohlte Biomasse-Partikel K und Störstoffe frei im Auftrieb des einströmenden Vergasungsmittels V gegen die entgegengerichtet wirkende Gewichtskraft bewegen können. Auf Dauer bzw. bei fortschreitender Umsetzung oder Vergasung des Koks-Anteils weisen Störstoffe S immer eine höhere Dichte als ein in dem Schwebebettreaktor 6 umzusetzender Koks K auf. Damit sinken mit der Zeit alle in den Schwebebettreaktor 6 eingetragenen Störstoffe S gegen den Gasstrom V in einem niedrigsten Punkt ab. Damit verlassen die Störstoffe S gemäß der Anordnung vonFigur 1 die Reduktionseinheit 6 wieder und treten wieder in den Einlassbereich 14 ein, wo sie von einem Düsenboden 16 an einem weiteren Absinken gehindert werden. Vom Düsenboden 16 wandern die sich ansammelnden Störstoffe S dann mit der Zeit in einen im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung des Gasstroms V verlaufenden Behälter 17 als Raum zum Ansammeln von Störstoffen S hinein. - Eine effektive Entfernung von Störstoffen S aus dem Einlassbereich 14 heraus erfolgt angrenzend in ein als gasdichtes Behältnis bzw. einen Behälter 17 ausgebildeten Raum hinein, wodurch grundsätzlich auf die Verwendung von einer Schleuse, welche immer eine potentielle Schwachstelle in einer Vorrichtung darstellt, verzichtet werden kann. Die Größe des Behältnisses 17 wird so gewählt, dass eine Entleerung i.d.R. nur alle 100 Betriebsstunden erfolgen sollte, insbesondere im Zuge einer Inspektion der Gesamtanlage, was selbstverständlich abhängig ist von der Menge der in einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsprodukt enthaltenen Störstoffe S.
- Um auch ein Ansammeln von Koks K im Behälter 17 so weit als möglich zu unterbinden, ist der Behälter 17 gegenüber dem Einlassbereich 14 durch eine Prallplatte 18 abgetrennt, die nur eine Öffnung 19 für den Eintritt von Störstoffen S von dem Einlassbereich 14 und insbesondere von dem vom Düsenboden 16 her in den Behälter 17 ermöglicht.
- Der Behälter 17 ist in dem Ausführungsbeispiel von
Figur 1 jenseits einer angedeuteten Flanschverbindung erweitert und mehrteilig aufgebaut. Durch die Prallplatte 18 ist der Behälter 17 gegenüber dem Einlassbereich 14 bis auf eine gegenüber einer anschließenden Rohrkontur ungefähr radial verlaufende Öffnung 19 abgetrennt, hinter der sich Störstoffe S ansammeln.Figur 2 zeigt die Prallplatte 18 in perspektivischer Ansicht als Ausschnitt des Zylindermantels des Einlassbereichs 14 unter Andeutung der sich in Einbaulage ergebenden Öffnung 19, die mondsichelförmig sein kann. Ferner ist hier ein in einer Einbaulage hinter der Prallplatte 18 angeordneter Öffnungsschlitz 20 einer Höhe b von ca. 20 mm zu erkennen, der zum Abführen angesammelter Störstoffe S über eine unter einem Winkel α von ca. 30° bis etwa 45° geneigten Rampe 21 in einen absperrbaren Behälter 22 hinein dient, sieheFigur 1 . Diese gesamte Behälteranordnung ist druckdicht ausgeführt. Sie ist auch druckdicht mit dem Einlassbereich 14 verbunden. Durch Öffnen eines hier in Form eines Kugelhahns ausgeführten Absperrmittels 23 kann der Behälter 22 mit angesammelten Störstoffen S gefüllt werden. Nach Verschließen des Kugelhahns 23 kann der Behälter entnommen oder durch Öffnen entleert und wieder druckdicht angeschlossen werden. So können sehr große Mengen an Störstoffen S aufgenommen und/oder die beschriebene Anlage über eine sehr lange Zeitspanne in einem Dauerbetrieb gefahren werden, ohne dass Störung aufgrund von Ansammlungen von Störstoffen S antreten könnten. -
Figur 3 stellt einen Ausschnitt einer Reduktionseinheit 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt analog der Darstellung vonFigur 1 dar. Das grundsätzliche Funktionsprinzip bleibt das gleiche, lediglich Art, Ort und Abtransport angelagerter Störstoffe S sind hier für eine diskontinuierliche Entnahme angesammelter Störstoffe S geändert worden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der an den Einlassbereich 14 angrenzende Düsenboden 16 im Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V einseitig um einen Winkel β von ca. 10° bis etwa 45° geneigt ausgebildet, wird aber weiterhin senkrecht von unten her von Vergasungsmittel V durchströmt. In einer dem Einlassbereich 14 entgegen gesetzter Richtung verzweigt sich der Anschluss 15 und führt über eine Rampe 25 in einen Behälter 26. Auch diese Anordnung ist wiederum druckdicht ausgeführt. Wie inFigur 3 angedeutet, so kann der Düsenboden 16 zwischen der beschriebenen Stellung und mindestens einer zweiten Stellung durch ein Hubmittel 27 um eine Höhe Δh von hier etwa 30 cm verfahren werden. In der zweiten Stellung fluchtet der Düsenboden 16 mit der Rampe 25 derart, dass auf dem Düsenboden 16 angesammelte Störstoffe S über die Rampe 25 in den Behälter 26 rutschen. Analog des Ausführungsbeispiels vonFigur 1 ist hier ein Kugelhahn 28 vorgesehen, so dass der Behälter 26 zum Entleeren auch geöffnet oder abgenommen werden könnte. Gemein ist beiden Ausführungsbeispielen aber, dass ein Abführen von Störstoffen S aus dem Einlassbereich heraus kontinuierlich in dem Sinne durchgeführt wird, dass keine Unterbrechung eines laufenden Betriebs der Gesamtvorrichtung vorgenommen werden muss. Demnach wird der vorstehend genannte Raum 17, 26 zum Ansammeln und auch zum Abführen angesammelter Störstoffe S verwendet. - Ein wesentlicher Vorteil dieses zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel liegt aber darin, dass hier eine gesamte Querschnittsweite des nach oben gerichteten Reaktors nach unten geöffnet wird und somit auch Störstoffe in Form größerer Stücke entfernt werden können, und das aufgrund der druckdichten Ausführung sogar während des laufenden Betriebs der Gesamtanlage. Hierzu ist der Düsenboden 16 so ausgeführt, dass dieser in der vertikalen Position verändert werden kann, ohne dass dabei die Zuführung von Vergasungsmittel V unterbrochen werden muss. Durch eine schräge Anordnung des Düsenbodens 16 kann ein "Abfließen" angesammelter Störstoffe S in den gasdichten Behälter 26 bei heruntergefahrenem Düsenboden 16 rein unter Einwirkung der Schwerkraft erleichtert werden.
-
Figur 4 zeigt als Schnittdarstellung eine Anordnung gemäß einer Kombination einer leicht abgewandelten ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellungen derFiguren 1 und3 . Es hat sich in Versuchen unter Verwendung einer Kombination Störstoff-Sammler gemäß des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt, dass sich bei der Variante vonFigur 3 , wenn vergleichsweise "große" Störstoffe S entfernt werden, hinter einer Innenkontur bzw. der Prallplatte 18 Störstoff in Form von Asche ansammelt, wie der Fachmann sie für gewöhnlich nur von Verbrennungsprozessen kennt. Ein fortlaufender Entzug auch derartiger Asche-Anteile mindert jedoch auch die Möglichkeit zur Bildung größerer Störkörper durch Agglomeration innerhalb der beschriebenen Vorrichtung zusätzlich. - Dementsprechend ist eine Anordnung gemäß
Figur 5 als im Wesentlichen reine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung analog der Darstellung vonFigur 1 dazu besonders geeignet, in einem unterbrechungsfreien Langzeitbetrieb sowohl ascheartige Störstoffe S, als auch vergleichsweise "große" Störstoffe S in jeweils größerer Menge abzusondern und aus der Vorrichtung zu entfernen, ohne dass dazu eine Betriebsunterbrechung notwendig wäre. - Eine Kontrolle entsprechender Inspektionsöffnungen bzw. Fenster an den Behältern 17, 22, 26 kann in den Ablauf einer Routineinspektion mit aufgenommen werden. Nach einem hier nicht weiter im Detail dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Füllung des Behälters 17 und/oder 22 und/oder 26 sensorisch überwacht. Bei Erreichen einer bestimmten Füllgrenze wird dann automatisch eine entsprechende Meldung an einen Anlagenbetreiber übermittelt.
- Abschließend zeigt
Figur 6 eine Schnittdarstellung des Ausschnitts um die Reduktionseinheit 12 gemäß des Ausführungsbeispiels vonFigur 4 als Variante mit Merkmalen, die auf alle vorstehenden Ausführungsbeispiele in angepasster Weise anwendbar sind: - Als erste Maßnahme ist in der Transportstrecke 4 von der Oxidationseinheit her ein gasdurchlässiger Verschluss vorgesehen, hier als absenkbares Schott 29 zur sicheren Zurückhaltung nachrutschenden Koksmaterial K aus der Transportstrecke 4 in den Einlassbereich 14 angedeutet. Durch ein Schließen dieses Schotts 29 kann jenseits einer weitestgehenden Beendigung einer Zufuhr neuen Koksmaterials K durch Stoppen, zurückziehen und/oder Umkehrförderung eines Schneckenförderers in der Transportstrecke 4 jede weitere Zufuhr neuen Koksmaterials K in den Einlassbereich 14 der Reduktionseinheit 6 hinein sicher ausgeschlossen werden. Damit ist auch sichergestellt, dass kein schweres und/oder großes Koksstück mehr sich im Bereich des Düsenbodens 16 befinden kann, wenn angesammelte Störstoffe S durch Verfahren des Düsenbodens 16 abgefördert werden sollen.
- Weiter ist zusätzlich zu der Einblasung von Vergasungsmittel V über den Anschluss 15 an dem Einlassbereich 14 noch eine Düseneinheit 7 zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V1 direkt in die Reduktionseinheit 6 vorgesehen. Damit kann insbesondere im Fall einer Abführung angesammelter Störstoffe S mit abgesenktem oder verschobenem Düsenboden 16 zumindest ein Betrieb des Schwebebettreaktors 6 selber und eine damit verbundene Produktion von Produktgas P unterbrechungsfrei selbst dann aufrecht erhalten werden, wenn die Einblasung von Vergasungsmittel V über den Anschluss 15 in den Schwebebettreaktor 6 vorübergehend unterbrochen ist oder weitgehend abgestellt wird. Eine für eine weitgehend konstante Qualität und Menge an Produktgas P ausreichende Menge von Vergasungsmittel wird dann als Vergasungsmittel V1 eingebracht.
- Die Abbildung von
Figur 7 zeigt eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung analog der Darstellung vonFigur 1 . Diese vierte Ausführungsform der Erfindung stellt dahingehend eine Alternative zu der Ausführungsform gemäßFigur 3 dar, dass hier nun eine Verschiebung des Düsenbodens 16 nicht länger im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse M, sondern im Wesentlichen senkrecht dazu um eine Verschiebeweite Δb von hier ca. 125 mm erfolgt. Eine auf dem Düsenboden 16 befindliche Ansammlung von Störstoffen S wird im Zuge der durch das Hubmittel 27 bewirkten Verschiebung oder durch eine im Wesentlichen in einer Ebene verlaufende Verschwenkung des Düsenbodens 16 um einen Betrag unter Einwirkung der Schwerkraft gegen den Zustrom von Vergasungsmittel V an dem Absperrmittel 23 vorbei in den gasdichten Behälter 26 als nun absolut tiefsten Punkt dieses Anlagenteils befördert. Das bereits unter Bezugnahme auf die Abbildung vonFigur 6 beschriebene gasdurchlässige Schott 29 verhindert während dieses Vorgangs sicher jedes Nachrutschen von Koks K aus der Transporteinheit 4 in den Einlassbereich 14 hinein. Ein nur hinsichtlich seiner Lage angedeuteter Abstreifer AB kann ein Entfernen bzw. Abstreifen von angesammeltem Störstoff S von dem Düsenboden 16 im Zuge der Verschiebebewegung wirkungsvoll unterstützen. Zur Ausbildung eines Abstreifers AB kann bereits eine entsprechend ausgebildete Kante des Außengehäuses ausreichen, zumal eine Schrägstellung des Düsenbodens 16 nicht zwingend erforderlich ist. Mit einer Verschiebung des Düsenbodens 16 wird damit Störstoff S durch den Abstreifer AB in einfacher Weise entfernt. - Schließlich zeigt die Abbildung von
Figur 8a eine weitere Variante, die eine Anpassung des Ausführungsbeispiels vonFigur 7 im Wesentlichen nur in dem Strich-punktierten Bereich A erforderlich macht: Innerhalb des Anpassungsbereichs A ist der Düsenboden 16 nun Teil eines zylindrischen Körpers 30, der in dem Bereich A mit dem Anschluss 15 für Vergasungsmittel V in den Einlassbereich 14 hin nun drehbar gelagert ist. In einer Stellung durchströmt das Vergasungsmittel V den Düsenboden 16, wie bereits bekannt. Eine Krümmung des Düsenbodens 16 bewirkt gegenüber den vorangehenden Ausführungsbeispielen keinen wesentlichen Unterschied hinsichtlich Funktion und Ansammlung von Störstoffen S. Wird der zylindrische Körper 30 nun aber um etwa 90° gedreht, so fallen auf dem Düsenboden 16 angesammelte Störstoffe S durch eine durchgehende Ausnehmung 31 und einen Rohrabschnitt 32 hindurch in den unterhalb angeordneten Behälter 26 hinein.Figur 8a zeigt diesen zylindrischen Körper 30 mit zylindrisch durchgehender und geschlossener Ausnehmung 31 mit dem daran anschließenden, durchgehenden Rohrabschnitt 32 der Übersicht halber in dreidimensionaler Ansicht mit allen verdeckten Kanten. Die Figurenfolge vonFigur 8b bis 8e zeigt eine Rückansicht durch die zylindrische Ausnehmung 31 in Richtung des gekrümmten Düsenbodens 16, gefolgt von einer Darstellung des gegenüber der ersten Abbildung um 90° gekippten Körpers 30 in der nun die durchgehende Ausnehmung 31 mit dem Einlassbereich 14 verbunden ist mit Blick durch den Rohrabschnitt 32 hindurch, wobei d einen Durchmesser der durchgehenden Ausnehmung 31 innerhalb des zylindrischen Körpers 30 bezeichnet, die einer freien zylindrischen Weite im Bereich des Anschlusses 15 sowie des Einlassbereichs 14 entspricht mit Seitenansicht inFigur 8d .. Diese Weite d beträgt bei der beschriebenen Anlage ca. 115 mm, sie ist aber in dem Fachmann ersichtlichem Maße an eine jeweilige Anlagengröße anzupassen. Siehe hierzu die nebengeordnete Seitenansicht des zylindrischen Körpers 30. In einer letzten Skizze ist gemäßFigur 8e eine der Rückansicht korrespondierende Draufsicht auf den gekrümmten Düsenboden 16 dargestellt. - Das Ausführungsbeispiel von
Figur 9 baut auf dem vonFigur 3 auf und berücksichtigt die Möglichkeit einer Absperrung des Kokseintrags, wie inFigur 6 angedeutet. Dabei wird die Rampe 25 zum Abführen von Störstoff S ungefähr auf Hohe der Transportstrecke für den Eintrag von Koks K hinauf verlegt. Zugleich wird der Düsenboden 16 in eine einstückige bauliche Einheit integriert, hier als schräg gegenüber einer Mittelachse stehende Ebene z.B. eingeschweißt. Die bauliche Einheit ist insgesamt als hohlzylindrischer Abschnitt 33 in dem zylindrischen Einlassbereich 14 verschieblich ausgebildet. Der zylindrische Abschnitt 33 umfasst dabei weiter einen Schieber 34 als Verschluss für die Zufuhr von Biomasse K sowie einen weiteren Schieber 35 als Verschluss der Feststoff-Abfuhr zu der Rampe 26 hin. In Verschieberichtung oberhalb des Düsenbodens 16 und unterhalb des Schiebers 35 ist eine Öffnung 36 als Loch in dem zylindrischen Abschnitt 33 vorgesehen. Durch diese Öffnung 36 wird im Zuge einer Verschiebung des Abschnitts 33 um einen Betrag Δh ein Zugang zur Rampe 26 zur Abfuhr von Störstoff S von der Düsenplatte 16 geöffnet, wobei zugleich durch den Schieber 34 als Verschluss jede Zufuhr von Biomasse K unterbrochen wird. Damit kann grundsätzlich keine Biomasse K über den Einlassbereich 14 zur Rampe 26 hin gelangen, oder sich in sonstig denkbarer Weise mit Störstoff S vermengen. - Die seitliche Schnittdarstellung des zylindrischen Abschnitts 33 von
Figur 10a verdeutlicht, wie durch entsprechende Ausgestaltung der Schieber 34, 35 und Anordnung der Öffnung 36 in Verschieberichtung ein Umschalten bewirkt wird, siehe hierzu auchFigur 10b in einer um 90° gedrehten Seitenansicht. Gegenüber den Ausführungsbeispielen derFiguren 3 -6 ist ein Verfahrweg Δh der Düsenplatte 16 gemindert und damit auch die Bauform insgesamt verkürzt worden. Zudem wird auch zum Verschließen einer Zufuhr von Biomasse K zusammen mit einer Verschiebung der Düsenplatte 16 nur ein Antrieb verwendet. - Die Orientierung der Anschlüsse um den Einlassbereich 14 herum ist in einer dem Fachmann selbstverständlichen Art und Weise abwandelbar, um insbesondere Platzerfordernissen gerecht werden zu können. Auch könnte z.B. mit Blick auf das Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 5 in Erwägung gezogen werden, dass unter Verlagerung der Abzweigung mit der Rampe 25 die beiden Behälter zu einem Behälter zusammengelegt, der dann auch über nur ein Verschlussmittel bedienbar ausgeführt wird. -
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Pyrolyseeinheit
- 3
- Gasdüsen
- 4
- Oxidationseinheit mit Transportstrecke / Transporteinheit
- 5
- Düseneinheit
- 6
- Reduktionseinheit / Schwebebettreaktor
- 7
- Düseneinheit zur Einbringung und Dosierung von Vergasungsmittel V in die Reduktionseinheit 6
- 8
- sich ungefähr kegelstumpfförmig weitender erster Abschnitt der Reduktionseinheit 6
- 9
- Zylinderabschnitt der Reduktionseinheit 6
- 10
- sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 10 der Reduktionseinheit 6
- 11
- Auslass der Reduktionseinheit 6
- 12
- Festbett / Schüttung aus Koks-Stückchen in Form einer Schwebeschicht
- 13
- Abstandssensor / Füllhöhen-Messung
- 14
- Einlassbereich in die Reduktionseinheit 6
- 15
- Anschluss für das Vergasungsmittel V am Einlassbereich 14
- 16
- Düsenboden
- 17
- Behältnis / Behälter / Raum zum Ansammeln von Störstoffen S
- 18
- Prallplatte
- 19
- ungefähr radial verlaufende Öffnung der Prallplatte 18
- 20
- Öffnungsschlitz
- 21
- Rampe
- 22
- absperrbarer Behälter
- 23
- Absperrmittel / Kugelhahn
- 24
- -
- 25
- Rampe
- 26
- Behälter
- 27
- Hubmittel
- 28
- -
- 29
- gasdurchlässiges Schott
- 30
- zylindrischer Körper
- 31
- durchgehende Ausnehmung
- 32
- Rohrstück, an die durchgehende Ausnehmung 31 anschließend
- 33
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 34
- Schieber als Verschluss für die Zufuhr von Biomasse K
- 35
- Schieber als Verschluss der Feststoff-Abfuhr zur Rampe 26 hin
- 36
- Öffnung
- A
- Anpassungsbereich am Anschluss 15 für das Vergasungsmittel V
- B
- Biomasse
- M
- Mittelachse
- K
- Kokspartikel
- P
- Produktgas
- S
- Störstoff
- T-
- innere Kante an einem Gehäuse als Abstreifer für Düsenboden 16
- V
- Vergasungsmittel
- V1
- zusätzliches Vergasungsmittel
- b
- Höhe des Öffnungsschlitzes 20
- Δh
- Hubhöhe des Hubmittels 27
- Δb
- Verschiebeweite
- AB
- Abstreifer
- d
- Durchmesser durchgehende Ausnehmung 31 im zylindr. Körper 30
- α
- Neigungswinkel der Rampe 21, 25
- β
- Neigungswinkel des Düsenbodens 16
Claims (15)
- Verfahren zum Austragen von Störstoffen (S) aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere einen Schwebebettreaktor (6), bei dem Biomasse und/oder Koks (K) im Zustrom eines gasförmigen Vergasungsmittels (V) in ein Produktgas (P) umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Biomasse und/oder Koks (K) im Zustrom des Vergasungsmittels (V) als Festbett (12) in dem Schwebebettreaktor (6) in der Schwebe gehalten und
unterhalb des Schwebebetts (12) Störstoffe (S) im Wesentlichen gegen einen Zustrom von Vergasungsmittel (V) in einen Raum (16) hinein absinken oder bewegt werden, der zum Sammeln der Störstoffe (S) verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel (V) durch einen Düsenboden (16) hindurch in einen Einlassbereich (14) unterhalb der Reduktionseinheit (6) eingeleitet wird und von dort den Koks (K) zur Reduktionseinheit (6) einträgt.
- Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) zwischen mindestens zwei Positionen unter Verwendung eines Hubmittels (27) oder eines sonstigen Antriebsmittels bewegt wird, um gesammelte Störstoffe (S) gezielt abzuführen, insbesondere unter Verwendung einer Rampe (21, 25) in druckdichte und absperrbare Behälter (22, 26) hinein.
- Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei zur gezielten Abführung gesammelter Störstoffe (S) abgesenktem, gedrehtem oder verschobenem Düsenboden (16) ein Zustrom des Vergasungsmittels (V) weitgehend abgestellt und ein Festbett (12) in dem Schwebebettreaktor (6) durch ein über eine Düseneinheit (7) in die Reduktionseinheit (6) eingebrachtes Vergasungsmittel (V1) in der Schwebe gehalten wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllung mindestens eines der Behälter (17, 22, 26) sensorisch überwacht wird.
- Vorrichtung zum Austragen von Störstoffen aus einem Vergaser für kohlenstoffhaltiges Material, die insbesondere zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche besonders ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die verkohlte Biomasse (K) im Zustrom des Vergasungsmittels (V) als Festbett (12) innerhalb des Schwebebettreaktors (6) der Schwebe gehalten angeordnet ist und
unterhalb des Festbetts (12) ein Raum (17) zum Sammeln von Störstoffen (S) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung von Störstoffen (S) aus einem Einlassbereich (14) heraus angrenzend ein gasdichtes Behältnis bzw. einen Behälter (17) vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (17) gegenüber dem Einlassbereich (14) durch eine Prallplatte (18) abgetrennt ist, die nur eine Öffnung (19) für den Eintritt von Störstoffen (S) von dem Einlassbereich (14) und insbesondere von einem Düsenboden (16) her in den Raum bzw. den Behälter (17) ermöglicht.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Prallplatte (18) ein Öffnungsschlitz (20) angeordnet ist, der zum Abführen angesammelter Störstoffe (S) über eine Rampe (21) in einen insbesondere separat absperrbaren Behälter (22) hinein ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einlassbereich (14) angrenzend ein von Vergasungsmittel (V) durchströmbarer Düsenboden (16) vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) zwischen zwei Positionen beweglich, verschiebbar, absenkbar und/oder drehbar ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) Teil eines drehbaren zylindrischen Körpers (30) ist, der insbesondere in einer zweiten Position eine durchgehende Ausnehmung (31) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 6-12, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Einlassbereich (14) angrenzende Düsenboden (16) im Anschluss (15) für das Vergasungsmittel (V) mindestens einseitig um einen Winkel (β) geneigt ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenboden (16) zum Abführen gesammelter Störstoffe (S) gleichsam einer Rutsche schräg gestellt ist, wobei Rutsche die in einer zweiten Stellung des Düsenbodens (16) im Wesentlichen mit unter einem Winkel (α) stehenden einer Rampe (25) fluchtet, und die Rampe (25) insbesondere mit einem Sammelbehälter (26) verbunden ist.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 6-14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Behälter (17, 22, 26) einen Füllstandsmesser zur insbesondere sensorischen Füllstandsüberwachung oder ein Fenster zur optischen Inspektion aufweist.
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