WO1999055803A1 - Waste to energy method for producing electricity, water and/or hydrogen and/or methanol from biomass and/or organic waste - Google Patents
Waste to energy method for producing electricity, water and/or hydrogen and/or methanol from biomass and/or organic waste Download PDFInfo
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Definitions
- Waste to Energy Process for the generation of electricity, water and / or hydrogen and / or methanol from biomass and / or organic waste
- the invention relates to a plant and a method for recycling biomass and / or organic waste, according to the preamble of claim 1 and claim 21.
- the invention has for its object to provide a plant for recycling biomass and / or organic waste, with which it is possible to reduce the volume of non-recyclable residues as much as possible.
- the advantage here is that biomass and / or organic waste, which previously could only be processed with great technical effort, can be easily recycled, which also allows the volume of residual waste to be reduced to such an extent that it can be landfilled the landfills available to a limited extent can be better exploited.
- this also makes it possible to protect the environment because it can reduce the number of landfills required or it is no longer necessary to create landfills to the extent that is currently customary.
- it is advantageously possible to prefabricate the system or the various modules to a large extent, so that the assembly effort on site can be kept low, and it is also possible to simplify maintenance work or repair times shorten.
- an embodiment according to claim 2 is also advantageous, according to which it is possible with simple means to separate the raw fuel gas produced in the gasification of the raw materials into high-purity hydrogen and a so-called lean gas, so that this lean gas can be used, for example, in thermal utilization in the system can and for which hydrogen no additional purification is required
- An embodiment according to claim 3 is advantageous since the hydrogen contained in the raw fuel gas can easily diffuse through such metal alloys, and on the other hand the filter made of these metal alloys is largely insensitive to, for example, oxidative influences
- an embodiment according to claim 5 is also advantageous, according to which the reformer module is designed as a fluidized bed reactor, since this enables thorough mixing of the raw materials with the oxidizing agent, and the efficiency of the system 1 can be increased
- an embodiment according to claim 7 is also advantageous, according to which the heat removed with the raw fuel gas can be recovered from the reformer module and made available to the process again. This advantageously makes it possible to save on primary fuel gases, such as natural gas
- a steam generator module for evaporation of the oxidizing agent according to claim 8 can advantageously lead to a saving of primary fuels, since it is thus possible to gasify the oxidizing agent already outside the reformer module, for example by the waste heat from the reformer module Increasing the efficiency of the system can be achieved, but it is also possible to keep the temperature fluctuations in the reformer module, which may arise from the introduction of a liquid oxidizing agent, to a minimum
- an embodiment according to claim 9 is also advantageous, since dust particles entrained in the raw gas are simply separated from the reformer module and can thus be fed back to the gasification process in the event of incomplete implementation. In addition, this makes it possible to protect downstream system parts against possible incrustation or to operate them in a gentle manner.
- an oxidation module By arranging an oxidation module according to claim 10 it can be achieved that the carbon monoxide formed due to the prevailing reaction conditions, in particular the carbon contained therein, can be further oxidized, and it is thus possible to increase the yield of hydrogen.
- an energy generation module By arranging an energy generation module according to claim 11, it is also advantageously possible to generate electrical energy in an environmentally friendly manner, since especially when hydrogen is used as raw material for the energy generation module, predominantly chemically pure water is generated. However, this also makes it possible, on the one hand, to produce and make available the oxidizing agent for the process itself, and on the other hand to use any excess, for example as drinking water.
- raw materials of different compositions can be used in an advantageous manner, and it is possible, for example, to integrate the plant into an overall concept for waste recycling, since this means that non-gasifiable raw material parts, such as metals, sorted out and possible recycling, e.g. a melting process can be supplied.
- training according to claim 19 is also advantageous, since it makes it possible to compensate for seasonal fluctuations in the quantity of raw materials, and thus, for example, continuous operation of the energy generation module is possible.
- the object of the invention is also achieved by a method according to claim 21.
- the advantage of such a procedure is that by setting a partial pressure difference it is possible to control the output of the production of hydrogen and / or methanol and thus to compensate for any fluctuations in the operation of the system.
- Fig. 1 is a schematic flow diagram of a plant according to the invention
- FIG. 2 shows a simplified flow diagram of an embodiment variant of a system according to the invention
- FIG. 1 shows the flow diagram of a system 1 according to the invention.
- This system 1 is used primarily for the production of hydrogen, water and electrical energy, but of course other products such as carbon monoxide and hydrogen-containing gases such as synthesis gas, methanol, generator gas, water gas, hydrogen sulfide, sulfur, gypsum, heat or the like can be generated become.
- Raw materials 2 are fed to a reformer module 3 in order to produce the desired products.
- Mixed or unmixed biomass such as e.g. Various annual or multi-year plant varieties, but also waste of any kind, such as plastic waste, waste from organic material or the like, are used. As described in detail below, it may be necessary to subject the waste to separate processing beforehand. Of course, all raw materials can be mixed together.
- so-called hazardous waste can also be processed with it. So it is e.g. possible to load the reformer module 3 with hospital waste, which would otherwise have to be disposed of in a landfill.
- radioactive materials such as, for example, radioactive wood or the like, can be processed in the system 1 according to the invention in such a way that the volume of residual waste to be landfilled can be significantly reduced and thus landfill
- the reformer module 3 is preferably designed as a fluidized bed reactor 4 and is intended to enable partial gasification and partial oxidation of the raw material 2.
- the raw materials 2 can be introduced into the reformer module 3 via suitable conveying means known from the prior art, such as, for example, screw conveyors, belt conveyors or the like, and can be subjected to an oxidative treatment under pressure and at elevated temperature.
- the temperature can be in the range between 500 ° C and 1000 ° C, preferably 600 ° C and 850 ° C.
- Water vapor can be used as the oxidizing agent, so that essentially the carbon is partially oxidized to carbon monoxide and hydrogen can additionally be formed.
- the content of carbon monoxide in the resulting raw fuel gas 5 is dependent on the selected pressure and temperature and in particular the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide can be predetermined within certain limits, taking into account the Boudard equilibrium.
- the reaction is chosen so that the fuel raw gas 5 contains a high proportion of carbon monoxide, since this can also be used for hydrogen production in a later process step.
- fluidized bed reactor 4 instead of the fluidized bed reactor 4, it is possible to use other types of reactors known from the prior art, such as are known, for example, from Koppers-Totzk gasification or Lurgi pressure gasification. Fixed-bed reactors can of course also be used, or it is also possible to use a plurality of reformer modules 3 in combination, in particular in parallel.
- the reformer module 3 is designed as a fluidized bed reactor 4, it is possible to use the steam required to establish the reaction as a fluidization medium.
- the reformer module 3 is assigned at least one heat generating device 6, which can be designed as a so-called pulse burner or tube burner.
- the heat generating device 6 can be designed as a so-called pulse burner or tube burner.
- other types of burners such as surface burners, as the heat generating device 6, or it is possible to heat or preheat the raw materials 2 by means of electrical energy, for this purpose, for example, infrared burners, to which a particularly ceramic radiation element can be assigned , to use.
- infrared burners to which a particularly ceramic radiation element can be assigned
- the preferred design of the heat generating device 6 as a pulse burner or tube burner can solve the problems which arise due to the introduction of the required heat into the reformer module 3, in particular a steam reformer. If the reformer module is designed as a fluidized bed reactor 4, its size is limited by the laws of fluidization of the fluidized bed, and thus also the area that is possibly available for heat generation or transfer. In addition to the use of pulse burners or tube burners, there is of course
- - 5 also the possibility of preheating the raw materials 2 accordingly or of designing the fluidized bed reactor 4 such that a plurality of communicating fluidized beds are available, a first fluidized bed being able to be used as a heating part and a second as an endothermic part (the reactions taking place in the reformer module 3 are essentially endothermic).
- this can consist of a combustion chamber and a subsequent resonance tube, the combustion not taking place stationary, but rather a pulsation being established.
- the frequency of the pulses is determined by the length of the resonance tube and can preferably correspond to just a quarter of the wavelength of the vibration to be formed.
- the physical effect can be achieved with advantage that the heat transfer in the resonance tube can increase by a factor of 4 to 5 compared to a stationary heating at the same average temperature, and thus the required heating surface in the pulse burner can be reduced to a level that the integration of Heating surface in the fluidized bed of the reformer module 3 allows.
- a pulse burner or tube burner can produce a sound emission, which advantageously has a comparative effect in the reformer and supports a cross-exchange of solids and gases in the fluidized bed. It is also possible to avoid slagging of the fluidized bed.
- a heat generating device 6 may be assigned several pulse burners.
- the expelled and partially oxidized raw fuel gas 5 is preferably drawn off in the upper region of the reformer module 3 and fed to a dedusting module 7.
- This dedusting module 7 can, for example, as a mass separator, such as. B. as a cyclone, as a dust settling chamber, as a cloth filter, as an electrostatic precipitator or as a wet separator, such as. B. as a Venturi washer.
- a mass separator such as. B. as a cyclone
- a dust settling chamber such as a cloth filter
- electrostatic precipitator such as. B. as a Venturi washer.
- wet separator such as. B. as a Venturi washer.
- the dedusting module 7 it is of course also possible for the dedusting module 7 to have its own dust discharge, and the dust components of the raw fuel gas which are separated off in this way can be fed to an aftertreatment.
- This oxidation module 8 can be designed, for example, as a shift reactor 9 corresponding to the prior art, and is used primarily for the oxidation of the carbon monoxide carried in the raw fuel gas 5. An efficiency which can be in the range between 0.8 and 0.95 is preferably achieved. Water vapor can again be used as the oxidizing agent, so that hydrogen is formed in addition to carbon dioxide and the overall yield of hydrogen can thus be increased. Of course, it is also possible that other oxidizing agents are used to oxidize the carbon in the carbon monoxide.
- the system is not primarily aimed at generating hydrogen or electrical energy, either to feed this raw fuel gas 5 directly to a combustion, or to refurbish it so that essentially synthesis gas as the end product for a number of possible chemical processes, such as eg the synthesis of methanol is available.
- the raw fuel gas 5 When leaving the oxidation module 8, the raw fuel gas 5 preferably contains between 50% by volume and 70% by volume, in particular 60% by volume, of hydrogen.
- This grass cleaning module 10 can comprise a filter 11, in particular a metal membrane filter, which preferably consists of an alloy of Pd-Cu, Pd-Ag or the like and forms palladium as the main alloy component.
- this filter 11 should be designed in such a way that it is possible that only hydrogen can diffuse through this filter 11 and thus a separation or separation of the hydrogen from the raw fuel gas 5 is possible.
- the filter 11 is designed as a metal membrane filter, it is also possible to supply the resulting lean gas, which still contains combustible constituents, such as methane, in particular to the reformer module 3, in particular the heat generating device 6, which saves primary fuel, in particular natural gas or can be replaced.
- the filter 11 can be designed, for example, as a plate filter, tube filter or the like, it being possible in particular to combine a plurality of tubes into a tube bundle and thus to keep the dimensions of the gas cleaning module 10 small.
- the filter 11, in particular the metal membrane filter, is preferably operated at an elevated temperature, since this allows the diffusion rate to be increased. Heating of the filter 11 can be achieved on the one hand by the raw fuel gas 5 itself, since it carries with it a thermal energy content originating from the reformer module 3, on the other hand it is of course possible to separately heat the gas cleaning module 10, in particular the filter 11, this heating can be electrical or with combustible gases or it is possible to use radiant heat for heating.
- the resulting separated hydrogen can subsequently be fed to an energy generation module 12 or a storage module 13.
- a partial stream of hydrogen is used for energy generation and the rest is either stored or fed to an end user.
- suitable conveyors such. B. pipelines, chemical production plants, such as ammonia producers, the z. B. to work according to the Haber-Bosch process or to integrate a methano production or the like integrated in the WTE system.
- the plant 1 according to the invention can also be part of petroleum refineries in order to have the necessary hydrogen for cracking the crude oil immediately and in sufficient quantity. Since the possible uses of hydrogen in the chemical industry are innumerable, the examples given should not be understood as limiting.
- the power generation module 12 can preferably comprise at least one fuel cell for power generation
- Fuel cells 14, hydrogen and oxygen, which can be used either in pure form or in the form of air, are recombined to form water.
- the recombination takes place on catalytically active electrodes, thereby reversing the electrolysis of water
- the energy in the form of direct current is preferably used.
- Electrodes based on PEM technology polyme electrolyte membrane are preferably used.
- the water formed in the reaction of the hydrogen with the oxygen is usually chemically pure and can be used as drinking water or the water formed can the process, in particular the reformer module 3 or the oxidation module 8, are supplied, whereby on the one hand the additional amount of water required can be reduced, and on the other hand the amount of auxiliaries, for example desalination chemicals for the supplied primary water, can be reduced and the environment can thus be protected
- the electrodes of the fuel cell 14 should preferably be designed so that they have a pore structure, which allow the contact of the three phases, ie the fuel gas, the electrolyte and the electrode or the catalyst, for example due to the action of capillary forces, on the other hand, however, an overflow of the Electrolytes in one of the combustion spaces can be prevented
- the hydrogen gives off the electrons to the anode under oxidation and the oxygen takes up these electrons at the cathode, so that in addition to the electrical current generated by the flowing electrons, water is also generated - direct current is generated assigned to the energy generation module 12, preferably an inverter 15, so that, for example, the resulting electricity can be fed into an energy supply network Based on the high calorific value of hydrogen, around 40-70% of the thermal energy of hydrogen can be converted into electrical energy.
- the system 1 can also have at least one steam generator module 16 for generating and overheating the steam for the reformer module 3, a further gas cleaning module 10 for separating dust and acidic components of the flue gas, a water treatment module 17, a recooling module 18, various control and / or control devices 19 as well as various safety devices.
- the water of reaction for the reformer module 3 which is preferably conducted in countercurrent, can be heated to such an extent that it can be introduced into the reformer module 3 as a vaporous oxidizing agent.
- the air required for the combustion can be preheated, as a result of which valuable primary energy, in particular natural gas, can be saved, which is used by the heat generating device 6 to start up the plant 1 and / or to maintain the reaction in addition to the lean gas contained in the system 1 is generated and separated via the gas cleaning module 10, is supplied.
- the ash which is discharged from the reformer module 3 via various suitable conveying devices is used discontinuously or continuously to heat the oxidation water.
- a heat exchanger 20 can also be present in the area of the ash discharge.
- Oxidation water can additionally be preheated via a heat exchanger 20, which is preferably arranged between the dedusting module 7 and the oxidation module 8.
- a heat exchanger 20 can be arranged between the gas cleaning module and the energy generation module, if this is necessary. This can achieve 12, for example when this / 0 2 and H 2 with an advantage of protection of the power generation module - fuel cell is performed. With the heat dissipated in this heat exchanger 20, it is possible to preheat water which arises from the oxidation in an energy generation module 12 and in turn feed it to the reformer module 3 and / or the oxidation module 8.
- a heat exchanger 20 is arranged in this raw fuel gas stream, as shown in dashed lines in Fig. 1. With the help of this heat exchanger 20, water, which is required for the operation of the system 1, can also be preheated.
- Gas purification module 12 can also regulate the throughput and thus the utilization of the power generation module 12 in a simple manner, and it is thus possible to remove any overproduction.
- the heat exchangers 20 are preferably designed so that they are made of materials which have a high heat transfer coefficient, e.g. Copper, aluminum, copper alloys or the like. Are corrosive media, such as. B. carried hydrogen sulfide, of course, various heat exchanger parts can be made of corrosion-resistant materials, or they can have corrosion-resistant coatings.
- the heat exchangers 20 preferably operate according to the countercurrent principle, but all other possible flow profiles, such as, for example, crossflow, crossflow, direct current or the like, are also possible.
- At least one medium preferably flows through the heat exchanger 20 with a turbulent flow, ie that the Reynold 's number, which is used to distinguish between laminar and turbulent flow can be used, greater than 2320, preferably greater than 10 4 .
- a turbulent flow ie that the Reynold 's number, which is used to distinguish between laminar and turbulent flow can be used, greater than 2320, preferably greater than 10 4 .
- the heat exchanger 20 which is arranged in the area of the ash discharge, as a recooling module 18, which enables the ash to be deposited directly.
- the discharged ash can, of course, also be used for fertilizing purposes, particularly if 2 biomass from agricultural areas is used as raw material, and it is possible to feed the discharged ash to a bag filling device downstream of the heat exchanger 20 or the ash for bulk customers by means of, for example, trucks or to transport railway wagons.
- conveying devices 22 such as pumps, compressors, blowers or the like, can of course be arranged at suitable points in order to maintain optimal operation of the system 1.
- Such conveying devices 22 can be arranged, for example, in the primary air stream or in the various oxidant streams, as is indicated in FIG. 1.
- conveyor devices 22 can be connected to the control and / or regulating device 19 via lines 23, so that, for example, a delivery volume of various process media that is dependent on the respective production quantity can be automatically regulated.
- Flow meters or the like can be connected, with the help of which, or with the values detected by these sensors and sensors, the automatic regulation and control of the system 1 according to the invention is possible.
- Such sensors and sensors can be arranged, for example, in the reforming module 3, in the oxidation module 8 or in the areas of the heat exchangers 20, or else in the area of the energy generation module 12. This makes it possible to control the temperature in the reformer module 3, which is necessary, for example, for the optimal reaction, in particular the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide generated. On the other hand, it is possible in this way that the flow rate through the heat exchanger 20 is matched to the optimum operating temperature for the system 1 with the aid of temperature sensors.
- the raw fuel gas 5 and the oxidizing agent as well as the combustion air or the fuel gas for the heat generating device 6 preferably pipes of any cross-section and diameter, which are in particular fluid-tight, are used.
- pipes of any cross-section and diameter which are in particular fluid-tight
- raw materials which consist of biomass can preferably be used for raw materials which consist of biomass, it is in particular also possible in the embodiment variant of FIG. 2 for these raw materials 2, as mentioned at the beginning, also secondary raw materials, such as, for. B. plastic waste or the like, or is it possible to also radioactively contaminated biomass or gasifiable biomass, which z. B. comes from so-called C weapons, to be recycled.
- secondary raw materials such as, for. B. plastic waste or the like, or is it possible to also radioactively contaminated biomass or gasifiable biomass, which z. B. comes from so-called C weapons, to be recycled.
- a sorting device 24 in front of the reformer module 3, for example. This can be used, for example, for sorting out metallic components from the raw material 2 and can be designed as a magnetic separator or the like.
- the raw material 2 For non-magnetic components it may be necessary that the raw material 2 must be re-sorted manually. In order to avoid contamination of the staff with various pathogens,
- a sterilization module 25 can be arranged before or after the sorting device 24.
- This sterilization module can be formed in part from an electron accelerator, an irradiation device for ⁇ quanta or a device for gassing the raw material 2 with, for example, ethylene oxide.
- the sterilization module 25 can comprise various conveying means such as conveyor belts, various continuous conveyors or the like to increase the degree of automation of the system 1.
- the sterilization module 25 can in particular also be connected to the control and regulating device 19, so that automatic operation of the sterilization module 25 is possible, and on the other hand it is possible to monitor the treatment room of the sterilization module with, for example, a video camera, so that the operating personnel can access the Usually only necessary for maintenance work.
- light guides can also be used as transmission media for electrical signals.
- the sorting device 24 can further comprise various comminution devices, such as shredders, mills or the like, so that comminution of the raw material 2 to the desired particle size is possible.
- Comminution devices of this type are advantageously used if the reformer module 3 is designed as a fluidized bed reactor 4, since a certain particle size of the raw material 2 is advantageous for maintaining the fluidized bed.
- the sorting device 24 is also assigned various screening devices for sorting according to particle sizes and fractions.
- the sorting device 24 can be appropriate funding for raw materials, such. B. include a belt conveyor, a chain conveyor or the like.
- the individual parts of the sorting device 24 can of course also be arranged at a suitable other location within the system 1, if this is expedient.
- the raw materials 2 pretreated in this way can be fed to the reformer module 3.
- the raw materials 2 can have a different composition, it is possible that these raw materials 2 have sulfur components, e.g. organically bound sulfur.
- the reformer module e.g. organically bound sulfur.
- a raw fuel gas 5 is formed which, in addition to the desired proportions, in particular hydrogen and carbon monoxide, also contains undesirable constituents, such as hydrogen sulfide.
- undesirable constituents such as hydrogen sulfide.
- a desulfurization module 26 can be used to remove the hydrogen sulfide from the raw fuel gas 5 be arranged. This desulfurization module 26 can be arranged between the energy generation module 12 and the reformer module 3, in particular between the oxidation module 8 and a heat exchanger 20, which may be connected upstream thereof.
- the desulfurization module 26 For desulfurization, it is possible, for example, for the desulfurization module 26 to work according to the Claus method, after which the hydrogen sulfide is incompletely burned in a combustion chamber with the supply of air, and sulfur dioxide and water vapor are formed in the process.
- the resulting combustion temperature is approximately 1400 ° C., this heat can be used in a possibly downstream waste heat boiler to generate steam, which can be supplied to the reformer module 3.
- the desulfurization module 26 is arranged directly after the reformer module 3, in order to keep the conveyance paths for the raw fuel gas 5 between the desulfurization module 26 and the reformer module 3 as short as possible, in order to cool down the raw fuel gas 5 to avoid.
- the water produced in this process can of course be fed to the reformer module 3 or the oxidation module 8.
- the sulfur dioxide formed can subsequently be fed to a contact container assigned to the desulfurization module 26 by reducing it to pure sulfur by hydrogen sulfide, the temperature of the reaction gases increasing again, and this temperature increase being able to be partially recovered via a heat exchanger 20 which may be arranged.
- the resulting sulfur can be discharged from the desulfurization module 26 and used, for example, to generate sulfuric acid.
- the desulfurization module 26 As, for example, adsorption columns, these adsorption columns, for example, with activated carbon, molecular sieves or the like can be filled. However, it should be ensured that no adsorbents are used as filler material for such adsorption columns, which reduce the content of hydrogen or carbon monoxide in the raw fuel gas 5.
- lime is used to remove S or H 2 S from the raw fuel gas 5, e.g. B. as a solution in
- the flue gases before they leave the system 1 via the chimney 21 for example with the Ferrox process, which uses a suspension of iron (III) hydroxide in dilute soda solution, or after the Thylox Processes in which a sodium thioarsenate solution is used as the oxidation cleaner, which can be regenerated by oxidation with air, are desulfurized.
- raw materials 2 of different compositions can be used in the embodiment variant of system 1 according to FIG. 2, it may be necessary to feed the flue gases, which leave system 1 via chimney 21, to separate cleaning in order to impair the environment to keep it as low as possible.
- a cleaning module 27 is arranged between the second steam generator module 16 and the chimney 21 according to FIG. 1, which cleaning module may consist, for example, of two absorption columns.
- One absorption column can be used as a washing tower for acidic constituents and the second absorption column can be used as a washing tower for basic constituents in the flue gas, so that such constituents can be removed from the flue gas.
- Such washers can be operated batchwise or continuously, and it is possible to use the absorbent in liquid or solid form.
- Wash towers can also be used, in which the absorbent is distributed over several floors, through which the flue gases are passed.
- One possible training is, for example, a bubble tray column.
- so-called spray towers can of course also be used.
- washing towers of the cleaning module 27 are operated at elevated pressure, so that the acidic and / or basic constituents contained in the flue gas are chemically and / or physically bound, it is possible that the absorbent can be regenerated with a subsequent relaxation.
- system 1 can include additional storage modules 13 for water, electrical energy, primary fuels, secondary fuels and raw materials 2.
- the raw materials 2 are after any necessary pretreatment, such as. B. one
- Raw material components the reformer module 3 fed.
- the raw materials 2 it is possible for the raw materials 2 to be supplied preheated from the reformer module 3.
- the raw materials 2 can then be brought to the required reaction temperature in the reformer module 3 with a heat generating device 6, and a pressure required for carrying out the reaction can be set in the reformer module 3.
- Natural gas, lean gas from the recycling process, mixtures thereof or the like can be fed into the heat generating device 6.
- Water vapor can be fed into the reformer module 3 as an oxidizing agent at one or more points, this water vapor preferably being generated with heat derived from the recycling process. For this purpose, it is possible to heat the oxidation water with the aid of a number of heat exchangers 20 or steam generation modules 16.
- the raw fuel gas 5 escaping from the reformer module which contains partially oxidized carbon and hydrogen as main components, and possibly methane, CO 2 , or the like as secondary components, is fed to a dedusting module 7 for the separation of possibly carried dust particles.
- the solid particles separated off for example with a cyclone, can be fed to the reformer module 3 again.
- the raw fuel gas 5 leaving the dedusting module 7 is preferably passed through a heat exchanger 20 in countercurrent, with this heat exchanger 20 in turn being able to preheat water of oxidation.
- the raw fuel gas 5 can subsequently be fed to an oxidation module 8, for example a shift reactor 9, in which the carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide with the aid of water as the oxidizing agent, and in turn hydrogen is formed in the process.
- the efficiency of this reaction is preferably in the range between 0.8 to 0.95.
- the raw fuel gas 5 removed from the oxidation module 8 is fed to a gas cleaning module 10.
- the hydrogen is preferably separated off with the aid of a metal membrane filter which is only permeable to hydrogen atoms.
- the rate of dissociation through this metal membrane filter which can be tubular, for example, and in particular also
- tubes can be assembled to form a filter unit, or which can also have any other configuration, such as plate-shaped, depends on the partial pressure difference of hydrogen before and after the filter 11, and can thus be controlled or regulated via this partial pressure difference become.
- the lean gas generated during this gas cleaning which still contains combustible components such as methane, residual amounts of carbon monoxide or the like, is preferably fed to the heat generating device 6 for recycling.
- the hydrogen gas removed from the gas cleaning module 10 can subsequently be cooled via a heat exchanger 20, which in turn can be used to heat oxidation water, to the extent that either storage in various storage products 13 and / or its use in the energy generation module 12 becomes possible.
- the hydrogen is oxidized to water.
- Oxygen serves as the oxidizing agent, which can either be used as pure oxygen or as air.
- a so-called PEM electrolyte polymer electrolyte membrane
- the gases flowing along the electrodes are oxidized (hydrogen) or reduced (oxygen) and an electrical current flow is possible due to the electron transfer taking place, so that the energy generated or converted - chemical energy is converted into electrical energy - to an end user or a corresponding storage medium, such as an accumulator.
- the direct current generated in the fuel cell can be converted into alternating current using an inverter 15.
- the hydrogen produced is not, or not wholly, emitted, but is, for example, either fed directly to an end user, such as the chemical industry, for example via pipeline, or that this hydrogen is stored in corresponding storage modules 13 for the further consumption can be stored temporarily.
- These memory modules 13 can of course also be used as buffers for seasonal capacity fluctuations in the system 1.
- the raw materials 2 can be subjected to sterilization in suitable packaging, such as cardboard boxes, containers or the like. This makes handling in the task area easier. It also proves to be an advantage if the packaging consists of a gasifiable material, so that unpacking is not necessary and the raw materials 2 with their packaging can be fed to the reformer module 3 after any size reduction.
- Recyclable containers for example made of metal, can also be used as collection containers, in particular for household waste, which enables the establishment of a regional collection network. Under certain circumstances, these collection containers can be subjected to sterilization, which can reduce the risk of possible transmission of germs.
- the resulting waste heat can of course also be used for preheating the various raw materials.
- the electrical current required for the operation of the linear accelerator is preferably branched off from the plant 1's own production.
- the packaging can also be provided with moisture-blocking layers, e.g. PE films must be lined.
- the raw materials 2 are pelletized in a pelletizing system before they are used in the reformer module 3, whereby the storage or the raw material handling can be facilitated.
- the system 1 according to the invention can of course also be used to connect petrol stations for vehicles operated with fuel cells.
- FIGS. 1; 2 shown versions of the
Abstract
The invention relates to a system for recycling biomass and/or organic waste, characterized in that it contains a reformer module which is connected to at least one heat generating device for heating a raw material and/or an oxidizing agent with at least one device for supplying a primary combustible and/or a secondary combustible, at least one respective device for supplying the at least partially gasifiable raw material and one oxidizing agent e.g. water vapour or the like, and at least one device for recovering a combustible crude gas and/or an off gas and/or a solid e.g. ashes or the like, in addition to a gas purification module (10) that has a filter (11), especially a metal membrane.
Description
Waste to Energy Verfahren zur Erzeugung von Strom, Wasser- und/oder Wasserstoff und/oder Methanol aus Biomasse und/oder organischen Abfällen.Waste to Energy Process for the generation of electricity, water and / or hydrogen and / or methanol from biomass and / or organic waste.
Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zur Verwertung von Biomasse und/oder organischen Abfällen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. Anspruches 21.The invention relates to a plant and a method for recycling biomass and / or organic waste, according to the preamble of claim 1 and claim 21.
In der modernen Gesellschaft stellt die elektrische Energie unter anderem einen wichtigen Produktionsfaktor dar. Um diese zu erzeugen, werden heute üblicherweise Verfahren angewandt, die mit einer beträchtlichen Umweltschädigung verbunden sind, wie beispielsweise die Kohlenverstromung bzw. die Erzeugung von elektrischem Strom in Kernkraftwerken. Zum Unterschied dazu ist ein Ausbau von umweltfreundlichen Erzeugungsverfahren, wie beispielsweise der Wasserkraft, nur mehr in beschränktem Ausmaß möglich, bzw. sind alternative Verfahren wie etwa Sonnenkraft, Windkraft etc. im wesentlichen noch in der Pilotierungsphase bzw. sind diese Verfahren nicht überall einsetzbar.In modern society, electrical energy is, among other things, an important production factor. In order to generate this, methods are usually used today that are associated with considerable environmental damage, such as coal-based electricity generation or the generation of electrical current in nuclear power plants. In contrast to this, the expansion of environmentally friendly generation processes, such as hydropower, is only possible to a limited extent, or alternative processes such as solar power, wind power etc. are still essentially in the pilot phase or these processes cannot be used everywhere.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Verwertung von Biomasse und/oder organischen Abfällen zu schaffen, mit der es möglich ist, das Volumen an nicht verwertbaren Reststoffen weitestmöglich zu reduzieren.The invention has for its object to provide a plant for recycling biomass and / or organic waste, with which it is possible to reduce the volume of non-recyclable residues as much as possible.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruches 1 gelöst.The object of the invention is achieved by the features in the characterizing part of claim 1.
Von Vorteil ist dabei, daß Biomasse und/oder organische Abfälle, welche bislang nur mit großem technischen Aufwand verarbeitet werden konnten, auf einfache Weise einer sinnvollen Verwertung zugeführt werden können, womit sich auch das Volumen an Restmüll soweit reduzieren läßt, daß bei einer allfälligen Deponierung die in beschränktem Rahmen zur Verfügung stehenden Deponien besser ausgenutzt werden können. Damit ist es aber auch möglich, die Umwelt zu schonen, weil damit die Anzahl der benötigten Deponien verringert werden kann, bzw. es nicht mehr erforderlich ist, Deponien in einem Ausmaß anzulegen, wie es derzeit üblich ist. Zudem ist es mit dem modulartigen Aufbau in vorteilhafter Weise möglich, die Anlage bzw. die diversen Module in einem hohen Ausmaß vorzufertigen, so daß der Montageaufwand vor Ort gering gehalten werden kann, und ist es dadurch auch möglich, Wartungsarbeiten zu erleichtern bzw. Reparaturzeiten zu verkürzen. Außerdem ist es mit einem derartigen Aufbau möglich, bereits sehr kleine Anlagen wirtschaftlich zu betreiben, und weisen derartige Anlagen im allgemeinen aufgrund der weitestgehenden Brennstoffunempfindlichkeit eine hohe Betriebssicherheit auf, insbesondere da die Verschlackungsgefahr gering gehalten werden kann. Mit einer derartigen Anlage ist es weiters auch möglich, eine Wasserstoff und - oder Methanol - Infrastruktur für lokale Bereiche aufzubauen und z.B. aus der Teilvergasung und Oxidation entstandenen Wasserstoff und/oder Methanol zum Beispiel in bereits vorhandene Erdgasnetze einzuleiten und somit für Heizzwecke oder dergleichen zur Verfügung zu stellen. Von Vorteil ist es aber auch, daß aufgrund der geringen Anlagengröße eine Dezentralisierung möglich ist, so daß Förderwege für die erzeugten Produkte verringert werden können. Mit derartigen dezentralen Anlagen kann in der Folge für die Agrarwirtschaft eine zusätzliche Erwerbsmöglichkeit eröffnet
werden, welche besonders in wirtschaftlich schwächeren Gebieten vorteilhaft ist Außerdem können mit diesen Anlagen mit Vorteil alle organischen Materialien, wie zum Beispiel Kunststoffe, ohne Risiko einer eventuellen Dioxin- bzw PCP - Bildung entsorgt werden, da Dioxin und PCP bei derartigen Anlagen üblicherweise gecrackt werden, so daß in der Folge auch auf eine teure Abgasreinigung verzichtet werden kann Eventuell in den Rohstoffen vorhandene Schwermetalle können im Atomgitter der entstehenden Asche eingebunden werden und somit einer sicheren Entsorgung zugeführt werden Andererseits ist es möglich, daß besonders bei Verwendung von Biomasse aus dem Agrarbereich die entstehende Asche als Dunger ausgebracht werden kannThe advantage here is that biomass and / or organic waste, which previously could only be processed with great technical effort, can be easily recycled, which also allows the volume of residual waste to be reduced to such an extent that it can be landfilled the landfills available to a limited extent can be better exploited. However, this also makes it possible to protect the environment because it can reduce the number of landfills required or it is no longer necessary to create landfills to the extent that is currently customary. In addition, with the modular structure, it is advantageously possible to prefabricate the system or the various modules to a large extent, so that the assembly effort on site can be kept low, and it is also possible to simplify maintenance work or repair times shorten. In addition, with such a construction it is possible to operate even very small plants economically, and such plants generally have a high level of operational safety due to the largely insensitivity to fuel, in particular since the risk of slagging can be kept low. With such a system, it is also possible to set up a hydrogen and - or methanol infrastructure for local areas and, for example, to introduce hydrogen and / or methanol resulting from partial gasification and oxidation, for example, into existing natural gas networks and thus available for heating purposes or the like to deliver. However, it is also advantageous that decentralization is possible due to the small size of the plant, so that conveyance routes for the products produced can be reduced. Such decentralized systems can subsequently open up additional opportunities for the agricultural sector to make a living which is particularly advantageous in economically weaker areas In addition, all organic materials, such as plastics, can advantageously be disposed of with these plants without the risk of possible dioxin or PCP formation, since dioxin and PCP are usually cracked in such plants, As a result, expensive exhaust gas cleaning can also be dispensed with. Heavy metals that may be present in the raw materials can be incorporated into the resulting ash in the atomic lattice and thus be disposed of safely. On the other hand, it is possible that, particularly when using biomass from the agricultural sector, the resulting Ash can be spread as fertilizer
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 2, wonach es mit einfachen Mitteln möglich ist, das bei der Vergasung der Rohstoffe entstandene Brennstoffrohgas in hochreinen Wasserstoff und ein sogenanntes Schwachgas aufzutrennen, so daß dieses Schwachgas beispielsweise in der thermischen Verwertung in der Anlage verwendet werden kann und für den Wasserstoff keine zusätzliche Reinigung erforderlich istHowever, an embodiment according to claim 2 is also advantageous, according to which it is possible with simple means to separate the raw fuel gas produced in the gasification of the raw materials into high-purity hydrogen and a so-called lean gas, so that this lean gas can be used, for example, in thermal utilization in the system can and for which hydrogen no additional purification is required
Dabei ist eine Ausbildung nach Anspruch 3 vorteilhaft, da der im Brennstoffrohgas enthaltene Wasserstoff durch derartige Metallegierungen leicht diffundieren kann, und andererseits das Filter aus diesen Metallegierungen weitestgehend unempfindlich vor zum Beispiel oxidativen Einflüssen istAn embodiment according to claim 3 is advantageous since the hydrogen contained in the raw fuel gas can easily diffuse through such metal alloys, and on the other hand the filter made of these metal alloys is largely insensitive to, for example, oxidative influences
Mit einer Ausbildung nach Anspruch 4 kann mit Vorteil erreicht werden, daß die Ausmaße des Gasreinigungmoduls bei hohem Wasserstoffdurchsatz gering gehalten werden könnenWith an embodiment according to claim 4 can be achieved with advantage that the dimensions of the gas cleaning module can be kept low with high hydrogen throughput
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 5, wonach das Reformermodul als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist, da damit eine gute Durchmischung der Rohstoffe mit dem Oxidationmittel erreicht werden kann, und so der Wirkungsgrad der Anlage 1 gesteigert werden kannHowever, an embodiment according to claim 5 is also advantageous, according to which the reformer module is designed as a fluidized bed reactor, since this enables thorough mixing of the raw materials with the oxidizing agent, and the efficiency of the system 1 can be increased
Durch die Verwendung eines Pulsbrenners oder Rohrenbrenners für das Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 6 wird mit Vorteil erreicht, daß die erforderliche Heizflache gering gehalten werden kann und somit die Ausmaße des Reformermoduls auf vorbestimmbare gewünschte Produktionsdurchsatze abgestellt werden könnenBy using a pulse burner or tube burner for the energy generation module according to claim 6, it is advantageously achieved that the required heating area can be kept small and thus the dimensions of the reformer module can be adjusted to predetermined, desired production throughputs
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 7, wonach die mit dem Brennstoffrohgas abgeführte Warme aus dem Reformermodul zurückgewonnen und dem Prozeß erneut zur Verfugung gestellt werden kann Damit ist mit Vorteil eine Einsparung an Pπmarbrenngasen, wie zum Beispiel Erdgas, möglichHowever, an embodiment according to claim 7 is also advantageous, according to which the heat removed with the raw fuel gas can be recovered from the reformer module and made available to the process again. This advantageously makes it possible to save on primary fuel gases, such as natural gas
Die Verwendung eines Dampferzeugermoduls zur Verdampfung des Oxidationsmittels nach Anspruch 8 kann in vorteilhafter Weise zu einer Einsparung an Pπmarbrennstoffen fuhren, da es damit möglich ist, das Oxidationsmittel bereits außerhalb des Reformermoduls zu vergasen, beispielsweise durch die Abwarme aus dem Reformermodul Damit kann aber nicht nur eine Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage erreicht werden, sondern ist es auch möglich, die Temperaturschwankungen im Reformermodul, welche etwa durch das Einbringen eines flussigen Oxidationsmittel entstehen können, gering zu halten
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 9, da damit mit dem Brennstoff rohgas mitgeführte Staubpartikel aus dem Reformermodul einfach abgeschieden und diese bei einer allfälligen unvollständigen Umsetzung somit dem Vergasungsprozeß erneut zugeführt werden können. Zudem ist es dadurch möglich, nachgeschaltete Anlagenteile vor einer eventuellen Verkrustung zu schützen bzw. diese auf schonende Weise zu betreiben.The use of a steam generator module for evaporation of the oxidizing agent according to claim 8 can advantageously lead to a saving of primary fuels, since it is thus possible to gasify the oxidizing agent already outside the reformer module, for example by the waste heat from the reformer module Increasing the efficiency of the system can be achieved, but it is also possible to keep the temperature fluctuations in the reformer module, which may arise from the introduction of a liquid oxidizing agent, to a minimum However, an embodiment according to claim 9 is also advantageous, since dust particles entrained in the raw gas are simply separated from the reformer module and can thus be fed back to the gasification process in the event of incomplete implementation. In addition, this makes it possible to protect downstream system parts against possible incrustation or to operate them in a gentle manner.
Durch die Anordnung eines Oxidationsmoduls nach Anspruch 10 kann erreicht werden, daß das aufgrund der vorherrschenden Reaktionsbedingungen entstehende Kohlenmonoxid, insbesondere der darin enthaltene Kohlenstoff, weiter oxidiert werden kann, und ist es somit möglich, die Ausbeute an Wasserstoff zu erhöhen.By arranging an oxidation module according to claim 10 it can be achieved that the carbon monoxide formed due to the prevailing reaction conditions, in particular the carbon contained therein, can be further oxidized, and it is thus possible to increase the yield of hydrogen.
Durch die Anordnung eines Energieerzeugungsmoduls nach Anspruch 11 ist es auch vorteilhafte Weise möglich, elektrische Energie umweltschonend zu erzeugen, da insbesondere wenn Wasserstoff als Rohstoff für das Energieerzeugungsmodul verwendet wird, vorwiegend chemisch reines Wasser erzeugt wird. Damit ist es aber auch möglich, einerseits das Oxidationsmittel für den Prozeß selbst her- und zur Verfügung zu stellen, andererseits ein etwaiger Überschuß beispielsweise als Trinkwasser Verwendung finden.By arranging an energy generation module according to claim 11, it is also advantageously possible to generate electrical energy in an environmentally friendly manner, since especially when hydrogen is used as raw material for the energy generation module, predominantly chemically pure water is generated. However, this also makes it possible, on the one hand, to produce and make available the oxidizing agent for the process itself, and on the other hand to use any excess, for example as drinking water.
Es ist aber auch eine Ausbildung nach den Ansprüchen 12 und 13 möglich, wonach ein automatischer Dauerbetrieb der Anlage aufrechterhalten werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, den Personalaufwand zur Betreibung derartiger Anlagen gering zu halten.However, training according to claims 12 and 13 is also possible, according to which automatic continuous operation of the system can be maintained. In this way it is possible to keep the personnel expenditure for operating such systems low.
Durch die Anordnung einer Sortiervorrichtung in der Anlage nach den Ansprüchen 14 und 15 können auf vorteilhafte Weise Rohstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden und ist es beispielsweise möglich, die Anlage in ein Gesamtkonzept zur Müllverwertung zu integrieren, da damit nicht vergasungsfähige Rohstoffanteile, wie zum Beispiel Metalle, aussortiert und einer allfälligen Wiederverwertung, z.B. einem Schmelzprozeß, zugeführt werden können.By arranging a sorting device in the plant according to claims 14 and 15, raw materials of different compositions can be used in an advantageous manner, and it is possible, for example, to integrate the plant into an overall concept for waste recycling, since this means that non-gasifiable raw material parts, such as metals, sorted out and possible recycling, e.g. a melting process can be supplied.
Durch eine Weiterbildung, wie sie in Anspruch 16 beschrieben ist, können mit Vorteil auch solche Rohstoffe eingesetzt werden, die im allgemeinen als Sondermüll vorwiegend einer Deponierung zugeführt werden müssen.As a result of a further development, as described in claim 16, it is also advantageously possible to use raw materials which generally have to be disposed of as hazardous waste, predominantly in a landfill.
Durch Weiterbildungen, wie sie in den Ansprüchen 17 und 18 beschrieben sind, ist es auch vorteilhafter Weise möglich, die Emissionswerte der Anlage zu niedrigem Niveau zu halten. Damit ist ein umweltschonendes Betreiben der Anlage möglich.Through further developments, as described in claims 17 and 18, it is also advantageously possible to keep the emission values of the plant at a low level. This enables environmentally friendly operation of the system.
Von Vorteil ist aber auch eine Ausbildung nach Anspruch 19, da es damit möglich ist, saisonal bedingte Schwankungen der Rohstoffquantität auszugleichen, und so ist damit beispielsweise ein kontinuierlicher Betrieb des Energieerzeugungsmoduls möglich.However, training according to claim 19 is also advantageous, since it makes it possible to compensate for seasonal fluctuations in the quantity of raw materials, and thus, for example, continuous operation of the energy generation module is possible.
Durch die Verwendung eines Entschwefelungsmoduls nach Anspruch 20 ist es auf vorteilhafte Weise möglich, schwefelhaltige Rohstoffe einzusetzen, und es kann somit eine korrosive Beanspruchung diverser Anlagenteile durch beispielsweise Schwefelwasserstoff vermindert werden.By using a desulfurization module according to claim 20, it is advantageously possible to use sulfur-containing raw materials, and it can thus reduce the corrosive stress on various parts of the system, for example by hydrogen sulfide.
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Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch ein Verfahren gemäß Anspruch 21 gelöst. Von Vorteil ist bei einer derartigen Verfahrensweise, daß es durch die Einstellung einer Partialdruckdifferenz möglich ist, den Output der Produktion an Wasserstoff und / oder Methanol zu steuern und so eventuelle Schwankungen beim Betrieb der Anlage auszugleichen.- 3rd The object of the invention is also achieved by a method according to claim 21. The advantage of such a procedure is that by setting a partial pressure difference it is possible to control the output of the production of hydrogen and / or methanol and thus to compensate for any fluctuations in the operation of the system.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.For a better understanding, the invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Ein schematisches Fließbild einer erfindungsgemäßen AnlageFig. 1 is a schematic flow diagram of a plant according to the invention
Fig. 2 Ein vereinfachtes Fließschema einer Ausführungsvariante einer erfinduπgsgemäßen Anlage2 shows a simplified flow diagram of an embodiment variant of a system according to the invention
Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilzeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.In the introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component drawings, and the disclosures contained in the entire description can be applied analogously to the same parts with the same reference numerals or the same component names. The location information selected in the description, such as. B. above, below, laterally, etc. related to the figure immediately described and shown and are to be transferred to the new location in a case of a change of position. Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.
In Fig. 1 ist das Fließschema einer erfindungsgemäßen Anlage 1 gezeigt. Diese Anlage 1 dient vor allem zur Erzeugung von Wasserstoff, Wasser und elektrischer Energie, jedoch können damit selbstverständlich andere Produkte, wie beispielsweise kohlenmonoxid- und wasserstoffhältige Gase wie etwa Synthesegas, Methanol, Generatorgas, Wassergas, Schwefelwasserstoff, Schwefel, Gips, Wärme oder dergleichen erzeugt werden.1 shows the flow diagram of a system 1 according to the invention. This system 1 is used primarily for the production of hydrogen, water and electrical energy, but of course other products such as carbon monoxide and hydrogen-containing gases such as synthesis gas, methanol, generator gas, water gas, hydrogen sulfide, sulfur, gypsum, heat or the like can be generated become.
Zur Erzeugung der gewünschten Produkte werden Rohstoffe 2 einem Reformermodul 3 zugeführt. Als Rohstoffe 2 können dabei vermischte oder sortenreine Biomasse, wie z.B. diverse einjährige oder mehrjährige Pflanzensorten, aber auch Müll jeglicher Art, wie etwa Kunststoffabfälle, Abfälle aus organischem Material oder dergleichen, Verwendung finden. Wie im folgenden noch detailliert beschrieben, ist es unter Umständen erforderlich, den Müll vorher einer separaten Aufarbeitung zu unterziehen. Selbstverständlich können sämtliche Rohstoffe untereinander vermischt sein.Raw materials 2 are fed to a reformer module 3 in order to produce the desired products. Mixed or unmixed biomass, such as e.g. Various annual or multi-year plant varieties, but also waste of any kind, such as plastic waste, waste from organic material or the like, are used. As described in detail below, it may be necessary to subject the waste to separate processing beforehand. Of course, all raw materials can be mixed together.
Von besonderem Vorteil ist es bei der erfindungsgemäßen Anlage 1, daß damit auch sogenannter Sondermüll verarbeitet werden kann. So ist es z.B. möglich, das Reformermodul 3 mit Krankenhausabfällen, welche ansonsten einer Deponierung zugeführt werden müßten, zu beschicken. Ebenso können beispielsweise radioaktive Materialien, wie beispielsweise radioaktiv verseuchtes Holz oder dergleichen, in der erfindungsgemäßen Anlage 1 so verarbeitet werden, daß das Volumen an zu deponierenden Restmüll deutlich verringert werden kann und somit die DeponierungIt is particularly advantageous in the system 1 according to the invention that so-called hazardous waste can also be processed with it. So it is e.g. possible to load the reformer module 3 with hospital waste, which would otherwise have to be disposed of in a landfill. Likewise, for example, radioactive materials, such as, for example, radioactive wood or the like, can be processed in the system 1 according to the invention in such a way that the volume of residual waste to be landfilled can be significantly reduced and thus landfill
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dieses Restmülls, z. B. die Verglasung, einfacher zu handhaben und wirtschaftlich günstiger ist.- 4 - this residual waste, e.g. B. the glazing, easier to use and economically cheaper.
Das Reformermodul 3 ist bevorzugt als Wirbelschichtreaktor 4 ausgeführt und soll eine Teilvergasung sowie eine Teiloxidation des Rohstoffes 2 ermöglichen. Dazu können die Rohstoffe 2 über geeignete, aus dem Stand der Technik bekannte Fördermittel, wie beispielsweise Schneckenförderer, Bandförderer oder dergleichen, in das Reformermodul 3 eingebracht werden und unter Druck und bei erhöhter Temperatur einer oxidativen Behandlung ausgesetzt werden. Die Temperatur kann dabei im Bereich zwischen 500°C und 1000°C, bevorzugt 600°C und 850°C liegen. Als Oxidationsmittel kann Wasserdampf verwendet werden, sodaß im wesentlichen der Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid teiloxidiert wird und zusätzlich Wasserstoff entstehen kann. Der Gehalt an Kohlenmonoxid im entstehenden Brennstoffrohgas 5 ist dabei abhängig vom gewählten Druck und von der gewählten Temperatur und kann insbesondere das Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid unter Berücksichtigung des Boudard-Gleichgewichtes in bestimmten Grenzen vorherbestimmt werden. Vorzugsweise wird die Reaktionsführung so gewählt, daß das Brennstoff rohgas 5 einen hohen Anteil an Kohlenmonoxid enthält, da dieses in einem späteren Verfahrensschritt ebenfalls zur Wasserstoffproduktion herangezogen werden kann.The reformer module 3 is preferably designed as a fluidized bed reactor 4 and is intended to enable partial gasification and partial oxidation of the raw material 2. For this purpose, the raw materials 2 can be introduced into the reformer module 3 via suitable conveying means known from the prior art, such as, for example, screw conveyors, belt conveyors or the like, and can be subjected to an oxidative treatment under pressure and at elevated temperature. The temperature can be in the range between 500 ° C and 1000 ° C, preferably 600 ° C and 850 ° C. Water vapor can be used as the oxidizing agent, so that essentially the carbon is partially oxidized to carbon monoxide and hydrogen can additionally be formed. The content of carbon monoxide in the resulting raw fuel gas 5 is dependent on the selected pressure and temperature and in particular the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide can be predetermined within certain limits, taking into account the Boudard equilibrium. Preferably, the reaction is chosen so that the fuel raw gas 5 contains a high proportion of carbon monoxide, since this can also be used for hydrogen production in a later process step.
Selbstverständlich ist es möglich, anstelle des Wirbeischichtreaktors 4 andere aus dem Stand der Technik bekannte Reaktortypen, wie sie beispielsweise aus der Koppers - Totzk - Vergasung oder der Lurgi - Druck - Vergasung bekannt sind, zu verwenden. Ebenso können natürlich Festbettreaktoren Verwendung finden bzw. ist es auch möglich, mehrere Reformermodule 3 in Kombination, insbesondere parallel geschaltet, einzusetzen.Of course, instead of the fluidized bed reactor 4, it is possible to use other types of reactors known from the prior art, such as are known, for example, from Koppers-Totzk gasification or Lurgi pressure gasification. Fixed-bed reactors can of course also be used, or it is also possible to use a plurality of reformer modules 3 in combination, in particular in parallel.
Ist das Reformermodul 3 als Wirbelschichtreaktor 4 ausgebildet, so besteht die Möglichkeit, den zur Etablierung der Reaktion erforderlichen Dampf als Fluidisierungsmedium auszunützen.If the reformer module 3 is designed as a fluidized bed reactor 4, it is possible to use the steam required to establish the reaction as a fluidization medium.
Vorzugsweise ist dem Reformermodul 3 zumindest eine Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 zugeordnet, die als sogenannter Pulsbrenner oder Röhrenbrenner ausgebildet sein kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, andere Brennertypen, wie beispielsweise Flächenbrenner, als Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 zu verwenden bzw. ist es möglich, die Rohstoffe 2 mittels elektrischer Energie zu erhitzen bzw. vorzuwärmen, wobei hierzu beispielsweise Infrarotbrenner, denen eine insbesondere keramisches Strahlungselement zugeordnet sein kann, zu verwenden. Natürlich ist es auch möglich, derartige Infrarotbrenner mit brennfähigen Gasen, z. B. mit einem aus der Produktion entnommenen Anteil des Brennstoffrohgases 5, zu betreiben.Preferably, the reformer module 3 is assigned at least one heat generating device 6, which can be designed as a so-called pulse burner or tube burner. Of course, however, it is also possible to use other types of burners, such as surface burners, as the heat generating device 6, or it is possible to heat or preheat the raw materials 2 by means of electrical energy, for this purpose, for example, infrared burners, to which a particularly ceramic radiation element can be assigned , to use. Of course, it is also possible to use such infrared burners with flammable gases, e.g. B. with a portion of the raw fuel gas 5 taken from production.
Durch die bevorzugte Ausbildung der Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 als Pulsbrenner oder Röhrenbrenner können die Probleme gelöst werden, die sich aufgrund der Einbringung der erforderlichen Wärme in das Reformermodul 3, insbesondere einen Dampfreformer, ergeben. Ist nämlich das Reformermodul als Wirbelschichtreaktor 4 ausgebildet, so ist dessen Größe durch die Gesetze der Fluidisierung des Wirbelbettes begrenzt, und damit auch die Fläche, die möglicherweise zur Wärmeerzeugung bzw. - Übertragung zur Verfügung steht. Zusätzlich zur Verwendung von Pulsbrenner oder Röhrenbrenner besteht natürlichThe preferred design of the heat generating device 6 as a pulse burner or tube burner can solve the problems which arise due to the introduction of the required heat into the reformer module 3, in particular a steam reformer. If the reformer module is designed as a fluidized bed reactor 4, its size is limited by the laws of fluidization of the fluidized bed, and thus also the area that is possibly available for heat generation or transfer. In addition to the use of pulse burners or tube burners, there is of course
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auch die Möglichkeit, die Rohstoffe 2 entsprechend vorzuwärmen bzw. den Wirbelschichtreaktor 4 so auszuführen, daß mehrere kommunizierende Wirbelschichten zur Verfügung stehen, wobei eine erste Wirbelschicht als Aufheizteil und eine zweite als endothermer Teil genutzt werden kann (die im Reformermodul 3 ablaufenden Reaktionen sind im wesentlichen endotherm). Im Falleder Ausführung als Pulsbrenner kann dieser dabei aus einer Brennkammer und einem nachfolgenden Resonanzrohr bestehen, wobei die Verbrennung nicht stationär stattfindet, sondern sich vielmehr eine Pulsation etabliert. Die Frequenz der Pulse wird dabei durch die Länge des Resonanzrohres festgelegt und kann bevorzugt gerade einem Viertel der Wellenlänge der sich auszubildenden Schwingung entsprechen. Damit kann mit Vorteil der physikalische Effekt erreicht werden, daß die Wärmeübertragung im Resonanzrohr gegenüber einer stationären Beheizung bei gleicher mittlerer Temperatur um den Faktor 4 bis 5 ansteigen kann, und sich somit die erforderliche Heizfläche im Pulsbrenner auf ein Maß reduzieren läßt, welches die Integration der Heizfläche in das Wirbelbett des Reformermoduls 3 ermöglicht.- 5 - also the possibility of preheating the raw materials 2 accordingly or of designing the fluidized bed reactor 4 such that a plurality of communicating fluidized beds are available, a first fluidized bed being able to be used as a heating part and a second as an endothermic part (the reactions taking place in the reformer module 3 are essentially endothermic). In the case of the design as a pulse burner, this can consist of a combustion chamber and a subsequent resonance tube, the combustion not taking place stationary, but rather a pulsation being established. The frequency of the pulses is determined by the length of the resonance tube and can preferably correspond to just a quarter of the wavelength of the vibration to be formed. Thus, the physical effect can be achieved with advantage that the heat transfer in the resonance tube can increase by a factor of 4 to 5 compared to a stationary heating at the same average temperature, and thus the required heating surface in the pulse burner can be reduced to a level that the integration of Heating surface in the fluidized bed of the reformer module 3 allows.
Zusätzlich zu diesem Effekt kann ein Pulsbrenner bzw. Röhrenbrenner eine Schallemission hervorrufen, die auf vorteilhafte Weise im Reformer vergleichmäßigend wirkt, und einen Queraustausch von Feststoffen und Gasen im Wirbelbett unterstützt. Damit ist es auch möglich, eine Verschlackung des Wirbelbettes zu vermeiden.In addition to this effect, a pulse burner or tube burner can produce a sound emission, which advantageously has a comparative effect in the reformer and supports a cross-exchange of solids and gases in the fluidized bed. It is also possible to avoid slagging of the fluidized bed.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß einer Wärmeerzeugeungsvorrichung 6 mehrere Pulsbrenner zugeordnet sind.Of course, it is also possible for a heat generating device 6 to be assigned several pulse burners.
Das ausgetriebene und teiloxidierte Brennstoffrohgas 5 wird bevorzugt im oberen Bereich des Reformermoduls 3 abgezogen und einem Entstaubungsmodul 7 zugeführt. Dieses Entstaubungsmodul 7 kann beispielsweise als Massenkraftabscheider, wie z. B. als Zyklon, als Staubabsetzkammer, als Tuchfilter, als Elektrofilter oder aber auch als Naßabscheider, wie z. B. als Venturiwäscher, ausgeführt sein. Mit Hilfe dieses Entstaubungsmoduls 7 wird eventuell mit dem Brennstoffrohgas 5 aus dem Reformermodul 3 ausgetragener Rohstoffstaub abgeschieden, der vorzugsweise dem Reformermodul 3 wieder zugeführt wird, um eventuell noch enthaltene, nicht umgesetzte Anteile der Verwertung wieder zuzuführen bzw. nicht vergasungsfähige Reststoffe über den Ascheaustrag des Reformermoduls 3 auszubringen. Andererseits ist es natürlich auch möglich, daß das Enstaubungsmodul 7 einen eigenen Staubaustrag umfaßt, und können die damit abgetrennten Staubanteile des Brennstoffrohgases einer Nachbehandlung zugeführt werden.The expelled and partially oxidized raw fuel gas 5 is preferably drawn off in the upper region of the reformer module 3 and fed to a dedusting module 7. This dedusting module 7 can, for example, as a mass separator, such as. B. as a cyclone, as a dust settling chamber, as a cloth filter, as an electrostatic precipitator or as a wet separator, such as. B. as a Venturi washer. With the aid of this dedusting module 7, raw material dust discharged from the reformer module 3 is possibly separated with the raw fuel gas 5, which is preferably fed back to the reformer module 3 in order to re-feed any unconverted portions of the recycling or non-gasifiable residues via the ash discharge of the reformer module 3 to apply. On the other hand, it is of course also possible for the dedusting module 7 to have its own dust discharge, and the dust components of the raw fuel gas which are separated off in this way can be fed to an aftertreatment.
Das so entstaubte Brennstoffrohgas 5, welches, wie bereits erwähnt, bevorzugt aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht, kann in der Folge einem Oxidationsmodul 8 zugeführt werden. Dieses Oxidationsmodul 8 kann beispielsweise als dem Stand der Technik entsprechender Shift-Reaktor 9 ausgeführt sein, und dient vornehmlich der Oxidation des im Brennstoffrohgas 5 mitgeführten Kohienmonoxids. Vorzugsweise wird dabei ein Wirkungsgrad erzielt, der im Bereich zwischen 0.8 bis 0.95 liegen kann. Als Oxidationsmittel kann auch hier wiederum Wasserdampf verwendet werden, sodaß neben Kohlendioxid zusätzlich Wasserstoff entsteht und somit die Gesamtausbeute an Wasserstoff erhöht werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß andere Oxidationsmittel zur Oxidation des Kohlenstoffes im Kohlenmonoxid herangezogen werden.
Andererseits ist es möglich, soferne die Anlage nicht nur primär auf die Erzeugung von Wasserstoff bzw. elektrischer Energie abzielt, dieses Brennstoffrohgas 5 entweder direkt einer Verbrennung zuzuführen, oder dieses dahingehend aufzuarbeiten, daß im wesentlichen Synthesegas als Endprodukt für eine Reihe von möglichen chemischen Verfahren wie z.B. der Synthetisierung von Methanol zur Verfügung steht.The dedusted fuel raw gas 5, which, as already mentioned, preferably consists of carbon monoxide and hydrogen, can subsequently be fed to an oxidation module 8. This oxidation module 8 can be designed, for example, as a shift reactor 9 corresponding to the prior art, and is used primarily for the oxidation of the carbon monoxide carried in the raw fuel gas 5. An efficiency which can be in the range between 0.8 and 0.95 is preferably achieved. Water vapor can again be used as the oxidizing agent, so that hydrogen is formed in addition to carbon dioxide and the overall yield of hydrogen can thus be increased. Of course, it is also possible that other oxidizing agents are used to oxidize the carbon in the carbon monoxide. On the other hand, it is possible, provided that the system is not primarily aimed at generating hydrogen or electrical energy, either to feed this raw fuel gas 5 directly to a combustion, or to refurbish it so that essentially synthesis gas as the end product for a number of possible chemical processes, such as eg the synthesis of methanol is available.
Vorzugsweise enthält das Brennstoffrohgas 5, wenn es das Oxidationsmodul 8 verläßt, zwischen 50 Vol-% und 70 Vol-%, insbesondere 60 Vol% Wasserstoff.When leaving the oxidation module 8, the raw fuel gas 5 preferably contains between 50% by volume and 70% by volume, in particular 60% by volume, of hydrogen.
Zur weiteren Aufarbeitung des Brennstoffrohgases 5 kann dieses einem Gasreinigungsmodul 10 zugeführt werden. Dieses Grasreinigungsmodul 10 kann dabei einen Filter 11 , insbesondere einen Metallmembranfilter, umfassen, der bevorzugt aus einer Legierung aus Pd-Cu, Pd-Ag oder dergleichen besteht und Palladium den Hauptlegierungsbestandteil bildet. Im wesentlichen sollte dieser Filter 11 so ausgeführt sein, daß es möglich ist, daß ausschließlich Wasserstoff durch diesen Filter 11 diffundieren kann und somit eine Auftrennung bzw. Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Brennstoffrohgas 5 möglich ist.For further processing of the raw fuel gas 5, this can be fed to a gas cleaning module 10. This grass cleaning module 10 can comprise a filter 11, in particular a metal membrane filter, which preferably consists of an alloy of Pd-Cu, Pd-Ag or the like and forms palladium as the main alloy component. Essentially, this filter 11 should be designed in such a way that it is possible that only hydrogen can diffuse through this filter 11 and thus a separation or separation of the hydrogen from the raw fuel gas 5 is possible.
Wasserstoff besitzt bekanntlich die Eigenschaft, durch Dissoziation als Atom durch Metallschichten diffundieren zu können. Treibende Kraft für diese Diffusion ist die Partialdruckdifferenz, die sich vor und hinter dem Filter 11 aufbaut. Mit einem derartigen Gasreinigungsmodul 10 ist es also möglich, Wasserstoff mit einer Reinheit herzustellen, welche mit dem Stand der Technik entsprechenden Herstellungsmethoden üblicherweise nicht erreicht werden kann.As is known, hydrogen has the property of being able to diffuse as an atom through metal layers. The driving force for this diffusion is the partial pressure difference that builds up in front of and behind the filter 11. With such a gas cleaning module 10 it is thus possible to produce hydrogen with a purity which cannot usually be achieved with production methods corresponding to the prior art.
Neben den genannten Leglierungen ist es auch möglich, z. B. Vanadium und/oder Niob, als Werkstoff für das Filter 11 für die physikalisch/chemische Abtrennung des Wasserstoffs zu verwenden. Diese Metalle weisen normalerweise bei gleicher Partialdruckdifferenz eine größere Diffusionsgeschwindigkeit für Wasserstoff auf, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß sich deren Oberfläche schnell mit einer Oxidschicht überzieht und dadurch die Oberfläche weitestgehend inertisiert wird. Es ist jedoch möglich, derartige Oberflächen mit oxidationsunempfindlichen Metallen, wie beispielsweise Palladium oder gleichwirkenden Werkstoffen zu beschichten, sodaß in Summe gesehen eine Steigerung der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs erreicht werden kann. Jedenfalls sollten die verwendeten Metalle bzw. Metallegierungen eine „Porengröße" aufweisen, die ausschließlich ein Diffundieren des Wasserstoffs ermöglichen, und kann damit bei beschichteten oxidationsempfindlichen Filtern 11 ein Eindringen des Sauerstoffs in das Innere des Filters 11 verhindert werden.In addition to the alloys mentioned, it is also possible, for. B. vanadium and / or niobium, as a material for the filter 11 for the physical / chemical separation of the hydrogen. These metals normally have a higher diffusion rate for hydrogen at the same partial pressure difference, but have the disadvantage that their surface is quickly covered with an oxide layer and the surface is thereby rendered largely inert. However, it is possible to coat surfaces of this type with metals which are insensitive to oxidation, such as, for example, palladium or materials having the same effect, so that in total an increase in the rate of diffusion of hydrogen can be achieved. In any case, the metals or metal alloys used should have a “pore size” that only allow diffusion of the hydrogen, and in the case of coated oxidation-sensitive filters 11, the penetration of the oxygen into the interior of the filter 11 can thus be prevented.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, anstelle des Metallmembranfilters für den Filter 11 andere Gasreinigungsvorrichtungen zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, daß Brennstoffrohgas 5 auf einer kreisförmigen Bahn so zu beschleunigen, daß aufgrund der einwirkenden Kräfte eine Auftrennung des Brennstoffrohgases 5 in einzelne Gasfraktionen erfolgt. Diese Gasfraktionen besitzen dann üblicherweise ein einheitliches Molekulargewicht, da die Fliehkraft proportional zur Masse der einzelnen Molekülsorten ist. Es ist also somit möglich, wiederum Reingase herzustellen, wobei es aber zum Unterschied zu obiger Ausführung dabei möglich ist, das Brennstoffrohgas 5 soweit aufzutrennen, daß beispielsweise dieOf course, it is also possible to use other gas cleaning devices instead of the metal membrane filter for the filter 11. For example, it is possible to accelerate the raw fuel gas 5 on a circular path in such a way that the raw fuel gas 5 is separated into individual gas fractions due to the acting forces. These gas fractions then usually have a uniform molecular weight, since the centrifugal force is proportional to the mass of the individual types of molecules. It is thus possible to produce pure gases again, but in contrast to the above embodiment it is possible to separate the raw fuel gas 5 to the extent that, for example, the
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üblicherweise vorhandenen Nebenbestandteile wie Reste von Kohlenmonoxid, Methan, Methanol, aber auch Kohlendioxid, getrennt abgezogen und einer gesonderten Verwertung zugeführt werden können, bzw. ist es damit möglich, ein sogenanntes Schwachgas für Heizzwecke zur Verfügung zu stellen, welches vornehmlich brennbare Gase enthält, da, wie bereits erwähnt, Kohlendioxid gesondert abgezogen werden kann.- 7 - Usually existing secondary components such as residues of carbon monoxide, methane, methanol, but also carbon dioxide, can be removed separately and fed to a separate recycling, or it is possible to provide a so-called lean gas for heating purposes, which mainly contains flammable gases, because As already mentioned, carbon dioxide can be deducted separately.
Selbstverständlich muß die Auftrennung aber nicht so weit erfolgen, daß jede Molekülsorte gesondert abgetrennt wird, sondern ist es insbesondere möglich, Molekulargewichtsfraktionen zu erhalten. Jedenfalls sollte aber hochkonzentrierter Wasserstoff erhalten werden.Of course, the separation does not have to be carried out to such an extent that each type of molecule is separated separately, but it is in particular possible to obtain molecular weight fractions. In any case, highly concentrated hydrogen should be obtained.
Es ist aber auch möglich, bei einer Ausbildung des Filters 11 als Metallmembranfilter das entstehende Schwachgas, welches noch brennbare Bestandteile, wie beispielsweise Methan, enthält, insbesondere dem Reformermodul 3, im speziellen der Wärmeerzeugungsvorrichtung 6, zuzuführen, womit Primärbrennstoff, im speziellen Erdgas, eingespart bzw. ersetzt werden kann.However, if the filter 11 is designed as a metal membrane filter, it is also possible to supply the resulting lean gas, which still contains combustible constituents, such as methane, in particular to the reformer module 3, in particular the heat generating device 6, which saves primary fuel, in particular natural gas or can be replaced.
Der Filter 11 kann beispielsweise als Plattenfilter, Rohrfilter oder dergleichen ausgebildet sein, wobei es insbesondere möglich ist, mehrere Rohre zu einem Rohrbündel zusammenzufassen und damit die Ausmaße des Gasreinigungsmoduls 10 gering zu halten.The filter 11 can be designed, for example, as a plate filter, tube filter or the like, it being possible in particular to combine a plurality of tubes into a tube bundle and thus to keep the dimensions of the gas cleaning module 10 small.
Vorzugsweise wird der Filter 11 , insbesondere der Metallmembranfilter bei erhöhter Temperatur betrieben, da damit eine Steigerung der Diffusionsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Eine Erwärmung des Filters 11 kann einerseits durch das Brennstoffrohgas 5 selbst erzielt werden, da es einen aus dem Reformermodul 3 stammenden Wärmeenergiegehalt mitführt, andererseits ist es natürlich möglich, das Gasreinigungsmodul 10, insbesondere den Filter 11 , gesondert zu beheizen, Diese Beheizung kann dabei elektrisch oder mit brennbaren Gasen erfolgen bzw. ist es möglich, Strahlungswärme zur Beheizung auszunützen.The filter 11, in particular the metal membrane filter, is preferably operated at an elevated temperature, since this allows the diffusion rate to be increased. Heating of the filter 11 can be achieved on the one hand by the raw fuel gas 5 itself, since it carries with it a thermal energy content originating from the reformer module 3, on the other hand it is of course possible to separately heat the gas cleaning module 10, in particular the filter 11, this heating can be electrical or with combustible gases or it is possible to use radiant heat for heating.
Der entstandene abgetrennte Wasserstoff kann in der Folge einem Energieerzeugungsmodul 12 oder einem Speichermodul 13 zugeführt werden. Denkbar sind jedoch auch Varianten, bei denen ein Teilstrom des Wasserstoffs zur Energieerzeugung verwendet wird, und der Rest entweder gespeichert oder einem Endverbraucher zugeführt wird. So ist es beispielsweise möglich, daß an die erfindungsgemäße Anlage 1 über geeignete Fördereinrichtungen, z. B. Rohrleitungen, chemische Produktionsbetriebe, wie etwa Ammoniakproduzenten, die z. B. nach dem Haber-Bosch-Verfahren arbeiten bzw. eine in die WTE-Anlage integrierte Methanoiproduktion oder dergleichen, anzuschließen. Die erfindungsgemäße Anlage 1 kann auch Bestandteil von Erdölraffinerien sein, um somit den notwendigen Wasserstoff für das Cracken des Rohöls unmittelbar und in ausreichender Menge zur Verfügung zu haben. Da die Einsatzmöglichkeit von Wasserstoff in der chemischen Industrie unzählig sind, sollen die angeführten Beispiele nicht limitierend verstanden werden.The resulting separated hydrogen can subsequently be fed to an energy generation module 12 or a storage module 13. However, variants are also conceivable in which a partial stream of hydrogen is used for energy generation and the rest is either stored or fed to an end user. So it is possible, for example, that to the system 1 according to the invention via suitable conveyors such. B. pipelines, chemical production plants, such as ammonia producers, the z. B. to work according to the Haber-Bosch process or to integrate a methano production or the like integrated in the WTE system. The plant 1 according to the invention can also be part of petroleum refineries in order to have the necessary hydrogen for cracking the crude oil immediately and in sufficient quantity. Since the possible uses of hydrogen in the chemical industry are innumerable, the examples given should not be understood as limiting.
Möglich ist es aber auch, den Wasserstoff einer direkten Verbrennung zuzuführen, wobei als Abgas sauberes Wasser bzw. Wasserdampf entsteht und somit die Umwelt geschont werden kann.
Als Speichermodul 13, welches insbesondere auch als Zwischenspeicher zur Uberbruckung von eventuell saisonal bedingten Schwankungen in der Rohstoffmenge herangezogen werden kann, ist es möglich, dem Stand der Technik entsprechende Behalter, beispielsweise Kugelspeicher, zu verwenden Andererseits ist es aber auch möglich, den Wasserstoff in sogenannten Hydridspeichern zu lagern Geeignete Metalle, wie z B Beispiel Palladium, welches zwischen 500 und 900 Raumteilen Wasserstoff aufnehmen kann, können somit als Energiespeicher genutzt werden, da die Wasserstoffaufnahme üblicherweise reversibel ist Das Energieerzeugungsmodul 12 kann bevorzugt zumindest eine Brennstoffzellen zur Energieerzeugung umfassen In den vorzugsweise verwendeten Brennstoffzellen 14 werden Wasserstoff und Sauerstoff, welcher entweder rein oder in Form von Luft eingesetzt werden kann, zu Wasser rekombiniert Die Rekombination erfolgt an katalytisch wirkenden Elektroden, wodurch in Umkehr der Wasserelektrolyse elektrische Energie in Form von Gleichstrom entsteht Vorzugsweise werden auf der PEM-Technologie (Polyme-Elektrolyt-Membran) basierende Elektroden eingesetzt Das bei der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff entstehende Wasser ist üblicherweise chemisch rein und kann als Trinkwasser verwendet werden bzw kann das entstehende Wasser dem Prozeß, insbesondere dem Reformermodul 3 bzw dem Oxydationsmodul 8, zugeführt werden, wodurch sich einerseits die zusatzlich benotigte Wassermenge reduzieren laßt, und andererseits die Menge an Hilfsstoffen, beispielsweise Entsalzungschemikalien für das zugefuhrte Pπmarwasser, verringern und somit die Umwelt geschont werden kannHowever, it is also possible to feed the hydrogen directly to combustion, which produces clean water or water vapor as the exhaust gas, thus protecting the environment. As a storage module 13, which can also be used in particular as a buffer for bridging possibly seasonal fluctuations in the amount of raw material, it is possible to use containers corresponding to the state of the art, for example ball storage, on the other hand, however, it is also possible to use the hydrogen in so-called Storage of hydride stores Suitable metals, such as, for example, palladium, which can absorb between 500 and 900 parts of hydrogen, can thus be used as energy stores, since the hydrogen uptake is usually reversible. The power generation module 12 can preferably comprise at least one fuel cell for power generation Fuel cells 14, hydrogen and oxygen, which can be used either in pure form or in the form of air, are recombined to form water. The recombination takes place on catalytically active electrodes, thereby reversing the electrolysis of water The energy in the form of direct current is preferably used. Electrodes based on PEM technology (polyme electrolyte membrane) are preferably used. The water formed in the reaction of the hydrogen with the oxygen is usually chemically pure and can be used as drinking water or the water formed can the process, in particular the reformer module 3 or the oxidation module 8, are supplied, whereby on the one hand the additional amount of water required can be reduced, and on the other hand the amount of auxiliaries, for example desalination chemicals for the supplied primary water, can be reduced and the environment can thus be protected
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, andere, insbesondere dem Stand der Technik entsprechende Brennstoffzellen 14, zur Erzeugung von elektrischem Strom zu verwenden Beispielsweise ist es denkbar, daß als Elektrolyt sogenannte Karbonatschmelzen verwendet werden, sodaß es in der Folge möglich ist, bzw zwingend erforderlich, den Brennstoffzellen 14 ein Gas zuzuführen, welches Kohlendioxyd enthalt, da das Verbrennungsmittel mit Sauerstoff zu Karbonationen an der Kathode umgesetzt wird Andererseits ist es möglich, mit phosphorsaurehaltigen Elektrolyten zu arbeiten, bzw sogenannte „solιd-oxιde"-Brennstoffzellen, auch als Hochtemperatur-Brennstoffzellen bekannt, zu verwendenHowever, it is of course also possible to use other fuel cells 14, in particular those corresponding to the prior art, for generating electrical current. For example, it is conceivable that so-called carbonate melts are used as the electrolyte, so that it is subsequently possible or absolutely necessary. to supply the fuel cells 14 with a gas which contains carbon dioxide, since the combustion agent is converted with oxygen to carbonate ions on the cathode. On the other hand, it is possible to work with electrolytes containing phosphoric acid, or so-called “sol-oxide” fuel cells, also known as high-temperature fuel cells , to use
Keinesfalls sollten jedoch der Brennstoffzelle 14 ein Stickstoffoxid- und schwefelhaltiges Brenngas zugeführt werden, da damit eine vorzeitige Verminderung der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 14 verbunden sein kannUnder no circumstances should the fuel cell 14 be supplied with a nitrogen oxide and sulfur-containing fuel gas, since this can be associated with a premature reduction in the performance of the fuel cell 14
Die Elektroden der Brennstoffzelle 14 sollten vorzugsweise so ausgeführt sein, daß sie eine Porenstruktur aufweisen, welche den Kontakt der drei Phasen, d h des Brenngases, des Elektrolyts sowie der Elektrode bzw dem Katalysator, beispielsweise aufgrund von wirkenden Kapillarkraften, ermöglichen Andererseits sollte jedoch ein Überströmen des Elektrolyten in einen der Verbrennungsraume verhindert werdenThe electrodes of the fuel cell 14 should preferably be designed so that they have a pore structure, which allow the contact of the three phases, ie the fuel gas, the electrolyte and the electrode or the catalyst, for example due to the action of capillary forces, on the other hand, however, an overflow of the Electrolytes in one of the combustion spaces can be prevented
Da aufgrund der Reaktionsweise bei der Verbrennung des Brenngases - der Wasserstoff gibt der Anode unter Oxidation seine Elektronen ab und der Sauerstoff nimmt diese Elektronen an der Kathode auf, sodaß neben dem aufgrund der fließenden Elektronen entstehenden elektrischen Strom auch Wasser entsteht - Gleichstrom erzeugt wird, ist dem Energieerzeugungsmodul 12, bevorzugt ein Wechselrichter 15, zugeordnet, sodaß beispielsweise eine Einspeisung des entstehenden Stroms in ein Energieversorgungsnetz möglich wird
Bezogen auf den hohen Heizwert von Wasserstoff können damit in etwa 40-70 % der Wärmeenergie des Wasserstoffs in elektrische Energie umgewandelt werden. Neben den aufgezählten Modulen kann die erfindungsgemäße Anlage 1 weiters zumindest ein Dampferzeugermodul 16 zur Erzeugung und Überhitzung des Dampfes für das Reformermodul 3, ein weiteres Gasreinigungsmodul 10 zur Abscheidung von Staub und sauren Bestandteilen des Rauchgases, ein Wasseraufbereitungsmodul 17, ein Rückkühlmodul 18, diverse Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 19 sowie diverse sicherheitstechnische Einrichtungen umfassen.Because of the reaction during the combustion of the fuel gas - the hydrogen gives off the electrons to the anode under oxidation and the oxygen takes up these electrons at the cathode, so that in addition to the electrical current generated by the flowing electrons, water is also generated - direct current is generated assigned to the energy generation module 12, preferably an inverter 15, so that, for example, the resulting electricity can be fed into an energy supply network Based on the high calorific value of hydrogen, around 40-70% of the thermal energy of hydrogen can be converted into electrical energy. In addition to the modules listed, the system 1 according to the invention can also have at least one steam generator module 16 for generating and overheating the steam for the reformer module 3, a further gas cleaning module 10 for separating dust and acidic components of the flue gas, a water treatment module 17, a recooling module 18, various control and / or control devices 19 as well as various safety devices.
So ist es beispielsweise möglich, Abgase, die aus dem Reformermodul 3 stammen, durch ein erstes Dampferzeugungsmodul 16, einen anschließenden Wärmetauscher 20 und ein zweites Dampferzeugungsmodul 16 zu leiten, bevor sie die Anlage 1 über z.B. einen Kamin 21 verlassen. Damit kann einerseits das vorzugsweise im Gegenstrom geführte Reaktionswasser für das Reformermodul 3 soweit erhitzt werden, daß es als dampfförmiges Oxidationsmittel in das Reformermodul 3 eingeleitet werden kann.For example, it is possible to pass exhaust gases that originate from the reformer module 3 through a first steam generation module 16, a subsequent heat exchanger 20 and a second steam generation module 16 before they send the system 1 via e.g. leave a chimney 21. On the one hand, the water of reaction for the reformer module 3, which is preferably conducted in countercurrent, can be heated to such an extent that it can be introduced into the reformer module 3 as a vaporous oxidizing agent.
Andererseits kann mit dem vorzugsweise dazwischengeschalteten Wärmetauscher 20 die für die Verbrennung benötigte Luft vorerwärmt werden, wodurch wertvolle Primärenergie, insbesondere Erdgas, eingespart werden kann, welches der Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 zum Anfahren der Anlage 1 und/oder zur Aufrechterhaltung der Reaktion neben dem Schwachgas, welches in der Anlage 1 erzeugt und über das Gasreinigungsmodul 10 abgetrennt wird, zugeführt wird.On the other hand, with the preferably interposed heat exchanger 20, the air required for the combustion can be preheated, as a result of which valuable primary energy, in particular natural gas, can be saved, which is used by the heat generating device 6 to start up the plant 1 and / or to maintain the reaction in addition to the lean gas contained in the system 1 is generated and separated via the gas cleaning module 10, is supplied.
Weiters ist es möglich, daß die aus dem Reformermodul 3 über diverse geeignete Fördereinrichtungen, beispielsweise Schneckenförderer, diskontinuierlich oder kontinuierlich ausgebrachte Asche zur Erwärmung des Oxidationswassers ausgenutzt wird. Dazu kann im Bereich des Ascheaustrags ebenfalls ein Wärmetauscher 20 vorhanden sein.Furthermore, it is possible that the ash which is discharged from the reformer module 3 via various suitable conveying devices, for example screw conveyors, is used discontinuously or continuously to heat the oxidation water. For this purpose, a heat exchanger 20 can also be present in the area of the ash discharge.
Oxidationswasser kann zusätzlich noch über einen Wärmetauscher 20 vorerhitzt werden, welcher bevorzugt zwischen dem Entstaubungsmodul 7 und dem Oxidationsmodul 8 angeordnet ist.Oxidation water can additionally be preheated via a heat exchanger 20, which is preferably arranged between the dedusting module 7 and the oxidation module 8.
Weiters kann ein Wärmetauscher 20 zwischen dem Gasreinigungsmodul und dem Energieerzeugungsmodul angeordnet sein, sofern dies erforderlich ist. Damit kann mit Vorteil eine Schonung des Energieerzeugungsmoduls 12 erreicht werden, beispielsweise wenn dieses als H2/02 - Brennstoffzelle ausgeführt ist. Mit der in diesem Wärmetauscher 20 abgeführten Wärme ist es möglich, Wasser, welches aus der Oxidation in einem Energieerzeugungsmodul 12 entsteht, vorzuerwärmen und dieses wiederum dem Reformermodul 3 und/oder dem Oxydationsmodul 8 zuzuführen.Furthermore, a heat exchanger 20 can be arranged between the gas cleaning module and the energy generation module, if this is necessary. This can achieve 12, for example when this / 0 2 and H 2 with an advantage of protection of the power generation module - fuel cell is performed. With the heat dissipated in this heat exchanger 20, it is possible to preheat water which arises from the oxidation in an energy generation module 12 and in turn feed it to the reformer module 3 and / or the oxidation module 8.
Selbstverständlich ist es auch möglich, sollte ein Teil des Brennstoffrohgases 5 vor dem Gasreinigungsmodul 12 zur Verbrennung und damit zur Wärmeerzeugung, z. B. für Heizzwecke für diverse private Haushalte, abgezweigt werden, daß in diesem Brennstoffrohgasstrom ein Wärmetauscher 20 angeordnet ist, wie dies in Fig. 1 strichliert dargestellt ist. Mit Hilfe dieses Wärmetauschers 20 kann ebenfalls wiederum Wasser, welches für den Betrieb der Anlage 1 benötigt wird, vorerwärmt werden. Durch die Abzweigung eines Teiles des Brennstoffrohgases 5 vor demOf course, it is also possible if part of the raw fuel gas 5 upstream of the gas cleaning module 12 for combustion and thus for heat generation, for. B. for heating purposes for various private households, that a heat exchanger 20 is arranged in this raw fuel gas stream, as shown in dashed lines in Fig. 1. With the help of this heat exchanger 20, water, which is required for the operation of the system 1, can also be preheated. By branching off part of the raw fuel gas 5 in front of the
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Gasreinigungsmodul 12 kann zudem der Durchsatz und damit die Auslastung des Energieerzeugungsmodul 12 auf einfache Weise geregelt werden, und es ist damit möglich, eine eventuelle Überproduktion abzuführen.- 10 - Gas purification module 12 can also regulate the throughput and thus the utilization of the power generation module 12 in a simple manner, and it is thus possible to remove any overproduction.
Die Wärmetauscher 20 werden vorzugsweise so ausgeführt, daß sie aus Werkstoffen gefertigt sind, welche einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten aufweisen, z.B. Kupfer, Aluminium, Kupferlegierungen oder dergleichen. Werden mit dem Brennstoffrohgas korrossive Medien, wie z. B. Schwefelwasserstoff, mitgeführt, können selbstverständlich diverse Wärmetauscherteile aus korrosionsfesten Materialien ausgeführt sein, bzw. können diese korrosionsfesten Überzüge aufweisen.The heat exchangers 20 are preferably designed so that they are made of materials which have a high heat transfer coefficient, e.g. Copper, aluminum, copper alloys or the like. Are corrosive media, such as. B. carried hydrogen sulfide, of course, various heat exchanger parts can be made of corrosion-resistant materials, or they can have corrosion-resistant coatings.
Vorzugsweise arbeiten die Wärmetauscher 20 nach dem Gegenstromphnzip, jedoch sind auch sämtliche anderen möglichen Strömungsverläufe, wie beispielsweise Kreuzstrom, Querstrom, Gleichstrom oder dergleichen möglich.The heat exchangers 20 preferably operate according to the countercurrent principle, but all other possible flow profiles, such as, for example, crossflow, crossflow, direct current or the like, are also possible.
Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung vom Medium mit der höheren Temperatur auf das Medium mit der geringeren Temperatur zu erreichen, durchströmt vorzugsweise zumindest ein Medium die Wärmetauscher 20 mit turbulenter Strömung, d.h. daß die Reynold's-Zahl, welche zur Unterscheidung zwischen laminarer und turbulenter Strömung herangezogen werden kann, größer 2320, vorzugsweise größer 104, ist. Damit kann eine Erhöhung des Wertes für die Nußeltzahl, welche unter anderem eine Funktion der Reynold's-Zahl und des Wärmeübergangskoeffizienten ist, und somit eine verbesserte Wärmeübertragung erreicht werden.In order to achieve the highest possible heat transfer from the medium with the higher temperature to the medium with the lower temperature, at least one medium preferably flows through the heat exchanger 20 with a turbulent flow, ie that the Reynold 's number, which is used to distinguish between laminar and turbulent flow can be used, greater than 2320, preferably greater than 10 4 . An increase in the value for the Nusselt number, which is a function of the Reynold 's number and the heat transfer coefficient, among other things, and thus an improved heat transfer can thus be achieved.
Als Wärmetauscher können sämtliche dem Stand der Technik entsprechende Bauformen, die für diesen Zweck geeignet sind, wie beispielsweise Plattenwärmetauscher, Rohrwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher,All types of construction which correspond to the prior art and are suitable for this purpose, such as, for example, plate heat exchangers, tube heat exchangers, tube bundle heat exchangers, can be used as heat exchangers.
Schlangenwärmetauscher, Spiralwärmetauscher oder dergleichen, eingesetzt werden.Snake heat exchangers, spiral heat exchangers or the like can be used.
Insbesondere ist es möglich, den Wärmetauscher 20, welcher im Bereich des Ascheaustrages angeordnet ist, als Rückkühlmodul 18 auszuführen, womit eine direkte Deponierung der Asche möglich wird. Die ausgetragene Asche kann aber selbstverständlich, insbesondere dann, wenn als Rohstoff 2 Biomasse aus Agraranbauflächen verwendet wird, auch für Düngezwecke herangezogen werden, und ist es möglich die ausgetragene Asche einer dem Wärmetauscher 20 nachgeordneten Sackabfüllvorrichtung zuzuführen bzw. die Asche für Großabnehmer mittels zum Beispiel LKW oder Eisenbahnwagon abzutransportieren.In particular, it is possible to design the heat exchanger 20, which is arranged in the area of the ash discharge, as a recooling module 18, which enables the ash to be deposited directly. The discharged ash can, of course, also be used for fertilizing purposes, particularly if 2 biomass from agricultural areas is used as raw material, and it is possible to feed the discharged ash to a bag filling device downstream of the heat exchanger 20 or the ash for bulk customers by means of, for example, trucks or to transport railway wagons.
Selbstverständlich können bei der Ausführungsvariante der Anlage 1 nach Fig. 1 an geeigneten Stellen diverse Fördereinrichtungen 22, wie etwa Pumpen, Verdichter, Gebläse oder dergleichen, angeordnet sein, um damit einen optimalen Betrieb der Anlage 1 aufrecht zu erhalten. Derartige Fördereinrichtungen 22 können beispielsweise im Primärluftstrom bzw. in den diversen Oxidationsmittelströmen angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 andeutungsweise dargestellt ist.1, various conveying devices 22, such as pumps, compressors, blowers or the like, can of course be arranged at suitable points in order to maintain optimal operation of the system 1. Such conveying devices 22 can be arranged, for example, in the primary air stream or in the various oxidant streams, as is indicated in FIG. 1.
Diese Födereinrichtungen 22 können mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 über Leitungen 23 verbunden sein, sodaß mit Vorteil beispielsweise ein von der jeweiligen Produktionsmenge abhängiges Fördervolumen an diversen Prozeßmedien automatisch geregelt werden kann.These conveyor devices 22 can be connected to the control and / or regulating device 19 via lines 23, so that, for example, a delivery volume of various process media that is dependent on the respective production quantity can be automatically regulated.
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Es ist auch möglich, daß die Zufuhr der Rohstoffe 2 zum Reformermodul 3 über Fördereinrichtungen 22 geregelt wird (in Fig. 1 nicht dargestellt). Mit dieser Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 können weiters diverse Meßwertgeber, wie beispielsweise Druckfühler, Temperaturfühler,- 11 - It is also possible for the feed of the raw materials 2 to the reformer module 3 to be regulated via conveyor devices 22 (not shown in FIG. 1). With this control and / or regulating device 19, various measuring sensors, such as pressure sensors, temperature sensors,
Durchflußmeßgeräte oder dergleichen, verbunden sein, mit deren Hilfe bzw. mit den Werten, die von diesen Fühlern und Meßwertgebern erfaßt werden, die automatische Regelung und Steuerung der erfindungsgemäßen Anlage 1 möglich wird.Flow meters or the like can be connected, with the help of which, or with the values detected by these sensors and sensors, the automatic regulation and control of the system 1 according to the invention is possible.
Derartige Fühler und Meßwertgeber können beispielsweise im Reformemodul 3, im Oxydationsmodul 8 bzw. in den Bereichen der Wärmetauscher 20, oder aber im Bereich des Energieerzeugungsmoduls 12 angeordnet sein. Damit ist eine Kontrolle der Temperatur im Reformermodul 3, welche beispielsweise für die opimale Reaktionsführung, insbesondere das Verhältnis von erzeugtem Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd, erforderlich ist, möglich. Andererseits ist es dadurch möglich, daß mit Hilfe von Temperaturfühlern die Durchflußmenge durch die Wärmetauscher 20 auf optimale Betriebstemperatur für die Anlage 1 abgestimmt werden.Such sensors and sensors can be arranged, for example, in the reforming module 3, in the oxidation module 8 or in the areas of the heat exchangers 20, or else in the area of the energy generation module 12. This makes it possible to control the temperature in the reformer module 3, which is necessary, for example, for the optimal reaction, in particular the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide generated. On the other hand, it is possible in this way that the flow rate through the heat exchanger 20 is matched to the optimum operating temperature for the system 1 with the aid of temperature sensors.
Natürlich ist damit auch eine Drucküberwachung im Reformermodul 3 möglich.Of course, pressure monitoring in the reformer module 3 is also possible.
Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde auf die Darstellung dieser Meßwertgeber und Fühler in der Fig. 1 verzichtet, und können für diese sämtliche dem Stand der Technik entsprechende Bauformen, wie beispielsweise Strahlungspyrometer, Widerstandsthermometer, Venturirohre oder dergleichen eingesetzt werden.For the sake of clarity, the illustration of these sensors and sensors in FIG. 1 has been omitted, and all of the designs corresponding to the prior art, such as radiation pyrometers, resistance thermometers, Venturi tubes or the like, can be used for these.
Als Fördermittel für die diversen Prozeßmedien, insbesondere das Brennstoffrohgas 5 und das Oxidationsmittel sowie die Verbrennungsluft bzw. das Brenngas für die Wärmeerzeugungsvorrichtung 6, werden vorzugsweise Rohrleitungen beliebigen Querschnittes und Durchmessers, welche insbesondere fluiddicht ausgeführt sind, eingesetzt. Selbstverständlich ist es möglich, derartige Fördereinrichtungen mit Wärmeschutzelementen zu ummanteln, um damit den Wirkungsgrad der Anlage 1 zu erhöhen und eventuell Wärmeverluste zu vermindern.As a funding for the various process media, in particular the raw fuel gas 5 and the oxidizing agent as well as the combustion air or the fuel gas for the heat generating device 6, preferably pipes of any cross-section and diameter, which are in particular fluid-tight, are used. Of course, it is possible to coat such conveying devices with heat protection elements in order to increase the efficiency of the system 1 and possibly reduce heat losses.
Während der Ausführungsvariante der Fig. 1 vorzugsweise für Rohstoffe, welche aus Biomasse bestehen, eingesetzt werden kann, ist es bei der Ausführungsvariante der Fig. 2 insbesondere auch möglich, für dies Rohstoffe 2, wie anfangs erwähnt, auch Sekundärrohstoffe, wie z. B. Kunststoffabfäile oder dergleichen, einzusetzen, bzw. ist es damit möglich, auch radioaktiv verseuchte Biomasse bzw. vergasungsfähige Biomasse, welche z. B. aus sogenannten C-Waffen stammt, einer Wiederverwertung zuzuführen.1 can preferably be used for raw materials which consist of biomass, it is in particular also possible in the embodiment variant of FIG. 2 for these raw materials 2, as mentioned at the beginning, also secondary raw materials, such as, for. B. plastic waste or the like, or is it possible to also radioactively contaminated biomass or gasifiable biomass, which z. B. comes from so-called C weapons, to be recycled.
Da für die Anlage 1 unterschiedliche zusammengesetzte Rohstoffe 2, welche insbesondere auch nicht vergasungsfähige Anteile enthalten, eingsetzt werden können, ist es möglich, vor dem Reformermodul 3 beispielsweise eine Sortiervorrichtung 24 anzuordnen. Diese kann beispielsweise zur Aussortierung von metallischen Bestandteilen aus dem Rohstoff 2 verwendet werden und als Magnetabscheider oder dergleichen ausgebildet sein.Since different composite raw materials 2, which in particular also contain non-gasifiable fractions, can be used for the system 1, it is possible to arrange a sorting device 24 in front of the reformer module 3, for example. This can be used, for example, for sorting out metallic components from the raw material 2 and can be designed as a magnetic separator or the like.
Für nicht magnetische Bestandteile ist es unter Umständen erforderlich, daß eine händische Nachsortierung des Rohstoffes 2 erfolgen muß. Um dabei eine Kontamination des Personals mit diversen Krankheitserregern zu vermeiden,For non-magnetic components it may be necessary that the raw material 2 must be re-sorted manually. In order to avoid contamination of the staff with various pathogens,
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insbesondere dann, wenn ein Teil des Rohstoffes 2 durch Krankenhaus gebildet wird, kann vor bzw. nach der Sortiervorrichtung 24 ein Sterilisationsmodul 25 angeordnet sein. Dieses Sterilisationsmodul kann zum Teil aus einem Elektronenbeschleuniger, einer Bestrahlungsvorrichtung für γ-Quanten bzw. einer Vorrichtung zur Begasung des Rohstoffes 2 mit beispielsweise Ethylenoxyd ausgebildet sein. Das Steriiisationsmodul 25 kann zur Erhöhung des Automatisierungsgrades der Anlage 1 diverse Fördermittel wie beispielsweise Förderbänder, diverse Stetigförderer oder dergleichen umfassen.- 12 - in particular if part of the raw material 2 is formed by a hospital, a sterilization module 25 can be arranged before or after the sorting device 24. This sterilization module can be formed in part from an electron accelerator, an irradiation device for γ quanta or a device for gassing the raw material 2 with, for example, ethylene oxide. The sterilization module 25 can comprise various conveying means such as conveyor belts, various continuous conveyors or the like to increase the degree of automation of the system 1.
Selbstverständlich kann damit für den Fall, daß radioaktiv verseuchte Biomasse als Rohstoff 2 eingesetzt werden, die Radioaktivität des Rohstoffes 2 nicht herabgesetzt werden, und es ist zweckmäßig, in diesem Fall die entsprechenden Strahlenschutzmaßnahmen vorzusehen, wie beispielsweise Abschirmung entsprechender Teile mit Blei. Andererseits ist es möglich, daß derartige Anlagenteile, insbesondere das Sterilisationsmodul 25, mit den diversen Fördermittel in einem Bunker mit entsprechendem Betonmantel, dessen Dicke vorzugsweise im Bereich zwischen 1m und 4m liegt, bzw. diese Anlagenteile unterirdisch anzuordnen und damit die Strahienschutzwirkung des umgebenden Erdreiches auszunützen.Of course, in the event that radioactively contaminated biomass is used as raw material 2, the radioactivity of raw material 2 cannot be reduced, and it is expedient in this case to take the appropriate radiation protection measures, such as shielding corresponding parts with lead. On the other hand, it is possible that such system parts, in particular the sterilization module 25, with the various conveying means in a bunker with a corresponding concrete jacket, the thickness of which is preferably in the range between 1 m and 4 m, or to arrange these system parts underground and thus exploit the radiation protection effect of the surrounding soil .
Das Sterilisationsmodul 25 kann insbesondere auch mit der Steuer- und Regeleinrichtung 19 verbunden sein, sodaß damit ein automatischer Betrieb des Sterilisationsmoduls 25 möglich wird, und ist es andererseits möglich, den Behandlungsraum des Sterilisationsmoduls mit beispielsweise Videokamera zu überwachen, sodaß ein Zutritt des Bedienungspersonals in der Regel nur für Wartungsarbeiten von Nöten ist. Als Übertragungsmedien für elektrische Signale können dabei insbesondere auch Lichtleiter eingesetzt werden.The sterilization module 25 can in particular also be connected to the control and regulating device 19, so that automatic operation of the sterilization module 25 is possible, and on the other hand it is possible to monitor the treatment room of the sterilization module with, for example, a video camera, so that the operating personnel can access the Usually only necessary for maintenance work. In particular, light guides can also be used as transmission media for electrical signals.
Die Sortiervorrichtung 24 kann weiters diverse Zerkleinerungsvorrichtungen, wie beispielsweise Shredder, Mühlen oder dergleichen umfassen, sodaß damit eine Zerkleinerung des Rohstoffes 2 auf die erwünschte Teilchengröße möglich ist. Derartige Zerkleinerungsvorrichtungen werden vorteilhaft eingesetzt, wenn das Reformermodul 3 als Wirbelschichtreaktor 4 ausgebildet ist, da zur Aufrechterhaltung des Wirbelbettes eine bestimmte Teilchengröße des Rohstoffes 2 von Vorteil ist. In diesem Zusammenhang kann es sich als Vorteil erweisen, wenn der Sortiervorrichtung 24 weiters diverse Siebeinrichtungen zur Sortierung nach Teilchengrößen, -fraktionen zugeordnet sind.The sorting device 24 can further comprise various comminution devices, such as shredders, mills or the like, so that comminution of the raw material 2 to the desired particle size is possible. Comminution devices of this type are advantageously used if the reformer module 3 is designed as a fluidized bed reactor 4, since a certain particle size of the raw material 2 is advantageous for maintaining the fluidized bed. In this context, it can prove to be advantageous if the sorting device 24 is also assigned various screening devices for sorting according to particle sizes and fractions.
Natürlich kann die Sortiervorrichtung 24 entsprechende Fördermittel zur Rohstofförderung, wie z. B. einen Bandförderer, einen Kettenförderer oder dergleichen, umfassen.Of course, the sorting device 24 can be appropriate funding for raw materials, such. B. include a belt conveyor, a chain conveyor or the like.
Die einzelnen Teile der Sortiervorrichtung 24 können selbstverständlich auch an geeigneter anderer Stelle innerhalb der Anlage 1 angeordnet werden, sofern dies zweckmäßig ist.The individual parts of the sorting device 24 can of course also be arranged at a suitable other location within the system 1, if this is expedient.
Nach einer eventuell notwendigen händischen Sortierung können die so vorbehandelten Rohstoffe 2 dem Reformermodul 3 zugeführt werden.After manual sorting that may be necessary, the raw materials 2 pretreated in this way can be fed to the reformer module 3.
Da in diesem Fall die Rohstoffe 2 eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen können, ist es möglich, daß diese Rohstoffe 2 Schwefelanteile, z.B. organisch gebundenen Schwefel, aufweisen. In diesem Fall kann im ReformermodulIn this case, since the raw materials 2 can have a different composition, it is possible that these raw materials 2 have sulfur components, e.g. organically bound sulfur. In this case, the reformer module
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3 ein Brennstoffrohgas 5 entstehen, welches neben den gwünschten Anteilen, insbesondere Wasserstoff und Kohlenmonoxid, auch unerwünschte Bestandteile enthält, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff. Da, wie bekannt, Schwefelwasserstoff nicht nur übelriechende Eigenschaften aufweist, sondern auch bereits bei geringen Konzentrationen ein überdurchschnittlich großes Gefährdungspotential für die Gesundheit von Menschen aufweist, und zudem Schwefelwasserstoff korrodierend auf diverse Werkstoffe wirkt, kann zur Ausscheidung des Schwefelwasserstoffes aus dem Brennstoffrohgas 5 ein Entschwefelungsmodul 26 angeordnet sein. Dieses Entschwefelungsmodul 26 kann dabei zwischen dem Energieerzeugungsmodul 12 und dem Reformermodul 3, insbesondere zwischen dem Oxydationsmodul 8 und einem eventuell diesem vorgeschalteten Wärmetauscher, 20 angeordnet sein.- 13 - 3 a raw fuel gas 5 is formed which, in addition to the desired proportions, in particular hydrogen and carbon monoxide, also contains undesirable constituents, such as hydrogen sulfide. Since, as is known, hydrogen sulfide not only has malodorous properties, but also has an above-average risk potential for human health even at low concentrations, and also hydrogen sulfide has a corrosive effect on various materials, a desulfurization module 26 can be used to remove the hydrogen sulfide from the raw fuel gas 5 be arranged. This desulfurization module 26 can be arranged between the energy generation module 12 and the reformer module 3, in particular between the oxidation module 8 and a heat exchanger 20, which may be connected upstream thereof.
Zur Entschwefelung ist es beispielsweise möglich, daß das Entschwefelungsmodul 26 nach dem Claus-Verfahren arbeitet, wonach in einer Brennkammer der Schwefelwasserstoff unter Zuführung von Luft unvollständig verbrannt wird, und sich dabei Schwefeldioxid und Wasserdampf bildet. Die hierbei entstehende Verbrennungstemperatur beträgt ca. 1400 °C, wobei diese Wärme in einem möglicherweise nachgeschalteten Abhitzekessel zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt werden kann, welcher dem Reformermodul 3 zugeführt werden kann. In diesem Fall besteht natürlich die Möglichkeit, daß das Entschwefelungsmodul 26 direkt nach dem Reformermodul 3 angeordnet ist, um damit die Förderwege für das Brennstoffrohgas 5 zwischen dem Entschwefelungsmodul 26 und dem Reformermodul 3 so kurz wie möglich zu halten, um eine eventuelle Abkühlung des Brennstoffrohgases 5 zu vermeiden.For desulfurization, it is possible, for example, for the desulfurization module 26 to work according to the Claus method, after which the hydrogen sulfide is incompletely burned in a combustion chamber with the supply of air, and sulfur dioxide and water vapor are formed in the process. The resulting combustion temperature is approximately 1400 ° C., this heat can be used in a possibly downstream waste heat boiler to generate steam, which can be supplied to the reformer module 3. In this case, there is of course the possibility that the desulfurization module 26 is arranged directly after the reformer module 3, in order to keep the conveyance paths for the raw fuel gas 5 between the desulfurization module 26 and the reformer module 3 as short as possible, in order to cool down the raw fuel gas 5 to avoid.
Das bei diesem Prozeß entstehende Wasser kann selbstverständlich dem Reformermodul 3 bzw. dem Oxydationsmodul 8 zugeführt werden.The water produced in this process can of course be fed to the reformer module 3 or the oxidation module 8.
Das entstandene Schwefeldioxid kann in der Folge einem dem Entschwefelungsmodul 26 zugeordneten Kontaktbehälter zugeführt werden, indem es durch Schwefelwasserstoff zu reinem Schwefel reduziert wird, wobei sich die Temperatur der Reaktionsgase wiederum erhöht, und diese Temperaturerhöhung über einen eventuell angeordneten Wärmetauscher 20 teilweise zurückgewonnen werden kann.The sulfur dioxide formed can subsequently be fed to a contact container assigned to the desulfurization module 26 by reducing it to pure sulfur by hydrogen sulfide, the temperature of the reaction gases increasing again, and this temperature increase being able to be partially recovered via a heat exchanger 20 which may be arranged.
Der dabei entstandene Schwefel kann aus dem Entschwefelungsmodul 26 ausgetragen und beispielsweise zur Erzeugung von Schwefelsäure verwendet werden.The resulting sulfur can be discharged from the desulfurization module 26 and used, for example, to generate sulfuric acid.
Für den Fall, daß das Brennstoffrohgas 5 nur geringe Mengen an Schwefelverbindungen, wie beispielsweise H2S, COS oder dergleichen, enthält, ist es natürlich auch möglich, das Entschwefelungsmodul 26 als beispielsweise Adsorptionskolonnen auszubilden, wobei diese Adsorptionskolonnen z.B. mit Aktivkohle, Molekularsieben oder dergleichen gefüllt sein können. Es ist jedoch darauf zu achten, daß als Füllmaterial für derartige Adsorptionskolonnen keine Adsorbentien verwendet werden, welche den Gehalt an Wasserstoff bzw. Kohlenmonoxid im Brennstoffrohgas 5 verringern.In the event that the raw fuel gas 5 contains only small amounts of sulfur compounds, such as H 2 S, COS or the like, it is of course also possible to design the desulfurization module 26 as, for example, adsorption columns, these adsorption columns, for example, with activated carbon, molecular sieves or the like can be filled. However, it should be ensured that no adsorbents are used as filler material for such adsorption columns, which reduce the content of hydrogen or carbon monoxide in the raw fuel gas 5.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß zur Entfernung von S bzw. H2S aus dem Brennstoffrohgas 5 beispielsweise Kalk verwendet wird, weicher z. B. als Lösung inOf course, it is also possible that, for example, lime is used to remove S or H 2 S from the raw fuel gas 5, e.g. B. as a solution in
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Absorptionstürmen mit den schwefelhaltigen Brennstoffrohgasen in Kontakt gebracht wird. Bei entsprechender Reaktionsführung kann der dabei entstehende Gips als Industriegips verwendet werden.- 14 - Absorption towers is brought into contact with the sulfur-containing fuel raw gases. If the reaction is carried out appropriately, the resulting gypsum can be used as industrial gypsum.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß die Rauchgase, bevor sie die Anlage 1 über den Kamin 21 verlassen, beispielsweise mit dem Ferrox-Verfahren, welches eine Suspension von Eisen (lll)-hydroxyd in verdünnter Sodalösung verwendet, bzw. nach dem Thylox-Verfahren, bei welchem eine Natriumthioarsenat- Lösung als Oxidationsreiniger verwendet wird, welche durch Oxidation mit Luft regeneriert werden kann, entschwefelt werden.Of course, it is also possible that the flue gases before they leave the system 1 via the chimney 21, for example with the Ferrox process, which uses a suspension of iron (III) hydroxide in dilute soda solution, or after the Thylox Processes in which a sodium thioarsenate solution is used as the oxidation cleaner, which can be regenerated by oxidation with air, are desulfurized.
Neben den Verfahren sind selbstverständlich sämtliche dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren einsetzbar, soweit dadurch keine Beeinträchtigung der gewünschten Reaktionsprodukte zu erwarten ist.In addition to the processes, all processes corresponding to the state of the art can of course be used, provided that the desired reaction products are not expected to be affected thereby.
Da bei der Ausführungsvariante der Anlage 1 nach Fig. 2 Rohstoffe 2 unterschiedlicher Zusammensetzung eingesetzt werden können, ist es unter Umständen erforderlich, die Rauchgase, weiche die Anlage 1 über den Kamin 21 verlassen, einer gesonderten Reinigung zuzuführen, um damit eine Beeinträchtigung der Umwelt so gering wie möglich zu halten.Since raw materials 2 of different compositions can be used in the embodiment variant of system 1 according to FIG. 2, it may be necessary to feed the flue gases, which leave system 1 via chimney 21, to separate cleaning in order to impair the environment to keep it as low as possible.
Dazu ist es beispielsweise möglich, daß zwischen dem zweiten Dampferzeugermodul 16 und dem Kamin 21 nach Fig. 1 ein Reinigungsmodul 27 angeordnet ist, welches beispielsweise aus zwei Absorptionskolonnen bestehen kann. Dabei kann eine Absorptionskolonne als Waschturm für saure Bestandteile und die zweite Absorptionskolonne als Waschturm für basische Bestandteile im Rauchgas herangezogen werden, sodaß derartige Bestandteile aus dem Rauchgas entfernt werden können.For this purpose, it is possible, for example, that a cleaning module 27 is arranged between the second steam generator module 16 and the chimney 21 according to FIG. 1, which cleaning module may consist, for example, of two absorption columns. One absorption column can be used as a washing tower for acidic constituents and the second absorption column can be used as a washing tower for basic constituents in the flue gas, so that such constituents can be removed from the flue gas.
Derartige Wäscher können sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich betrieben werden, und ist es möglich, das Absorbens in flüssiger oder fester Form einzusetzen.Such washers can be operated batchwise or continuously, and it is possible to use the absorbent in liquid or solid form.
Es können auch Waschtürme eingesetzt werden, in welchen auf mehreren Böden das Absorbens verteilt ist, durch welches die Rauchgase hindurchgeführt werden. Eine mögliche Ausbildung ist beispielsweise eine Glockenbodenkolonne. Andererseits sind natürlich auch sogenannte Sprühtürme einsetzbar.Wash towers can also be used, in which the absorbent is distributed over several floors, through which the flue gases are passed. One possible training is, for example, a bubble tray column. On the other hand, so-called spray towers can of course also be used.
Werden die Waschtürme des Reinigungsmoduls 27 bei erhöhtem Druck betrieben, sodaß die im Rauchgas enthaltenen sauren und/oder basischen Inhaltsstoffe chemisch und/oder physikalisch gebunden werden, so ist es möglich, daß bei einer anschließenden Entspannung das Absorbens regeneriert werden kann.If the washing towers of the cleaning module 27 are operated at elevated pressure, so that the acidic and / or basic constituents contained in the flue gas are chemically and / or physically bound, it is possible that the absorbent can be regenerated with a subsequent relaxation.
Andererseits ist es natürlich möglich, umweltbeeinträchtigende Rauchgasinhaltsstoffe über Extraktoren zu entfernen.On the other hand, it is of course possible to remove environmentally harmful flue gas ingredients using extractors.
Selbstverständlich können in der erfindungsgemäßen Anlage 1 an beliebiger Stelle weitere Reinigungsmodule 27 angebracht sein. So ist es z. B. möglich, daß zur Verhinderung einer Verschlackung von diversen Aniagenteilen im Brennstoffrohgasstrom ein Teerabscheider angeordnet ist.Of course, further cleaning modules 27 can be attached at any point in the system 1 according to the invention. So it is z. B. possible that a tar separator is arranged to prevent slagging of various Aniene parts in the raw fuel gas stream.
Weiters kann die Anlage 1 zusätzliche Speichermodule 13 für Wasser, Elektrische Energie, Primärbrennstoffe, Sekundärbrennstoffe sowie Rohstoffe 2 umfassen.Furthermore, the system 1 can include additional storage modules 13 for water, electrical energy, primary fuels, secondary fuels and raw materials 2.
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Als Verfahren zur Verwertung von Biomasse, insbesondere Sekundärrohstoffe, hat sich die im folgenden beschriebene Vorgangsweise als vorteilhaft erwiesen.- 15 - The procedure described below has proven to be advantageous as a method for recycling biomass, in particular secondary raw materials.
Die Rohstoffe 2 werden nach einer eventuelle nötigen Vorbehandlung, wie z. B. einerThe raw materials 2 are after any necessary pretreatment, such as. B. one
Sterilisation, einer Sortierung und Abtrennung von nicht vergasungsfähigenSterilization, sorting and separation of non-gasifiable
Rohstoffbestandteilen, dem Reformermodul 3 zugeführt. Selbstverständlich ist es möglich, daß die Rohstoffe 2 aus dem Reformermodul 3 vorerwärmt zugeführt werden.Raw material components, the reformer module 3 fed. Of course, it is possible for the raw materials 2 to be supplied preheated from the reformer module 3.
Die Rohstoffe 2 können dann im Reformermodul 3 mit einer Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 auf die erforderlichen Reaktionstemperatur gebracht werden, und kann ein für die Reaktionsführung erforderlicher Druck im Reformermodul 3 eingestellt werden.The raw materials 2 can then be brought to the required reaction temperature in the reformer module 3 with a heat generating device 6, and a pressure required for carrying out the reaction can be set in the reformer module 3.
In die Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 kann Erdgas, aus dem Verwertungsprozeß stammendes Schwachgas, Gemische daraus oder dergleichen eingespeist werden.Natural gas, lean gas from the recycling process, mixtures thereof or the like can be fed into the heat generating device 6.
Als Oxidationsmittel kann in das Reformermodul 3 an ein oder mehreren Stellen Wasserdampf eingespeist werden, wobei dieser Wasserdampf vorzugsweise mit aus dem Verwertungsprozeß stammender Wärme erzeugt wird. Dazu ist es möglich, das Oxidationswasser mit Hilfe von mehreren Wärmetauschern 20 bzw. von Dampferzeugungsmodulen 16 zu erwärmen.Water vapor can be fed into the reformer module 3 as an oxidizing agent at one or more points, this water vapor preferably being generated with heat derived from the recycling process. For this purpose, it is possible to heat the oxidation water with the aid of a number of heat exchangers 20 or steam generation modules 16.
Das dem Reformermodul entweichende Brennstoffrohgas 5, welches teiloxidierten Kohlenstoff sowie Wasserstoff als Hauptbestandteile, und eventuell Methan, C02, oder dergleichen als Nebenbestandteile enthält, wird zur Abscheidung von eventuell mitgeführten Staubpartikeln einem Entstaubungsmodul 7 zugeführt. Die beispielsweise mit einem Zyklon abgetrennten Feststoffpartikel können dem Reformermodul 3 erneut zugeführt werden.The raw fuel gas 5 escaping from the reformer module, which contains partially oxidized carbon and hydrogen as main components, and possibly methane, CO 2 , or the like as secondary components, is fed to a dedusting module 7 for the separation of possibly carried dust particles. The solid particles separated off, for example with a cyclone, can be fed to the reformer module 3 again.
Als Reaktionstemperatur kann im Reformermodul 3 eine Temperatur, welche im Bereich zwischen 500°C bis 1000°C, bevorzugt 600°C bis 850°C, liegt, verwendet werden.A temperature which is in the range between 500 ° C. to 1000 ° C., preferably 600 ° C. to 850 ° C., can be used as the reaction temperature in the reformer module 3.
Das das Entstaubungsmodul 7 verlassende Brennstoffrohgas 5 wird vorzugsweise durch einen Wärmetauscher 20 im Gegenstrom geführt, wobei mit diesem Wärmetauscher 20 wiederum Oxidationswasser vorerwärmt werden kann.The raw fuel gas 5 leaving the dedusting module 7 is preferably passed through a heat exchanger 20 in countercurrent, with this heat exchanger 20 in turn being able to preheat water of oxidation.
Zur Konvertierung des aus dem Vergasungsprozeß stammenden Kohlenmonoxids kann das Brennstoffrohgas 5 in der Folge einem Oxidationsmodul 8, beispielsweise einem Shift-Reaktor 9, zugeführt werden, in welchem das Kohlenmonoxid mit Hilfe von Wasser als Oxidationsmittel zu Kohlendioxid oxidiert wird, und dabei wiederum Wasserstoff entsteht. Der Wirkungsgrad dieser Reaktion liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,8 bis 0,95.To convert the carbon monoxide originating from the gasification process, the raw fuel gas 5 can subsequently be fed to an oxidation module 8, for example a shift reactor 9, in which the carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide with the aid of water as the oxidizing agent, and in turn hydrogen is formed in the process. The efficiency of this reaction is preferably in the range between 0.8 to 0.95.
Zur Erzeugung von vorzugsweise hochreinem Wasserstoff wird das aus dem Oxidationsmodul 8 entnommene Brennstoffrohgas 5 einem Gasreinigungsmodul 10 zugeführt. In diesem Gasreinigungsmodul 10 wird der Wasserstoff vorzugsweise mit Hilfe eines Metallmembranfilters, welcher nur für Wasserstoffatome durchlässig ist, abgetrennt. Die Dissoziationsgeschwindigkeit durch dieses Metallmembranfilter, welches beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein kann, und insbesondere auchTo generate preferably high-purity hydrogen, the raw fuel gas 5 removed from the oxidation module 8 is fed to a gas cleaning module 10. In this gas cleaning module 10, the hydrogen is preferably separated off with the aid of a metal membrane filter which is only permeable to hydrogen atoms. The rate of dissociation through this metal membrane filter, which can be tubular, for example, and in particular also
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mehrere Rohre zu einer Filtereinheit zusammengesetzt sein können, bzw. welches auch jede beliebige andere Ausbildung, wie beispielsweise plattenförmig, aufweisen kann, hängt von der Partialdruckdifferenz an Wasserstoff vor und nach dem Filter 11 ab, und kann diese somit über diese Partialdruckdifferenz gesteuert bzw. geregelt werden.- 16 - Several tubes can be assembled to form a filter unit, or which can also have any other configuration, such as plate-shaped, depends on the partial pressure difference of hydrogen before and after the filter 11, and can thus be controlled or regulated via this partial pressure difference become.
Das bei dieser Gasreinigung entstehende Schwachgas, welches noch verbrennbare Anteile, wie beispielsweise Methan, Restmengen Kohlenmonoxid oder dergleichen enthält, wird vorzugsweise der Wärmeerzeugungsvorrichtung 6 zur Verwertung zugeführt.The lean gas generated during this gas cleaning, which still contains combustible components such as methane, residual amounts of carbon monoxide or the like, is preferably fed to the heat generating device 6 for recycling.
Das dem Gasreinigungsmodul 10 entnommene Wasserstoffgas kann in der Folge über einen Wärmetauscher 20, welcher wiederum zur Erwärmung von Oxidationswasser verwendet werden kann, soweit abgekühlt werden, daß entweder eine Lagerung in diversen Speichermoduien 13 und/oder dessen Einsatz im Energieerzeugungsmodul 12 möglich wird.The hydrogen gas removed from the gas cleaning module 10 can subsequently be cooled via a heat exchanger 20, which in turn can be used to heat oxidation water, to the extent that either storage in various storage products 13 and / or its use in the energy generation module 12 becomes possible.
Im Energieerzeugungsmodul 12, welches z.B. als Brennstoffzelle 14 ausgebildet ist, wird der Wasserstoff zu Wasser oxidiert. Als Oxidationsmittel dient Sauerstoff, welcher entweder als Reinsauerstoff oder aber als Luft eingesetzt werden kann. Als Elektrolyt kann beispielsweise eine sogenannte PEM-Elektrolyt (Polymer-Elektrolyt- Membran) verwendet werden. Die an den Elektroden entlangstreichenden Gase werden dabei oxidiert (Wasserstoff) bzw. reduziert (Sauerstoff) und ist aufgrund der vonstattengehenden Elektronenübertragung ein elektrischer Stromfluß möglich, sodaß die entstehende bzw. umgewandelte Energie - es wird ja chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt - einem Endverbraucher bzw. einem entsprechendem Speichermedium, wie beispielsweise einem Akkumulator zugeführt werden kann. Der in der Brennstoffzelle entstehende Gleichstrom kann mit einem Wechselrichter 15 in Wechselstrom umgewandelt werden.In the power generation module 12, which e.g. is designed as a fuel cell 14, the hydrogen is oxidized to water. Oxygen serves as the oxidizing agent, which can either be used as pure oxygen or as air. For example, a so-called PEM electrolyte (polymer electrolyte membrane) can be used as the electrolyte. The gases flowing along the electrodes are oxidized (hydrogen) or reduced (oxygen) and an electrical current flow is possible due to the electron transfer taking place, so that the energy generated or converted - chemical energy is converted into electrical energy - to an end user or a corresponding storage medium, such as an accumulator. The direct current generated in the fuel cell can be converted into alternating current using an inverter 15.
Weiters besteht die Möglichkeit, daß der entstehende Wasserstoff nicht, bzw. nicht zur Gänze, verströmt wird, sondern beispielsweise entweder direkt über zum Beispiel Rohrleitung einem Endverbraucher, wie etwa der chemischen Industrie, zugeführt wird, bzw. daß dieser Wasserstoff in entsprechenden Speichermodulen 13 für den weiteren Verbrauch zwischengelagert werden kann. Diese Speichermodule 13 können selbstverständlich auch als Puffer für saisonal bedingte Kapazitätsschwankungen der Anlage 1 eingesetzt werden.Furthermore, there is the possibility that the hydrogen produced is not, or not wholly, emitted, but is, for example, either fed directly to an end user, such as the chemical industry, for example via pipeline, or that this hydrogen is stored in corresponding storage modules 13 for the further consumption can be stored temporarily. These memory modules 13 can of course also be used as buffers for seasonal capacity fluctuations in the system 1.
Ergänzend sei erwähnt, daß selbstverständlich die Möglichkeit besteht, daß die Rohstoffe 2 vor dem Einsatz im Reformermodul 3 einer gesonderten Trocknung unterzogen werden können, und daß für diese Trocknung die Abwärme aus dem Prozeß herangezogen werden kann.In addition, it should be mentioned that there is of course the possibility that the raw materials 2 can be subjected to separate drying before being used in the reformer module 3, and that the waste heat from the process can be used for this drying.
Weiters ist es möglich, daß die Rohstoffe 2 in geeigneten Verpackungen, wie beispielsweise Kartons, Container oder dergleichen, der Sterilisation unterzogen werden. Damit wird mit Vorteil des Handling im Aufgabenbereich erleichtert. Als Vorteil erweist sich auch, wenn die Verpackung aus einem vergasungsfähigen Material besteht, sodaß eine Entpackung nicht von Nöten ist und die Rohstoffe 2 mit ihrer Verpackung nach einer eventuellen Zerkleinerung dem Reformermodul 3 zugeführt werden können.Furthermore, it is possible for the raw materials 2 to be subjected to sterilization in suitable packaging, such as cardboard boxes, containers or the like. This makes handling in the task area easier. It also proves to be an advantage if the packaging consists of a gasifiable material, so that unpacking is not necessary and the raw materials 2 with their packaging can be fed to the reformer module 3 after any size reduction.
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Als Sammelbehälter, insbesondere für Hausmüll, können auch wiederverwertbare Behälter verwendet werden, beispielsweise aus Metali, wodurch der Aufbau eines regionalen Sammelnetzes möglich wird. Diese Sammelbehälter können unter Umständen der Sterilisation unterzogen werden, wodurch das Risiko einer möglichen Keimübertragung verringert werden kann.- 17 - Recyclable containers, for example made of metal, can also be used as collection containers, in particular for household waste, which enables the establishment of a regional collection network. Under certain circumstances, these collection containers can be subjected to sterilization, which can reduce the risk of possible transmission of germs.
Wird zur Sterilisation ein sogenannter Linealektronenbeschleuniger verwendet, kann die dabei entstehende Abwärme selbstverständlich auch zur Vorerwärmung der diversen Rohstoffe verwendet werden.If a so-called linear electron accelerator is used for sterilization, the resulting waste heat can of course also be used for preheating the various raw materials.
Der für den Betrieb des Linearbeschleunigers benötigte elektrische Strom wird vorzugsweise aus der eigenen Produktion der Anlage 1 abgezweigt.The electrical current required for the operation of the linear accelerator is preferably branched off from the plant 1's own production.
Die Verpackungen können dabei auch mit feuchtigkeitssperrenden Schichten, wie z.B. PE-Folien ausgekleidet sein.The packaging can also be provided with moisture-blocking layers, e.g. PE films must be lined.
Weiters besteht die Möglichkeit, daß die Rohstoffe 2 vor Ihrem Einsatz im Reformermodul 3 in einer Pelletieranlage pelletiert werden, wodurch die Lagerung bzw. das Rohstoffhandling erleichtert werden kann.Furthermore, there is the possibility that the raw materials 2 are pelletized in a pelletizing system before they are used in the reformer module 3, whereby the storage or the raw material handling can be facilitated.
Als Vorteil kann es sich erweisen, wenn der mit dem Energieerzeugungsmodul 6 im Energieerzeugungsmodul 16 erzeugte Strom zumindest teilweise zur Erzeugung von Wärmeenergie mit Wärmepumpen herangezogen wird, da somit eine bessere Ausnutzung der in den Rohstoffen 2 enthaltenen Energie erreicht werden kann.It can prove to be an advantage if the electricity generated with the energy generation module 6 in the energy generation module 16 is used at least partially to generate thermal energy with heat pumps, since a better utilization of the energy contained in the raw materials 2 can thus be achieved.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage 1 können selbstverständlich auch Tankstellen für mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuge verbunden sein.The system 1 according to the invention can of course also be used to connect petrol stations for vehicles operated with fuel cells.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, daß zum besseren Verständnis des Aufbaus der erfindungsgemäßen Anlage 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.For the sake of order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the structure of the system 1 according to the invention, these or their components have been partially shown to scale and / or enlarged and / or reduced.
Die den eingenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.The object on which the inventive solutions are based can be found in the description.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1; 2 gezeigten Ausführungen denAbove all, the individual in FIGS. 1; 2 shown versions of the
Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
BezugszeichenaufstellungForm the subject of independent, inventive solutions. The relevant tasks and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures. List of reference symbols
1 Anlage1 facility
2 Rohstoff2 raw material
3 Reformermodul3 reformer module
4 Wirbelschichtreaktor4 fluidized bed reactor
5 Brennstoffrohgas5 raw fuel gas
6 Wärmeerzeugungsvorrichtung6 heat generating device
7 Entstaubungsmodul7 dedusting module
8 Oxidationsmodul8 oxidation module
9 Shift-Reaktor9 shift reactor
10 Gasreinigungsmodul10 gas cleaning module
11 Filter11 filters
12 Energieerzeugungsmodul12 power generation module
13 Speichermodul13 memory module
14 Brennstoffzelle14 fuel cell
15 Wechselrichter15 inverters
16 Dampferzeugermodul16 steam generator module
17 Wasseraufbereitungsmodul17 water treatment module
18 Rückkühlmodul18 recooling module
19 Steuer- und/oder Regeleinrichung19 Control and / or regulating device
20 Wärmetauscher20 heat exchangers
21 Kamin21 fireplace
22 Fördereinrichtung22 conveyor
23 Leitung23 line
24 Sortiervorrichtung24 sorting device
25 Sterilisationsmodul25 sterilization module
26 Entschwefelungsmodul26 desulfurization module
27 Reinigungsmodui27 cleaning modules
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Claims
1. Anlage zur Verwertung von Biomasse und/oder organischer Abfälle dadurch gekenntzeichnet daß diese mit einem Reformermodul, welchem zumindest eine Wärmeerzeugungsvorrichtung zur Erhitzung eines Rohstoffes und/oder eines Oxidationsmittels mit zumindest einer Einrichtung zur Zufuhr des Primärbrennstoffes und/oder Sekundärbrennstoffes sowie zumindest jeweils eine Einrichtung zur Zufuhr des zumindest teilvergasungsfähigen Rohstoffes und eines Oxidationsmittels, z. B. Wasserdampf, oder dgl. und zumindest eine Einrichtung zur Ausbringung eines Brennstoffrohgases und/oder eines Abgases und/oder eines Feststoffes, z. B. Asche oder dgl. und mit einem Gasreinigungsmodul, das (10) ein Filter (11), insbesondere eine Metallmembran umfaßt, angeschlossen ist, ausgeführt ist.1. Plant for recycling biomass and / or organic waste, characterized in that it has a reformer module which has at least one heat generating device for heating a raw material and / or an oxidizing agent with at least one device for supplying the primary fuel and / or secondary fuel and at least one device each for supplying the at least partially gasifiable raw material and an oxidizing agent, e.g. B. steam, or the like. And at least one device for dispensing a raw fuel gas and / or an exhaust gas and / or a solid, for. B. ash or the like. And with a gas cleaning module, which (10) a filter (11), in particular a metal membrane, is connected.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (11) eine Porengröße aufweist, welche ausschließlich eine Diffusion von Wasserstoffatomen durch den Filter (11) ermöglicht.2. Plant according to claim 1, characterized in that the filter (11) has a pore size which only allows diffusion of hydrogen atoms through the filter (11).
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest ein Teil des Filters (11) aus einer Metallegierung, z. B. einer Pd-Cu-, Pd-Ag-Legierung aufgebaut ist.3. Plant according to one of claims 1 or 2, characterized in that the at least part of the filter (11) made of a metal alloy, for. B. is a Pd-Cu, Pd-Ag alloy.
4. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (11) als Plattenfilter, Rohrfilter oder dgl. ausgebildet ist.4. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the filter (11) is designed as a plate filter, tubular filter or the like.
5. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reformermodul (3) als Wirbelschichtreaktor mit zumindest einem Wirbelbett, bevorzugt einem Wirbelbett zur Erhitzung der Edukte und einem Wirbelbett als endothermen Reaktionsteil, ausgebildet ist.5. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reformer module (3) is designed as a fluidized bed reactor with at least one fluidized bed, preferably a fluidized bed for heating the starting materials and a fluidized bed as an endothermic reaction part.
6. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeugungsvorrichtung (16) als Pulsbrenner oder Röhrenbrenner vorzugsweise zur indirekten Beheizung des Reformermoduls (3) ausgebildet ist.6. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat generating device (16) as a pulse burner or tube burner is preferably designed for indirect heating of the reformer module (3).
7. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zumindest einen Wärmetauscher (20), z. B. einen Platten-, Rohrbündel-, Spiral-, Kerzenwärmetauscher oder dgl. umfaßt.7. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant at least one heat exchanger (20), for. B. comprises a plate, tube bundle, spiral, candle heat exchanger or the like.
8. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdampfung des Oxidationsmittels zumindest ein Dampferzeugermodul (16), vorzugsweise zwischen einem Kamin (21) und dem Reformermodul (3) angeordnet ist.8. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one steam generator module (16), preferably between a chimney (21) and the reformer module (3) is arranged to evaporate the oxidizing agent.
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9. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlage zumindest ein Entstaubungsmodul (7), z. B. ein Massenkraftabscheider wie z. B. ein Zyklon, eine Staubabsetzkammer, ein Tuchfilter, einen Elektrofilter, ein Naßabscheider wie z. B. ein Venturiwäscher, oder dgl., bevorzugt nach dem Reformermodul (3) und vor einem Oxidationsmodul (8) angeordnet ist.9. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the plant at least one dedusting module (7), for. B. a mass separator such. B. a cyclone, a dust settling chamber, a cloth filter, an electrostatic precipitator, a wet separator such as e.g. B. a venturi washer, or the like., Preferably after the reformer module (3) and before an oxidation module (8) is arranged.
10. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt zwischen dem Entstaubungsmodul (7) und dem Gasreinigungsmodul (10) zumindest ein Oxidationsmodul (8), insbesondere ein Shift-Reaktor (9) angeordnet ist.10. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one oxidation module (8), in particular a shift reactor (9) is preferably arranged between the dedusting module (7) and the gas cleaning module (10).
11. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage ein Energieerzeugungsmodul (12), insbesondere zumindest eine Brennstoffzelle (14) umfaßt.11. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant comprises an energy generation module (12), in particular at least one fuel cell (14).
12. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (1) zumindest eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) umfaßt.12. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant (1) comprises at least one control and / or regulating device (19).
13. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) zumindest einen Meßwertgeber bzw. Fühler zur Messung einer Temperatur, eines Druckes, einer Durchflußmenge oder dgl. zugeordnet, insbesondere über Leitungen (23) verbunden ist.13. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control and / or regulating device (19) is assigned at least one sensor or sensor for measuring a temperature, a pressure, a flow rate or the like, in particular via lines ( 23) is connected.
14. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt dem Reformermodul (3) eine Sortiervorrichtung (24) insbesondere zur automatischen und/oder händischen Sortierung von Sekundärrohstoffen vorgeordnet ist.14. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reformer module (3) is preferably preceded by a sorting device (24), in particular for the automatic and / or manual sorting of secondary raw materials.
15. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortiervorrichtung (24) einen Metallabscheider, beispielsweise einen Magnetabscheider, und/oder eine Zerkieinerungsvorrichtung, z.B. einen Shredder, eine Mühle, oder dgl. und/oder einen Sortierer und/oder einen Klassierer und/oder Fördermittel zur Rohstofförderung, wie z.B. einen Bandförderer, einen Kettenförderer oder dgl. umfaßt.15. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sorting device (24) comprises a metal separator, for example a magnetic separator, and / or a comminution device, e.g. a shredder, a mill, or the like and / or a sorter and / or a classifier and / or conveying means for conveying raw materials, e.g. a belt conveyor, a chain conveyor or the like.
16. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt vor der Sortiervorrichtung (24) ein Stehiisationsmodul (25), z. B. ein Elektronenbeschleuniger, eine Bestrahlungsvorrichtung mit γ-Quanten, eine Begasungsvorrichtung mit Ethylenoxid oder dgl. angeordnet ist.16. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that preferably before the sorting device (24) a standing module (25), for. B. an electron accelerator, a radiation device with γ quanta, a fumigation device with ethylene oxide or the like. Is arranged.
17. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zumindest ein Reinigungsmodul (27) zur Abgaswäsche, z. B. für sauer reagierende bzw. basisch reagierende Gasinhaltsstoffe, bevorzugt vor dem Kamin (21) umfaßt.17. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant at least one cleaning module (27) for exhaust gas scrubbing, for. B. for acidic or basic gas constituents, preferably in front of the fireplace (21).
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18. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmodul (27) durch zumindest einen Absorptionsturm mit flüssigem oder/festen Absorbens ausgebildet ist.18. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cleaning module (27) is formed by at least one absorption tower with liquid or / solid absorbent.
19. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage Speichermodule (13), insbesondere für Wasserstoff und/oder Methanol, Wasser, elektrische Energie, Primärbrennstoffe, Sekundärbrennstoffe oder dgl. umfaßt.19. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that the plant comprises storage modules (13), in particular for hydrogen and / or methanol, water, electrical energy, primary fuels, secondary fuels or the like.
20. Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise vor dem Gasreinigungsmodul (10) ein Entschwefelungsmodul (26) angeordnet ist.20. Plant according to one or more of the preceding claims, characterized in that a desulfurization module (26) is preferably arranged in front of the gas cleaning module (10).
21. Verfahren zur Verwertung von Biomasse und/oder organischen Abfällen, insbesondere mit einer Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, wobei in einem Reformermodul bei erhöhter Temperatur und/oder Druck ein Teil des Rohstoffes durch Teiloxidation mit Wasserdampf in ein CO- und H2-hältiges Gas konvertiert wird, z.B. Synthesegas, Wassergas, Generatorgas oder dgl. und von diesem Gas in einem Gasreinigungsmodul ein Teil, insbesondere Wasserstoff abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Volumina die von dem Filter des Gasreinigungsmoduls getrennt werden eine Partialdruckdifferenz eingestellt wird, die eine Diffusion eines Bestandteiles des Gases durch den Filter ermöglicht.21. A method for recycling biomass and / or organic waste, in particular with a plant according to one or more of claims 1 to 20, wherein in a reformer module at elevated temperature and / or pressure, part of the raw material by partial oxidation with water vapor in a CO and H 2 -containing gas is converted, for example synthesis gas, water gas, generator gas or the like. A part, in particular hydrogen, is separated from this gas in a gas cleaning module, characterized in that a partial pressure difference is set between volumes which are separated from the filter of the gas cleaning module , which allows diffusion of a component of the gas through the filter.
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| AU3512399A (en) | 1999-11-16 |
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