Vergasung mit Vorpyrolysierung von Biomasse und zusätzlicher Vergasung der Gase

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Vierzug-Vergaser in dem Biomasse oder ähnliche Materialien unter Sauerstoffmangel vergast werden. Das erzeugte Gas kann für den Betrieb von Brennkraftmotoren oder Gasbrennern eingesetzt werden.

[0002] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Vierzug-Vergaser in dem der gesamte Vergasungsprozess in vier Zügen abläuft.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vergaser bekannt, die jedoch nur einen unzureichenden Gasqualität aufweisen.

[0004] Aus der EP 1 323 810 A1 ist beispielsweise ein herkömmlicher Vergaser für Biomasse bekannt. Die vorliegende Erfindung baut auf diesem grundlegenden Konzept der Biomassevergasung auf:

[0005] Aus der WO 96/32163 A1 ist ein gattungsgemäßer Vergaser für Biomasse bekannt, der jedoch nur eine unzureichende Gasqualität zu liefern vermag.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Gases aus Biomasse oder ähnlichem Material, vorzuschlagen.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Vierzug-Vergasungsverfahren vorgeschlagen wird, bei dem der gesamte Vergasungsprozess in vier Zügen abläuft.

Zug 1:

Das zu vergasende Material befindet sich in dem Materialvorratsbehälter 3. Mittels einer Transportschnecke 5, die sich innerhalb des Vergasungskanals befindet wird das Material von dem Vorratsbehälter 3, in den Füllschacht 6, transportiert. Der Antrieb hierfür 4, ist stufenlos regelbar, da sich die Transportgeschwindigkeit nach der Struktur und der Feuchte des zu vergasenden Materials regelt. Durch die hohe Temperatur oberhalb des Vergasungskanals wird das Material bei Temperaturen um 1000° Celsius erhitzt. Dabei wird das Material getrocknet, es entweichen die schnellflüchtigen Gase und es erfolgt eine Vorpyrolysation. Am Ende der Transportschnecke 5, fällt das Material in den Füllschacht 6.

Zug 2:

In der Mulde des Vergasungskanals befindet sich eine Transportspirale 9. Diese Transportspirale befördert das vorpyrolysierte Material vom Füllschacht 6, zum Ascheaustragsstutzen 11. An verschiedenen Punkten 24 wird vorgeheizte Vergasungsluft zugeführt, so dass auf dem Wege vom Füllschacht 6, zum Ascheaustrag 11, das gesamte Material vergast wird und am Ende des Vergasungskanals, ausgegastes Material in Form von Asche anfällt.

Zug 3:

Am Ende des Vergasungskanal sammelt sich das Gas und strömt in das Heissgasrohr 12. In diesem Rohr gelangt das Gas unter Sauerstoffausschluss zum Gasschacht 13 und strömt über das Standrohr 14, in die Koksschnecke. Wie aus der Fig. 3, Pos. 12 zu erkennen ist, wird eine kurze Spirale, die sich in dem Heissgasrohr befindet, über den gleichen Kettentrieb angetrieben. Diese kurze Spirale hat die Aufgabe, die von dem Gas mitgerissenen Staubpartikel oder Schwebstoffe, wieder zurück zu transportieren und gleichzeitig soll durch die Form der Spirale eine Verwirbelung des Gases erzeugt werden. Das Heissgasrohr 12 hat die Aufgabe dem Gas eine längere Verweilzeit zu geben, damit der thermische Umsetzungsprozess unter Zugabe von extern zugeführter Hitze erfolgen kann.

Zug 4:

Das Gas strömt aus dem Heissgasrohr 12, in den Gasschacht 13 und anschliessend durch das Standrobr 14, in die Koksschnecke. In dieser Koksschnecke, die doppelwandig ist und von außen durch die Vergasungsluft gekühlt wird, strömt das Gas vom Eingangsstutzen 14, zum Koksbehälter 16. Innerhalb dieser Koksschnecke wird das Gas im Gegenstromverfahren von dem Koks abgekühlt und gereinigt. Das Gas sammelt sich dann im Koksbehälter 16 und wird von dem Saugzug 17 abgesaugt und zur Verwendungsstelle geblasen.

Funktionsbeschreibung

[0008] Mittels eines Zündbrenners 7, wird der Vergasungskanal auf ca. 200° Celsius aufgeheizt. Danach wird Industriekoks durch die Koksschnecke 15, in den Füllschacht 6 eingegeben. Dabei wird von der Koksschnecke 15, angetrieben durch den Motor 20, die Rückschlagklappe 21 geöffnet. Der eingegebene Koks in Verbindung mit der Hitze des Zündbrenners, erzeugt schnell eine Prozesstemperatur von über 500° Celsius. Nach erreichen dieser Temperatur wird kontinuierlich Vergasungsmaterial durch die Materialschnecke 5, angetrieben durch den Motor 4, dem Füllschacht 6 zugegeben. Die gesamte Anlage wird bis zum Erreichen der Vergasungstemperatur von ca. 1000° Celsius mit Sauerstoffüberschuss gefahren. Diese Steuerung erfolgt über den Seitenkanalverdichter 22.

[0009] Der Seitenkanalverdichter 22, saugt die Raumluft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft an und drückt diese in das Rohrleitungssystem 23. Die Luft gelangt in den Spalt der sich in der doppelwandigen Koksschnecke 15 befindet und durchströmt diesen Spalt, der mit spitalförmigen Luftleitblechen versehen ist, bis zum Ausgangspunkt 23. Damit wird erreicht, dass der Koks der zur Abkühlung des Gases dienen soll, von aussen gekühlt wird um gleichzeitig eine heiße Vergasungsluft zu erreichen. Nach dem Austritt der heißen Vergasungsluft aus dem Ringspalt der Koksschnecke, wird die heiße Luft in einer isolierten Rohrleitung 23, zu den einzelnen Einblasstellen geleitet.

[0010] Diese Einblasstellen sind im einzelnen:

a) Der Zündbrenner 7, der ständig mit heisser Luft versorgt wird, auch wenn die Gaszufuhr zum Brenner abgeschaltet wird, bekommt der Brenner die heiße Luft zugeführt, damit zum einen, stirnseitlich Vergasungsluft in den Vergaserkanal eingeblasen wird und zum andern wird verhindert, dass sich Staubpartikel im Mundstück des Zündbrenners ablagern können.

b) Der Brennerkasten 25 wird auch ständig mit Vergasungsluft versorgt, da von dem Brennerkasten aus, mehrere kleine Lusteintrittsöffnungen im unteren Bereich des Vergaserkanals vorhanden sind. Es ist wichtig, dass das eingeführte glühende Material von unten mit dem Sauerstoff der Luft versorgt wird, damit hier eine möglichst hohe Temperatur erhalten bleibt.

c) Das Schauglasrohr 8 wird ebenfalls ständig mit Vergasungsluft versorgt, damit das Quarzglas durch den Luftschleier thermisch geschützt wird und gleichzeitig das Glas von unten sauber bleibt.

d) Die Einblasdüsen 24 haben ein vorgeschaltetes stufenloses regelbares Kugelventil 28, in dem die heisse Vergaserluft die durch die Rohrleitung 23 zugeführt wird geregelt wird. Die Regelung erfolgt über ein Thermoelement 26, mit dem die obere heiße Temperatur im Vergaserkanäl gemessen wird. Diese Messdaten werden an die SPS - Steuerung 27 weitergegeben, die dann das Regelventil 28 entsprechend steuert. Die Aufgabe der Steuerung besteht darin, in den einzelnen Zonen eine konstante gleichmässige Vergasungstemperatur zu erhalten.

e) Damit vermieden wird, dass Gase durch die Materialschnecke 5,in den Materialvorratsbehälter 3 strömen, wird auch heiße Vergasungsluft über die Rohrleitung 23, in den Materialvorratsbehälter 3 eingeblasen. Hierdurch wird ein geringer Überdruck im Materialbehälter erzeugt, so dass ein zurückströmen der Gase vermieden wird.

[0011] Aufgabe der Erfindung ist ein vollautomatischer Betrieb des Vierzug-Vergasers. Um dies zu erreichen ist im Materialvorratsbehälter ein Füllstandsmelder 1 eingebaut. Bei Materialmangel wird eine Transportschnecke geschaltet, die über das geöffnete Quetschventil 2, Material in den Behälter 3 fördert. Die Materialmenge wird vom stufenlos, regelbaren Antriebsmotor 4 bestimmt.

[0012] Der Antriebsmotor 20 für die Koksschnecke läuft nur in Intervallen, um in Takten beladenen heissen Koks durch die Rückschlagklappe 21, in den Füllschacht 6 zu transportieren. Die Intervalle für die Taktzeiten der Koksschnecke richten sich nach der Ausströmtemperatur des Gases aus dem Koksbehälters 16. Auch in diesem Behälter ist ein Füllstandsmelder eingebaut der bei Bedarf die Transportschnecke für den Koks ansteuert und gleichzeitig wird das Quetschventil 19 geöffnet.

[0013] Da in dem gesamten Vierzug-Vergaser hohe Temperaturen bis 1000° Celsius herrschen, ist der gesamte Vergasungskanal mit einer hochwertigen Isolierung 29 ummantelt. Die gesamte Vergasereinheit kann auf einem Grundrahmen montiert werden und bildet durch Ihre schmale, lange und niedrige Form eine günstige Aufstellungsmöglichkeit in Räumen.

Bezugszeichenliste

[0014] 

1)

Füllstandsmelder Material

2)

Quetschventil Material

3)

Spänebehälter

4)

Späneschneckenantrieb

5)

Späneschnecke

6)

Füllschacht

7)

Zündbrenner

8)

Schauglas

9)

Material - Spirale

10

Antrieb - Spirale

11)

Ascheaustragung

12)

Heissgasrohr

13)

Gasschacht

14)

Einlass Koksschnecke

15)

Koksschnecke doppelwandig

16)

Koksbehälter

17)

Gas Saugzug

18)

Füllstandsmelder Koks

19)

Quetschventil Koks

20)

Antrieb Koksschnecke

21)

Rückschlagklappe Koks

22)

SKV - Vergaserluft

23)

Vergasungsluft - Rohrleitung

24)

Luftdüsen geregelt

25)

Brennerkasten

26)

Thermoelemente

27)

SPS - Steuerung

28)

Regel - Kugelventile

29)

Isolierung - H. Temperatur

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung eines Gases aus Biomasse oder ähnlichen Material, wobei das Material durch eine innenliegende Schnecke (5) vorpyrolisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das vorpyrolysierte Material in einem Vergasungskanal mittels einer Spirale (9) von einem Einfüllschacht (6) bis zu einer Ascheaustragung (11) mechanisch transportiert wird und anschließend die dabei erzeugten Gase in einem innenliegenden Heissgasrohr (12), durch die von aussen extern zugeführte Hitze nachvergast werden und dadurch eine längere Verweilzeit erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorpyrolysierte Material in einem mindestens 6,00 m langen Vergasungskanal transportiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase durch einen Gaskanal (13), einer doppelwandigen Koksschnecke (15) zugeführt und im Gegenstromverfahren durch den Koks abgekühlt und gereinigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erhitzte und belastete Industriekoks, in Intervallen dem Vergaser wieder zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchte Koksmenge, automatisch in den Vorratsbehälter (16) wieder nachgefüllt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatursteuerung in dem Vergaser vorgesehen ist, die durch Thermoelemente (26) und stufenlos regelbare Kugelventile (28) von einer SPS - Steuerung (27) automatisch geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Heissgasrohres (12) eine angetriebene Spirale vorhanden ist, die eventuelle Ablagerungen die im Heissgas auftreten können, wieder zum Ausgang zurücktransportiert, wobei gleichzeitig die Gase in eine Wirbelströmung versetzt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Ringspalt der doppelwandigen Koksschnecke (15) Luftleitbleche befinden, die erreichen, dass sich die Vergasungsluft umlaufend um die innenliegende Koksschnecke (15) bewegt und daher einen längeren Weg für die Kühlung und gleichzeitige Aufheizung der Vergasungsluft erreicht wird.

Claims

1. Method of producing a gas from biomass or similar material, wherein the material is pre-pyrolised by an internal worm (5), characterised in that the pre-pyrolised material is mechanically transported in a gasification channel by means of a helix (9) from a filling shaft (6) to an ash discharge (11) and subsequently the thus-produced gases are re-gasified in an internal hot-gas pipe (12) by the externally supplied heat and are thereby subject to a longer dwell time.

2. Method according to claim 1, characterised in that the pre-pyrolised material is transported in a gasification channel of at least 6.00 metres in length.

3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the gases are fed through a gas channel (13) of a double-walled coke worm (15) and cooled and cleaned in a counterflow method by the coke.

4. Method according to claim 3, characterised in that heated and charged industrial coke is repeatedly fed at intervals to the gasifier.

5. Method according to claim 4, characterised in that the quantity of coke consumed is repeatedly automatically replenished in the storage container (16).

6. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that a temperature control which is automatically regulated by an SPS control (27) via thermoelements (26) and steplessly regulable ball valves (28) is provided in the gasifier.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that present at the end of the hot-gas pipe (12) is a driven helix which can transport any depositions, which may arise in the hot gas, back again to the outlet, wherein the gases are at the same time set into a turbulent flow.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterised in that disposed in the annular gap of the double-walled coke worm (15) are air guide plates which have the effect that the gasification air moves in circulation around the internal coke worm (15) and therefore a longer path for cooling and simultaneous heating-up of the gasification air is achieved.

Revendications

1. Procédé de production d'un gaz à partir de biomasse ou d'un matériau semblable, dans lequel le matériau est pré-pyrolysé par le biais d'une vis sans fin interne (5), caractérisé en ce que le matériau pré-pyrolysé est transporté de manière mécanique dans un canal de gazéification grâce à un moyen hélicoïdal (9) depuis un puits d'alimentation (6) jusqu'à une évacuation des cendres (11) et le processus de gazéification est ensuite poursuivi sur les gaz ainsi produits dans un conduit à gaz chaud interne (12), auquel de la chaleur est apportée depuis l'extérieur, leur conférant ainsi un temps de séjour plus long.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau pré-pyrolysé est transporté dans un canal de gazéification d'au moins 6,00 m de long.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les gaz sont fournis par le biais d'un canal à gaz (13) à une vis sans fin de coke à double paroi (15) et sont refroidis et purifiés dans un procédé à contrecourant par le biais du coke.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coke industriel chauffé et chargé est fourni à nouveau par intervalles dans le dispositif de gazéification.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de coke consommée est automatiquement realimentée dans le réservoir de stockage (16).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une régulation de température est prévue dans le dispositif de gazéification, laquelle est réglée automatiquement par le biais de thermocouples (26) et de clapets à billes réglables en continue (28) à partir d'une régulation à logique programmable (27).

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moyen hélicoïdal entraîné est présent à la fin du conduit à gaz chaud (12), lequel achemine à nouveau les éventuels dépôts pouvant se produire dans le gaz chaud vers la sortie, les gaz étant simultanément placés dans un courant tourbillonnaire.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des tôles déflectrices d'air s se trouvent dans l'espace annulaire de la vis sans fin de coke à double paroi (15), lesquels permettent à l'air de gazéification de circuler de manière circonférentielle autour de la vis sans fin de coke interne (15) et, de ce fait, d'obtenir un chemin plus long pour le refroidissement et simultanément pour le réchauffement de l'air de gazéification est obtenu.

Zeichnung