DE102009031911B4

DE102009031911B4 - Process and reactor plant for the purification of a fuel gas

Info

Publication number: DE102009031911B4
Application number: DE200910031911
Authority: DE
Inventors: André Herrmann; Dr.-Ing. Gohla Matthias; Dr.-Ing. Thomas Sascha
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: DE102009031911A1

Abstract

Verfahren zur Reinigung eines Brenngases (A) unter Verwendung einer Reaktoranlage mit einem eine Bettmaterialschüttung aufnehmenden Wanderbettreaktor (1), bei dem ein aus dem Wanderbettreaktor (1) geförderter, mit Partikeln und Schadstoffen aus dem Brenngas (A) beladener Teil des Bettmaterials (C) im Kreislauf (16) durch ein Transportgas (G) in eine Aufbereitungs- und/oder Abscheidevorrichtung (6, 10) geleitet wird, in der das beladene Bettmaterial (H) unter Trennung von Gas und Feststoff regeneriert wird und das regenerierte Bettmaterial wieder zurück in den Wanderbettreaktor (1) geleitet wird, wobei das Transportgas von einem abgezweigten und anschließend komprimierten Teilstrom (D, G) des aus dem Wanderbettreaktor (1) austretenden, gereinigten Brenngases (B) gewonnen wird, wobei der Teilstrom (D) 5%–50% des gereinigten Brenngases (B) umfasst, und wobei das aus der Aufbereitungs- und Abscheidevorrichtung (6, 10) austretende, abgetrennte Transportgas (I) gereinigt und von Feinstaub befreit wieder dem aus dem Wanderbettreaktor (1) ausgetretenen, gereinigten Brenngas (L) zugeführt wird.Process for the purification of a fuel gas (A) using a reactor plant with a bed loader moving bed reactor (1) in which a part of the bed material (C) conveyed from the moving bed reactor (1) is laden with particles and pollutants from the fuel gas (A) in the circulation (16) by a transport gas (G) in a treatment and / or separation device (6, 10) is conducted in which the loaded bed material (H) is regenerated with separation of gas and solid and the regenerated bed material back into the moving bed reactor (1) is passed, wherein the transport gas from a branched and then compressed partial stream (D, G) of the moving from the moving bed reactor (1) exiting, purified fuel gas (B) is obtained, wherein the partial flow (D) 5% -50 % of the purified fuel gas (B), and wherein the separated from the processing and separation device (6, 10), separated transport gas (I) cleaned and minutest aub freed again to the from the moving bed reactor (1) leaked, purified fuel gas (L) is supplied.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Reaktoranlage zur Reinigung eines Brenngases.The invention relates to a method and a reactor system for purifying a fuel gas.

Ein langzeitstabiler Einsatz von Energiewandlungsanlagen wie beispielsweise Gasmotoren, Gasturbinen oder Brennstoffzellen, die durch Biomassevergasung generierte Brenngase nutzen, erfordert eine vergleichsweise aufwändige Gasreinigung und -aufbereitung. Neben energetisch nutzbaren Komponenten wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan enthält das produzierte Brenngas auch Schadstoffe wie beispielsweise Teere, Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Feststoffpartikel wie Asche, Stäube und Restkoks, die eine energetische Nutzung der Brenngase beeinträchtigen. Infolge von Teerkondensation kann es beispielsweise zu Verklebungen und Verstopfungen von Zuführungsleitungen und Ventilen oder zur Deaktivierung von Katalysatoren kommen.A long-term stable use of energy conversion systems such as gas engines, gas turbines or fuel cells that use fuel gases generated by biomass gasification, requires a relatively complex gas purification and treatment. In addition to energetically usable components such as carbon monoxide, hydrogen and methane, the fuel gas produced also contains pollutants such as tars, hydrogen sulfide, ammonia and solid particles such as ash, dusts and residual coke, which affect the energy use of the fuel gases. As a result of tar condensation may lead to, for example, sticking and clogging of supply lines and valves or deactivation of catalysts.

Zur Reinigung von Brenngasen aus einer Vergasung von Biomasse sind derzeit mehrere Schritte erforderlich. Zunächst wird eine Grobentstaubung mit Massenkraftabscheidern durchgeführt. Durch Reformierung mit einem Katalysator werden anschließend bei entsprechenden Temperaturen Teere entfernt. Um die im Brenngas verbliebenen Feinstäube auszufiltern, muss das heiße Brenngas gekühlt werden, da derzeit verfügbare Gewebefilter nur bei niedrigen Temperaturen betreibbar sind. Im Anschluss an Abkühlung und Filtration wird das Brenngas zusätzlich noch durch einen Wäscher geführt, um letzte Spuren von Teeren und anderen Schadstoffen zu entfernen. Wird das Brenngas anschließend beispielsweise in Hochtemperaturbrennstoffzellen energetisch genutzt, muss es wieder erwärmt werden.For the purification of fuel gases from a gasification of biomass, several steps are currently required. First, a coarse dedusting with mass separators is performed. Reforming with a catalyst then removes tars at appropriate temperatures. To filter out the fine dust remaining in the fuel gas, the hot fuel gas must be cooled, since currently available fabric filters are operable only at low temperatures. After cooling and filtration, the fuel gas is additionally passed through a scrubber to remove the last traces of tars and other pollutants. If the fuel gas is then energetically used, for example in high-temperature fuel cells, it must be reheated.

Aufgrund der Abkühlung und Wiedererwärmung sind herkömmliche Reinigungsverfahren wenig effizient und führen insbesondere bei einem Einsatz von Hochtemperaturanwendungen zu einer Absenkung des Gesamtwirkungsgrades.Due to the cooling and rewarming conventional cleaning methods are less efficient and lead to a reduction in the overall efficiency especially when using high temperature applications.

Ein aus der DD 241 863 A bekanntes Verfahren nutzt einen parallel zu einem Synthesereaktor betriebenen Regenerator zur Oxidation reduktiv geschädigter Katalysatoren, die aus dem Synthesereaktor entnommen und pneumatisch in den Regenerator gefördert werden. Unter Zugabe eines Oxidationsmittels und einem Wärmeträger soll der Katalysator regeneriert und anschließend getrennt von einem Regeneratorabgas zum Synthesereaktor zurückgeführt werden.One from the DD 241 863 A Known method uses a parallel operated to a synthesis reactor regenerator for the oxidation of reductively damaged catalysts, which are removed from the synthesis reactor and pneumatically conveyed into the regenerator. With the addition of an oxidizing agent and a heat transfer medium, the catalyst should be regenerated and then recycled separately from a regenerator exhaust gas to the synthesis reactor.

Die US Patentschrift US 3 238 121 A beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Granulat aus einem Reaktor in einen Regenerator abgeführt und dort unter Zuführung eines verbrennungsfördernden Gases regeneriert wird. Anschließend gelangt das Granulat in eine als Lift pot bezeichnete Hebevorrichtung, die mit einem von Außen zugeführten Trägergas durchströmt wird, wobei das Granulat unter dem Druck des Trägergases in einen Separator gefördert werden soll. Nach der Trennung vom Trägergas soll das Granulat dann dem Reaktor zurückgeführt werden.The US Pat. No. 3,238,121 A describes a process in which a granulate is discharged from a reactor into a regenerator and regenerated there by supplying a combustion-promoting gas. Subsequently, the granules passes into a lifting device referred to as lift pot, which is flowed through with a carrier gas supplied from the outside, wherein the granules to be promoted under the pressure of the carrier gas in a separator. After separation from the carrier gas, the granules should then be returned to the reactor.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Entschwefelung von Kohlenwasserstoffen aus der US Patentschrift US 3 807 090 A zu nennen, bei dem eine aus Partikeln gebildete obere Fließschicht aus einem Vergaser, d. h. aus einer Art Wirbelbettreaktor geregelt in einen mit Luft durchströmten Regenerator gefördert wird. Dort soll das Fließbett regeneriert und anschließend einem unteren Bereich des Vergasers zurückgeführt werden.Furthermore, a process for the desulfurization of hydrocarbons from the US Pat. No. 3,807,090 A to call, in which an upper fluid layer formed from particles from a carburetor, that is promoted regulated from a kind of fluidized bed reactor in a perfused with air regenerator. There, the fluidized bed should be regenerated and then returned to a lower section of the carburetor.

Die US 2006/0063957 A1 offenbart ein Verfahren zur Produktion von Propen unter Verwendung eines katalytischen Fließbetts in einem Fließbettreaktor, wobei ein Anteil des katalytischen Fließbetts regeneriert und dem Fließbettreaktor zurückgeführt werden soll.The US 2006/0063957 A1 discloses a process for the production of propene using a fluid catalytic bed in a fluid bed reactor wherein a portion of the fluid catalytic bed is to be regenerated and returned to the fluid bed reactor.

Es ergibt sich die Aufgabe ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von Brenngasen z. B. aus einer Biomassevergasung zu schaffen, bei denen mit geringem apparativem Aufwand eine hohe Reinheit des Brenngases bei hohem Wirkungsgrad, insbesondere auch beim Einsatz von Hochtemperaturanwendungen, erreicht wird.It results in the task of a method and a system for the purification of fuel gases z. B. from a biomass gasification, where a high purity of the fuel gas at high efficiency, especially when using high temperature applications, is achieved with little equipment cost.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by the features of the independent claims.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen möglich.The features specified in the dependent claims advantageous refinements and developments are possible.

Dadurch, dass ein aus einem Wanderbettreaktor geförderter, mit Partikeln und Schadstoffen aus einem eingeleiteten Brenngas beladener Teil eines Bettmaterials in einem Feststoffumlaufkreis im Kreislauf durch ein Transportgas in eine Aufbereitungs- und/oder Abscheidevorrichtung geleitet wird, in der das beladene Bettmaterial unter Trennung von Gas und Feststoff regeneriert wird und das regenerierte Bettmaterial wieder zurück in den Wanderbettreaktor geleitet wird, wobei das Transportgas in einem Verdichterkreis von einem abgezweigten und anschließend komprimierten Teilstrom des aus dem Wanderbettreaktor austretenden, gereinigten Brenngases gewonnen wird und wobei das aus der Aufbereitungs- und/oder Abscheidevorrichtung austretende, abgetrennte Transportgas in einem Gasreinigungskreis gereinigt und von Feinstaub befreit wieder dem aus dem Wanderbettreaktor ausgetretenen, gereinigten Brenngas zugeführt wird, wird ein mit Partikeln und Schadstoffen beladenes Gas kontinuierlich bei hohen Temperaturen mit konstantem Niveau und geringem apparativen Aufwand einer Anlage gereinigt. Das Bettmaterial ist derart zusammengesetzt, dass innerhalb des Wanderbettreaktors in nur einem Schritt Schadstoffe, wie z. B. Feststoffe, Partikel, Teere sowie Halogen- und Schwefelverbindungen aus dem zu reinigenden Brenngas ohne eine Temperaturabsenkung entfernt oder umgewandelt werden. Ein weiterer Vorteil ist die kontinuierliche Reinigung des Bettmaterials im Umlaufsystem. Es sind nur geringe Mengen an frischem Bettmaterial zum Ausgleich von Abriebsverlusten zuzuführen. Insbesondere bei der Verwendung von Katalysatoren als Bettmaterial können durch die integrierte Regeneration zusätzlich erhebliche Betriebskosten eingespart werden.The fact that a conveyed from a moving bed reactor, loaded with particles and pollutants from an introduced fuel gas portion of a bed material is circulated in a closed loop in a circulation loop by a transport gas in a treatment and / or separation device in which the loaded bed material with separation of gas and Regenerated solid and the regenerated bed material is passed back into the moving bed reactor, wherein the transport gas is recovered in a compressor circuit of a branched and then compressed partial stream of the leaving the moving bed reactor, purified fuel gas and wherein the emerging from the treatment and / or separation device , separated transport gas cleaned in a gas cleaning circuit and freed of fine dust again the leaked from the moving bed reactor, purified fuel gas is supplied to a charged with particles and pollutants gas is continuously cleaned at high temperatures with a constant level and low equipment cost of a plant. The bed material is composed in such a way that within the moving bed reactor in only one step pollutants such. As solids, particles, tars and halogen and sulfur compounds are removed or converted from the fuel gas to be purified without a reduction in temperature. Another advantage is the continuous cleaning of the bed material in the circulation system. There are only small amounts of fresh bed material to compensate for abrasion losses. In particular, when using catalysts as bed material can be saved by the integrated regeneration in addition considerable operating costs.

Innerhalb des Wanderbettreaktors werden das zu reinigende Brenngas und die Bettmaterialschüttung im Gegenstrom geführt. Dadurch wird auch mit einem geringen Reaktorvolumen eine effektive Reinigung des Brenngases erreicht. Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist die Führung von zu reinigendem Brenngas und Schüttung im Gleichstrom. Weitere Strömungsführungen sind ebenfalles möglich, z. B. Kreuzstrom oder Kombinationen aus den genannten.Within the moving bed reactor, the fuel gas to be purified and the bed material bed are conducted countercurrently. As a result, effective cleaning of the fuel gas is achieved even with a small reactor volume. Another application is the leadership of cleanable fuel gas and bed in DC. Other flow guides are ebenfalles possible, z. B. cross-flow or combinations of the above.

Das aus dem Wanderbettreaktor austretende gereinigte Brenngas wird in den Teilstrom und einen Hauptreingasstrom aufgeteilt, wobei vorteilhafterweise etwa im Bereich von 10 Prozent des aus dem Wanderbettreaktor austretenden gereinigten Brenngases zur Verwendung als Transportgas abgezweigt werden und der größere Anteil des gereinigten Brenngases kann unmittelbar nach der Reinigung einer Energiewandlungsanlage zugeführt werden. Der Teilstrom liegt aber üblicherweise im Bereich von 5–50% des gereinigten Brenngases, wobei die Menge von dem Feststoff der Umlaufrate und vom Schadstoff abhängt.The purified fuel gas emerging from the moving bed reactor is split into the partial flow and a main clean gas flow, advantageously being diverted for use as transport gas in the region of 10 percent of the purified fuel gas leaving the moving bed reactor, and the greater part of the purified fuel gas can immediately after cleaning Energy conversion system to be supplied. However, the partial flow is usually in the range of 5-50% of the purified fuel gas, the amount depending on the solids of the circulation rate and the pollutant.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der abgezweigte Teilstrom vor der Einführung in einen Verdichter zur Abgabe von Wärme durch einen Wärmeübertrager und vorzugsweise eine Kühleinheit geleitet und der abgezweigte und komprimierte Teilstrom wird zur Aufnahme von Wärme erneut durch den Wärmeübertrager geführt wodurch einerseits eine gute Energiebilanz und andererseits eine effiziente Komprimierung des Teilstromes erreicht wird, da letzterer vor der Druckerhöhung in zwei Stufen gekühlt und der abgezweigte Teilstrom nach der Kompression ohne eine Zufuhr von Energie regenerativ wiedererwärmt wird.In a preferred embodiment, the branched partial stream is passed through a heat exchanger and preferably a cooling unit prior to introduction into a compressor for discharging heat and the branched and compressed partial flow is again passed through the heat exchanger for receiving heat on the one hand a good balance of energy and on the other hand efficient compression of the partial flow is achieved, since the latter is cooled before the pressure increase in two stages and the branched partial stream is regeneratively reheated after compression without a supply of energy.

Vorteilhafterweise wird das mit Partikeln und Schadstoffen aus dem gereinigten Brenngas beladene Bettmaterial dosiert ausgeschleust. Um eine höhere, verminderte oder gleichmäßige Abführung von beladenem Bettmaterial zu realisieren, wird das Bettmaterial durch eine im Hinblick auf den Volumenstrom regelbare Feststoffschleuse aus dem Wanderbettreaktor ausgebracht.Advantageously, the loaded with particles and pollutants from the purified fuel bed bed material is metered out. In order to realize a higher, reduced or uniform removal of loaded bed material, the bed material is discharged from the moving bed reactor by means of a solids lock which can be regulated with regard to the volume flow.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, vor dem Wiedereinschleusen in den Wanderbettreaktor dem regenerierten Bettmaterial frisches Bettmaterial zuzuführen. Durch die Aufnahme von Partikeln und Schadstoffen innerhalb des Wanderbettreaktors wird die Reinigungsfähigkeit des aus dem Wanderbettreaktor ausgebrachten Bettmaterials herabgesetzt. Daher wird das Bettmaterial einer Regenerierung zugeführt, die einen Materialabrieb verursachen kann. Auch bei der im Anschluss an die Regenerierung durchgeführten Abtrennung des Transportgases reißt das Transportgas geringvolumige Anteile des Bettmaterials mit sich und bewirkt eine weitere Verminderung des im Kreislauf geführten Bettmaterials. Durch die Zufuhr von frischem Bettmaterial wird diese Verminderung ausgeglichen und zugleich eine Verbesserung der Qualität des Bettmaterials erreicht.An advantageous embodiment provides to supply fresh bed material to the regenerated bed material before re-entraining in the moving bed reactor. The uptake of particles and pollutants within the moving bed reactor reduces the cleanability of the bed material discharged from the moving bed reactor. Therefore, the bed material is supplied to a regeneration, which can cause a material abrasion. Also, in the carried out after the regeneration separation of the transport gas, the transport gas entrains low-volume portions of the bed material with it and causes a further reduction of the recycled bed material. The supply of fresh bed material compensates for this reduction while at the same time improving the quality of the bed material.

Durch Leiten des abgetrennten Transportgases durch einen Massenabscheider, aus dem abgeschiedener Feinstaub und Abrieb kontinuierlich ausgebracht werden kann, wird der im Transportgas enthaltene Anteil von mitgeführtem Bettmaterial innerhalb des Massenkraftabscheiders abgetrennt, damit auch das Transportgas als gereinigtes Brenngas verwertet werden kann. Der dabei anfallende Feststoffstrom wird kontinuierlich abgezogen.By passing the separated transport gas through a mass separator from which separated particulate matter and abrasion can be applied continuously, the fraction of entrained bed material contained in the transport gas is separated within the mass force separator so that the transport gas can also be utilized as purified fuel gas. The resulting solid stream is withdrawn continuously.

Um auch letzte Anteile von Feinstäuben aus dem als Transportgas eingesetzten Teilstrom des Brenngases zu entfernen, wird das Transportgas nach Durchströmen des Massenkraftabscheiders zusätzlich durch einen Heizgasfilter geführt.In order to remove even last fractions of fine dust from the used as the transport gas partial flow of the fuel gas, the transport gas is passed in addition by flowing through the Massenkraftabscheiders by a fuel gas filter.

Durch Einblasen eines Gasstroms, vorzugsweise eines Teilstroms des verdichteten Transportgases, wird der Heizgasfilter diskontinuierlich gereinigt. Bei der Messung eines kritischen Druckverlustes wird eine Reinigung des Heißgasfilters vorzugsweise von einem nach der regenerativen Erwärmung durch den Wärmeübertrager entnehmbaren Gasstrom durchgeführt. Es kann jedoch auch ein anderer Druckgasstrom zur Reinigung verwendet werden.By blowing in a gas stream, preferably a partial stream of the compressed transport gas, the hot gas filter is cleaned discontinuously. In the measurement of a critical pressure loss, a cleaning of the hot gas filter is preferably carried out by a removable after the regenerative heating by the heat exchanger gas flow. However, it is also possible to use another compressed gas stream for cleaning.

Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht die vollständige Reinigung eines Brenngases mit geringem apparativen Aufwand, da nur ein kleiner als Transportgas eingesetzter Teilstrom des gereinigten Brenngases kurzzeitig zur Kompression gekühlt und anschließend wieder regenerativ erwärmt wird. So wird eine erhebliche Verringerung der Investitionskosten erreicht. zudem ist das Reaktoranlagenkonzept geeignet die hohen Reinheitsansprüche eines in Brennstoffzellen einzusetzenden Brenngases zu erfüllen.The system of the invention allows the complete cleaning of a fuel gas with little equipment, since only a smaller than transport gas used partial flow of the purified fuel gas cooled briefly for compression and then heated again regeneratively. Thus, a significant reduction in investment costs is achieved. besides, that is Reactor system concept suitable to meet the high purity requirements of a fuel gas to be used in fuel cells.

Das entwickelte Verfahrenskonzept unter Nutzung von Wanderbettreaktoren kann im Bereich der energetischen Nutzung von Biomasse eingesetzt werden. Dabei ist es unerheblich, ob die energetische Nutzung direkt durch eine Gasturbine, einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle (z. B. PEMFC, SOFC) oder indirekt als Ausgangsstoff der Fischer-Tropsch-Synthese zur Produktion von Kraftstoffen der 2. Generation bzw. der Methanolsynthese realisiert wird. Eine Anwendung des entwickelten Hochtemperatur-Reinigungsverfahrens liegt insbesondere im dezentralen Leistungsbereich von 1 bis 10 MW. Dieses Leistungsspektrum deckt Anforderungen von kleinen und mittleren Unternehmen, Kommunen oder anderweitigen Einrichtungen ab.The developed process concept using moving bed reactors can be used in the field of energetic use of biomass. It is irrelevant whether the energy use is directly through a gas turbine, an internal combustion engine or a fuel cell (eg PEMFC, SOFC) or indirectly as the starting material of the Fischer-Tropsch synthesis for the production of fuels of the 2nd generation or the methanol synthesis is realized. An application of the developed high-temperature cleaning method is especially in the decentralized power range of 1 to 10 MW. This range of services covers requirements of small and medium-sized enterprises, municipalities or other institutions.

Weiterhin kann dieses Verfahrenskonzept auch auf andere Reinigungsaufgaben übertragen werden. Um z. B. Brenngas energetisch in einer Brennstoffzelle nutzen zu können, müssen nicht nur Teere und Feststoffpartikel nahezu vollständig entfernt werden, sondern auch Halogen- und Schwefelverbindungen. Die zum derzeitigen Stand der Technik verwendeten Festbettreaktoren zur Abscheidung von Halogen- und Schwefelverbindungen können mit geeigneten Bettmaterialien durch das entwickelte Wanderbettverfahren ersetzt werden. Weiterhin sind auch andere Gasreinigungsverfahren mit dem entwickelten Konzept realisierbar.Furthermore, this method concept can also be transferred to other cleaning tasks. To z. B. to use fuel gas energetically in a fuel cell, not only tars and solid particles must be almost completely removed, but also halogen and sulfur compounds. The fixed bed reactors used in the present state of the art for the deposition of halogen and sulfur compounds can be replaced with suitable bed materials by the developed moving bed process. Furthermore, other gas purification processes can be realized with the developed concept.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Figur näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail in the following description with reference to a figure. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wanderbettreaktoranlage zur Reinigung eines Brenngases in Form eines Verfahrensfließbildes. 1 An embodiment of a moving bed reactor plant according to the invention for the purification of a fuel gas in the form of a process flow diagram.

In 1 ist die erfindungsgemäße Reaktoranlage mit Verfahrenshinweisen dargestellt. Die wesentlichen Bestandteile dieser Reaktoranlage sind ein Feststoffumlaufkreis 16, ein Verdichterkreis 17 und ein Gasreinigungskreis 18.In 1 the reactor system according to the invention is shown with process instructions. The essential components of this reactor system are a solids circulation circuit 16 , a compressor circle 17 and a gas purification circuit 18 ,

In dem Feststoffumlaufkreis 16 ist ein Hauptbestandteil ein Wanderbettreaktor 1, der eine Bettmaterialschüttung aufnimmt, wobei das Bettmaterial davon abhängig ist, ob ein Filtrationsprozess oder ein Prozess zur Schadstoffentfernung oder eine Kombination von beidem durchgeführt werden soll. Beispielsweise kann bei einem Filtrationsprozess Sand verwendet werden, während bei der Schadstoffentfernung Katalysatoren hinzugefügt werden, wobei das katalytisch aktive Material abhängig vom Schadstoff, wie Teere, Halogen- und Schwefelverbindungen oder dergleichen gewählt werden.In the solids circulation circuit 16 a major component is a moving bed reactor 1 bedding bedding material, the bedding material being dependent on whether a filtration process or a pollutant removal process or a combination of both is to be performed. For example, in a filtration process, sand may be used while adding catalysts in pollutant removal, with the catalytically active material being selected depending on the pollutant, such as tars, halogen and sulfur compounds, or the like.

Der Wanderbettreaktor weist in seinem oberen Bereich eine Zuführung für den Eintritt von Rohgas, d. h. dem zu reinigenden Brenngas, auf, das beispielsweise durch eine Biomassevergasung erzeugt wird. Weiterhin ist am unteren Bereich des Wanderbettreaktors ein Auslass für Reingas B, d. h. für gereinigtes Brenngas, angeordnet, und unterhalb des Wanderbettreaktors schließt sich eine über eine Leitung mit diesem verbundene Schleuse 2 mit Dosierfunktion an, über die beladenes Bettmaterial C ausgeschleust wird. Die zu einem spitzen Winkel geführten Striche am Feststoffumlaufkreis 16 deuten an, dass das beladene Material mittels eines pneumatischen Transportes H in dem Umlauf geführt wird.The moving bed reactor has in its upper region a supply for the entry of raw gas, ie the fuel gas to be purified, which is generated for example by a biomass gasification. Furthermore, an outlet for clean gas B, ie for purified fuel gas, is arranged at the lower region of the moving bed reactor, and below the moving bed reactor there is a lock connected to it via a line 2 with dosing function on the loaded bedding material C is discharged. The led to an acute angle lines on the solids circulation circuit 16 indicate that the loaded material is guided by means of a pneumatic transport H in the circulation.

In dem Feststoffumlaufkreis 16 kann im Falle der Verwendung der Wanderbettreaktoranlage zur Schadstoffentfernung eine Aufbereitungseinheit 10 bzw. eine Verfahrensstufe zur Feststoffregeneration vorgesehen sein, die beispielsweise als sogenannte Temperaturstufe oder als oxidierende Stufe ausgebildet sein kann, wobei die Art der Verfahrensstufe abhängig vom zu entfernenden Schadstoff ist. Die Aufbereitungseinheit 10 ist mit einem Zyklon 6 verbunden, der zur Abscheidung von Bettmaterial mit größerem Partikeldurchmesser dient, wobei zwischen Zyklon 6 und Wanderbettreaktor 1 eine weitere Schleuse 7 zum Einschleusen von gereinigtem Bettmaterial angeordnet ist. Vor der Schleuse 7 ist eine Zufuhr für frisches Bettmaterial M angeordnet.In the solids circulation circuit 16 In case of using the moving bed reactor plant for pollutant removal, a conditioning unit 10 or a process stage for solid regeneration may be provided, which may be formed for example as a so-called temperature stage or as an oxidizing stage, the type of process stage being dependent on the pollutant to be removed. The processing unit 10 is with a cyclone 6 connected, which serves for the deposition of bed material with a larger particle diameter, wherein between cyclone 6 and moving bed reactor 1 another lock 7 arranged for the introduction of cleaned bed material. In front of the lock 7 a supply of fresh bed material M is arranged.

Der Verdichterkreis 17 dient dazu, das für den Transport der Feststoffe in dem Umlaufkreis 16 benötigte Transportgas zur Verfügung zu stellen. Dazu weist der Verdichterkreis am Ausgang des Wanderbettreaktors 1 für Reingas B eine Abzweigung auf, durch die ein Teilstrom D an Reingas abgezweigt wird. Die Menge des abgezweigten Reingases hängt von der Umlaufrate des Feststoffes und von der Art der Schadstoffentfernung und gegebenenfalls anderen Einflussparametern ab und kann zwischen 5 und 50% des aus dem Wanderbettreaktor 1 austretenden Reingases betragen. Weiterhin weist der Verdichterkreis 17 einen Wärmeübertrager 3 für die Abgabe der Wärme des Gases des Teilstroms D, einen Kühler 4 zum weiteren Abkühlen des Teilstromgases E und einen Verdichter 5 zum Verdichten des abgekühlten Teilstromgases E zu einem verdichteten Teilgasstrom F, wobei der Verdichter 5 mit dem Wärmeübertrager 3 verbunden ist, auf. Eine Rückschlagklappe 12 ist mit dem Wärmeübertrager 3 verbunden, und der verdichtete und erwärmte Teilgasstrom G gelangt nach Durchführung durch die Rückschlagklappe 12 über eine entsprechende Leitung in den Feststoffumlaufkreis an einer Abzweigung hinter der Schleuse 2.The compressor circuit 17 This serves to transport the solids in the circulation loop 16 needed to provide transport gas. For this purpose, the compressor circuit at the outlet of the moving bed reactor 1 for clean gas B to a branch through which a partial flow D is diverted to clean gas. The amount of diverted clean gas depends on the circulation rate of the solid and on the type of pollutant removal and optionally other influencing parameters and can be between 5 and 50% of that from the moving bed reactor 1 exiting clean gas. Furthermore, the compressor circuit 17 a heat exchanger 3 for the discharge of the heat of the gas of the partial flow D, a cooler 4 for further cooling of the partial flow gas E and a compressor 5 for compressing the cooled partial flow gas E to a compressed partial gas flow F, wherein the compressor 5 with the heat exchanger 3 is connected. A non-return valve 12 is with the heat exchanger 3 connected, and the compressed and heated partial gas flow G passes after passing through the non-return valve 12 via a corresponding line in the solids circulation circuit at a branch behind the lock 2 ,

In der dargestellten Wanderbettreaktoranlage sind die mit einer Schrägschraffierung versehenen Leitungen solche, die mit einer Wärmeisolierung, wie beispielhaft bei dem Bezugszeichen 15 gezeigt ist, versehen sind. Die dargestellten Pfeile geben die Richtung des jeweiligen Verfahrensvorgangs an. In the illustrated moving bed reactor system, the oblique hatching lines are those provided with thermal insulation, as exemplified by the reference numeral 15 is shown provided. The illustrated arrows indicate the direction of the respective process operation.

Schließlich weist die Wanderbettreaktoranlage noch einen Gasreinigungskreis 18 auf, der einen dem Zyklon 6 nachgeschalteten Massenkraftabscheider 8 und einen sich daran anschließenden Heißgasfilter 9 umfasst, wobei der Massenabscheider 8 einen kontinuierlichen Feststoffabzug 19 und der Heißgasfilter einen zyklischen Feststoffabzug 20 aufweist. Der Heißgasfilter 9 ist über eine Leitung für den gereinigten Teilgasstrom K über eine weitere Rückschlagklappe 13 mit einer Leitung verbunden, die wiederum mit dem Auslass für Reingas B verbunden ist, in der zusätzliche eine Rückschlagklappe 11 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Verdichter 14 am Ausgang der Wanderbettanlage vorgesehen, der den vom Wanderbettreaktor kommenden Reingasstrom L und den gereinigten Teilgasstrom K verdichtet und am Reingasaustritt zur Verfügung stellt. Zwischen Wärmeübertrager 3 und Rückschlagklappe 12 des Verdichterkreises 17 ist eine weitere Abzweigung vorgesehen, die zeitweise den erwärmten und verdichteten Teilgasstrom aus dem Verdichterkreis 17 als verdichtetes Reingas J dem Heißgasfilter 9 zur Reinigung zur Verfügung stellt.Finally, the moving bed reactor plant still has a gas cleaning circuit 18 on, one the cyclone 6 downstream mass force separator 8th and an adjoining hot gas filter 9 comprising, wherein the mass separator 8th a continuous solids removal 19 and the hot gas filter a cyclic solids removal 20 having. The hot gas filter 9 is via a line for the purified partial gas flow K via another check valve 13 connected to a conduit, which in turn is connected to the outlet for clean gas B, in the additional a non-return valve 11 is arranged. Furthermore, a compressor 14 provided at the exit of the moving bed system, which compresses the coming from the moving bed reactor clean gas flow L and the purified partial gas flow K and provides the clean gas outlet available. Between heat exchanger 3 and check valve 12 of the compressor circuit 17 a further branch is provided which temporarily the heated and compressed partial gas flow from the compressor circuit 17 as compressed clean gas J the hot gas filter 9 provides for cleaning.

Die Funktionsweise der Wanderbettreaktoranlage ist wie folgt. Das grob entstaubte Rohgas A bzw. das zu reinigende Brenngas gelangt über den Eintrittsanschluss im oberen Bereich des Wanderbettreaktors 1 in diesen, und im Inneren des Wanderbettreaktors 1 werden Feststoffpartikel bzw. Schadstoffkomponenten aus dem Rohgas sowohl an der angeströmten Oberfläche als auch im Inneren der Bettmaterialschüttung abgeschieden. Damit beim Durchströmen der Bettmaterialschüttung deren katalytische Wirkung zur Umwandlung von Gaskomponenten optimal genutzt wird, wird das Bettmaterial und das zu reinigende Gas im Gegenstrom geführt, d. h. zu reinigenden Rohgas wird zunächst mit bereits teilweise verbrauchtem Bettmaterial kontaktiert. Eine andere Möglichkeit ist die Gleichstromvariante, bei der das zu reinigende Rohgas anfänglich mit frischem Bettmaterial kontaktiert wird. Die Strömungsführung ist somit abhängig von einer gewählten Ausführungsvariante des Gleich- oder Gegenstroms, eines Kreuzstroms oder einer Kombination einzelner oder aller genannten Varianten.The operation of the moving bed reactor plant is as follows. The roughly dedusted crude gas A or the fuel gas to be purified passes through the inlet connection in the upper region of the moving bed reactor 1 in these, and inside the moving bed reactor 1 solid particles or pollutant components are separated from the raw gas both on the surface and in the interior of the bed material bed. In order to optimally use their catalytic effect for the conversion of gas components when flowing through the bed material bed, the bed material and the gas to be cleaned are passed in countercurrent, ie raw gas to be cleaned is first contacted with already partially used bed material. Another possibility is the DC variant, in which the raw gas to be cleaned is initially contacted with fresh bed material. The flow guidance is thus dependent on a selected embodiment variant of the direct or reverse flow, a crossflow or a combination of individual or all of the variants mentioned.

Das gereinigte Gas wird als Reingas B aus dem Wanderbettreaktor geleitet und in einen Teilstrom D zum pneumatischen Transport des mit Feststoff beladenen Bettmaterials und in einen Hauptreingasstrom L aufgeteilt. Der Teilstrom D wird in dem Verdichterkreis 17 dem Wärmeübertrager 3 zur Abgabe von Wärme zugeführt und gelangt anschließend durch den Kühler 4 mit einer für eine effiziente Druckerhöhung ausreichend niedrigen Temperatur (gekühlter Teilstrom E) in den Verdichter 5. Nach der Verdichtung wird der nunmehr verdichtete Teilgasstrom F dem Wärmeübertrager 3 zugeführt, indem er die vorher abgegebene Wärme regenerativ wieder aufnimmt. Der komprimierte und wieder erwärmte Teilgasstrom G wird über die Rückschlagsicherung 12 dem Feststoffumlaufkreis 16 zugeführt. Der Verdichterkreis 17 ist in dieser Weise aufgebaut, damit der Verdichtungsprozess effektiv bei niedrigeren Gastemperaturen technisch realisiert werden kann. Der Kühler 4 dient zum Anfahren des Prozesses sowie zur Triebkraftstabilisierung.The purified gas is passed as clean gas B from the moving bed reactor and divided into a partial flow D for the pneumatic transport of the bed material loaded with solids and into a main clean gas flow L. The partial flow D is in the compressor circuit 17 the heat exchanger 3 supplied to the release of heat and then passes through the radiator 4 with a sufficiently low temperature for an efficient pressure increase (cooled partial flow E) in the compressor 5 , After compression, the now compressed partial gas flow F is the heat exchanger 3 supplied by regenerative absorption of the previously given heat. The compressed and reheated partial gas flow G is via the non-return valve 12 the solids circulation circuit 16 fed. The compressor circuit 17 is constructed in this way so that the compression process can be effectively realized technically at lower gas temperatures. The cooler 4 serves to start the process and stabilize the drive force.

Für den Feststoffumlaufkreis 16 wird das beladene Bettmaterial C am Ausgang des Wanderbettreaktors 1 durch die Schleuse 2 gefördert und zum pneumatischen Transport H dosiert. Der verdichtete erwärmte Teilgasstrom G dient in diesem Feststoffumlaufkreis als das für den pneumatischen Transport benötigte Transportgas. Die Feststoffe gelangen zu der Aufbereitungseinheit 10 (wenn vorhanden), und das beladene Bettmaterial wird dort regeneriert und von Schadstoffen befreit und wird dem Zyklon 6 zugeführt. Innerhalb des Zyklons wird das Transportgas abgetrennt und aus dem Zyklon 6 als abgetrennter Transportgasstrom I geleitet. Der innerhalb des Zyklons 6 bis zu einem bestimmten Partikeldurchmesser nach unten abgeschiedene Feststoff wird über die Schleuse 7 bzw. die Dosiereinheit dosiert und dem Wanderbettreaktor 1 zugeführt, wo es den beschriebenen Zyklus erneut durchläuft. Die einerseits durch die Schadstoffabfuhr bei der Regenerierung und andererseits durch den im Zyklon 6 auftretende Verringerung des Bettmaterials, die durch den abgetrenntes und abgeriebenes Bettmaterial mit sich reißenden Gasstrom bedingt ist, wird durch frisches Bettmaterial M ausgeglichen, das über die Schleusen- und Dosiereinheit 7 wieder in den Wanderbettreaktor eingeschleust wird. Das im Zyklon 6 abgetrennte Transportgas I, das abgeriebenes Bettmaterial bzw. Staub mit sich führt, wird in den Massenabscheider 8 geleitet und als erste Stufe von einem Großteil des mitgeführten Bettmaterialabriebs gereinigt. Das mittels Massenkraftabscheidung abgetrennte Material wird über den Feststoffabzug 19 unterhalb des Massenabscheiders 8 kontinuierlich abgeführt.For the circulating fluid circuit 16 the loaded bed material C is at the exit of the moving bed reactor 1 through the lock 2 promoted and metered for pneumatic transport H. The compressed heated partial gas flow G serves in this solid-state circulation circuit as the transport gas required for the pneumatic transport. The solids reach the processing unit 10 (if available), and the loaded bed material is regenerated there and freed from pollutants and becomes the cyclone 6 fed. Within the cyclone, the transport gas is separated and out of the cyclone 6 as separated transport gas stream I passed. The inside of the cyclone 6 Solid matter deposited down to a certain particle diameter is passed through the lock 7 or dosed the metering unit and the moving bed reactor 1 fed, where it goes through the cycle described again. On the one hand by pollutant removal during regeneration and on the other hand by the cyclone 6 occurring reduction of the bed material, which is caused by the separated and abraded bed material with tearing gas flow is compensated by fresh bed material M, via the lock and dosing unit 7 is again introduced into the moving bed reactor. That in the cyclone 6 separated transport gas I carrying abraded bed material or dust is introduced into the mass separator 8th passed and cleaned as a first step of a large part of the entrained Bettmaterialabriebs. The separated material by means of mass separation material is on the solids removal 19 below the mass separator 8th continuously dissipated.

Zur Abtrennung von noch im Gasstrom enthaltenen Feinstäuben wird der in der ersten Stufe gereinigte Transportgasstrom durch den Heißgasfilter 9 als zweite Stufe geleitet, und nach Durchströmen des Heißgasfilters 9 wird der vollständig gereinigte Transportgasstrom K über die Rückschlagsicherung 13 mit dem über die Rückschlagsicherung 11 geleiteten Hauptreingasstrom L zusammengeführt und durch den Verdichter 14 für eine Verwendung als komprimiertes und gereinigtes Brenngas bereitgestellt.For the separation of fine dust still contained in the gas stream of purified in the first stage transport gas flow through the hot gas filter 9 passed as a second stage, and after flowing through the hot gas filter 9 is the fully purified transport gas flow K via the non-return valve 13 with the over the non-return valve 11 guided main clean gas flow L merged and through the compressor 14 provided for use as compressed and purified fuel gas.

Der Heißgasfilter 9 muss diskontinuierlich beim Erreichen eines kritischen Druckverlustes gereinigt werden, wobei das für die Reinigung benötigte Gas durch das komprimierte und wieder erwärmte verdichtete Teilstromgas J zur Verfügung gestellt wird.The hot gas filter 9 must be discontinuously cleaned upon reaching a critical pressure drop, the gas required for purification being provided by the compressed and reheated compressed partial flow gas J.

Die beschriebene zweistufige Abreinigung des aus dem Zyklon 6 austretenden Gases ist insbesondere bei einer hohen Beladung des Transportgases mit Feinstaub notwendig.The described two-stage cleaning of the cyclone 6 Exiting gas is necessary in particular at a high loading of the transport gas with fine dust.

Wie erwähnt, wird der gereinigte Teilgasstrom K dann wieder dem Hauptreingasstrom L am Ausgang des Wanderbettreaktors 1 zugeführt. Um einen Kurzschluss in der Verschaltung der Reingasströme zu verhindern, ist die Rückschlagklappe 11 installiert, der Druckverlust der Bettmaterialschüttung im Wanderbettreaktor wird mit dem Gebläse bzw. Verdichter 11 überwunden.As mentioned, the purified partial gas flow K then becomes the main clean gas flow L at the outlet of the moving bed reactor 1 fed. To prevent a short circuit in the connection of the clean gas flows, the check valve is 11 installed, the pressure loss of the bed material bed in the moving bed reactor is with the blower or compressor 11 overcome.

Claims

Process for purifying a fuel gas (A) using a reactor plant with a bed-type bed of a moving bed reactor ( 1 ), in which one from the moving bed reactor ( 1 ) conveyed, with particles and pollutants from the fuel gas (A) loaded part of the bed material (C) in the circuit ( 16 ) by a transport gas (G) into a treatment and / or separation device ( 6 . 10 ) in which the loaded bed material (H) is regenerated with separation of gas and solid and the regenerated bed material back into the moving bed reactor ( 1 ), wherein the transport gas from a branched and then compressed partial stream (D, G) of the from the moving bed reactor ( 1 ), wherein the partial flow (D) comprises 5% -50% of the purified fuel gas (B), and wherein the from the treatment and separation device ( 6 . 10 ) separated, separated transport gas (I) cleaned and freed from fine dust again from the moving bed reactor ( 1 ) leaked, purified fuel gas (L) is supplied.

A method according to claim 1, characterized in that the fuel gas to be purified (A) and the bed material bed within the moving bed reactor ( 1 ) in cocurrent or countercurrent or a combination of both.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the from the moving bed reactor ( 1 ) separated purified fuel gas into the partial flow and a main clean gas flow (L) is divided.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the branched partial flow (D) before introduction into a compressor ( 5 ) for the release of heat through a heat exchanger ( 3 ) and preferably a cooling unit ( 4 ).

A method according to claim 4, characterized in that the branched and compressed partial flow (F) for receiving heat again through the heat exchanger ( 3 ).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that with particles and pollutants from the purified fuel gas (B) loaded bed material (C) is metered discharged.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the regenerated bed material before re-slipping into the moving bed reactor ( 1 ) fresh bed material (M) is supplied.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the separated transport gas (I) by a mass separator ( 8th ) is passed, are deposited from the deposited particulate matter and abrasion continuously.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the separated transport gas downstream of the mass separator ( 8th ) through a hot gas filter ( 9 ).

A method according to claim 9, characterized in that the hot gas filter ( 9 ) is discontinuously cleaned by blowing a gas stream (J), preferably a partial stream of the compressed transport gas.

Reactor system for purifying a fuel gas (A), comprising a moving bed reactor receiving a bed material bed ( 1 ) for the separation of particles and pollutants from the fuel gas to be purified (A), a solids circulation circuit ( 16 ) for guiding and regenerating one from the moving bed reactor ( 1 ) conveyed, with particles and pollutants from the fuel gas (A) loaded part of the bed material (C) using a transport gas (G), a compressor circuit ( 17 ) for obtaining the transport gas (G) from a partial stream (D) of the from the moving bed reactor ( 1 ) discharged purified fuel gas (B), wherein the partial flow (D) 5% -50% of the purified fuel gas (B) comprises, and a gas cleaning circuit ( 18 ) for cleaning the transport gas (I) after transporting the loaded bed material, wherein the solids circulation circuit ( 16 ) with an outlet for loaded bed material (C) of the moving bed reactor ( 1 ) and a treatment and / or separation device ( 6 . 10 ), the compressor circuit ( 17 ) on the one hand with a clean gas line (L) through which purified fuel gas (B) from the moving bed reactor can be discharged, for branching off the transport stream (D) and on the other hand with the solids circulation circuit ( 16 ) for supplying the transport gas (G) and a compressor ( 5 ) and the gas purification circuit ( 18 ) with the treatment and / or separation device ( 6 . 10 ) and to the clean gas line (L) and a separating and filtering unit ( 8th . 9 ) having.

Reactor according to claim 11, characterized in that in the compressor circuit ( 17 ) in front of the compressor ( 5 ) a heat exchanger ( 3 ) is arranged, on the one hand, the partial flow (D) of the purified fuel gas (B) for the release of heat and on the other hand by the compressor ( 5 ) Compressed gas (F) flows through to absorb heat.

Reactor according to one of claims 11 or 12, characterized in that between the heat exchanger ( 3 ) and the compressor ( 5 ) a cooling unit ( 4 ) is arranged.

Reactor according to one of claims 11 to 13, characterized in that the compressed and reheated partial flow (G) can be fed to the bed material loaded with particles and pollutants.

Reactor according to one of claims 11 to 14, characterized in that the treatment and / or separation device ( 6 . 10 ) a cyclone ( 6 ) and preferably a process stage for solids regeneration ( 10 ) having.

Reactor according to one of claims 11 to 15, characterized in that between the treatment and / or separation device ( 6 . 10 ) and the moving bed reactor ( 1 ) a supply line for fresh bed material (M) is arranged.

Reactor according to one of claims 11 to 16, characterized in that the separating and filtering unit ( 8th . 9 ) in the gas purification circuit ( 18 ) a mass separator ( 8th ) and a hot gas filter ( 9 ) having.

Reactor plant according to claim 17, characterized in that the hot gas filter ( 9 ) with the compressor circuit ( 17 ) is connected to transport gas (J) for cyclic purification.