DE69911983T2

DE69911983T2 - Vergasung von biomasse in einem anti-agglomerations-material enthaltenden wirbelbett

Info

Publication number: DE69911983T2
Application number: DE69911983T
Authority: DE
Inventors: Esa Kurkela; Antero Moilanen; Kalle Kangasmaa
Original assignee: VTT Technical Research Centre of Finland Ltd
Current assignee: VTT Technical Research Centre of Finland Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: FI981817A0; EP1114129B1; AU5375999A; DK1114129T3; FI981817A7; DE69911983D1; FI108942B; ATE251663T1; WO2000011115A1; ES2209478T3; EP1114129A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von Biokraftstoff in einem Wirbelbettreaktor, entsprechend welchem Verfahren Kraftstoff und Vergasungsgas einer Strömung zugeführt werden, die feste Wirbelbettpartikel enthält und durch den Reaktor geleitet wird.
Bei der Vergasung von Biokraftstoff in einem Wirbelbettreaktor besteht das Problem in vielen Fällen im Schmelzen und/oder Sintern von Aschen, was den Wirbelbettprozess stört, weil eine Agglomeration von Wirbelbettpartikeln bewirkt wird, und was schädliche Ablagerungen in den oberen Teilen des Reaktors und in den Gaszirkulations- und Gasauslassleitungen bewirkt. Wenn als Kraftstoff bestimmte Holzarten verwendet werden, die in Finnland allgemein verbreitet sind, tritt dieses Problem nicht auf, da die in diesen Arten enthaltenen Aschen bei Temperaturen unterhalb von 900°C, die bei der Vergasung genutzt werden, nicht schmelzen oder sintern. Stattdessen betrifft dieses Problem viele andere Biokraftstoffe wie etwa den größten Teil des landwirtschaftlichen Abfalls sowie schnell wachsende Biomasse wie etwa kultivierte Weide, die zur Energieerzeugung angebaut wird. Bei letzterer reduzieren die Alkalimetalle Natrium und Kalium die Schmelz- und die Sintertemperatur der Aschen. Der gleiche Effekt kann durch Chloride und Sulfate von Zink, Mangan, Blei und Eisen hervorgerufen werden. Bei diesen Biomaterialien können die Aschen sogar unterhalb von Temperaturen von 700 bis 800°C schmelzen oder sintern, d. h. bei Temperaturen, die nicht ausreichen, um die Kohlenstoffumwandlung zu bewirken, die wesentlich für eine effiziente Vergasung ist.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu vermeiden, besteht darin, Biokraftstoff zu vergasen, der in solcher Weise mit Holzkohle gemischt ist, dass der Anteil der Biomasse in der Mischung weniger als 50 Gewichtsprozent beträgt. Der Biokraftstoff stellt somit ein Streckungsmittel für die Holzkohle dar, welche den Hauptkraftstoff der Anlage bildet. Dieses Verfahren bietet keine Lösung zur Vergasung von Biokraftstoff als solchem in seinem eigenen Reaktor in solcher Weise, dass die produzierten Aschen, frei von Schwermetallen, als Düngemittel in die Wälder oder auf die Felder zurückgeführt werden könnten.
Eine andere Lösungsmöglichkeit.zur Vermeidung dieses Problems besteht in der Verwendung von alkalibindenden reaktiven Zusätzen wie etwa Kaolin bei der Vergasung. Der Nachteil dieser Zusatzstoffe besteht jedoch in deren beträchtlichen Kosten, und in einigen Fällen können diese die Verwendung der erhaltenen Aschen als Düngemittel behindern.
Es könnte auch die Anhebung der Schmelz- und der Sintertemperatur der Aschen mit gewissen Zusatzstoffen ins Auge gefasst werden, sodass die benötigte Vergasungstemperatur unterhalb dieser bleiben würde. Eine Substanz, die bekannterweise die Schmelztemperatur von Aschen anhebt, ist Aluminiumoxid. Als dieses aber als Wirbelbettpartikel bei der Vergasung von Stroh, das schwierig zu vergasen ist, getestet wurde, führte dies zu einem Ankleben der Aschen an der Oberfläche des Aluminiumoxidgranulats als dünne Schicht, an der weiter andere Partikel anklebten, was zu einer Verdichtung oder Agglomeration des Wirbelbetts führte.
In dem US-Patent 4 448 589 ist ein Verfahren zur Kraftstoffvergasung beschrieben, bei dem ein wallendes Wirbelbett mit einer bestimmten statischen Höhe, in der die Wirbelbettpartikel gehalten werden, verwendet wird. Um das Problem der Agglomeration zu umgehen, wird dort vorgeschaagen, den Wirbelbettpartikeln aus Quarzsand ein präventives Material zuzusetzen, das aus Kalkstein, Marmor oder Dolomit bestehen kann. Während das präventive Material durch die Wirkung des Sandes pulverisiert werden kann und damit das Wirbelbett verlässt, schlägt die genannte Veröffentlichung die vorgenannten Calciumcarbonatminerale wegen deren relativer Härte vor, sodass der Verlust an präventivem Material und die Notwendigkeit der Zusetzung derselben so gering wie möglich bleibt. Die Feststoffe, welche das wallende Wirbelbett verlassen, besitzen eine sehr geringe Größe und können in einem Zyklon abgesondert werden. Bei dem Verfahren entsprechend dieser Veröffentlichung wird das Problem, welches durch die Entfernung von Aschen aufgeworfen wird, nicht zufriedenstellend gelöst, wodurch bei langzeitiger Vergasung eine Agglomeration auftreten kann. Darüber hinaus kann bei diesem Verfahren die Ansammlung von Feststoffen als schädliche Ablagerungen an den oberen Teilen des Reaktors und an den Abgasauslässen nicht vermieden werden und dies führt allmählich zur Blockierung der Auslässe.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend erwähnten Probleme zu beseitigen, und zwar mit einer Lösung, welche das Vergasen von Biokraftstoffen wie etwa verschiedenartigen Abfällen aus der Landwirtschaft und energiehaltigen Biomassen möglich macht, die vom Gesichtspunkt der Holzkohleumwandlung her schwer bei ausreichend hohen Temperaturen zu vergasen sind, ohne dass sich das Problem der Agglomeration ergibt, das durch das Schmelzen oder Sintern von Aschen verursacht wird, und ohne dass teure Zusatzstoffe verwendet werden müssen, um eine Agglomeration zu vermeiden, und wobei gleichzeitig die von dem Brennstoff übrigbleibenden Aschen als Düngemittel für Felder oder Wälder verwendbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vergasung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zirkulation durch den Reaktor aufrechterhalten wird, welche einen Teil der verarbeiteten Wirbelbettpartikel enthält, dass die Vergasung bei einer Temperatur erfolgt, die höher als die Schmelzpunkttemperatur oder Sinterpunkttemperatur der aus dem Kraftstoff produzierten Aschen ist, dass die in dem Wirbelbett enthaltenen Partikel Partikel umfassen, die aus einem harten, im Wesentlichen nicht zermahlbaren Material mit einer Zumischung von Partikeln aus einem leicht zermahlbaren, porösen Material bestehen, wodurch die porösen Partikel in dem Wirbelbettprozess pulverisiert werden, während sie gleichzeitig Asche an sich binden, dass poröse Partikel der Zirkulation zugesetzt werden und dass Partikel, die fein gemahlene Asche enthalten, aus der Zirkulation entfernt werden.
Im Gegensatz zu dem US-Patent 4 448 589 ist für die Erfindung wesentlich, dass die durch den Reaktor geführte Zirkulation zirkulierende Wirbelbettpartikel enthält. Während das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen oberhalb der Schmelz- und Sintertemperatur der Aschen betrieben wird, kann eine Vergasungstemperatur, die vom Gesichtspunkt der Holzkohleumwandlung her ausreicht und die vorzugsweise oberhalb von 800°C liegt, genutzt werden. Dadurch, dass als Wirbelbettpartikel gleichzeitig harte, nicht zermahlbare Partikel ind sprödere, poröse Partikel verwendet werden, wird erreicht, dass die porösen Partikel als Aschebinder wirken, während sie durch den Aufprall der harten Partikel zermahlen werden, und dass sie schließlich, wenn sie ausreichend zermahlen sind, aus der Zirkulation abgetrennt werden können, sodass mit diesen auch die Aschen entfernt werden. Die größeren Partikel, die hauptsächlich aus dem vorstehend erwähnten harten Material bestehen, verbleiben in dem Prozess hauptsächlich an ihrem Platz in einem stationären Wirbelbett, während die feineren Partikel, die hauptsächlich aus dem zuvor erwähnten porösen Material bestehen, in der Zirkulation umgewälzt werden und somit wiederholt in das die harten Partikel enthaltende stationäre Wirbelbett eindringen, wo die porösen Partikel, wenn sie mit den harten Partikeln kollidieren, immer feiner gemahlen werden. Die Entfernung der feinsten Partikel aus der Zirkulation wird dann mit einer geeigneten Absonderungseinrichtung außerhalb des eigentlichen Reaktorraums, die zumindest einen Zyklon umfasst, erreicht. Durch das fortlaufende Entfernen der feineren Partikel wird die Menge an Aschen in dem Prozess niedrig gehalten.
Vom Gesichtspunkt der Erfindung her ist es wesentlich, dass die Zirkulation in jedem Fall eine ausreichende Menge an relativ groben Wirbelbettpartikeln in der Zirkulation enthält, welche die Wände des Reaktors und der Zirkulationskanäle reinigen, sodass die Bildung schädlicher fester Ablagerungen vermieden wird.
Als Wirbelbettpartikel können in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise kostengünstige Materialien verwendet werden und zwar als harte, nicht zermahlbare Partikel geeigneterweise Sand mit einer Partikelgröße von etwa 0,1 bis 0,6 mm und als zermahlbare Partikel ein poröses Material, wie etwa Kalkstein oder Dolomit mit einer Partikelgröße zum Zeitpunkt der Zuführung von etwa 0,1 bis 0,6 mm. Insbesondere die kleineren Sandpartikel, die in der Zirkulation enden, haben eine effiziente Reinigungswirkung auf die Reaktor- und Kanalwände. Das gleiche trifft für die Kalk- und Dolomitpartikel zu, die zu Beginn ihrer Zermahlung relativ grob sind. Die Zermahlung der letzteren erfolgt jedoch schnell, und zwar ohne Behinderung durch die an diese gebundenen Aschen, wobei gleichzeitig eine große spezifische Oberfläche zur Bindung der Aschen an dieser produziert wird. Vorzugsweise können Asche enthaltende Partikel, die auf etwa 5 bis 20 μm Partikelgröße zermahlen sind und die in der Zirkulation durch den Separationszyklon laufen, von dem Produktgas abgesondert werden, beispielsweise mit Hilfe eines sekundären Zyklons oder mit Filtern.
Die Ausführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde experimentell nachgewiesen, wobei als Vergasungsmaterial Stroh genutzt wurde, das viel Kalium und Chlor enthält. Was diese Experimente betrifft, so wird auf die später angeführten Ausführungsbeispiele verwiesen. Wenn Stroh durch herkömmliche Verfahren vergast wurde, wurde ein deutliches Sintern von Aschen sogar bei 750°C und das vollständige Sintern von Aschen unterhalb einer Temperatur von 800°C festgestellt, wodurch die Wirbelbettschicht im Ergebnis stark agglomerisiert war und Ascheschichten in den oberen Teilen des Reaktors entstanden. Die Verwendung von lediglich Sand als Wirbelbettpartikel hatte die Agglomeration der Wirbelbettschicht zur Folge. Wenn die Wirbelbettpartikel allein aus zermahlbarem Material bestanden, in den Experimenten Kalkstein, trat keine Agglomeration auf, aber der Verbrauch an Kalkstein war auf Grund der reichlichen Zermahlung desselben derart hoch, nämlich sogar 10%–20 der Menge des zugeführten Brennstoffs, dass dadurch das Verfahren sinnlos wurde. Im Gegensatz dazu wurde ein funktionales, brauchbares Verfahren mit einer hohen Kohlenstoffumwandlung und ohne Agglomeration der Wirbelbettschicht realisiert, wenn als Wirbelbettpartikel harte, nicht zermahlbare Partikel sowie zermahlbare, poröse Partikel in Zumischung entsprechend der Erfindung verwendet wurden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht ein Hauptanteil der Wirbelbettpartikel optimalerweise aus hartem, nicht zermahlbarem Material wie etwa Sand. Die Partikel in dem Wirbelbett und in der Zirkulation können somit 70 bis 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 80 Gewichtsprozent harte, nicht zermahlbare Partikel und 10 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 20 Gewichtsprozent zermahlbare, poröse Partikel umfassen.
Sowohl die harten als auch die porösen, vorstehend erwähnter Partikel können der Wirbelbettschicht oder der Zirkulation während des Vergasungsprozesses bedarfsertsprechend zugesetzt werden. Poröse Partikel wie etwa Kalkstein- oder Dolomitpartikel werden geeigneterweise zu etwa 1 bis 4 Gewichtsprozent der Menge an zugeführtem Kraftstoff zugesetzt, während die harten, nicht zermahlbaren Partikel wie etwa Sandpartikel zu etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent der Menge an zugeführtem Kraftstoff zugesetzt werden können. Der niedrigere Prozentsatz der bei den Wirbelbettpartikeln erwähnten porösen Partikel beruht auf der kürzeren Verweilzeit der Partikel in dem Prozess. Der Zusatz von harten Partikeln zu dem Prozess gleicht den Verlust derselben vom Boden des Wirbelbettreaktors im Zusammenhang mit der Entfernung der dort angesammelten Aschen aus.
Vorzugsweise ist das Vergasungsgas aus einer Mischung aus Luft und Wasserdampf zusammengesetzt, wobei der Prozentsatz an Wasserdampf höchstens etwa 30 Volumenprozent beträgt, während er am bevorzugtesten bei etwa 10 bis 30 Volumenprozent liegt. Den Experimenten zufolge hat sogar der Wasserdampf einen deutlichen Einfluss auf die Verhinderung der Agglomeration des Wirbelbetts.
Um bei der Vergasung eine Kohlenstoffumwandlung von über 90% oder noch besser von über 95% zu erzielen, beträgt die verwendete Vergasungstemperatur vorzugsweise 800°C oder mehr. Die Vergasungstemperatur kann dann etwa 50 bis 200° höher als die Schmelz- oder Sintertemperatur der Kraftstoffaschen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere für die Vergasung solcher Biokraftstoffe bevorzugt, bei welchen auf Grund des Vorhandenseins von Natrium oder Kalium die Schmelzoder Sintertemperatur der Aschen niedrig ist. Solche für die Energieerzeugung geeignete Materialien sind Stroh oder gleichartige Abfälle pflanzlichen Ursprungs aus der Landwirtschaft sowie Energieweide oder gleichartige kultivierte, schnell wachsende Biomasse.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung (1) veranschaulicht, in welcher ein Beispiel einer geeigneten Anlage zur Realisierung des Vergasungsprozesses beschrieben ist.
Die Anlage entsprechend dieser Zeichnung umfasst einen vertikalen, zylindrischen Reaktor 1, der als Wirbelbettreaktor fungiert, in dessen unterem Teil ein Rost 2 vorgesehen ist. Über dem Rost 2 befindet sich eine stationäre Wirbelbettschicht 3, die aus größeren Wirbelbettpartikeln zusammengesetzt ist, und über dieser enthält der Reaktor 1 in der Zirkulation kleinere Wirbelbettpartikel 4. Die Gasströmung zusammen mit den in dieser enthaltenen Partikeln wird von dem oberen Teil des Reaktors 1 zu einem Primärzyklon 5 geleitet, von welchem aus die zirkulierenden Partikel entlang einer Leitung 6 zurück zu dem Reaktor 1 geführt werden. Das Produktgas läuft zusammen mit den kleinsten Partikeln, die den Reaktor 1 in der nach oben gerichteten Zirkulation 4 verlassen, durch den Primärzyklon 5 und von diesem entlang einer Leitung 7 zu einem sekundären Zyklon 8, wo der größte Teil der zuvor erwähnten Partikel als entfernbarer Anteil 9 abgesondert wird. Das Medium wird zusammen mit den in diesem enthaltenen feinsten Partikeln von dem sekundären Zyklon 8 entlang einer Leitung 10 zu einem Gaskühler 11 und von diesem zu einem Filter 12 geleitet. Der Filter 12 trennt den feinsten Staubanteil 13 von dem gereinigten Brenngas 14, das als Endergebnis des Prozesses erhalten wird.
Die Zuführung des zu vergasenden Biokraftstoffs, der Wirbelbettpartikel und des Vergasungsgases in den Reaktor 1 ist in 1 schematisch mit Pfeilen dargestellt, sodass der Pfeil 15 für Kraftstoff, der Pfeil 16 für die harten, nicht zermahlbren Partikel, die dem Prozess zuzuführen sind, der Pfeil 17 für die zermahlbaren, porösen Partikel, der Pfeil 18 für Luft und der Pfeil 19 für Wasserdampf steht. Vom Boden des Reakiors 1 geht ein Kanal 20 für die Bodenaschen aus, die zusammen mit in diesen enthaltenen größeren Partikeln aus dem Prozess entfernt werden. Mit dem Bezugszeichen 21 ist die optionale Rückführung des durch den sekundären Zyklon 8 abgesonderten Partikelanteils 9 zu dem Reaktor 1 bezeichnet, wogegen die Asche enthaltenden Partikel, die aus dem Prozess entfernt werden sollen, durch den von dem Filter 12 entfernten Anteil 13 dargestellt sind.
Bei dem in 1 dargestellten Prozess erfolgt die Zufuhr 15, z. B. Weizenstroh, in den Reaktor 1 über der im unteren Teil des Reaktors 1 gelegenen stationären Wirbelbettschicht 3. Ebenfalls oberhalb der Wirbelbettschicht 3 wird das harte, nicht zermahlbare Partikelmaterial 16, z. B. Sand oder Aluminiumoxid, und das poröse, zermahlbare Partikelmaterial 17, z. B. Kalkstein oder Dolomit, zugeführt. Die erwähnten Partikel 16, 17 können zusammen mit dem Brennstoff 15 oder mittels separater Zuführausrüstung zugeführt werden. Die nicht zermahlbaren Partikel 16 weisen geeigneterweise eine Größe von 0,1 bis 0,6 mm auf, wobei ein Teil dieser Partikel die gesamte Zeit über in der stationären Wirbelbettschicht 3 verbleibt, während ein anderer Teil Bestandteil der Zirkulation 4, 5, 6 ist. Sogar das zermahlbare, poröse Material 17 kann zum Zeitpunkt der Zuführung eine Größe von 0,1 bis 0,6 mm aufweisen, auf Grund der schnellen Zermahlung der Partikel werden sich diese aber hauptsächlich in der Prozesszirkulation 4, 5, 6 befinden. Falls das zermahlbare Material Kalkstein ist, wird Calciumcarbonat bei der Prozesstemperatur zu Calciumoxid kalziniert, während gleichzeitig durch die Zermahlung die poröse Oberfläche der Partikel erhöht wird. Das Vergasungsgas ist aus Luft 18 und Wasserdampf 19 zusammengesetzt, die dem Reaktor unterhalb des Rostes 2 zugeführt werden, um das Wirbelbett 3 und die Zirkulation zu stützen. Die Aschen, welche aus dem im Prozess vergasten Biokraftstoff freigesetzt werden, schmelzen teilweise und/oder werden verdampft und bleiben zum Teil als extrem kleine, leicht anhaftende, feste Materialien zurück. Der größte Teil der Aschen wird an kleine, zermahlbare, poröse Partikel gebunden. Der Primärzyklon 5 entlässt die feinsten Partikel, z. B. diejenigen mit einer Größe unter 20 μm, in die abgehende, das Produktgas enthaltende Strömung 7, aus welcher der sekundäre Zyklon 8 den Partikelanteil 9 absondert, der zermahlene, Asche enthaltende Partikel enthält, welche den Prozess verlassen. Der Filter 12 fungiert dabei als letztendliches Reinigungsmittel für das Gas von verbleibendem Staub. Es ist jedoch möglich, den vom Zyklon abgesonderten Partikelanteil in den Vergasungsprozess zurückzuführen, wobei die Absonderung des Asche enthaltenden Bruchteils, der entfernt werden soll, allein mit Filtern erzielt wird. Zusätzlich werden von Zeit zu Zeit die Aschen am Boden des Reaktors 1 sowie grobe Partikel aus dem Reaktor in die Durchführung 20 entfernt.
BEISPIEL 1
Das zu vergasende Material war Weizenstroh mit einer Feuchtigkeit von 10,5 Gewichtsprozent, einer mittleren Partikelgröße von 2 mm, einem Trockensubstanzgehalt von 47,5% C, 5,9% H, 0,7 o N und 4,8% Aschen zuzüglich der vom Gesichtspunkt der Vergasung her problematischen Elemente mit einem Anteil von 6120 ppm Cl, 140 ppm Na und 16730 ppm K. Dieses Material, bei dem festgestellt worden war, dass es bei der herkömmlichen Wirbelbettvergasung eine starke Agglomeration des Wirbelbetts und eine Ansammlung von Aschen in den oberen Teilen des Reaktors verursacht, wurde entsprechend der Erfindung in einer Anlage entsprechend der angefügten 1 vergast, wobei der Innendurchmesser des Reaktors 154 mm betrug.
Die Vergasung erfolgte bei einer Temperatur von 805°C bis 819°C, und von unterhalb des stationären Wirbelbetts wurde Luft mit 14,7 g/s und Wasserdampf mit 2,7 g/s eingeblasen. Die Kraftstoffzufuhr betrug 11,3 g/s. Zusammen mit dem Kraftstoff wurde mit 0,42 g/s Kalkstein mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 0,6 mm und mit 0,42 g/s Sand mit einer Partikelgröße von gleicherweise 0,1 bis 0,6 mm zugeführt. Die Druckdifferenz in dem Wirbelbett wurde konstant gehalten, indem vom Boden des Reaktorbetts Material, das hauptsächlich aus Sand zusammengesetzt war, entfernt wurde. Die Bedingungen der Vergasung sind zusammen mit den wesentlichen erzielten Ergebnissen in der nachstehenden Tabelle dargestellt. Die Gesamtdauer des Vergasungsexperiments betrug etwa 10 Stunden, während welcher Zeit keine Probleme in dem Prozess festgestellt wurden. Der größte Teil der Aschen des Kraftstoffs wurde mit Hilfe des sekundären Zyklons und des Filters entfernt. Von dem in dem Stroh enthaltenen Kalium wurden 49% zusammen mit dem Zyklonstaub, 30% durch den Filter und 21% in den Bodenaschen entfernt.
BEISPIEL 2
Das gleiche Biomaterial wie in Beispiel 1 wurde unter Bedingungen, die in der folgenden Tabelle dargestellt sind, vergast. Hierbei erfolgte die Vergasung bei einer Temperatur von 833°C bis 841°C. Außerdem war die Menge an zugeführtem Sand im Vergleich zu Beispiel 1 deutlich reduziert. Bei diesem Experiment wurden, um die Kohlenstoffumwandlung zu maximieren, sogar die durch den sekundären Zyklon abgesonderten Feststoffe in die stationäre Wirbelbettschicht der Vergasungsanlage zurückgeführt. Vom Boden des Reaktors wurde hauptsächlich Material, das aus Sandpartikeln bestand, entfernt; die gesamten Flugaschen wurden durch den Filter entfernt. Die Gesamtdauer des Experiments betrug etwa 10 Stunden und die erzielten Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt. Es wurde festgestellt, dass die vom Reaktorboden entfernten Aschen kleine Zusammenballungen von etwa 1 bis 2 mm enthielten, dies warf jedoch noch keine Probleme hinsichtlich des Funktionierens des Prozesses auf.
BEISPIEL 3
Bei diesem Beispiel wurde die Vergasungsanlage wie in Beispiel 2 betrieben, außer dass der in dem sekundären Zyklon abgesonderte Staub nicht in die Zirkulation zurückgeführt wurde. Sogar dieses Experiment, dessen Ergebnisse in der Tabelle dargestellt sind, war erfolgreich, und die erzielte Kohlenstoffumwandlung war nur etwa 1,5 Prozentpunkte geringer als bei Experiment 2. Die Gesamtdauer des Experiments betrug 11 Stunden, während welcher Zeit keine Probleme auftraten. Die Menge an Zusammenballungen in den Bodenaschen war deutlich geringer als bei Beispiel 2.
Tabelle
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass die erfindungsgemäflen Anwendungen nicht auf die vorstehend. beschriebenen Beispiele beschränkt sind, sondern innerhalb des Schutzumfangs der anhängenden Ansprüche variiert werden können.

Claims

Verfahren zur Vergasung von Biokraftstoff in einem Wirbelbettreaktor, bei welchem Verfahren Kraftstoff (15) und Vergasungsgas (18, 19) einer Strömung zugeführt werden, die feste Wirbelbettpartikel enthält und durch den Reaktor (1) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren eine Zirkulation (3, 4, 6) durch den Wirbelbettreaktor (1) und ein Zyklon (5) aufrecht erhalten wird, die einen Teil der Wirbelbettpartikel beinhaltet; dass die Vergasung bei einer Temperatur erfolgt, die höher als die Schmelzpunkttemperatur oder die Sinterpunkttemperatur der aus dem Kraftstoff produzierten Aschen ist; dass die in dem Wirbelbett (3) enthaltenen Partikel Partikel umfassen, die aus einem harten, im Wesentlichen nicht zermahlbaren Material bestehen, mit einer Zumischung von Partikeln, die aus einem leicht zermahlbaren, porösen Material bestehen, wodurch diese porösen Partikel in dem Wirbelbettprozess pulverisiert werden, während sie gleichzeitig Asche an sich binden; dass poröse Partikel (17) der Zirkulation (4) zugesetzt werden; und dass das Produktgas zusammen mit fein gemahlenen, Asche enthaltenden Partikeln (9, 13) in dem Zyklon von der Zirkulation abgesondert wird, während die zirkulierenden Partikel aus dem Zyklon zurück in den Wirbelbettreaktor geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in dem Wirbelbett und in der Zirkulation (3, 4, 6) 70%–90%, vorzugsweise etwa 80 Gewichtsprozent, harte, nicht zermahlbare Partikel und 10%–30%, vorzugsweise etwa 20 Gewichtsprozent, zermahlbare, poröse Partikel umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die harten, nicht zermahlbaren Partikel in dem Wirbelbett (3) aus Sand bestehen, dessen Partikelgröße hauptsächlich etwa 0,1 = 0,6 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wirbelbett Sand (16) in solcher Weise zugesetzt wird, dass die Menge an zugeführtem Sand etwa 1 – 3 Gewichtsprozent der Menge des zugeführten Kraftstoffs (15) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die porösen Wirbelbettpartikel in der Zirkulation (3, 4, 6) aus einem mineralischen Material wie etwa Kalkstein oder Dolomit bestehen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zirkulation Kalkstein- oder Dolomitpartikel (17) zugesetzt werden, deren Partikelgröße hauptsächlich etwa 0,1–0,6 mm beträgt, und zwar in solcher Weise, dass die Menge der zugeführten Partikel etwa 1–4 Gewichtsprozent der Menge des zugeführten Kraftstoffs (15) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zirkulation (4, 6) Partikel (9, 13) entfernt werden, deren Durchmesser höchstens etwa 20 μm beträgt und bevorzugt im Bereich von 5 μm–20 μm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fein gemahlenen, Asche enthaltenden Partikel (9, 13) mit Hilfe eines Zyklons (8) und/oder durch Filtern (12) von dem Produktgas abgesondert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsgas eine Mischung aus Luft (18) und Wasserdampf (19) ist, wobei der Prozentsatz an Wasserdampf vorzugsweise etwa 10–30 Volumenprozent beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungstemperatur etwa 50–200°C höher als die Schmelzpunkttemperatur oder die Sinterpunkttemperatur der Kraftstoffaschen ist und bevorzugt mindestens 800°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu vergasende Kraftstoff (15) alkalisches Material enthäat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu vergasende Kraftstoff (15) Abfall aus der Landwirtschaft, beispielsweise Stroh, ist.
Verahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu vergasende Kraftstoff (15) eine schnell wachsende Pflanze ist, die als Energiequelle angebaut wird, beispielsweise Weide.