本发明涉及用于由有机固体燃料生产用于运行内燃机的合成气体的方法和装置，所述固体燃料在热解反应器中在没有氧引入的情况下分解成热解产物，其中，接着所有热解产物从所述热解反应器中从下方引入给另外的反应器，其中，在所述另外的反应器中所产生的合成气体从所述另外的反应器中取出作为产物气体并且直接或间接引入给所述内燃机，并且其中，所述热解反应器以至少一个用于输送所述固体燃料的热解蜗杆来运行。
背景技术：
例如由de102010012487a1已知这样的方法以及相应的装置。
为了能量转变已知的是气化固体燃料。为了运行相应的气化设备，在此所使用的固体燃料、尤其在有机固体燃料的情况下的不同的性质已经被证明为关键的。这例如涉及焦油的形成或由焦油所产生的产物的纯化、所使用的燃料的灰熔化特性、气化过程中灰的产生和特性、杂质（störstoffe）如h2s、cos、nh3和hcn以及与焦油相关联的灰尘的产生。
在热地使用固体燃料时仅须考虑排放物极限值，而在燃气涡轮机中使用所产生的合成气体（例如以用于电流产生）方面的要求显著较高。
例如在马达驱动式的使用方面在所产生的合成气体中的高焦油含量可能导致后置的燃气发动机发生损伤。
虽然应用生物废料如淤泥已出于环境保护和耐久性的原因而高度地被期望，但是正是在此对于通过气化的应用而言产生特别的挑战。
淤泥通常具有高的灰份额以及低的灰熔化温度。因此例如由于灰熔点而通常不可能的是，设置有在固体燃料如淤泥的情况下在所述气化设备中通过高温来对焦油进行二次处理，以便避免在气化期间不期望的残渣形成。
在由wo2011/110138a1已知的、用于生产合成气体的方法和所属的装置中使用植物油或柴油用于对焦油的合成气体进行二次纯化。在此描述用于由有机固体燃料生产用于运行内燃机的合成气体的装置，所述固体燃料在热解反应器中在没有氧引入的情况下分解成热解油、热解焦炭和热解气体，其中，接着将所述热解油以及所述热解焦炭引入给流化床反应器（wirbelschicht-reaktor），所述流化床反应器借助于以高于所述流化床反应器的流化床的床料的最小松散速度的速度的空气引入来流化，并且其中，在所述流化床反应器中所产生的合成气体从所述流化床反应器中取出作为产物气体并且直接或间接引入给所述内燃机。所述热解气体在使用之前以例如rme来洗涤。然而，这时而导致洗涤剂的皂化，一旦使用富碱燃料的话。
此外在现有技术中尝试，已经避免焦油的形成，来代替随后去除焦油。为此例如在de102007012452a1和de102010018197a1提出，将热解或热分解前置于本来的气化过程作为预气化。然而在该处描述的过程尤其适用于具有低灰份额以及低灰密度（aschedichte）的燃料，因为灰尘作为飞灰离开所述反应器。
在wo02/004574a1中提出在使用对流固定床热解情况下的方法。包含在热解气体中的焦油为了裂化而被导引通过热焦炭床。在另一步骤中使所述焦炭在流化床中燃烧并且热灰的一部分添加给焦炭床。然而需要水蒸气产生器，由此整个过程变得更复杂并且成本更高。同样，水蒸气与焦油的必要的反应比与空气的反应进行地明显慢以及有时候进行得不完全。
在wo2010/015593a2中描述如下过程，在所述过程中，在与水蒸气的异热的第一气化中在流化床中借助于燃烧器将挥发性元素从燃料中除去并且在后置的过程中将来自所述第一过程的焦炭以自热的方式进行气化。来自所述过程的两个气体流被聚集在一起并且共同进一步被处理。虽然在此能够较简单地进行过程控制，然而需要蒸气锅和附加的燃烧器能量，以便将异热的第一过程保持运转。此外，未设置有最初的焦油减少，只要来自所述第一过程的气体不能与空气再反应和/或与焦炭床到达密集的（intensiven）接触。
在已经引用的wo2011/110138a1中也提出两阶段过程。燃料在转动管中被热解，然后被分成焦炭和气体并且所述焦炭在流化床中被气化。该过程在技术上难以操作，因为在热的侧上需要进行气体-固体物质分离。在该方法中从所述焦炭获取的合成气体应该接着又与热解气体混合。在此不利的是，必须非常准确地控制压力比。另外的问题由筒或转动管的使用来产生，因为所述筒或转动管根据经验不能承受住高压。也不利的是，在该方法中所使用的排气式通风机仅具有短的预期寿命。由于在所述装置中的负压此外导致空气的输入，由此可能产生不受控制的爆炸区。
由de102010012487a1已知开头所限定的类型的、用于由有机固体燃料生产用于运行内燃机的合成气体的方法和装置，所述固体燃料在热解反应器中在没有氧引入的情况下分解成热解产物，其中，接着将所有热解产物从所述热解反应器中从下方引入给设计为固定床反应器的另外的反应器，其中，将在所述另外的反应器中所产生的合成气体从所述另外的反应器中取出作为产物气体并且直接或间接引入给所述内燃机，并且其中，所述热解反应器以至少一个用于输送所述固体燃料的热解蜗杆来运行。所述固定床反应器包括搅拌装置，所述搅拌装置一方面用于混匀（durchmischung）处在高温区中的固体物质覆层，以便实现尽可能完全的转换。
处于与此相对的是如下流化床反应器，如其例如在上面所讨论的wo2011/110138a1或在wo02/004574a1中所提出的那样。流化床的特性是“理想的搅拌锅”的特性。如de102010012487a1中所说明的混匀轮对于该目的而言与其说是有帮助的倒不如说是妨碍性的。所提及的特性也导致以下事实，即不能在流化床内部运行显著不同的温度区（例如高温区）。
“涡流床（wirbelbett，有时称为流化床）”一词在de102010012487a1中用于低灰尘载荷（staubfracht），所述灰尘载荷与气化空气被吹入到反应器中并且应该以该方式来循环。但因为这涉及二次过程并且质量的主份额如上面所阐述的那样作为固定床而存在，所以根据de102010012487a1的另外的反应器不是流化床反应器，而是更确切地说是固定床反应器。
技术实现要素：
与此相对，本发明基于以下任务，即提供开头所限定的类型的装置和方法，在所述方法中（或通过所述方法）能够将固体燃料、尤其有机固体燃料如例如生物废料、尤其淤泥、纸泥、渣滓、皮、粪便、壳或类似物在稳定的过程中特别成本有利地气化成合成气体，从而所述合成气体适合于，马达驱动式地、尤其借助于燃气涡轮机进行使用。
该任务以与高效同样令人吃惊地简单的方式以及以毫无困难地可供使用的技术手段通过以下方式来解决，即所述另外的反应器构造为流化床反应器，所述流化床反应器借助于以高于所述流化床反应器的流化床的床料的最小松散速度的速度的空气引入来流化，具有所述固体燃料的固体物质质量的至少20%的灰含量的生物废料作为有机固体燃料引入给所述热解反应器，并且所述有机固体燃料在所述热解反应器中分解成热解油、热解焦炭和热解气体。
该任务也通过用于执行所述方法的装置来解决，所述装置的突出之处在于，所述流化床反应器的净内空间的横截面面积从下向上增加、尤其至少部分区段地根据反过来的锥体的类型。
也就是说本发明提出由有机固体燃料生产合成气体的方法，所述方法实现，具有高灰含量的生物废料以热解蜗杆来输送并且同时进行热解或热分解，其中，接着将所述热解的所有产物、尤其热解油、热解焦炭和热解气体引入给所述流化床反应器。由此可行的是，尽可能全面地（umfassend）气化所述生物废料并且在此出现的焦油已经在过程中自身进行处理。在此有利的是，不是仅仅所述热解焦炭，而是所有热解或热分解产物被引入给所述流化床反应器。以该类型来避免，必须并行地（parallel）协调不同的流。
此外所述热解气体从下方被引入给所述流化床反应器。由此所述热解气体在所述流化床反应器中还被暴露于富氧的区，在所述区中对焦油进行分解或燃烧。在此也以特别有利的方式利用以下情况，即所述热解焦炭催化地支持包含在所述热解气体中的焦油的分解（zersetzung）。这尤其也基于以下认知而实现，即热解焦炭具有比所使用的原始固体燃料大的比表面积。
由此该方法已经设置最初的焦油处理、尤其用于要不然能够气化得差的生物废料。获得均匀的、低焦油的合成气体。
所述方法也以有利的方式并且正好适合于具有高灰熔化温度和灰密度以及高灰含量的固体燃料，因为对于根据本发明的方法而言不需要的是，出现的灰尘作为飞灰离开反应器。由此能够在最不同的生物废料、如例如淤泥、皮、粪便或壳的情况下使用根据本发明的方法。
具有高灰含量的、尤其所述固体燃料的固体物质质量的至少20%的灰含量的生物废料能够由此以低焦油的方式被气化。
相当特别优选的是根据本发明的方法的一类如下实施方式，在所述实施方式中，作为有机固体燃料引入给所述热解反应器的生物废料具有80%与98%之间的干固体含量（trockengehalte）并且尤其包括淤泥和/或纸泥和/或渣滓。
所述流化床反应器能够固定地（stationär）或循环地运行。
所述热解反应器也能够具有多个热解蜗杆。所述热解反应器也能够具有双重或多重蜗杆。换言之，多个蜗杆也能够用于流化床反应器。
优选的是，作为有机固体燃料引入给所述热解反应器的生物废料具有80%与98%之间的干固体含量并且尤其包括淤泥和/或纸泥和/或渣滓。根据本发明的方法以特别有利的方式适合于处理这种迄今仅能以不令人满意的方式气化的有机固体燃料。
本发明的一种特别有利的改进方案以如下方式获得，即所述流化床反应器以小于等于960°c的运行温度来开动。由此能够尤其在具有低灰熔化温度的固体燃料的情况下克服残渣的形成。
如果从外部加热所述热解蜗杆，则能够避免所述燃料以载热体的稀释。同样能够由此避免会过强地降低热值的氧的过早的添加。
当所述热解蜗杆的加热通过经加温的气体、优选经加温的空气来进行时，则产生本发明的另一有利的实施方式。由此所述热解反应器不以有灰尘的合成气体来受载，由此能够避免过早损耗所述热解反应器的气体通道。
为了加温所述气体能够以有利的方式使用来自所述流化床反应器的热产物气体。
热分解燃烧器也能够用于所述气体的进一步的温度提高。
本发明的如下实施方式也是特别优选的，在其中，以从下方或从侧的空气流进行到所述流化床反应器中的空气引入，所述空气流正好足够大，以便将在所述流化床反应器中的涡流和裂化过程保持下去，并且在所述实施方式中所述空气引入以仅超过为了运行所述流化床反应器所需的最小松散速度5%与20%之间、优选大约10%的速度来运行。由此在所述流化床反应器中产生的涡流床非常接近所述涡流床的松散点地被开动。由此进一步优化热解气体与涡流床材料之间的接触。由此除了与氧的气相反应之外也强化在所述热解焦炭处的催化的焦油分解。尤其能够设置成，所述流化床反应器固定地运行。
当为了最初的硫化合已在所述流化床反应器中混入含钙材料、尤其碳酸钙、方解石或氢氧化钙时，产生所述方法的一种特别有利的设计方案。为此能够例如将含钙材料与原始固体燃料混合。由此能够已经提早地将大部分挥发性的硫化合为钙硫化物并且经由所述灰从所述过程中去除。
本发明的如下实施方式也是特别优选的，在其中，或者已经颗粒形地存在的、或者被进一步处理成颗粒的灰作为用于所述流化床的床料被再利用。
用于执行根据本发明的方法的如下装置也落到本发明的范围内，所述装置的突出之处在于，所述流化床反应器的净内空间的横截面面积从下向上增加、尤其至少部分区段地根据反过来的锥体的类型。为此所述流化床反应器能够在其下方区域中以有利的方式至少部分区段地偏心地成型。因为气体量从下向上增加，由此能够以有利的方式将在所述流化床反应器中的流动速度沿着所述流化床反应器保持几乎恒定。
用于执行根据本发明的方法的如下装置也落到本发明的范围内，在所述装置中，侧向上在所述流化床反应器处、优选在所述流化床的末端处以及在所述气体空间的始端处，存在有用于受重力作用地放出在运行中在所述流化床反应器中积累的灰的开口。在此，气体空间能够被理解成在所述流化床反应器内部的、在所述流化床上方毗邻所述流化床的区域。在此特别有利的是，由此从所述流化床中也能够引出大量灰。所述开口能够用作溢出口，从而所述流化床如溢出的槽（trog）那样表现，由此能够自动调节灰放出。
此外能够存在有用于将最初冷的空气以对流引入到源自所述流化床反应器的经放出的灰的机构。在流化床中通常不能够实现在1%之下的灼烧损失。通过在所述灰放出中的附加的空气喷入能够将所述灰去除残留的碳并且所产生的废气能够导入到所述流化床中。也能够由此从所述灰中回收热，从而改善所述装置的能量效率。在此特别有利的是，将所述最初冷的空气从引入给所述流化床反应器的、用于气化的空气的路径中取出。由此能够确保，即使在所述设备中变化的压力比的情况下也始终存在有足够流量。
对于备选的改进方案能够设置成，在所述流化床反应器的灰放出端与燃料入口之间的区域中侧向上存在有用于将空气引入到所述流化床反应器中的另外的机构，所述空气优选作为旁路空气流从为了流化而从下方进行的空气引入中取出到所述流化床反应器中。特别优选的是，在所述流化床反应器的气体空间中在所述灰放出端之上的区域中侧向上存在有用于将空气引入到所述流化床反应器中的附加的机构，所述空气优选作为旁路空气流从为了流化而进行的空气引入中取出到所述流化床反应器中。该附加的空气引入能够在此均匀分布地布置在所述流化床反应器的周缘上。通过这种附加的空气引入产生用于控制在所述流化床反应器内部的过程流程的附加的控制可行方案。尤其，该附加的空气引入通过分阶段地添加空气或氧来实现焦油的进一步改善的、受控的燃烧。
本发明的如下实施方式也是特别优选的，在其中，优选在第一冷却阶段和除尘装置之后，存在有用于冷却从所述流化床反应器中取出的产物气体的、尤其具有文丘里洗涤器的机构和/或尤其具有离心式洗涤器的、用于气溶胶分离（aerosolabscheidung）的机构和/或尤其具有喷洒式洗涤器的、用于氨分离的机构。特别优选的是，所有三个上述机构设置成串联。同样以下改进方案是优选的，在其中，存在有一个或多个用于从由所述流化床反应器取出的产物气体中去除汞和/或硫氢化合物和/或碳氢化合物的机构。优选地，所述机构基于吸附或过滤、尤其基于活性炭过滤来工作。由此能够进一步改善所产生的合成气体的品质。因为淤泥灰具有高孔隙度和/或高比表面积，所以能够在本发明的特别有利的设计方案中替代活性炭而使用积累的淤泥灰，尤其以用于过滤h2s。
本发明的另外的特征和优点由本发明的实施例的随后的详细的说明、根据示出对于本发明来说是重要的细节的附图、以及由权利要求来得出。在那所示出的特征不能够必要地理解成按比例并且以如下方式进行示出，使得根据本发明的特点能够明显可见。不同的特征能够本身单个地或成多个地以任意组合地在本发明的变型方案中加以实现。
附图说明
本发明在附图中示意性地示出并且根据实施例更详细地进行阐释。
唯一的图示出用于执行根据本发明的方法的装置的一种实施方式的示意性的图示。
附图标记列表
1气化装置
2a燃料引入端
2b气化空气引入端
2c合成气体出口
3燃料贮仓
4热解反应器
5热解蜗杆
6热分解燃烧器
7流化床反应器
8风箱
9流化床
10气体空间
11灰放出通道
11a冷却反应器
11b灰收集器
11c开口
12热气体预加温器
13除尘装置
14烛式过滤器
15文丘里洗涤器
16用于气溶胶分离的机构
17用于氨分离的机构
18a-c过滤机构
19内燃机。
具体实施方式
图详细地示出气化装置1。该气化装置用于实现根据本发明的、用于由有机固体燃料生产用于运行内燃机的合成气体的方法。借助于燃料引入端2a将燃料引入给燃料贮仓3。在该实施例中，将以具有90%干燥物质的淤泥小球的形式的淤泥用作燃料。在所述燃料贮仓3中将预定义的量的碳酸钙配量添加给所述燃料。碳酸钙的添加在此用于在气相中进行之后的最初的硫还原（schwefelreduktion）。
如此预配置的燃料接着被带入到热解反应器4中。所述热解反应器4具有热解蜗杆5，在该情况中为双蜗杆。所述热解反应器4通过引入热气体来调节温度。为此使得空气在空气预加温器12中被预加温并且根据需求通过在该实施例中以沼气来运行的热分解燃烧器6附加地进行加热。在此从外部通过所述热气体进行加热。由此避免热气体与热解离析物或产物发生混合。这种预备阶段优选在600-650°c之间的温度窗口（temperaturfenster）中运行。在本发明的当前的实施方式中，所述热解过程以无氧的形式来进行，从而所述热解过程相应于热分解。在热解或热分解期间产生热解气体、热解焦炭以及热解油作为过程产物。
在另一方法步骤中将所述过程产物从所述热解反应器4中提供给流化床反应器7。在该实施例中设置有在图1中未进一步示出的输入蜗杆。借助于所述输入蜗杆将所述热解产物从下方带入到所述流化床反应器7中。在所述流化床反应器7的下侧布置有风箱8。通过该风箱8将气化空气从气化空气引入端2b中引入给所述流化床反应器7。所述流化床反应器7在产生的流化床9的区域中偏心地且锥状地向上变宽地伸延。气体空间10联接到所述流化床9处。在两个旁路的意义中，将所述气化空气的一部分从引导到所述风箱8的线路中分岔并且一部分在所述流化床9的区域中馈入以及另一部分在所述气体空间10的区域中馈入。灰放出通道11将近（knapp）处于所述流化床9上方，所述灰放出通道通入在处于所述流化床反应器7的壁部中的开口11c中。所述灰放出通道11具有斜坡，从而灰能够从所述流化床反应器7的内空间中受重力作用地通过所述灰放出通道11来放出。所述灰从那经过冷却反应器11a到达到灰收集器11b中。按照需求还将灰作为活性炭替代物从此处取出并且在更下面进一步描述的过滤机构18a、18b和18c中进行使用。
从所述气化空气引入端2b取得的气化空气的一部分以对流通过所述灰放出通道11导引到所述流化床反应器7中。由此引起所述灰的再灼烧以及引起从热灰到一开始冷的气化空气的热传递。
如下调整气化空气的引入，使得所述空气引入正好足够大，以便将在所述流化床反应器7中的涡流和裂化过程保持下去。尤其，所述空气引入以超过为了运行所述流化床反应器7所需的最小松散速度大约10%的速度来运行。由此为所述热解气体保证与所述流化床的床料的良好的接触。此外已经在所述流化床9中引起包含在所述热解反应器4的过程产物中的、在所述热解焦炭处的焦油的催化的焦油分解。
一旦在所述流化床反应器7中产生的材料流到达所述灰放出通道11的开口11c，则灰从所述材料流中受重力作用地被放出。
所述流化床反应器7的运行温度调节成小于等于960°c。在本发明的备选的实施方案中，在此还设置成，所述运行温度与所使用的固体燃料的相应的灰熔化温度相协调。一旦所述材料流到达所述流化床反应器7或所述气体空间10的上方的端部，则该材料流以热合成气体的形式从所述流化床反应器7中排出。
在随后的阶段中，对该合成气体进行除尘、纯化，并且回收所包含的热。为此首先将所述合成气体在除尘装置13中引导。在该实施例中，所述除尘装置13是用于去除占大多数份额的仍然所包含的飞灰的旋风分离器。接着将在该阶段中仍然约800°c的热合成气体引导经过所述热气体预加温器12，所述热气体预加温器12如前述那样用于对所述热解反应器4的热气体进行预加温。在约400°c的情况下所述合成气体又从所述热气体预加温器12中排出并且经过烛式过滤器14到达到文丘里洗涤器15上，通过所述文丘里洗涤器将所述合成气体进一步冷却并纯化。将所形成的气溶胶随后在用于气溶胶分离的机构16（在该情况中为离心式洗涤器）中分离。然后将所述合成气体引导经过用于氨分离的机构17。在该情况中，所述用于氨分离的机构17构造为喷洒式洗涤器。
在最后的阶段中将现在已经预纯化的合成气体去除残留的杂质或有害物质。为此将所述合成气体在从所述用于氨分离的机构17中排出之后引导经过在图1中未进一步示出的换热器（rekuperator）。所述换热器用于避免雾或一般用于避免露点。为了在所述换热器中加温所述合成气体，使用来自所述热解反应器4的热气体废气的一部分。
然后所述合成气体按顺序（sequentiell）到达到三个过滤机构18a、18b、18c上。这些过滤机构18a、18b、18c在该实施例中是活性炭过滤器或活性炭吸收器。与所需的过滤器功率以及所述过滤机构18a、18b、18c的规模（dimension）相协调地，在此将预定义的份额的活性炭通过尤其来自所述灰收集器11b的淤泥灰来替换。在此利用如下事实，即所述淤泥灰类似于所述活性炭地具有高孔隙度和比表面积。换言之，将所述淤泥灰至少部分地继续用作过滤材料。
所述过滤机构18a在此用于隔离仍然残留在所述合成气体中的汞。所述过滤机构18b用于隔离仍然残留在所述合成气体中的硫氢化合物。最后的过滤机构18c尤其用于分离仍然残留的含碳氢化合物的有害物质。所述过滤机构18c由此是监督过滤器（polizeifilter）。
以该方式所产生的、经除尘且经纯化的合成气体现在具有以下品质，以该品质满足对马达驱动式的使用的要求。由此在所述过滤机构18c处或在联接到所述过滤机构处的合成气体出口处可用的合成气体现在能够例如提供到用于能量相关的（energetischen）使用的内燃机19上。所述内燃机19为此在联合热电厂的意义中构造为具有联接的发电机和联接的废热利用机构的燃气发动机。由此，原来所引入的固体燃料、尤其淤泥能够全面地能量相关地、尤其电以及热地进行使用。
参考列表：
de102010012487a1
wo2011/110138a1
de102007012452a1
de102010018197a1
wo02/004574a1
wo2010/015593a2。