AT511684B1 - Vorrichtung und verfahren zum vergasen von biomasse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor (1) zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, aufweisend einen Füllschacht (7) und ein unter dem Füllschacht (7) angeordnetes Aschebett. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der am Füllschacht (7) anhaftende Biomasse lösbar ist und/oder ein Wärmetauscher vorgesehen ist, mit dem ein aus der Biomasse erzeugtes Produktgas Wärme an im Füllschacht (7) nachgeführte Biomasse sowie an eine Oxidationsluft abgibt.Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse in einem Reaktor (1), insbesondere einem erfindungsgemäßen Reaktor (1), zu einem Produktgas. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass am Füllschacht (7) anhaftende Biomasse gelöst und/oder vom Produktgas Wärme an Biomasse und eine Oxidationsluft abgegeben wird.

Description

österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15

Beschreibung

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM VERGASEN VON BIOMASSE

[0001] Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, aufweisend einen Füllschacht und ein unter dem Füllschacht angeordnetes Aschebett.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung von Biomasse in einem Reaktor, insbesondere in einem Reaktor der eingangs genannten Art, zu einem Produktgas.

[0003] Biomassevergaser sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der WO 2008/004070 A1 eine Vorrichtung bekannt, mit der Biomasse wie Holz, Stroh oder biologische Abfälle in einem Reaktor vergast und ein dabei entstehendes Gas anschließend in einen gasbetriebenen Motor geleitet wird, wo dieses Gas durch Verbrennung in mechanische Energie gewandelt wird. Der Motor ist dabei mit einem Generator verbunden, mit dem die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

[0004] Vorrichtungen des Standes der Technik haben die Nachteile, dass eine Anlageneffizienz nur gering ist, da einerseits Produktgas mit hohen Temperaturen aus dem Reaktor austritt, worunter eine Effizienz einer nachgeschalteten Verbrennungskraftmaschine leidet, andererseits eine Konsistenz der Biomasse häufig zu Verklebungen im Reaktor führt, sodass häufige und teure Wartungen die Folge sind. Weiter wirkt sich auch ein hoher Aufwand zur Entsorgung von Filtermedien, die für eine Produktgasreinigung erforderlich sind, negativ auf die Anlageneffizienz aus.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben oder zu verringern, indem ein Reaktor angegeben werden soll, mit dem ein effizienteres Verfahren möglich ist.

[0006] Des Weiteren soll ein Verfahren angegeben werden, das die Nachteile des Standes der Technik behebt oder reduziert.

[0007] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Reaktor der eingangs genannten Art eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der am Füllschacht anhaftende Biomasse lösbar ist und/oder ein Wärmetauscher vorgesehen ist, mit dem ein aus der Biomasse erzeugtes Produktgas Wärme an im Füllschacht nachgeführte Biomasse sowie an eine Oxidationsluft abgibt.

[0008] Da die Biomasse im Betrieb durch den Füllschacht von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende mit einer Fließgeschwindigkeit bewegt werden muss, behindert am Füllschacht anhaftende Biomasse eine Bewegung und damit einen ordnungsgemäßen Betrieb. Ein Vorteil der Einrichtung, mit der am Füllschacht anhaftende Biomasse lösbar ist, kann daher insbesondere auch darin gesehen werden, dass eine Stillstandszeit wesentlich reduziert werden kann, in welcher der Reaktor zu Wartungszwecken abgestellt werden muss. Damit erhöht sich für einen Anlagenbetreiber die Anlageneffizienz.

[0009] Der Wärmetauscher, mit dem die Wärme des Produktgases an die im Füllschacht nachgeführte Biomasse sowie die Oxidationsluft übertragbar ist, hat insbesondere auch den Vorteil, dass eine zu einer Pyrolyse und zu einer Vonwärmung der Oxidationsluft benötigte Energie aus dem Produktgas entnommen werden kann, sodass dazu weniger Energie aus der Biomasse entnommen werden muss und eine Temperatur des Produktgases reduziert werden kann. Wenn das Produktgas in einer Verbrennungskraftmaschine direkt weiterverarbeitet wird, so erhöht eine niedrigere Temperatur eine thermodynamische Effizienz in der Verbrennungskraftmaschine. Damit wirkt sich ein Wärmetransfer vom Produktgas an Oxidationsluft und Biomasse mehrfach positiv auf die Anlageneffizienz aus.

[0010] Damit lässt sich mit der Vorrichtung Biomasse vollautomatisch in elektrische Energie umwandeln.

[0011] Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Abwärme-Wärmetauscher vorgesehen ist, mit dem 1 /15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15 eine Wärme eines Abgases des Verbrennungsmotors an die Biomasse zur Vorwärmung derselben übertragbar ist. Damit wird eine Anlageneffizienz der Gesamtanlage weiter erhöht, da auch die Wärme des Abgases des Verbrennungsmotors wiederverwendet werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Wärme des Abgases des Verbrennungsmotors anderwärtig, beispielsweise zu Heizzwecken, zu verwenden.

[0012] Es ist von Vorteil, wenn ein Feinfilter zum Reinigen eines aus Biomasse erzeugten Produktgases als Filtermedium Biomasse enthält. Bevorzugt kann diese Biomasse Hackgut nach ÖNORM M7133 G50 oder G30 sowie Sägespäne beinhalten. Vorteil dieser Ausbildung ist, dass das Filtermedium nach längerer Einsatzdauer in das Brennstofflager transportiert und im Reaktor wie Biomasse verarbeitet werden kann, sodass dieses Filtermedium auf einfachste Weise recycelbar ist. Dieses Filtermedium wird im Feinfilter bevorzugt von unten nach oben vom Produktgas durchströmt, wobei sich im Produktgas befindliche Verunreinigungen, insbesondere Teer, an der Biomasse absetzen. Dabei kann die Biomasse auf einer oder mehreren Ebenen gelagert sein. Es kann auch ein Sensor vorgesehen sein, der einen Druckverlust über den Filter misst und so den optimalen Zeitpunkt zu einem Transfer der verschmutzen Biomasse in das Brennstofflager und einem Auffüllen des Filters mit neuer Biomasse bestimmt. Alternativ ist eine zeitbasierte Neubefüllung mit Biomasse möglich.

[0013] Anstatt Hackgut und Sägespänen kann selbstverständlich auch eine andere Art von fester Biomasse eingesetzt werden, wobei sich die Filtrationswirkung mit dem Filtermedium ändert. Vorteilhaft ist es, dass das Filtermedium auf mehreren Ebenen im Filter auf porösen Lochböden, bevorzugt gelochten Blechen, liegt und seriell vom Produktgas von unten nach oben durchströmbar ist. Dabei weist eine unterste Lage etwa 20 % Hackgut und etwa 80 % Sägespäne und eine oberste Lage etwa 70 % Hackgut und etwa 30 % Sägespäne auf. Bei dazwischenliegenden Lagen liegt ein Anteil an Hackgut über dem der untersten Lage und steigt bis zur obersten Lage an. Bevorzugt ist, dass Hackgut und Sägespäne aus Fichtenholz sind.

[0014] Bevorzugt wird ein vorstehend beschriebener Feinfilter zum Reinigen eines aus Biomasse erzeugten Produktgases, insbesondere zu Abscheidung von Teer, verwendet. Damit lässt sich eine besonders kostengünstige und umweltschonende Art einer Produktgasreinigung erreichen.

[0015] Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art am Füllschacht anhaftende Biomasse gelöst und/oder vom Produktgas Wärme an Biomasse und eine Oxidationsluft abgegeben wird.

[0016] Durch ein, insbesondere intermittierendes, Lösen von am Füllschacht anhaftender Biomasse lässt sich eine Verunreinigung des Füllschachtes mit Biomasse vermeiden, welche eine Funktion stark beeinträchtigen würde. Dadurch können Wartungszeiten reduziert und die Anlageneffizienz erhöht werden. Durch einen Transfer von Wärme vom Produktgas an Biomasse und eine Oxidationsluft kann die Energiemenge minimiert werden, welche den Reaktor in Form von Wärme im Produktgas verlässt.

[0017] Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Rütteleinrichtung in bestimmten Abständen, bevorzugt in Abständen von 10 bis 30 Minuten, insbesondere 15 bis 25 Minuten, bevorzugt etwa 20 Minuten, für die Dauer von weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als 1 Minute, besonders bevorzugt für etwa 5 Sekunden, aktiviert wird, um am Füllschacht anhaftende Biomasse zu lösen. Damit lassen sich einerseits anhaftende Verunreinigungen besonders günstig lösen und andererseits bleiben auch mechanische Beanspruchungen eines Materials aufgrund von Rüttelvorgängen minimal, sodass eine lange Lebensdauer des Reaktors erreicht wird.

[0018] Es ist von Vorteil, dass eine Fließgeschwindigkeit der Biomasse in einem unteren Bereich des Füllschachtes über eine konische Ausbildung des Füllschachtes in diesem Bereich etwa konstant gehalten wird. Da die Biomasse im unteren Bereich aufgrund chemischer Reaktionen ihr Volumen ändert, wirkt sich eine konische Ausbildung des Füllschachtes, die zu gleichmäßiger Fließgeschwindigkeit führt, besonders günstig auf Rahmenbedingungen dieser chemischen Reaktionen wie beispielsweise Druck oder Temperatur aus. 2/15 österreichisches Patentamt AT 511 684 B1 2013-12-15 [0019] Es ist von Vorteil, dass ein Mehrfachmantel vorgesehen ist, mit welchem eine Wärme des Produktgases an die Oxidationsluft und nachgeführte Biomasse übertragbar ist. Damit erfüllt dieser Mehrfachmantel neben einer mechanisch tragenden Funktion auch die Funktion des Wärmetauschers, wodurch sich der Reaktor besonders günstig hersteilen lässt. Vorzugsweise ist der Mehrfachmantel derart ausgebildet, dass dieser mehrere, etwa konzentrisch zueinander liegende, etwa zylinderförmige Mäntel aufweist, wobei zwischen einem ersten Mantel, welcher den Füllschacht bildet, und einem zweiten Mantel, welcher den ersten Mantel umschließt, Produktgas bei bevorzugter vertikaler Aufstellung aufgrund des thermischen Auftriebes von unten nach oben strömen kann und um diesen zweiten Mantel ein dritter Mantel derart angeordnet ist, dass der Bereich zwischen dem zweiten Mantel und dem dritten Mantel von Oxidationsluft durchströmbar ist. Damit kann ein Wärmetransfer vom Produktgas über den ersten Mantel bzw. an Biomasse im Füllschacht und über den zweiten Mantel an Oxidationsluft erfolgen und die Temperatur des Produktgases bis zum Austritt aus dem Mehrfachmantel minimiert werden. Der Mehrfachmantel besteht bevorzugt aus Stahl, wobei der erste Mantel, der einerseits an die Biomasse und andererseits an das Produktgas grenzt, bevorzugt aus tempera-tur- und säurebeständigem Material besteht, beispielsweise einem austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl. Der zweite Mantel, der an die Oxidationsluft sowie an das Produktgas grenzt, ist bevorzugt nur mehr in einem unteren Bereich aus hitzebeständigem Stahl und in einem oberen Bereich aus einem normalen Kesselblech hergestellt, um Herstellkosten zu minimieren. Es ist von Vorteil, wenn um den dritten Mantel, der bevorzugt ebenfalls aus Stahl besteht, eine Dämmschicht aus einem wärmedämmenden Material aufgebracht ist, um zu verhindern, dass eine Wärme der Oxidationsluft an eine Umgebung abgegeben wird.

[0020] Um Wartungszeiten zu reduzieren, ist es besonders von Vorteil, dass eine Rütteleinrichtung vorgesehen ist, mit welcher der Füllschacht in Schwingungen versetzbar ist, sodass anhaftende Biomasse vom Füllschacht lösbar ist. Aufgrund breiter Spektren von möglichen Bestandteilen und möglichen Konsistenzen der Biomasse kann es im Betrieb zu einem Anhaften von Biomasse am Füllschacht kommen, wodurch eine Funktionsfähigkeit des Reaktors stark beeinträchtigt werden kann. Um allenfalls anhaftende Biomasse besonders günstig zu lösen, kann der Füllschacht mittels der Rütteleinrichtung in Schwingungen versetzt werden. Die Rütteleinrichtung kann aus einem Motor und einer mit dem Motor verbundenen Unwucht oder anderen elektromagnetischen oder mechanischen Einrichtungen bestehen, wobei Schwingungen von der Rütteleinrichtung bevorzugt mittels Formrohren an den Füllschacht übertragbar sind. Diese Formrohre können eine direkte Verbindung zwischen der Rütteleinrichtung und dem Füllschacht bilden; es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Rütteleinrichtung mittelbar über flexible Verbindungselemente mit dem Füllschacht verbunden ist. Die Verbindung zwischen Rütteleinrichtung und Füllschacht ist bevorzugt derart ausgelegt, dass temperaturbedingte mechanische Spannungen im gesamten Reaktor minimiert werden und eine Dichtheit des Füllschachtes dauerhaft gewährleistet ist. Bevorzugt wird die Rütteleinrichtung in regelmäßigen Abständen zwischen 10 und 30 Minuten, vorzugsweise zwischen 15 und 25 Minuten, besonders bevorzugt von etwa 20 Minuten für die Dauer von wenigen Sekunden, bevorzugt für etwa 5 Sekunden, aktiviert.

[0021] Es hat sich bewährt, dass ein Keilschieber vorgesehen ist, mit dem die Biomasse dem Füllschacht zuführbar ist. Damit kann die Biomasse auf besonders einfache und energieeffiziente Weise dem Füllschacht zugeführt werden. Der Keilschieber umfasst dabei bevorzugt eine Schieberplatte, die linear bewegbar in einer Nut eines mit dem Füllschacht starr verbundenen Rahmens geführt ist. Der Keilschieber sowie der Rahmen sind dabei bevorzugt Bestandteile einer Schleuse, über welche die Biomasse dem Füllschacht zugeführt wird. Die Verbindung der Schieberplatte mit dem Rahmen erfolgt bevorzugt besonders verschleißarm über ein oder mehrere Kugellager. Auch andere Arten der Lagerung sind möglich. Aufgrund einer säurehaltigen Atmosphäre im Füllschacht ist der gesamte Keilschieber oder Teile davon in einem säurebeständigen Material, bevorzugt einem säurebeständigen Stahl, ausgeführt.

[0022] Es ist von Vorteil, dass eine abgedichtete Zuführeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff dem Füllschacht zuführbar ist. Dies ist insbe- 3/15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15 sondere auch deshalb wichtig, um keine unerwünschten Gase, insbesondere Sauerstoff, in den Füllschacht eintreten zu lassen, um im Füllschacht gezielt chemische Reaktionen auslösen zu können, die von einem gesteuerten oder geregelten Luftverhältnis abhängig sind.

[0023] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Füllschacht in einem unteren Bereich konisch zulaufend ausgebildet ist, insbesondere mit einem Verhältnis eines Füllschachtquerschnittes zu einem Feuerzonenquerschnitt von 1,2 bis 10, bevorzugt 1,4 bis 3, besonders bevorzugt etwa 1,9. Bei dieser Berechnung wird der Füllschachtquerschnitt in einem zylindrischen oberen Bereich des Füllschachtes und der Feuerzonenquerschnitt in einer Feuerzone gemessen. Da die Biomasse bei der in diesem unteren Bereich stattfindenden Pyrolyse bei einer Bewegung durch den unteren Bereich ihr Volumen ändert, ist es von Vorteil, wenn der Füllschacht einer Volumenänderung der Biomasse angepasst ist, um eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit der Biomasse sowie optimale Bedingungen für die ablaufenden chemischen Prozesse zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt ein Kegelwinkel zwischen einer Kegelachse und einer Mantelfläche des konisch ausgebildeten unteren Bereiches zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 50°, insbesondere etwa 40°. Während die an diesem konischen Bereich anschließende Feuerzone bevorzugt zylindrisch ausgebildet ist, ist ein an die Feuerzone weiter anschließender unterster Bereich zwischen der Feuerzone und einer Einschnürung bevorzugt ebenfalls konisch ausgebildet, um auch in diesem untersten Bereich einer Volumenänderung der Biomasse konstruktiv Rechnung zu tragen. Ein Kegelwinkel dieses untersten Bereiches beträgt bevorzugt zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 50°, insbesondere etwa 40°. Dieser Kegelwinkel kann auch dem Kegelwinkel des unteren Bereiches entsprechen.

[0024] Es hat sich bewährt, dass eine Oxidationsluftzufuhr über einen Zwischenbereich und einen Oxidationsluftring mit Oxidationsluftdüsen verbunden ist, die in eine Feuerzone münden. Dabei kann die Oxidationsluft sowohl im Zwischenbereich, der bevorzugt mit einem Produktgasbereich thermisch verbunden ist, als auch im Oxidationsluftring, der bevorzugt mit der Feuerzone thermisch verbunden ist, vorgewärmt werden. Damit wird eine Voraufheizung der Oxidationsluft besonders günstig ermöglicht. Ein weiterer Vorteil kann auch darin gesehen werden, dass die Oxidationsluft gleichmäßig über einen Umfang der Feuerzone in diese eintreten und damit gleichmäßig in der Feuerzone verteilt werden kann.

[0025] Über einen Querschnitt der Oxidationsluftdüsen sowie einen Luftdruck lässt sich eine Luftaustrittsgeschwindigkeit an den Oxidationsluftdüsen besonders günstig beeinflussen, die einen hohen Einfluss auf eine chemische Reaktion in der Feuerzone hat. So ergibt eine höhere Luftaustrittsgeschwindigkeit eine höhere Temperatur in der Feuerzone, dabei ist allerdings eine räumliche Ausdehnung einer Glutzone geringer. Entsprechend einer Zusammensetzung sowie einem Heizwert der Biomasse kann sich ein optimaler Lufteintrittsquerschnitt ändern. Besonders bewährt hat sich, dass eine Summe aller Querschnitte der Oxidationsluftdüsen zwischen 1 % und 10 %, bevorzugt zwischen 2 % und 8 %, insbesondere etwa 4 %, eines Einschnürungsquerschnittes entspricht. Der Einschnürungsquerschnitt ist jener Querschnitt des Füllschachtes, an dem die Biomasse aus dem Füllschacht an das Aschebett austreten kann.

[0026] Es hat sich bewährt, dass die Oxidationsluftdüsen derart gleichmäßig über einen Umfang der Feuerzone verteilt werden, dass zwischen jeweils zwei Oxidationsluftdüsen am Umfang der Feuerzone ein Abstand von zwischen 2 und 30 cm, bevorzugt zwischen 5 und 20 cm, insbesondere etwa 10 bis 12 cm besteht. Dabei werden die Oxidationsluftdüsen bevorzugt in einer Ebene angeordnet, eine Anordnung in mehreren Ebenen ist allerdings ebenso möglich. Daraus ergibt sich je nach Umfang der Feuerzone eine für die chemische Reaktion in der Feuerzone besonders günstige Anzahl an Oxidationsluftdüsen sowie eine günstige Luftgeschwindigkeit.

[0027] Bevorzugt kann es sein, dass ein Drehrost mit mindestens einem Rührstift am Aschebett vorgesehen ist, mit dem Anpackungen von Biomasse lösbar sind. Der Drehrost ermöglicht dabei ein gleichmäßiges Abbrennen der Biomasse und dient zusätzlich einer Ascheaustragung in eine darunterliegende Aschetonne. Ein Antrieb des Drehrostes erfolgt bevorzugt mittels eines 4/15 österreichisches Patentamt AT 511 684 B1 2013-12-15

Linearmotors über ein Antriebsgestänge. Auch andere Arten des Antriebs sind möglich. Das Antriebsgestänge ist bevorzugt mittels einer Stopfbuchse gasdicht abgedichtet, die eine temperaturbeständige Grafitdichtschnur zum Herstellen einer Dichtheit aufweist. Der mindestens eine Rührstift ermöglicht ein Lösen von am Drehrost anpackender Biomasse auf besonders günstige Weise.

[0028] Es hat sich bewährt, dass Sensoren vorgesehen sind, mit denen ein Druck vor und nach dem Aschebett messbar ist, um bei einer Messung erhaltene Daten zu einer Steuerung und/oder Regelung der Rührstifte zu verwenden. Mit dieser Anordnung sind Anpackungen von Biomasse am Drehrost besonders einfach erkennbar, da Anpackungen zu einer erhöhten Differenz zwischen einem Druck vor und einem Druck nach dem Drehrost führen. Damit können die Rührstifte genau dann aktiviert werden, wenn weitere Anpackungen zu Problemen führen würden und eine Abnützung der Rührstifte kann minimiert werden.

[0029] Um ein Produktgas aus Biomasse herzustellen, ist es von Vorteil, dass in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Produktgases aus Biomasse, umfassend ein Brennstofflager für die Biomasse, einen Reaktor zum Vergasen der Biomasse, zumindest ein Fördermittel zum Befördern der Biomasse aus dem Brennstofflager in den Reaktor und zumindest eine Filteranlage zum Reinigen von aus der Biomasse erzeugtem Produktgas, der Reaktor erfindungsgemäß ausgebildet ist.

[0030] Damit kann Biomasse vollautomatisch aus einem Brennstofflager in den Reaktor transportiert und das Produktgas anschließend in einer Filteranlage gereinigt werden. Insbesondere aufgrund des besonders effizienten Reaktors ist damit die Anlageneffizienz der gesamten Vorrichtung besser als bei Vorrichtungen des Standes der Technik.

[0031] Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens ein Zyklonfilter dem Reaktor nachgeschaltet angeordnet ist. Im Zyklonfilter wird das Produktgas von Staub und Flugasche befreit, sodass das Produktgas für eine weitere Verwendung eine höhere Qualität aufweist. Bevorzugt sind drei parallel geschaltete Zyklonfilter vorgesehen, wobei auch nur ein Zyklonfilter oder mehr als drei Zyklonfilter genauso möglich sind. Mehrere Zyklonfilter können parallel oder seriell von Gas durchströmbar angeordnet sein, wobei ein Zyklonfilteraschebehälter derart angeordnet ist, dass eine Asche, die in dem mindestens einen Zyklonfilter abgeschieden werden kann, bevorzugt automatisch in den Zyklonfilteraschebehälter geleitet wird. Bei Anordnung des Zyklonfilteraschebehälters unterhalb des Zyklonfilters ist dies besonders einfach möglich. Die Funktionsweise des Zyklonfilters ist bekannt und basiert auf einer Zentrifugalkraft, mit der Staub und Flugasche im Zyklonfilter nach außen gedrückt werden.

[0032] Es ist von Vorteil, dass zumindest ein Feinfilter dem Reaktor nachgeschaltet ist, der Biomasse als Filtermedium beinhaltet. Dieser Feinfilter kann dem Zyklonfilter nachgeschaltet sein, da damit auch kleinere Partikel sowie Teerrückstände entfernt werden können.

[0033] Es ist von Vorteil, dass ein Verbrennungsmotor vorgesehen ist, in welchen das Produktgas leitbar ist, und der Verbrennungsmotor an einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt ist. Alternativ zum Verbrennungsmotor kann auch eine andere Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eine Gasturbine, vorgesehen sein.

[0034] Vorteilhaft ist es, dass in einem untersten Bereich des Füllschachtes, insbesondere im Bereich einer Einschnürung, in mehr als 50 %, insbesondere mehr als 70 %, bevorzugt mehr als 90 % der Biomasse, eine Temperatur zwischen 1000 °C und 1600 °C, insbesondere 1200 °C und 1500 °C, bevorzugt 1220 °C und 1470 °C, liegt. Damit kann ein Cracken von langketti-gen Kohlenwasserstoffen (Teeren) gewährleistet und so ein Anlagern von langkettigen Kohlenwasserstoffen in Rohrleitungen sowie in einer etwaigen nachgeschalteten Verbrennungskraftmaschine vermieden oder zumindest reduziert werden.

[0035] Es hat sich bewährt, dass ein Druckverlust über einem Aschebett kontinuierlich gemessen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine Rühreinrichtung im Aschebett aktiviert wird. Damit lassen sich Anpackungen von Biomasse am Aschebett bzw. an einem Drehrost erkennen und ablösen, sodass eine Funktionsweise der Vorrichtung gewährleistet 5/15 österreichisches Patentamt AT511 684B1 2013-12-15 werden kann.

[0036] Es ist von Vorteil, dass die Oxidationsluft von einem Zwischenmantel über einen Oxidationsluftring zu Luftdüsen in eine Feuerzone strömt, wo eine Oxidation von Biomasse hervorgerufen wird. Damit wird erreicht, dass die Oxidationsluft ausreichend vorgewärmt wird, sodass höhere Produktgastemperaturen nach der Oxidationszone erreicht werden. Über den Oxidationsluftring und die Oxidationsluftdüsen kann die Luft gleichmäßig verteilt in die Feuerzone eintreten, sodass gleichmäßige Temperaturen erreicht werden.

[0037] Es ist günstig, wenn ein Produktgas zum Antrieb eines Verbrennungsmotors genutzt wird und mit diesem ein Generator zum Erzeugen elektrischer Energie angetrieben wird. Damit lässt sich auf besonders einfache Weise eine vollautomatische Umwandlung von in Biomasse gespeicherter chemischer Energie in elektrische Energie in einem Verfahren erreichen.

[0038] Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Wärme eines Abgases des Verbrennungsmotors zum Vorwärmen der Biomasse genutzt wird. Damit lässt sich eine Effizienz des Verfahrens weiter erhöhen, da eine Abwärme des Verbrennungsmotors wieder dem Verfahren zugeführt wird. Alternativ könnte diese Abwärme auch zu Fleizzwecken oder anderen thermischen Verfahren genutzt werden.

[0039] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0040] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reaktors zum Verga sen von Biomasse; [0041] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Produkt gases aus Biomasse; [0042] Fig. 3 eine Darstellung eines Feinfilters mit Biomasse als Filtermedium.

[0043] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Reaktors 1 zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz. Über eine Schleuse 6 kann die Biomasse mit einem kopfseitigen Keilschieber in den Reaktor 1 bzw. einen Füllschacht 7 eingebracht werden, wobei dieser mittels einer temperaturbeständigen Graphitdichtschnur gasdicht abgedichtet ist, um einen Sauerstoffgehalt im Reaktor 1 genau kontrollieren zu können. Der Keilschieber ist mit Positionssensoren ausgeführt, sodass für einen automatischen Betrieb eine aktuelle Position einer Schieberplatte jederzeit erfasst werden kann. Ein Antrieb der Schieberplatte erfolgt mittels eines Elektromotors. Seitlich am Reaktor 1 angebracht ist eine Rütteleinrichtung 8, mit der am Füllschacht 7 anhaftende Biomasse lösbar ist. Eine Rüttelbewegung ist dazu von der Rütteleinrichtung 8 über ein oder mehrere Formrohre 9 an den Füllschacht 7 übertragbar. Auch eine Übertragung der Rüttelbewegung mit anderen konstruktiven Bauteilen anstatt eines Formrohres 9 ist möglich, beispielsweise mechanisch weicheren oder steiferen Bauteilen, um ein optimales Rüttelergebnis zu erzielen. Bei dem im Ausführungsbeispiel gezeigten Reaktor 1 wird die Rütteleinrichtung 8 regelmäßig alle 20 Minuten für etwa 5 Sekunden aktiviert, um anhaftende Biomasse vom Füllschacht 7 zu lösen. Die Wahl längerer Intervalle zwischen den Rüttelintervallen sowie längerer Rüttelintervalle sind genauso möglich, wie die Wahl kürzerer Zeiten für diese Intervalle. Auch ist die Regelung der Rütteleinrichtung 8 über einen Sensor möglich, der ein Volumen oder eine Masse einer anhaftenden Biomasse erkennt und darauf abgestimmt die Rütteleinrichtung 8 aktiviert. Alternativ ist es auch möglich, anhaftende Biomasse mittels anderer mechanischer Verfahren zu lösen, wie beispielsweise direkte oder indirekte Beaufschlagung mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Medium.

[0044] Der Füllschacht 7 wird von einem ersten Mantel 23 gebildet, in welchem die Biomasse im Betrieb von einem ersten Ende in einem oberen Bereich 10 bis zu einer Einschnürung 17 mittels Schwerkraft bewegt wird. Während der Bewegung laufen in der Biomasse chemische Prozesse ab. Aufgrund der chemischen Prozesse und der dabei anfallenden chemischen Bestandteile ist der erste Mantel 23 zumindest im unteren Bereich 12 aus einem austenitischen 6/15 österreichisches Patentamt AT 511 684 B1 2013-12-15

Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl gefertigt. Alternativ dazu können andere hitze- und säurebeständige Materialien eingesetzt werden. Der im oberen Bereich 10 und einem mittleren Bereich 11 zylindrische erste Mantel 23 wird dabei von einem konzentrisch dazu liegenden zweiten Mantel 24 umschlossen. Dieser zweite Mantel 24 wird weiter von einem konzentrisch dazu liegenden dritten Mantel 25 umschlossen. An einer Außenseite des dritten Mantels 25 ist eine Dämmschicht 26 bestehend aus wärmedämmendem Material angeordnet, die eine Wärmeabgabe von Oxidationsluft an eine Umgebung minimiert. Erster Mantel 23, zweiter Mantel 24 und dritter Mantel 25, die bevorzugt aus Stahl bestehen, sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch, der zweite Mantel 24 und dritte Mantel 25 im Wesentlichen durchgehend zylindrisch ausgebildet. Im unteren Bereich 12 und einem untersten Bereich 14 des Füllschachtes 7 ist der erste Mantel 23 teilweise konisch ausgebildet, wobei ein Winkel zwischen einer Kegelachse und einem Kegelmantel etwa 40° beträgt. Die konische Ausbildung ist dabei von einer zylindrisch ausgebildeten Feuerzone 13 unterbrochen und endet an einer Einschnürung 17, an welcher die Biomasse im Betrieb aus dem Füllschacht 7 zu einem Aschebett austreten kann. Ein Einschnürungsverhältnis eines Feuerzonenquerschnittes zu einem Füllschachtquerschnitt beträgt etwa 1:1,9, wobei das Einschnürungsverhältnis mit dem Querschnitt des Füllschachtes 7 im zylindrischen oberen Bereich 10 gebildet wird. Dieses Einschnürungsverhältnis sowie der Winkel sind abhängig von einer Zusammensetzung der Biomasse und können je nach Anwendung auch kleiner oder größer sein. So beträgt das Einschnürungsverhältnis etwa 1:1,8 bei einem Weichholz als einem Hauptbestandteil der Biomasse und etwa 1:2 bei Hartholz als einem Hauptbestandteil der Biomasse. Dieses kann sich allerdings je nach verwendeter Biomasse oder verwendeter Holzart nach unten oder oben verändern. So sind auch Einschnürungsverhältnisse von 1:4 bis 1:1,1 je nach Anwendung möglich.

[0045] Im unteren Bereich 12 des Füllschachtes 7 ist um den Füllschacht 7 ein Oxidationsluftring 15 angeordnet, der über einen Kompensator, der Wärmedehnungen ausgleichen kann, mit dem Zwischenbereich verbunden ist. Vom Oxidationsluftring 15 ragen Oxidationsluftdüsen 16 in einer Ebene in die Feuerzone 13. Im Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Oxidationsluftdüsen 16 derart gewählt, dass über einen Umfang der Feuerzone 13 zwischen den Mittelpunkten der Oxidationsluftdüsen 16 ein Abstand von etwa 10 bis 12 cm in Umfangsrichtung bestehen bleibt. Der Querschnitt der Oxidationsluftdüsen 16 ist dabei derart gewählt, dass die Summe aller Querschnitte etwa 4 % eines Einschnürungsquerschnittes entspricht. Die Funktion ist allerdings auch bei anderen Querschnittsverhältnissen, beispielsweise 1 % bis 20 %, oder Abständen zwischen den Oxidationsluftdüsen 16, beispielsweise 1 bis 30 cm, zumindest eingeschränkt gegeben. Der Einschnürungsquerschnitt ist jener kleinste Querschnitt des Füllschachtes 7, über den die Biomasse vom Füllschacht 7 zum Aschebett austritt.

[0046] Unterhalb der Einschnürung 17 befindet sich das Aschebett, auf welches die Biomasse nach Durchlaufen des Reaktors 1 fällt. Das Aschebett umfasst dabei einen Drehrost 18, der über ein Antriebsgestänge mit einem Motor, bevorzugt einem Linearmotor 20, verbunden ist und von diesem angetrieben werden kann. Eine gasdichte Durchführung des Antriebsgestänges vom Drehrost 18 zum außerhalb des Reaktors 1 liegenden Motor wird über eine Stopfbuchse erreicht, die mit einer temperaturbeständigen Graphitdichtschnur abgedichtet ist.

[0047] Auf dem Drehrost 18 sind Rührstifte 19 angeordnet, mit denen am Drehrost 18 anhaftende Biomasse lösbar ist. Anhaftende Biomasse behindert einen Ascheaustrag in eine unter dem Drehrost 18 angeordnete Aschetonne 21 und bedingt durch einen erhöhten Druckverlust am Drehrost 18 ein ungehindertes Ausströmen des Produktgases. Über eine Druckdifferenzmessung wird der optimale Zeitpunkt ermittelt, an dem die Rührstifte 19 aktiviert und Biomasse vom Drehrost 18 gelöst werden. Dadurch wird auch eine Funktion des Reaktors 1 ständig übenwacht.

[0048] In einem Raum zwischen erstem Mantel 23 und zweitem Mantel 24 strömt im Betrieb ein Produktgas von der Einschnürung 17 nach oben aus dem Reaktor 1 aus. Im Raum zwischen zweitem Mantel 24 und drittem Mantel 25 strömt eine Oxidationsluft von einer Oxidationsluftzufuhr 43 zu einem Oxidationsluftring 15. Im Füllschacht 7 befindet sich Biomasse, die vom Keilschieber in den Füllschacht 7 eingebracht wird und diesen von oben nach unten durchläuft. 7/15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15

Dabei gibt das Produktgas Wärme über den ersten Mantel 23 an die im Füllschacht 7 befindliche Biomasse und über den zweiten Mantel 24 an die Oxidationsluft ab. Am Füllschacht 7 anhaftende Biomasse wird dadurch gelöst, dass die Rütteleinrichtung 8 nach jeweils 20 Minuten für 5 Sekunden aktiviert wird. Die Biomasse wird im oberen Bereich 10 des Füllschachtes 7 durch eine Wärme des Produktgases getrocknet und vorgewärmt. Im mittleren Bereich 11 beginnt die Pyrolyse, bei der im Zuge einer thermischen Zersetzung unter anderem organische Säuren wie Essigsäure, Methylalkohol und Teer entstehen. Weiter zersetzt sich in diesem mittleren Bereich 11 bei einer Temperatur von 200 °C bis 300 °C Hemicellulose, die allenfalls in der Biomasse enthalten ist. Bei weiterer Erwärmung wird zwischen 325 °C und 375 °C in der Biomasse enthaltene Cellulose aufgespalten und es entsteht Kohlendioxid, Methan sowie organische Säuren, insbesondere auch Essigsäure. Bei weiterer Temperaturerhöhung über 375 °C zerbricht Lignin in kleinere chemische Verbindungen. Weiter fallen Kohlenwasserstoffe und Teere in diesem mittleren Bereich 11 an. In einem unteren Bereich 12 des Füllschachtes 7 setzt die Oxidation der Biomasse ein. Eine kontinuierliche Fließgeschwindigkeit und ein hoher Druck, die in diesem Bereich aufgrund eines sinkenden Feststoffvolumens der Biomasse über die konische Ausbildung des Füllschachtes 7 erreicht werden, sind erforderlich, um einen optimalen Ablauf der Oxidation zu gewährleisten. In der Feuerzone 13 wird der Biomasse über die Oxidationsluftdüsen 16 die Oxidationsluft zugeführt und es verbrennen unterstöchiometrisch Kohlenstoff und Wasserstoff unter Energieabgabe. Eine Temperatur beträgt dabei ca. 650 °C bis 850 °C, wobei Kohlendioxid, Wasser und Methan entstehen. Ein Temperaturbereich lässt sich über die Menge der zugeführten Oxidationsluft sowie eine Geschwindigkeit, mit welcher die Oxidationsluft eindringt, besonders günstig steuern. Unterhalb der Feuerzone 13 im untersten Bereich 14 des Füllschachtes 7 findet eine chemische Reduktion statt. Hier wird die Entstehung von brennbarem Gas unter anderem durch ein Vergasen von Kohlenstoff ermöglicht. In diesem untersten Bereich 14 werden die bei der Oxidation entstandenen Zwischenprodukte wie Kohlendioxid und Wasser an heißen Stellen reduziert, wobei Kohlenmonoxid, Wasserstoff und höhere Kohlenwasserstoffe entstehen. Aufgrund der besonderen Ausbildung des Reaktors 1 in diesem untersten Bereich 14 werden hier, insbesondere auch im Bereich der Einschnürung 17, ideale Temperaturen zwischen 1220 °C und 1470 °C erreicht, die nahe dem Ascheschmelzpunkt der Biomasse liegen. Eine eingeschränkte Funktion ist auch in einem Temperaturbereich von 1000 °C bis 1600 °C möglich. Durch die konische Ausbildung des Füllschachtes 7 im untersten Bereich 14 lässt sich insbesondere im Bereich der Einschürung 17 über einen Großteil des Volumens der Biomasse eine gleichbleibende Temperatur erreichen, mit der ein Cracken von langkettigen Kohlenwasserstoffen (Teeren) gewährleistet und damit Anlagerungen von Teeren insbesondere in Rohrleitungen minimiert werden. Aufgrund der Temperaturen nahe eines Ascheschmelzpunktes von Biomasse kommt es im Betrieb zu am Drehrost 18 anhaftender Biomasse, die mit den Rührstiften 19 gelöst wird. Da die richtige Wahl von Rührintervallen bzw. Pausen zwischen den Rührintervallen relevant ist, um zu einem optimalen Ergebnis der chemischen Reaktion in der Reduktionszone zu kommen, werden die Rührstifte 19 genau in dem Maße betätigt, wie es notwendig ist, um anhaftende Biomasse zu lösen. Dazu wird eine Druckdifferenz vor und nach dem Drehrost 18 gemessen und diese Werte für eine Regelung der Rührstifte 19 verwendet. Mittels einer Bewegung des Drehrostes 18 wird Asche besonders günstig in die Aschetonne 21 ausgetragen, von wo aus diese automatisch mittels eines Ascheförderers 22 in einen Ascheaufbewahrungsbehälter 42 befördert wird. Bei diesem Verfahren ergibt sich eine Gasausbeute von bis zu 2 Normkubikmetern Produktgas je Kilogramm zugeführter Biomasse.

[0049] Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 2, in welche der Reaktor 1 eingebettet ist, um ein Produktgas aus Biomasse zu erzeugen. Dabei kann die Biomasse aus einem Brennstofflager 3 mittels eines Fördermittels 4 über einen Biomassetrockner 5 in den Reaktor 1 transportiert werden. Ein Gasauslass des Reaktors 1 ist mit Zyklonfiltern 27 verbunden, wo das Produktgas von Staub und Flugasche befreit werden kann. Dabei sind drei parallele Zyklonfilter 27 vorgesehen, die gleichmäßig und parallel von Gas durchströmbar sind. In den Zyklonfiltern 27 ist das Produktgas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit in einer kreisförmigen Bahn führbar, sodass aufgrund einer Zentrifugalkraft Staub und Asche radial nach außen gedrückt werden, von wo diese nach 8/15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15 unten in einen Zyklonfilteraschebehälter 28 ausgetragen werden können.

[0050] Dem Zyklonfilter 27 nachgeschaltet ist ein Feinfilter 29, in dem das Produktgas mittels Hackschnitzeln und Sägespänen gereinigt wird. Besonderer Vorteil der Hackschnitzel als Filtermaterial in diesem Feinfilter 29 ist, dass die Hackschnitzel, nachdem diese mit Verunreinigungen gesättigt sind, dem Brennstofflagerraum zugeführt und damit direkt recycelt werden können. Auf diesem Weg entstehen keinerlei Filterabfälle. Bevorzugt ist der Feinfilter 29 derart ausgebildet, dass dieser im Betrieb vom Produktgas von unten nach oben durchströmt wird, wobei sich Schmutz und Teer an den Hackschnitzeln ansetzen können. Es kann ein Drucksensor vorgesehen sein, über den ein optimaler Zeitpunkt zum Entleeren dieses Filters ermittelbar ist. Alternativ wäre auch eine rein zeitbasierte Entleerung des Filters möglich.

[0051] Ein Gasauslass des Feinfilters 29 ist mit einem Vierzylinder-Ottomotor bzw. allgemein einem Verbrennungsmotor 30 verbunden, welcher einen Generator 31 antreibt und damit die Energie des Gases in elektrische Energie umwandeln kann. Alternativ ist auch die Verwendung einer Gasturbine oder anderer Maschinen möglich, die eine chemische Energie eines Produktgases in mechanische Energie und in der weiteren Folge in elektrische Energie wandeln können. Dem Gasmotor nachgeschaltet ist ein Abwärme-Wärmetauscher 32, der eine Abwärme des Gasmotors zur Vorwärmung der Biomasse sowie für allfällige Heizzwecke nutzbar macht. Zu erkennen ist in Fig. 2 auch eine Biomassevorwärmeleitung 33, von der zumindest ein Teil der Restwärme des Produktgases für die Vorwärmung von Biomasse im Biomassetrockner 5 verwendbar ist. Es ist auch ein Wärmespeicher 34 für eine Zwischenspeicherung von Abwärme vorgesehen.

[0052] Das Verfahren zum Reinigen von aus Biomasse gewonnenem Produktgas sowie eine Weiterverarbeitung zu elektrischer Energie funktioniert mit der Vorrichtung 2 derart, dass die Biomasse von dem Brennstofflager 3 mittels des Fördermittels 4 über die Schleuse 6 dem Füllschacht 7 zugeführt wird. Anschließend wird die Biomasse wie oben beschrieben im Reaktor 1 zu Produktgas vergast. Nach Austritt aus dem Reaktor 1 wird das Produktgas in den Zyklonfiltern 27 sowie im Feinfilter 29 gereinigt, bevor es in den Verbrennungsmotor 30 geleitet wird. Dort wird die chemische Energie des Gases in mechanische Energie umgewandelt, die in der Folge in einem Generator 31 in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird der Gasmotor bei Verbrennung des Produktgases auf ein Luftverhältnis von Lambda gleich 1,15 geregelt. Damit werden besonders günstige Schadstoffwerte im Abgas erreicht. Eine Abwärme des Verbrennungsmotors 30 wird über den Abwärme-Wärmetauscher 32 an ein Wärmeträgermedium abgegeben und teilweise zu Heizzwecken im Wärmespeicher 34 zwischengespeichert und teilweise über die Biomassevorwärmeleitung 33 zur Trocknung der Biomasse im Biomassetrockner 5 vor Eintritt in den Reaktor 1 verwendet. Ein hoher Wartungs- sowie Entsorgungsaufwand wird bei diesem Verfahren dadurch vermieden, dass der Füllschacht 7 regelmäßig durch Rütteln von anhaftender Biomasse befreit und der Füllschacht 7 durch regelmäßiges Rühren mit Rührstiften 19 von Anpackungen gereinigt wird und dass verunreinigte Hackschnitzel im Feinfilter 29 auf besonders günstige Weise durch Rückführung in das Brennstofflager 3 recycelt werden.

[0053] Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Feinfilters 29, in dem Biomasse als Filtermaterial eingesetzt wird. Dabei kann das Produktgas über einen Produktgaseintritt 35 an einem unteren Ende in den Feinfilter 29 eintreten. Das Filtermedium liegt dabei verteilt auf vier Lagen 38, 39, 40, 41 auf Lochböden 37, durch die das Produktgas strömen kann. Die Lochböden 37 sind dabei bevorzugt aus Blechen mit einer Vielzahl von Bohrungen ausgebildet, es kann allerdings auch eine andere Art eines porösen Bodens gewählt werden, der bevorzugt temperaturbeständig ausgebildet ist. Alternativ ist natürlich auch die Verwendung nur einer einzigen Lage oder die Verwendung von mehr als vier Lagen möglich. Das Produktgas durchströmt dabei den Feinfilter 29 im Betrieb von unten nach oben und strömt seriell durch die einzelnen Ebenen, bis es am Produktgasaustritt 36 den Feinfilter 29 gereinigt verlässt. Bei Durchströmen der einzelnen Lagen werden im Produktgas befindliche Partikel insbesondere Teere, Staub und Verunreinigungen großteils an dem Filtermaterial angelagert. Dabei besteht das Filtermedium der Lage 38 zu 20 % aus Hackgut und zu 80 % aus Sägespänen, das Filtermedium der Lage 39 zu 9/15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15 30 % aus Hackgut und zu 70 % aus Sägespänen, das Filtermedium der Lage 40 zu 50 % aus Hackgut und zu 50 % aus Sägespänen und das Filtermedium der Lage 41 zu 70 % aus Hackgut und zu 30 % aus Sägespänen. Hackgut und Sägespäne werden bevorzugt aus Fichtenholz hergestellt, es ist allerdings auch eine Verwendung anderer Arten von Biomasse denkbar, wobei eine Filterleistung von der verwendeten Biomasse abhängig ist. Besonderer Vorteil des Einsatzes von Biomasse als Filtermedium ist, dass die Biomasse nach Verunreinigung im Feinfilter 29 dem Brennstofflager 3 zugeführt und damit auf einfachste Weise recycelt werden kann. Ein optimaler Zeitpunkt zum Tausch der Filtermedien aufgrund Verschmutzung kann über eine Druckdifferenzmessung ermittelt werden, wobei ein Druckverlust über den Feinfilter 29 gemessen wird. Alternativ ist auch ein rein zeitabhängiges Tauschen der Filtermedien möglich. Werden die Filtermedien zeitabhängig getauscht, ist ein Tausch nach etwa 100 Betriebsstunden empfehlenswert. 10/15

Claims (22)

1. österreichisches Patentamt AT 511 684 B1 2013-12-15 Patentansprüche 1. Reaktor (1) zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, aufweisend einen Füllschacht (7) und ein unter dem Füllschacht (7) angeordnetes Aschebett, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der am Füllschacht (7) anhaftende Biomasse lösbar ist und/oder ein Wärmetauscher vorgesehen ist, mit dem ein aus der Biomasse erzeugtes Produktgas Wärme an im Füllschacht (7) nachgeführte Biomasse sowie an eine Oxidationsluft abgibt.
2. 2. Reaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrfachmantel vorgesehen ist, mit welchem eine Wärme des Produktgases an die Oxidationsluft und nachgeführte Biomasse übertragbar ist.
3. 3. Reaktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rütteleinrichtung (8) vorgesehen ist, mit welcher der Füllschacht (7) in Schwingungen versetzbar ist, sodass anhaftende Biomasse vom Füllschacht (7) lösbar ist.
4. 4. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilschieber vorgesehen ist, mit dem die Biomasse dem Füllschacht (7) zuführbar ist.
5. 5. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine abgedichtete Zuführeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff dem Füllschacht (7) zuführbar ist.
6. 6. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllschacht (7) in einem unteren Bereich (12) konisch zulaufend ausgebildet ist, insbesondere mit einem Verhältnis eines Füllschachtquerschnittes zu einem Feuerzonenquerschnitt von 1,2 bis 10, bevorzugt 1,4 bis 3, besonders bevorzugt etwa 1,9.
7. 7. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oxidationsluftzufuhr (43) über einen Zwischenbereich und einen Oxidationsluftring (15) mit Oxidationsluftdüsen (16) verbunden ist, die in eine Feuerzone (13) münden.
8. 8. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehrost (18) mit mindestens einem Rührstift am Aschebett vorgesehen ist, mit dem Anpackungen von Biomasse lösbar sind.
9. 9. Reaktor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren vorgesehen sind, mit denen ein Druck vor und nach dem Aschebett messbar ist, um bei einer Messung erhaltene Daten zu einer Steuerung und/oder Regelung der Rührstifte (19) zu verwenden.
10. 10. Vorrichtung (2) zur Erzeugung eines Produktgases aus Biomasse, umfassend ein Brennstofflager (3) für die Biomasse, einen Reaktor (1) zum Vergasen der Biomasse, zumindest ein Fördermittel (4) zum Befördern der Biomasse aus dem Brennstofflager (3) in den Reaktor (1) und zumindest eine Filteranlage zum Reinigen von aus der Biomasse erzeugtem Produktgas, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
11. 11. Vorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zyklonfilter (27) dem Reaktor (1) nachgeschaltet angeordnet ist.
12. 12. Vorrichtung (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Feinfilter (29) dem Reaktor (1) nachgeschaltet ist, der Biomasse als Filtermedium beinhaltet.
13. 13. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsmotor (30) vorgesehen ist, in welchen das Produktgas leitbar ist, und der Verbrennungsmotor (30) an einen Generator (31) zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt ist. 11 /15 österreichisches Patentamt AT511 684 B1 2013-12-15
14. 14. Vorrichtung (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abwärme-Wärmetauscher (32) vorgesehen ist, mit dem eine Wärme eines Abgases des Verbrennungsmotors (30) an die Biomasse zur Vorwärmung derselben übertragbar ist.
15. 15. Verfahren zur Vergasung von Biomasse in einem Reaktor (1), insbesondere einem Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zu einem Produktgas, dadurch gekennzeichnet, dass am Füllschacht (7) anhaftende Biomasse gelöst und/oder vom Produktgas Wärme an Biomasse und eine Oxidationsluft abgegeben wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rütteleinrichtung (8) in bestimmten Abständen, bevorzugt in Abständen von 10 bis 30 Minuten, insbesondere 15 bis 25 Minuten, bevorzugt etwa 20 Minuten, für die Dauer von weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als eine Minute, besonders bevorzugt für etwa 5 Sekunden, aktiviert wird, um am Füllschacht (7) anhaftende Biomasse zu lösen.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fließgeschwindigkeit der Biomasse in einem unteren Bereich (12) des Füllschachtes (7) über eine konische Ausbildung des Füllschachtes (7) in diesem Bereich etwa konstant gehalten wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem untersten Bereich (14) des Füllschachtes (7), insbesondere im Bereich einer Einschnürung (17), in mehr als 50 %, insbesondere mehr als 70 %, bevorzugt mehr als 90 %, der Biomasse eine Temperatur zwischen 1000 °C und 1600 O, insbesondere 1200 °C und 1500 °C, bevorzugt 1220 °C und 1470 °C, liegt.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust über einem Aschebett kontinuierlich gemessen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine Rühreinrichtung im Aschebett aktiviert wird.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsluft vom Zwischenmantel über einen Oxidationsluftring (15) zu Luftdüsen in einem unteren Bereich (12) des Füllschachtes (7) strömt, wo eine Oxidation von Biomasse hervorgerufen wird.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produktgas zum Antrieb eines Verbrennungsmotors (30) genutzt wird und mit diesem ein Generator (31) zum Erzeugen elektrischer Energie angetrieben wird.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärme eines Abgases des Verbrennungsmotors (30) zum Vorwärmen der Biomasse genutzt wird. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 12/15