CH720175A2 - Pyrolysis plant with power modulation via a variable geometry - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Pyrolyseanlage, welche holzige Biomasse (17) zu Wärme und Pflanzenkohle (19) in einem kontinuierlichen Prozess umwandelt. Der Prozess basiert vorzugsweise auf dem Gleichstromprinzip. Als erfinderische Neuheit wird angesehen, dass diese Anlage eine Modulation der Leistung über eine Querschnittsvariation der Reaktionszone (18) umsetzen kann, in dem die Reaktionszone (18) in einem beispielsweise konischen Behältnis (1) bewegt wird. Dafür wird der Ort und die Lage der Reaktionszone (18) messtechnisch erfasst (16) und steuerungstechnisch gezielt beeinflusst. Ausserdem verfügt die Erfindung über eine Vorrichtung (3, 11) zur Trennung der festen von den gasförmigen Produkten, welche eine hohe Ausbeute ermöglicht und ein Mitreissen von feinen Kohlepartikeln in den Gasstrom gegenüber bisherigen Verfahren ohne die Verwendung eines Zyklons zumindest reduziert.The invention relates to a pyrolysis plant which converts woody biomass (17) into heat and biochar (19) in a continuous process. The process is preferably based on the direct current principle. It is considered to be an inventive novelty that this plant can implement a modulation of the output via a cross-sectional variation of the reaction zone (18) by moving the reaction zone (18) in a conical container (1), for example. For this purpose, the location and position of the reaction zone (18) are measured (16) and specifically influenced by control technology. In addition, the invention has a device (3, 11) for separating the solid from the gaseous products, which enables a high yield and at least reduces the entrainment of fine coal particles in the gas stream compared to previous processes without the use of a cyclone.
Description
[0001] Nachfolgend wird eine Pyrolyseanlage beschrieben, welche holzige Biomasse zu Wärme und Pflanzenkohle in einem kontinuierlichen Prozess im Gleichstrom umwandelt. Diese Anlage kann eine Modulation der Leistung über einen veränderbaren Querschnitt der Reaktionszone umsetzen, in dem die Reaktionszone in einem beispielsweise konischen Behältnis bewegt wird. [0001] A pyrolysis plant is described below which converts woody biomass into heat and biochar in a continuous process in cocurrent. This plant can implement a modulation of the power over a variable cross-section of the reaction zone by moving the reaction zone in a conical container, for example.
Stand der TechnikState of the art
[0002] Die Pyrolyse ist ein Teilschritt bei Vergasern. Daher werden zunächst verwandte Vergaser betrachtet, wobei vorwiegend Holzvergaser relevant sind. [0002] Pyrolysis is a sub-step in gasifiers. Therefore, related gasifiers are considered first, with wood gasifiers being the most relevant.
[0003] WO001994026849A1 beschreibt einen Vergaser, in welchem die (Teil-)Pyrolyse im Gegenstrom und die anschliessende Vergasung der Kohle im Gleichstrom abläuft. Beide Prozesse können räumlich getrennt voneinander ablaufen. Im rotationssymmetrischen Reaktorbehälter läuft konzentrische ein Rührwerk mit Flügeln, um eventuell auftretende Hohlräume im Brennstoff aufzulösen (das Rührwerk ist nicht Teil der Schutzansprüche). [0003] WO001994026849A1 describes a gasifier in which the (partial) pyrolysis takes place in countercurrent and the subsequent gasification of the coal takes place in cocurrent. Both processes can take place spatially separated from one another. In the rotationally symmetrical reactor vessel, a stirrer with blades runs concentrically to dissolve any cavities that may occur in the fuel (the stirrer is not part of the protection claims).
[0004] In DE202011002845U1 wird ein Verfahren vorgestellt, in dem eine (Hochtemperatur-) Pyrolyse von bspw. Hackschnitzeln in einem stehenden Hohlzylinder abläuft in dessen Mitte von oben konzentrisch ein Rohr eingebracht ist, das die entstehenden brennbaren Gase aus dem unteren Reaktorteil absaugt und so als Wärmequelle für die Trocknung der von oben eingebrachten Brennmasse dient. Des Weiteren wird hier ein Rührwerk zur Verteilung des Brennstoffs im Reaktor unmittelbar nach der Einbringung genannt. Ausserdem wird eine Doppelschleuse zur Einbringung des Brennstoffs in den Reaktorraum erwähnt, bei der niemals beide Schleusenöffnungen gleichzeitig offen sein können. Nachteilig ist, dass das Absaugrohr Reaktionsvolumen wegnimmt und beim Startprozess über eine vergleichsweise grosse Masse verfügt, die thermische Energie aufnehmen muss. Dadurch können langkettige Kohlenwasserstoffe an der Oberfläche auskondensieren und die Emissionen im Startprozess erhöhen. Ausserdem wird dadurch im Dauerbetrieb der Brennstoff, welcher nahe an dem Pyrolysegas-Rohr liegt, aufgewärmt und pyrolysiert früher als Brennstoff in grösserer Entfernung. Dadurch ist nicht mit einer horizontalen Reaktionszone zu rechnen. [0004] DE202011002845U1 presents a process in which (high-temperature) pyrolysis of, for example, wood chips takes place in a standing hollow cylinder in the middle of which a pipe is concentrically inserted from above, which sucks the resulting combustible gases out of the lower part of the reactor and thus serves as a heat source for drying the fuel mass introduced from above. Furthermore, an agitator for distributing the fuel in the reactor immediately after it is introduced is mentioned here. In addition, a double lock for introducing the fuel into the reactor chamber is mentioned, in which both lock openings can never be open at the same time. The disadvantage is that the suction pipe takes up reaction volume and has a comparatively large mass during the start-up process that has to absorb thermal energy. This can cause long-chain hydrocarbons to condense on the surface and increase emissions in the start-up process. In addition, during continuous operation, the fuel that is close to the pyrolysis gas pipe is heated up and pyrolyzes sooner than fuel further away. This means that a horizontal reaction zone is not to be expected.
[0005] In EP3241881A1 der Howäst GmbH wird ein rostloser Vergaser für kleine Leistungen (<60kW) beschrieben, der einen zweiteiligen vertikalen Reaktorraum aufweist. Im oberen Teil, der einen grösseren Durchmesser als der untere aufweist, läuft die Trocknung, die Pyrolyse und die Oxidation ab, im unteren Teil die Reduktion der Kohle. An den unteren Teil schliesst eine horizontales „Querrohr“ an, in dem eine Förderschnecke die Kohle, die aus dem Vergasungsprozess als Reststoff anfällt, abgeführt wird. Das Glutbett der Reaktionszone ruht also auf den Windungen dieser Schnecke. So kann auf einen Rost verzichtet werden. In der Patentschrift wird darauf verwiesen, dass der Querschnitt des oberen Reaktorraums, in dem die Pyrolyse abläuft, für die erzeugte Gasmenge ausschlaggebend ist. Es wird vorgeschlagen, verschiedene Einsätze mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, auch um auf die verschiedenen Energiedichten von unterschiedlichen Brennstoffen wie Pellets und Hackschnitzel zu reagieren [0026]. Des Weiteren ist der untere Teil, in dem die Reduktion stattfindet, mit einem sich erweiternden Querschnitt ausgestaltet, also kegelstumpfförmig. Eine Seite des Kegelstumpfes ist abgeflacht, um einen Übergang zum Querrohr zu ermöglichen. Dies soll eine Verstopfung in der Schnecke und „Hohlbrände“ wirkungsvoll vermeiden. Eine Leistungsmodulation über den variablen Querschnitt ist nicht angedacht und der Austausch der verschiedenen Einsätze mit unterschiedlichen Durchmessern nur im Anlagenstillstand möglich. [0005] EP3241881A1 from Howäst GmbH describes a rust-free gasifier for low outputs (<60kW) that has a two-part vertical reactor chamber. The drying, pyrolysis and oxidation take place in the upper part, which has a larger diameter than the lower part, and the reduction of the coal takes place in the lower part. The lower part is connected to a horizontal "cross pipe" in which a conveyor screw carries away the coal that is left over from the gasification process. The ember bed of the reaction zone therefore rests on the turns of this screw. This means that a grate is not required. The patent specification points out that the cross section of the upper reactor chamber in which the pyrolysis takes place is crucial for the amount of gas produced. It is proposed to use different inserts with different diameters, also to respond to the different energy densities of different fuels such as pellets and wood chips [0026]. Furthermore, the lower part, in which the reduction takes place, is designed with an expanding cross-section, i.e. in the shape of a truncated cone. One side of the truncated cone is flattened to allow a transition to the cross pipe. This is intended to effectively prevent blockages in the screw and "hollow fires". Power modulation via the variable cross-section is not planned and the replacement of the various inserts with different diameters is only possible when the system is at a standstill.
[0006] In DE102014004465B3 wird ein zweistufiger Vergaser mit vertikalem Reaktorraum vorgeschlagen. Dieser verfügt am unteren Ende über eine Vorrichtung zur Austragung des „Rauch-Brenngas-Gemisches“, welche in einer ersten Ausführung als Prallteller ausgeführt ist, der in seiner Position relativ zum Reaktorraum verändert werden kann, wodurch der Querschnitt, durch den das Gas strömt, verändert wird. In einer zweiten Ausführung wird ein Anströmelement eingesetzt, über welches ebenso der Querschnitt zur Beeinflussung der Durchflussmenge des Gases verwendet wird. Mit beiden Lösungen kann auf die thermische Leistung Einfluss genommen werden, in dem im unteren Abschnitt des Reaktorraums die Öffnung zum Auslass der Gase im Querschnitt verändert wird. Nachteilhaft ist dem, dass hierfür ein weiterer Stellantrieb benötigt wird und durch die gleiche Öffnung auch Feststoffe aus dem Reaktorraum austreten können und insbesondere durch die Bewegung aufgewirbelt werden. [0006] DE102014004465B3 proposes a two-stage gasifier with a vertical reactor chamber. At the lower end, this has a device for discharging the "smoke-fuel gas mixture", which in a first embodiment is designed as a baffle plate, the position of which can be changed relative to the reactor chamber, thereby changing the cross-section through which the gas flows. In a second embodiment, an inflow element is used, via which the cross-section is also used to influence the flow rate of the gas. With both solutions, the thermal output can be influenced by changing the cross-section of the opening for the outlet of the gases in the lower section of the reactor chamber. The disadvantage is that this requires an additional actuator and solids can also escape from the reactor chamber through the same opening and are particularly stirred up by the movement.
[0007] In WO2019193098A1 wird ein einstufiger Vergaser mit vertikalem Reaktorraum offenbart, der über einen geneigten Rost im unteren Teil verfügt, auf dem der Brennstoff zum Liegen kommt. Dieser Rost kann hin- und her bewegt werden. Durch die Bewegung des Rosts wird die Querschnittsfläche der Reaktionszone kurzzeitig verändert, wodurch zum einen Hohlräume zum Einsturz gebracht werden sollen und zum anderen Feststoffe aus dem Reaktorbehälter ausgetragen werden. Eine Leistungsmodulation hierrüber ist nicht offenbart und scheint technisch nicht sinnvoll. [0007] WO2019193098A1 discloses a single-stage gasifier with a vertical reactor chamber, which has an inclined grate in the lower part on which the fuel lies. This grate can be moved back and forth. The movement of the grate briefly changes the cross-sectional area of the reaction zone, which on the one hand is intended to cause cavities to collapse and on the other hand removes solids from the reactor vessel. A power modulation of this is not disclosed and does not seem to make technical sense.
[0008] Die Vergasung wird ebenfalls im grosstechnischen Umfang für die Entsorgung bzw. einer erheblichen Volumenreduzierung von städtischem organischem Abfall eingesetzt. Beispielsweise wird in GB1342457A ein stehender Reaktorraum vorgestellt, bei dem oben Abfall eingetragen wird und unten die Reststoffe des Prozesses (Asche und Kohle) ausgetragen werden. Das entstandene brennbare Gas wird in GB1342457A ähnlich wie beim Imbert-Vergaser im Gegenstrom oben aus dem Reaktorraum abgesaugt und bspw. einer thermischen Nutzung zugeführt. Anders als beim Imbert-Vergaser erweitert sich der Reaktorraum jedoch konisch nach oben, vermutlich um die Strömungsgeschwindigkeit des brennbaren Gases zu reduzieren, so die Verweilzeit des Gases im Reaktorraum zu erhöhen und damit die Wärmeübertragung auf den Abfall zu verbessern, den es durchströmt. Der Vergaser verfügt über mehrere Temperatursensoren, die übereinander angeordnet sind und in den Reaktorraum hineinreichen, um den Prozessfortschritt zu überwachen. Sie werden steuerungstechnisch mit Ventilen verschaltet, über welche die sauerstoffhaltigen Gase und Wasserdampf in den Reaktorbehälter eingeblasen werden, die für die Regulation der Oxidation des Abfalls verwendet werden. Anders als in der hier offenbarten Erfindung wird über diese Sensoren kein Einfluss auf die Position der Reaktionszone genommen, die konstant ist. [0008] Gasification is also used on a large scale for the disposal or significant volume reduction of urban organic waste. For example, GB1342457A presents a vertical reactor chamber in which waste is introduced at the top and the residual materials from the process (ash and coal) are discharged at the bottom. In GB1342457A, the combustible gas produced is extracted from the top of the reactor chamber in countercurrent, similar to the Imbert gasifier, and is used for thermal purposes, for example. Unlike the Imbert gasifier, however, the reactor chamber widens conically towards the top, presumably to reduce the flow rate of the combustible gas, thus increasing the residence time of the gas in the reactor chamber and thus improving the heat transfer to the waste it flows through. The gasifier has several temperature sensors that are arranged one above the other and extend into the reactor chamber to monitor the progress of the process. They are connected to control valves through which the oxygen-containing gases and water vapor are blown into the reactor vessel, which are used to regulate the oxidation of the waste. Unlike in the invention disclosed here, these sensors do not influence the position of the reaction zone, which is constant.
[0009] In DE547555C wird ein kompakter Gleichstromvergaser für die Anwendung in Automobilen vorgestellt, der über einen vertikal ausgerichteten Reaktorraum verfügt. Ein Feuerkorb im unteren Teil des Reaktorraums ist trichterförmigen gestaltet, mit einer Erweiterung des Querschnitts nach oben hin. Um auf verschiedene Brennstofffeuchten und Leistungsanforderungen zu reagieren, ist im Reaktorraum die Möglichkeit einer Querschnittsvariation der engsten Stelle, die sich ganz unten im Reaktorraum befindet, über einen Drosselkörper vorgesehen, der von aussen und im laufenden Betrieb des Vergasers bedient werden kann. Umgesetzt ist der Drosselkörper über einen Hohlzylinder, der unten offen und oben über einen Kegel verschlossen ist, aber über kleinere Öffnungen verfügt, über die ein sauerstoffhaltiges Gas in den Reaktorraum austritt. An den Hohlzylinder ist auf der Höhe des Feuerkorbs ein kleinerer Konus starr befestigt, welcher den Querschnitt zum Feuerkorb limitiert. Je nach Position des Hohlzylinders relativ zum Feuerkorb kann nun der Querschnitt variiert und damit entweder die Leistung des Vergasers beeinflusst oder auf unterschiedliche Brennstofffeuchten reagiert werden. Nachteilig ist dem, dass hierfür der Brennstoff mindestens teilweise verdrängt werden muss und die Querschnittsvariation über bewegte Teile erfolgt. [0009] DE547555C presents a compact direct current carburetor for use in automobiles, which has a vertically aligned reactor chamber. A fire basket in the lower part of the reactor chamber is designed in a funnel shape, with an expansion of the cross-section towards the top. In order to respond to different fuel moisture levels and performance requirements, the reactor chamber provides the option of varying the cross-section of the narrowest point, which is located at the very bottom of the reactor chamber, using a throttle body that can be operated from the outside and while the carburetor is in operation. The throttle body is implemented using a hollow cylinder that is open at the bottom and closed at the top by a cone, but has smaller openings through which an oxygen-containing gas escapes into the reactor chamber. A smaller cone is rigidly attached to the hollow cylinder at the height of the fire basket, which limits the cross-section to the fire basket. Depending on the position of the hollow cylinder relative to the fire basket, the cross-section can now be varied, thus either influencing the performance of the carburetor or reacting to different fuel moisture levels. The disadvantage is that the fuel must be at least partially displaced and the cross-sectional variation occurs via moving parts.
[0010] Pyrolyseverfahren zur Erzeugung von (Prozess-)Wärme und Pflanzenkohle in zylindrischen oder rotationssymmetrischen Behältern sind ebenfalls bekannt. [0010] Pyrolysis processes for the production of (process) heat and biochar in cylindrical or rotationally symmetrical containers are also known.
[0011] In DE3126049A1 wird ein Pyrolyseverfahren von Abfallstoffen in einem liegenden, extern beheizten Zylinder vorgestellt, in dem eine Förderschnecke o. ähnl. das Pyrolysegut durch die Reaktionszone fördert. Eintrag und Austrag von Material geschieht über Doppelschleusen. Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass die Förderschnecke ein mechanisches Verschleissteil ist, welches sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist. [0011] DE3126049A1 presents a pyrolysis process for waste materials in a horizontal, externally heated cylinder in which a screw conveyor or similar conveys the pyrolysis material through the reaction zone. The material is introduced and discharged via double locks. This principle has the disadvantage that the screw conveyor is a mechanical wearing part that is exposed to very high temperatures.
[0012] In EP1203802A1 soll ein sauberes, brennbares Gas für die spätere Verwendung in Gasmotoren für die Stromerzeugung genutzt werden. Besonders ist hier u.a. ein oben angeordneter Lufteinlass in den Pyrolysebehälter und ein Eintritt des Oxidationsmittels an einer weiteren Stelle etwas oberhalb eines drehbaren Rosts. Als ein aufgeführtes Umsetzungsbeispiel (Bsp. I) wird das Gas nach Verlassen der Reaktionszone mit einem Wassernebel gekühlt und gefiltert, bevor es oxidiert wird. Als weiteres Ausführungsbeispiel (Bsp. VI) wird erwähnt, dass durch eine reduzierte Zuführung von Oxidationsmittel und ein Drehen des Rosts Pflanzenkohle ausgetragen werden kann, bevor diese vollständig oxidiert ist, wobei Pflanzenkohle-Erträge von 25 - 30 % erzielt werden sollen. Nachteilig ist, dass ein impulsweises Drehen des Rosts vermutlich eine variable Kohlequalität erzeugt und ein kontinuierliches Drehen den Pyrolyse-Prozess stören kann, in dem die Reaktionszone mit noch kaltem Brennstoff gemischt oder zumindest anteilig ausgetragen wird. [0012] In EP1203802A1, a clean, combustible gas is to be used for later use in gas engines for power generation. Special features here include an air inlet at the top of the pyrolysis container and an entry of the oxidizing agent at another point slightly above a rotating grate. As an implementation example given (Example I), the gas is cooled with a water mist after leaving the reaction zone and filtered before it is oxidized. As a further embodiment (Example VI), it is mentioned that by reducing the supply of oxidizing agent and rotating the grate, biochar can be discharged before it is completely oxidized, with biochar yields of 25 - 30% being achieved. The disadvantage is that pulsed rotation of the grate probably produces a variable coal quality and continuous rotation can disrupt the pyrolysis process by mixing the reaction zone with fuel that is still cold or at least partially discharging it.
[0013] In AT522059B1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle unter direkter Pyrolyse im Gegenstrom vorgestellt, wobei das Verfahren eine Heizanlage beschreibt. Die brennbaren Gase gelangen aus dem Pyrolysebehälter über eine zentral angeordnete Treibdüse in die Brennkammer, in der Luftsauerstoff beigemischt wird. Es werden Abgase aus der Brennkammer in einer Doppelwandung um den Pyrolysebehälter und über ein Ventil teilweise auch in den Pyrolysebehälter geführt. Des Weiteren verfügt die Anlage über eine Kühlvorrichtung in der Austragung der Pflanzenkohle, in der u.a. eine Abschreckung der Pflanzenkohle mit Wasser erfolgt. Es wird vorgeschlagen, statt Wasser auch nährstoffhaltige Medien zur biologischen „Aufladung“ der Pflanzenkohle zu nutzen. Nachteilig ist bei dieser Anlage, dass starke Gebläse für das Einstellen der gewünschten Druckdifferenzen notwendig sind und teilweise im heissen Bereich eingesetzt werden müssen, da Gasrückströmungen durch die Pyrolysekammer erreicht werden sollen und Mischerdüsen eingesetzt werden. Ausserdem ist vermutlich eine regelmässige Abreinigung der zentralen Treibdüse notwendig, da die brennbaren Gase i.d.R. feine Kohlepartikel mitreissen und in der Beimischung mit (vergleichsweise kalter) Frischluft Teere auskondensieren können. [0013] AT522059B1 presents a method for producing biochar using direct countercurrent pyrolysis, whereby the method describes a heating system. The combustible gases pass from the pyrolysis container through a centrally arranged drive nozzle into the combustion chamber, where atmospheric oxygen is added. Exhaust gases from the combustion chamber are guided in a double wall around the pyrolysis container and partly into the pyrolysis container via a valve. The system also has a cooling device in the biochar discharge, in which, among other things, the biochar is quenched with water. It is proposed to use nutrient-containing media instead of water to biologically "charge" the biochar. The disadvantage of this system is that powerful fans are required to set the desired pressure differences and sometimes have to be used in the hot area, since gas backflow through the pyrolysis chamber is to be achieved and mixer nozzles are used. In addition, regular cleaning of the central propulsion nozzle is probably necessary, since the combustible gases usually entrain fine carbon particles and can condense out tars when mixed with (relatively cold) fresh air.
[0014] Eine eigene Kategorie von Anlagen zur Pflanzenkohleherstellung sind vertikal aufgestellte Reaktoren („Schachtvergaser“ oder „Wanderschichtreaktor“), die über ein internes Heizsystem verfügen, bspw. DE102016006884A1 und EP3919586A1. Über die Heizelemente, welche von aussen in den Reaktorbehälter eingeführt werden, wird die Biomasse unter Sauerstoffausschluss pyrolysiert und die dabei entstehenden brennbaren Gase zur späteren Verbrennung abgelassen. Vorteilhaft ist eine gute Möglichkeit zur Regulierung des Prozesses und einer gleichmässigen Kohlequalität. Nachteilig ist, dass bedeutende Mengen externer, in der Regel elektrischer Energie dem eigentlich exothermen Prozess zugeführt werden müssen. Eine weitere Gruppe von Anlagen zur Herstellung von Pflanzenkohle bieten Drehrohr-Anlagen, in denen Biomasse in einer sauerstofffreien oder -reduzierten Atmosphäre bei Temperaturen von 450°C - 650 °C pyrolysiert wird, siehe z.B. DE202006017001U1 oder DE102008012018B4. Aufgrund aufwändiger Konstruktionsweisen der Drehrohre, hoher Ansprüche an das thermisch, chemisch und mechanisch belastete Material des bewegten Rohres sowie der nicht einfach umsetzbaren Abführung der festen Produkte sind diese Anlagen nur für wenige Sonderfälle wirtschaftlich interessant. [0014] A separate category of plants for biochar production are vertically installed reactors ("shaft gasifiers" or "moving bed reactors") that have an internal heating system, e.g. DE102016006884A1 and EP3919586A1. The biomass is pyrolyzed in the absence of oxygen using the heating elements, which are introduced into the reactor vessel from the outside, and the combustible gases produced are released for later combustion. The advantage is that there is a good possibility of regulating the process and ensuring a consistent coal quality. The disadvantage is that significant amounts of external, usually electrical, energy must be supplied to the actually exothermic process. Another group of plants for the production of biochar are rotary kiln plants in which biomass is pyrolyzed in an oxygen-free or oxygen-reduced atmosphere at temperatures of 450°C - 650 °C, see e.g. DE202006017001U1 or DE102008012018B4. Due to the complex design of the rotary kilns, the high demands on the thermally, chemically and mechanically stressed material of the moving tube and the difficulty of disposing of the solid products, these plants are only economically interesting in a few special cases.
[0015] Auch Förderschnecken-Pyrolyseanlagen sind in der Patentliteratur zu finden. Das sind Anlagen, in denen Biomasse unter stetiger Förderung durch eine Förderschnecke, welche oft in einer Steigung angeordnet ist, pyrolysiert wird. Hier gibt es zum einen Verfahren der direkten Pyrolyse, aber auch extern beheizte Fördersysteme (siehe beispielsweise die Anlagen der Firmen Biomacon GmbH oder Pyreg GmbH). Eine Zwischenform stellt das Verfahren der Hertz Energietechnik GmbH dar, welches in EP3358253A1 beschrieben ist. Dort wird in einer schräg nach oben fördernden Schnecke erst im oberen Teil ein Oxidationsmittel zugeführt, was dann im mittleren Teil der Förderschnecke abgesaugt wird. Dadurch ist ein exothermer Pyrolyse-Prozess ohne Zuführung von externer Fremdenergie möglich (lediglich im Startprozess wird Fremdenergie benötigt). Mit dieser Anlage ist auch eine vollständige Vergasung der Biomasse möglich, wobei keine Pflanzenkohle mehr produziert wird. [0015] Screw conveyor pyrolysis systems can also be found in the patent literature. These are systems in which biomass is pyrolyzed by constant conveying through a screw conveyor, which is often arranged at an incline. There are direct pyrolysis processes, but also externally heated conveying systems (see, for example, the systems from Biomacon GmbH or Pyreg GmbH). An intermediate form is the process from Hertz Energietechnik GmbH, which is described in EP3358253A1. In this process, an oxidizing agent is first fed into the upper part of a screw conveyor that conveys at an angle upwards, which is then sucked out in the middle part of the screw conveyor. This enables an exothermic pyrolysis process without the supply of external energy (external energy is only required in the start-up process). This system also enables complete gasification of the biomass, whereby no more biochar is produced.
[0016] In DE202014004445U1 wird ein Ofen gezeigt, der Holz zu Asche verbrennt. In diesen Ofen wird über einen Fördermechanismus wie bspw. Förderschnecken holzige Biomasse in die heisse Zone eingebracht, die dort pyrolysiert und dabei brennbare Gase abgibt, welche aus dem Fördermechanismus austreten und unmittelbar dort in der Brennkammer oxidiert werden. Wird die im Prozess erzeugte Pflanzenkohle rechtzeitig aus dem heissen Bereich ausgefördert, verbrennt sie nicht vollständig und kann anschliessend gekühlt und genutzt werden. Diese Vorrichtung würde sich zumindest prinzipiell für eine Leistungsmodulation über die Vorschubgeschwindigkeit eignen, auch wenn das in der Gebrauchsmusterschrift nicht angeführt ist. [0016] DE202014004445U1 shows a furnace that burns wood to ash. In this furnace, woody biomass is introduced into the hot zone via a conveyor mechanism such as a screw conveyor, where it is pyrolyzed and releases combustible gases that exit the conveyor mechanism and are immediately oxidized in the combustion chamber. If the biochar produced in the process is removed from the hot area in time, it does not burn completely and can then be cooled and used. This device would be suitable, at least in principle, for power modulation via the feed rate, even if this is not mentioned in the utility model specification.
[0017] In US2020040268A1 wird eine stehende Anlage zur Erzeugung von Wärme und Pflanzenkohle vorgestellt, die über einen aktiv drehbaren und aktiv höhenverstellbaren Rost verfügt. Auf diesem Rost kommt Biomasse zum Liegen und es tritt von unten ein sauerstoffhaltiges Gas wie Frischluft ein und durchströmt im Gegenstrom das Brennstoffbett. Der Reaktorraum weisst hier die bei diesem Typ oft anzutreffende Querschnittsvariation über die Höhe auf. Diese Querschnittsvariation ist einer unterschiedlichen Brennstoffdichte in den unterschiedlichen Reaktionszonen (Trocknung, Pyrolyse, Oxidation und Reduktion) im Reaktorraum geschuldet. Auf dem drehbaren Rost ist um das Rotationszentrum herum eine Scheibe angebracht mit kleinerem Durchmesser als der Rost selbst, in die eine Spiralen eingelassen ist. Sinn dieser Spirale ist, die Kohle auf dem drehenden Rost nach aussen zu befördern, wo der Rost über Durchdringungen verfügt, durch welche die Kohle fallen soll. Die Pflanzenkohle fällt durch Löcher im Rost und wird von einer Förderschnecke zu einem Ventil, bspw. eine Zellenradschleuse mit nur einer Lasche, gefördert und ausgetragen. [0017] US2020040268A1 presents a standing plant for generating heat and biochar, which has an actively rotating and actively height-adjustable grate. Biomass is placed on this grate and an oxygen-containing gas such as fresh air enters from below and flows through the fuel bed in countercurrent. The reactor chamber here has the cross-sectional variation over the height that is often found in this type. This cross-sectional variation is due to a different fuel density in the different reaction zones (drying, pyrolysis, oxidation and reduction) in the reactor chamber. On the rotating grate, a disk with a smaller diameter than the grate itself is attached around the center of rotation, into which a spiral is embedded. The purpose of this spiral is to transport the coal on the rotating grate to the outside, where the grate has penetrations through which the coal should fall. The biochar falls through holes in the grate and is conveyed by a screw conveyor to a valve, e.g. a rotary valve with only one flap, and is discharged.
[0018] In US2004167367A1 wird eine Anlage zur Herstellung von Pflanzenkohle und einem weitestgehend teerfreien brennbaren Gas gezeigt. In dieser Anlage wird die räumliche Position der Reaktionszone („level of the pyrolysis zone“) mit mindestens einem Thermoelement erfasst und über eine Steuerung im Regelbetrieb auf einer konstanten Position gehalten. Ausserdem wird eine für die Pyrolyse hohe Temperatur in der Reaktionszone von 800 °C bis 1'000°C erwähnt. Als weitere Besonderheit wird hier die Wärmeenergie des (unverbrannten) brennbaren Gases direkt auf Wasser als Teil des Gaswäsche-Prozesses übertragen, in dem das Gas in einen Wassertank geleitet wird und dort von unten durch das Wasser nach oben „blubbert“. [0018] US2004167367A1 shows a plant for producing biochar and a largely tar-free combustible gas. In this plant, the spatial position of the reaction zone (“level of the pyrolysis zone”) is recorded with at least one thermocouple and kept at a constant position by a control system during normal operation. In addition, a high temperature in the reaction zone of 800 °C to 1,000 °C is mentioned for pyrolysis. Another special feature here is that the thermal energy of the (unburned) combustible gas is transferred directly to water as part of the gas scrubbing process, in which the gas is fed into a water tank and “bubbles” upwards from below through the water.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
[0019] Der Pflanzenkohle-Markt weist in den letzten Jahren weltweit ein anhaltendes und starkes Wachstum auf, da sie in immer mehr Anwendungsbereichen zum Einsatz kommt. Der Hauptanwendungszweck ist jedoch nach wie vor der Einsatz in der Landwirtschaft, wo Pflanzenkohle als Bodenverbesserer den Ertrag steigern kann, ohne dass zusätzliche Dünger oder andere Massnahmen eingesetzt werden (Agroscope Science |Nr. 112 / 2021). Ausserdem stellt die Herstellung von Pflanzenkohle eine Methode dar, um das im Holz enthaltene Kohlenstoffdioxid chemisch zu stabilisieren und somit dauerhaft der Atmosphäre zu entziehen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Pflanzenkohle sind der Einsatz Als Betonzuschlag bzw. Sandersatz im Beton, der Einsatz als Farbstoff oder nach einer Veredlung in Aktivkohlefiltern. [0019] The biochar market has shown sustained and strong growth worldwide in recent years as it is used in more and more areas of application. However, the main application is still in agriculture, where biochar can increase yields as a soil improver without the use of additional fertilizers or other measures (Agroscope Science | No. 112 / 2021). In addition, the production of biochar is a method of chemically stabilizing the carbon dioxide contained in wood and thus permanently removing it from the atmosphere. Other possible uses of biochar include its use as a concrete aggregate or sand substitute in concrete, its use as a dye or after refinement in activated carbon filters.
[0020] Um Pflanzenkohle herzustellen, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von technischen Lösungen vorgeschlagen. Bei der Herstellung von Pflanzenkohle fallen grosse Mengen Abwärme an, die in der Regel für Heizzwecke oder als Prozesswärme genutzt werden. Bisher war diesen Anlagen gemein, dass sie sich für eine Modulation der thermischen Leistung nicht oder nur schlecht eignen, weshalb die Abwärme dieser Anlagen nicht in monovalenten Heizsystemen genutzt werden kann. Bspw. wird die Abwärme von Anlagen aus dem Stand der Technik vor allem in Wärmeverbünden genutzt oder - zumindest in den Sommermonaten - für weniger wirtschaftliche Anwendungen, oder sie muss durch andere heiztechnische Anlagen ergänzt werden. [0020] In recent years, a large number of technical solutions have been proposed for producing biochar. The production of biochar generates large amounts of waste heat, which is usually used for heating purposes or as process heat. Until now, these systems had in common that they were not or only poorly suited to modulating the thermal output, which is why the waste heat from these systems cannot be used in monovalent heating systems. For example, the waste heat from state-of-the-art systems is used primarily in heat networks or - at least in the summer months - for less economical applications, or it must be supplemented by other heating systems.
[0021] Die nachfolgende Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, eine Anlage zur Herstellung von Wärme und Pflanzenkohle mit der Möglichkeit zu einer breiten Leistungsmodulation bei gleichbleibender, hoher Qualität der erzeugten Produkte in einem stetigen Prozess umzusetzen. [0021] The following invention therefore aims to implement a plant for the production of heat and biochar with the possibility of a wide power modulation with a constant, high quality of the products produced in a continuous process.
Kurze Darstellung der ErfindungBrief description of the invention
[0022] Die erfindungsgemässe Pyrolyseanlage wandelt Brennstoffe wie Hackschnitzel oder Holzpellets in einem Pyrolysebehälter in ein brennbares Gas und einen kohlenstoffhaltigen Feststoff wie Pflanzenkohle sowie flüssige Stoffe wie Pyrolyseöl um. Dabei kommt eine autotherme Gleichstrom-Vergasung zum Einsatz, in dem Gase und Brennstoff von oben nach unten durch einem Reaktor- oder Pyrolysebehälter geführt werden. Das brennbare Gas wird in einer Brennkammer mit bspw. Frischluft oxidiert und die entstandene Hitze kann in einem Wärmetauscher auf einen Wärmeträger wie Heizwasser übertragen, oder direkt als Prozesswärme genutzt werden. [0022] The pyrolysis plant according to the invention converts fuels such as wood chips or wood pellets in a pyrolysis container into a combustible gas and a carbon-containing solid such as biochar as well as liquid substances such as pyrolysis oil. An autothermal direct current gasification is used in which gases and fuel are passed from top to bottom through a reactor or pyrolysis container. The combustible gas is oxidized in a combustion chamber with, for example, fresh air and the heat generated can be transferred in a heat exchanger to a heat carrier such as heating water or used directly as process heat.
Aufzählung der ZeichnungenList of drawings
[0023] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem wichtige Komponenten nummeriert sind, auf die im Text Bezug genommen wird. Fig. 2 stellt die Kernelemente der Erfindung in beispielhafter Weise und reduzierter Komplexität dar und zeigt für ausgewählte Komponenten dieselbe Nummerierung wie Fig. 1 auf. Zusätzlich sind in Fig. 2 noch ein Brennstoff (17), eine Reaktionszone (18) und ein verkohlter Brennstoff bzw. eine Kohle (19) dargestellt.[0023] Fig. 1 shows an embodiment in which important components are numbered, to which reference is made in the text. Fig. 2 shows the core elements of the invention in an exemplary manner and with reduced complexity and shows the same numbering as Fig. 1 for selected components. In addition, Fig. 2 also shows a fuel (17), a reaction zone (18) and a carbonized fuel or coal (19).
[0024] Beide Figuren zeigen Schnittansichten der Konstruktion, wobei die Schnittebene in der Mitte der Anlage angesetzt ist. [0024] Both figures show sectional views of the construction, with the cutting plane set in the middle of the system.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
[0025] Ein kontinuierlicher Prozess sieht einen Pyrolysebehälter (1) vor, welcher von oben aus einem Vorratsbehälter mit Brennstoff und Oxidationsmittel beaufschlagt wird und die Produkte (unter anderem Pflanzenkohle und ein brennbares Gas) unten ausführt. In diesem Behälter findet eine exotherme Pyrolyse des Brennstoffs (17) statt, bei unterstöchiometrischen Bedingungen, d.h. unter Sauerstoffmangel. Dieser Behälter weist über seine Höhe einen variablen Querschnitt auf, beispielsweise in Form eines Kegels (1). Die Reaktionszone (18) der Pyrolyse, in welcher der Brennstoff zu Kohle (19) pyrolysiert wird, kann darin in der Position variiert und dadurch in ihrer Ausdehnung verändert werden. Die Variation der Position der Reaktionszone geschieht durch eine veränderbare Aus- (oder Ein-)tragsgeschwindigkeit von Pflanzenkohle oder durch eine veränderbare Ein- (oder Aus-)tragsgeschwindigkeit von Brennstoff (je nach Ausrichtung des Behälters). Hierdurch wird eine veränderte Umsetzungsleistung bzw. Gaserzeugungs-Leistung bei sonst gleichbleibenden Prozessparametern, wie Reaktionstemperatur und Verweilzeit des Brennstoffs in der Reaktionszone, erzielt. Die nötige Menge Oxidationsmittel wird dem in proportionalem Verhältnis durch eine Öffnung (14) mit verstellbarem Querschnitt im oberen Teil der Anlage nachgeführt. Vorteilhaft ist, dass dadurch konstante Eigenschaften der Produkte trotz variabler Leistung erwartet werden können. Der Pyrolysebehälter wird beispielsweise mithilfe eines Saugzuggebläses vorzugsweise im Unterdruck betrieben, damit bei eventuell auftretenden Undichtigkeiten keine Gase aus dem Prozessraum austreten. Über die Öffnung (14) wird damit auch das notwendige Oxidationsmittel in die Brennkammer gesaugt. Ein Betrieb der Anlage im Überdruck ist ebenfalls denkbar. Die brennbaren Gase werden aus dem Pyrolysebehälter mittig abgesaugt. Dafür ist im unteren Teil des Pyrolysebehälters ein kleiner Kegelstumpf (11) angebracht, der sich nach unten erweitert und von dem wiederum seitlich ein horizontales Gasrohr (3) abgeht. Dadurch steigen die brennbaren Gase direkt oberhalb des Kohleschachts (9) in der Mitte des Pyrolysebehälters nach oben auf, wodurch eine Trennung der beiden Produkte erreicht wird. Im Unterschied zu DE202011002845U1 ist hier die Absaugvorrichtung zum grössten Teil von Brennstoff bzw. Kohle überschüttet, wodurch der Prozessraum nicht unnötig verkleinert wird und wodurch das Gas beim Start der Anlage, wenn das Material noch kalt ist, nicht unnötig gekühlt wird. [0025] A continuous process provides a pyrolysis container (1) which is supplied with fuel and oxidizing agent from above from a storage container and discharges the products (including biochar and a combustible gas) from below. An exothermic pyrolysis of the fuel (17) takes place in this container under substoichiometric conditions, i.e. under oxygen deficiency. This container has a variable cross-section over its height, for example in the shape of a cone (1). The position of the pyrolysis reaction zone (18), in which the fuel is pyrolyzed to coal (19), can be varied therein and thus its extent can be changed. The variation in the position of the reaction zone occurs through a variable discharge (or input) speed of biochar or through a variable input (or output) speed of fuel (depending on the orientation of the container). This results in a changed conversion performance or gas generation performance with otherwise constant process parameters such as reaction temperature and residence time of the fuel in the reaction zone. The required amount of oxidizing agent is fed in proportionally through an opening (14) with an adjustable cross-section in the upper part of the system. The advantage is that constant properties of the products can be expected despite variable performance. The pyrolysis container is operated, for example, with the help of an induced draft fan, preferably under negative pressure so that no gases escape from the process space in the event of any leaks. The necessary oxidizing agent is also sucked into the combustion chamber via the opening (14). Operating the system under positive pressure is also conceivable. The combustible gases are sucked out of the middle of the pyrolysis container. For this purpose, a small truncated cone (11) is attached to the lower part of the pyrolysis container, which widens towards the bottom and from which a horizontal gas pipe (3) branches off to the side. As a result, the combustible gases rise directly above the coal shaft (9) in the middle of the pyrolysis tank, which separates the two products. In contrast to DE202011002845U1, the extraction device here is largely covered by fuel or coal, which means that the process space is not unnecessarily reduced and the gas is not unnecessarily cooled when the system is started up when the material is still cold.
[0026] Neben dem horizontalen Gasrohr (3) kann noch ein oder mehrere weitere Rohre oder Streben, bspw. (13), an den Kegelstumpf angebracht werden, die mit der Wand der Pyrolysekammer verbunden sind. Es ist auch denkbar, dass das Gasrohr nicht horizontal, sondern in einem anderen Winkel aus dem Pyrolysebehälter geführt wird. Durch diese Vorrichtung(en) wird sichergestellt, dass beim Austragen der festen Produkte durch den Spiralarm (12) sich der Brennstoff bzw. die Kohle oberhalb dieser Vorrichtung(en) nicht mitdrehen, was den Pyrolyseprozess stören und die Reaktionszone auflösen könnte. [0026] In addition to the horizontal gas pipe (3), one or more other pipes or struts, e.g. (13), can be attached to the truncated cone, which are connected to the wall of the pyrolysis chamber. It is also conceivable that the gas pipe is not led out of the pyrolysis container horizontally, but at a different angle. This device(s) ensures that when the solid products are discharged through the spiral arm (12), the fuel or coal above this device(s) does not rotate, which could disrupt the pyrolysis process and dissolve the reaction zone.
[0027] An der Achse (2) des Spiralarms können je nach verwendetem Brennstoff Streben, Arme, usw. angebracht werden, welche ungefähr radial von der Achse abstehen und so den Brennstoff in der Pyrolysekammer gleichmässig verteilen. Diese Streben, die im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 nicht dargestellt sind, können insbesondere mit Paddeln oder anderen Vorrichtungen versehen sein und auch einen oder mehrere Knicke aufweisen, um bspw. Hohlräume im Brennstoff zum Einsturz zu bringen. [0027] Depending on the fuel used, struts, arms, etc. can be attached to the axis (2) of the spiral arm, which protrude approximately radially from the axis and thus distribute the fuel evenly in the pyrolysis chamber. These struts, which are not shown in the embodiment in Fig. 1, can in particular be provided with paddles or other devices and can also have one or more bends, for example to cause cavities in the fuel to collapse.
[0028] Der Kohleaustrag aus dem Pyrolysebehälter wird über einen Spiralarm (12) auf dem Boden der Pyrolysekammer und eine konzentrisch angeordneten Kohleschacht (9) realisiert. Der Spiralarm (12) wird durch eine Achse (2) in der Mitte des Pyrolysebehälters angetrieben, welche oben aus dem Pyrolysebehälter austritt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird dieser Spiralarm mithilfe eines Winkelgetriebes durch das Rohr (13) angetrieben, wodurch vorteilhaft keine Achse (2) in der Eintragung im oberen Teil des Pyrolysebehälters notwendig ist, was den Querschnitt in der Eintragung vorteilhaft erhöht. [0028] The coal discharge from the pyrolysis tank is carried out via a spiral arm (12) on the floor of the pyrolysis chamber and a concentrically arranged coal shaft (9). The spiral arm (12) is driven by an axle (2) in the middle of the pyrolysis tank, which exits from the top of the pyrolysis tank. In another embodiment, this spiral arm is driven by means of an angle gear through the pipe (13), whereby advantageously no axle (2) is necessary in the inlet in the upper part of the pyrolysis tank, which advantageously increases the cross-section in the inlet.
[0029] An den Kohleschacht kann eine Austragung (6) für die festen Produkte anschliessen, die über eine oder mehrere Kühlvorrichtungen (15) zur Kühlung der Produkte verfügen kann. Zweckmässig ist es, die den Produkten entzogene Wärmeenergie dem System anderweitig wieder zuzuführen. Es ist in einem anderen Ausführungsbeispiel auch denkbar, dass die Kohle direkt nach dem Kohleschacht in ein gasdichtes Zwischenlager gefördert wird. Ausserdem ist es denkbar, dass in der Kohleaustragung, bspw. im Kohleschacht oder innerhalb der Kühlvorrichtung, eine Zerkleinerung der Kohle stattfindet, wodurch unter anderem die Schüttdichte der Kohle zunimmt und sie somit weniger Lagervolumen benötigt. Die Kohleaustragung ist gasdicht ausgeführt, d.h. sie verfügt über eine Schleuse (5) zur kontinuierlichen Austragung. Mindestens aber ist in einem anderen Ausführungsbeispiel an die Austragung ein gasdichter Behälter gasdicht angeschlossen, der die Kohle aufnimmt und der nur bei abgeschalteter Anlage geöffnet wird. [0029] A discharge (6) for the solid products can be connected to the coal shaft, which can have one or more cooling devices (15) for cooling the products. It is expedient to feed the heat energy extracted from the products back into the system in another way. In another embodiment, it is also conceivable that the coal is conveyed directly after the coal shaft into a gas-tight intermediate storage facility. It is also conceivable that the coal is crushed in the coal discharge, for example in the coal shaft or within the cooling device, which, among other things, increases the bulk density of the coal and thus requires less storage volume. The coal discharge is designed to be gas-tight, i.e. it has a lock (5) for continuous discharge. However, in at least another embodiment, a gas-tight container is connected to the discharge in a gas-tight manner, which receives the coal and is only opened when the system is switched off.
[0030] Die brennbaren Gase werden in einer nachgeschalteten Brennkammer (10) verbrannt. Diese Brennkammer ist so gestaltet, dass eine Vermischung der brennbaren Gase mit Oxidationsmittel, beispielsweise aus Frischluft, erleichtert wird. Um die Abwärme der Brennkammer optimal zu nutzen, wird vorgeschlagen, deren Gehäuse möglichst vollständig, mindestens aber deren Mantelfläche, von Heizwasser zu umspülen. Damit der Oxidationsbereich nicht zu stark gekühlt wird, was sich nachteilig auf die Abgasqualität auswirken würde, ist zwischen Brennkammer und Heizwasser eine Isolationsschicht empfehlenswert. [0030] The combustible gases are burned in a downstream combustion chamber (10). This combustion chamber is designed in such a way that mixing of the combustible gases with oxidizing agents, for example from fresh air, is facilitated. In order to make optimum use of the waste heat from the combustion chamber, it is proposed that the housing be surrounded by heating water as completely as possible, or at least its outer surface. To prevent the oxidation area from being cooled too much, which would have a detrimental effect on the exhaust gas quality, an insulating layer between the combustion chamber and the heating water is recommended.
[0031] Für den Start der Anlage wird zunächst die Pyrolysekammer von oben durch eine gasundurchlässige Schleuse (4) mit Brennstoff befüllt und nach unten über einen Drehrost (7) verschlossen. Direkt oberhalb des Drehrosts befindet sich mittig ein Glühzünder (8), der durch eine kurze Betätigung des Austrags (12) mit Brennstoff überschüttet wird. Durch ein Einschalten des Glühzünders bei entsprechender Zufuhr eines Oxidationsmittels wird der Pyrolyseprozess gestartet. Der Drehrost ist in einer vorteilhaften Ausführung mit der Förderschnecke des Austrags (6) verschweisst und der Drehwinkel über einen Sensor erfasst, um die Schnecke mit dem Drehrost in geeigneter Ausrichtung zu positionieren. Anmerkung: In Fig. 1 ist der Drehrost (7) in geöffneter Position im Schnitt dargestellt. [0031] To start the system, the pyrolysis chamber is first filled with fuel from above through a gas-tight lock (4) and closed at the bottom with a rotating grate (7). Directly above the rotating grate there is a glow plug (8) in the middle, which is covered with fuel by briefly operating the discharge (12). The pyrolysis process is started by switching on the glow plug and supplying an oxidizing agent. In an advantageous embodiment, the rotating grate is welded to the conveyor screw of the discharge (6) and the angle of rotation is recorded by a sensor in order to position the screw with the rotating grate in a suitable alignment. Note: In Fig. 1, the rotating grate (7) is shown in section in the open position.
[0032] Die Pyrolyseanlage weist den Pyrolysebehälter (1), zumindest einen Sensor zu einer Bestimmung einer Position einer Reaktionszone in dem Pyrolysebehälter und zumindest eine Steuer- und/oder Regeleinheit, welche dazu vorgesehen ist, zu einer Leistungsmodulation eine Reaktionszone gezielt über eine entlang der Transportrichtung des Brennstoffs nicht konstante Geometrie zu bewegen, und so je nach Position die Ausdehnung der Reaktionszone zu verändern, auf. [0032] The pyrolysis plant has the pyrolysis container (1), at least one sensor for determining a position of a reaction zone in the pyrolysis container and at least one control and/or regulating unit which is provided for moving a reaction zone in a targeted manner over a geometry which is not constant along the transport direction of the fuel in order to modulate the power, and thus to change the extent of the reaction zone depending on the position.
[0033] Während des Regelbetriebs wird die Anlage entsprechend des Leistungsbedarfs der Wärmesenke (i.d.R. ein Warmwasser-Pufferspeicher) in der Leistung geregelt. Dafür wird die Position der Reaktionszone über den mindestens einen Sensor (16) bestimmt und gezielt beeinflusst. Soll die Menge an produziertem brennbarem Gas erhöht werden, wird die Reaktionszone in einen Bereich der Pyrolysekammer verschoben, in dem ihr Querschnitt grösser wird. Soll umgekehrt die Gasmenge reduziert werden, wird die Reaktionszone in einen Bereich mit kleinerem Querschnitt verschoben. Gleichzeitig wird vorteilhaft die zugeführte Menge an Oxidationsmittel proportional zum Querschnitt der Reaktionszone über bspw. ein kontinuierlich verstellbares Ventil angepasst. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wird der Querschnitt der Reaktionszone erhöht, in dem Pflanzenkohle ausgetragen wird, wodurch die Reaktionszone nach unten rutscht. Hingegen wird der Querschnitt der Reaktionszone verkleinert, in dem der Austrag gestoppt wird und die Reaktionszone nach oben durch den Brennstoff wandert. [0033] During normal operation, the system's performance is regulated according to the power requirement of the heat sink (usually a hot water buffer tank). For this purpose, the position of the reaction zone is determined and specifically influenced by the at least one sensor (16). If the amount of combustible gas produced is to be increased, the reaction zone is moved to an area of the pyrolysis chamber in which its cross-section is larger. Conversely, if the amount of gas is to be reduced, the reaction zone is moved to an area with a smaller cross-section. At the same time, the amount of oxidizing agent supplied is advantageously adjusted proportionally to the cross-section of the reaction zone, for example via a continuously adjustable valve. In the embodiment in Fig. 1, the cross-section of the reaction zone is increased by discharging biochar, causing the reaction zone to slide downwards. On the other hand, the cross-section of the reaction zone is reduced by stopping the discharge and allowing the reaction zone to move upwards through the fuel.
[0034] Für das Abschalten der Anlage wird der Eintrag von Brennstoff gestoppt, wodurch der Reaktionszone nach einer gewissen Zeit, wenn sie nach oben gewandert ist, der Brennstoff ausgeht. Beim Erliegen der Gasproduktion wird die Zuführung des Oxidationsmittels in die Pyrolysekammer gestoppt und die Pflanzenkohle ausgetragen. [0034] To shut down the plant, the supply of fuel is stopped, which means that after a certain time, when the reaction zone has moved upwards, it runs out of fuel. When gas production ceases, the supply of oxidizing agent to the pyrolysis chamber is stopped and the biochar is discharged.
[0035] Um das sauerstoffhaltige Gas, bspw. Frischluft, in die Pyrolysekammer zu transportieren und die entstandenen brennbaren Gase aus der Pyrolysekammer abzutransportieren, empfiehlt sich die Verwendung eines Gebläses, welches in der Pyrolysekammer und in einer eventuell nachgeschalteten Brennkammer einen Druck tiefer als den atmosphärischen Umgebungsdruck erzeugen kann. Es ist jedoch auch vorstellbar, das sauerstoffhaltige Gas durch ein Gebläse in die Pyrolysekammer zu blasen, wodurch dort ein Druck entstehen würde, der über dem atmosphärischen Umgebungsdruck läge. [0035] In order to transport the oxygen-containing gas, e.g. fresh air, into the pyrolysis chamber and to remove the resulting combustible gases from the pyrolysis chamber, it is recommended to use a blower that can generate a pressure lower than the ambient atmospheric pressure in the pyrolysis chamber and in a possible downstream combustion chamber. However, it is also conceivable to blow the oxygen-containing gas into the pyrolysis chamber through a blower, which would create a pressure there that would be higher than the ambient atmospheric pressure.
[0036] In Fig. 1 ist ein Querschnitt der Erfindung in einer spezifischen Ausführung gezeigt. Diese Ausführung dient nur der Veranschaulichung der Erfindung und limitiert sie nicht auf die Möglichkeit, andere Ausführungsformen anzunehmen. [0036] In Fig. 1 a cross-section of the invention is shown in a specific embodiment. This embodiment is only for illustrating the invention and does not limit it to the possibility of adopting other embodiments.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH12812022 | 2022-10-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH720175A2 true CH720175A2 (en) | 2024-05-15 |
Family
ID=91026349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH000316/2023A CH720175A2 (en) | 2022-10-28 | 2023-03-22 | Pyrolysis plant with power modulation via a variable geometry |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH720175A2 (en) |
-
2023
- 2023-03-22 CH CH000316/2023A patent/CH720175A2/en unknown
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