AT518753A2

AT518753A2 - Gasification of biogenic substances in a shaft reactor using microwave plasma

Info

Publication number: AT518753A2
Application number: ATA289/2016A
Authority: AT
Inventors: Gruber-Schmidt Johann
Original assignee: Gs Gruber-Schmidt Gmbh
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-12-15

Abstract

Die Erfindung umfasst das Verfahren der Vergasung als thermochemische Umwandlung von biogenen Stoffen in Schachtreaktoren (4}, im Gleichstrom oder Gegenstrombetrieb unter Verwendung von Mikrowellen (39) als Energie zur Erzeugung eines reaktiven Plasmas (26) aus Wasserdampf oder Kohlendioxid, das am Zylinderumfang des Schachtreaktors verteilt (36,43,45,47) eingebracht wird, um so eine gleichmässige Erwärmung des biogenen Substrates zu gewährleisten und eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten, mit einer niederen Plasmatemperatur und unter Verwendung eines Düsenringes (19}, der die Eindüsung von unterschiedlichen Gasen(22,23) und Dämpfen (22,23) vor der Plasmazone ermöglicht, insbesondere erfindungsgemäß von Kohlendioxid und Wasserdampf zur Unterstützung der chemischen Reaktionen bei der thermochemischen Vergasung in der Plasmazone. Die Erfindung umfasst die Vorrichtung bestehend aus einem Schachtreaktor (4), mit einem Doppelschleusensystem(2,3), Vorwärmern (16, 17) für die externen Gase und Dampfanteile, einem Zyklon (6) für die Reinigung des Rohgases, einer Rückführschnecke (10) des abgeschiedenen Kohleanteiles, einem Gleichrichter (11) am Reaktorboden, der die Aufgabe hat die Austragschnecke (12) mit Kohlesubstrat zu versorgen, in der Reaktormitte einen Düsenring (19) zum Einbringen von Gasen und Dämpfen über die Düsen in den Ringen(20,21}, und der Mikrowellenanlage, bestehend aus Mikrowellengeneratoren (39}, mit dem Mikrowellenmodulator(37), und den zugehörigen Wellenleitern(35) mit Kolben (40) zur Verteilung der Mikrowellenenergie am Schachtumfang des Reaktors zur Erzeugung eines Mikrowellenplasma aus Kohlendioxid oder Wasserdampf unter Ausnützung der latenten Wärme im Rohgas zur Vorwärmung von Kohlendioxid oder Wasserdampf.The invention comprises the process of gasification as thermochemical conversion of biogenic substances into shaft reactors (4), in cocurrent or countercurrent operation using microwaves (39) as energy for generating a reactive plasma (26) from water vapor or carbon dioxide at the cylinder periphery of the shaft reactor distributed (36,43,45,47) is introduced so as to ensure a uniform heating of the biogenic substrate and to ensure a uniform temperature distribution, with a low plasma temperature and using a nozzle ring (19}, the injection of different gases ( 22,23) and vapors (22,23) in front of the plasma zone, in particular according to the invention of carbon dioxide and water vapor to support the chemical reactions in the thermo-gasification in the plasma zone.The invention comprises the device consisting of a shaft reactor (4), with a Double lock system (2,3), preheaters ( 16, 17) for the external gases and vapor fractions, a cyclone (6) for the purification of the raw gas, a recycle screw (10) of the deposited carbon fraction, a rectifier (11) on the reactor bottom, which has the task of the discharge screw (12) with carbon substrate to supply, in the reactor center, a nozzle ring (19) for introducing gases and vapors via the nozzles in the rings (20,21}, and the microwave system consisting of microwave generators (39}, with the microwave modulator (37), and the associated Waveguides (35) with pistons (40) for distributing the microwave energy at the shaft circumference of the reactor to produce a microwave plasma from carbon dioxide or water vapor by utilizing the latent heat in the raw gas to preheat carbon dioxide or water vapor.

Description

Vergasung biogener Stoffe in einem Schachtreaktor mit Hilfe von Mikrowellen PlasmaGasification of biogenic substances in a shaft reactor using microwave plasma

Die Erfindung umfasst das Verfahren der Vergasung als thermochemische Umwandlung von biogenen Stoffen in Schachtreaktoren (4), im Gleichstrom oder Gegenstrombetrieb unter Verwendung von Mikrowellen (39) als Energie zur Erzeugung eines reaktiven Plasmas (36) aus Wasserdampf oder Kohlendioxid, das am Zylinderumfang des Schachtreaktors verteilt (36,43,45,47) eingebracht wird, um so eine gleichmässige Erwärmung des biogenen Substrates zu gewährleisten und eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten, ein reaktives Plasma mit einer niederen Plasmatemperatur, sodass keine flüssige Schmelze entsteht und unter Verwendung eines Düsenringes (19), der die Eindüsung von unterschiedlichen Gasen(22,23) und Dämpfen (22,23) vor der Plasmazone ermöglicht, insbesondere von Kohlendioxid und Wasserdampf zur Unterstützung der chemischen Reaktionen bei der thermochemischen Vergasung in der Plasmazone im Reaktor.The invention comprises the process of gasification as thermochemical conversion of biogenic substances into shaft reactors (4), cocurrent or countercurrent using microwaves (39) as energy to produce a reactive plasma (36) from water vapor or carbon dioxide at the cylinder periphery of the shaft reactor distributed (36,43,45,47) is introduced so as to ensure a uniform heating of the biogenic substrate and to ensure a uniform temperature distribution, a reactive plasma with a low plasma temperature, so that no liquid melt is formed and using a nozzle ring (19 ), which allows the injection of different gases (22,23) and vapors (22,23) in front of the plasma zone, in particular of carbon dioxide and water vapor to support the chemical reactions in the thermochemical gasification in the plasma zone in the reactor.

Die Erfindung umfasst die Vorrichtung bestehend aus einem Schachtreaktor (4), mit einem Doppelschleusensystem(2,3), Vorwärmern (16,17) für die externen Gase und Dampfanteile, einem Zyklon (6) für die Reinigung des Rohgases, einer Rückführschnecke (10) des abgeschiedenen Kohleanteiles, einem Gleichrichter (11) am Reaktorboden, der die Aufgabe hat die Austragschnecke (12) mit Kohlesubstrat zu versorgen, in der Reaktormitte einen Düsenring (19) zum Einbringen von Gasen und Dämpfen über die Düsen in den Ringen(20,21), und der Mikrowelienanlage, bestehend aus Mikrowellengeneratoren (39), mit dem Mikrowellenmodulator(37), und den zugehörigen Wellenleitern(35) mit Kolben (40) zur Verteilung der Mikrowellenenergie am Schachtumfang des Reaktors zur Erzeugung eines Mikrowellenplasma aus Kohlendioxid oder Wasserdampf unter Ausnützung der latenten Wärme im Rohgas zur Vorwärmung von Kohlendioxid oder Wasserdampf.The invention comprises the device consisting of a shaft reactor (4), with a double lock system (2,3), preheaters (16,17) for the external gases and vapor fractions, a cyclone (6) for the purification of the raw gas, a return screw (10 ) of the deposited carbon fraction, a rectifier (11) at the reactor bottom, which has the task of supplying the discharge screw (12) with carbon substrate, in the reactor center a nozzle ring (19) for introducing gases and vapors via the nozzles in the rings (20, 21), and the microwave system consisting of microwave generators (39), with the microwave modulator (37), and the associated waveguides (35) with pistons (40) for distributing the microwave energy at the shaft circumference of the reactor to produce a microwave plasma from carbon dioxide or water vapor Utilization of the latent heat in the raw gas to preheat carbon dioxide or water vapor.

Die thermochemische Umwandlung in Form von Vergasung biogener fester Stoffe in einem Reaktor mit Schachtbauweise ist bekannt. Unter Schachtbauweise versteht man einen stehenden zylindrischen Körper, an dessen oberen Ende die Biomasse eingebracht wird, an dessen unterem Ende die Kohle ausgetragen wird. Für die Vergasung im Sinne einer thermochemischen Umwandlung von Biomasse in einem Schachtreaktor (4) sind biogene feste Stoffe besonders gut geeignet. Die Form und Stückigkeit biogener fester Stoffe ist von der Bauweise des Reaktors abhängig. Die Schachtbauweise bedingt eine grobe und feste Form, wie Pellets oder Briquettes oder bei Holz in Form von Plättchen. Dabei versteht man unter Pellets, die bei einem Schachtreaktor zum Einsatz kommen, grobe Pellets, technisch bekannt als industrielle Pellets, in der Regel mit einem Durchmesser von d~ 20 mm. Die Briquettes, die bei Schachtreaktoren, im Rahmen der thermochemischen Umwandlung zum Einsatz kommt, sind grobe Briquettes in der Regel mit einem Durchmesser in der Größenordnung von d=60 mm bis 80 mm und einer Dicke von s=20mm. Andere Formen grober fester biogener Stoffe sind z.B. Maisspindelkolben, in der Form von Kolben mit einer Länge von L ~ 60 mm und einem Durchmesser d ~ 30 mm, oder Hackgut mit einer Körnung G30 bis G50. Der technische Hintergrund für das grobe Substrat liegt in der Bauweise und Funktion des Reaktors als Schachtreaktor. In der Schachtbauweise erfolgt die Bewegung des biogenen Substrates in Richtung der Wirkung der Schwerkraft. Bedingt durch die Schwerkraft bewegt sich das Substrat vom Kopf des Reaktors zum Boden des Reaktors. Durch die Grobkörnigkeit im Substrat wird der entsprechende Freiraum zwischen dem Substrat geschaffen, in dem das austretende und ausgetriebene Gasgemisch und Dampfgemisch abgesaugt werden kann. Die grobe Struktur des biogenen Substrates ermöglicht es somit das Gasgemisch und Dampfgemisch mit Hilfe eines Vakuumgebläses aus dem Schachtreaktor herauszusaugen. Dabei wird der Reaktor im Unterdrück betrieben. Das Heraussaugen des Gasgemisches und des Dampfgemisches in Richtung der Schwerkraft, also in Richtung der Bewegung der Biomasse im Reaktor vom Reaktorkopf zum Reaktorboden, ist die bekannte Gleichstrombetriebsweise. Das Heraussaugen des Gasgemisches und des Dampfgemisches entgegen der Schwerkraft, also entgegen der Bewegung der Biomasse im Reaktor vom Reaktorkopf zum Reaktorboden, ist die bekannte Gegenstrombetriebsweise.The thermochemical conversion in the form of gasification of biogenic solids in a manhole reactor is known. Under shaft construction is meant a standing cylindrical body, at the upper end of the biomass is introduced, at the lower end of the coal is discharged. For the gasification in the sense of a thermochemical conversion of biomass in a shaft reactor (4) biogenic solids are particularly well suited. The shape and consistency of biogenic solids depends on the design of the reactor. The shaft construction requires a coarse and solid form, such as pellets or briquettes or wood in the form of platelets. In this context, pellets used in a shaft reactor are understood to mean coarse pellets, known industrially as industrial pellets, generally with a diameter of d ~ 20 mm. The briquettes, which are used in shaft reactors, in the context of thermochemical transformation, are coarse briquettes usually with a diameter in the order of d = 60 mm to 80 mm and a thickness of s = 20mm. Other forms of coarse solid biogenic substances are e.g. Corn cob, in the form of flasks with a length of L ~ 60 mm and a diameter d ~ 30 mm, or wood chips with a grain size G30 to G50. The technical background for the coarse substrate lies in the design and function of the reactor as a shaft reactor. In the shaft construction, the movement of the biogenic substrate takes place in the direction of the effect of gravity. Due to gravity, the substrate moves from the top of the reactor to the bottom of the reactor. Due to the coarseness in the substrate, the corresponding clearance is created between the substrate, in which the exiting and expelled gas mixture and vapor mixture can be sucked off. The coarse structure of the biogenic substrate thus makes it possible to suck the gas mixture and vapor mixture out of the shaft reactor with the aid of a vacuum blower. The reactor is operated in the suppression. The sucking out of the gas mixture and of the vapor mixture in the direction of gravity, ie in the direction of the movement of the biomass in the reactor from the reactor head to the reactor bottom, is the known DC mode of operation. The sucking out of the gas mixture and of the vapor mixture against gravity, ie against the movement of the biomass in the reactor from the reactor head to the reactor bottom, is the known countercurrent mode of operation.

Die Schachtbauweise in Form eines stehenden Zylinders ist eine technisch einfache, eine stabile und robuste Bauweise. Sie bietet technisch, wie oben dargestellt, die Möglichkeit des Gegenstrombetriebes oder des Gleichstrombetriebes. Die Frage der Wärmeerzeugung, Wärme um die thermochemischeThe shaft construction in the form of a vertical cylinder is a technically simple, stable and robust construction. Technically, as presented above, it offers the possibility of counter-current operation or DC operation. The question of heat generation, heat around the thermochemical

Umwandlung und Reaktion zu ermöglichen und zu gewährleisten, ist technisch in der bekannten Bauweise gelöst worden, indem eine Oxidationszone vorhanden ist, in der mit Sauerstoff aus der Luft, ein Teil des biogenen Substrates im Reaktor verbrannt wird, und durch die Verbrennung die notwendige Wärme erzeugt wird. Diese Wärme ermöglicht die Trocknung des Substrates, indem der Wasserdampf ausgetrieben wird, in der Folge dann die Pyrolyse stattfinden kann, die eine Verkohlung des biogenen Substrates und das Erzeugen des Pyrolysegases ermöglicht. Durch die Verbrennung eines Teiles des biogenen Substrates entsteht neben der Kohlenstoffanteiles auch Asche. Daher bildet sich ein Gemisch aus Kohlenstoff(Kohle) und Asche, das in der Regel einen Konzentrationsanteil von 20% bis 40% Asche aufweist.To enable and ensure conversion and reaction has been technically solved in the known construction by an oxidation zone is present in which is burned with oxygen from the air, part of the biogenic substrate in the reactor, and generates the necessary heat by the combustion becomes. This heat makes it possible to dry the substrate by expelling the water vapor, in which case the pyrolysis can then take place, which enables charring of the biogenic substrate and production of the pyrolysis gas. As a result of the combustion of a part of the biogenic substrate, not only the carbon content but also ash is formed. Therefore, a mixture of carbon (coal) and ash is formed, which usually has a concentration of 20% to 40% ash.

Die bekannte Technologie und Bauweise des Schachtreaktors und der Vergasung als thermochemischen Prozess zeichnet das Vorhandensein einer Oxidationszone aus, in der Sauerstoff zur Oxidation eines geringfügigen Anteiles an Biomasse verwertet wird. Die Erzeugung der für den Prozess notwendigen Wärme erfolgt also durch die Verbrennung eines Teiles der Biomasse mit Sauerstoff, der über zugeführte Luft eingebracht wird. Da nur ein geringer Anteil an Biomasse verbrannt wird, wird in Abhängigkeit von der benötigten Wärme auch nur ein geringer Anteil an Sauerstoff und damit an Luft benötigt. Der Luftanteil ist geringer als jener Luftanteil der zu einer vollständigen Verbrennung der vorhandenen Biomasse benötigt wird. Das ist bekannt, man dieses Luftverhältnis auch unterstöchiometrisches Verhältnis. Diese Technologie weist erhebliche Nachteile auf.The well-known technology and construction of the shaft reactor and the gasification as a thermochemical process characterizes the presence of an oxidation zone in which oxygen is utilized for the oxidation of a minor proportion of biomass. The generation of the heat necessary for the process thus takes place by the combustion of a part of the biomass with oxygen, which is introduced via supplied air. Since only a small proportion of biomass is burned, only a small proportion of oxygen and thus of air is needed depending on the required heat. The proportion of air is less than the proportion of air required for a complete combustion of the existing biomass. This is known, this air ratio also substoichiometric ratio. This technology has significant disadvantages.

Es ist bekannt, dass bei ungleichförmiger Verteilung der Zuführung des Luftsauerstoffes in der Oxidationszone über den Reaktorquerschnitt betrachtet, eine ungleichförmige Verbrennung stattfindet und in der Folge kommt es zu einer ungleichförmigen Temperaturverteilung und damit zu einer ungleichförmigen Pyrolysegaserzeugung bzw. einer Vergasung, die von der Vollständigkeit abweichen kann.It is known that when non-uniform distribution of the supply of atmospheric oxygen in the oxidation zone viewed over the reactor cross-section, non-uniform combustion takes place and as a result, there is a non-uniform temperature distribution and thus non-uniform pyrolysis gas production or gasification, which differ from the completeness can.

Es ist bekannt, dass in der Gleichstrombetriebsweise der Teeranteil im ausgesaugten Rohgas geringer ist, weil das Pyrolysegas über das Kohle- und Aschebett gesaugt wird und das heisse Pyrolysegas mit dem Kohlenstoff reagieren kann. Da der Kohlenstoff reaktiv ist, werden Kohlenwasserstoffe zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff reduziert.It is known that in the DC mode, the tar content in the raw exhaust gas is lower because the pyrolysis gas is sucked over the coal and ash beds and the hot pyrolysis gas can react with the carbon. As the carbon is reactive, hydrocarbons are reduced to carbon monoxide and hydrogen.

Es ist bekannt, dass in der Gegenstrombetriebsweise der Teeranteil im ausgesaugten Rohgas höher ist, weil das Pyrolysegas über das biogene Substrat gesaugt wird, wodurch das biogene Substrat besser erwärmt wird, der Verkohlungsprozess und der Pyrolyseprozess beschleunigt stattfindet, jedoch der Teernateil durch die Nichtvorhandene Wirkung des reaktiven Kohlenstoffes nicht reduziert werden kann. Zudem ist bekannt, dass neben dem hohen Teergehalt, auch eine hoher Anteil am Partikel im Rohgas enthalten ist.It is known that in the countercurrent mode, the tar content in the extracted raw gas is higher, because the pyrolysis gas is sucked over the biogenic substrate, whereby the biogenic substrate is better heated, the charring process and the pyrolysis process takes place accelerated, but the tar component by the non-existent effect of reactive carbon can not be reduced. In addition, it is known that in addition to the high tar content, a high proportion of the particles in the raw gas is included.

Es ist bekannt, dass mit der Notwendigkeit der Oxidationszone zur Erzeugung von Wärme, der reine Pyrolyseprozess nicht stattfinden kann. Der reine Pyrolyseprozess erfolgt nur dann, wenn extern Wärme eingetragen wird, jedoch ohne Zuführung von Sauerstoff ( Luftsauerstoff). Das definiert das bekannte Verfahren der Pyrolyse. Der externe Wärmeeintrag ist notwendig, weil die Pyrolyse endotherm ist, also Wärme benötigt wird, damit diese stattfinden kann.It is known that with the need for the oxidation zone to generate heat, the pure pyrolysis process can not take place. The pure pyrolysis process takes place only when external heat is introduced, but without supply of oxygen (atmospheric oxygen). This defines the known method of pyrolysis. The external heat input is necessary because the pyrolysis is endothermic, so heat is needed for this to take place.

Das in dem Patent US 2014 / 0306161-A1 beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung geht von einem Wirbelschichtreaktor aus, an dessen Umfang 3 Plasmageneratoren angebracht sind. In dem Patent wird eine Festbettwirbelschicht mit einer flüssigen Schlacke kombiniert und das Syngas mit Plasmagas kombiniert. Die im Patent angegebenen Temperaturen von 950°C bis 1200°C ergeben in der Regel keine flüssige Schlacke. Das Syngas mit einem reaktiven Plasmagas in Kontakt zu bringen, führt dazu, dass das Syngas mit dem Sauerstoff im Plasma reagiert und oxidiert.The method described in the patent US 2014/0306161-A1 and the described device is based on a fluidized bed reactor, on whose circumference 3 plasma generators are mounted. In the patent, a fixed bed fluidized bed is combined with a liquid slag and the syngas is combined with plasma gas. The temperatures specified in the patent of 950 ° C to 1200 ° C usually give no liquid slag. Bringing the syngas into contact with a reactive plasma gas causes the syngas to react and oxidize with the oxygen in the plasma.

Das in dem Patent US 2014/0306160 A1 angeführte Verfahren und die beschriebene Vorrichtung in Form einer Festbettwirbelschicht werden mit feinem Substrat befeuert und soll mit Hilfe von Mikrowellenplasma aufgeheizt werden. Schwerpunkt liegt auf der Trennung des Substrates in einen Feinteil und Grobanteil. Der Nachteil dieser Erfindung ist der technische Aufwand und der hohe energetische Aufwand für die Zerkleinerung des groben Substrates.The method mentioned in the patent US 2014/0306160 A1 and the device described in the form of a fixed bed fluidized bed are fired with fine substrate and should be heated with the aid of microwave plasma. Focus is on the separation of the substrate into a fine part and coarse fraction. The disadvantage of this invention is the technical complexity and the high energy costs for the comminution of the coarse substrate.

Das in dem Patent US 2009 / 0000938 - A1 beschriebene und angeführte Verfahren und der Vorrichtung beschriebene thermochemische Vergasungsverfahren basiert auf der Mikrowellenaufheizung und ist in Form eines großen rotierenden Tellers ausgeführt, auf dessen Seite die Mikrowellenenergie auf das vorbeibewegte Substrat einwirken kann. Hier wird kein Plasma eingebracht, das mit dem Substrat reagieren kann, sondern es wird Mikrowellenenergie mit dem Substrat in Kontakt gebracht.The thermochemical gasification process described and cited in patent US2009 / 0000938-A1 and described is based on microwave heating and is in the form of a large rotating dish on the side of which the microwave energy can act on the passing substrate. Here, no plasma is introduced which can react with the substrate, but microwave energy is brought into contact with the substrate.

Das in dem Patent MX2007008317A beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung weist einen sehr schlanken Reaktor auf, auf dessen Länge eine Abfolge von Mikrowellen Wellenleiter angebracht sind. Dieses Patent basiert auf Mikrowellenenergie die mit dem Substrat in Kontakt kommt, jedoch exietiert keine Durchmischung. Die Durchstrahlungstiefe von Mikrowellen sind stark vom Substrat abhängig und die Wahrscheinlichkeit, dass ein grosserb teil des Substrates nicht aufgeheizt und thermochmisch umgewandelt wird ist sehr hoch.The method described in the patent MX2007008317A and the apparatus described comprises a very slender reactor, on the length of which a sequence of microwave waveguides are mounted. This patent is based on microwave energy coming into contact with the substrate, but does not exterminate mixing. The irradiation depth of microwaves are strongly dependent on the substrate and the probability that a large part of the substrate is not heated and thermochromically converted is very high.

Die Aufgabe besteht nun darin, den Wärmeeintrag so zu verändern, dass der Wärmeeintrag mit einem zugeführten sehr reaktiven Medium erfolgt, sodass neben der Vergasung auch die Betriebsweise der Pyrolyse, je nach Wahl des reaktiven Mediums, möglich ist, zudem soll auch ein Gasgemisch und oder ein Dampfgemisch in die Reaktionszone eingebracht werden können, sodass die Gaszusammensetzung des ausgesaugten Rohgases verändert werden kann, und es soll bei einem Schachtreaktor die Betriebsweise nach dem Gleichstromprinzip oder Gegenstromprinzip möglich sein. Die Aufgabe besteht somit auch darin, dass die Schachtbauweise des Reaktors erhalten bleibt.The task now is to change the heat input so that the heat input takes place with a supplied very reactive medium, so that in addition to the gasification and the operation of the pyrolysis, depending on the choice of reactive medium, is possible, also a gas mixture and or a vapor mixture can be introduced into the reaction zone, so that the gas composition of the extracted raw gas can be changed, and it should be possible in a shaft reactor, the operation according to the DC principle or countercurrent principle. The task is therefore also that the shaft construction of the reactor is maintained.

Die Erfindung löst die Aufgabe damit, dass der Reaktor in Schachtbauweise gebaut wird. Unter Schachtbauweise versteht man erfindungsgemäß, dass es sich um einen stehenden Zylinder handelt, auf dessen Kopf das biogene Substrat, über eine Doppelschleuse eingebracht wird. Die Doppelschleuse hat den Vorteil, der Trennung zwischen Reaktor und biogene Substratförderung. Zudem wird die Doppelschleuse mit C02 inertisiert und stellt somit eine Trennung des Brandabschnittes dar. Die Doppelschleuse ermöglicht zudem die gesteuerte und geregelte und kontrollierte Einbringung des biogenen Substrates in den Reaktor.The invention solves the problem with the fact that the reactor is built in manhole construction. Under shaft construction is understood according to the invention that it is a vertical cylinder, on the head of the biogenic substrate, is introduced via a double lock. The double lock has the advantage of separation between the reactor and biogenic substrate promotion. In addition, the double lock is rendered inert with CO 2 and thus represents a separation of the fire section. The double lock also allows the controlled and controlled and controlled introduction of the biogenic substrate into the reactor.

Die Schachtbauweise ist erfindungsgemäß zudem charakterisiert, dass es einen Kohle und Aschebehälter am Boden des Reaktors gibt. Der Boden des Reaktors ist kegelförmig ausgebildet, und besitzt einen Gleichrichter, der den Austrag des Kohle und Aschegemisches mit einer gasdichten Schnecke ermöglicht.The shaft construction is also characterized according to the invention that there is a coal and ash container at the bottom of the reactor. The bottom of the reactor is cone-shaped, and has a rectifier that allows the discharge of the coal and ash mixture with a gas-tight screw.

Erfindungsgemäß wird der Austrag des Rohgases, das aus dem Reaktor abgesaugt wird, im Bereich des Reaktorunterteiles angeordnet, dann wird damit eine Gleichstrombetriebsweise ermöglicht.According to the invention, the discharge of the raw gas, which is sucked out of the reactor, is arranged in the region of the reactor lower part, then a direct current operation is thus made possible.

Erfindungsgemäß wird der Austrag des Rohgases, das aus dem Reaktor abgesaugt wird, am Kopf des Reaktors angeordnet, dann wird damit die Gegenstrombetriebsweise ermöglicht.According to the invention, the discharge of the raw gas which is sucked out of the reactor is arranged at the top of the reactor, then the countercurrent operation is made possible.

Der Schachtreaktor zeichnet sich zudem aus durch die Verwendung eines Zyklones, der das Rohgas von den Kohle und Aschepartikel reinigt und die abgeschiedene Kohle und Aschepartikel mit einer gasdichteten Rückführschnecke in den Reaktorboden rückgeführt wird.The shaft reactor is also characterized by the use of a cyclone, which cleans the raw gas from the coal and ash particles, and returns the separated coal and ash particles to the reactor bottom with a gas-sealed recycle screw.

Um die Flexibilität in der thermochemischen Umwandlung der Vergasung und der Pyrolyse zu verbessern und zu erhöhen, wird im Schachtreaktor eine Struktur(19) mit Düsenringen (20,21) verwendet. Dieser Düsenring (20,21) hat die Funktion und Möglichkeit ein Gasgemisch und Dampfgemisch in die Reaktionszone einzubringen. Zudem kann teilweise die im abgesaugten Rohgas (7) enthaltene latente Wärme auf das Gas und Dampfgemisch übertragen werden. Dazu werden Gasvorwärmer und Dampfvorwärmer (15,16,17) verwendet und eingesetzt.In order to improve and increase the flexibility in the thermochemical conversion of gasification and pyrolysis, a structure (19) with nozzle rings (20,21) is used in the shaft reactor. This nozzle ring (20,21) has the function and ability to introduce a gas mixture and vapor mixture in the reaction zone. In addition, some of the latent heat contained in the extracted raw gas (7) can be transferred to the gas and vapor mixture. Gas preheaters and steam preheaters (15,16,17) are used and used for this purpose.

Um kostengünstig und in einfacher Weise Niedertemperaturplasma zu erzeugen, wird das bekannte Verfahren der Mikrowellen angewendet. Die Technologie der Mikrowellen ist bekannt. Unter Mikrowellen versteht man elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz im Bereich von 500 MHz bis 100 GHz. In der technischen Praxis haben sich zwei Frequenzen bewährt, die Frequenz von 900 MHz und 2,45 GHz. Mikrowellen werden mit einem Magnetron erzeugt, wobei elektrische Energie über das magnetron in elektronmagnetische Schwingungen umgewandelt wird. Der Umwandlungswirkungsgrad beträgt bei der Frequenz von 900 MHz 85% und bei 2,45 GHz 85% ist also sehr hoch. Zudem wird neben dem Magnetron auch ein Modulator verwendet, der es ermöglicht die Schwingungsfrequenz und die Leistung abzustimmen, sowie die Wellenleiter die die elektromagnetische Wellen verteilen und leiten. Diese Wellenleiter sind in der Regel wie der Modulator mit Wasser gekühlt, um eine thermische Überlastung zu vermeiden.In order to produce low-temperature plasma in a cost-effective and simple manner, the known method of microwaves is used. The technology of microwaves is known. Microwaves are electromagnetic waves having a frequency in the range of 500 MHz to 100 GHz. In technical practice, two frequencies have proven themselves, the frequency of 900 MHz and 2.45 GHz. Microwaves are generated with a magnetron, whereby electrical energy is converted via the magnetron into electron-magnetic oscillations. The conversion efficiency at the frequency of 900 MHz is 85% and at 2.45 GHz 85% is therefore very high. In addition to the magnetron also a modulator is used, which makes it possible to tune the vibration frequency and power, as well as the waveguides which distribute and direct the electromagnetic waves. These waveguides are usually cooled as the modulator with water to avoid thermal overload.

Im weiteren Abschnitt werden Kenndaten und Parameter der Mikrowellentechnologie dargestellt: Verlustleistung, Dämpfung, Eindringtiefe, Wärmeleistung, Aufheizgeschwindigkeit, Frequenzen und Wellenlängen.The following section describes the characteristics and parameters of microwave technology: power loss, attenuation, penetration depth, heat output, heating rate, frequencies and wavelengths.

Die Verlustleistung Pver kann wie folgt qualitativ beschrieben werden:The power loss Pver can be qualitatively described as follows:

Pver = 27ϋίΕ2ε0ε’ tan(6) [kW]Pver = 27ϋίΕ2ε0ε'tan (6) [kW]

Pver=[W/m3] (Verlustleistung) f = [hz] (Mikrowellenfrequenz) E = [V/m] ( Elektrische Feld ) ε0= 8,845 10(12) (Dielektrizitätskonstante)Pver = [W / m3] (power dissipation) f = [hz] (microwave frequency) E = [V / m] (electric field) ε0 = 8.845 10 (12) (dielectric constant)

Die Dämpfung beschreibt das Maß der absorbierten eingebrachten EnergieAttenuation describes the amount of absorbed energy absorbed

[1/m] λ0=θο/ί [m] (Wellenlänge)[1 / m] λ0 = θο / ί [m] (wavelength)

Die Eindringtiefe beschreibt in Abhängigkeit der Dämpfung die Eindringtiefe der eingebrachten EnergieThe penetration depth describes the penetration depth of the introduced energy as a function of the damping

[m][M]

Die Aufheizgeschwindigkeit beschreibt das zeitliche und dynamische Verhalten des Energieeintrages in dem Medium:The heating rate describes the temporal and dynamic behavior of the energy input in the medium:

[°/sec][kJ/sec][° / sec] [kJ / sec]

Unter Mikrowellen versteht man folgende Frequenz und Wellenlängen und deren Zusammenhang:Microwaves are the following frequencies and wavelengths and their relationship:

In der Praxis hat sich die Frequenz von 2450 Mhz durchgesetzt und ist in Form von entsprechenden Mikrowellengeneratoren erhältlich. Die obigen Darstellungen und Erläuterungen sind vereinfachte qualitative Überlegungen, die aber in klarer Form zeigen, dass Mikrowellen zur Erzeugung von Plasma aus Gasen und Dämpfen geeignet sind, und zudem den Vorteil haben, dass es sich um ein Niedertemperaturplasma handelt. Unter Niedertemperatur versteht man Plasmatemperaturen von 200°C bis 400°C als latente thermisch Temperatur des Plasma, wobei die Elektronentemperatur Te ~ 2000°K bis 8000°K beträgt. Die Elektronentemperatur bestimmt die chemische Reaktivität des Plasma. Das macht diese Technologie technisch interessant.In practice, the frequency of 2450 MHz has prevailed and is available in the form of corresponding microwave generators. The above representations and explanations are simplified qualitative considerations, but clearly show that microwaves are suitable for generating plasma from gases and vapors, and also have the advantage of being a low temperature plasma. By low temperature is meant plasma temperatures of 200 ° C to 400 ° C as a latent thermal temperature of the plasma, wherein the electron temperature Te ~ 2000 ° K to 8000 ° K. The electron temperature determines the chemical reactivity of the plasma. That makes this technology technically interesting.

Die Anwendung von Mikrowellen bei Gasen und Dämpfen weist folgende Eigenschaften auf: die Verlustleistung Pver ~ «1, die Dämpfung α ~ « 1, die Durchdringtiefe s ~ » 1, die Aufheizgeschwindigkeit dQ/dt ~ » 1. Um einen hohen Umsetzungsgrad der elektromagnetischen Energie in ein Niedertemperaturplasma zu erreichen ist eine Überlagerung der elektromagnetischen Wellen (40) vorzusehen.The use of microwaves in gases and vapors has the following properties: the power loss Pver ~ «1, the attenuation α ~« 1, the penetration depth s ~ »1, the heating rate dQ / dt ~» 1. For a high degree of conversion of the electromagnetic energy in a low-temperature plasma to achieve a superposition of the electromagnetic waves (40) is provided.

Der Plasmagenerator besteht aus einem Mikrowellengenerator (39), mit nachgeschalteten lsolator(38), einem Modulator(37), sowie einem Mikrowellenrohr(35), das dazu dient die Leistung zu leiten und zu verdichten, und um so ein Plasmazustand erzeugen zu können. Das Mikrowellenrohr ist so ausgeformt, dass eine Verdichtung der Strahlungsenergie zu einer höheren Intensität erfolgt. Um die Einstellung der Verdichtung technisch zu ermöglichen und zu erreichen, wird am Ende des Wellenrohres ein beweglicher Kolben (40) verwendet, der dazu dient, die reflektierten Wellen so zu reflektieren, dass eine Überlagerung und damit eine Verstärkung erfolgt und nicht eine vollständige oder teilweise Auslöschung.The plasma generator consists of a microwave generator (39), with a downstream isolator (38), a modulator (37), and a microwave tube (35), which serves to conduct and compress the power, and so as to produce a plasma state. The microwave tube is shaped to densify the radiation energy to a higher intensity. In order to technically enable and to achieve the setting of the compression, a movable piston (40) is used at the end of the shaft tube, which serves to reflect the reflected waves in such a way that an overlapping and thus a reinforcement takes place and not a complete or partial one extinction.

Mikrowellen sind geeignet in einem Gas oder Dampf einen Plasmazustand zu erzeugen. Unter Plasma versteht man ein Fluid das aus Jonen, Atomen, Radikalen, Molekülen und frei beweglichen Elektronen besteht. Dieses Fluid ist bedingt durch die frei beweglichen Elektronen, Jonen und Radikale in einem metastabilen Zustand und sehr reaktiv. Durch die begrenzt eingebrachte Energie erreicht das Gas im Plasmazustand eine Temperatur von 200°C bis 400°C.Microwaves are suitable for generating a plasma state in a gas or vapor. Plasma is a fluid that consists of ions, atoms, radicals, molecules and freely mobile electrons. This fluid is in a metastable state and very reactive due to the free-moving electrons, ions and radicals. Due to the limited introduced energy, the gas reaches a temperature of 200 ° C to 400 ° C in the plasma state.

Um nun eine thermisch reaktive Zone im Reaktor zu schaffen muss ein reaktives thermisch aufgeheiztes Plasma als Fluid in den Reaktor(4) eingebracht werden. Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem Wasserdampfplasma oder Kohlendioxidplasma erzeugt wird. Wasserdampfplasma besteht aus H2,02,H20, H+,0',0H" und freie bewegliche Elektronen e\ Das Kohlendioxidplasma besteht aus C0,C,C02, 0' und freie bewegliche Elektronen e\ Die Erfindung beschränkt sich auf die Anwendung und den Einsatz von Wasserdampfplasma und Kohlendioxidplasma.In order to create a thermally reactive zone in the reactor, a reactive thermally heated plasma must be introduced as fluid into the reactor (4). This is inventively achieved by water vapor plasma or carbon dioxide plasma is generated. Water vapor plasma consists of H2,02, H20, H +, 0 ', 0H "and free mobile electrons. The carbon dioxide plasma consists of C0, C, C02, 0' and free mobile electrons. The invention is limited to application and use of steam plasma and carbon dioxide plasma.

Die Leistung der Mikrowellengeneratoren wird nach der benötigten Wirkungstiefe im Reaktorquerschnitt bemessen, um so eine Wirkung des eingedüsten Plasmastrahles bis zur Reaktormitte zu erreichen und mit dem benötigten Massenstrom an reaktivem Plasma die Erzeugung der benötigten Wärme in Reaktionszone im Reaktor zu erzeugen. Mit den Plasmaleitern und den Einstrahlrohren verteilt am Umfang des Schachtreaktors ist die Wärmezone und Reaktionszone im Schachtreaktor lagemäßig definiert. Die Steuerung der Plasmageneratoren umfasst die elektrische Energieversorgung, die zugehörigen elektrischen Gleichrichter für den benötigten Gleichstrom und die zugeführte elektrische Leistung in Form der Stromstärke.The power of the microwave generators is dimensioned according to the required depth of effect in the reactor cross-section, so as to achieve an effect of the injected plasma jet to the reactor center and to generate the required heat in reaction zone in the reactor with the required mass flow of reactive plasma. Distributed with the plasma ladders and the inlet pipes at the circumference of the shaft reactor, the heat zone and reaction zone in the shaft reactor is defined in terms of location. The control of the plasma generator includes the electrical power supply, the associated electrical rectifier for the required DC and the supplied electrical power in the form of the current.

Eine Möglichkeit ist erfindungsgegmäß das Eindüsen von Wasserdampfplasma in der Schachtreaktor(4) . Wasserdampfplasma besteht aus H2, 02, H+, 0’, OH' und H20 das dem Reaktor in der reaktiven Zone zugeführt wird. Besonders reaktionsfreundig sind die H+, O , und OH' Jonen, die mit der Biomasse reagieren. Zudem wird 02 zugeführt der ebenfalls mit dem Kohlenstoff der Biomasse reagiert und C02 und CO erzeugt. In der Regel besitzt das Rohgas aus der thermochemischen Vergasung mit Luft eine Zusammensetzung von CO~ 23% und H2~ 20%, C02~12% Rest N2. Man sieht also, dass das Molare Verhältnis CO:H2 von 1:1 nicht erreicht wird. Durch das Wasserdampfplasma wird nun H2 zugeführt, sodass eine folgende Zusammensetzung möglich ist: CO~ 40% und H2~ 40%, CO2~20%, also ein molares Verhältnis von 1:1 erreicht werden kann.One possibility is erfindungsgegmäß the injection of water vapor plasma in the shaft reactor (4). Steam plasma consists of H2, O2, H +, O ', OH' and H2O which is supplied to the reactor in the reactive zone. Especially reaction-friendly are the H +, O, and OH 'ions, which react with the biomass. In addition, 02 is supplied which also reacts with the carbon of the biomass and produces CO 2 and CO. As a rule, the raw gas from the thermochemical gasification with air has a composition of CO ~ 23% and H2 ~ 20%, CO 2 ~ 12% balance N2. It can thus be seen that the molar ratio CO: H2 of 1: 1 is not reached. The water vapor plasma now supplies H2, so that a following composition is possible: CO ~ 40% and H2 ~ 40%, CO2 ~ 20%, ie a molar ratio of 1: 1 can be achieved.

Ein weiterer Erfindungsgemäßer Vorteil ist der Umstand, dass mit dem Wasserdampfplasma kein Stickstoff (N2) zugeführt wird. Damit wird der störende Stickstoffanteil aus der Luftzuführung vermieden.Another advantage of the invention is the fact that no nitrogen (N2) is supplied with the steam plasma. This avoids the disturbing nitrogen content from the air supply.

Es verbleibt nur mehr der Stickstoffanteil (N2) aus der zugeführten Biomasse, der bei fester biogenen Stoffen in der Regel sehr gering ist.It remains only the nitrogen content (N2) from the supplied biomass, which is usually very low for solid biogenic substances.

Das Wasserdampfplasma erzeugt mit Mikrowellen, ist ein Niedertemperaturplasma, das mit einer Temperatur von 200°C bis maximal 400°C erzeugt wird, und in den Schachtreaktor eingedüst wird. Die niedrige Temperatur ist von Vorteil, weil damit die Verflüssigung der Biomasse in Form von Schlacke vermieden wird, und so eine thermochemische Vergasung möglich ist, die neben dem Schwachgas aus Kohle erzeugt. Die Temperatur in der reaktiven Zone, in der das Plasma eingedüst wird, hat eine Temperatur von T ~ 1000°C bis 1200°C und entsteht aus der Reaktion der Sauerstoffradikale und des Sauerstoffes mit der Biomasse.The water vapor plasma generated with microwaves, is a low-temperature plasma, which is produced at a temperature of 200 ° C to a maximum of 400 ° C, and is injected into the shaft reactor. The low temperature is advantageous because it avoids the liquefaction of the biomass in the form of slag, thus allowing for thermochemical gasification which produces coal in addition to the lean gas. The temperature in the reactive zone, in which the plasma is injected, has a temperature of T ~ 1000 ° C to 1200 ° C and arises from the reaction of the oxygen radicals and the oxygen with the biomass.

Durch das mit Mikrowellen erzeugte Wasserdampfplasma kann erfindungsgemäß im Querschnitt des Reaktors die Erwärmung und die Temperaturen in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1200°C erreicht werden. Die entsprechend hohen Temperaturen werden durch die chemischen Reaktionen vom eingedüsten Plasma in der reaktiven Zone im Schachtreaktor mit der eingebrachten Biomasse erreicht werden.By means of the water vapor plasma generated by means of microwaves, the heating and the temperatures in a temperature range from 800 ° C. to 1200 ° C. can be achieved according to the invention in the cross section of the reactor. The correspondingly high temperatures are achieved by the chemical reactions of the injected plasma in the reactive zone in the shaft reactor with the introduced biomass.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit ist das Eindüsen von Kohlendioxidplasma. Kohlendioxidplasma besteht aus CO, 02, C, 0', und e- das dem Reaktor zugeführt wird. Besonders reaktionsfreundig sind die C, 0' Jonen, die mit der Biomasse reagieren. Zudem wird 02 zugeführt der ebenfalls mit dem Kohlenstoff der Biomasse reagiert und C02 und CO erzeugt. In der Regel besitzt das Rohgas aus der thermochemischen Vergasung mit Luft eine Zusammensetzung von C0~ 23% und H2~ 20%, C02~12% Rest N2. Man sieht also, dass das Molare Verhältnis CO:H2 von 1:1 nicht erreicht wird. Durch das Kohlendioxidplasma wird nun Koh!enstoff(C ), Kohlenmonoxid(CO) zugeführt, sodass das Ungleichgewicht in der molaren Verteilung von CO und H2 noch verstärkt wird.Another possibility according to the invention is the injection of carbon dioxide plasma. Carbon dioxide plasma consists of CO, 02, C, 0 ', and e- which is fed to the reactor. Especially reactive are the C, 0 'ions, which react with the biomass. In addition, 02 is supplied which also reacts with the carbon of the biomass and produces CO 2 and CO. As a rule, the crude gas from the thermochemical gasification with air has a composition of C0 ~ 23% and H2 ~ 20%, C02 ~ 12% balance N2. It can thus be seen that the molar ratio CO: H2 of 1: 1 is not reached. The carbon dioxide plasma now supplies carbon monoxide (C), carbon monoxide (CO), further enhancing the imbalance in the molar distribution of CO and H2.

Um die Wirkung und den Einsatz des durch Mikrowellen erzeugten Plasmas zu verbessern und auch die chemischen Reaktionen in der thermisch reaktiven Zone zu regeln und zu steuern wird erfindungsgemäß zudem ein Düsenring im Zusammenwirken mit der reaktiven Zone im Reaktorschacht verwendet. Über den Düsenring werden verschiedene Gas und Dämpfe der thermisch aktiven Reaktionszone zugeführt. Die Gas und Dämpfe werden mit Hilfe der Vorwärmer thermisch erwärmt und so ein Teil der im Rohgas enthaltenen latenten Wärme in den Reaktor in die reaktive Zone rückgeführt. Das erhöht erfindungsgemäß den Umsetzungswirkungsgrad in der reaktiven Zone bei der thermochemischen Umwandlung der biogenen Stoffe erheblich.In order to improve the effect and the use of the plasma generated by microwaves and also to regulate and control the chemical reactions in the thermally reactive zone, a nozzle ring is additionally used according to the invention in cooperation with the reactive zone in the reactor shaft. Various gas and vapors are fed to the thermally active reaction zone via the nozzle ring. The gas and vapors are thermally heated by means of the preheater and so a portion of the latent heat contained in the raw gas is returned to the reactor in the reactive zone. This considerably increases the conversion efficiency in the reactive zone during the thermochemical conversion of the biogenic substances.

Die bisherigen beschriebenen Komponenten der Anlage betreffen die erfindungsgemäße Vorrichtung des Schachtreaktors.The components of the system described so far relate to the device according to the invention of the shaft reactor.

Durch Mikrowellen erzeugtes Plasma ist eine Oxidationszone durch Verbrennung von biogenen Stoffen mit Luftsauerstoff nicht notwendig. Um die thermochemische Umwandlung der biogenen Stoffe zu verbessern und die Erzeugung von besseren Gasqualitäten und die Gaszusammensetzung beeinflussen zu können werden zusätzliche Gase und überhitzte Dämpfe in die thermisch reaktive Wärmezone eingebracht. Damit wird auf die chemischen Reaktionen und auf das damit verbundene Verfahren technisch Einfluss genommen.Microwave generated plasma does not require an oxidation zone by combustion of biogenic substances with atmospheric oxygen. In order to improve the thermochemical conversion of the biogenic substances and to influence the generation of better gas qualities and the gas composition, additional gases and superheated vapors are introduced into the thermally reactive heat zone. This has a technical influence on the chemical reactions and the associated process.

Eine Möglichkeit ist das Eindüsen von gasförmig überhitztem Kohlendioxid über die Struktur der Düsenringe (19) vor der reaktiven Plasmazone. Durch das eingedüste reaktive Plasma können in der reaktiven Zone im Querschnitt des Reaktors durch die chemischen Reaktionen von Plasma mit Biomasse Temperaturen in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1200°C erreicht werden. Damit kann die Reaktion von Kohlenstoff mit Kohlendioxid zu Generatorgas (Kohlenmonoxid(CO)) unterstützt werden. Dabei handelt es sich um ein sehr langsame und endotherme Reaktion, was eine lange Verweilzeit des Kohlenstoffes in der reaktiven Zone bedingt.One possibility is the injection of gaseously superheated carbon dioxide over the structure of the nozzle rings (19) in front of the reactive plasma zone. By the injected reactive plasma temperatures in a temperature range of 800 ° C to 1200 ° C can be achieved in the reactive zone in the cross section of the reactor by the chemical reactions of plasma with biomass. Thus, the reaction of carbon with carbon dioxide to generator gas (carbon monoxide (CO)) can be supported. This is a very slow and endothermic reaction, which causes a long residence time of the carbon in the reactive zone.

Durch die Schachtbauweise kann eine lange Verweilzeit des biogenen Substrates(l) im Reaktor(4) erreicht werden. Die Absenkgeschwindigkeit hängt von der Gaserzeugung und dem Massendurchsatz des biognenen Substrates ab.By the shaft construction, a long residence time of the biogenic substrate (l) in the reactor (4) can be achieved. The lowering rate depends on the gas production and the mass flow rate of the biognene substrate.

Μ = pcA[kg / sec]Μ = pcA [kg / sec]

Bei einem durchschnittlichen exemplarischen Substratverbrauch von M ~ 350 kg/h und einer Dichte von ~ 275 kg/m3 und einem Reaktordurchmesser D~ 1m ergeben sich folgende Senkgeschwindigkeiten c~ 1,2 m/h. Die reaktive Zone ist mit eine h~ 0,5 m gegeben, das ergibt eine mittler Verweildauer von t ~ 0,5 h. Die nutzbare Schachthöhe des Reraktors ist mit h~ 4m gegeben, sodass eine Verweildauer von t ~ 4 h für einen vollständigen Durchlauf gegeben ist. Damit zeigt sich der Vorteil der Schachtbauweise: man kann eine lange Verzweilzeit des Substrates im Reaktor erreichen, was für die Diffusionsgeschwindigkeit von Bedeutung ist, denn so können auch langsamere chemische Prozesse stattfinden und ein guter Umsetzungswirkungsgrad erreicht werden. Der Nachteil ist, dass nicht beliebig viel Substratmasse umgesetzt werden kann, wenn man mit dem Verfahren der Schnellentgasung bei einem Doppelschneckenreaktor wo eine Verweilzeit von durchschnittlich 30 Sekunden bis 60 Sekunden gegeben ist, vergleicht. Die Schnellentgasung im Doppelschneckenreaktor setzt in der Regel 2t/h bis 5t/h an biogenen Substrat um.With an average exemplary substrate consumption of M ~ 350 kg / h and a density of ~ 275 kg / m3 and a reactor diameter D ~ 1m, the following sinking speeds c ~ 1.2 m / h result. The reactive zone is given with h ~ 0.5 m, which gives an average residence time of t ~ 0.5 h. The usable shaft height of the Reraktors is given with h ~ 4m, so that a residence time of t ~ 4 h is given for a complete run. This shows the advantage of the shaft construction: one can achieve a long residence time of the substrate in the reactor, which is of importance for the diffusion rate, as it can also take place slower chemical processes and a good conversion efficiency can be achieved. The disadvantage is that it can not be implemented as much substrate mass when compared with the process of rapid degassing in a twin-screw reactor where a residence time of an average of 30 seconds to 60 seconds is given. The rapid degassing in the twin-screw reactor usually converts 2t / h to 5t / h of biogenic substrate.

Durch die lange Verweilzeit des biogenen Substrates im Schachtreaktor, werden langsame chemische Reaktionen ( Bouduard Reaktion), wie die Bildung von Kohlenmonoxid(CO) unterstützt. C + C02 -» 2CO (Boudouard)Due to the long residence time of the biogenic substrate in the shaft reactor, slow chemical reactions (Bouduard reaction), such as the formation of carbon monoxide (CO) are supported. C + C02 - »2CO (Boudouard)

Unterstützt wird die Bildung von Kohlenmonoxid(CO) erfindungsgemäß zusätzlich durch den Unterdrück im Reaktor, da das Gas aus dem Reaktor herausgesaugt wird. Dieser Unterdrück in der Größenordnung von 50 mbar bis 100 mbar unter dem Umgebungsdruck hat nicht nur einen verfahrenstechnischen Vorteil, sondern auch einen betrieblichen Vorteil. Durch das Heraussaugen nimmt man Einfluss auf die volumetrische Umsatzleistung. Der betriebliche Vorteil liegt im höheren Schutz der Anlage. Durch den Unterdrück wird bei Leckagen Luft aus der Umgebung eingesaugt, und es tritt kein Gas an die Umgebung aus. Die Bauweise des Reaktors mit seinen Komponenten verlangt daher eine gasdichte Bauweise.The formation of carbon monoxide (CO) is additionally supported according to the invention by the suppression in the reactor, since the gas is sucked out of the reactor. This suppression in the order of 50 mbar to 100 mbar below the ambient pressure not only has a procedural advantage, but also an operational advantage. By sucking out one takes influence on the volumetric conversion achievement. The operational advantage lies in the higher protection of the plant. Due to the negative pressure, air is sucked in from the environment during leaks and no gas escapes to the environment. The construction of the reactor with its components therefore requires a gas-tight construction.

Eine andere Möglichkeit ist die Eindüsung von überhitztem Wasserdampf über den Düsenring(19) . Damit kann die Reaktion von Kohlenstoff(C) mit Wasserdampf(H20) zu Wasseryas(CO,H2,C02) unterstützt werden. Damit kann bei Verwendung eines Kohlendioxidplasmas das Ungleichgewicht in der molaren Verteilung von CO zu H2 ausgeglichen werden und so erfindungsgemäß ein molares Verhältnis von CO : H2 in der Größenordnung von 1 :1 erreicht werden. C + H20 -» CO + H2 C + 2H20 C02 + 2H2Another possibility is the injection of superheated steam over the nozzle ring (19). Thus, the reaction of carbon (C) with water vapor (H20) to Wasseryas (CO, H2, C02) can be supported. In this way, when using a carbon dioxide plasma, the imbalance in the molar distribution of CO to H2 can be compensated for and, according to the invention, a molar ratio of CO: H2 in the order of magnitude of 1: 1 can be achieved. C + H 2 O - »CO + H 2 C + 2H 2 CO 2 + 2H 2

Auch bei dem Einsatz von Wasserdampfplasma erweist sich der Unterdrück im Reaktor als Vorteil, weil auf diese Weise das Rohgas zusammen mit dem Wasserdampf durch ein Kohlebett gesaugt werden kann und in der Folge der reaktive Kohlenstoff mit dem Wasserdampf zu Kohlendioxid(C02) und Wasserstoff(H2) reagieren kann.Even with the use of steam plasma, the suppression in the reactor proves to be an advantage, because in this way the raw gas can be sucked together with the water vapor through a coal bed and subsequently the reactive carbon with the water vapor to carbon dioxide (C02) and hydrogen (H2 ) can react.

Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist neben der bekannten Anwendung als Biomasse - KWK(Kraft Wärme Kopplung) Anlage, zur Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme auch die Anwendung in der Erzeugung von flüssigen Treibstoffen wie Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE). Dabei wird das Verfahren der direkten Synthese verwendet, was voraussetzt, dass das Verhältnis von Kohlenmonoxid(CO) zu Wasserstoff(H2) einen molaren Verhältniswert von 1 : 1 aufweist, wie in der Erfindung dargestellt. Durch das hier vorgestellte Verfahren ist der Stickstoffanteil im Schwachgas gewonnen aus der thermochemischen Umwandlung vom gewonnenen Rohgas nur auf den Stickstoffanteil im biogenen Substrat beschränkt. Durch die Zuführung von externen Gasen und Dämpfen, erfindungsgemäß von Kohlendioxid und Wasserdampf, kann in Abhängigkeit von den zugeführten Substraten, und der zugeführten Mengen an Plasma, der Konzentrationsanteil von Kohlenmonoxid(CO) zu Wasserstoff(H2) auf das gewünschte molare Verhältnis von 1 :1 ausgeregelt werden kann.An application of the device according to the invention and the method according to the invention is, in addition to the known application as biomass cogeneration plant, for the production of electrical energy and heat and the application in the production of liquid fuels such as dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE ). The method of direct synthesis is used, which requires that the ratio of carbon monoxide (CO) to hydrogen (H2) has a molar ratio of 1: 1, as shown in the invention. By the method presented here, the nitrogen content in the lean gas obtained from the thermochemical conversion of the raw gas obtained is limited only to the nitrogen content in the biogenic substrate. By supplying external gases and vapors, according to the invention of carbon dioxide and water vapor, depending on the supplied substrates, and the amounts of plasma supplied, the concentration ratio of carbon monoxide (CO) to hydrogen (H2) to the desired molar ratio of 1: 1 can be corrected.

Die Anwendung dieser Erfindung in der einfachsten Form ist die Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme bekannt als KWK (Kraft Wärme Kopplung) Anlage. Der Leistungsbereich ist üblicherweise im erneuerbaren dezentralen Anwendungen auf einen Bereich von 50 kW eie bis 500 kW eie beschränkt.The application of this invention in its simplest form is the generation of electrical energy and heat known as cogeneration (cogeneration) plant. The power range is usually limited in renewable decentralized applications to a range of 50 kW to 500 kW eie.

Aus der Anwendung von Biomasse ( oftmals nur das bekannte Waldhackgut) in den KWK Anlagen hat man die Erfahrung gemacht, dass der variable Wassergehalt, zu variabler Zusammensetzung des Rohgases bei den Komponenten Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) führt. Diese Erfindung ermöglicht es die durch unterschiedliche Zusammensetzung des biogenen Substrates bedingten Schwankungen aus zu regeln und einen hohen Heizwert des Rohgases zu erreichen. Eine weitere Anwendung dieser Erfindung ist die Verwertung von biogenen Stoffen, die von der bekannten Biomasse (Waldhackgut) abweichen. Durch die Erfindung wird es möglich gemacht, auch andere biogene Stoffe wie Maiskolben, Kerne, Schalen, Strauchgut, Gräser, Rinde, Gärreste von Biogasanlagen energetisch zu verwerten. Die Flexibilität der Anlage kann damit erhöht werden und es kann mit der Erfindung auch biogene Masse, verwertet werden, die auf Deponien und im Abfall gelandet sind. Damit kann der Druck auf die nachwachsenden Rohstoffe vermindert werden und die Verwertung von biogenen Abfallstoffen verbessert werden.From the application of biomass (often only the known wood chips) in the CHP plants, it has been found that the variable water content leads to variable composition of the raw gas in the components carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2). This invention makes it possible to regulate the variations caused by different composition of the biogenic substrate and to achieve a high calorific value of the raw gas. Another application of this invention is the utilization of biogenic substances that deviate from the known biomass (wood chips). The invention makes it possible to utilize other biogenic substances such as corncobs, kernels, shells, shrubs, grasses, bark, digestate of biogas plants energetically. The flexibility of the system can thus be increased and it can be recycled with the invention, and biogenic mass landed on landfills and in the waste. Thus, the pressure on the renewable raw materials can be reduced and the recovery of biogenic waste can be improved.

Eine wichtige erfindungsgemäße Eigenschaft ist der Umstand, dass es zu keiner Bildung von Schlacke in der reaktiven Zone im Schachtreaktor (4) kommt. Schlacke entsteht, wenn Temperaturen von mehr als 1600°C erreicht werden und die Karbonate ( Asche ) zu schmelzen beginnen. Durch die niedrigen Temperaturen von 800°C bis 1200°C bildet sich Kohlenstoff in Form von poröser Kohle, die für weitere chemische Reaktionen im Schachtreaktor (4) verwendet werden kann und der unverbrauchte Anteil aus dem Reaktor am Reaktorboden ausgetragen wird. Damit bleibt die thermochemische Umwandung von biogenen Stoffe mit Plasma ein einfach handhabbares, stabiles und robustes Verfahren. Die Anwendungen in der erneuerbaren Energie bleiben mit dieser Erfindung auch weiterhin in einem Bereich von 50 kW eie bis 500 kW eie möglich.An important feature of the invention is the fact that there is no formation of slag in the reactive zone in the shaft reactor (4). Slag is formed when temperatures of more than 1600 ° C are reached and the carbonates (ash) begin to melt. The low temperatures of 800 ° C to 1200 ° C, carbon forms in the form of porous coal, which can be used for further chemical reactions in the shaft reactor (4) and the unused portion is discharged from the reactor at the bottom of the reactor. Thus, the thermochemical conversion of biogenic substances with plasma remains an easy-to-handle, stable and robust process. The applications in renewable energy continue to be possible with this invention in a range of 50 kW eie to 500 kW eie.

Abbildungen Abbildung 1Figures Figure 1

Die Abbildung 1 zeigt den Vergasungsreaktor (4) in Schachtbauweise. Am Kopf des Reaktors befindet sich der Eintrag der biogenen Masse (1) über ein Doppelschleusensystem bestehend aus der Schleuse (2) und Schleuse (3), in der Praxis gebaut als redundantes Klappensystem, angetrieben hydraulisch, mit einer mechanischen Rückstellfeder abgesichert. In der Mitte des Schachtes befindet sich eine Düsenringstruktur (19) über den unterschiedliche Gas und Dämpfe (22,23) in den Reaktor (4) über die Düsenringe (20,21) eingebracht werden können. Nach dem Düsenring befindet sich die heiße Zone, in der die benötigte Wärme generiert wird und in den Reaktor eingebracht wird. Die Wärme wird durch reaktives Plasma, das mit der Biomasse reagiert, in der Oxidationszone ( = heiße Zone) erzeugt. Die Mikrowellen werden mit einem Magnetron (39) erzeugt. Die erzeugten Mikrowellen werden in dem Tunern (37) moduliert und über die Wellenleiter (35) und (34,35,36) in die Plasmazone (36) eingebracht und erzeugen das benötigte Plasma, das in den Reaktor eingeleitet wird. Um das Rohgas(5) aus dem Reaktor zu bekommen, wird das Rohgas (5) aus dem Reaktor gesaugt und über einen Zyklon (6) grob vorgereinigt (7). Die dabei abgeschiedene Kohle (8) wird über die gasdichte Kohleschnecke (10) angetrieben mit einem Motor(9) in den Kohlebereich des Schachtreaktors rückgeführt. Am Boden des Schachtreaktors wird der Kohlenstoff mit einem Verteiler (11) gleichverteilt. Das heiße grob gereinigte Rohgas (7) wird über den Wärmetauscher (15) geführt. Dieser Wärmetauscher (15) dient dazu, das Fluid (26) für das Plasma vorzuwärmen und den Plasmadüsen ( 24,25 ) zugeführt. Das Rohgas wird zu dem über die Wärmetauscher ( 16,17) geführt, über die dem Düsenring zugeführten Gase und Dämpfe erwärmt werden. Durch die Verwendung von zwei Wärmetauscher kann man zwei unterschiedliche Fluide ( 27,28) vorwärmen ( 22,23) und der Oxidationszone zuführen. Das abgekühlte Rohgas (29) wird für die weitere Gasaufbereitung zur Verfügung gestellt. Die im Zyklon (6) angeschiedene Kohle (8) wird über die Rückführschnecke (10) mit Antrieb (9) in den Reaktorboden rückgeführt. Der Reaktorboden hat einen Gleichrichter (11) der die Kohle der Austragschnecke (12) mit Antrieb (13) und gasdichter Armatur (14) zuführt.Figure 1 shows the gasification reactor (4) in manhole construction. At the top of the reactor is the entry of the biogenic mass (1) via a double lock system consisting of the lock (2) and lock (3), built in practice as a redundant flap system, driven hydraulically, secured with a mechanical return spring. In the middle of the shaft there is a nozzle ring structure (19) via which different gas and vapors (22, 23) can be introduced into the reactor (4) via the nozzle rings (20, 21). After the nozzle ring is the hot zone, in which the required heat is generated and introduced into the reactor. The heat is generated by reactive plasma that reacts with the biomass in the oxidation zone (= hot zone). The microwaves are generated with a magnetron (39). The generated microwaves are modulated in the tuner (37) and introduced via the waveguides (35) and (34,35,36) into the plasma zone (36) and produce the required plasma, which is introduced into the reactor. In order to get the raw gas (5) from the reactor, the crude gas (5) is sucked out of the reactor and coarsely prepurified via a cyclone (6) (7). The thereby deposited coal (8) is driven via the gas-tight coal screw (10) driven by a motor (9) in the coal region of the shaft reactor. At the bottom of the shaft reactor, the carbon is evenly distributed with a distributor (11). The hot roughly purified crude gas (7) is passed over the heat exchanger (15). This heat exchanger (15) serves to preheat the fluid (26) for the plasma and the plasma nozzles (24,25) supplied. The raw gas is passed to the via the heat exchangers (16,17), are heated by the nozzle ring supplied gases and vapors. By using two heat exchangers, two different fluids (27, 28) can be preheated (22, 23) and fed to the oxidation zone. The cooled crude gas (29) is made available for further gas treatment. The coal (8) separated in the cyclone (6) is returned to the reactor bottom via the return screw (10) with drive (9). The reactor bottom has a rectifier (11) which feeds the coal to the discharge screw (12) with drive (13) and gas-tight fitting (14).

Abbildung 2Figure 2

Die Abbildung 2 zeigt den Aufbau eines Plasmagenerators. Der Dampf oder das Gas (24) wird über das Regelventil (30) der Vorkammer (31) zugeführt. Das Kondensat wird über (32) abgeleitet. Das Gas oder der Dampf wird über einen Swirrler ( 33) der Düsenkammer (34) zugeführt. In dem Plasmarohr (36) wird das Plasma erzeugt. Als Erzeugung werden Mikrowellen verwendet, die im Mikrowellengenerator(39) erzeugt werden, danach folgt ein Isolator (38), dann ein Tuner ( Modulator ) (37) und dann das Mikrowellenrohr ( 36), an dessen Ende ein Kolben angebracht ist, der dazu dient, die Mikrowellen zu reflektieren, sodass eine Verstärkung erfolgt. Plasmarohr (36) und Mikrowellenrohr (35) sind wassergekühlt.Figure 2 shows the structure of a plasma generator. The steam or gas (24) is supplied via the control valve (30) of the prechamber (31). The condensate is discharged via (32). The gas or steam is supplied via a Swirrler (33) of the nozzle chamber (34). The plasma is generated in the plasma tube (36). Microwaves generated in the microwave generator (39) are used as a generator, followed by an isolator (38), then a tuner (37) and then the microwave tube (36), at the end of which a piston is attached serves to reflect the microwaves, so that a gain takes place. Plasma tube (36) and microwave tube (35) are water cooled.

Abbildung 3Figure 3

Die Abbildung 3 zeigt die am Umfang des Reaktors angebrachten Plasmarohre, die einen gleichmäßigen und symmetrischen Eintrag am Umfang ermöglicht. Was allen Anordnungen gleich ist, es werden maximal vier Zuleitungen für das Gas oder den Dampf verwendet.Figure 3 shows the plasma tubes attached to the circumference of the reactor, which allow a uniform and symmetrical entry on the circumference. As far as all arrangements are concerned, a maximum of four supply lines are used for the gas or the steam.

Abbildung 4Figure 4

Die Abbildung 4 zeigt die Struktur der Düsenringe, mit den am Umfang verteilten Düsen. Die Struktur (19) besteht in der gezeigten Bauform aus zwei Ringen ( 20,21) in die die Düsen ( 41,42) eingebracht sind. Der Düsenring (20) wird über die Leitung (22) versorgt, der Düsenring (21) über die Leitung (23).Figure 4 shows the structure of the nozzle rings, with the nozzles distributed around the circumference. The structure (19) consists in the shown construction of two rings (20,21) into which the nozzles (41,42) are introduced. The nozzle ring (20) is supplied via the line (22), the nozzle ring (21) via the line (23).

Abbildung 5Figure 5

Die Abbildung 5 zeigt die Steuerung des Massenstromes des Plasmafluides, und die Steuerung der Energiezuführung der Plasmaeinheiten. Das Ausgangsfluid wird im Tank (51) gelagert, und über die Pumpe (52) einem Verdampfer oder Vorwärmer (54) zugeführt. Das überschüssige Fluid wird in den Tank rückgeführt. Die Wärme für den Verdampfer (54) wird über (55) extern zugeführt. Der Druck nach der Pumpe wird mit (53) gemessen, die Temperatur nach dem Vorwärmer (54) mit (56) gemessen. Das vorgewärmte Gas oder der Sattdampf wird dem Überhitzer (15) zugeführt. Nach dem Überhitzer werden gemessen, Druck (57), Temperatur (58), Volumenstrom (59). Der überhitzte Dampf wird aufgeteilt (24,25,50,49) und den Regelventilen ( 44,46,30,48) zugeführt. Die Plasmaleitungen (36,43,45,47) bringen das Plasma in den Reaktor(4) ein. Die für die Mikrowellenerzeugung notwendige Energie wird in (64) zur Verfügung gestellt, und über die Gleichrichter (60,61,62,63) den Mikrowellengeneratoren zugeführt. Es wird die Leistung der zugeführten elektrischen Energie (65,66,67,68) gemessen.Figure 5 shows the control of the mass flow of the plasma fluid, and the control of the energy supply of the plasma units. The output fluid is stored in the tank (51), and fed via the pump (52) to an evaporator or preheater (54). The excess fluid is returned to the tank. The heat for the evaporator (54) is supplied externally via (55). The pressure after the pump is measured with (53), the temperature after the preheater (54) with (56) measured. The preheated gas or the saturated steam is supplied to the superheater (15). After the superheater are measured, pressure (57), temperature (58), flow (59). The superheated steam is divided (24,25,50,49) and fed to the control valves (44,46,30,48). The plasma lines (36, 43, 45, 47) introduce the plasma into the reactor (4). The energy required for microwave generation is provided in (64) and fed to the microwave generators via the rectifiers (60, 61, 62, 63). The power of the supplied electrical energy (65, 66, 67, 68) is measured.

Abbildung 6Figure 6

Die Abbildung 6 zeigt den Vergasungsreaktor (4) in Schachtbauweise. Am Kopf des Reaktors befindet sich der Eintrag der biogenen Masse (1) über ein Doppelschleusensystem bestehend aus der Schleuse (2) und Schleuse (3), in der Praxis gebaut als redundantes Klappensystem, angetrieben hydraulisch, mit einer mechanischen Rückstellfeder abgesichert. In der Mitte des Schachtes befindet sich eine Düsenringstruktur (19) über den unterschiedliche Gas und Dämpfe (22,23) in den Reaktor (4) über die Düsenringe (20,21) eingebracht werden können. Nach dem Düsenring befindet sich die heiße Zone, in der die benötigte Wärme generiert wird und in den Reaktor eingebracht wird. Die Wärme wird durch reaktives Plasma, das mit der Biomasse reagiert, in der Oxidationszone ( = heiße Zone) erzeugt. Die Mikrowellen werden mit einem Magnetron (39) erzeugt. Die erzeugten Mikrowellen werden in dem Tunern (37) moduliert und über die Wellenleiter (35) und (34,35,36) in die Plasmazone (36) eingebracht und erzeugen das benötigte Plasma, das in den Reaktor eingeleitet wird. Um das Rohgas(5) aus dem Reaktor zu bekommen, wird das Rohgas (5) aus dem Reaktor gesaugt und über einen Zyklon (6) grob vorgereinigt (7). Die dabei abgeschiedene Kohle (8) wird über die gasdichte Kohleschnecke (10) angetrieben mit einem Motor(9) in den Kohlebereich des Schachtreaktors(4) rückgeführt. Am Boden des Schachtreaktors wird der Kohlenstoff mit einem Verteiler (11) gleichverteilt. Das heiße grob gereinigte Rohgas (7) wird über den Wärmetauscher (15) geführt. Dieser Wärmetauscher (15) dient dazu, das Fluid (26) für das Plasma vorzuwärmen und den Plasmadüsen ( 24,25 ) zugeführt. Das Rohgas wird zu dem über die Wärmetauscher ( 16,17) geführt, über die dem Düsenring zugeführten Gase und Dämpfe erwärmt werden. Durch die Verwendung von zwei Wärmetauscher kann man zwei unterschiedliche Fluide ( 27,28) vorwärmen ( 22,23) und der Oxidationszone zuführen. Das abgekühlte Rohgas (29) wird für die weitere Gasaufbereitung zur Verfügung gestellt. Die im Zyklon (6) angeschiedene Kohle ( 8) wird über die Rückführschnecke (10) mit Antrieb (9) in den Reaktorboden rückgeführt. Der Reaktorboden hat einen Gleichrichter (11) der die Kohle der Austragschnecke (12) mit Antrieb (13) und gasdichter Armatur (14) zuführt.Figure 6 shows the gasification reactor (4) in manhole construction. At the top of the reactor is the entry of the biogenic mass (1) via a double lock system consisting of the lock (2) and lock (3), built in practice as a redundant flap system, driven hydraulically, secured with a mechanical return spring. In the middle of the shaft there is a nozzle ring structure (19) via which different gas and vapors (22, 23) can be introduced into the reactor (4) via the nozzle rings (20, 21). After the nozzle ring is the hot zone, in which the required heat is generated and introduced into the reactor. The heat is generated by reactive plasma that reacts with the biomass in the oxidation zone (= hot zone). The microwaves are generated with a magnetron (39). The generated microwaves are modulated in the tuner (37) and introduced via the waveguides (35) and (34,35,36) into the plasma zone (36) and produce the required plasma, which is introduced into the reactor. In order to get the raw gas (5) from the reactor, the crude gas (5) is sucked out of the reactor and coarsely prepurified via a cyclone (6) (7). The coal deposited thereby (8) is driven via the gas-tight coal screw (10) driven by a motor (9) in the coal region of the shaft reactor (4). At the bottom of the shaft reactor, the carbon is evenly distributed with a distributor (11). The hot roughly purified crude gas (7) is passed over the heat exchanger (15). This heat exchanger (15) serves to preheat the fluid (26) for the plasma and the plasma nozzles (24,25) supplied. The raw gas is passed to the via the heat exchangers (16,17), are heated by the nozzle ring supplied gases and vapors. By using two heat exchangers, two different fluids (27, 28) can be preheated (22, 23) and fed to the oxidation zone. The cooled crude gas (29) is made available for further gas treatment. The coal (8) separated in the cyclone (6) is returned to the reactor bottom via the return screw (10) with drive (9). The reactor bottom has a rectifier (11) which feeds the coal to the discharge screw (12) with drive (13) and gas-tight fitting (14).

Symbole und Zeichen 1 biogene Stoffe 2 Doppelschleuse 3 Doppelschleuse 4 Schachtreaktor 5 Rohgas 6 Zyklon 7 Reingas 8 Kohle 9 Antrieb Kohleschnecke 10 Kohleschnecke 11 Kohlegleichrichter 12 Kohleaustragschnecke 13 Antrieb Kohleaustragschnecke 14 gasdichte Armatur 15 Wärmetauscher 16 Wärmetasucher 17 Wärmetauscher 18 Biomasse im reaktor 19 Struktur Düsenringe 20 Düsenringe 21 Düsenringe 22 Kohlendioxid, Wasserdampf 23 Kohlendioxid, Wasserdampf 24 Kohlendioxid, Wasserdampf 25 Kohlendioxid, Wasserdmapf 26 Kohlendioxid, Wasserdampf 27 Kohlendioxid, Wasserdampf 28 Kohlendioxid, Wasserdampf 29 Rohgas 30 Regelarmatur 31 Vorkammer 32 Kondensatventil 33 Swirrlkammer 34 Düsenkammer 35 Mikrowellenrohr 36 Plasmarohr 37 Modulator 38 Isolator 39 MW Generator 40 MW Kolben 41 Düsenring 42 Düsenring 43 Plasmarohr 44 Regelarmatur 45 Plasmarohr 46 Regelaramtur 47 Plasmarohr 48 Regelarmatur 49 Kohlendioxid, Wasserdampf 50 Kohlendioxid, Wasserdampf 51 Tank 52 Pumpe 53 Druckmessung 54 Verdampfer 55 externe Wärme 56 Temperaturmessung 57 Druckmessung 58 Temperaturmessung 59 Volumenstrommessung 60 AC / DC Konverter 61 AC / DC Konverter 62 AC / DC Konverter 63 AC / DC Konverter 64 Energieversorgung 65 elektr. Leistungsmessung 66 elektr. Leistungsmessung 67 elektr. Leistungsmessung 68 elektr. LeistungsmessungSymbols and signs 1 biogenic substances 2 double sluice 3 double sluice 4 shaft reactor 5 raw gas 6 cyclone 7 clean gas 8 coal 9 drive coal screw 10 coal screw 11 coal rectifier 12 coal discharge screw 13 drive coal discharge screw 14 gas-tight fitting 15 heat exchanger 16 heat exchanger 17 heat exchanger 18 biomass in the reactor 19 structure nozzle rings 20 nozzle rings 21 Nozzle rings 22 Carbon dioxide, water vapor 23 Carbon dioxide, water vapor 24 Carbon dioxide, water vapor 25 Carbon dioxide, water vapor 26 Carbon dioxide, water vapor 27 Carbon dioxide, water vapor 28 Carbon dioxide, water vapor 29 Raw gas 30 Control valve 31 Pre-chamber 32 Condensate valve 33 Swirl chamber 34 Nozzle chamber 35 Microwave tube 36 Plasma tube 37 Modulator 38 Isolator 39 MW Generator 40 MW Piston 41 Nozzle ring 42 Nozzle ring 43 Plasma tube 44 Control valve 45 Plasma tube 46 Standard 47 Plasma tube 48 Control valve 49 Carbon dioxide, water vapor 50 Carbon dioxide, water vapor 51 Tank 52 Pump 53 Pressure measurement 54 Evaporator 55 external heat 56 Temperature measurement 57 Pressure measurement 58 Temperature measurement 59 Volume flow measurement 60 AC / DC converter 61 AC / DC converter 62 AC / DC converter 63 AC / DC converter 64 Power supply 65 Electr. Power measurement 66 electr. Power measurement 67 electr. Power measurement 68 electr. performance measurement

Claims

claims

1. The inventive method for thermochemical gasification with microwave plasma comprising the fluid (24,25) to be converted to plasma, the control valve (30), an antechamber (31), a Swirrler (33), a nozzle (34) of the microwave generator (39), an insulator (37), a modulator (37), the waveguide (35) and the plasma tube (36), the shaft reactor (4), a structure of nozzle rings (19), a double lock (3,4) By using carbon dioxide (CO 2) and superheated steam (H 2 O) as the fluid (24, 25) which is transferred to the plasma state, superheated steam (H 2 O) preferably prefers the temperature of the fluid (24, 25) before conversion into the plasma state between T = 100 ° C to a maximum of T = 200 ° C, preferably at T = 150 ° C, the pressure of the fluid (24,25) before the conversion to the plasma state between p = 100 mbarü to maximally p = 2000 mbarü is, preferably at p = 1000 mbarü the electrical power of the microwave generator between m inimal P = 10 kW to a maximum of P = 100 kW, preferably at P = 75 kW. the volumetric flow rate of the fluid (24, 25) before conversion into the plasma state is between minimum V = 5 Nm 3 / h and maximum V = 300 Nm 3 / h, preferably at V = 75 Nm 3 / h, the modulator (37) adjusts for Frequency of the microwaves from a minimum f = 900 MHz to a maximum of f = 24500 MHz, preferably f = 2450 MHz, allows the Swirrler (36) serves to give the fluid in front of the nozzle a rotational spin the nozzle (34) acceleration of the fluid Supersonic with a speed of sound minimally M = 1.5 to a maximum of M = 7 allows, preferably M = 5 (five times the speed of sound) after the nozzle (34) in the plasma tube (36) the shock waves generated are passed through the nozzle and so the preferred non-equilibrium state in Fluid is achieved via the structure (19) of the nozzle rings (20,21) carbon dioxide (C02) and water vapor (H2) can be introduced before the reactive plasma zone in the shaft. the temperature of the gases and vapors introduced via the structure (19) of the nozzle rings (20,21) is minimally at T = 100 ° C to at most T = 200 ° C, preferably at a temperature T = 150 ° C, the pressure of via the structure (19) of the nozzle rings (20,21) introduced gases and vapors is minimal at an overpressure of p = 5 mbarü to maximally 100mbarü, preferably at p = 10 mbarü, in the shaft reactor (4) there is a suppression of the ambient pressure Minimum p = 5 mbar to a maximum of p = 200 mbar, preferably at p = 100 mbar below the ambient pressure with the control valve (30, 44, 45, 47), the mass flow of the fluid can be reduced in front of the plasma tube, in an operating range of at least m -wt = 30% to at most m-wt = 80%, preferably in an operating range of m-wt = 50%. the biogenic material flow m introduced via the double lock (2, 3) is minimally m = 50 kg / h up to a maximum of m = 500 kg / h, preferably m = 300 kg / h. the biogenic stream introduced via the double lock (2, 3) has a minimum water content of m wt = 10 to a maximum of m wt = 25, preferably m wt = 15.

2. The inventive method according to claim 1, comprising a heat exchanger (15) for preheating the fluid to be converted to plasma, characterized in that the temperature of the raw gas (7) from the cyclone (6) minimum T = 500 ° C. T = 700 ° C, preferably T = 650 ° C, the temperature of the raw gas (7) with the heat exchanger (15) is reduced, in which the heat is transferred to the fluid to be heated (24) for plasma generation, minimal by a temperature difference of dT = 50 ° C to a maximum of dT = 250 ° C, preferably by a temperature difference of dT = 100 ° C, the pressure of the raw gas (7) a suppression of the ambient pressure of p = 10 mbar to a maximum of p = 400 mbar, preferably p = 100 mbar below the ambient pressure, the volume flow of the raw gas (7) has a value minimum at V = 50 Nm3 / h to a maximum V = 1500 Nm3 / h, preferably V = 800 Nm3 / h, the Temperature of the fluid (24,25) before conversion to the plasma state between minimum T = 100 ° C to maxi times T = 200 ° C, preferably at a temperature T = 150 ° C, the pressure of the fluid (24,25) before conversion into the plasma state between p = 100 mbarü to maximally p = 2000 mbarü, preferably at p = 1000 mbarü compared to the ambient pressure is the volume flow of the fluid (26) before the conversion to the plasma state between 5 Nm3 / h to 300 Nm3 / h, preferably at 75 Nm3 / h,

3. The method according to claim 1, comprising a heat exchanger (16,17) for preheating the additional fluid (22,23), which is injected via the structure (19) of the nozzle rings (20,21) in the shaft reactor, characterized characterized the temperature of the raw gas (7) after the heat exchanger (15) has a minimum of T = 200 ° C to a maximum of T = 700 ° C, preferably a temperature T = 500 ° C, the temperature of the raw gas (7) with the heat exchanger (16 ) is reduced, in which the heat is transferred to the fluid to be heated (23), minimally by a temperature difference of dT = 50 ° C to a maximum of dT = 250 ° C, preferably by a temperature difference of dT = 100 ° C, the Temperature of the raw gas (7) with the heat exchanger (17) is reduced, in which the heat is transferred to the fluid to be heated (22), minimally by a temperature difference of dT = 50 ° C to a maximum of dT = 250 ° C, preferably by a temperature difference of dT = 100 ° C, the pressure of the raw gas (7) a suppression of the Umge has a maximum pressure of p = 10 mbar to p = 400 mbar, preferably p = 100 mbar below the ambient pressure, the volume flow of the raw gas (7) has a minimum value at V = 50 Nm3 / h to a maximum V = 1500 Nm3 / h, is preferably V = 800 Nm3 / h, the temperature of the fluid (22,23) before injection into the shaft reactor between minimum T = 100 ° C to a maximum T = 200 ° C, preferably at T = 150 ° C, the Pressure of the fluid (22,23) before injection into the shaft reactor as overpressure between minimum p = 100 mbarü to maximally p = 2000 mbarü is, preferably at p = 1000 mbarü, the volume flow of the fluid (22,23) before the injection in the shaft reactor between V = 5 Nm3 / h to V = 300 Nm3 / h, preferably at V = 75 Nm3 / h, as fluid (22,23) carbon dioxide (CO2) and water vapor (H2) can be used, preferably water vapor (H26)

4. The inventive process for thermochemical gasification with microwave plasma comprising a shaft reactor (4), the double locks (2,3), the structure of nozzle rings (19), the plasma tubes (36,43,45,47), cyclone (6), the return screw (10), a rotating scraper (11), a discharge screw (12), a fitting to the discharge screw (14), characterized in that the raw gas (5) is sucked out of the shaft reactor (4) via the position of the intake the structure of the nozzle rings (19) and under the structure of the nozzle rings (19), preferably under the structure of the nozzle rings (19) of the biogenic material (18) is moved in the direction of gravity due to its own weight depending on the discharged carbon content at the lower part of the shaft reactor the coal is supplied to the screw with a rotating scraper (11), the fitting (14) on the discharge screw is made gas-tight, the carbon (8) separated in the cyclone (6) is screwed with a screw (10) the plasma tubes (36, 43, 45, 47) are arranged symmetrically at the beginning of the shaft reactor, a minimum of 3 plasma tubes up to a maximum of 12 plasma tubes, preferably 4 plasma tubes on the circumference, plasma tubes are grouped together, a minimum of 3 groups up to a maximum of 12 groups, preferably four groups, which are supplied with the fluid, the double locks (2,3) as movable flaps, each flap pivotable with an opening angle of 90 °, each flap with double-sided two pneumatic cylindrical actuators designed for the movement of the flap, the double locks ( 2,3) and the built-in movable flaps are designed gas-tight, the double locks (2,3) and the built-in movable flaps are designed to be pressure resistant, minimal to an overpressure p = 6 barü maximum p = 16 barü, preferably p = 10 barü overpressure.

5. The microwave plasma thermochemical gasification control apparatus of the invention according to claim 4, comprising a tank (51), a conveyor (52), a heat exchanger (54), a pressure gauge (53, 57), a temperature gauge (56.58). a volume flow measurement (59), control valves (30,44,46,48), the power supply (64), the AC / DC converter (60,61,62,63), the electr. Performance measurement (65, 66, 67, 68) Characterized by the fact that the fluid stored in the tank (51) is water The tank volume (51) has a minimum of V = 1 m3, a maximum of V = 5 m3, preferably V = 2 m3 in that the conveying device (52) is a water pump, in the form of a centrifugal pump, which conveys the water from the tank to the evaporator, the heat exchanger (54) is an evaporator which generates saturated steam, the heat exchanger (54) is electrically heated to saturated steam generate the steam from the evaporator is generated as saturated steam, with a minimum temperature of T = 100 ° C to T = 200 ° C, preferably T = 120 ° C, a saturated steam pressure of p = 100 mbarü to p = 2000mbarü, preferably p = 1000mbarü, excess water is returned to the tank (51) is saturated steam with a heat exchanger (15), the latent heat in the raw gas (7) exploits superheated, the superheated steam at a temperature of T = 120 ° C to a maximum T T = 200 ° C, preferably T = 150 ° C, the superheated steam has ü is regulated via control valves (44,46,48,30) in the volume flow, minimum V = 1m3 / h to a maximum of V = 50 m3 / h, preferably V = 10 m3 / h, the microwave generators (39) with electrical energy via the AC / DC converters (60, 61, 62, 63) are supplied, with a minimum of an electrical power P = 10 kW, with a maximum electrical power P = 75 kW, preferably with an electric power P = 30 kW, the AC / DC converters of an electric power supply (64), minimum with an electric power P = 30 kW to a maximum of an electric power P = 300 kW, preferably with an electric power P = 150 kW, the water vapor plasma (36,43,45,47) a temperature has a minimum of 150 ° C, a maximum of 600 ° C, preferably 200 ° C, the pressure measurement (53) after the pump (52) has a measuring range, a minimum overpressure p = 0 barü, a maximum pressure p = 6 barü, the Temperature measurement (56) after the evaporator (54) has a measuring range, a minimum temperature T = 0 ° C to a maximum of Te temperature T = 200 ° C, the pressure measurement (53) after the superheater (15) has a measuring range, a minimum overpressure p = 0 barü, a maximum overpressure p = 6 barü, the temperature measurement (58) after the superheater has a measuring range, a temperature T = 0 ° C, a maximum temperature T = 200 ° C, the volume flow measurement (59) has a measuring range, minimum V = 0 Nm3 / h, maximum V = 100 Nm3 / h, the electrical power measurement (65.66 , 67, 68) has a measuring range, minimum P = 0 kW up to a maximum of P = 100 kW

6. The inventive control device according to claim 4, characterized in that the fluid stored in the tank (51) is carbon dioxide (CO 2), the pressure in the tank (51) is a minimum pressure p = 2 barü, a maximum pressure p = 70barü, preferably a pressure p = 10 barü, the carbon dioxide in the tank (51) is in gaseous phase, the heat exchanger (54) is a Vonwärmer which is electrically heated (55), the temperature (56) of the preheated carbon dioxide ( C02) minimum T = 50 ° C, maximum T = 200 ° C, preferably T = 100 ° C, the conveyor (52) is a relaxation device that relaxes the pressure from the tank to a pressure (53) in front of the preheater, the minimum p = 1 barü, maximum p = 10 barü, preferably p = 3 barü, no excess carbon dioxide (C02) is obtained, since it is already vaporous, the carbon dioxide overheating with a heat exchanger (15), which utilizes the latent heat in the raw gas The heated carbon dioxide (C02) is heated to a temperature of T = 120 ° C to a maximum of T = 200 ° C, preferably T = 150 ° C, the heated carbon dioxide is controlled via control valves (30,44,45,48) in volume, minimum V = 1 m3 / h, maximum V = 50 m3 / h, preferably V = 10 m3 / h, the carbon dioxide plasma has a minimum temperature T = 150 ° C, maximum T = 600 ° C, preferably T = 200 ° C.