DE102004005327B4 - Process and apparatus for purifying and reforming pyrolysis gas - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Reinigung und Reformierung von Pyrolysegas, umfassend die folgenden
Verfahrenschritte
a) Reinigung des Pyrolysegases, das Gas-
und Feststoff-Bestandteile
aufweist, mittels eines Sorptionsmaterials, wobei die sauren Gas-
und die Feststoff-Bestandteile aus
dem Pyrolysegas entfernt werden, und
b) Umwandlung der verbleibenden
Gas-Bestandteile des Pyrolysegases mit Wasserdampf in Gegenwart
eines Katalysators in ein Prozessabgas, das überwiegend aus Kohlenmonoxid
und Wasserstoff besteht.A process for purifying and reforming pyrolysis gas, comprising the following process steps
a) purification of the pyrolysis gas having gas and solid components by means of a sorption material, wherein the acidic gas and the solid components are removed from the pyrolysis gas, and
b) conversion of the remaining gas components of the pyrolysis gas with water vapor in the presence of a catalyst in a process exhaust gas, which consists predominantly of carbon monoxide and hydrogen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung und Reformierung von Pyrolysegas gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Reinigung und Reformierung von Pyrolysegas gemäß Patentanspruch 8.The The present invention relates to a process for purification and reforming of pyrolysis gas according to claim 1 and a device for purifying and reforming pyrolysis gas according to claim 8th.
Die Reinigung und Reformierung (Umwandlung) von Pyrolysegas dient der Erzeugung möglichst reiner Stoffe, die in der chemischen Synthese oder in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Pyrolysegase entstehen zum Beispiel bei der Vergasung von Biomasse.The Purification and reforming (conversion) of pyrolysis gas serves the Generation as pure as possible Substances used in chemical synthesis or in fuel cells be used. Pyrolysis gases are produced, for example, during gasification of biomass.
Herkömmlicherweise wird hierzu das Pyrolysegas in eine feuerfeste Reaktionskammer eingeleitet und mit Hilfe eines Oxidationsmittels in Gegenwart eines Katalysators reformiert. Aus der JP-A H2-107694 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Zersetzung von Teer und Ammoniak beispielsweise aus Steinkohlegas bekannt. Nachteilig hieran ist, dass Feststoff-Bestandteile aus dem Pyrolysegas die zur Reformierung benötigten Katalysatoren verunreinigen, wodurch die Standzeit der Katalysatoren gering ist.traditionally, For this purpose, the pyrolysis gas is introduced into a refractory reaction chamber and with the aid of an oxidizing agent in the presence of a catalyst reformed. From JP-A H2-107694, for example, a device for the decomposition of tar and ammonia, for example, from hard coal gas known. The disadvantage of this is that solid components from polluting the catalysts required for reforming the pyrolysis gas, whereby the service life of the catalysts is low.
Ausgehend davon besitzt die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung und Reformierung von Pyrolysegas vorzuschlagen, welches eine lange Standzeit der benötigten Katalysatoren aufweist.outgoing Of these, the invention has for its object, a method and a To propose apparatus for purifying and reforming pyrolysis gas, which has a long service life of the required catalysts.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten und des achten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The The object is achieved by the features of the first and the eighth claim solved. Advantageous embodiments are given in the subclaims.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches aus zwei Verfahrensschritten a) und b) besteht. Zunächst findet in Verfahrensschritt a) eine Reinigung des zugeführten Pyrolysegases statt, das im Allgemeinen sowohl gasförmige als auch feste Bestandteile aufweist. Das Pyrolysegas wird hierzu bevorzugt über ein Festbett geleitet, das eine Schüttung aus gekörntem Sorpti onsmaterial wie zum Beispiel Formkörpern aus Dolomit oder Tonerde mit oder ohne Additive enthält. Hierdurch werden die im zugeleiteten Pyrolysegas enthaltenen Gase wie HCl, H2S, COS, kondensierbare Salze und teerartige Stoffe sowie Feststoffe wie Ruß oder andere Partikel entfernt. Verfahrensschritt a) wird bevorzugt bei Temperaturen unterhalb von 600 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 500 °C durchgeführt.The object is achieved by a method which consists of two process steps a) and b). First, in process step a), a purification of the supplied pyrolysis gas takes place, which generally has both gaseous and solid constituents. For this purpose, the pyrolysis gas is preferably passed over a fixed bed containing a bed of granular Sorpti onsmaterial such as moldings of dolomite or alumina with or without additives. As a result, the gases contained in the supplied pyrolysis gas such as HCl, H 2 S, COS, condensable salts and tarry substances and solids such as carbon black or other particles are removed. Process step a) is preferably carried out at temperatures below 600 ° C., more preferably between 100 ° C. and 500 ° C.
Im hieran anschließenden Verfahrensschritt b) werden die verbleibenden gasförmigen Bestandteile des Pyrolysegases vorzugsweise mit überschüssigem Wasserdampf in Gegenwart eines selektiv reagierenden Katalysators aus auf einem Trägermaterial aus Aluminiumoxid und/oder Siliziumdioxid fein verteilten Oxiden von Eisen, Kobalt und/oder Nickel bzw. von Edelmetallen wie Platin, Palladium und/oder Rhodium in ein Prozessabgas umgewandelt (reformiert). Das Prozessabgas setzt sich überwiegend aus den chemisch weiter verwertbaren Komponenten Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) zusammen und kann darüber hinaus Spuren von Sauerstoff (O2) enthalten. Verfahrensschritt b) wird bevorzugt bei Temperaturen zwischen 100 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 300 °C und 900 °C durchgeführt.In the subsequent process step b), the remaining gaseous constituents of the pyrolysis gas are preferably with excess water vapor in the presence of a selectively reacting catalyst on a support material of alumina and / or silica finely divided oxides of iron, cobalt and / or nickel or precious metals such as platinum , Palladium and / or rhodium converted into a process gas (reformed). The process exhaust gas is predominantly composed of the chemically recyclable components carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) and may also contain traces of oxygen (O 2 ). Process step b) is preferably carried out at temperatures between 100 ° C and 1100 ° C, more preferably between 300 ° C and 900 ° C.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Zuführung auf, durch die das Pyrolysegas zur Reinigung in eine erste Reaktionskammer geleitet werden kann. Diese Reaktionskammer umfasst ein Festbett, das eine Schüttung aus gekörntem Sorptionsmaterial wie zum Beispiel Formkörpern aus Dolomit oder Tonerde mit oder ohne Additive enthält. Anschließend wird das gereinigte Pyrolysegas zur Reformierung in eine zweite Reaktionskammer geleitet, die einen Katalysator aus auf einem Trägermaterial aus Aluminiumoxid und/oder Siliziumdioxid fein verteilten Oxiden von Eisen, Kobalt und/oder Nickel bzw. von Edelmetallen wie Platin, Palladium und/oder Rhodium umfasst. Das erzeugte Prozessabgas wird über eine Ausleitung zur Speicherung und/oder Weiterverarbeitung gegeben.A inventive device has a feeder on, through which the pyrolysis gas for cleaning in a first reaction chamber can be directed. This reaction chamber comprises a fixed bed, that one pile from grained Sorption material such as moldings of dolomite or alumina Contains with or without additives. Subsequently is the purified pyrolysis gas for reforming in a second Passed reaction chamber, which made a catalyst out on a support material Alumina and / or silica finely divided oxides of Iron, cobalt and / or nickel or precious metals such as platinum, Palladium and / or rhodium includes. The generated process exhaust gas is via a Derivation for storage and / or further processing given.
Beide Reaktionskammern bestehen vorzugsweise aus korrosionsfestem Material wie zum Beispiel Spezialstahl oder Quarzglas. Die Beheizung der beiden Reaktionskammern erfolgt von außen elektrisch und/oder induktiv. Die Sorptionsmaterialien und/oder die Katalysatoren werden beispielsweise durch Böden aus temperaturbeständigen Trägermaterialien wie etwa Aluminiumoxid (Aluminiumoxid-Keramik) gestützt, das gleichzeitig zur thermischen Isolierung der beiden Reaktionskammern voneinander verwendet wird.Both Reaction chambers are preferably made of corrosion-resistant material such as special steel or quartz glass. The heating of the Both reaction chambers are electrically and / or inductively from the outside. The sorbent materials and / or the catalysts are, for example, by Floors off temperature resistant support materials such as alumina (alumina ceramics) supported, the at the same time for thermal insulation of the two reaction chambers is used by each other.
Durch das erfindungsgemäße zweistufige Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt a) als Vorreinigungsstufe wird der im nachfolgenden Verfahrensschritt b) eingesetzte Katalysator weitgehend vor Verunreinigung geschützt und besitzt daher eine lange Standzeit sowie eine hohe Verfügbarkeit. Weiterhin lässt sich das Sorptionsmaterial einschließlich eines eventuell vorhandenen Trägermaterials aus Verfahrensschritt a) bei Beaufschlagung oder Deaktivierung einfach über Schleusen (Gasschleusen) austauschen und/oder gereinigt wieder einsetzen. Ebenso kann das Material aus Verfahrensschritt b) (Katalysator und ggf. Trägermaterial aus z. B. Aluminiumoxid-Keramik) ebenfalls über Schleusen (Gasschleusen) ausgetauscht werden. Diese gasdichten Materialschleusen sind zur problemlosen Materialführung bevorzugt schräg an der Apparatur angebracht.By means of the two-stage process according to the invention with the first process step a) as a pre-purification stage, the catalyst used in the following process step b) is largely protected against contamination and therefore has a long service life and high availability. Furthermore, the sorption material, including any carrier material present from process step a), can be easily exchanged and / or cleaned again by means of locks (gas locks) during admission or deactivation. Likewise, the material from process step b) (catalyst and, if appropriate, carrier material of, for example, aluminum oxide ceramic) can likewise be introduced via locks (gas sluice sen) are replaced. These gas-tight material locks are preferably mounted obliquely on the apparatus for easy material guidance.
Neben der Reformierung von Pyrolysegasen lässt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung generell auch als Vorreinigungsstufe für Katalysatoren speziell in Pyrolysegasen und/oder zur Partikelabscheidung aus Gasen im Festbett einsetzen.Next The reforming of pyrolysis gases can be a device according to the invention Generally also as pre-cleaning stage for catalysts especially in Pyrolysis gases and / or particle separation from gases in a fixed bed deploy.
Die
Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel
anhand der
Über eine
Zuleitung
Das
in der ersten Reaktionskammer
- 11
- Zuleitung für Pyrolysegassupply for pyrolysis gas
- 22
- Ableitung für Prozessabgasderivation for process exhaust
- 1010
- Feuerfestes QuarzglasrohrFireproof quartz glass tube
- 1111
-
Erste
Reaktionskammer (Zone
1 )First reaction chamber (zone1 ) - 12, 12'12 12 '
- Materialschleusen für Sorptionsmaterialmaterial locks for sorption material
- 1313
- Erster Abstandshalter (Aluminiumoxid)first Spacer (alumina)
- 14, 14'14 14 '
- Heizung für erste Reaktionskammerheater for first reaction chamber
- 1515
-
Zweite
Reaktionskammer (Zone
2 )Second reaction chamber (zone2 ) - 16, 16'16 16 '
- Materialschleusen für Katalysatorenmaterial locks for catalysts
- 1717
- Zweiter Abstandshalter (Aluminiumoxid)second Spacer (alumina)
- 18, 18'18 18 '
- Heizung für zweite Reaktionskammerheater for second reaction chamber
- 1919
- Kühlstreckecooling section
- 2020
- Ejektorejector
- 2121
- Zuleitung für Druckluftsupply for compressed air
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|---|---|
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