WO2011101020A1 - Method and device for obtaining combustible fuels and gases from organic materials - Google Patents

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Gernot K. Brueck
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Definitions

  • the invention relates to a process for the recovery of combustible fuels and gases from organic matter, wherein the organic substances are thermally decomposed to form the combustible fuels and gases and to form carbon.
  • the invention relates to an apparatus for carrying out such a method, with a reactor for the thermal decomposition of organic substances to form combustible fuels and gases and to form carbon.
  • Processes and apparatuses for extracting combustible fuels and gases from organic matter are well known, for example, as systems for the conversion of biomaterials into biogas which have been in operation for some years, but at the same time they are also the enormous problems that surround the entire industry.
  • a certain proportion of organic materials is also thermally decomposed, especially in pyrolysis plants, with the formation of combustible fuels and gases and the formation of carbon, but here too the efficiency left much to be desired and this also always requires not inconsiderable investments.
  • the quality of the gases produced in this way is often very inconsistent - on the one hand due to the diversity of the thermally decomposable organic materials, and, on the other hand, depending on the nature of the respectively selected settings in the process control.
  • the method known to be mixed usually with inorganic material such. As with metals or salts, resulting carbon must be disposed of as unusable ashes.
  • the invention has for its object to provide a method and a device of the type mentioned in a technologically less expensive way, with which the degree of utilization of the organic substances used in the production of combustible fuels and gases can be increased.
  • this is achieved by reacting the carbon generated in the thermal decomposition in a decomposition downstream synthesis process in steam atmosphere to carbon monoxide and hydrogen.
  • the reactor for thermal decomposition technologically a synthesis reactor for the formation of carbon monoxide and hydrogen from water vapor and from the reactor in the followed by thermal decomposition of carbon formed, the
  • Reactors are connected to each other via a feed for the carbon from the thermal decomposition reactor in the synthesis reactor.
  • the thermal decomposition of organic substances can be carried out as so-called flash pyrolysis in a temperature range of 300 ° C to 600 ° C, based on 00% dry matter of organic substances about 75% to 85% combustible fuels and gases and about 15% to 25% carbon arise.
  • Important for full utilization of the energy of the organic substances used according to the invention is the conversion of the carbon. If you take z.
  • wood as decomposing organic substance or as an energy supplier which has a calorific value of about 18 MJ / kg of dry matter, then make 20% residual carbon with a calorific value of about 34 MJ / kg at least about 38% of the wood immanent energy which can be used more according to the invention in comparison with a process without a synthesis step.
  • Another possibility - if a high hydrogen yield is desired - is to carry out the thermal decomposition of the organic substances as so-called monocarbon thermolysis in a temperature range of 650 ° C to 800 ° C, based on 100% dry matter of organic substances more than 20 % Carbon - together with CO, H 2 , CH 4 - is formed, which is then available for the synthesis reaction, the composition depending on the nature of the input material and its moisture.
  • the amount of carbon formed during thermal decomposition depends on the temperature; the higher this is, the more carbon is liberated because, as will be shown in detail below, it is formed at the thermolytic interfaces of the polymeric organic molecules.
  • the thermally decomposable organic substances contain components from which arise in the thermal decomposition of inorganic ash products. Also during the thermal decomposition of the organic substances the process especially in water dissolved functional additives, such as salts and salt formers, such as phosphoric acid or potassium hydroxide, are supplied - so to order z.
  • water dissolved functional additives such as salts and salt formers, such as phosphoric acid or potassium hydroxide, are supplied - so to order z.
  • the invention is based on the finding that a combination of thermal decomposition and synthesis in a single reactor space leads to problems. For example, while a thermolysis takes place, around the decomposing particles of the organic matter around expanding gas clouds that would effectively force away the water vapor required for a conversion to hydrogen and carbon monoxide from the reaction site, so that no
  • the CO / H 2 production can be followed by a water gas shift reaction in another reactor, which at temperatures between 250 ° C and 450 ° C on an iron (III) oxide catalyst, the carbon monoxide in an exothermic Zess is converted in a steam atmosphere to carbon dioxide, wherein the amount of hydrogen approximately doubles.
  • a water gas shift reaction in another reactor, which at temperatures between 250 ° C and 450 ° C on an iron (III) oxide catalyst, the carbon monoxide in an exothermic Zess is converted in a steam atmosphere to carbon dioxide, wherein the amount of hydrogen approximately doubles.
  • the method according to the invention with the decomposition and the synthesis process although anaerobic and in each case as an endothermic reaction - that is not autothermic - led to be realized in the overall balance with high energy efficiency, since on the one hand the energy required for decomposition and synthesis at least more than 80% , preferably more than 95%, by combustion of the combustible fuels and gases obtained from the organic substances and / or by recuperation of the heat generated in the water gas shift process can be provided, only for a first or a possibly After shutdown times repeated commissioning of the device according to the invention is a one-time energy input, for example, with externally supplied combusting fuel gas necessary. In the stationary state, the heat can be provided 100% process-immanent.
  • the carbon from the stage of decomposition of the organic substances preferably passes directly into the synthesis reactor, ie without cooling and intermediate storage, ie already at the reaction temperature prevailing in the decomposition stage, so that in the synthesis stage only nor the difference amount of energy to reach the relevant temperature is spent.
  • the reactors of the device according to the invention in particular in the reactor for thermal decomposition, it may preferably be carried out by means of screw conveyors.
  • spatula and / or roller units integrated into the screws can very finely distribute the organic material over the bottom of the oven, so that all particles can be brought directly to an optimum flash temperature, for example about 475 ° C., via contact heat from the reactor wall.
  • Scraper units mounted behind can then free the floor or reactor wall wall of buildup and make it free for subsequent direct contact with the organics.
  • the resulting carbon formates can be broken up at the same time so that only pulverized coal, generally mixed with inorganic material, is supplied to the point of discharge from the reactor.
  • Fig. 1 is a technological diagram of a preferred embodiment of a
  • a schematic representation of the interaction of water vapor with particles of a thermally decomposing in the same reaction space organic matter a representation of the thermal decomposition of an unbranched alkane chain molecule at a relatively higher temperature
  • a representation of the thermal decomposition of an unbranched alkane chain molecule at a relatively lower temperature a cross-sectional view of a first preferred embodiment of a reactor which can be used according to the invention in the thermal decomposition of organic substances
  • FIG. 6 to 8 enlarged details of the illustration in FIG. 5 at different working positions of a screw conveyor in the thermal decomposition reactor, FIG.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional illustration of a further preferred embodiment of a reactor which can be used according to the invention in the thermal decomposition of organic substances
  • FIG. 10 is an enlarged detail view of an assembly of the in Fig. 9
  • an organic moisture-containing substance 1 or else a mixture of substances is set in a heated funnel 2 to a desired content of dry matter.
  • Plant substances such as wood or compost, biomass, household waste, plastic waste, sewage sludge, meat waste, old car tires and the like can be used more as organic substances 1.
  • the organic substances used to form the combustible fuels and gases may contain 5% to 50%, preferably 15% to 20%, moisture, which is preferably adjusted by the drying preceding the thermal decomposition.
  • the thermally decomposable organic substances 1 can also contain constituents from which arise during thermal decomposition inorganic ash products.
  • the organic substance 1 used to form the combustible fuels and gases or the organic substances 1 is comminuted before decomposition and drying, in particular comminuted to mean particle sizes in the range from 2 mm to 5 mm should (n), preferably a dimension in a spatial dimension of the particles (length, width, height) should be smaller than 100 ⁇ .
  • the particles have an optimum surface-to-volume ratio for the decomposition reaction and, for the purpose of heat transfer, the thermal attack.
  • the organic substance 1 falls into a sluice 3, which is shown as an example in the drawing as a rotary valve, and passes through the opening 4 in the interior of the reactor 5 for decomposition.
  • the lock 3 closes the reactor also airtight from the material supply point down.
  • the thermal decomposition of the organic substance 1 is performed as an anaerobic process, wherein the organic material 1 can also be introduced into the reactor 5, in particular under protective gas.
  • an axially extending screw conveyor 6 moves the material continuously up to the discharge opening 8, which in turn opens into a gas-tight lock 9, in particular a rotary valve.
  • the decomposition reactor 5 also has a feed 7, via which water, optionally with functional additives dissolved therein, can be supplied.
  • the screw conveyor 6 always has transverse bars, which extend longitudinally to the housing of the decomposition reactor 5.
  • transverse bars which extend longitudinally to the housing of the decomposition reactor 5.
  • the organic material in the reactor 5 is then thermally decomposed, in particular subjected to a thermolysis.
  • the described configuration of the screw conveyor 6 allows not only Hochtemperaturthermolysen and the implementation of the aforementioned flash pyrolysis.
  • the organic material 1 is heated very rapidly in an intermediate-temperature process, preferably at about 475 ° C., with the exclusion of oxygen.
  • small particles are decomposed at very high heating and heat transfer rates, whereby usually about 60% to 70% (then at room temperature) liquid products are produced as combustible fuels, and additionally each still about 10% to 20% combustible gas and about 15% to 25% residual carbon, based on 100% dry substance of the organics (organic substance 1).
  • the carbon mixes with any inorganic material which may be present or formed, such as e.g. As metals or salts.
  • the thermal decomposition of the organic substances 1 can also be carried out as so-called monocarbon thermolysis in a temperature range of 650 ° C to 800 ° C, based on 100% dry matter of the organic substances 1 only CO, H2, CH4 and carbon arise.
  • the resulting gas is decoupled from the gas outlet 1 and passes into a gas cooler 12 in which it is cooled down in a cooling coil 13, for example, to a temperature of 50 ° C. suitable for later use of the gas for power generation.
  • Liquid fractions condense and are collected in the container 14. From this, the liquid fuels and residual water can be withdrawn via an outlet 15.
  • oils in particular vegetable oils, preferably rapeseed oil
  • Rapeseed oil has a particularly good ability to bind tars.
  • the scrubbing liquid laden with solids, in particular with carbon, is sucked off via an outlet 19 and can be supplied as input material to the process of thermal decomposition of the organic substances 1. This can happen, in particular, if so much pulverized coal has formed in the reactor that the viscosity has increased so much that the gas can only pass through the washing liquid to a limited extent.
  • the purified gas is sucked by means of a pump 17 and pressed into a gas supply system 18, wherein gas sensors and flow meters are located.
  • the mixture of pure carbon and inorganic material passes through the aforementioned gas-tight lock 9 directly into a synthesis reactor 10.
  • the carbon produced in the decomposition is removed in a synthesis process which is connected downstream of the decomposition in space and time.
  • steam atmosphere at temperatures ranging from 850 ° C to 1000 ° C converted to carbon monoxide and hydrogen.
  • the water vapor necessary for the synthesis is sprayed via a feed line 20.
  • the carbon is continuously conveyed, swirled in the chamber and fed to an outlet 22 in the inorganic material remaining in the synthesis reaction.
  • this is then passed as ash or residual waste via a further rotary valve 23 in an ash pan 24.
  • the resulting CO / H 2 gas mixture is decoupled at the gas outlet 25 and then tempered down in a cooler 26. Any existing residual water from unreacted water vapor is separated and removed via a water outlet 27.
  • the gas flows into a gas scrubber 28 and is freed from residual dust there.
  • a sump 29 of the scrubber 28 is then sucked in an overload with dust on the Sumpfabsaugung 30, wherein the liquid can also be fed back to the reactor 5 for thermal decomposition.
  • the gas mixture is sucked off via a pump 31, controlled in the gas stream by means of sensors 32 and then into a
  • Iron (III) oxide catalysts 35 at temperatures in the range of 250 ° C to 450 ° C, the carbon monoxide is converted into carbon dioxide, wherein additionally hydrogen arises: Complete conversion of CO into CO 2 doubles the production of hydrogen.
  • the carbon dioxide contained in the gas mixture can in a further optional refrigeration unit 38, which z. B. is filled with liquid nitrogen as a coolant, are liquefied by passing it through a cooling coil 39 and thereby cooled to below - 60 ° C.
  • the liquid CO2 then flows at a pressure of more than 6 bar into the collecting vessel 41 and can be removed from there via the outlet 42.
  • the pure hydrogen gas is then available in the gas line 40.
  • FIG. 2 shows how water vapor 45 is prevented from a thermally decomposing organic particle 43, since permanent decomposition gas 44 flows out of the particle 43.
  • the figure thus illustrates that, as already stated above, it is technologically unfavorable to carry out thermal decomposition and synthesis in a single reactor because complete conversion of the organic substances 1 can not take place. Instead, with the hybrid system according to the invention, organic material can advantageously be converted 100% into combustible fuels and gases.
  • FIGS. 3 and 4 show a model of an alkane, as it is conceivable to produce the pure carbon from an organic substance 1.
  • the thermal energy 46 attacks a C-C bond 47 and separates the hydrocarbon chain 48. This gives rise to free H-C-H radicals 50 and longer radical portions 49 which snatch hydrogen from the H-C-H radicals 50 and thus complete themselves into molecules.
  • ethane is designated by reference numeral 51 in FIG. 3.
  • the pure carbon 52 freed from hydrogen is formed as a residuum.
  • the heat attack (heat energy 53) on the molecular chain 54 is lower because the process of thermal decomposition is comparatively lower Temperature is performed.
  • propane is denoted by reference numeral 56 - as well as a smaller number of HCH radicals and thus less pure carbon 58 arise.
  • FIG. 5 to 10 some structural details of the device according to the invention are illustrated, which is also attributed independent inventive significance and take into account the fact that the thermal decomposition of the organic substances and the synthesis process run as endothermic processes, the energy required allotropic fed to the process, d. H. that it is coupled in particular indirectly via walls of the reactors 5, 10 or alternatively or additionally also via a heat transfer medium guided through, for example, heating coils in each case through the reaction space.
  • the reactors 5, 10 of the device according to the invention may preferably be tube furnaces in which conveyor screws 6, 21 are arranged.
  • reactors 5, 10 but also rotary kilns can be used, wherein during the thermal decomposition and the synthesis process, the organic matter 1 and the carbon are continuously conveyed by kiln rotation.
  • an improvement in terms of intensifying the reaction of thermal decomposition by changing the inside of the decomposition reactor 5 may be brought about (indicated by reference numeral 60 in Fig. 5).
  • this screw conveyor 60 initially has scraping and turning bars 62. These are at least partially longitudinally to a housing of the reactor 5 extending, in particular approximately in cross-section approximately trapezoidal, transverse bar, which are shaped and arranged so that they the organic matter 1, the inorganic substances and / or the carbon in a Turn over movement through the reactor 5, if appropriate, also vortex and / or scrape off from a wall 59 of the reactor 5.
  • this shows the sequence of figures 6 to 8, that the material (in Fig. 6 by reference numeral 65 and in Fig. 7 denoted by 68) of the organic material 1, which lies on a lower inner wall 63 of the reactor 5, from Aufpressriegel 64th taken and brought in the rotational movement of the screw conveyor 60 as a thin layer 67 in direct contact with the hot housing surface 63.
  • the pressure bar then reaches the position 69 (FIG. 8)
  • the entire material 71 is pressed in a thin layer onto the hot surface 70 and evaporates or decomposes in direct contact with the wall very spontaneously and in a few seconds.
  • pressure rollers 75 can be attached to the worm (here denoted by reference numeral 73) in addition to scraping and turning seals (designated here by reference numeral 74).
  • These are preferably longitudinal bars extending longitudinally of the housing of the reactor 5, which are designed as rollers which are freely movable in the radial direction and are fastened to the conveyor screw 73 in such a manner that they guide the organic components. see inorganic substances and / or press the carbon in a few millimeters thick layer to the wall 72 of the reactor 5 and crushed by a roll on the wall of the reactor 5 crushed.
  • Such pressure rollers 75 can react more easily to strongly cohesively shaped fittings of inorganic material and thus also avoid jamming.
  • rollers 75 roll the resulting carbon small.
  • the rollers (denoted by reference numeral 77 in FIG. 10) should have inherent severity and be mounted on the worm in a guide bar 76 such that the axle 78 of the roller is free in a recess (slot 79). of the guide bar 76 can move.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiment, but includes all means and measures in the sense of the invention equally effective. Furthermore, the invention is not limited to the feature combinations defined in the independent claims but may be defined by any other combination of particular features of all the individual features disclosed overall. This means that in principle virtually every individual feature of the independent claims can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claims are to be understood merely as a first formulation attempt for an invention.

Abstract

The invention relates to a method for obtaining combustible fuels and gases from organic materials (1), wherein the organic materials (1) are thermally decomposed and thereby the combustible fuels and gases are formed and carbon is formed. The carbon produced in the thermal decomposition is reacted in a steam atmosphere to form carbon monoxide and hydrogen in a synthesis process following the decomposition. The invention further relates to a corresponding hybrid device, comprising a decomposition reactor (5) and to a synthesis reactor (10).

Description

„Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen aus organischen Stoffen" "Process and apparatus for the recovery of combustible fuels and gases from organic matter"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen aus organischen Stoffen, wobei die organischen Stoffe unter Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase und unter Bildung von Kohlenstoff thermisch zersetzt werden. The invention relates to a process for the recovery of combustible fuels and gases from organic matter, wherein the organic substances are thermally decomposed to form the combustible fuels and gases and to form carbon.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, mit einem Reaktor zur thermischen Zersetzung organischer Stoffe unter Bildung von brennbaren Treibstoffen und Gasen und unter Bildung von Kohlenstoff. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out such a method, with a reactor for the thermal decomposition of organic substances to form combustible fuels and gases and to form carbon.
Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen aus organischen Stoffen sind beispielsweise als seit einigen Jahren in Betrieb befindliche Anlagen zur Umsetzung von Biomaterialien in Biogas allgemein bekannt - gleichzeitig aber auch die gewaltigen Probleme, in denen die gesamte Branche steckt. Processes and apparatuses for extracting combustible fuels and gases from organic matter are well known, for example, as systems for the conversion of biomaterials into biogas which have been in operation for some years, but at the same time they are also the enormous problems that surround the entire industry.
So steigt zum einen der Aufwand für derartige Verfahren in Gestalt der Preise für Pflanzen, die Fett, Kohlenhydrate und Proteine enthalten, unaufhörlich immer weiter an, so dass sich schon allein daraus die Dringlichkeit einer Steigerung der Verfahrenseffizienz ableitet. Zum anderen verbleibt noch immer ein Anteil von etwa 25 bis 35 % von nicht fermentierfähigen organischen Stoffen völlig ungenutzt. Darüber hinaus ist auch oftmals die Entsorgung von beispielsweise Kunststoffabfällen entweder mit hohem technologischen Aufwand verbunden, oder aber es wird auf diesem Sektor leider auch in hohem Maße wertvolle und nutzbare Energie durch simples Verbrennen nutzlos verschleudert. On the one hand, the cost of such processes in the form of the prices for plants containing fat, carbohydrates and proteins is constantly increasing, so that from this alone the urgency of increasing the process efficiency is derived. On the other hand, there is still a share of about 25 to 35% of non-fermentable organic substances completely unused. In addition, the disposal of, for example, plastic waste is often associated either with high technological effort, or it is unfortunately in this sector also largely wasted valuable and usable energy by simply burning useless.
Ein gewisser Anteil von organischen Materialien wird auch, insbesondere in Pyrolyseanlagen, unter Bildung von brennbaren Treibstoffen und Gasen und unter Bildung von Kohlenstoff thermisch zersetzt, wobei aber auch hier die Effizienz sehr zu wünschen übrig lässt und dies zudem immer nicht unerhebliche Investitionen voraussetzt. Die Qualität der so erzeugten Gase ist dabei - einerseits bedingt durch die Unterschiedlichkeit der thermisch zu zersetzenden organischen Materialien, andererseits in Abhängigkeit von der Art der jeweils gewählten Einstellungen bei der Prozessführung - oftmals sehr uneinheitlich. Der verfahrensgemäß bekanntermaßen in der Regel vermischt mit anorganischem Material, wie z. B. mit Metallen oder Salzen, anfallende Kohlenstoff muss dabei als unverwertbare Asche entsorgt werden. A certain proportion of organic materials is also thermally decomposed, especially in pyrolysis plants, with the formation of combustible fuels and gases and the formation of carbon, but here too the efficiency left much to be desired and this also always requires not inconsiderable investments. The quality of the gases produced in this way is often very inconsistent - on the one hand due to the diversity of the thermally decomposable organic materials, and, on the other hand, depending on the nature of the respectively selected settings in the process control. The method known to be mixed usually with inorganic material such. As with metals or salts, resulting carbon must be disposed of as unusable ashes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf technologisch wenig aufwändige Art ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen der Verwertungsgrad der bei der Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen eingesetzten organischen Stoffe gesteigert werden kann. The invention has for its object to provide a method and a device of the type mentioned in a technologically less expensive way, with which the degree of utilization of the organic substances used in the production of combustible fuels and gases can be increased.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der bei der thermischen Zersetzung erzeugte Kohlenstoff in einem der Zersetzung nachgeschalteten Syntheseprozess in Wasserdampfatmosphäre zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt wird. According to the process of the invention, this is achieved by reacting the carbon generated in the thermal decomposition in a decomposition downstream synthesis process in steam atmosphere to carbon monoxide and hydrogen.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass dem Reaktor zur thermischen Zersetzung technologisch ein Synthesereaktor zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus Wasserdampf und aus dem im Reaktor zur thermischen Zersetzung gebildeten Kohlenstoff nachgeschaltet ist, wobei die In the apparatus according to the invention this is achieved in that the reactor for thermal decomposition technologically a synthesis reactor for the formation of carbon monoxide and hydrogen from water vapor and from the reactor in the followed by thermal decomposition of carbon formed, the
Reaktoren über eine Zuführung für den Kohlenstoff aus dem Reaktor zur thermischen Zersetzung in den Synthesereaktor miteinander verbunden sind. Reactors are connected to each other via a feed for the carbon from the thermal decomposition reactor in the synthesis reactor.
Mit einer derartigen Hybridanlage kann vorteilhafterweise eine bis zu 100 %-ige Umsetzung der zu zersetzenden organischen Stoffe erfolgen, wobei außerdem mit Vorteil die Erzeugung des im Synthesereaktor hergestellten wasserstoffhaltigen Gases von der Erzeugung der in der Stufe der thermischen Zersetzung entstehenden Gase getrennt werden kann. Obwohl bei der thermischen Zersetzung mit vorteilhaft hoher technologischer Flexibilität wahlweise verschiedene Materialien mit jeweils an deren chemische Zusammensetzung angepassten unterschiedlichen Temperatur-Regimen eingesetzt und dekomponiert werden können, bleibt die Syntheseeinheit davon unberührt und arbeitet immer identisch. With such a hybrid system can be carried out advantageously up to 100% conversion of the organic substances to be decomposed, which also advantageously the production of the hydrogen-containing gas produced in the synthesis reactor can be separated from the generation of the resulting gases in the thermal decomposition step. Although in the thermal decomposition with advantageously high technological flexibility optionally different materials can be used and decomposed with different temperature regimes adapted in each case to their chemical composition, the synthesis unit remains unaffected and always operates identically.
So kann die thermische Zersetzung der organischen Stoffe als sogenannte Flash- Pyrolyse in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C durchgeführt werden, wobei bezogen auf 00 % Trockenmasse der organischen Stoffe etwa 75 % bis 85 % brennbare Treibstoffe und Gase und etwa 15 % bis 25 % Kohlenstoff entstehen. Wichtig zur erfindungsgemäßen vollen Nutzung der Energie der eingesetzten organischen Stoffe ist dabei die Umsetzung des Kohlenstoffs. Nimmt man z. B. Holz als zu zersetzende organische Substanz bzw. als Energielieferanten, welches einen Heizwert von etwa 18 MJ/kg der Trockensubstanz besitzt, dann machen 20 % Restkohlenstoff mit einem Heizwert von etwa 34 MJ/kg immerhin ca. 38 % der dem Holz immanenten Energie aus, die im Vergleich mit einem Verfahren ohne Synthesestufe erfindungsgemäß mehr genutzt werden können. Thus, the thermal decomposition of organic substances can be carried out as so-called flash pyrolysis in a temperature range of 300 ° C to 600 ° C, based on 00% dry matter of organic substances about 75% to 85% combustible fuels and gases and about 15% to 25% carbon arise. Important for full utilization of the energy of the organic substances used according to the invention is the conversion of the carbon. If you take z. As wood as decomposing organic substance or as an energy supplier, which has a calorific value of about 18 MJ / kg of dry matter, then make 20% residual carbon with a calorific value of about 34 MJ / kg at least about 38% of the wood immanent energy which can be used more according to the invention in comparison with a process without a synthesis step.
Eine andere Möglichkeit besteht - wenn eine hohe Wasserstoffausbeute gewünscht ist - darin, die thermische Zersetzung der organischen Stoffe als sogenannte Mono- carbon-Thermolyse in einem Temperaturbereich von 650 °C bis 800 °C durchzuführen, wobei bezogen auf 100 % Trockenmasse der organischen Stoffe mehr als 20 % Kohlenstoff - gemeinsam mit CO, H2, CH4 - gebildet wird, was dann für die Synthesereaktion zur Verfügung steht, wobei die Zusammensetzung von der Art des Eingangsmaterials und dessen Feuchtigkeit abhängt. Another possibility - if a high hydrogen yield is desired - is to carry out the thermal decomposition of the organic substances as so-called monocarbon thermolysis in a temperature range of 650 ° C to 800 ° C, based on 100% dry matter of organic substances more than 20 % Carbon - together with CO, H 2 , CH 4 - is formed, which is then available for the synthesis reaction, the composition depending on the nature of the input material and its moisture.
Hierbei ist zu beachten, dass die Menge des bei der thermischen Zersetzung entstehenden Kohlenstoffs von der Temperatur abhängt; je höher diese ist, umso mehr Kohlenstoff wird freigesetzt, weil dieser, wie nachfolgend noch im Detail gezeigt wird, an den thermolytischen Schnittstellen der polymeren organischen Moleküle entsteht. Je kurzkettiger aufgrund einer höher gewählten Temperatur die Schnittstücke sind, umso mehr elementarer Kohlenstoff kann entstehen. It should be noted that the amount of carbon formed during thermal decomposition depends on the temperature; the higher this is, the more carbon is liberated because, as will be shown in detail below, it is formed at the thermolytic interfaces of the polymeric organic molecules. The short-chain due to a higher selected temperature, the cuts are, the more elemental carbon can arise.
Es ist dabei ohne Verfahrensnachteile auch möglich, dass die thermisch zu zersetzenden organischen Stoffe Bestandteile enthalten, aus denen bei der thermischen Zersetzung anorganische Ascheprodukte entstehen. Auch können während der thermischen Zersetzung der organischen Stoffe dem Prozess insbesondere in Wasser gelöste funktionelle Zusätze, wie Salze und Salzbildner, beispielsweise Phosphorsäure oder Kalilauge, zugeführt werden - so um z. B. nitrose Gase als Ammoniumphosphate oder Schwefeloxide als Kaliumsulfat zu binden. It is also possible without procedural disadvantages that the thermally decomposable organic substances contain components from which arise in the thermal decomposition of inorganic ash products. Also during the thermal decomposition of the organic substances the process especially in water dissolved functional additives, such as salts and salt formers, such as phosphoric acid or potassium hydroxide, are supplied - so to order z. B. nitrous gases to bind as ammonium phosphates or sulfur oxides as potassium sulfate.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kombination von thermischer Zersetzung und Synthese in einem einzigen Reaktorraum zu Problemen führt. Während beispielsweise eine Thermolyse abläuft, entstehen um die sich zersetzenden Partikel der organischen Stoffe herum expandierende Gaswolken, die den für eine Umsetzung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid erforderlichen Wasserdampf gewissermaßen vom Reaktionsort wegdrücken würden, so dass kein The invention is based on the finding that a combination of thermal decomposition and synthesis in a single reactor space leads to problems. For example, while a thermolysis takes place, around the decomposing particles of the organic matter around expanding gas clouds that would effectively force away the water vapor required for a conversion to hydrogen and carbon monoxide from the reaction site, so that no
Wassermolekül an den Kohlenstoff gelangt. Außerdem verbleibt bei einer Thermolyse - wie von der Herstellung von Aktivkohle bekannt - auch immer ein stabiles Kohlenstoffgerüst im entstehenden Kohlenstoff, so dass hier die Oberfläche zwar theoretisch groß, den Wassermolekülen aber nur in begrenztem Maße zugänglich ist, so dass keine vollständige Umsetzung erfolgen kann. Ein wichtiger Schritt zur Vollnutzung der in den zu zersetzenden organischen Stoffen enthaltenen Energie ist auch die Aufteilung der Hybridvorrichtung in die Stufe der Zersetzung mit dem o. g. mittleren oder mit dem o. g. höher liegenden, aber gegenüber der Temperatur der Synthesestufe, die - wegen der hohen Reinheit der Kohle und auch wegen der gegebenenfalls vorhandenen Präsenz chemisch inaktiver anorganischer Stoffe - als Hochternperaturprozess im Temperaturbereich von 850 °C bis 1000 °C durchgeführt wird, vergleichsweise niedrigeren Temperaturbereich. Water molecule reaches the carbon. In addition, remains at a thermolysis - as known from the production of activated carbon - always a stable carbon skeleton in the resulting carbon, so that here the surface, although theoretically large, but the water molecules is accessible only to a limited extent, so that no complete implementation can take place. An important step towards full utilization of the energy contained in the organic matter to be decomposed is also the breakdown of the hybrid device in the stage of decomposition with the above middle or above, but compared to the temperature of the synthesis stage, which - Coal and also because of the possibly existing presence of chemically inactive inorganic substances - is performed as Hochternperaturprozess in the temperature range of 850 ° C to 1000 ° C, comparatively lower temperature range.
Der CO/H2-Produktion kann in einem weiteren Reaktor eine Wassergas-Shift-Reak- tion nachgeschaltet werden, womit bei Temperaturen zwischen 250 °C und 450 °C an einem Eisen(lll)-oxid Katalysator das Kohlenmonoxid in einem exothermen Pro- zess in Wasserdampf-Atmosphäre zu Kohlendioxid umgewandelt wird, wobei sich die Wasserstoffmenge etwa verdoppelt. The CO / H 2 production can be followed by a water gas shift reaction in another reactor, which at temperatures between 250 ° C and 450 ° C on an iron (III) oxide catalyst, the carbon monoxide in an exothermic Zess is converted in a steam atmosphere to carbon dioxide, wherein the amount of hydrogen approximately doubles.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Zersetzungs- und dem Syntheseprozess kann, obwohl anaerob und jeweils als endotherme Reaktion - also nicht autotherm - geführt, in der Gesamtbilanz mit hoher Energieeffizienz realisiert werden, da einerseits die für Zersetzung und Synthese benötigte Energie zumindest zu mehr als 80 %, vorzugsweise zu mehr als 95 %, durch Verbrennung der aus den organischen Stoffen gewonnenen brennbaren Treibstoffe und Gase und/oder auch durch Reku- peration der im Wassergas-Shift-Prozess entstehende Wärme bereitgestellt werden kann, denn nur bei einer ersten oder bei einer eventuell nach Stillstandszeiten wiederholten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein einmaliger Energieinput, beispielsweise mit extern zugeführtem verbrennendem Heizgas, notwendig. Im stationären Zustand kann die Wärme zu 100 % prozessimmanent bereitgestellt werden. Außerdem gelangt der Kohlenstoff aus der Stufe der Zersetzung der organischen Stoffe bevorzugt unmittelbar - also ohne Abkühlung und Zwischenlagerung, d. h. schon mit der in der Zersetzungsstufe herrschenden Reaktionstemperatur - in den Synthesereaktor, so dass in der Synthesestufe nur noch der Differenzbetrag an Energie zum Erreichen der dort maßgeblichen Temperatur aufzuwenden ist. The method according to the invention with the decomposition and the synthesis process, although anaerobic and in each case as an endothermic reaction - that is not autothermic - led to be realized in the overall balance with high energy efficiency, since on the one hand the energy required for decomposition and synthesis at least more than 80% , preferably more than 95%, by combustion of the combustible fuels and gases obtained from the organic substances and / or by recuperation of the heat generated in the water gas shift process can be provided, only for a first or a possibly After shutdown times repeated commissioning of the device according to the invention is a one-time energy input, for example, with externally supplied combusting fuel gas necessary. In the stationary state, the heat can be provided 100% process-immanent. In addition, the carbon from the stage of decomposition of the organic substances preferably passes directly into the synthesis reactor, ie without cooling and intermediate storage, ie already at the reaction temperature prevailing in the decomposition stage, so that in the synthesis stage only nor the difference amount of energy to reach the relevant temperature is spent.
In den Reaktoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere in dem Reaktor zur thermischen Zersetzung, kann vorzugsweise eine Förderung des Gutes mittels Förderschnecken erfolgen. Hierbei können in die Schnecken integrierte Spachtel- und/oder Rolleinheiten das organische Material sehr fein über die Ofenunterseite verteilen, so dass alle Partikel über Kontaktwärme aus der Reaktorwandung direkt auf eine optimale Flash-Temperatur von beispielsweise ca. 475 °C gebracht werden können. Dahinter angebrachte Schabereinheiten können sodann den Boden bzw. die Reaktorwandwandung von Anhaftungen befreien und ihn frei für den folgenden Direktkontakt mit den organischen Stoffen machen. Außerdem können mit einem Rollensystem an der Schnecke gleichzeitig auch die entstehenden Kohlenstoffagglo- merate aufgebrochen werden, so dass nur noch Kohlenstaub, in der Regel vermischt mit anorganischem Material, der Austragungsstelle aus dem Reaktor zugeführt wird. In the reactors of the device according to the invention, in particular in the reactor for thermal decomposition, it may preferably be carried out by means of screw conveyors. In this case, spatula and / or roller units integrated into the screws can very finely distribute the organic material over the bottom of the oven, so that all particles can be brought directly to an optimum flash temperature, for example about 475 ° C., via contact heat from the reactor wall. Scraper units mounted behind can then free the floor or reactor wall wall of buildup and make it free for subsequent direct contact with the organics. In addition, with a roller system on the screw, the resulting carbon formates can be broken up at the same time so that only pulverized coal, generally mixed with inorganic material, is supplied to the point of discharge from the reactor.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den Unteransprüchen enthalten. Further advantageous design features and advantages of the invention are contained in the following description and in the subclaims.
Anhand eines bevorzugten, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels des Verfahrens und zwei bevorzugten konstruktiven Varianten für einen Reaktor der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen: Reference to a preferred, illustrated in the accompanying drawings embodiment of the method and two preferred structural variants for a reactor of the device according to the invention, the invention is explained in detail. Showing:
Fig. 1 ein technologisches Schema einer bevorzugten Ausführung einer Fig. 1 is a technological diagram of a preferred embodiment of a
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine schematische Darstellung der Interaktion von Wasserdampf mit Partikeln eines sich im gleichen Reaktionsraum thermisch zersetzenden organischen Stoffes, eine Darstellung der thermischen Zersetzung eines unverzweigten Alkan Kettenmoleküls bei vergleichsweise höherer Temperatur, eine Darstellung der thermischen Zersetzung eines unverzweigten Alkan Kettenmoleküls bei vergleichsweise niedrigerer Temperatur, eine Querschnittsdarstellung einer ersten bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäß bei der thermischen Zersetzung von organischen Stoffen einsetzbaren Reaktors, device according to the invention for illustrating the method according to the invention, a schematic representation of the interaction of water vapor with particles of a thermally decomposing in the same reaction space organic matter, a representation of the thermal decomposition of an unbranched alkane chain molecule at a relatively higher temperature, a representation of the thermal decomposition of an unbranched alkane chain molecule at a relatively lower temperature, a cross-sectional view of a first preferred embodiment of a reactor which can be used according to the invention in the thermal decomposition of organic substances,
Fig. 6 bis 8 vergrößerte Details der Darstellung in Fig. 5 bei verschiedenen Arbeitsstellungen einer Förderschnecke im Reaktor zur thermischen Zersetzung, 6 to 8 enlarged details of the illustration in FIG. 5 at different working positions of a screw conveyor in the thermal decomposition reactor, FIG.
Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäß bei der thermischen Zersetzung von organischen Stoffen einsetzbaren Reaktors, 9 shows a cross-sectional illustration of a further preferred embodiment of a reactor which can be used according to the invention in the thermal decomposition of organic substances,
Fig. 10 eine vergrößerte Einzeldarstellung einer Baugruppe des in Fig. 9 10 is an enlarged detail view of an assembly of the in Fig. 9
dargestellten Reaktors zur thermischen Zersetzung.  illustrated reactor for thermal decomposition.
Gemäß einem Verfahren nach der Erfindung wird in einer erfindungsgemäßen Anlage zur Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen ein organischer feuchtig- keitshaltiger Stoff 1 - oder auch ein Stoffgemisch - in einem beheizten Trichter 2 auf einen gewünschten Gehalt an Trockensubstanz eingestellt. Als organische Stoffe 1 können dabei Pflanzenreste, wie Holz oder Kompost, Biomasse, Hausmüll, Kunststoffabfälle, Klärschlämme, Fleischabfälle, Altautoreifen und dergleichen mehr eingesetzt werden. Die zur Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase eingesetzten organischen Stoffe können dabei 5 % bis 50 %, vorzugsweise 15 % bis 20 %, Feuchtigkeit enthalten, die bevorzugt durch die der thermischen Zersetzung vorgeschaltete Trocknung eingestellt wird. Die thermisch zu zersetzenden organischen Stoffe 1 können dabei auch Bestandteile enthalten, aus denen bei der thermischen Zersetzung anorganische Ascheprodukte entstehen. According to a method according to the invention, in an installation according to the invention for the production of combustible fuels and gases, an organic moisture-containing substance 1 or else a mixture of substances is set in a heated funnel 2 to a desired content of dry matter. Plant substances such as wood or compost, biomass, household waste, plastic waste, sewage sludge, meat waste, old car tires and the like can be used more as organic substances 1. The organic substances used to form the combustible fuels and gases may contain 5% to 50%, preferably 15% to 20%, moisture, which is preferably adjusted by the drying preceding the thermal decomposition. The thermally decomposable organic substances 1 can also contain constituents from which arise during thermal decomposition inorganic ash products.
Nicht dargestellt ist dabei in Fig. 1 , dass der zur Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase eingesetzte organische Stoff 1 bzw. die organischen Stoffe 1 vor der Zersetzung und Trocknung zerkleinert, insbesondere auf mittlere Partikelgrößen im Bereich von 2 mm bis 5 mm zerkleinert, werden sollte(n), wobei vorzugsweise eine Abmessung in einer räumlichen Dimension der Partikel (Länge, Breite, Höhe) kleiner sein sollte als 100 μιη. Dadurch weisen die Partikel ein für die Zersetzungsreaktion und für - im Sinne des Wärmeübergangs - den thermischen Angriff optimales Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auf. It is not shown in FIG. 1 that the organic substance 1 used to form the combustible fuels and gases or the organic substances 1 is comminuted before decomposition and drying, in particular comminuted to mean particle sizes in the range from 2 mm to 5 mm should (n), preferably a dimension in a spatial dimension of the particles (length, width, height) should be smaller than 100 μιη. As a result, the particles have an optimum surface-to-volume ratio for the decomposition reaction and, for the purpose of heat transfer, the thermal attack.
Aus dem Trichter 2 fällt der organische Stoff 1 in eine Schleuse 3, die in der Zeichnung exemplarisch als Zellradschleuse dargestellt ist, und gelangt über die Öffnung 4 in den Innenraum des Reaktors 5 für die Zersetzung. Die Schleuse 3 schließt dabei den Reaktor auch luftdicht zur Materialzuführung hin ab. In dem Reaktor 5 wird die thermische Zersetzung des organischen Stoffes 1 als anaerober Prozess geführt, wobei der organische Stoff 1 auch insbesondere unter Schutzgas in den Reaktor 5 eingebracht werden können. Innerhalb des Reaktors 5 für die Zersetzung bewegt eine sich axial erstreckende Förderschnecke 6 das Material kontinuierlich bis zur Austragsöffnung 8, welche wiederum in einer gasdichten Schleuse 9, insbesondere einer Zellradschleuse, mündet. Der Reaktor 5 für die Zersetzung verfügt auch über eine Zuführung 7, über die Wasser, gegebenenfalls mit darin gelösten funktionellen Zusätzen, zugeführt werden kann. From the funnel 2, the organic substance 1 falls into a sluice 3, which is shown as an example in the drawing as a rotary valve, and passes through the opening 4 in the interior of the reactor 5 for decomposition. The lock 3 closes the reactor also airtight from the material supply point down. In the reactor 5, the thermal decomposition of the organic substance 1 is performed as an anaerobic process, wherein the organic material 1 can also be introduced into the reactor 5, in particular under protective gas. Within the reactor 5 for the decomposition, an axially extending screw conveyor 6 moves the material continuously up to the discharge opening 8, which in turn opens into a gas-tight lock 9, in particular a rotary valve. The decomposition reactor 5 also has a feed 7, via which water, optionally with functional additives dissolved therein, can be supplied.
Die Förderschnecke 6 weist immer Querriegel auf, die längs zum Gehäuse des Zersetzungsreaktors 5 verlaufen. Hierfür reichen zunächst einfache Kratz- und Wenderiegel - wie der in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnete Riegel - wobei aber auch Riegel mit weiteren Funktionen hinzukommen können, wie auch den nachfolgend noch beschriebenen Fig. 5 bis 10 zu entnehmen ist. The screw conveyor 6 always has transverse bars, which extend longitudinally to the housing of the decomposition reactor 5. For this purpose, initially simple scratch and Wenderiegel - like the designated in Fig. 5 by the reference numeral 62 bars - but also may be added with additional functions bolt, as well as the below-described Fig. 5 to 10 can be seen.
Bei beliebig einstellbaren Temperaturen, beispielsweise im Temperaturbereich zwischen 300 °C und 600 °C, wird der organische Stoff im Reaktor 5 dann thermisch zersetzt, insbesondere einer Thermolyse unterzogen. Die beschriebene Ausgestaltung der Förderschnecke 6 erlaubt neben Hochtemperaturthermolysen auch die Durchführung der bereits erwähnten Flash-Pyrolysen. Bei einer solchen QuasiFlash-Pyrolyse wird in einem Mitteltemperatur-Prozess, vorzugsweise bei ca. 475 °C, das organische Material 1 unter Sauerstoffausschluss sehr schnell erhitzt. Hierbei werden insbesondere kleine Partikel bei sehr hohen Aufheiz- und Wärmeübertragungsraten zersetzt, wobei üblicherweise etwa 60 % bis 70 % (dann bei Raumtemperatur) flüssige Produkte als brennbare Treibstoffe entstehen, sowie zusätzlich jeweils noch etwa 10 % bis 20 % brennbares Gas und etwa 15 % bis 25 % Restkohlenstoff, bezogen auf 100 % Trockensubstanz der Organik (organischer Stoff 1). Der Kohlenstoff mischt sich mit gegebenenfalls vorhandenem oder sich bildendendem anorganischen Material, wie z. B. Metallen oder Salzen. At arbitrarily adjustable temperatures, for example in the temperature range between 300 ° C and 600 ° C, the organic material in the reactor 5 is then thermally decomposed, in particular subjected to a thermolysis. The described configuration of the screw conveyor 6 allows not only Hochtemperaturthermolysen and the implementation of the aforementioned flash pyrolysis. In such a quasi-flash pyrolysis, the organic material 1 is heated very rapidly in an intermediate-temperature process, preferably at about 475 ° C., with the exclusion of oxygen. In particular, small particles are decomposed at very high heating and heat transfer rates, whereby usually about 60% to 70% (then at room temperature) liquid products are produced as combustible fuels, and additionally each still about 10% to 20% combustible gas and about 15% to 25% residual carbon, based on 100% dry substance of the organics (organic substance 1). The carbon mixes with any inorganic material which may be present or formed, such as e.g. As metals or salts.
Die thermische Zersetzung der organischen Stoffe 1 kann auch als sogenannte Mo- nocarbon-Thermolyse in einem Temperaturbereich von 650 °C bis 800 °C erfolgen, wobei bezogen auf 100 % Trockenmasse der organischen Stoffe 1 nur mehr CO, H2, CH4 und Kohlenstoff entstehen. Das entstandene Gas wird am Gasauslass 1 ausgekoppelt und gelangt in einen Gaskühler 12, in dem es in einer Kühlschlange 13 beispielsweise auf eine für eine später zum Einsatz des Gases zur Verstromung geeignete Temperatur von 50 °C herunter gekühlt wird. Flüssige Anteile kondensieren aus und werden im Behälter 14 gesammelt. Hieraus können die flüssigen Brennstoffe sowie Restwasser über einen Auslass 15 abgezogen werden. The thermal decomposition of the organic substances 1 can also be carried out as so-called monocarbon thermolysis in a temperature range of 650 ° C to 800 ° C, based on 100% dry matter of the organic substances 1 only CO, H2, CH4 and carbon arise. The resulting gas is decoupled from the gas outlet 1 and passes into a gas cooler 12 in which it is cooled down in a cooling coil 13, for example, to a temperature of 50 ° C. suitable for later use of the gas for power generation. Liquid fractions condense and are collected in the container 14. From this, the liquid fuels and residual water can be withdrawn via an outlet 15.
Das Gas strömt dann in eine Gaswäsche 6. Bei dieser Gaswäsche 16 der durch die thermische Zersetzung entstandenen Gase können als Waschflüssigkeiten öle, insbesondere Pflanzenöle, vorzugsweise Rapsöl, eingesetzt werden. Rapsöl besitzt eine besonders gute Fähigkeit, Teere zu binden. Die mit Feststoff, insbesondere mit Kohlenstoff, beladene Waschflüssigkeit wird über einen Auslass 19 abgesaugt und kann als Eingangsmaterial dem Prozess der thermischen Zersetzung der organischen Stoffe 1 zugeführt werden. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn sich im Reaktor derart viel Kohlenstaub gebildet hat, dass die Viskosität so stark angestiegen ist, dass das Gas nur noch begrenzt die Waschflüssigkeit durchlaufen kann. The gas then flows into a gas scrubbing 6. In this gas scrubbing 16 of the gases formed by the thermal decomposition, oils, in particular vegetable oils, preferably rapeseed oil, can be used as scrubbing liquids. Rapeseed oil has a particularly good ability to bind tars. The scrubbing liquid laden with solids, in particular with carbon, is sucked off via an outlet 19 and can be supplied as input material to the process of thermal decomposition of the organic substances 1. This can happen, in particular, if so much pulverized coal has formed in the reactor that the viscosity has increased so much that the gas can only pass through the washing liquid to a limited extent.
Das gereinigte Gas wird mittels einer Pumpe 17 abgesaugt und in eine Gasversorgungsanlage 18 gedrückt, worin sich Gas-Sensoren und Volumenzähler befinden. The purified gas is sucked by means of a pump 17 and pressed into a gas supply system 18, wherein gas sensors and flow meters are located.
Die Mischung aus reinem Kohlenstoff und anorganischem Material gelangt über die bereits erwähnte gasdichte Schleuse 9 unmittelbar in einen Synthesereaktor 10. Dadurch, dass die Reaktoren 5, 10 übereinander angeordnet sind, kann der Kohlenstoff dabei auch unter der Wirkung seines Eigengewichts aus dem Reaktor 5 zur thermischen Zersetzung in den Synthesereaktor 10 fließen. Die Förderenergie wird dadurch gering gehalten. The mixture of pure carbon and inorganic material passes through the aforementioned gas-tight lock 9 directly into a synthesis reactor 10. The fact that the reactors 5, 10 are arranged one above the other, the carbon can also under the action of its own weight from the reactor 5 for thermal Decomposition in the synthesis reactor 10 flow. The delivery energy is kept low.
Im Synthesereaktor 10 wird der bei der Zersetzung erzeugte Kohlenstoff in einem räumlich und zeitlich der Zersetzung nachgeschalteten Syntheseprozess in Wasser- dampfatmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 850 °C bis 1000 °C zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt. Der zur Synthese notwendige Wasserdampf wird dabei über eine Zuführungsleitung 20 eingesprüht. In the synthesis reactor 10, the carbon produced in the decomposition is removed in a synthesis process which is connected downstream of the decomposition in space and time. steam atmosphere at temperatures ranging from 850 ° C to 1000 ° C converted to carbon monoxide and hydrogen. The water vapor necessary for the synthesis is sprayed via a feed line 20.
Mit einer im Inneren des Synthesereaktors 10 angeordneten Förderschnecke 21 wird der Kohlenstoff kontinuierlich gefördert, in der Kammer verwirbelt und bei der Synthesereaktion verbleibendes anorganisches Material einem Auslass 22 zugeführt. Hier wird dieses als Asche oder Restmüll dann über eine weitere Zellradschleuse 23 in einen Aschekasten 24 geleitet. With a conveyor screw 21 arranged in the interior of the synthesis reactor 10, the carbon is continuously conveyed, swirled in the chamber and fed to an outlet 22 in the inorganic material remaining in the synthesis reaction. Here this is then passed as ash or residual waste via a further rotary valve 23 in an ash pan 24.
Das entstandene CO/H2-Gasgemisch wird am Gasauslass 25 ausgekoppelt und dann in einem Kühler 26 herunter temperiert. Eventuell vorhandenes Restwasser aus nicht umgesetztem Wasserdampf wird dabei abgeschieden und über einen Wasserauslass 27 entnommen. The resulting CO / H 2 gas mixture is decoupled at the gas outlet 25 and then tempered down in a cooler 26. Any existing residual water from unreacted water vapor is separated and removed via a water outlet 27.
Aus dem Kühler 26 strömt das Gas in einen Gaswäscher 28 und wird dort von Reststaub befreit. Ein Sumpf 29 des Gaswäschers 28 wird bei einer Überladung mit Staub dann über die Sumpfabsaugung 30 abgesaugt, wobei die Flüssigkeit auch wieder dem Reaktor 5 zur thermischen Zersetzung zugeführt werden kann. From the cooler 26, the gas flows into a gas scrubber 28 and is freed from residual dust there. A sump 29 of the scrubber 28 is then sucked in an overload with dust on the Sumpfabsaugung 30, wherein the liquid can also be fed back to the reactor 5 for thermal decomposition.
Aus dem Gaswäscher 28 wird das Gasgemisch wird über eine Pumpe 31 abgesaugt, im Gasstrom mit Hilfe von Sensoren 32 kontrolliert und dann in eine From the gas scrubber 28, the gas mixture is sucked off via a pump 31, controlled in the gas stream by means of sensors 32 and then into a
Gasleitung 33 gedrückt. Gas line 33 pressed.
Optional kann dann dieses - unabhängig von der Gaszusammensetzung, die das aus dem Zersetzungsreaktor 5 austretende Gas hat - vorteilhafterweise immer identische Gasgemisch über einen Shift-Reaktor 34 für das Wassergas weiter behandelt werden, indem in dem Shift-Reaktor 34 bei Zuführung von Wasserdampf an Optionally, this then - regardless of the gas composition, which has the emerging from the decomposition reactor 5 gas - advantageously always identical gas mixture via a shift reactor 34 for the water gas are further treated by in the shift reactor 34 with supply of water vapor
Eisen(lll)-oxid-Katalysatoren 35 bei Temperaturen im Bereich von 250 °C bis 450 °C das Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt wird, wobei zusätzlich Wasserstoff entsteht: Bei kompletter Umsetzung des CO in CO2 verdoppelt sich die Wasserstoffproduktion. Iron (III) oxide catalysts 35 at temperatures in the range of 250 ° C to 450 ° C, the carbon monoxide is converted into carbon dioxide, wherein additionally hydrogen arises: Complete conversion of CO into CO 2 doubles the production of hydrogen.
Das im Gasgemisch enthaltene Kohlendioxid kann in einer weiteren, optional vorhandenen Kälteeinheit 38, welche z. B. mit flüssigem Stickstoff als Kühlmittel gefüllt ist, verflüssigt werden, indem es durch eine Kühlschlange 39 geführt und dabei auf unter - 60 °C abgekühlt wird. Das flüssige CO2 fließt bei einem Druck von über 6 bar danach in das Auffanggefäß 41 und kann von dort über den Auslass 42 entnommen werden. Das reine Wasserstoffgas steht dann in der Gasleitung 40 zur Verfügung. The carbon dioxide contained in the gas mixture can in a further optional refrigeration unit 38, which z. B. is filled with liquid nitrogen as a coolant, are liquefied by passing it through a cooling coil 39 and thereby cooled to below - 60 ° C. The liquid CO2 then flows at a pressure of more than 6 bar into the collecting vessel 41 and can be removed from there via the outlet 42. The pure hydrogen gas is then available in the gas line 40.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie Wasserdampf 45 von einem sich thermisch zersetzenden organischen Partikel 43 abgehalten wird, da permanent Zersetzungsgas 44 aus dem Partikel 43 herausströmt. Die Figur veranschaulicht somit, dass es - wie bereits oben ausgeführt wurde - technologisch unvorteilhaft ist, thermische Zersetzung und Synthese in einem einzigen Reaktor durchzuführen, weil keine vollständige Umsetzung der organischen Stoffe 1 erfolgen kann. Mit der erfindungsgemäßen Hybridanlage kann stattdessen organisches Material vorteilhafterweise zu 100 % in brennbare Treibstoffe und Gase umgesetzt werden. FIG. 2 shows how water vapor 45 is prevented from a thermally decomposing organic particle 43, since permanent decomposition gas 44 flows out of the particle 43. The figure thus illustrates that, as already stated above, it is technologically unfavorable to carry out thermal decomposition and synthesis in a single reactor because complete conversion of the organic substances 1 can not take place. Instead, with the hybrid system according to the invention, organic material can advantageously be converted 100% into combustible fuels and gases.
In Fig. 3 und 4 wird modellhaft an einem Alkan dargestellt, wie die Erzeugung des reinen Kohlenstoffs aus einem organischen Stoff 1 vorstellbar ist. Wie zunächst Fig. 3 zeigt, greift die Wärmeenergie 46 eine C-C-Bindung 47 an und trennt die Kohlenwasserstoffkette 48 auf. Dabei entstehen freie H-C-H-Radikale 50 und längere radikalische Teilstücke 49, die den H-C-H-Radikalen 50 den Wasserstoff entreißen und sich damit wieder zu Molekülen vervollständigen. Exemplarisch ist diesbezüglich in Fig. 3 Äthan mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnet. Dabei entsteht der von Wasserstoff befreite reine Kohlenstoff 52 als Residuum. FIGS. 3 and 4 show a model of an alkane, as it is conceivable to produce the pure carbon from an organic substance 1. As first shown in FIG. 3, the thermal energy 46 attacks a C-C bond 47 and separates the hydrocarbon chain 48. This gives rise to free H-C-H radicals 50 and longer radical portions 49 which snatch hydrogen from the H-C-H radicals 50 and thus complete themselves into molecules. By way of example, in this regard, ethane is designated by reference numeral 51 in FIG. 3. In the process, the pure carbon 52 freed from hydrogen is formed as a residuum.
Gemäß Fig. 4 ist der Hitzeangriff (Wärmeenergie 53) auf die Molekülkette 54 geringer, da der Prozess der thermischen Zersetzung bei vergleichsweise niedrigerer Temperatur durchgeführt wird. Dabei entstehen einerseits weniger, aber längere Molekülteilstücke 55 und daraus längere Moleküle - exemplarisch ist diesbezüglich in Fig. 4 Propan mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnet - sowie aber auch eine geringere Anzahl von H-C-H-Radikalen und damit auch weniger reiner Kohlenstoff 58. According to FIG. 4, the heat attack (heat energy 53) on the molecular chain 54 is lower because the process of thermal decomposition is comparatively lower Temperature is performed. In this case, on the one hand less, but longer molecule sections 55 and longer molecules - exemplarily in this regard in FIG. 4 propane is denoted by reference numeral 56 - as well as a smaller number of HCH radicals and thus less pure carbon 58 arise.
Durch Fig. 5 bis 10 werden einige konstruktive Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, denen ebenfalls eigenständige erfinderische Bedeutung zugemessen wird und die der Tatsache Rechnung tragen, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe und der Syntheseprozess als endotherme Prozesse verlaufen, wobei die dazu benötigte Energie allotrop dem Prozess zugeführt wird, d. h. dass sie insbesondere indirekt über wände der Reaktoren 5, 10 oder alternativ oder zusätzlich auch über einen durch beispielsweise in Heizschlangen jeweils durch den Reaktionsraum geführten Wärmeträger eingekoppelt wird. By Fig. 5 to 10 some structural details of the device according to the invention are illustrated, which is also attributed independent inventive significance and take into account the fact that the thermal decomposition of the organic substances and the synthesis process run as endothermic processes, the energy required allotropic fed to the process, d. H. that it is coupled in particular indirectly via walls of the reactors 5, 10 or alternatively or additionally also via a heat transfer medium guided through, for example, heating coils in each case through the reaction space.
Die Reaktoren 5, 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung können bevorzugt Rohröfen sein, in denen Förderschnecken 6, 21 angeordnet sind. Alternativ könnten als Reaktoren 5, 10 aber auch Drehrohröfen eingesetzt werden, wobei während der thermischen Zersetzung und des Syntheseprozesses die organischen Stoffe 1 und der Kohlenstoff durch Ofendrehung kontinuierlich gefördert werden. The reactors 5, 10 of the device according to the invention may preferably be tube furnaces in which conveyor screws 6, 21 are arranged. Alternatively, as reactors 5, 10 but also rotary kilns can be used, wherein during the thermal decomposition and the synthesis process, the organic matter 1 and the carbon are continuously conveyed by kiln rotation.
Insbesondere kann eine Verbesserung im Sinne einer Intensivierung der Reaktion der thermischen Zersetzung durch eine Veränderung der innen im Zersetzungsreaktor 5 (in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet) liegenden Förderschnecke (in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet) herbeigeführt werden. Diese Förderschnecke 60 weist zunächst - wie bereits erwähnt - Kratz- und Wenderiegel 62 auf. Es handelt sich dabei um sich zumindest bereichsweise längs zu einem Gehäuse des Reaktors 5 erstreckende, insbesondere im Querschnitt etwa trapezförmige, Querriegel, die derart geformt und angeordnet sind, dass sie die organischen Stoffe 1 , die anorganischen Stoffe und/oder den Kohlenstoff bei einer Bewegung durch den Reaktor 5 umwenden, gegebenenfalls auch verwirbeln und/oder von einer Wandung 59 des Reaktors 5 abkratzen. In particular, an improvement in terms of intensifying the reaction of thermal decomposition by changing the inside of the decomposition reactor 5 (denoted by the reference numeral 62 in Fig. 5) may be brought about (indicated by reference numeral 60 in Fig. 5). As already mentioned, this screw conveyor 60 initially has scraping and turning bars 62. These are at least partially longitudinally to a housing of the reactor 5 extending, in particular approximately in cross-section approximately trapezoidal, transverse bar, which are shaped and arranged so that they the organic matter 1, the inorganic substances and / or the carbon in a Turn over movement through the reactor 5, if appropriate, also vortex and / or scrape off from a wall 59 of the reactor 5.
Zur erwähnten Verbesserung können - wie aus Fig. 5 bis 8 hervorgeht - an der Schnecke 60 zusätzlich noch Aufpressriegel 61 angebracht werden, die in ihren verschiedenen möglichen Arbeitsstellungen in Fig. 6 bis 8 auch mit den Bezugszeichen 64, 66 und 69 bezeichnet sind. Es handelt sich dabei bevorzugt, wie die Zeichnung veranschaulicht, um sich längs zu einem Gehäuse des Reaktors 5 erstreckende, insbesondere flügelartige, im Querschnitt etwa sichelförmige, schräg zu Radialstrahlen R durch den Reaktor 5 angeordnete Längsriegel, die derart geformt und angeordnet sind, dass sie die organischen Stoffe 1 , die anorganischen Stoffe und/oder den Kohlenstoff bei einer Bewegung durch den Reaktor 5 in einer einige Millimeter dicken Schicht auf der Wandung des Reaktors 5 verteilen und an die Wandung 59 des Reaktors 5 andrücken. For the mentioned improvement - as shown in FIGS. 5 to 8 - on the screw 60 additionally Aufpressriegel 61 are attached, which are also designated by the reference numerals 64, 66 and 69 in their various possible working positions in Fig. 6 to 8. It is preferred, as the drawing illustrates, to longitudinally to a housing of the reactor 5 extending, in particular wing-like, in cross-section approximately crescent-shaped, obliquely to radial rays R through the reactor 5 arranged longitudinal bars which are shaped and arranged such that they distribute the organic substances 1, the inorganic substances and / or the carbon in a movement through the reactor 5 in a few millimeters thick layer on the wall of the reactor 5 and press against the wall 59 of the reactor 5.
Im Detail zeigt hierzu die Figurenfolge 6 bis 8, dass das Material (in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 65 und in Fig. 7 mit 68 bezeichnet) des organischen Stoffes 1 , das auf einer unteren Innenwand 63 der Reaktors 5 liegt, vom Aufpressriegel 64 aufgenommen und bei der Drehbewegung der Förderschnecke 60 als dünne Schicht 67 in direkten Kontakt mit der heißen Gehäusefläche 63 gebracht wird. Erreicht der Anpressriegel dann die Stellung 69 (Fig. 8), wird das gesamte Material 71 in einer dünnen Schicht auf die heiße Fläche 70 gepresst und verdampft bzw. zersetzt sich im Direktkontakt mit der Wand sehr spontan und in wenigen Sekunden. In detail, this shows the sequence of figures 6 to 8, that the material (in Fig. 6 by reference numeral 65 and in Fig. 7 denoted by 68) of the organic material 1, which lies on a lower inner wall 63 of the reactor 5, from Aufpressriegel 64th taken and brought in the rotational movement of the screw conveyor 60 as a thin layer 67 in direct contact with the hot housing surface 63. When the pressure bar then reaches the position 69 (FIG. 8), the entire material 71 is pressed in a thin layer onto the hot surface 70 and evaporates or decomposes in direct contact with the wall very spontaneously and in a few seconds.
Wie des Weiteren Fig. 9 und 10 zeigen, können an der Schnecke (hier mit dem Bezugszeichen 73 bezeichnet) neben Abkratz- und Wenderiegeln (hier mit dem Bezugszeichen 74 bezeichnet) auch Anpressrollen 75 angebracht sein. Es handelt sich dabei vorzugsweise um sich längs zum Gehäuse des Reaktors 5 erstreckende Längsriegel, die als in radialer Richtung frei bewegliche Rollen ausgebildet und derart an der Förderschnecke 73 befestigt und ausgeführt sind, dass sie die organi- sehen, anorganischen Stoffe und/oder den Kohlenstoff in einer einige Millimeter dicken Schicht an die Wandung 72 des Reaktors 5 andrücken und durch ein Zer- walzen auf der Wandung des Reaktors 5 zerkleinern. Solche Anpressrollen 75 können leichter auf stark kohäsiv ausgeprägte Formstücke anorganischen Materials reagieren und vermeiden somit auch Verklemmungen. Weiterhin walzen diese Rollen 75 den entstandenen Kohlenstoff klein. Um ihre Funktion zu erfüllen, sollten die Rollen (in Fig. 10 mit dem Bezugszeichen 77 bezeichnet) eine Eigenschwere haben und in einem Führungsriegel 76 derart an der Schnecke angebracht sein, dass die Achse 78 der Rolle sich frei in einer Aussparung (Langloch 79) des Führungsriegels 76 bewegen kann. As further shown in FIGS. 9 and 10, it is also possible for pressure rollers 75 to be attached to the worm (here denoted by reference numeral 73) in addition to scraping and turning seals (designated here by reference numeral 74). These are preferably longitudinal bars extending longitudinally of the housing of the reactor 5, which are designed as rollers which are freely movable in the radial direction and are fastened to the conveyor screw 73 in such a manner that they guide the organic components. see inorganic substances and / or press the carbon in a few millimeters thick layer to the wall 72 of the reactor 5 and crushed by a roll on the wall of the reactor 5 crushed. Such pressure rollers 75 can react more easily to strongly cohesively shaped fittings of inorganic material and thus also avoid jamming. Furthermore, these rollers 75 roll the resulting carbon small. To fulfill their function, the rollers (denoted by reference numeral 77 in FIG. 10) should have inherent severity and be mounted on the worm in a guide bar 76 such that the axle 78 of the roller is free in a recess (slot 79). of the guide bar 76 can move.
Wie schon aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Mittel und Maßnahmen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen. As already apparent from the foregoing, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, but includes all means and measures in the sense of the invention equally effective. Furthermore, the invention is not limited to the feature combinations defined in the independent claims but may be defined by any other combination of particular features of all the individual features disclosed overall. This means that in principle virtually every individual feature of the independent claims can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claims are to be understood merely as a first formulation attempt for an invention.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Gewinnung von brennbaren Treibstoffen und Gasen aus organischen Stoffen (1), wobei die organischen Stoffe (1) unter Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase und unter Bildung von Kohlenstoff thermisch zersetzt werden, Anspruch [en] A process for obtaining combustible fuels and gases from organic matter (1), wherein the organic matter (1) is thermally decomposed to form the combustible fuels and gases and to form carbon,
dadurch gekennzeichnet, dass der bei der thermischen Zersetzung erzeugte Kohlenstoff in einem der Zersetzung nachgeschalteten Syntheseprozess in Wasserdampfatmosphäre zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt wird.  characterized in that the carbon generated in the thermal decomposition is converted in a decomposition downstream synthesis process in steam atmosphere to carbon monoxide and hydrogen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung und der Syntheseprozess in zwei separaten technologisch hintereinander geschalteten Reaktoren (5, 10), einem Zersetzungsreaktor (5) zur thermischen Zersetzung der organischen Stoffe (1) und einem Synthesereaktor (10) zur Bildung des Koh- lenmonoxids und des Wasserstoffs, stattfindet, wobei als Reaktoren (5, 10) insbesondere gasdicht voneinander getrennte Ofensektionen oder Öfen, vorzugsweise Rohröfen, verwendet werden.  characterized in that the thermal decomposition and the synthesis process in two separate technologically connected in series reactors (5, 10), a decomposition reactor (5) for thermal decomposition of the organic matter (1) and a synthesis reactor (10) for the formation of the carbon monoxide and of hydrogen takes place, wherein as reactors (5, 10) in particular gas-tight separate furnace sections or furnaces, preferably tube furnaces are used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass während der thermischen Zersetzung und des Syntheseprozesses die organischen Stoffe (1) und der Kohlenstoff, insbesondere mit Hilfe von Förderschnecken (6, 21 , 60, 73) und/oder durch Ofendrehung, kontinuierlich gefördert werden. characterized in that during the thermal decomposition and the synthesis process, the organic substances (1) and the carbon, in particular by means of screw conveyors (6, 21, 60, 73) and / or by furnace rotation, are conveyed continuously.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass als organische Stoffe (1) zur Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase Pflanzenreste, wie Holz oder Kompost, Biomasse, Hausmüll, Kunststoffabfälle, Klärschlämme, Fleischabfälle, Altautoreifen und dergleichen eingesetzt werden.  characterized in that as organic substances (1) for the formation of combustible fuels and gases plant residues, such as wood or compost, biomass, household waste, plastic waste, sewage sludge, meat waste, used tires and the like are used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase eingesetzten organischen Stoffe (1) 5 % bis 50 %, vorzugsweise 15 % bis 20 %, Feuchtigkeit enthalten, die bevorzugt durch eine der thermischen Zersetzung vorgeschaltete Trocknung eingestellt wird.  characterized in that the organic substances (1) used to form the combustible fuels and gases contain 5% to 50%, preferably 15% to 20%, moisture, which is preferably adjusted by a drying preceding the thermal decomposition.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. The method according to any one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der brennbaren Treibstoffe und Gase eingesetzten organischen Stoffe (1) vor der Zersetzung zu Partikeln, insbesondere mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich von 2 mm bis 5 mm, zerkleinert werden, wobei vorzugsweise eine Abmessung der Partikel in einer räumlichen Dimension der Partikel kleiner ist als 100 μηη.  characterized in that the organic substances (1) used for the formation of the combustible fuels and gases are comminuted prior to decomposition to particles, in particular with an average particle size in the range of 2 mm to 5 mm, wherein preferably a dimension of the particles in a spatial Dimension of the particles is less than 100 μηη.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch zu zersetzenden organischen Stoffe (1) Bestandteile enthalten, aus denen bei der thermischen Zersetzung anorganische Ascheprodukte entstehen.  characterized in that the thermally decomposable organic substances (1) contain components from which arise during thermal decomposition inorganic ash products.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. The method according to any one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass während der thermischen Zersetzung der organischen Stoffe (1) dem Prozess insbesondere in Wasser gelöste funktionelle Zusätze, wie Salze und Salzbildner, beispielsweise Phosphorsäure oder Kalilauge, zugeführt werden. characterized in that during the thermal decomposition of the organic substances (1) the process in particular dissolved in water functional additives, such as salts and salt formers, for example phosphoric acid or potassium hydroxide, are supplied.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der bei der thermischen Zersetzung erzeugte Kohlenstoff, insbesondere zusammen mit bei der thermischen Zersetzung entstandenen anorganischen Ascheprodukten unmittelbar - ohne Abkühlung und Zwischenlagerung - über eine Schleuse (9) dem Syntheseprozess zugeführt wird.  characterized in that the carbon generated in the thermal decomposition, in particular together with incurred in the thermal decomposition of inorganic ash products directly - without cooling and intermediate storage - via a lock (9) is supplied to the synthesis process.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Syntheseprozess der gesamte bei der thermischen Zersetzung erzeugte Kohlenstoff umgesetzt wird, wobei insbesondere nur bei der Zersetzung entstandene anorganische Ascheprodukte als Restmüll abgeführt werden.  characterized in that in the synthesis process, the entire carbon generated in the thermal decomposition is reacted, wherein in particular incurred only in the decomposition of inorganic ash products are discharged as residual waste.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11. The method according to any one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die durch die thermische Zersetzung entstandenen brennbaren Treibstoffe und Gase und das bei dem Syntheseprozess entstandene Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gasgemisch separat weiterbehandelt, insbesondere jeweils kondensiert und/oder einer Gaswäsche (16, 28) unterzogen, werden.  characterized in that the resulting by the thermal decomposition combustible fuels and gases and the resulting in the synthesis process carbon monoxide-hydrogen gas mixture treated separately, in particular in each case condensed and / or a gas scrubbing (16, 28) subjected.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , 12. The method according to any one of claims 1 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gaswäsche (16) der durch die thermische Zersetzung entstandenen Gase als Waschflüssigkeiten öle, insbesondere Pflanzenöle, vorzugsweise Rapsöl, eingesetzt werden. characterized in that in a gas scrubbing (16) of the resulting by the thermal decomposition of the gases as scrubbing oils, in particular vegetable oils, preferably rapeseed oil, are used.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. The method according to any one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Gaswäsche (16) der durch die thermische Zersetzung entstandenen Gase und/oder des Kohlenmonoxid- Waserstoff-Gemischs eine mit Feststoff, insbesondere mit Kohlenstoff, beladene Waschflüssigkeit als Eingangsmaterial dem Prozess der  characterized in that after a gas scrubbing (16) of the resulting by the thermal decomposition gases and / or the carbon monoxide-hydrogen mixture with a solid, in particular with carbon, loaded scrubbing liquid as input material to the process of
thermischen Zersetzung der organischen Stoffe (1), insbesondere zur  thermal decomposition of the organic substances (1), in particular for
Erhöhung von deren Fließfähigkeit, zugeführt wird.  Increase of their fluidity, is supplied.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 14. The method according to any one of claims 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das bei dem Syntheseprozess entstandene Kohlenmonoxid in einem Wassergas-Shift-Prozess in einem Temperaturbereich von 250 °C bis 450 °C mit weiterem Wasserdampf katalytisch zu Kohlendioxid und weiterem Wasserdampf umgesetzt wird.  characterized in that the resulting in the synthesis process carbon monoxide is catalytically reacted in a water gas shift process in a temperature range of 250 ° C to 450 ° C with further water vapor to carbon dioxide and further water vapor.
15. Verfahren nach Anspruch 14, 15. The method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Wassergas-Shift-Prozess entstandene Kohlendioxid, insbesondere durch Abkühlung auf unter - 60 °C, von dem Wasserstoff abgetrennt wird.  characterized in that the resulting in the water gas shift process carbon dioxide, in particular by cooling to below - 60 ° C, is separated from the hydrogen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, 16. The method according to any one of claims 1 to 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe (1) als anaerober Prozess geführt wird, in den die organischen Stoffe (1) insbesondere unter Schutzgas eingebracht werden.  characterized in that the thermal decomposition of the organic substances (1) is performed as an anaerobic process, in which the organic substances (1) are introduced in particular under protective gas.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 17. The method according to any one of claims 1 to 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe (1) als Flash-Pyrolyse in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 600 °C, insbesondere bei etwa 475 °C erfolgt, wobei bezogen auf 100 % Trockenmasse der organischen Stoffe etwa 75 % bis 85 % brennbare Treibstoffe und Gase und etwa 15 % bis 25 % Kohlenstoff entstehen. characterized in that the thermal decomposition of the organic substances (1) takes place as flash pyrolysis in a temperature range of 300 ° C to 600 ° C, in particular at about 475 ° C, based on 100% dry matter of the organic substances about 75% to 85% combustible fuels and gases and about 15% to 25% carbon arise.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, 18. The method according to any one of claims 1 to 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe (1) als Monocarbon-Thermolyse in einem Temperaturbereich von 650 °C bis 800 °C erfolgt, wobei bezogen auf 100 % Trockenmasse der organischen Stoffe überwiegend CO, H2, CH4 und Kohlenstoff entsteht. characterized in that the thermal decomposition of the organic substances (1) takes place as monocarbon thermolysis in a temperature range from 650 ° C to 800 ° C, based on 100% dry matter of the organic substances predominantly CO, H 2 , CH 4 and carbon is formed ,
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, 19. The method according to any one of claims 1 to 18,
dadurch gekennzeichnet, dass der Syntheseprozess im Temperaturbereich von 850 °C bis 1000 °C durchgeführt wird.  characterized in that the synthesis process in the temperature range of 850 ° C to 1000 ° C is performed.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, 20. The method according to any one of claims 1 to 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe (1) und der Syntheseprozess als endotherme Prozesse verlaufen, wobei die dazu benötigte Energie allotherm dem Prozess zugeführt wird, wobei sie insbesondere indirekt über wände der Reaktoren (5, 10) und/oder über einen Wärmeträger eingekoppelt wird.  characterized in that the thermal decomposition of the organic substances (1) and the synthesis process run as endothermic processes, wherein the energy required for allothermic process is supplied, in particular indirectly via walls of the reactors (5, 10) and / or via a Heat transfer is coupled.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, 21. The method according to any one of claims 1 to 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zersetzung der organischen Stoffe (1) und der Syntheseprozess als endotherme Prozesse verlaufen, wobei die dazu benötigte Energie zumindest zu mehr als 80 %, vorzugsweise zu mehr als 95 %, durch Verbrennung der aus den organischen Stoffen (1) gewonnen brennbaren Treibstoffe und Gase und/oder durch in einem Was- sergas-Shift-Prozess entstehende Wärme bereitgestellt wird. characterized in that the thermal decomposition of the organic substances (1) and the synthesis process run as endothermic processes, wherein the energy required for this purpose at least more than 80%, preferably more than 95%, by combustion of the organic substances (1) combustible fuels and gases and / or provided by heat generated in a water gas shift process.
22. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , mit einem Reaktor (5)) zur thermischen Zersetzung organischer Stoffe (1) unter Bildung von brennbaren Treibstoffen und Gasen und unter Bildung von Kohlenstoff, 22. A device for carrying out a method according to one of claims 1 to 21, with a reactor (5)) for the thermal decomposition of organic substances (1) to form combustible fuels and gases and to form carbon,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung technologisch ein Synthesereaktor (10) zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus Wasserdampf und aus dem im Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung gebildeten Kohlenstoff nachgeschaltet ist, wobei die Reaktoren (5, 10) über eine Zuführung für den Kohlenstoff aus dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung in den Synthesereaktor (10) miteinander verbunden sind.  characterized in that the reactor (5) for thermal decomposition is technologically followed by a synthesis reactor (10) for forming carbon monoxide and hydrogen from water vapor and carbon formed in the reactor (5) for thermal decomposition, the reactors (5, 10) via a feed for the carbon from the reactor (5) for thermal decomposition in the synthesis reactor (10) are interconnected.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, 23. Device according to claim 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung für den Kohlenstoff eine gasdichte Schleuse (9), wie eine Zellradschleuse, ist.  characterized in that the feed for the carbon is a gas-tight lock (9), such as a rotary valve.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, 24. Device according to claim 22 or 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (5, 10) übereinander angeordnet sind, so dass der Kohlenstoff unter der Wirkung seines Eigengewichts aus dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung in den Synthesereaktor (10) fließen kann.  characterized in that the reactors (5, 10) are arranged one above the other so that the carbon under the action of its own weight from the reactor (5) for thermal decomposition in the synthesis reactor (10) can flow.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, 25. Device according to one of claims 22 to 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (5, 10) Rohröfen, wie Drehrohröfen, sind. characterized in that the reactors (5, 10) are tube furnaces, such as rotary kilns.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, 26. Device according to one of claims 22 to 25,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem Reaktor (5, 10) mindestens eine sich axial erstreckende Förderschnecke (6, 21 , 60, 73) angeordnet ist, die einerseits die organischen Stoffe (1) anorganische Stoffe und/oder den Kohlenstoff durch den Reaktor (5, 10) bewegt und andererseits von den Wandungen (59) des Reaktors (5, 10) abkratzt und umwälzt.  characterized in that at least one reactor (5, 10) at least one axially extending screw conveyor (6, 21, 60, 73) is arranged, on the one hand, the organic substances (1) inorganic substances and / or the carbon through the reactor ( 5, 10) and on the other hand from the walls (59) of the reactor (5, 10) scraped and circulated.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, 27. The device according to claim 26,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Förderschnecke (6, 21 , 60, 73), vorzugsweise in dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung, sich zumindest bereichsweise längs zu einem Gehäuse des Reaktors (5) erstreckende, insbesondere im Querschnitt etwa trapezförmige, Querriegel (62) aufweist, die derart geformt und angeordnet sind, dass sie die organischen Stoffe (1), die anorganischen Stoffe und/oder den Kohlenstoff bei einer Bewegung durch den Reaktor (5) umwenden, verwirbeln und/oder von einer Wandung (59) des Reaktors (5) abkratzen.  characterized in that the at least one screw conveyor (6, 21, 60, 73), preferably in the reactor (5) for thermal decomposition, at least partially along a housing of the reactor (5) extending, in particular approximately in cross-section approximately trapezoidal, cross bar (62) shaped and arranged to swirl the organic matter (1), the inorganic matter and / or the carbon when moving through the reactor (5), and / or from a wall (59) scrape off the reactor (5).
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, 28. Device according to claim 26 or 27,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Förderschnecke (6, 21 , 60, 73), vorzugsweise in dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung, sich längs zu einem Gehäuse des Reaktors (5) erstreckende, insbesondere flügelartige, im Querschnitt etwa sichelförmige, schräg zu Radialstrahlen durch den Reaktor angeordnete Längsriegel (61 , 64, 66, 69) aufweist, die derart geformt und angeordnet sind, dass sie die organischen Stoffe (1), die anorganischen Stoffe und/oder den Kohlenstoff bei einer Bewegung durch den Reaktor (5) in einer einige Millimeter dicken Schicht (67) auf der Wandung des Reaktors verteilen und an die Wandung (59, 63) des Reaktors (5) andrücken. characterized in that the at least one screw conveyor (6, 21, 60, 73), preferably in the reactor (5) for thermal decomposition, extending obliquely along a housing of the reactor (5), in particular wing-like, approximately crescent-shaped in cross-section Longitudinal bars (61, 64, 66, 69) arranged in radial direction through the reactor, which are shaped and arranged such that they move the organic substances (1), the inorganic substances and / or the carbon when moving through the reactor (5 ) in a few millimeters thick layer (67) on the wall of the reactor and press against the wall (59, 63) of the reactor (5).
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, 29. Device according to one of claims 26 to 28,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Förderschnecke (6, 21 , 60, 73), vorzugsweise in dem Reaktor (5) zur thermischen Zersetzung, sich längs zu einem Gehäuse des Reaktors (5) erstreckende Längsriegel aufweist, die als in radialer Richtung frei bewegliche Anpressrollen (75) ausgebildet und derart an der Förderschnecke (6, 21 , 60, 73) befestigt und ausgeführt sind, dass sie die organischen Stoffe (1), die anorganischenStoffe und/oder den Kohlenstoff in einer einige Millimeter dicken Schicht an die Wandung (72) des Reaktors (5) andrücken und durch ein Zerwalzen auf der Wandung (72) des Reaktors (5) zerkleinern.  characterized in that the at least one screw conveyor (6, 21, 60, 73), preferably in the reactor (5) for thermal decomposition, has longitudinal bars extending longitudinally relative to a housing of the reactor (5) which are freely movable in the radial direction Formed on the screw conveyor (6, 21, 60, 73) and are designed such that they the organic matter (1), the inorganic substances and / or the carbon in a few millimeters thick layer to the wall ( 72) of the reactor (5) press and comminute by a Zerwalzen on the wall (72) of the reactor (5).
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, 30. Device according to one of claims 22 to 29,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (5, 10) Zuführungen (7, 20) für Wasserdampf und/oder Wasser, gegebenenfalls mit darin gelösten funktionellen Zusätzen, aufweisen.  characterized in that the reactors (5, 10) have feeds (7, 20) for water vapor and / or water, optionally with functional additives dissolved therein.
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