Technologie

Technologie

ecoloop liefert Anlagen zur Gaserzeugung für Industrie & Kommunale Energie- & Wärmeplanung aus chemischem Kunststoff-Recycling

Gaserzeugung

Gaserzeugung

Beispielbetrachtung Vergasung von Mischkunststoff-Fraktionen und Verstromung im BHKW:

Brennstoffgemisch

Holzhackschnitzel werden mit den Kunststoffabfällen in einem definierten Verhältnis vor Eintritt in die Brennstoffschleuse gemischt und kontinuierlich  im Reaktoroberteil eingebracht. Zusätzlich wird feiner Kalk zugemischt, der als Reaktionspartner für die im Prozess freigesetzten Schadstoffe wie etwa Schwefel oder Halogene (Chlor, Brom) fungiert. Die Holzhackschnitzel dienen als Stützgerüst im Prozess und gewährleisten eine gute Gasdurchlässigkeit des Reaktionswanderbetts. 

Verfahren

Das Reaktionswanderbett strömt aufgrund der eigenen Schwerkraft durch den Reaktor. In der sogenannten Pyrolysezone findet die thermische Spaltung der Brennstoffe statt. Dabei entstehen Pyrolysegas und Pyrolysekoks als Reaktionsprodukte. Diese strömen zusammen weiter nach unten in die Oxidationszone (Gleichstromvergaser). In der Oxidationszone erfolgt die Umwandlung der Pyrolyseprodukte durch Zufuhr von Sauerstoff. Dabei findet mit der Luft und den brennbaren Reaktionspartnern eine Teilverbrennung statt, die für die Erzeugung der Reaktionstemperatur von über 1200 °C in der Oxidationszone sorgt. Man spricht hier auch von einem autothermen (energieautarken) Prozess. Die Einsatzstoffe werden bei einem Temperaturniveau von 1.200 – 1.400°C in Gegenwart von Kalk zur Bindung der Störstoffe in Gas umgewandelt, wobei diese Schadstoffe in der Asche aufkonzentriert und unschädlich aus dem Prozess ausgeschleust werden.

Gaserzeugung für Industrie & Kommunale Wärmeplanung

Im ersten Schritt werden Holzhackschnitzel, Kalkhydrat und Kunststoff aus Bunkern dosiert und in einer gerührten Vorlage (Bunker oder Sammelschnecke) zu einem definierten Brennstoffgemisch.

Das hergestellte Brennstoffgemisch wird unter kontinuierlichem Rühren aus dem Vorlagebehälter ausgetragen und durch eine Schleusenvorrichtung in den Prozess eingebracht. Diese Doppelschleuse verhindert, dass das Synthesegas während der Zuführung in die Umwelt entweicht. Im Anschluss wird der Brennstoff je nach Reaktorfüllstand quasikontinuierlich in den Reaktorkopf dosiert.

Im dritten Schritt folgt die Vergasung der Brennstoffe. Diese werden im Reaktorkopf getrocknet, aufgeheizt und pyrolysiert (Pyrolysezone gelb oben). Der entstandene Pyrolysekoks wandert zusammen mit dem Pyrolysegas in die bis zu 1400°C heiße Oxidationszone (rot). Dort werden alle längerkettigen Bestandteile gespalten und die Schadstoffe an den Kalk gebunden – das Herzstück im ecoloop – Prozess. In der Reduktionszone kühlen die Koksasche und das Synthesegas ab, während dessen finden Gleichgewichtsreaktionen statt.

Das heiße Synthesegas (ca. 700°C) wird zusammen mit der Flugasche in einem innovativen Rohrwärmetauscherbündel auf unter 100 °C abgekühlt. Dabei wird die Flugasche gleichzeitig in Richtung der folgenden Filtereinheit transportiert.

Das abgekühlte Rohgas wird nun über bis zu neun Rohgasfilterkammern geleitet, in denen die Flugasche abgeschieden wird. Durch eine spezielle differenzdruckabhängige Abreinigung wird stets ein konstanter Gasstrom sichergestellt.

Das staubfreie Rohgas gelangt nach den Filterkammern in ein Aktivkohlefilter. Hier werden die Spruen von schwefelhaltigen Verbindungen wie z.B H2S abgetrennt. Hier entsteht hoch reines, schadstofffreies Synthesegas.

Das Reingas besteht aus CO, CO2, H2, N2, CH4 und Wasser. Der Stickstoffgehalt kann durch unsere Technologie auf Wunsch auf nahe 0 Vol.% reduziert werden. Das Gas ist zum Einsatz in Hochtemperatur-Prozessen oder als Rohstoff für die chemische Industrie geeignet. Alternativ wird das Synthesegas mit Luft gemischt und in einem Abgasturbolader auf 1 – 1,5 bar Überdruck verdichtet. Nachfolgend erfolgt die Verbrennung des Synthesegases im Gasmotor. Bei einer Nutzung außerhalb der Verstromung ist kein Gasmotor erforderlich. Eine Kombination verschiedener Nutzungsmöglichkeiten kann sinnvoll sein und wird gerne von unserer Seite in einer Machbarkeitsstudie untersucht.

Im Reaktor

Im Reaktor

Das Brennstoffgemisch wird quasikontinuierlich je nach aktuellem Füllstand in den Reaktor zudosiert.

In der Pyrolysezone werden die Brennstoffe pyrolysiert, d.h. sie werden durch thermische Energie gespalten. Diese gelangt durch Abstrahlung der Oxidationszone nach oben. Dieser Prozessschritt geschieht unter Ausschluss von Luft und Sauerstoff. Der feste Rest der Pyrolyse wird als Pyrolysekoks bezeichnet. Das entstehende Pyrolysegas besteht hauptsächlich aus längerkettigen Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenstoffoxiden.

In der Oxidationszone wird das Oxidationsmittel Luft oder ein Gemisch aus Luft, Sauerstoff & Dampf kontrolliert eingebracht. Durch die Anwesenheit oxidierender Gase kommt es zur Teilverbrennung der Pyrolyseprodukte. Dabei wird die Energie für ablaufende endotherme Prozesse wie zum Beispiel die thermische Spaltung (Pyrolysezone) freigesetzt. Hier herrschen Temperaturen zwischen 1200 und 1400°C. Es entsteht das ecoloop – Synthesgas. Die hohen Temperaturen stellen sicher, das alle langkettigen Bestandteile der Pyrolyseprodukte vollständig aufgespalten werden und keine Teere und Öle im Synthesegas vorzufinden sind. Die wesentlichen Bestandteile sind hier Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Methan (evtl. Stickstoff).

Nach der Oxidation erfolgt die Reduktion. In dieser Zone herrschen Temperaturen von 700 – 800°C. Hier laufen weitere exo- und endotherme Prozesse ab. Die Wesentlichen sind hier die Bouduard-Reaktion, sowie die homogene und die heterogene Wasserdampfreaktion. Am Ende der Reduktionszone strömt das Synthesegas zusammen mit dem Koks aus dem Reaktor und wird wie oben beschrieben weiterbehandelt.

Gaserzeugung für Industrie & Kommunale Wärmeplanung

Innovative Kernelemente

Innovative Kernelemente

ecoloop kombiniert bewährte technische Methoden zu einem neuartigen Verwertungsverfahren. Dies sind die innovativen Kernelemente der ecoloop-Technologie:

  • Material wird in einem Schüttgutwanderbett aus Holz und Ersatzbrennstoffen nur durch die eigene Schwerkraft transportiert – damit erübrigen sich anfällige Transportmechanismen im Inneren des Reaktors.

  • Durch das Holzstützgerüst wird eine gute Gasdurchlässigkeit der Schüttung gewährleistet. Der bei der Pyrolyse entstehende Pyrolysekoks bleibt -ähnlich wie Holzkohle- formstabil und hält Strömungswege für das Gas offen. So werden niedrige Differenzdrücke und ein stabiler Prozess sichergestellt. Darüber hinaus führt ein gemeinsamer Feststoffaustrag mit dem Synthesegas zu einer geringen Anlagenkomplexität.

  • Kalk fungiert als multifunktionaler Schlüssel im ecoloop-Prozess. Das bedeutet: Die katalytische Wirkung steigert die prozessbedingte Entstehung von Synthesegas und reduziert die Bildung von Öl- und Teer. Außerdem absorbiert der Kalk Chlor und andere Halogene und verhindert die Bildung von giftigen Dioxine und Furanen.

  • Energie wird nicht an die Umwelt abgegeben, sondern im Prozess gehalten. Daraus ergibt sich der hohe thermische Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent. Durch eine rasche Abkühlung des Synthesgases und der Feinanteile, entsteht keine Schlacke, die Anlagenteile beschädigen könnte oder durch hohe Eigentemperatur zu erhöhten Energieverlusten führen würde. Die Wärmeenergie kann als Prozesswärme genutzt werden.

Sauerstofftechnologie

Sauerstofftechnologie

Die innovative ecoloop-Technologie ermöglicht die erfolgreiche Co-Vergasung von Kunststoffen und Holz mit reinem technischen Sauerstoff. Hierzu wird ein spezielles Vergasungsgemisch aus Sauerstoff und Dampf zusammen in die Oxidationszone eingebracht. Dadurch kann die Stickstofffracht im Synthesegas (je nach Einsatzstoff) auf ein nicht zu vermeidendes Minimum reduziert werden. Dies ermöglicht die effiziente Nutzung des Synthesegases in industriellen Großprozessen wie etwa der chemischen Industrie oder der Stahlherstellung. Hier sind die Synthesen von Methanol, Ammoniak oder Wasserstoff die naheliegenden Beispiele.

Einsatzstoffe

Einsatzstoffe

ecoloop ist in der Lage, unterschiedlichste Reststoffe effizient zu verwerten.

  • Dank der schadstoffbindenden Wirkung des Kalks können auch problematische Stoffe mit hohem Halogengehalt und Schwermetallanteil eingesetzt werden.

  • Wir setzen gezielt auf die Verwertung hochkalorischer Reststoffe und das mit einem hohen Wirkungsgrad.

  • Abgängig von Kundenanforderungen an die Gasqualität ist ein flexibler Einsatz unterschiedlicher Inputstoffe möglich. Darüberhinaus kann je nach Anwendung, dass Oxidationsmittel Luft durch eine Mischung aus techn. Sauerstoff und Dampf ersetzt werden.

  • Generell setzt ecoloop auf die Verwendung von Altholz der Kategorien A1- A3 und nicht auf die Nutzung von Waldfrischholz.

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Synthesegas

Synthesegas

Das im ecoloop-Prozess entstehende Synthesegas ist vergleichbar mit z.B. Stadtgas oder Kokereigas. Die Qualität des Synthesegases ermöglicht es, in Gasmotoren effizient Strom zu erzeugen oder beispielsweise Erdgas in thermischen Anwendungen vollständig zu ersetzen. Die weitergehende Nutzung des Gases als chemischer Rohstoff ist abhängig von den Inputstoffen sowie der Fahrweise des ecoloop-Reaktors. Der spezifische Heizwert des Synthesegases kann mit unserer Sauerstoff-Vergasungstechnologie deutlich gesteigert werden.

Durch modulare Bauweise kann quasi jede beliebige Leistung realisiert werden. Die maximale Leistung pro Reaktor liegt dabei bei 1,2MW.

Verstromung

Verstromung

Die Erzeugung von Strom ist eine der möglichen Nutzungenoptionen der wegweisenden Technologie. Beim Einsatz von  Gasmotoren kann nach aktuellem Stand der Technik bereits heute ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 30 Prozent bezogen auf die Energie des Inputmaterials dargestellt werden. Damit bietet ecoloop im einen hohen elektrischen Wirkungsgrad in Verbindung mit hoher Ressourcen- und Energieeffizienz. Der erzeugte Strom kann selbst genutzt, oder in das öffentliche Netz eingespeist werden. Dadurch ergeben sich völlig unabhängige und delokale Lösungen – beispielsweise direkt am Anfallort der Input-Materialien.

Wärmenutzung

Wärmenutzung

Durch die Verstromung des Gases in einem Blockheizkraftwerk entsteht eine große Menge unvermeidbarer Abwärme, hauptsächlich aus der Abgas- & Motorkühlung. Diese kann auf verschiedenen Temperaturniveaus zwischen 90 °C und 400°C ausgekoppelt werden. Durch intelligente Wärmeführung können Temperaturniveaus über 100°C realisiert werden.

Nach dem aktuell novellierten Wärmeplanungsgesetz der Bundesregierung lässt sich diese Abwärme ideal zur effizienten, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Dekarbonisierung von Wärmenetzen nutzen.

Zusätzlich zur Nutzung der thermischen Energie als Wärme, kann diese durch Absorptionskältemaschinen auch als Kälte nutzbar gemacht werden.

Brennstoffaufbereitung

Brennstoffaufbereitung

Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, Kunststoffabfall-Fraktionen vor dem Einsatz im ecoloop Prozess zu behandeln. Speziell bei Stoffen mit einem hohen spezifischen Volumen bei geringer Masse ist dies fast immer erforderlich, da die Zumischrate ansonsten aufgrund der Reaktorgeometrie begrenzt ist. Durch die Aufbereitung wird eine Entmischung aufgrund von Dichteunterschieden im Brennstoffgemisch zuverlässig verhindert und ein stabiler Vergasungsprozess garantiert. Bei Bedarf kann auch bereits bei der Brennstoffaufbereitung die nötige Menge an Kalk zugesetzt werden. Dies ist im Einzelfall zu prüfen.

Die Brennstoffaufbereitung mit dem Know-How von ecoloop erfolgt mit Partnerunternehmen üblicherweise nach diesen Schritten:

  • Zerkleinern

  • Trennen

  • Reinigen

  • Kompaktieren

Bei Bedarf können einzelne Schritte hinzukommen oder wegfallen. Die Aufbereitung ist zum einen oft für den Prozess vorteilhaft, zum anderen können auf diese Art lagerstabile, uniforme, geruchsarme und staubfreie Kompaktate hergestellt werden.

Gerne bieten wir Ihnen eine Beurteilung Ihres Einsatzstoffes an Hand einer kleinen Materialprobe, sowie technische Versuche zur Aufbereitung bei unseren Partnerunternehmen an.