DE20001920U1

DE20001920U1 - Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen

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Publication number: DE20001920U1
Application number: DE20001920U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2010-02-05
Also published as: DE19904655C1

Description

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Fraunhofer-Gesellschaft

Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen

Feststoffen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen, insbesondere zur Erzeugung eines motorentauglichen Brenngases.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen bekannt.

Eine Vielzahl von Entwicklungen behandelt die Vergasung von Kohle, wie dies beispielsweise in der DE 35 09 221 C2 dargestellt ist. In dieser Schrift wird die Vergasung von Kohle, Torf oder Koks beschrieben, die in einem Sauerstoff enthaltenden Gas im Temperaturbereich zwischen 1200° und 1800⁰C stattfindet. Derartige Anlagen werden in der Praxis allerdings für Leistungsbereiche eingesetzt, die deutlich oberhalb von 20 MW liegen.

Weitere Entwicklungen befassen sich mit der Vergasung von problematischeren Feststoffen, wie beispielsweise Vieh- oder Geflügeldung (DE 36 32 534 C2) oder Teer-Öl-Feststoffschlämme (DE 196 43 258 Al).

Bei der DE 36 32 534 C2 wird zur Vergasung ein Wirbelschichtreaktor eingesetzt, bei dem die zugeführte Vergasungsluft mit dem erzeugten Brenngas vorgewärmt wird. Zur Abscheidung von im Brenngas mitgeführten Feststoffteilchen sind zwei dem Reaktor nachgeschaltete Abscheidestufen vorgesehen.

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Die DE 196 43 258 Al setzt zur Vergasung der Feststoffe einen Flugstrom- oder einen Festbettreaktor mit einer besonders ausgestalteten Reaktionsraumverkleidung mit integrierten Kühlschlangen ein.

Auch die beiden letztgenannten Anlagen sind der Großkraftwerkstechnik und damit einem hohen Leistungsbereich zuzuordnen.

Für einen Leistungsbereich unterhalb von ca.

1000 kW werden derzeit keine Wirbelschicht- sondern lediglich Festbettvergaser eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der DE 38 16 083 C2 oder der DE 195 36 3 83 Al bekannt sind. Der Einsatz von Festbettvergasern hat jedoch den Nachteil, daß diese nur Brennstoffe mit hoher Körnigkeit/Stückigkeit verarbeiten können. Eine für Festbettvergaser ausreichende Stückigkeit ist jedoch beispielsweise bei getrockneten Klärschlämmen nicht gegeben.

Die EP 0 007 807 Al zeigt schließlich den Einsatz eines Wirbelschichtvergasers zur Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Brenngases. Bei diesem Wirbelschichtvergaser wird sowohl im unteren Teil als auch im oberen Teil des Wirbelbetts ein sauerstoffhaltiges Gas 5 zugeführt. Hieraus resultiert im oberen Teil des Wirbelbetts eine höhere Temperatur als im unteren Teil. Diese höhere Temperatur liegt auf einem Niveau bei dem die Brennstoffasche erweicht und agglomeriert. Dies soll einerseits dazu dienen, weiteren noch im Brenngas enthaltenen Brennstoff zu vergasen, und andererseits einen kleineren Teil an Brennstoffasche aus dem Wirbelbett auszutragen, so daß die Gasqualität insgesamt verbessert wird.

Wirbelschichtvergaser werden bisher in der Regel 5 für Leistungen oberhalb von 5 MW eingesetzt.

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Das mit den bekannten Vergasern des Standes der Technik erzeugte Brenngas wird in der Regel in einer nachgeschalteten Verbrennungsstufe verbrannt, wobei die Verbrennungswärme über einen Dampfkreislauf genutzt wird. Die zur Vergasung eingesetzten Brennstoffe erzeugen während des Verbrennungsvorgangs höhermolekulare Kohlenwasserstoffe, sogenannte Teere, die eine Nutzung des Brenngases in einem Motor bisher verhindern. Die Stromerzeugung durch Verwendung der Brennstoffe in einem Gasmotor ist daher aus Gründen der Gasqualität in der Regel nicht möglich.

Eine Verbesserung der Gasqualität durch Sekundärmaßnahmen, wie katalytische Crackstufen ist derzeit nach diesseitiger Kenntnis nicht erprobt. Eine nachgeschaltete Abscheidung, beispielsweise eine Wäsche der Gase, ist zwar möglich, aber technisch sehr aufwendig. Hinzu kommt, daß hierdurch kein Abbau der Teere, sondern lediglich eine Abscheidung erfolgt, so daß die Problematik nur verschoben wird (Abwasserproblematik).

Die Veröffentlichung "Holz und Köpfchen muß man haben" in der Zeitschrift Umwelttechnik, Februar 1997, Seiten 36/37, zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung und Nutzung von Biogas. Bei diesem Verfahren werden die Feststoffe in ein Wirbelbett einer Reaktionskammer eines Wirbelschichtreaktors eingebracht und unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases vergast. In einem über dem Wirbelbett liegenden zweiten Bereich der Reaktionskammer wird ein weiteres sauerstoffhaltiges Gas zugeführt. Mit dieser Anordnung kann ein teerarmes Gas ohne aufwendige nachfolgende Gaswäsche erzeugt werden, das zur Verbrennung in einem Gasmotor geeignet ist.

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Die DE 30 33 115 Al betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors zum Vergasen von kohlenstoffhaltigen Materialien. Bei diesem Verfahren bzw. der dazugehörigen Vorrichtung wird in einen über der Wirbelschicht befindlichen Nachreaktionsraum, der oberhalb der oberen Begrenzung der Wirbelschicht beginnt, Sauerstoff eingeblasen. Hierdurch kann eine bestimmte Temperaturverteilung - unterhalb des Schmelzpunktes der Asche - entlang der Reaktorachse aufrecht erhalten werden. Das Brenngas entweicht aus der Vorrichtung über einen zentralen Gasaustritt am oberen Ende der Reaktionskammer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen anzugeben, mit der auf einfache Weise unabhängig von der Form der Feststoffe ein für Gasmotoren geeignetes Brenngas erzeugt werden kann. Die Vorrichtung soll ferner die Erzeugung von Brenngas in einem Leistungsbereich von unter 1000 kW ermöglichen.

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer sich vertikal erstreckenden Reaktionskammer, die in zwei Bereiche unterteilt ist. Ein unterer Bereich definiert das Volumen für ein Wirbelbett. Der obere Bereich weist eine Auslaßöffnung für das erzeugte Brenngas auf. Im unteren Bereich sind eine Zuführung für sauerstoffhaltiges Gas und eine Zuführung für die zu vergasenden Feststoffe angeordnet. Im oberen Bereich

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ist eine weitere Zuführung für ein sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen. Die Zuführung des weiteren Gases ist in einem Bereich des Reaktors angeordnet, in dem der Feststoffgehalt gering ist. Hierdurch wird die Gefahr von Verschlackungen vermieden und der Energiebedarf für die Temperaturerhöhung minimiert.

Die Auslaßöffnung des Reaktionsraumes ist erfindungsgemäß zentral am oberen Ende des oberen. Bereiches angeordnet und bildet ein Strömungshindernis für das austretende Brenngas, wobei zwischen der Auslaßöffnung des Reaktionsraumes und einer Austrittsöffnung der Vorrichtung für das Brenngas ein Zwischenraum vorgesehen ist, durch den die Verweilzeit des Brenngases in der Vorrichtung erhöht wird. Die Auslaßöffnung des Reaktionsraumes weist hierfür einen im Vergleich zum Querschnitt des oberen Bereiches reduzierten Querschnitt auf.

Mit diesen Merkmalen wird einerseits, insbesondere durch die ein Strömungshindernis bildende Auslaß-Öffnung, eine vollständige Durchmischung des Brenngases erreicht, die eine effiziente Teerreduzierung auf dem erhöhten Temperaturniveau gewährleistet. Anderseits wird durch den Zwischenraum die Verweilzeit des Brenngases auf hohem Temperaturniveau im Reaktor erhöht.

Eine ausreichend lange Verweilzeit ist eine wesentliche Voraussetzung für eine effektive Teerminderung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung setzt die Wirbelschichttechnik zur Erzeugung des Brenngases ein.

Hierbei werden die Feststoffe, wie beispielsweise Klärschlamm, Biomasse oder Kohle, in einem Wirbelbett eines Wirbelschichtreaktors unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases vergast. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zusätzlich in einem Bereich möglichst geringer Feststoffkonzentration, d.h. in

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einem Bereich außerhalb des Wirbelbetts, dem bereits erzeugten Brenngas ein weiteres sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Luft, zugeführt. Durch diese weitere Gaszuführung erhöht sich die Temperatur des Brenngases in diesem Bereich über die Temperatur im Wirbelbett.

Diese Temperaturerhöhung bewirkt eine Reduzierung des Teergehaltes im Brenngas, so daß das aus dem ,. Reaktor austretende Brenngas einen reduzierten Teergehalt und somit eine höhere Qualität aufweist. Mit der dargestellten Vorrichtung läßt sich daher auf einfache Weise ein für Gasmotoren geeignetes Brenngas erzeugen.

Die technische Einfachheit des dargestellten Verfahrens beruht darauf, daß allein durch den Schritt der zusätzlichen Einspeisung eines weiteren sauerstoffhaltigen Gases außerhalb des Wirbelbetts die Temperatur des Brenngases erhöht und damit der Teergehalt reduziert werden kann.

Durch die Zuführung des weiteren Gases in einem Bereich des Reaktors, in dem der Feststoffgehalt gering ist, wird ein überflüssiges und energieintensives Aufheizen größerer Feststoffmengen vermieden.

Der Einsatz der Wirbelschichttechnik zur Erzeugung der Brenngase hat weiterhin den Vorteil, daß sich Wirbelschichtvergaser durch eine größere Toleranz gegenüber schwankenden Eigenschaften des eingesetzten Brennstoffes auszeichnen. Derart schwankende Eigenschaften können beispielsweise Körnigkeit, Feuchte oder der Heizwert sein. Darüber hinaus eignen sich Wirbelschichtvergaser in besonderer Weise für Brennstoffe mit hohen Aschegehalten.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Erzeugung eines motorentauglichen Brenngases allein durch Primärmaßnahmen, d.h.

ohne eine nachgeschaltete Crackstufe oder Wäsche. Mit

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der Vorrichtung können, im Gegensatz zu den Vergasern nach dem Festbettprinzip, auch Brennstoffe mit kleiner Körnigkeit (< 50 mm) verarbeitet werden. Die Vorrichtung ist aufgrund ihres einfachen Aufbaus bei geeigneter Dimensionierung für die Erzeugung von Brenngas in einem Leistungsbereich von unter 1000 kW geeignet. Hierdurch können in vorteilhafter Weise auch kleinere Mengen an Brennstoff, z.B. Klärschlamm, mit der Wirbelschichttechnik verarbeitet werden.

Vorzugsweise wird die Temperatur oberhalb des Wirbelbetts durch geregelte Zuführung des weiteren Gases nur so weit erhöht, daß die Temperatur des Brenngases noch unterhalb der Erweichungstemperatur von mitgeführter Asche liegt. Hierdurch werden unerwünschte Agglomerationseffekte vermieden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorichtung wird das im Reaktor erzeugte Brenngas im Gegenstrom an der Außenwandung der Reaktionskammer des Reaktors vorbei geführt wird, so daß es Wärme an die Reaktionskammer abgeben kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein Teil der zur Temperaturerhöhung verbrauchten chemischen Energie des Brenngases durch den internen Wärmeaustausch zwischen dem an der Außenwand absteigenden erwärmten Brenngas und dem in der Reaktionskammer aufsteigenden Brenngas genutzt werden kann. Als Folge davon reduziert sich die Menge des als Vergasungs- bzw. Fluidisierungsmedium einzusetzenden sauerstoffhaltigen Gases. Selbst bei einer Wahl des Wandmaterials der Reaktionskammer mit geringer Wärmeleitfähigkeit hat diese Technik gegenüber anderen Anordnungen den Vorteil einer

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besseren Isolation des Inneren der Reaktionskammer von der Umgebung des Reaktors.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das zugeführte sauerstoffhaltige Gas regenerativ mit dem erzeugten Brenngas vorgewärmt. Dies führt zu einer weiteren Energieeinsparung.

Die erzeugten Brenngase müssen für die weitere Verarbeitung in jedem Fall abgekühlt werden, so daß der Wärmeaustausch mit den sauerstoffhaltigen Gasen bereits als Vorkühlung dient. Die weitere Abkühlung erfolgt dann vorzugsweise in einem Wirbelschichtkühler oder einem Wanderbettkühler. Diese Kühler haben den weiteren Vorteil, daß sie als Abscheidestufe für Restgehalte an im Brenngas verbliebenen Feststoffteilchen bzw. Partikeln, z.B. Teeren oder Stäuben, wirken. Die abgeschiedenen Partikel können zur weiteren Teerreduzierung in den Reaktor zurückgeführt werden. Selbstverständlich sind auch andere Kühler mit derartigen Eigenschaften als Abscheidestufe einsetzbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zumindest ein Teil des oberen Bereiches einen größeren Querschnitt auf als der untere Bereich. Durch diese Querschnittserweiterung wird die Geschwindigkeit des aufströmenden Brenngases reduziert, so daß eventuelle mitgeführte Feststoffteilchen aufgrund der Gravitationswirkung wieder ins Wirbelbett absinken.

Vorzugsweise sind sowohl die Auslaßöffnung als auch die Zuführung für das weitere sauerstoffhaltige Gas als Strömungshindernis bzw. Schikane für das Brenngas ausgebildet. Hierdurch wird eine vollständige Durchmischung des Brenngases erreicht, die eine effiz-

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iente Teerreduzierung auf dem erhöhten Temperaturniveau gewährleistet. Beide StrömungsSchikanen fördern zudem die Abscheidung von mitgeführten Feststoffteilchen.

Die Ausgestaltung der Gaszuführung als Strömungshindernis wird insbesondere dadurch erreicht, daß diese in den oberen Bereich hineinragt. Durch eine geeignete, insbesondere große Angriffsflächen bietende Form der Zuführung läßt sich die Wirkung als Strömungshindernis noch erhöhen.

Die Dimensionierung der Reaktionskammer und gegebenenfalls des Zwischenraums bzw. Umlenkkanals ist vorzugsweise so gewählt, daß das Brenngas etwa 2 bis 10 s in der Vorrichtung verbleibt. Bei dieser Verweilzeit des Brenngases auf dem erhöhten Temperaturniveau werden optimale Ergebnisse bei der Teerreduzierung erhalten. Gerade durch die Einführung des Zwischenraums kann eine erhöhte Verweilzeit des Brenngases auf hohem Temperaturniveau ohne eine beträchtliche Vergrößerung des Reaktors erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen 25

Figur 1 schematisch ein Beispiel für eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2 schematisch ein Beispiel für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung; und

Figur 3 schematisch eine Prinzipskizze einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung.

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In Figur 1 ist schematisch ein Wirbelschichtreaktor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Der Wirbelschichtreaktor 10 umfaßt ein Wirbelbett 7 mit einem darüberliegenden Freiraum 8· Beide zusammen bilden die Reaktionskammer 9. Der Freiraum 8 weist hierbei einen größeren Querschnitt als das Wirbelbett 7 auf. Am unteren Ende des Wirbelbetts ist eine Zuleitung 1 zur Reaktionskammer vorgesehen, die eine dem Querschnitt der Reaktionskammer angepaßte Anzahl von Düsen zur Fluidisierung des Wirbelbetts aufweist. Über diese Zuleitung 1 und die Düsen wird sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Luft, als Fluidisierungsmedium in das Wirbelbett eingespeist. Die zu vergasenden Feststoffe werden dem Wirbelbett über die Leitung 2 als Brennstoff zugeführt.

Das Wirbelbett 7 besteht aus einem inerten Feststoff, beispielsweise Quarzsand, oder aus der Asche des vergasten Brennstoffs. Das Fluidisierungsmedium wirbelt das Inertmaterial und den Brennstoff während der Vergasung auf. Durch diese Aufwirbelung zusammen mit dem erzeugten Brenngas aus dem Wirbelbett ausgetragener Feststoff wird im darüberliegenden Freiraum 8 aufgrund des durch die Querschnittserweiterung bedingten Abfalls der Gasgeschwindigkeit in Verbindung mit der Gravitationswirkung wieder im Wirbelbett 7 abgeschieden.

In den Freiraum 8 der Reaktionskammer ragt eine weitere Zuleitung 3 für sauerstoffhaltiges Gas, im folgenden als Sekundärluftdüse bezeichnet. Die Sekundärluftdüse ist aufgrund ihrer breit geformten Düsenöffnung so ausgebildet, daß sie als Strömungshindernis bzw. Schikane für aufsteigendes Gas wirkt. Sie trägt

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daher ebenfalls zur Abscheidung von ausgetragenem Feststoff bei.

Der gesamte Reaktor ist zylinderförmig aufgebaut und so dimensioniert, daß die Verweilzeit des erzeugten Brenngases im Reaktor zwischen 2 und 10 s liegt. Diese Verweilzeit kann beispielsweise über die Höhe des Freiraums 8 beeinflußt werden. Die Vergasungstemperatur im Wirbelbett 7 liegt zwischen 750° und 950⁰C. Durch die Zuführung von weiterem sauerstoffhaltigem Gas über die Sekundärluftdüse 3 erhöht sich die Temperatur des Brenngases im Freiraum, d.h. in einem Volumen mit möglichst geringen Feststoffanteilen, auf über 1000⁰C. Hierbei wird ein Teil des Brenngases verbraucht. Die Temperatur des Brenngases wird jedoch unterhalb der Temperatur des Erweichungspunktes der aus der Vergasung resultierenden Asche gehalten. Dies wird über die kontrollierte Zuführung des weiteren sauerstoffhaltigen Gases erreicht.

Das Brenngas entweicht aus der Reaktionskammer über die Öffnung 11. Diese Öffnung ist zentral an der Deckfläche des Freiraums 8 ausgebildet. Die durch die Öffnung gebildete Querschnittsverengung sorgt für eine vollständige Durchmischung des Brenngases und für eine weitere Abscheidung von mitgerissenem Feststoff.

Die möglichst vollständige Durchmischung des Gasstroms, der in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Feststoffkonzentrationen aufweisen kann, sorgt in Verbindung mit der Temperaturerhöhung für optimale Voraussetzungen für eine weitgehende Reduzierung der höhermolekularen Kohlenwasserstoffe (Teere) im Brenngas. Die zentrale Ausbildung der Öffnung 11 führt hierbei aufgrund der symmetrischen Anordnung zu einer

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vorteilhaften gleichmäßigen Durchmischung des Brenngases .

In der vorliegenden Ausführungsform wir das aus der Öffnung 11 austretende Brenngas in den Spalt 12 umgelenkt und über den Anschluß 6 aus dem Reaktor der weiteren Nutzung zugeführt. Der Spalt bzw. Kanal 12 sorgt dafür, daß das erwärmte Brenngas vor dem Austritt aus dem Reaktor an der Außenwand der Reaktionskammer 9 vorbei strömt und hierbei einen Teil der Wärme abgeben kann. Eine gute interne Wärmeübertragung erfordert ein Material mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit für die Reaktionskammer 9. Das Material für die Außenwand des Reaktors 10 selbst sollte demgegenüber eine isolierende Wirkung haben. Für beide Bereiche können beispielsweise geeignete Keramikmaterialien eingesetzt werden.

Die Umlenkung des Gasstroms durch den Kanal 12 hat den weiteren Vorteil, daß sich dadurch die Verweilzeit des Brenngases auf hohem Temperaturniveau im Reaktor erhöht. Eine ausreichend lange Verweilzeit ist eine wesentliche Voraussetzung für eine effektive Teerminderung .

In den Kanal mitgeführter Feststoff kann über den Stutzen 5 abgezogen werden. Nicht ausgetragener Feststoff wird über den Stutzen 4 ausgeschleust.

Figur 2 zeigt schematisch einen Wirbelschichtreaktor 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dieser Wirbelschichtreaktor entspricht im grundsätzlichen Aufbau dem der Figur 1, wobei für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.

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Im Gegensatz zur Ausführungsform der Figur 1 ragt jedoch die weitere Zuleitung 3 für sauerstoffhaltiges Gas nicht von oben in den Freiraum 8 über dem Wirbelbett 7, sondern bildet lediglich eine seitliche Zuleitung zum Freiraum 8, wie in der Figur zu erkennen ist.

Ein weiterer Unterschied zwischen erster und zweiter Ausführungsform besteht in der Form des Zwischenraums 12 bzw. 15 zwischen der als Strömungshindernis ausgebildeten zentralen Auslaßöffnung 11 und der Austrittsöffnung 6 aus dem Wirbelschichtreaktor. Dieser Zwischenraum 15 bildet bei der zweiten Ausführungsform keinen Umlenkanal, sondern erstreckt sich in vertikaler Richtung über dem Freiraum 8. Das Brenngas entweicht aus der Reaktionskammer über die Öffnung 11 in den Zwischenraum 15. Die durch die Öffnung 11 gebildete Querschnittsverengung sorgt für eine vollständige Durchmischung des Brenngases und für eine weitere Abscheidung von mitgerissenem Feststoff.

Der Zwischenraum erhöht auch hier in vorteilhafter Weise die Verweilzeit des Brenngases auf hohem Temperaturniveau im Reaktor.

Das Zusammenwirken der als Strömungshindernis ausgebildeten zentralen Auslaßöffnung 11 mit dem sich anschließenden Zwischenraum 15 bewirkt eine Verbesserung der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, da einerseits durch eine erhöhte Verweilzeit des Brenngases in der Vorrichtung eine effektivere Teerminderung und andererseits durch die ein Strömungshindernis bildende Auslassöffnung 11 eine bessere Durchmischung und somit wiederum eine effektivere Teerreduzierung erreicht werden können. Voraussetzung für den physikalischen Prozeß der Durchmischung ist

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hierbei, dass sich an diese Auslassöffnung 11 der Zwischenraum 15 anschließt.

Für weitere Einzelheiten zu Elementen oder der Betriebsweise des Reaktors wird auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen.

Die Querschnitte der Zuführungen für Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas hängen von der Größe der Reaktionskammer, den jeweiligen zu vergasenden Stoffen, Stoffmengen und Vergasungstemperaturen ab. Die Zusammenhänge sind dem Fachmann geläufig, so daß an dieser Stelle nicht darauf eingegangen werden muß.

Figur 3 zeigt als Prinzipskizze ein Ausführungsbeispiel einer erweiterten erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise zur Vergasung von Klärschlamm. Bezugszeichen 10 stellt hierbei einen Wirbelschichtreaktor dar, der beispielsweise wie in Figur oder 2 ausgestaltet sein kann. In der dargestellten 0 Anlage wird dem Reaktor 10 auf ca. 500⁰C vorgewärmte Luft von unten, d.h. über die Zuführung 1 (vgl. Figur 1), zugeführt. Die Erwärmung der Luft erfolgt hierbei in einem Wärmetauscher 13 mit aus dem Reaktor austretendem heißen Brenngas. Auf diese Weise wird das erzeugte Brenngas gleichzeitig für die weitere Verarbeitung vorgekühlt.

Der Klärschlamm wird über den Stutzen 2 (vgl. Figur 1) in den Vergaser 10 eingespeist. Der Klärschlamm ist thermisch auf einen Wassergehalt von ca.

15% vorgetrocknet und weist einen Aschegehalt von 40 bis 60% auf. Die Vergasungsreaktionen werden bei ca. 900⁰C durchgeführt.

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Ein Teil der im Wärmetauscher 13 vorgewärmten Luft wird dem oberen Bereich des Reaktors als Sekundärluft (über die SekundärIuftdüse 3 der Figur 1 oder 2) zugeführt, wie dies in Figur 3 schematisch auf der linken Seite des Reaktors 10 angedeutet ist. Durch die Zuführung der Sekundärluft erhöht sich die Temperatur des erzeugten Brenngases auf über 1000⁰C.

Das Brenngas wird nach dem Verlassen des Reaktors im Wärmetauscher 13 mit der Vergasungsluft als Kühlmedium vorgekühlt, wie bereits oben erläutert, und anschließend in einem Wanderbettkühler 14 auf ca. 7O⁰C abgekühlt. Das Feststoffinventar des Wanderbetts dieses Wanderbettkühlers 14 besteht aus dem Inertmaterial des Brennstoffs, dem Brennstoff selbst oder aus Quarzsand. Im Wanderbett werden im Brenngas enthaltene Restgehalte an Teeren und Stäuben abgeschieden. Die resultierende Asche wird über die gleiche Zuleitung wie der Klärschlamm in den Vergasungsreaktor 10 zur Teerreduzierung zurückgeführt.

Der dargestellte Reaktor ist für Leistungsbereiche von 100 kWth bis 20 MWth problemlos einsetzbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen zur Erzeugung eines Brenngases, mit

1. einer sich vertikal erstreckenden Reaktionskammer (9) mit einem unteren Bereich, den ein Wirbelbett (7) bildet, und einem oberen Bereich (8), der eine Auslaßöffnung (11) für das erzeugte Brenngas aufweist;

2. einer Zuführung (1) für sauerstoffhaltiges Gas im unteren Bereich der Reaktionskammer; und

3. einer Zuführung (2) für die Feststoffe im unteren Bereich der Reaktionskammer, wobei im oberen Bereich (8) der Reaktionskammer eine weitere Zuführung (3) für ein sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (11) zentral am oberen Ende des oberen Bereiches (8) vorgesehen ist und ein Strömungshindernis für das austretende Brenngas bildet, wobei zwischen der Auslaßöffnung (11) und einer Austrittsöffnung (6) der Vorrichtung ein Zwischenraum (12, 15) vorgesehen ist, durch den die Verweilzeit des Brenngases in der Vorrichtung erhöht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des oberen Bereiches (8) einen größeren Querschnitt aufweist als der untere Bereich.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Zuführung (3) in den oberen Bereich (8) hineinragt und derart ausgebildet ist, daß sie ein Strömungshindernis für aufsteigendes Brenngas bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (12) an der Auslaßöffnung (11) als Umlenkkanal für das austretende Brenngas ausgestaltet ist, der das Brenngas an der Außenwand der Reaktionskammer (9) von oben nach unten führt, um eine Wärmeübertragung vom Brenngas auf die Reaktionskammer zu ermöglichen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung der Reaktionskammer (9) und gegebenenfalls des Zwischenraums (12, 15) so gewählt ist, daß das Brenngas etwa 2 bis 10 s in der Vorrichtung verbleibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wärmetauscher (13) außerhalb der Reaktionskammer (9) aufweist, in dem das erzeugte Brenngas mit dem zuzuführenden sauerstoffhaltigen Gas vorgekühlt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin einen Wirbelschichtkühler oder einen Wanderbettkühler (14) aufweist, in dem das erzeugte Brenngas gekühlt wird.