DE102006005626A1

DE102006005626A1 - Verfahren und Vergasungsreaktor zur Vergasung mit Flüssigschlackeabzug

Info

Publication number: DE102006005626A1
Application number: DE200610005626
Authority: DE
Inventors: Bernd Prof. Dr.-Ing. Meyer
Original assignee: RWE Power AG
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: DE102006005626B4; WO2007090585A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung mit Flüssigschlackeabzug von festen kohlenstoffhaltigen Materialien unter Verwendung von Vergasungsmitteln, die freien Sauerstoff enthalten, wobei staubbeladenes Rohgas oberseitig und Flüssigschlacke unterseitig abgezogen wird, wobei erste Vergasungsmittel in eine Schlackebad-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die weitestgehende Restvergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes bei Temperaturen oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird, zweite Vergasungsmittel in die Schlackebad-Vergasungszone und in die erste Spouted-bed-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, bei Temperatur im Bereich oberhalb des Ascheschmelzpunktes bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird, dritte Vergasungsmittel unterseitig in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien in dieser Zone bei Temperaturen im Bereich unterhalb der Ascheverlegungstemperatur bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird und dass in einer Flugstrom-Vergasungszone ohne Zusatz von Vergasungsmitteln die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Kopfproduktes, das die zweite Spouted-bed-Vergasungszone oberseitig verlässt, bei Temperaturen unterhalb der Ascheverlegungstemperatur durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vergasungsreaktor zur Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Materialien unter erhöhtem Druck in miteinander verbundenen Vergasungsräumen unter Verwendung von Vergasungsmitteln, die freien Sauerstoff enthalten, wobei staubbeladenes Rohgas oberseitig und Flüssigschlacke unterseitig abgezogen werden.

Ein Verfahren zur Wirbelschichtvergasung mit Flüssigschlackeabzug ist beispielsweise aus der DE 103 43 582 A1 bekannt. Gegenstand der Anmeldung DE 103 43 582 A1 ist ein Verfahren, bei dem über einem bodenseitigen Schlackebad ein Reaktionsraum zur weitestgehenden Restvergasung des überwiegend aus Pyrolysekoks bestehenden, kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, und darüber ein Trennbett vorgesehen sind, wobei das Trennbett den Reaktionsraum über dem Schlackebad von der Wirbelschicht trennt. DE 103 43 582 A1 geht davon aus, dass auf Grund der klaren Trennung der Reaktionsräume verschiedenste Brennstoffe bei gleichzeitiger Erzielung eines nahezu vollständigen Kohlenstoffumsatzes einsetzbar sind.

Diese Lösung ist insoweit nachteilhaft, als nur Brennstoffe in einer für die Wirbelschichtvergasung geeigneten Korngröße von ca. kleiner 10 mm eingesetzt werden können. Der Grund hierfür ist, dass andere Brennstoffe nicht ausreichend gleichmäßig fluidisiert werden können. Es kommt zu hot-spots mit der Folge von Verschlackungen in der Wirbelschicht. Ein weiterer Nachteil der Wirbelschichtvergasung ist das Erfordernis einer weitgehend gleichmäßigen Gasströmungsgeschwindigkeit über dem Vergaserquerschnitt. Diesem Erfordernis soll unter anderem durch eine möglichst gleichmäßige Basisfluidisierung bzw. Basisanströmung der Wirbelschicht Rechnung getragen werden. Die Funktion der Strömungsvergleichmäßigung für die Basisfluidisierung ist dem Trennbett zugedacht. Um eine gleichmäßige Durchströmung des Trennbetts zu gewährleisten, ist zudem die Leerrohrgeschwindigkeit der das Trennbett durchströmenden Gase auf geringe Werte begrenzt, gemäß DE 103 43 582 A1 auf 0,05 bis 1 m/s. Kann das Trennbett nicht gleichmäßig durchströmt werden – das ist bei sehr feinkörnigen Brennstoffen, Brennstoffen mit einem großen Körnungsspektrum und erheblichen Grobkornanteilen sowie stückigen Anteilen oder bei biogenen Brennstoffen mit sehr geringer scheinbarer Dichte des das Bodenprodukt bildenden Restkokses bzw. Pyrolysekokses der Fall –, kommt es im Trennbett zu instationärer Durchströmung und in der Wirbelschicht zur Ausbildung von Zonen geringer und Zonen starker Basisanströmung. In der Folge bauen sich in der Wirbelschicht starke lokale Temperaturunterschiede auf und es kommt ebenfalls zu Verschlackungen.

DE 26 40 180 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vergasung fester Brennstoffe, wobei der Brennstoff in übereinander angeordneten Vergasungsräumen, zu unterst in einer ruhenden oder quasi ruhenden Schicht und darüber in einer Wirbelschicht, vergast wird. Es wird ein trockener Ascheabzug mittels eines Drehrostes vorgeschlagen, der alternativ als Abstichgenerator ausgelegt werden kann. Auch hier ermangelt es einer Lösung für den verschlackungsfreien Betrieb der Wirbelschicht bei Einsatz der oben genannten Brennstoffe, die keine gleichmäßige Durchströmung der ruhenden oder quasi ruhenden Schicht und keine gleichmäßige Fluidisierung der Wirbelschicht gestatten.

Es wurde nun verschiedentlich versucht, die Gleichmäßigkeitsanforderungen der Fluidisation in der Wirbelschicht zu umgehen, indem gezielt Reaktionsbereiche mit starker und Reaktionsbereiche mit schwacher Durchströmung eingerichtet werden. Hierfür wurden sogenannte Spouted-bed(Sprudelbett)-Verfahren oder auch Jet-bed(Jet-Bett)-Verfahren vorgeschlagen, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass in erster Linie nur staubförmig aufbereitete Brennstoffe eingesetzt werden können.

Beispielhaft sei der Vorschlag des Spouted-bed-Vergasers gemäß des JP 57174391 A näher betrachtet. Über zwei vertikal übereinander angeordneten Düsenebenen wird Vergasungsmittel gemeinsam mit pulverisierter Kohle eingeblasen. Die untere Düsenebene wird mit Sauerstoffüberschuss und die obere Düsenebene mit Dampf betrieben. Vor den Düsen bildet sich ein Strahl aus, in dem die Vergasungsreaktionen bevorzugt ablaufen und die keinen direkten Kontakt mit der Wand haben. Die sich im unteren Bereich bildende Schlacke fließt an den Wänden abwärts und wird abgezogen. Der Nachteil der Lösung gemäß dieses JP 57174391 A besteht darin, dass nur pulverisierte und pneumatisch förderbare Brennstoffe eingesetzt werden können. Desweiteren ist dem Patent keine Lehre zu entnehmen, wie die Vergaserinnenwand im Übergangsbereich zwischen unterseitiger Verbrennung und oberseitiger endothermer Vergasung im Dauerbetrieb verschlackungsfrei gehalten und wie vermieden werden kann, dass unvergaster Restkoks mit der Schlacke abgezogen wird.

Um das Körnungsspektrum zu erweitern, soll der Reaktionsraum der Vergasung gemäß des JP 59053592 A in einen oben angeordneten Jet-bed-Reaktionsraum und einen darunter angeordneten Wirbelschicht-Reaktionsraum getrennt werden, wobei beide Reaktionsräume durch eine eingeschnürte Öffnung miteinander verbunden sind. Der obere Jet-bed-Reaktionsraum wird mit pulverisierter Kohle versorgt, während dem unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum gröbere Wirbelschichtkohle zugeführt wird. Flüssigschlacke soll aus dem oberen Jet-bed-Reaktionsraum in den unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum fließen, der bei moderaten Temperaturen unterhalb des Ascheerweichungspunktes betrieben wird. Das aus dem unteren Wirbelschicht-Reaktionsraum durch die gleiche Öffnung nach oben strömende staubbeladene Rohgas bildet gemeinsam mit dem über die Vergasungsmitteldüsen seitlich zugeführten Vergasungsmittel-Kohle-Gemisch einen Vergasungs-Jet. Hierbei bleibt wiederum ungeklärt, wie der Jet-bed-Reaktionsraum verschlackungsfrei betrieben werden kann. Zudem ist keine Lehre gegeben, wie Flüssigschlacke entgegen dem „kalten" Gasstrom nach unten fließen kann, ohne zu erstarren und ohne die eingeschnürte Öffnung zu blockieren. Das aus dem Wirbelschicht-Reaktionsraum unten abgezogene Bodenprodukt enthält außerdem unvergasten Restkohlenstoff.

Zusammenfassend zum Stand der Technik ist festzuhalten, dass Brennstoffe mit einem breiten Körnungsband oder mit sehr geringer scheinbarer Dichte des sich bildenden Restkokses bzw. Pyrolysekokses weder in den bekannten Wirbelschicht-, in Spouted-bed- oder Jet-bed-Vergasungsverfahren noch in den vorgeschlagenen Kombinationen dieser Verfahren verschlackungsfrei und weitestgehend vollständig vergast werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vergasung mit Flüssigschlackeabzug der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass verschiedenste Festbrennstoffe mit einem breiten Körnungsband bei gleichzeitiger Erzielung eines nahezu vollständigen Kohlenstoffumsatzes einsetzbar sind. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Vergasungsreaktor zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

– dass erste Vergasungsmittel in eine Schlackebad-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die weitestgehende Restvergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, das eine erste Spouted-bed-Vergasungszone unterseitig verlässt, bei Temperaturen oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird,
– dass zweite Vergasungsmittel in die Schlackebad-Vergasungszone und in die erste Spouted-bed-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, das eine zweite Spouted-bed-Vergasungszone unterseitig verlässt, bei Temperaturen im Bereich oberhalb des Ascheschmelzpunktes bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird,
– dass dritte Vergasungsmittel unterseitig in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone eingebracht werden, mit denen die überwiegende Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien, die in diese Zone eingebrachten werden, bei Temperaturen im Bereich unterhalb der Ascheverlegungstemperatur bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird und
– dass in einer Flugstrom-Vergasungszone ohne Zusatz von Vergasungsmitteln die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Kopfproduktes, das die zweite Spouted-bed-Vergasungszone oberseitig verlässt, bei Temperaturen unterhalb der Ascheverlegungstemperatur durchgeführt wird.

Erfindungswesentlich ist die Ausgestaltung des Verfahrens nach den Brennstoffeigenschaften. Das sind in diesem Zusammenhang das Ascheverhalten, charakterisiert durch die Ascheverlegungstemperatur, den Ascheschmelzpunkt und den Aschefließpunkt, die Korngröße bzw. die Stückgröße des Brennstoffes und die Korngröße und die scheinbare Dichte des sich bildenden Pyrolysekokses.

Der Ascheschmelzpunkt bzw. der Aschefließpunkt der verschiedenen Brennstoffe variieren üblicherweise zwischen 800 bis 1.300°C bzw. 1.000 und 1.500°C. Die Ascheverlegungstemperatur ist die Temperatur, bei der es unter den jeweiligen Vergasungsbedingungen zu betriebsstörenden Anbackungen von Asche an den Wänden des Vergasers oder des Rohgasabganges kommt. Die Ascheverlegungstemperatur liegt in der Nähe unterhalb des Ascheschmelzpunktes und ist neben anderen Einflussgrößen vom Mengenanteil und der Körnung der freien Asche am kohlestoffhaltigen Material abhängig. Die Ascheverlegungstemperatur kann weder theoretisch noch experimentell vorherbestimmt werden, sondern wird im Vergasungsbetrieb ermittelt.

Als feinkörnige Brennstoffe werden solche mit einer Körnung von ca. 0–1 mm, als grobkörnige solche mit einer Körnung von ca. 0–50 mm und als stückige bzw. grobstückige solche mit einer Kantenlänge von 50 mm bis zu 1 m verstanden. Grobstückige Brennstoffe sind zum Beispiel Biomassekompaktate (vorzerkleinerte Strohballen u.ä.).

Die Pyrolysekokse entstehen brennstoffabhängig feinkörnig (ca. <1 bis 5 mm) bis grobkörnig (ca. <20 mm). Erstere entstammen in der Regel hochflüchtigen Brennstoffen (Biomassen, Kunststoffen, niedriginkohlten Kohlen), letztere dagegen niedrigflüchtigen Brennstoffen (überwiegend Steinkohlen).

Die scheinbare Dichte der Pyrolysekokse bewegt sich zwischen geringen Werten von 100 kg/m³ (hochflüchtige Brennstoffe), mittleren Werten von 500 kg/m³ (mittelflüchtige Brennstoffe) und hohen Werten von 1.000 kg/m³ (niedrigflüchtige Brennstoffe).

In den Vergasungszonen werden die Vergasungsreaktionen wie folgt durchgeführt.

In der Schlackebad-Vergasungszone wird die weitestgehende Restvergasung des die erste Spouted-bed-Vergasungszone unterseitig verlassenden kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes bei Temperaturen oberhalb des Aschefließpunktes vorgenommen. Die Schlackebad-Vergasungszone besteht aus Flammenbereichen, die sich vor den Einblasestellen der Vergasungsmittel ausbilden und die in die Mitte des Vergasungsraumes gerichtet sind. Die Schlackebad-Vergasungszone bildet, vereinfacht betrachtet, einen Reaktionsbereich, in dem weitestgehend die exothermen Vergasungsreaktionen ablaufen. Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der ersten Vergasungsmittel wird entsprechend des Aschefließpunktes so eingestellt, dass die Vergasungstemperaturen im gesamten Reaktionsbereich den Aschefließpunkt deutlich übersteigen. Für die Zusammensetzung der ersten Vergasungsmittel haben sich Werte für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis von 0,5 bis 1,5 kg/m³ _I.N. als vorteilhaft erwiesen, entsprechend Aschefließpunkten von ca. 1.500 bis 1.000°C.

In der ersten Spouted-bed-Vergasungszone wird die teilweise Vergasung des die zweite Spouted-bed-Vergasungszone unterseitig verlassenden kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes bei Temperaturen im Bereich oberhalb des Ascheschmelzpunktes bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt. Es werden ein exothermer und ein endothermer Reaktionsbereich ausgebildet. Der exotherme Reaktionsbereich, in dem überwiegend die exothermen Vergasungsreaktionen ablaufen, besteht aus dem Flammenbereich vor den Einblasestellen der zweiten Vergasungsmittel und dem Bereich der aufwärts gerichteten Mittenströmung, die als Spout-Strömung ausgebildet wird. Erfindungsgemäß wird die Spout-Strömung dadurch erzielt, dass sich die zweiten Vergasungsmittel durch die Feststoffschüttung der ersten Spouted-bed-Vergasungszone kanalartig hindurch brennen und dabei aufwärts gerichtete Strömungskanäle ausformen. Der endotherme Reaktionsbereich, in dem die endothermen Vergasungsreaktionen vorgesehen sind, nimmt den restlichen Raum der ersten Spouted-bed-Vergasungszone ein, der mehr oder weniger als lockeres Festbett ausgebildet wird. Zur Auflockerung des Festbettes und zur Ausbildung der Spout-Strömung trägt die noch stattfindende Gasfreisetzung durch Nachentgasung des Pyrolysekokses im Festbett bei. Aus dem lockeren Festbett werden durch Schwerkraft und Scherkräfte ständig Feststoffe in den exothermen Reaktionsbereich hineingetragen und vergast. Im exothermen Reaktionsbereich werden Vergasungstemperaturen oberhalb des Aschefließpunktes und im endothermen Reaktionsbereich Vergasungstemperaturen oberhalb des Ascheschmelzpunktes eingestellt. Für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis haben sich Werte von 0,5 bis 2 kg/m³ _i.N. als geeignet erwiesen, bei entsprechenden Ascheschmelzpunkten von ca. 1.300 bis 800°C und bei Aschefließpunkten von ca. 1.500 bis 1.000°C, wobei die niedrigen Werte des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses für die hohen Werte der Ascheschmelzpunkte und der Aschefließpunkte gelten und umgekehrt.

In der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone wird die überwiegende Vergasung der in diese Zone eingebrachten kohlenstoffhaltigen Materialien bei Temperaturen im Bereich unterhalb der Ascheverlegungstemperatur bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt. Die kohlenstoffhaltigen Materialien umfassen die zu vergasenden Einsatzstoffe, das die Flugstrom-Vergasungszone unterseitig verlassende kohlenstoffhaltige Bodenprodukt und abgeschiedenen Staub, der über das Rückführsystem in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone eingetragen wird. Es werden wiederum ein exothermer und ein endothermer Reaktionsbereich ausgebildet. Der exotherme Reaktionsbereich besteht aus dem Flammenbereich vor den Einblasestellen der dritten Vergasungsmittel und dem Bereich der aufwärts gerichteten Mittenströmung, der als Spout-Strömung ausgebildet wird. In Höhe der Eindüsung der dritten Vergasungsmittel und im unteren Bereich der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone wird die Gasgeschwindigkeit sprunghaft erhöht, da hier der Hauptteil des Vergasungsgases gebildet wird und die flüchtigen Bestandteile der Brennstoffe spontan freigesetzt werden. Unterstützt durch die Spout-Anströmung aus der darunter liegenden ersten Spouted-bed-Vergasungszone wird in Höhe der Eindüsung dieser dritten Vergasungsmittel die typische aufgelockerte Spout-Strömung mit mittig aufsteigenden Feststoff-Fontänen und sogenannter Nierenströmung ausgebildet. Letztere beinhaltet die zentrale Aufwärtsströmung von Gas und Feststoff und die randgängige Abwärtsströmung, überwiegend von Feststoff. Der endotherme Reaktionsbereich umfasst überwiegend das Gebiet dieser randgängigen Abwärtsströmung. Er bildet sich verstärkt nach oben hin auch zur Mitte der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone aus. Der endotherme Reaktionsbereich umhüllt somit den exothermen Reaktionsbereich und schützt die Vergaserwände und die Vergasungsmitteldüsen vor Verschlackungen. Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der dritten Vergasungsmittel wird so gewählt, dass sich in dem exothermen Reaktionsbereich Vergasungstemperaturen oberhalb des Aschefließpunktes und in dem endothermen Reaktionsbereich Vergasungstemperaturen unterhalb des Ascheverlegungstemperatur einstellen. Für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis haben sich Werte von 0,3 bis 2 kg/m³ _i.N. als geeignet erwiesen. Der für den jeweiligen Brennstoff zu wählende Wertebereich wird anhand der Brennstoffeigenschaften, insbesondere des Ascheschmelzverhaltens und der Ascheverlegungstemperatur, während des Betriebes des Vergasers ermittelt. Der einzustellende wert des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses wird entweder nach einer gemessenen Temperatur, vorzugsweise der Temperatur am Rohgasabgang, oder mit Hilfe des Methan-Gehaltes des den Vergaser verlassenden Rohgases geregelt. Dabei wird der Umstand genutzt, dass es einen brennstofftypischen Zusammenhang zwischen der Temperatur am Rohgasabgang und dem Methan-Gehalt des Rohgases gibt. Letzterer kann mit geringer Zeitverzögerung mittels on line-Analyse ermittelt werden.

Die Flugstrom-Vergasungszone geht fließend aus der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone hervor, und zwar in jener Höhe, in der die Nierenströmung in die aufwärts gerichtete Strömung übergeht. Die Flugstrom-Vergasungszone ist hinsichtlich der vertikalen Ausdehnung, des übergangslosen Anschlusses an die zweite Spouted-bed-Vergasungszone und die fehlende Zuführung an Vergasungsmitteln so ausgebildet, dass über dem gesamten Strömungsquerschnitt eine gleichgerichtete Gas-Feststoff-Strömung vorliegt, in der der Feststoff mehr oder weniger homogen verteilt ist. Diese Zone ist als ein einheitlicher Reaktionsbereich vorgesehen, in dem ausschließlich endotherme Vergasungsreaktionen ablaufen, wobei Vergasungstemperaturen deutlich unterhalb der Ascheverlegungstemperatur eingestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, die zweiten Vergasungsmittel vollständig zusammen mit den ersten Vergasungsmitten einzublasen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, höchstens einen Teil der zweiten Vergasungsmittel zusammen mit den ersten Vergasungsmitteln einzubringen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis. Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der ersten und der zweiten Vergasungsmittel wird vorzugsweise in der gleichen Größe, gegebenenfalls abweichend von der Größe des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses der dritten Vergasungsmittel, eingestellt. Es ist auch möglich, alle drei Vergasungsmittel mit der gleichen Zusammensetzung von Dampf und Sauerstoff, d.h. mit einem gleich großen Dampf/Sauerstoff-Verhältnis, einzublasen. Im ersten Fall sind nur zwei, im zweiten Fall ist sogar nur ein Vergasungsmittel durch Mischung von Sauerstoff und Dampf herzustellen.

Als Steuergrößen für die Verfahrensführung dienen neben den Werten für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis die Werte für den Volumenstrom des Vergasungssauerstoffes [O₂(i)] der einzelnen Vergasungsmittel i (i = 1 bis 3). [O₂(1)] ist der Volumenstrom des Vergasungssauerstoffs der ersten Vergasungsmittel, [O₂(2)] der Volumenstrom des Vergasungssauerstoffes der zweiten und [O₂(3)] der Volumenstrom des Vergasungssauerstoffes der dritten Vergasungsmittel. Als Leerrohrgeschwindigkeiten werden die auf den freien Strömungsquerschnitt bezogenen Gasgeschwindigkeiten bezeichnet, die am oberen Ende der jeweiligen Vergasungszone im Mittel eingestellt werden.

Für die Einstellung der Volumenströme des Vergasungssauerstoffs sind vorzugsweise drei Bedingungen zu erfüllen.

Die erste Bedingung betrifft das einzustellende Verhältnis des Volumenstromes des dritten Vergasungssauerstoffs zur Summe der Volumenströme von erstem und zweitem Vergasungssauerstoff [O₂-Verhältnis 3] nach Gleichung (1): [O2-Verhältnis 3] = [O2(3)] : ([O2(1)] + [O2(2)]) = 3 bis 1. Gleichung (1)

Hohe Werte für [O₂-Verhältnis 3] werden vorzugsweise bei hochflüchtigen Brennstoffen (insbesondere Biomassen) eingestellt und umgekehrt, wobei sichergestellt wird, dass die nötige Wärme in das Schlackebad eingebracht wird.

Die zweite Bedingung ist gemäß Gleichung (2) wie folgt beschrieben: [O2-Verhältnis 2] = [O2(2)] : ([O2(1)] + [O2(2)]) = 0,5 bis 2. Gleichung (2)

Der Wert für [O₂-Verhältnis 2] kennzeichnet den Anteil des Vergasungssauerstoffes, der zur Teilvergasung in der ersten Spouted-bed-Vergasungszone dient. Die niedrigen Werte gelten für feinkörnige Brennstoffe, für Brennstoffe, deren Pyrolysekokse eine geringe scheinbare Dichte aufweisen, aber auch für grobkörnige bis grobstückige Brennstoffe, die einen feinkörnigen Pyrolysekoks bilden. Die hohen Werte gelten dagegen für Brennstoffe, die einen grobkörnigen Pyrolysekoks mit hoher scheinbarer Dichte bilden. Zu den Brennstoffen, die sehr feinkörnige Restkokse mit sehr geringer scheinbarer Dichte bilden, zählen die bereits erwähnten biogenen Festbrennstoffe oder zu vergasende Abfallkunststoffe.

Die dritte Bedingung betrifft den Volumenstrom des insgesamt zugeführten Vergasungssauerstoffs [ΣO₂] gemäß Gleichung (3) [ΣO2] = [O2(1)] + [O2(2)] + [O2(3)] Gleichung (3)derart, dass die Leerrohrgeschwindigkeit am oberen Ende der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone 0,3 bis 3 m/s beträgt. Niedrige Werte von [ΣO₂] und niedrige Leerrohrgeschwindigkeiten gelten für Brennstoffe, die feinkörnige Pyrolysekokse oder Pyrolysekokse mit geringer scheinbarer Dichte bilden. Hohe Werte von [ΣO₂] mit hohen Leerrohrgeschwindigkeiten sind Brennstoffen zugeordnet, die grobkörnige Pyrolysekokse oder Pyrolysekokse mit hoher scheinbarer Dichte bilden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch einen Vergasungsreaktor, dessen Vergasungsraum unterseitig von der Flüssigkeitsoberfläche eines Schlackebades und oberseitig von einem Rohgasabgang begrenzt wird und der Düsenebenen zum Einblasen von Vergasungsmitteln besitzt, die in Bezug auf den Vergasungsraum vorzugsweise radial ausgerichtet und vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Vergasungsraumes verteilt sind, dadurch gelöst,

– dass in dem Vergasungsraum von unten nach oben nacheinander die Schlackebad-Vergasungszone, die erste Spouted-bed-Vergasungszone, die zweite Spouted-bed-Vergasungszone und schließlich darüber die Flugstrom-Vergasungszone angeordnet sind,
– dass drei Düsenebenen vorgesehen sind, wobei die erste Düsenebene in Höhe der Schlackebad-Vergasungszone, die zweite Düsenebene in Höhe der ersten Spouted-bed-Vergasungszone zwischen der ersten Düsenebene und der dritten Düsenebene und die dritte Düsenebene unterseitig der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone angeordnet sind,
– dass jede Düsenebene Vergasungsmitteldüsen auf mindestens jeweils einer Schnittfläche, die den Vergasungsraum vorzugsweise horizontal schneidet, umfasst, und
– dass der vertikale Abstand zwischen der ersten und der dritten Düsenebene das 0,5 bis 3 fache des lichten Innendurchmessers des Vergasungsraumes beträgt.

Die Vergasungsmitteldüsen einer Düsenebene sind entweder in einer oder in mehreren gedachten Schnittflächen angeordnet. Die Düsenebene, mit der die ersten Vergasungsmittel in die Schlackebad-Vergasungszone eingeblasen werden, werden als erste Düsenebene bezeichnet. Die Düsenebenen, mit denen die zweiten und die dritten Vergasungsmittel in die beiden Spouted-bed-Vergasungszonen eingeblasen werden, werden dem gemäß als zweite und dritte Düsenebenen bezeichnet.

Vorzugsweise werden die Vergasungsmitteldüsen der ersten, der zweiten und der dritten Düsenebene auf jeweils einer Schnittflächen angeordnet. Durch die Anordnung auf jeweils einer Schnittflächen verringert sich der anlagentechnische Aufwand.

Eine der Schnittflächen der zweiten Düsenebene kann mit einer der Schnittflächen der ersten Düsenebene identisch sein. Die Vergasungsmitteldüsen der ersten Düsenebene können mit denen der zweiten Düsenebene auf dieser Schnittfläche benachbart angeordnet sein. Des weiteren besteht eine vorteilhafte Vereinfachung der benachbarten Anordnung der Vergasungsmitteldüsen darin, dass mindestens ein Teil der Vergasungsmitteldüsen der zweiten Düsenebene mit Vergasungsmitteldüsen der ersten Düsenebene identisch ist, d.h. dass die ersten und die zweiten Vergasungsmittel gemeinsam mit diesem Teil der Vergasungsmitteldüsen eingeblasen werden. Wenn alle Vergasungsmitteldüsen der zweiten Düsenebene mit allen Vergasungsmitteldüsen der ersten Düsenebene, die sich auf mindestens einer Schnittfläche befinden, identisch sind, besteht de facto nur noch eine gemeinsame Düsenebene zum Einblasen der ersten und der zweiten Vergasungsmittel. Mit dieser Anordnung kann der anlagentechnische Aufwand auf ein Minimum reduziert werden.

Ein Teil der Vergasungsmitteldüsen der zweiten Düsenebene kann auf mindestens einer Schnittfläche angeordnet sein, wobei sich die Schnittflächen zwischen der ersten und der dritten Düsenebene befinden. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen den Schnittflächen der zweiten Düsenebene und der Abstand zwischen der am weitesten oben gelegenen Schnittfläche der zweiten Düsenebene zur dritten Düsebene vorzugsweise gleich groß gewählt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Vergasungsreaktors sieht vor, einen Teil der zweiten Vergasungsmittel gemeinsam mit den ersten Vergasungsmitteln mit Vergasungsmitteldüsen auf einer Schnittfläche einzubringen und den anderen Teil der zweiten Vergasungsmittel mittels Vergasungsmitteldüsen auf einer zweiten Schnittfläche einzublasen, die vorzugsweise in halber Höhe zwischen der ersten und der dritten Düsenebene angeordnet ist.

Die dritten Vergasungsmittel werden mittels der dritten Düsenebene unterseitig in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone eingeblasen.

Die Vergasungsmitteldüsen der Düsenebenen sind mit unterschiedlicher Neigung gegen die Horizontale versehen. Die Vergasungsmitteldüsen der ersten Düsenebene sind vorzugsweise 10 bis 30° nach unten gerichtet, um einen intensiven Wärmeeintrag in das Schlackebad und eine vollständige Vergasung des Restkokses auf und oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche des Schlackebades zu erzielen. Die Vergasungsmitteldüsen der zweiten Düsenebenen sind vorzugsweise 45° nach unten bis 60° nach oben geneigt. Die horizontale oder nach oben geneigte Anordnung ist von Vorteil bei Vergasern großer Leistung und dementsprechend großen Durchmessern des Vergaserraumes von mehr als 2 bis 3 m, um die Vergasungsmittel möglichst weit in die Mitte des Vergasungsraumes einzubringen. Bei kleineren Vergaserleistungen und kleineren Durchmessern des Vergaserraumes werden die Vergasungsmitteldüsen bevorzugt abwärts gerichtet angeordnet, um das Eindringen flüssiger Schlacke in das Innere der Düsen zu vermeiden. Die Vergasungsmitteldüsen der dritten Düsenebene sind vorzugsweise 0 bis 30° nach unten oder 10 bis 45° nach oben geneigt angeordnet. Die nach oben oder nach unten geneigte Anordnung der Vergasungsmitteldüsen der zweiten Düsenebene ist erforderlich, um einen Kontakt der Flammen mit den gegenüberliegenden Wänden auszuschließen. Auch hier ist die nach oben gerichtete Anordnung für Vergaser großer Leistung von Vorteil.

Die Spout-Strömung in der ersten Spouted-bed-Vergasungszone wird erfindungsgemäß auf unterschiedliche Art und Weise erzeugt. Für Vergaser mit Durchmessern des Reaktionsraumes kleiner als 2 bis 3 m erweist es sich als vorteilhaft, wenn die zweiten Vergasungsmittel vollständig zusammen mit den ersten Vergasungsmitteln mittels Vergasungsmitteldüsen auf einer Schnittfläche in Höhe der Schlackebad-Vergasungszone eingeblasen werden, wodurch bevorzugt eine zentrale Spout-Strömung in der Strömungsachse der ersten Spouted-bed-Vergasungszone ausgeprägt wird. Für Vergaser mit Durchmessern des Reaktionsraumes größer als 2 bis 3 m empfiehlt es sich dagegen, einen Teil des zweiten Vergasungsmittels mittels Vergasungsmitteldüsen auf mindestens einer zweiten Schnittfläche, die bevorzugt mittig oder äquidistant zwischen der ersten und der dritten Düsenebene vorgesehen sind, einzublasen. Dadurch, dass sich auf diesen Schnittflächen der zweiten Düsenebene vor den Einblasestellen der zweiten Vergasungsmittel Flammenbereiche ausbilden, die Hohlräume in der lockeren Schüttung ausformen, wird eine Kurzschlussströmung zwischen den Flammenbereichen der jeweils übereinander befindlichen Vergasungsmitteldüsen erzeugt. Vor jeder Vergasungsmitteldüse wird somit mindestens ein einzelner Strömungskanal ausgeprägt, der sich vertikal über die Höhe der ersten Spouted-bed-Vergasungszone erstreckt. In den Strömungskanälen herrschen die Bedingungen einer Spout-Strömung.

Der die drei Vergasungszonen umfassende Vergasungsraum kann über die gesamte Höhe in zylindrischer Kontur ohne nennenswerte Querschnittsveränderungen ausgeführt werden. Die Konstruktion des Vergasungsreaktors vereinfacht sich dadurch wesentlich.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass erstmals verschiedenste Festbrennstoffe mit einem breiten Körnungsband bei gleichzeitiger Erzielung eines nahezu vollständigen Kohlenstoffumsatzes verschlackungsfrei vergast werden können. Wesentlich für die Erfindung ist die Anwendung hoher Vergasungstemperaturen mit Flüssigschlackebildung in den drei unteren Vergasungszonen, die durch die Ausbildung der gestuften Spouted-bed-Vergasung und deren Ausdehnung auf den überwiegenden Vergasungsraum ermöglicht wird. Somit kann erstmals der verschlackungsfreie Übergang von den hohen Vergasungstemperaturen in Höhe des Schlackebades zu den niedrigen Vergasungstemperaturen unterhalb der Ascheverlegungstemperatur am Vergaseraustritt technisch mit einfachen Mitteln realisiert werden. Die Erfindung verbindet die Vorteile der Schlackebad-, der Wirbelschicht-, der Spouted-bed- und der Flugstromvergasung und vermeidet die Nachteile dieser Verfahren hinsichtlich ihrer Einschränkungen bezüglich der zu vergasenden Brennstoffe. Die erfindungsgemäße Lösung ist zudem sehr einfach in seiner apparativen Ausführung, robust in der Betriebsführung und flexibel gegenüber wechselnden Brennstoffeigenschaften. Erstmals können in ein und dem selben Vergaser bei entsprechender Anpassung von Vergasungsmittelmengen und -zusammensetzungen wahlweise Brennstoffe mit deutlich unterschiedlichen Eigenschaften, z.B. Biomassen im Wechsel mit Braunkohlen oder Braunkohlen im Wechsel mit Steinkohlen, eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass Biomasse unterschiedlichster Beschaffenheit allein oder im Gemisch mit Kohlen und anderen Festbrennstoffen vergast werden kann. Es besteht sogar die Möglichkeit, Biomassen in kompaktierter Form, z. B. als vorzerkleinerte Strohballen, zu verwenden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt in stark vereinfachter und schematischer Darstellung einen Vergaser 1 zur Erzeugung von Synthesegas für den Einsatz in einer Methanolsynthese unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ausführungsbeispiel wird anhand der Vergasung von getrockneter Biomasse, speziell der technisch anspruchsvollen Monovergasung von naturbelassenem, getrocknetem Stroh erläutert. Das Stroh wird mit einem Wassergehalt von 12 Ma.-%, einem Heizwert von 15,3 MJ/kg und einem Aschegehalt von 3,86 Ma.-% (beide auf Basis 12 Ma.-% Wassergehalt) vergast. Das Stroh wird in bekannter Art und Weise durch Zugabe eines alkalibindenden Tonminerals konditioniert, um überschüssige Alkaligehalte der Asche, die sonst verdampfen und betriebsstörende Verschmutzungen in kälteren Anlagenteilen hervorrufen würden, in feste und flüssige Alumosilikate einzubinden und zu fixieren. Die charakteristischen Temperaturen für das Ascheschmelzverhalten der so konditionierten Strohasche betragen:
Ascheverlegungstemperatur 950°C, Ascheschmelzpunkt 1.210°C, Aschefließpunkt 1.320°C. Das konditionierte Stroh bildet einen sehr feinkörnigen Pyrolysekoks mit sehr geringer scheinbarer Dichte.
Stündlich werden 24,5 bis 25 t konditioniertes Stroh 2, bestehend aus 24 t Stroh in Form von Pellets und größeren Kompaktaten bis ca. 200 mm Kantenlänge und ca. 0,5–1 t eines fein aufgemahlenen Tonminerals, in den Vergaser 1 eingebracht. Der Vergaser 1 wird bei 26 bar Überdruck betrieben und hat eine thermische Leistung von 100 MW. Der Vergaser 1 umfasst den zylindrischen, vertikalen Vergasungsraum 3 mit einem lichten Innendurchmesser von 1,8 m und einer vertikalen Ausdehnung von 11,5 m. Letztere reicht von der Flüssigkeitsoberfläche 4 des Schlackebades 5 bis zum Rohgasabgang 6. Aus dem Vergaser 1 wird unterseitig flüssige Schlacke 7 und oberseitig über den Rohgasabgang 6 staubbeladenes Rohgas 8 abgezogen. Das staubbeladene Rohgas 8 wird in einem Heißzyklon 9 entstaubt. Aus dem Heißzyklon 9 tritt oberseitig entstaubtes Rohgas 10 und unterseitig abgeschiedener Staub 11 aus. Der abgeschiedene Staub 11 wird mittels eines Rückführsystems, das aus einem Fallrohr 12, einer L-Valve 13 und einer Verbindungsleitung 14 besteht, wieder in den Vergaser 1 zurückgeführt. Die L-Valve 13 wird mit dem Fördergas 15 betrieben.
Der Vergasungsraum 3 ist von unten gesehen in die übereinander angeordneten Vergasungszonen der Schlackebad-Vergasungszone 16, der ersten Spouted-bed-Vergasungszone 17, der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone 18 und der Flugstrom-Vergasungszone 19 unterteilt. Die Schlackebad-Vergasungszone 16 mit einer geringen vertikalen Ausdehnung befindet sich in Höhe der ersten Düsenebene 20. Die erste Spouted-bed-Vergasungszone 17 befindet sich zwischen der ersten Düsenebene 20 und der dritten Düsenebene 21 und hat eine vertikale Ausdehnung von 2,5 m. Die erste Düsenebene 20 übernimmt gleichzeitig die Funktion der zweiten Düsenebene, die bei dem Vergaser 1 kleiner Leistung nicht ausgeführt ist. Die zweite Düsenebene wäre anzuwenden, wenn Vergaser mit deutlich größeren Durchmessern als dem des Vergasers 1 zur Ausführung kämen. Die zweite Spouted-bed-Vergasungszone 18 reicht von der dritten Düsenebene 21 bis ca. 4 m darüber. Die Flugstrom-Vergasungszone 19 schließt den Vergasungsraum 3 nach oben hin bis in Höhe des Rohgasabgangs 6 ab und hat eine vertikale Ausdehnung von ca. 5 m. Die höhenmäßige Abgrenzung der beiden unteren Vergasungszonen 16 und 17 erfolgt durch die erste Düsenebene 20 und die dritte Düsenebene 21. Die erste Düsenebene 20 und die dritte Düsenebene 21 befinden sich auf jeweils einer Schnittfläche 22.
In die Schlackebad-Vergasungszone 16 werden die ersten Vergasungsmittel 23 mittels sechs Vergasungsmitteldüsen 24 der ersten Düsenebene 20 eingebracht. Die zweiten Vergasungsmittel 25 werden zusammen mit den ersten Vergasungsmitteln 23 mittels der sechs Vergasungsmitteldüsen 24 der ersten Düsenebene 20 eingeblasen. In die zweite Spouted-bed-Vergasungszone 18 werden die dritten Vergasungsmittel 26 mittels sechs Vergasungsmitteldüsen 24 der dritten Düsenebene 21 eingedüst. Die Vergasungsmitteldüsen 24 der beiden Düsenebenen 20 und 21 sind gleichmäßig radial über den Umfang des Vergasungsraumes 3 und vertikal übereinander in den Positionen 5^min, 15^min usw. bis 60^min angeordnet. Die Vergasungsmitteldüsen 24 der ersten und der dritten Düsenebene 20 und 21 sind 15° nach unten geneigt.
Das konditionierte Stroh 2 wird durch Schwerkrafteintrag über das Schrägrohr 27 in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone 18 eingebracht. Die Eintragsöffnung 28 des Schrägrohres 27 befindet sich in Höhe von 2 m oberhalb der dritten Düsenebene 21. In gleicher Höhe befindet sich die Eintragsöffnung 29 der Verbindungsleitung 14 zum Rücktransport des aus dem Heißzyklon 9 abgeschiedenen Staubes 11 in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone 18.
Die Vergasungsmittel werden wie folgt eingedüst:

– [O₂-Verhältnis 3] = 2,33,
– [O₂-Verhältnis 2] = 1.

Das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis aller drei Vergasungsmittel 23, 25 und 26 beträgt 0,5 kg/m³ _i.N..
Es werden folgende Vergasungstemperaturen eingestellt:

– in der Schlackebadvergasung-Vergasungszone 16: größer als 2.000°C (exotherm),
– in der ersten Spouted-bed-Vergasungszone 17: größer als 2.000°C (exotherm) und 1.250°C (endotherm),
– in der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone 18: größer als 2.000°C (exotherm) und 920°C (endotherm),
– in der Flugstrom-Vergasungszone 19: 900°C (endotherm).

Der Volumenstrom des insgesamt zugeführten Vergasungssauerstoffs [ΣO₂] beträgt 4.700 m³ _i.N./h. Am oberen Ende der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone 18 wird eine Leerrohrgeschwindigkeit von 0,6 m/s eingestellt.

1: Vergaser
2: konditioniertes Stroh
3: Vergasungsraum
4: Flüssigkeitsoberfläche
5: Schlackebad
6: Rohgasabgang
7: flüssige Schlacke
8: staubbeladenes Rohgas
9: Heißzyklon
10: entstaubtes Rohgas
11: abgeschiedener Staub
12: Fallrohr
13: L-Valve
14: Verbindungsleitung
15: Fördergas
16: Schlackebad-Vergasungszone
17: erste Spouted-bed-Vergasungszone
18: zweite Spouted-bed-Vergasungszone
19: Flugstrom-Vergasungszone
20: erste Düsenebene
21: dritte Düsenebene
22: Schnittfläche
23: erste Vergasungsmittel
24: Vergasungsmitteldüse
25: zweite Vergasungsmittel
26: dritte Vergasungsmittel
27: Schrägrohr
28: Eintragsöffnung
29: Eintragsöffnung

Claims

Verfahren zur Vergasung mit Flüssigschlackeabzug von festen kohlenstoffhaltigen Materialien unter erhöhtem Druck in miteinander verbundenen Vergasungsräumen unter Verwendung von Vergasungsmitteln, die freien Sauerstoff enthalten, wobei staubbeladenes Rohgas oberseitig und Flüssigschlacke unterseitig abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, – dass erste Vergasungsmittel (23) in eine Schlackebad-Vergasungszone (16) eingebracht werden, mit denen die weitestgehende Restvergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, das eine erste Spouted-bed-Vergasungszone (17) unterseitig verlässt, bei Temperaturen oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird, – dass zweite Vergasungsmittel (25) in die Schlackebad-Vergasungszone (16) und in die erste Spouted-bed-Vergasungszone (17) eingebracht werden, mit denen die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes, das eine zweite Spouted-bed-Vergasungszone (18) unterseitig verlässt, bei Temperaturen im Bereich oberhalb des Ascheschmelzpunktes bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird, – dass dritte Vergasungsmittel (26) unterseitig in die zweite Spouted-bed-Vergasungszone (18) eingebracht werden, mit denen die überwiegende Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien, die in diese Zone eingebrachten werden, bei Temperaturen im Bereich unterhalb der Ascheverlegungstemperatur bis oberhalb des Aschefließpunktes durchgeführt wird und – dass in einer Flugstrom-Vergasungszone (19) ohne Zusatz von Vergasungsmitteln die teilweise Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Kopfproduktes, das die zweite Spouted-bed-Vergasungszone (18) oberseitig verlässt, bei Temperaturen unterhalb der Ascheverlegungstemperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Vergasungsmittel (25) teilweise oder vollständig zusammen mit den ersten Vergasungsmittel (23) eingeblasen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vergasungsmittel (23) aus Dampf und Sauerstoff vorzugsweise so gemischt werden, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis Werfe zwischen 0,5 und 1,5 kg/m³ _i.N.. umfasst, wobei die niedrigen Werte des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses für die hohen Werte der Aschefließpunkte gelten und umgekehrt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Vergasungsmittel (25) aus Dampf und Sauerstoff vorzugsweise so gemischt werden, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis Werte zwischen 0,5 und 2 kg/m³ _i.N.. umfasst, wobei die niedrigen Werte des Dampf/Sauerstoff-Verhältnisses für die hohen Werfe der Ascheschmelzpunkte und der Aschefließpunkte gelten und umgekehrt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Vergasungsmittel (26) aus Dampf und Sauerstoff vorzugsweise so gemischt werden, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis Werte zwischen 0,3 und 2 kg/m³ _i.N. umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der dritten Vergasungsmittel (26) so eingestellt wird, dass sich die Temperatur am Rohgasabgang (6) bei Werten unterhalb der Ascheverlegungstemperaturen einstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Rohgasabgang mit Hilfe des Methan-Gehaltes des oberseitig abgezogenen staubbeladenen Rohgases (8) ermittelt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Vergasungsmittel (23) und (25) aus Dampf und Sauerstoff so gemischt werden, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der ersten Vergasungsmittel (23) und das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis der zweiten Vergasungsmittel (25) einen gleich großen Wert aufweisen.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmittel (23), (24) und (26) aus Dampf und Sauerstoff so gemischt werden, dass das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis aller drei Vergasungsmittel (23), (24) und (26) einen gleich großen Wert aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einblasen der Vergasungsmittel (23), (24) und (26) das Verhältnis des Volumenstromes des dritten Vergasungssauerstoffs zur Summe der Volumenströme von erstem und zweitem Vergasungssauerstoff Werte zwischen 3 und 1 umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einblasen der Vergasungsmittel (23) und (24) das Verhältnis des Volumenstromes des zweiten Vergasungssauerstoffs zur Summe der Volumenströme von erstem und zweitem Vergasungssauerstoff Werte zwischen 0,5 und 2 umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf die Einhaltung einer Leerrohrgeschwindigkeit im Bereich von 0,3 bis 3 m/s am oberen Ende der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone (18) ausgerichteter Volumenstrom des insgesamt zugeführten Vergasungssauerstoffes eingestellt wird.
Vergasungsreaktor zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 12, bestehend aus miteinander verbundenen Reaktionsräumen, die vertikal ausgerichtet sind und einen ununterbrochenen Vergasungsraum (3) aufweisen, der unterseitig von der Flüssigkeitsoberfläche (4) eines Schlackebades (5) und oberseitig von einem Rohgasabgang (6) begrenzt wird und der Düsenebenen zum Einblasen von Vergasungsmitteln mittels Vergasungsmitteldüsen (24) besitzt, die in Bezug auf den Vergasungsraum (3) vorzugsweise radial ausgerichtet und gleichmäßig über den Umfang des Vergasungsraumes (3) verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, – dass in dem Vergasungsraum (3) von unten nach oben nacheinander die Schlackebad-Vergasungszone (16), die erste Spouted-bed-Vergasungszone (17), die zweite Spouted-bed-Vergasungszone (18) und schließlich darüber die Flugstrom-Vergasungszone (19) angeordnet sind, – dass drei Düsenebenen vorgesehen sind, wobei die erste Düsenebene (20) in Höhe der Schlackebad-Vergasungszone (16), die zweite Düsenebene in Höhe der ersten Spouted-bed-Vergasungszone (17) zwischen der ersten Düsenebene (20) und der dritten Düsenebene (21) und die dritte Düsenebene (21) unterseitig der zweiten Spouted-bed-Vergasungszone (18) angeordnet sind, – dass jede Düsenebene Vergasungsmitteldüsen (24) auf mindestens jeweils einer Schnittfläche (22), die den Vergasungsraum (3) vorzugsweise horizontal schneidet, umfasst, und – dass der vertikale Abstand zwischen der ersten und der dritten Düsenebene (20) und (21) das 0,5 bis 3 fache des lichten Innendurchmessers des Vergasungsraumes (3) beträgt.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der ersten und der dritten Düsenebene (20) und (21) auf jeweils einer Schnittfläche (22) angeordnet sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene auf mindestens einer Schnittfläche (22) angeordnet sind.
Vergasungsreaktor nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene auf mindestens einer der Schnittflächen (22) der Vergasungsmitteldüsen (24) der ersten Düsenebene (20) angeordnet sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene mit Vergasungsmitteldüsen (24) der ersten Düsenebene (20) identisch sind.
Vergasungsreaktor nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene auf mindestens einer der Schnittflächen (22) angeordnet sind, die sich oberhalb der ersten Düsenebene (20) bis unterhalb der dritten Düsenebene (21) befinden.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene auf mindestens einer der Schnittflächen (22) angeordnet sind, die sich oberhalb der ersten Düsenebene (20) bis unterhalb der dritten Düsenebene (21) befinden.
Vergasungsreaktor nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Schnittflächen (22) der zweiten Düsenebene und der Abstand zwischen der obersten Schnittfläche (22) der zweiten Düsenebene zur untersten Schnittfläche der dritten Düsebene (21) vorzugsweise gleich groß sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der ersten Düsenebene (20) vorzugsweise mit einem Winkel von 10° bis 30° nach unten ausgerichtet sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der zweiten Düsenebene vorzugsweise mit einem Winkel von 0° bis 30° nach unten oder mit einem Winkel von 30° bis 60° nach oben ausgerichtet sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungsmitteldüsen (24) der dritten Düsenebene (21) vorzugsweise mit einem Winkel von 0° bis 30° nach unten oder mit einem Winkel von 30° bis 60° nach oben ausgerichtet sind.
Vergasungsreaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsraum (3) zylindrisch ausgebildet ist und einen weitestgehend konstanten Durchmesser aufweist, wobei dieser mindestens von der Flüssigkeitsoberfläche (4) des Schlackebades (5) bis mindestens zum Rohgasabgang (6) reicht.