DE102007062414A1

DE102007062414A1 - Autothermes Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen

Info

Publication number: DE102007062414A1
Application number: DE102007062414A
Authority: DE
Inventors: Roland Möller
Original assignee: CONERA PROCESS SOLUTIONS GmbH
Current assignee: Ecoloop GmbH
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: UA97305C2; JP2011506711A; US8632614B2; AU2008340602A1; KR101304154B1; AU2008340602B2; CN101903501A; KR20100096251A; US20110005136A1; CA2710168A1; DE102007062414B4; WO2009080336A3; WO2009080336A2; RU2010129542A; CN101903501B; CA2710168C; BRPI0821292A2; HK1148550A1; EP2231828A2; ZA201003910B

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem autothermen Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen (14) in einem vertikalen Prozessraum (100) mit einer Kalzinierzone (C) und einer Oxidationszone (D), in welcher die kalzinierten kohlenstoffreichen Substanzen mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite (G) des vertikalen Prozessraumes (100) abgezogen werden. Der vertikale Prozessraum wird in der Form eines Vertikalschachtofens (100) ausgebildet, der von einem im Kreislauf geführten Schüttgut (13), das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, wobei die kohlenstoffreichen Substanzen (14) bei dem Schüttgut (13) vor dem Antritt (3) in den Ofen beigegeben werden und das sauerstoffhaltige Gas in oder unterhalb der Oxidationszone (D) eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem autothermen Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen in einem vertikalen Prozessraum mit einer Kalzinierzone und einer Oxidationszone, in welcher die kalzinierten kohlenstoffreichen Substanzen mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite des vertikalen Reaktionsraumes abgezogen werden.
Derartige Verfahren sind bereits seit langer Zeit bekannt und werden beispielsweise in Gegenstromvergasern durchgeführt, bei denen Kohleprodukte oder auch Biomasse, die zum Boden des Vergasers bewegt wird, im Gegenstrom von den entstehenden Prozessgasen umströmt wird. Die entstehenden Prozessgase können unmittelbar verbrannt oder für Synthetisierungsverfahren eingesetzt werden. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren ist, dass es sich durch die zugeführten kohlenstoffreichen Substanzen zwar autotherm durchführen lässt, die Prozessgase aber in starkem Maße von den jeweils zugeführten kohlenstoffreichen Substanzen abhängen und entsprechend das Verfahren schwer zu steuern ist. Gänzlich ungeeignet ist das Verfahren bei kontaminierten kohlenstoffreichen Substanzen, wie z. B. fluor- und chlorhaltigen Kunststoffen, kontaminierten Abfällen, Arzneimitteln oder dergleichen.
Bekannt ist bereits die Verwendung von Rest- und Abfallstoffen in Elektroniederschachtöfen, wobei unter sehr hohen Temperaturen die Herstellung von Kalziumkarbid, Ferrosilicium, Ferrochrom und dergleichen energetisch günstiger gestaltet werden kann. Ein solches Verfahren arbeitet allerdings nicht autotherm sondern es ist zur Erzeugung der benötigten hohen Temperaturen ein erheblicher Energieeinsatz mittels selbstbrennender oder selbstbackender Hohlelektroden erforderlich. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 2006 023 259 A1 beschrieben und ist unmittelbar mit der Herstellung der zuvor genannten Stoffe verknüpft.
Das Verfahren der eingangs genannten Art wird prinzipiell auch zur Kohlevergasung genutzt, wobei beim Einsatz von Kohle in der Regel die Ausprägung einer Kalzinierzone entfallen kann.
Grundsätzlich sind zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Substanzen auch allotherme Verfahren bekannt, die, wie in dem zuvor gewürdigten Dokument, auf äußere Energiezufuhr angewiesen sind. Für das Durchführen von allothermen Vergasungsverfahren werden oftmals Wirbelbettreaktoren eingesetzt, wie beispielsweise aus der DE 36 35 215 bekannt. Nachteilig ist der große technische Aufwand für die verfahrensunabhängige Erzeugung der notwendigen Sekundärenergie sowie die schwierige Beherrschbarkeit der spezifischen physikalischen Anforderungen an das eingesetzte Materials, wie z. B. Dichte, Förderverhalten, Flugverhalten und Partikelgröße, um das Wirbelbett stabil zu halten. Bekannt ist bei allothermen Verfahren auch der Einsatz von Drehrohrreaktoren, wie beispielsweise in der DE 28 44 741 beschrieben. Aufgrund der kurzen Verweilzeit der Reaktionsgase im Drehrohrreaktor kann sich kein optimales Gasgleichgewicht einstellen und es entstehen erhebliche Anteile an minderwertigen Gasen.
Grundsätzlich vorteilhaft sind autotherme Vergasungsverfahren, die kohlenmonoxidreiche Gase liefern, deren Wasserstoffanteil durch den Wasserstoffgehalt der eingesetzten Kohlenstoffträger und ggf. durch Zudosierung von Wasser in den Ver gasungsprozess bestimmt wird und ggf. einstellbar ist. Die für die Vergasung notwendige Wärmeenergie wird dabei aus der Partialoxidation der eingesetzten Rohstoffe bezogen.
Auch bei autothermen Verfahren ist der Einsatz von Wirbelbettreaktoren, beispielsweise aus der DE 44 27 860 bekannt. Dort wird angestrebt, den Kohlenstoffträger möglichst fein zu verteilen und in der Gasphase zu oxidieren, um bei kurzen Verweilzeiten eine vollständige Umsetzung zu Kohlenmonoxid zu erreichen. Hierzu ist eine aufwendige Zerkleinerung der Kohlenstoffträger notwendig, wobei ein Einsatz von kunststoffhaltigen Stoffströmen nicht möglich ist, weil diese in der Gasphase zu Verklebungen oder Tröpfchenbildung neigen.
Der Einsatz der Drehrohrtechnologie bei autothermen Vergasungsverfahren ist wegen der kurzen Verweilzeit der Gase sehr schwierig und bedingt aufwendige Reaktorkonstruktionen, wie beispielsweise aus der DE 32 16 836 C2 bekannt.
Anlagen zur autothermen Kohlevergasung sind beispielsweise in der DE 32 41 169 C2 offenbart, erlauben aber in der Regel nicht den Einsatz von beispielsweise kunststoffhaltigen Abfallen. Um letzteres zu ermöglichen, sind beispielsweise durch die DE 196 09 721 und die DE 43 26 484 verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die allerdings zu Problemen im Bereich der Kunststoffzuführung in den Reaktor, Reaktorverlegung durch Anschmelzungen und nicht vergasbare Rückstände, erheblichem Öl- und Teeranfall im erzeugten Gas, langen Reinigungsstillständen, Bildung von Dioxinen und Furanen und Korrosion durch Chlor bzw. Chlorwasserstoff führten.
Die Vergasung von organischen Stoffen in mehreren Stufen in hintereinander geschalteten Reaktoren, die beispielsweise aus der DE 199 45 771 C1 oder der DE 197 55 693 C1 bekannt ist, verwendet ein Wärmeträgermedium. Diese mehrstufigen Verfahren erfordern ein aufwendiges Wärmetauschersystem und die Verfahrensbedingten Abgasemissionen begrenzen den Einsatz der Stoffqualitäten im Hinblick auf Schwermetallgehalte und andere emissionsrelevante Schadstoffe. Schließlich ist es auch bereits bekannt, kohlenstoffhaltige Substanzen in einem Festbett zu vergasen um anschließend eine Nachvergasung in einem Flugstromreaktor unter hohem Druck durchzuführen. Damit können auch chlorhaltige Ströme, beispielsweise mit hohem PVC-Anteil und Kohlenstoffträger mit hohem Kontaminationsgrad, wie z. B. Schwermetallen oder anderen Schadstoffen verarbeitet werden. Ein solches Vergasungsverfahren ist beispielsweise in der DE 100 31 501 A1 beschrieben, wobei wiederum ein Nachteil in der aufwendigen Vorbehandlung des Materials besteht, die beispielsweise in der DE 101 42 290 A1 separat beschrieben ist. Der hohe technische Aufwand wird beispielsweise auch durch spezielle Lösungen für die Produktzuführung und die Verhinderung von Rohgasschwankungen (siehe hierzu die DE 10 2004 001 708 A1 ) oder die Vermeidung von Ablagerungen im Rohgasbereich (siehe beispielsweise die DE 103 30 512 A1 ) dokumentiert.
Zur Neutralisation von Chlorwasserstoff war im übrigen ein aufwendiges Quenchsystem erforderlich, siehe hierzu die DE 43 09 493 C2 , um Korrosionsschäden an der Anlage zu vermeiden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass es unempfindlich auf den Einsatz unterschiedlicher Qualitäten der Kohlenstoffreichen Substanzen reagiert, ohne den Aufwand erheblich zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem der vertikale Pro zessraum in der Form eines Vertikalschachtofens ausgebildet wird, der von einem im Kreislauf geführten Schüttgut, das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, wobei die kohlenstoffhaltigen Substanzen dem Schüttgut vor dem Eintritt in den Reaktor beigegeben werden und das sauerstoffhaltige Gas in- oder unterhalb der Oxidationszone eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Vermengung der kohlenstoffhaltigen Substanzen mit einem im wesentlichen inerten Schüttgut und Führung dieser Mischung aus Schüttgut und kohlenstoffhaltigen Substanzen in einem Vertikalschachtofen unter Gegenstrom eines aufsteigenden Gases die kohlenstoffreichen Substanzen autotherm vergasen lassen, ohne dass hierbei besondere Anforderungen an die Qualität der zum Einsatz kommenden kohlenstoffhaltigen Substanzen bestehen würden. Es ist lediglich zu beachten, dass die Menge an zugeführten kohlenstoffhaltigen Substanzen ausreichend ist, das autotherme Gleichgewicht in dem vertikalen Schachtofen aufrecht zu erhalten. Besondere Bedeutung kommt für den Verfahrensablauf dem Schüttgut zu, das zum einen die Funktion eines Wärmeträgermediums übernimmt. Weiterhin fungiert es als Transportmedium, das die kohlenstoffreichen Substanzen bis in die Oxidationszone zu deren endgültiger Vergasung fördert und anschließend die Vergasungsrückstände als Asche zum Austritt am unteren Ende des Vertikalschachtofens fördert. Dabei ist von weiterer Bedeutung, dass ein Schüttgut gasdurchlässig ist, und auf diese Weise den aufsteigenden Gasstrom durchlässt, wodurch sich in den einzelnen Reaktionszonen ein Wärmeaustausch zwischen dem Schüttgut als Wärmeträgermedium und dem aufsteigenden Gasstrom ergibt.
Schließlich spielen auch reine mechanische Eigenschaften des Schüttgutes eine Rolle, wobei die Korngröße vorzugsweise nicht größer als 20 cm sein sollte und besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 und 8 cm liegt. Die Körnung des Schüttgutes verhindert ein Verkleben oder Verbacken auch kunststoffhaltiger Substanzen durch mechanisches Abscheren, so dass ein vollständiges Vergasen aller zugeführten kohlenstoffhaltigen Substanzen in der Oxidationszone erreicht wird.
Als Schüttgut werden wenigstens teilweise mineralisches Material mit der zuvor genannten Korngröße und/oder mineralische Kalziate, wie z. B. CaO eingesetzt. Letzteres hat den Vorteil, dass es auch geeignet ist, in den Stoffströmen enthaltene Halogene zu binden, die mit dem Kalzium reagieren und als unschädliche Chloride oder Fluoride anfallen. Hierzu ist es besonders bevorzugt, einen Teil des Schüttgutes als Feingut mit einer Korngröße von weniger als 2 mm auszubilden, wobei diese kleinen Partikel wenigstens teilweise mit dem Gasstrom aufsteigen und gegebenenfalls an der Oberseite des Vertikalschachtofens ausgefiltert werden können. Der anfallende Staub kann auch ganz oder teilweise in den Schüttgutkreislauf rückgeführt werden.
Mögliche Schwermetalle, die als Kontamination des Stoffstromes in das Verfahren gelangen, können in der Regel im Kreislauf des Schüttgutes verbleiben, bei Anreicherung im Filterstaub können aber Teilströme aus dem Verfahren ausgeschleust und entsorgt werden. Je nach Art der zum Einsatz kommenden kohlenstoffreichen Substanzen wird der Schüttgutstrom mithilfe der aufsteigenden Gase in einer Weiterbildung des Verfahrens im Gegenstrom oberhalb der Kalzinierzone unter Erwärmung auf eine Eigentemperatur von 20–100°C in einer Trockenzone zunächst getrocknet und nachfolgend unter weiterer Erwärmung bis zum Erreichen der Kalzinierzone auf eine Eigentemperatur von 100–450°C in einer Vorentgasungszone vorentgast.
Wie erwähnt, liefert die notwendige Energie für das Trocknen und Vorentgasen der aufsteigende Gasstrom, der im Gegenstrom hierbei auf niedrigere Temperaturen abgekühlt wird, bevor er an der Oberseite des Vertikalschachtofens abgezogen wird.
Im Bereich der Kalzinierzone erfolgt eine Erwärmung des Stroms aus Schüttgut und kohlenstoffreichen Substanzen dann auf eine Eigentemperatur von bis zu 1.200°C.
Zur Energierückgewinnung und Kühlung des Schüttgutes und der Ascheanteile unterhalb der Oxidationszone ist es besonders bevorzugt, in einer Abhitzezone durch direkte Kühlung mit sauerstoffhaltigem Gas den Schüttgutstrom auf eine Eigentemperatur von ungefähr 450°C abzukühlen, wobei für den Fall, dass dem Verfahren Wasser zugeführt werden soll, dies vorzugsweise im Bereich der Abhitzezone erfolgt, wobei der entstehende Wasserdampf aufsteigt und im Bereich der Oxidationszone an der Synthesegasreaktion teilnimmt.
Zur Verbesserung der Energiebilanz und Vereinfachung des Handlings des im unteren Bereich des Vertikalschachtofens zu entnehmenden Schüttgutes, wird das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise am unteren Ende des Vertikalschachtofens zugeführt, so dass in einer Nachkühlzone unterhalb der Abhitzezone im Gegenstrom des Schüttgut vor der Entnahme aus dem Ofen bis auf eine Eigentemperatur von unter 100°C abgekühlt wird.
Je nach zugeführten kohlenstoffreichen Substanzen und angestrebter Zusammensetzung der gasförmigen Reaktionsprodukte kann es auch sinnvoll sein, Wasser unmittelbar in der Oxidationszone zuzuführen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das entstehende Gas, nachdem es an der Oberseite des Vertikalschachtofens abgezogen worden ist, in einer Flugstrom-Nachvergasungszone in Gegenwart von Wasserdampf nachbehandelt.
Das abgezogene Gas besteht aus einem Gasgemisch aus dem in der Oxidationszone entstehenden Gas, wenigstens CO und H₂, und Gas aus der Vorentgasungszone, wobei neben gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen auch Ruß mit dem Gas vermischt sein kann. Bei Einsatz von Luft als Oxidationsgas enthalten die entstehenden Gase auch einen entsprechenden Stickstoffanteil. Der Ruß rührt daher, dass in der Vorentgasungszone bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur bereits ein Zerfall der Kohlenwasserstoffverbindungen einsetzt, die dort vorliegenden Temperaturen bzw. Verweilzeiten aber nicht ausreichend sind, um einen vollständigen Zerfall in die idealen Reaktionsgase CO, H₂ und Kohlenwasserstoff mit einer Kettenlänge kleiner C₄ zu ermöglichen. Durch den Flugstrom-Nachvergaser werden die noch vorhandenen längerkettigen Kohlenwasserstoffe dann zerlegt, so dass im Anschluss ein ideales Synthesegas aus CO, H₂ und Kohlenwasserstoffen mit einer Kettenlänge kleiner C₄ als Endprodukt des Verfahrens anfällt. Dieses Synthesegas kann in einer Vielzahl an sich bekannter Anwendungen eingesetzt werden. Als Beispiel sei das Verbrennen in einer Brennkammer genannt, wobei das entstehende Heißgas für den Antrieb von Heißgasturbinen und/oder Dampfturbinen zur Stromerzeugung und/oder der Wasserdampf als Heizmedium in thermischen Prozessen eingesetzt werden kann. Das Synthesegas kann durch Filtration und/oder Gaskühlung aufgereinigt werden und als Heizgas in thermischen Prozessen, beispielsweise zur Befeuerung von Kalzinierschachtöfen und/oder zur Verstromung in Gasmotoren eingesetzt werden. Ein großer Vorteil besteht dabei darin, dass die Synthesegase auch aus Biomasse erzeugt werden können und sich damit die CO₂-Bilanz z. B. bei der Kalkherstellung erheblich verbessern lässt, während in solchen Prozessen bislang nur bedingt Biomasse mit bestimmten Eigenschaften zum Einsatz kommen konnte.
Aufgereinigtes Synthesegas eignet sich auch für eine Aufspaltung in seine Komponenten durch Partialverflüssigung, wobei die Gewinnung der reinen, im Gas enthaltenen Komponenten auch durch Anwendungen der Druck-Wechsel-Adsorbtionstechnologie erfolgen kann. Schließlich kann das aufgereinigte Synthesegas oder eine seiner Komponenten auch ganz oder teilweise zur Synthese von chemischen Basis- oder Zwischenprodukten eingesetzt werden, unabhängig davon, welches Ausgangsmaterial als kohlenstoffhaltige Substanz dem Prozess anfänglich zugeführt worden ist.
Die angesprochene Anwesenheit vom Wasserdampf in der Flugstrom-Nachvergasungszone erreicht man durch Beigabe von Wasser oder Wasserdampf oder durch den in der Trocknungszone entweichenden Wasserdampf.
Das Verfahren kann ohne weiteres bei dem Umgebungsdruck angenäherten Drücken erfolgen, wobei sich ein Druckspektrum im Bereich von –200 mbar bis 1000 mbar (ü) als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Besonders vorteilhaft ist es, im Rahmen des Verfahrens in dem Vertikalschachtofen einen Unterdruck zu erzeugen, der verhindert, dass gasförmige End- oder Zwischenprodukte auch ohne aufwändige Abdichtungen beispielsweise im Bereich von Zufuhrleitungen oder Stellorganen aus der Vertikalschachtofen entweichen kann. Aufgebracht werden kann der Unterdruck beispielsweise durch eine Saugvorrichtung, die auch für das Abziehen der gasförmigen Reaktionsprodukte angesetzt wird.
Um zu vermeiden, dass sich in der Oxidationsstufe Karbide beim Einsatz von CaO als Schüttgut ausbilden, hat sich eine Temperaturführung des Verfahrens als vorteilhaft erwiesen, die in dieser Zone unterhalb 1.800°C liegt.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Vertikalschachtofens zur Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen;
2 eine schematische Darstellung des Vertikalschachtofens aus 1 mit einer nachgeschalteten Verwertung der Prozessgase.
1 zeigt als schematische Darstellung einen Vertikalschachtofen 100, der in seiner Bauart im wesentlichen einem Kalzinierschachtofen entspricht, wie er beispielsweise in Brenn- oder Sinterprozessen großtechnisch Einsatz findet. Er wird bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens als Vergasungsreaktor eingesetzt. Hierzu wird der Ofen 100 mit einem Gemisch aus kohlenstoffreichen Substanzen und feuerfestem Schüttgut kontinuierlich beschickt. Der Betrieb des Vergasungsreaktors wird so eingestellt, dass das Verfahren autotherm durch die Oxidation der eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen abläuft, wobei die Oxidation durch eine Grundlastfeuerung 5, 6, 7 unterstützt wird, die auch für das Ingangsetzen des Verfahrens dient.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Vertikalschachtofen bzw. Vergasungsreaktor 100 so gesteuert, dass die Vergasung in sieben unterschiedlichen Verfahrenszonen abläuft. Nach dem Eintritt in den Ofen 100 über eine Schüttgutsäule 1 gelangen die mit dem Schüttgut vermischten kohlenstoffreichen Substanzen zunächst in eine Trocknungszone A, in welcher sie bei einer Eigentemperatur von 20 bis 100°C getrocknet werden. Anschließend gelangen sie in eine Vorentgasungszone B, in welcher sie bei einer Eigentemperatur von 100–500°C durch Entgasung von flüchtigen Anteilen befreit werden. Die vorentgasten kohlenstoffreichen Substanzen gelangen unter der Wirkung des sich nach unten bewegenden Schüttgutes, das unter anderem als Wärme- und Transportmedium dient, anschließend in eine Kalzinierzone C in welcher eine Erwärmung auf eine Eigentemperatur von bis zu 1.200°C erfolgt, bevor in der nachfolgenden Oxidationszone D durch Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas bei Temperaturen unterhalb von 1.800°C jeglicher noch vorhandener Kohlenstoff vergast wird. Nach Verlassen der Oxidationszone wird das feuerfeste Schüttgut mit den Ascheanteilen in einer Abhitzezone E durch direkte Kühlung mit sauerstoffhaltigem Gas und/oder gegebenenfalls durch Einleitung von Wasser unter Erzeugung von Wasserdampf auf ungefähr 450°C abgekühlt, wobei sich das sauerstoffhaltige Gas zuvor unterhalb der Abhitzezone in einer Nachkühlzone F im Gegenstrom zum Schüttgut aufgeheizt hat, das andererseits durch den Gegenstrom zu dem im Bodenbereich des Vertikalschachtofens zugeleiteten sauerstoffhaltigen Gas zur Energierückführung auf unterhalb 100°C abgekühlt wird. Die Zuleitung 8 des sauerstoffhaltigen Gases am Boden des Vertikalschachtofens 100 stellt auch den Beginn des gasförmigen Gegenstromes dar, der sich durch alle zuvor beschriebenen Verfahrenszonen erstreckt.
Wie bereits angesprochen, wird dabei in der Nachkühlzone F und der im Sinne der Gasbewegungsrichtung nachfolgenden Abhitzezone E das sauerstoffhaltige Gas zunächst auf über 450°C erwärmt, bevor es ggf. unter weiterer unmittelbarer Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas in der Oxidationszone die Oxidation der Kohlenstoffverbindungen bzw. des in Reinform vorliegenden Kohlenstoffs bewerkstelligt. Entsprechend der Temperatur in der Oxidationszone D steigen die Reaktionsgase weiter nach oben und sorgen in der Kalzinierzone C für das dort notwendige Temperaturniveau. Anschließend durchströmen die Reaktionsgase die Vorentgasungszone B und unter weiterer Abkühlung die Trocknungszone A, wobei sich das Gas nach dem Austritt am oberen Ende der Schüttgutsäule als Gasgemisch aus dem Synthesegas CO und H₂ aus der Oxidationsstufe, Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus der Vorentgasungsphase B darstellt und in ungünstigen Fällen neben Staub auch Ruß enthalten kann, der auf Zerfallsprozesse in der Vorentgasungszone B zurückzuführen ist. Um die Qualität der Reaktionsgase zu steigern, ist daher im oberen Reaktorteil eine Flugstromnachvergasungszone G vorgesehen, in welcher bei Temperaturen von 500–1000°C durch Sauerstoffzufuhr in Gegenwart von Wasserdampf das staub- und rußhaltige Gase thermisch nachbehandelt wird, so dass es als qualitativ hochwertiges Roh-Synthesegas zur stofflichen und/oder thermischen Verwendung bereitgestellt werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Vermischung der kohlenstoffreichen Substanzen mit einem feuerfesten Stückgut sich unter kontinuierlicher Durchwanderung des Vertikalschachtofens 100 die sieben beschriebenen Zonen ausbilden, die eine Vergasung eines extrem breiten Spektrums unterschiedlichster Kohlenstoffträger in einem moderaten Druckbereich von –200 mbar bis 1000 mbar (ü) ermöglichen. Während bislang nur hochreine Kohlenstoffträger wie z. B. Kokse, Kohle, Petrolkokse, Anthrazit oder Altölen in Vergasungsprozessen eingesetzt werden konnten, erlaubt die Verwendung von Schüttgut als insbesondere Wärme- und Transportmedium auch den Einsatz von organischen Materialien, deren Schmelzpunkte oder Erweichungspunkte im Bereich oberhalb von 20°C und unterhalb von 500°C liegen. Dazu gehören auch Kohlenstoffverbindungen mit polymeren Strukturen, wobei das neue Verfahren durch die gezielte Steuerung der Eigentemperatur des Materials bzw. der Spaltprodukte die Bildung von öligen oder teerartigen Spaltprodukten sehr stark vermindert. Durch die autotherme Verfahrensweise mittels Partialoxidation ergeben sich auch keine Emissionsquellen, so dass auch der Einsatz von kontaminierten kohlenstoffreichen Substanzen mit beispielsweise erhöhten Schwermetallgehalten wie sie sich beispielsweise bei lackierten Hölzern ergeben, ermöglicht ist.
Wie bereits erwähnt, eignet sich als Schüttgut insbesondere C_aO, das in einer Korngröße von höchstens 20 cm vorliegt, wobei der Korngrößenbereich zwischen 1 und 8 cm sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Das Schüttgut mit dieser Korngröße dient nicht nur als Wärme- und Transportmedium, sondern sorgt mit seinen mechanischen Eigenschaften während des Durchwanderns des Vertikalschachtofen 100 auch dafür, dass die kohlenstoffreichen Substanzen nicht verklumpen oder verbacken. Hierfür sorgt der mechanische Abrieb der ständig zueinander in Bewegung befindlichen Körnung.
Bei der Verwendung von CaO bietet das Schüttgut auch den weiteren Vorteil, dass es als Reaktionspartner z. B. für Halogene zur Verfügung steht und insoweit der Bildung von Dioxinen, Furanen oder dergleichen entgegenwirkt. Der Bildung dieser toxischen Substanzen wird auch dadurch entgegengewirkt, dass in dem für die Bildung dieser Substanzen kritischen Temperaturbereich kein Sauerstoff als Reaktionspartner vorliegt. Be sonders vorteilhaft ist es hierbei, dem Schüttgut einen Feingutanteil beizumischen, dessen Korngröße im Millimeter-Bereich und darunter liegt, beispielsweise in einer Größenordnung von ungefähr kleiner 2 mm bis in den Mikrometer-Bereich. Derartiges Feingut besitzt eine sehr große reaktive Oberfläche und liegt teilweise als Staub in den Reaktionsgasen vor, aus welchen es leicht ausfiltriert werden kann.
Im übrigen wird das Schüttgut am Boden des Vertikalschachtofens 10 entnommen und mittels einer Kreislaufführung 13 unter Zufuhr von neuen Kohlenstoffreichen Substanzen 14 wieder dem Vertikalschachtofen 10 zugeführt. Auch in diesem Bereich kann Feingut z. B. durch Aussieben ausgeschieden werden.
Während die Vergasung von Polymeren, insbesondere kontaminierten Polymeren bislang problematisch war, weil unter dem erhöhten Druck eine besonders sorgfältige Abdichtung von Armaturen erforderlich war, wird das beschriebene Verfahren vorteilhaft mit leichtem Unterdruck durchgeführt, vorzugsweise in einem Bereich bis –200 mbar, bei einem Überdruck Idealerweise nicht über 1000 mbar. Bei einem Unterdruck kann eine Abdichtung allein dadurch erreicht werden, dass die Beschickung des Reaktors über die Schüttgutsäule 1 erfolgt, die aufgrund des statischen Eigengewichts auf der Reaktorschüttung lastet und dadurch ohne weitere Armaturen kommunizierend mit der Reaktorfüllung 2 verbunden ist. Nach der bereits angesprochenen Beimengung der kohlenstoffreichen Substanzen zu dem Schüttgut wird dieses zunächst einer Schüttgutvorlage 3 zugeführt. Durch kontinuierliche Abnahme des feuerfesten Schüttgutes am Reaktorboden 4 wird dieser kontinuierlich durchwandert. Dadurch rutscht das Gemisch aus feuerfestem Schüttgut und kohlenstoffreichen Substanzen automatisch aus der Schüttgutvorlage 3 in den Reaktor nach, ohne dass hierfür Armaturen oder andere technische Steuereinrichtungen erfor derlich wären. Die Höhe der Schüttgutsäule ist so gewählt, dass sie durch ihren eigenen Druckverlust über die Schüttung die Abdichtung der Reaktorgasphase zur Atmosphäre sicherstellt. Hierbei ist das Betreiben des Reaktors in Unterdruck von besonderem Vorteil, da das Entweichen von Reaktorgas ausgeschlossen wird.
Der Eintrag thermischer Energie erfolgt im wesentlichen in der Oxidationszone D, wobei die angesprochene Grundleistung durch Dosierung von Sauerstoff 5 und Brennstoff 6, wie z. B. Heizöl, Erdgas oder gereinigtem Synthesegas aus dem vorliegenden Verfahren über Brennerlanzen 7 als Direktfeuerung in die Schüttung eingebracht wird. Der wesentliche Energieeintrag wird aber durch Partialverbrennung der zuvor kalzinierten kohlenstoffreichen Substanzen im Schüttgut und durch Dosierung von Sauerstoff oder auch einfacher Luft über den Reaktorboden 8 erzeugt. Die Aufgabe der Grundlastbrenner 7 besteht darin, die sichere Zündung der Reaktionspartner in der Oxidationszone D sicherzustellen.
Die erzeugten Heißgase, die im wesentlichen aus Kohlenmonoxid, aber auch aus Wasserstoff bestehen, durchströmen die Reaktorschüttung von der Oxidationszone D nach oben und dienen als Energieträger zur Beheizung der über der Oxidationszone D ausgebildeten Verfahrenszonen.
Wie bereits erwähnt, werden in der Trocknungszone A die in der Praxis zumeist wasserfeuchten kohlenstoffreichen Substanzen unter Verdampfung des enthaltenen Wassers auf eine Eigentemperatur von 100°C erwärmt, während in der nachfolgenden Vorentgasungszone B die thermische Abspaltung polymerer bzw. organischer Komponenten erfolgt. Aufgrund der für die Spaltung notwendigen Energiemenge, ist die Steigerung der Eigentemperatur des Materials hier auf ca. 450°C begrenzt. In die ser Zone vermischen sich die Heißgase aus den darunter befindlichen Zonen mit den dabei entstehenden Gasen aus der thermischen Spaltung.
Die Oxidation in der Oxidationszone D wird so gesteuert, dass eine vollständige Oxidation des noch vorhandenen unvergasten Kohlenstoffs zu Kohlenmonoxid sichergestellt ist. Diese Steuerung erfolgt in erster Linie durch gezielte Einstellung der Durchsatzmenge über die kontinuierliche Schüttgutabnahme am Reaktorboden 4, aber auch durch gegebenenfalls Einstellung der Grundlastbrennung 7 oder eine Veränderung des Anteils der kohlenstoffreichen Substanzen in der Schüttgutvorlage 3.
Sofern die Zufuhr von Wasser gewünscht ist, ist eine Wasserzufuhr 9 vorzugsweise im Bereich der Abhitzezone E vorgesehen, wobei das Wasser bei Temperaturen oberhalb von 450°C in Heißdampf überführt und durch Aufwärtsströmung der Oxidationszone D zugeführt wird. Im Gegenstrom wird der heiße Schüttgutstrom aus der Oxidationszone D abgekühlt.
Statt der Zufuhr von Frischwasser kann auch das in einer Gaskühlung 10 anfallende Kondensatgemisch zugeführt werden, das im wesentlichen aus Wasser und geringen Anteilen höhermolekularer organischer Verbindungen besteht. Diese Verbindungen beeinträchtigen den Ablauf des Verfahrens nicht, würden aber eine Entsorgung des Kondensatgemischs erschweren.
Über die Abhitzezone E und die Nachkühlzone F wird die bereits angesprochene effiziente Energierückführung realisiert, wobei das feuerfeste Schüttgut soweit abgekühlt wird, dass Ascheanteile und Feingut über eine Siebvorrichtung 12 oder eine sonstige Trennvorrichtung abgetrennt werden können. Die bereits erwähnte Kreislaufführung 13 des groben Schüttgutes erfolgt unter Abmischung mit neuen kohlenstoffreichen Sub stanzen 14 über die Schüttgutvorlage 3. Verluste an grobem Schüttgut, beispielsweise bedingt durch mechanischen Abrieb, werden durch eine Dosierung 15 von frischem groben Schüttgut ausgeglichen.
Im oberen Teil des vertikalen Kalzinerschachtofens vermischen sich das Gas aus der Oxidationszone D und das Gas aus der Vorentgasungszone B zu einem staub- und rußhaltigen Gasgemisch, welches in der Flugstrom-Nachvergasungszone bei Temperaturen von 500–1000°C in Gegenwart von Wasserdampf thermisch nachbehandelt wird. Der erforderliche Wasserdampf kann über eine Dosierung 16 gezielt eingeleitet werden, kann aber auch durch den Einsatz von feuchten kohlenstoffreichen Substanzen in der Trocknungszone A anfallen und durch Aufwärtsströmung in der Flugstrom-Nachvergasungszone G genutzt werden.
Um einen optimalen Temperaturbereich in dieser Zone konstant einzustellen, ist ein Gasbrenner 17 vorgesehen. Dieser kann mit einem Überschuss an sauerstoffhaltigem Gas 18 bezogen auf den Brenngasanteil 19 im Brenner 17 betrieben werden, um eine Nachvergasung von Rußpartikeln und anderen organischen Feinpartikeln im Synthesegas zu gewährleisten.
Je nach vorgesehener Verwertung des Synthesegases können unterschiedliche Verfahrensschritte zur Weiterbehandlung des Gases nach Verlassen der Flugstrom-Vergasungszone zum Einsatz kommen. Ausgehend davon, dass gereinigtes Synthesegas zum Beispiel als vermarktungsfähiges Heizgas, als stoffliche Basis für Folgechemie oder ähnliche Anwendungen verwendet werden soll, ist eine effiziente Abtrennung von Staub und Kondensaten erforderlich. Die Abtrennung von Staub erfolgt durch Filtration 20 des heißen Synthesegases bei einer Temperatur von 300–600°C, wobei das Gas-/Staubgemisch mittels eines Gasgebläses 21 aus der Flugstromvergasungszone G über ein temperaturbeständiges Filtersystem 20 abgesaugt wird. Mithilfe des Gasgebläses 21 kann auch der zuvor bereits angesprochene Unterdruck in der Anlage erzeugt werden.
Der abfiltrierte Filterstaub kann noch unvergaste Rußanteile enthalten, die durch teilweise Rückführung 22 des Filterstaubes in die Oxidationszone D genutzt werden. Im Filterstaub sind auch verfahrensbedingt eine Vielzahl von Begleitstoffen aus den eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen durch Adsorption (z. B. Schwermetalle) und/oder durch Reaktion (z. B. als Halogenide) gebunden, so dass der Filterstaub eine gewünschte Schadstoffsenke im erfindungsgemäßen Verfahren darstellt. Beim Einsatz entsprechender kohlenstoffhaltiger Substanzen muss daher eine Ausschleusung 23 eines Teilstromes des Filterstaubes aus dem Verfahren vorgenommen werden, der entsorgt werden muss.
Unmittelbar nach der Heißgasfiltration wird das Synthesegas vorzugsweise durch Kühlung auf Temperaturen unterhalb von 50°C von Kondensaten wie Wasser und geringen Anteilen höhermolekularer organischer Spaltprodukte befreit, bevor es für die weitere Verwertung zur Verfügung gestellt wird (bei 24). Die hierbei anfallenden Kondensate bestehen im wesentlichen aus Wasser, das aus der Restfeuchte der eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen und aus der Teilverbrennung von Wasserstoff stammt. Weiterhin enthalten die Kondensate noch geringe Anteile an höher molekularen organischen Verbindungen (Pyrolyseöle). Dieses Kondensatgemisch muss entweder entsorgt werden, oder kann vorzugsweise, wie bereits weiter oben beschrieben, als Reaktionswasser und Kohlenstoffträger wieder in den Prozess zurückgeführt werden (bei 11). Eine weitere vorteilhafte Verfahrensweise kann dadurch erreicht werden, dass ein Teil des Kondensatgemisches aus dem Gaskühler konti nuierlich als Quenchmedium auf den Kopf des Gaskühlers zurückgeführt wird (bei 25), wodurch eine effizientere Gaskühlung erreicht wird und gleichzeitig Wandbeläge im Gaskühler vermieden werden.
Ein so aufgereinigtes Synthesegas kann prinzipiell auch mittels Luftzerlegungsanlagen oder Druckwechseladsorptionstechnologie in seine Komponenten aufgespalten und/oder als Treibstoff für die Verstromung in Gasmotoren eingesetzt werden.
Sollte die eingesetzte Qualität der kohlenstoffreichen Substanzen eine Direktverbrennung des entstehenden Synthesegases ohne Gasfiltration und Kühlung erlauben, kann das in der Flugstromvergasungszone erzeugte Synthesegas auch zur direkten Verstromung und/oder Dampferzeugung eingesetzt werden. Diese Verfahrensweise ist in 2 dargestellt, wo das Synthesegas ohne weitere Behandlung aus der Flugstromvergasungszone G direkt in eine Brennkammer H geleitet und ohne weitere Vorbehandlung verbrannt wird. Der Energieinhalt der entstehenden Heißgase wird zur Erzeugung von Hochdruckdampf in einem Dampferzeuger I thermisch verwertet. Der Dampf wird über eine Dampfturbine J entspannt und in elektrischen Strom 26 umgewandelt. Auf der Niederdruckseite der Turbine kann der Restdampf als Heizmedium weiter thermisch verwertet werden 27.
Das Rauchgas aus dem Dampferzeuger beinhaltet noch wesentliche Staubanteile, die über eine Rauchgasfiltration K abgetrennt werden. Abhängig von dem Kontaminationsgrad bzw. der Qualität der eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen, wird das Rauchgas danach gegebenenfalls noch über eine Rauchgasreinigung L und/oder Denoxierung M geführt, um die gesetzlichen Umweltauflagen für die Emission in die Atmosphäre zu erfüllen.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, aber nicht einschränken.
Beispiele
Insgesamt werden 6 Beispiele beschrieben, die sich durch den Einsatz verschiedener kohlenstoffreicher Substanzen voneinander unterscheiden, während die Durchführung standardisiert erfolgte. Diese unterschiedlichen Einsatzstoffe, Qualitäten und die daraus gefundenen Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 bis 4 detailliert dargestellt.
Ein Kalkschachtofen mit einem lichten Durchmesser von 2,2 m und einer Schachthöhe von 14,1 m wird mit schwerem Heizöl über Brennerlanzen als Grundfeuerung in der Oxidationszone betrieben. Als feuerfestes Schüttgut wurde kalzinierter Kalk in einer Körnung von 0,5 bis 6 cm eingesetzt und in einem kontinuierlichen Mengenstrom (siehe Tabelle 1, Spalte c) über den Kalkschachtofen von oben nach unten im Kreislauf geführt, während die kohlenstoffreiche Substanz (siehe Tabelle 1, Spalte a) diesem Kreislaufstrom vor dem Eintritt in den oberen Ofenbereich als kontinuierlicher Mengenstrom (siehe Tabelle 1, Spalte b) zugemischt wurde. Die Grundfeuerung (siehe Tabelle 1, Spalte d und e) wurde so eingestellt, dass sich am Gasaustritt des Kalkschachtofens eine Gastemperatur von 600 bis 700°C einstellte. Im weiteren Verlauf der Dosierung wurde über den Reaktorboden soviel Luft (siehe Tabelle 1, Spalte g) kontinuierlich eindosiert, bis eine nahezu kohlenstofffreie Asche am Reaktorausgang konstant erhalten wurde. Das anfallende Gas wurde über eine Heißgasfiltration bei einer Gastemperatur von 450°C geleitet und anschließend über einen Gaskühler auf 30°C abgekühlt.
Das im Gaskühler anfallende Kondensatgemisch, das im Wesentlichen aus Wasser und geringen Mengen organischer Öle bestand, wurde zwischengepuffert.

In Abhängigkeit der Zusammensetzung der eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen wurde kontinuierlich in die Oxidationszone soviel Wasser dosiert, dass eine vollständige Vergasung der Kohlenstoff-Eingangsfracht sicher gestellt wurde. Hierfür wurde das zwischengepufferte Kondensatgemisch und zusätzliches Frischwasser verwendet. (siehe Tabelle 1, Spalte f). Tabelle 1 Einsatzmengen (kontinuierliche Dosierung)

Beispiel	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)	(f)	(g)
	Kohlenstoffreiche Substanz		feuerfestes Schüttgut	Grundfeuerung		Wasser zur Oxidationszone	Luft
	Kohlenstoffreiche Substanz		feuerfestes Schüttgut	schweres Heizöl	Luft	Wasser zur Oxidationszone	Luft
	Herkunft	t/h	t/h	t/h	TNm³/h	t/h	TNm³/h
1	Braunkohle	5,0	10	0,05	0,557	0,61	5,875
2	Steinkohle (Fettkohle)	5,0	10	0,09	1,031	1,51	10,871
3	Anthrazit	5,0	10	0,12	1,339	1,50	14,111
4	DSD Mischkunststoffe	3,75	15	0,16	1,755	0	6,861
5	DSD Sortierreste	3,75	15	0,14	1,56	0,06	6,098
6	Abfall-Holz	5,0	10	0,05	0,557	0,40	2,508

Die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 7 eingesetzten kohlenstoffreichen Substanzen sind in Ihrer Zusammensetzung und Qualität der Tabelle 2 und den Spalten a bis e zu entnehmen. Tabelle 2 Qualitäten der kohlenstoffreichen Substanzen

Beispiel	Kohlenstoffreiche Substanz	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)
	Kohlenstoffreiche Substanz	HU [kW/kg]	C-Gehalt [%]	Asche [%]	Feuchte [%]	Chlor [%]
	Herkunft	HU [kW/kg]	C-Gehalt [%]	Asche [%]	Feuchte [%]	Chlor [%]
1	Braunkohle	7,50	52,5	6,0	10,5	0,01
2	Steinkohle (Fettkohle)	7,96	73,5	9,1	1,1	0,05
3	Anthrazit	9,11	80,0	7,0	7,0	0,1
4	Mischkunststoffe	9,11	75,8	5,3	3,5	1,0
5	DSD Sortierreste	6,99	58,2	11,2	9,2	1,7
6	Abfall-Holz	4,04	39,9	4,8	18,3	0,2

Das bei den Ausführungsbeispielen entstandene Gas wurde nach dem Gaskühler über eine Gasmengenmessung erfasst und über eine Online-Heizwertanalytik analysiert. Der durchschnittliche Gasmengenstrom ist in Tabelle 3, Spalte a, und der untere Heizwert in Tabelle 3, Spalte b dargestellt. Weiterhin wurden auch die resultierenden Mengenströme der wässrigen Kondensatphase aus der Gaskühlung (Tabelle 3, Spalte c) und die der Ölphase aus der Gaskühlung (Tabelle 3, Spalte d) ermittelt.

Die resultierende Asche wurde von dem groben Schüttgut nach dem Reaktorausgang kontinuierlich abgesiebt und der Feinanteil (Korngrösse < 3 mm) erfasst. Der ermittelte Mengenstrom ist in Tabelle 3, Spalte e dargestellt. Tabelle 3 Resultierende Mengenströme

Beispiel	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)
Beispiel	Menge Gas [TNm³/h]	HU Gas [kW/m³]	H₂O-Phase [t/h]	Ölphase [t/h]	Asche [t/h]
1	13,05	1,83	0,53	0	0,80
2	18,52	1,51	0,06	0	0,96
3	22,55	1,36	0,35	0,002	0,85
4	14,67	2,61	0,13	0,011	1,06
5	13,10	2,52	0,35	0,008	1,31
6	8,852	1,91	0,92	0	0,74

Das bei den Ausführungsbeispielen entstandene Gas wurde nach der Gaskühlung über eine Online-Analytik auf seine Bestandteile analysiert. Die Gaszusammensetzungen sind in der Tabelle 4, Spalten a bis e dargestellt. Tabelle 4 Resultierende Gaszusammensetzungen

Beispiele	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)
Beispiele	CO [Vol%]	H₂ [Vol%]	N₂ [Vol%]	CO₂ [Vol%]	KW < C₄ [Vol%]
1	22,9	24,3	39,3	3,7	4,8
2	21,2	22,0	51,3	3,4	1,7
3	19,6	19,1	54,6	3,2	1,5
4	19,4	18,2	46,9	1,5	12,9
5	19,6	16,7	46,6	1,4	12,5
6	22,8	23,7	27,6	4,4	3,6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006023259 A1 [0003]
- DE 3635215 [0005]
- DE 2844741 [0005]
- DE 4427860 [0007]
- DE 3216836 C2 [0008]
- DE 3241169 C2 [0009]
- DE 19609721 [0009]
- DE 4326484 [0009]
- DE 19945771 C1 [0010]
- DE 19755693 C1 [0010]
- DE 10031501 A1 [0010]
- DE 10142290 A1 [0010]
- DE 102004001708 A1 [0010]
- DE 10330512 A1 [0010]
- DE 4309493 C2 [0011]

Claims

Autothermes Verfahren zur kontinuierlichen Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen (14) in einem vertikalen Prozessraum (100) mit einer Kalzinierzone (C) und einer Oxidationszone (D) in welcher die kalzinierten kohlenstoffreichen Substanzen mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite (G) des vertikalen Prozessraumes (100) abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Prozessraum in der Form eines Vertikalschachtofens (100) ausgebildet wird, der von einem im Kreislauf geführten Schüttgut (13), das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, wobei die kohlenstoffreichen Substanzen (14) dem Schüttgut (13) vor dem Antritt (3) in den Ofen beigegeben werden und das sauerstoffhaltige Gas in oder unterhalb der Oxidationszone (D) eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Kalzinierzone (C) mithilfe aufsteigender Gase im Gegenstrom das eingebrachte Schüttgut (3) mit den kohlenstoffhaltigen Substanzen (14) unter Erwärmung auf eine Eigentemperatur von 20°C–100°C in einer Trocknungszone (A) zunächst getrocknet und nachfolgend unter weiterer Erwärmung auf eine Eigentemperatur von 100°C–450°C in einer Vorentgasungszone (B) vorentgast wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Oxidationszone (D) durch die aufsteigenden Gase das Schüttgut und Ascheprodukte in einer Abhitzezone (E) auf bis zu 450°C abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abhitzezone (E) Wasser zugeführt wird, das unter Verdampfen die Abkühlung fördert, wobei der entstehenden Wasserdampf mit dem Gasstrom in die Oxidationszone (D) aufsteigt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise am unteren Ende (4) des Vertikalschachtofens (100) eingeleitet wird und in einer Nachkühlzone (F) unterhalb der Abhitzezone (E) im Gegenstrom das Schüttgut vor der Entnahme aus dem Ofen zur Energierückführung bis auf eine Eigentemperatur von unter 100°C abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationszone (D) Wasser zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Reaktionsgase an der Oberseite des Vertikalschachtofens (100) abgezogen und in einer Flugstrom-Nachvergasungszone (G) bei 500°C bis 1000°C, vorzugsweise 600°C bis 800°C in Gegenwart von Wasserdampf nachbehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie in der Flugstrom-Nachvergasungszone (G) durch die Verbrennung eines zugeführtem Gemischs aus Brennstoff (17) und stöchiometrischem oder überstöchiometrischem sauerstoffhaltigem Gas bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf in der Flugstrom-Nachvergasungszone (G) durch Beigabe von Wasser (16), Wasserdampf oder durch den in der Trocknungszone (A) entweichenden Wasserdampf bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut wenigstens teilweise aus mineralischem Material mit einer Korngröße von bis zu 20 cm, vorzugsweise 1–8 cm besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schüttgut wenigstens teilweise mineralisierte Kalzinate wie z. B. CaO eingesetzt werden, die eine Korngröße von 20 cm, vorzugsweise 1–8 cm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schüttgut eine Mischung aus groben Korngrößen bis 20 cm und Feingut mit einer Korngröße kleiner als 2 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das abgezogene Gas gefiltert wird, wobei das als Staub in den abgezogenen Gasen enthaltene Feingut ausgefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut gefiltert wird, um das Feingut von dem Schüttgutstrom abzutrennen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der abgefilterte Staub ganz oder teilweise in den Schüttgutkreislauf rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Druckbereich von –200 mbar–1000 mbar (ü) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vertikalschachtofen (100) ein leichter Unterdruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Oxidationszone unterhalb 1800°C gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalschachtofen eine einzige Kammer aufweist, in welcher die einzelnen Verfahrenszonen eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut mittels seiner Schwerkraft durch den Vertikalschachtofen bewegt wird.