DE102010028816A1 - Fluidized bed reactor useful for producing product gas from carbon-containing input materials via allothermal gasification comprises combustion chamber with first fluidized bed, reformer reactor with second fluidized bed and feeding device - Google Patents

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Abstract

Fluidized bed reactor (10) for producing product gas from carbon-containing input materials via allothermal gasification comprises: a combustion chamber (100) with a first fluidized bed (104) for producing heat required for the allothermal gasification; a reformer reactor (200) for carrying out the allothermal gasification with a second fluidized bed (208); and a feeding device for the input materials to be gasified. The reformer reactor is at least partially immersed in the combustion chamber, and defines a flow channel passing through the first fluidized bed. Fluidized bed reactor (10) for producing product gas from carbon-containing input materials via allothermal gasification comprises: a combustion chamber (100) with a first fluidized bed (104) for producing heat required for the allothermal gasification; a reformer reactor (200) for carrying out the allothermal gasification with a second fluidized bed (208); and a feeding device for the input materials to be gasified, where the reformer reactor is at least partially immersed in the combustion chamber, and defines a flow channel passing through the first fluidized bed, and the second fluidized bed is circulated in the flow channel in a predetermined flow direction. An independent claim is also included for producing product gas from carbon-containing input materials via allothermal gasification using the fluidized bed reactor, comprising: (a) producing the pyrolysis gas through pyrolytic conversion of the carbon-containing input materials in the pyrolysis section of the flow path; (b) producing a circulating flow of the second fluidized bed along the flow path, where the circulating flow comprises the pyrolysis gas and the solids formed during the pyrolytic conversion; (c) producing the product gas in the reforming section by absorbing heat from the first fluidized bed; (d) separating the product gas and the solids in the cyclone; and (e) recycling the solids in the pyrolysis section, and discharging the product gas from the fluidized bed reactor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch allotherme Vergasung sowie ein entsprechendes Verfahren, das mit Hilfe des genannten Wirbelschichtreaktors durchgeführt wird.The present invention relates to a fluidized bed reactor for producing product gas from carbonaceous feedstocks by allothermic gasification and a corresponding method which is carried out with the aid of said fluidized bed reactor.

Aufgrund der nicht einheitlichen Verwendung in der Fachliteratur seien Definitionen einiger zentraler Begriffe vorangestellt. Es gibt grundsätzlich drei Möglichkeiten der thermischen Nutzung von Biomasse: Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung. Vor dem Hintergrund der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend nur auf die Vergasung näher eingegangen. Unter einer Vergasung versteht man einen physikalisch-chemischen Vorgang, bei dem ein Kohlenstoffträger, hier als „kohlenstoffhaltiger Einsatzstoff” bezeichnet, mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels in Wärme und ein brennbares Gas umgewandelt wird, das hier als Produktgas, an anderer Stelle auch als Synthesegas bezeichnet wird. Die Hauptkomponenten des Produktgases, dessen Zusammensetzung stark von den Ausgangsstoffen und der Prozessführung abhängt, sind Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasserstoff (H2), Methan (CH4), und Wasserdampf (H2O). Unerwünschte Nebenprodukte sind verschiedene Teere und Kondensate, die deshalb nachteilig sind, weil sie zu Verstopfungen und Verklebungen der mit dem Produktgas betriebenen technischen Anlagen führen können. Die Umwandlung geschieht durch Erhitzung, so dass man bei den dabei stattfindenden Reaktionen auch von „wärmeinduzierten Vergasungsreaktionen” spricht. Das Luftverhältnis λ – welches als das Verhältnis der tatsächlich zur Verfügung stehenden Luftmenge (genauer Sauerstoffmenge) zu der zu einer stöchiometrischen, also vollständigen Umwandlung notwendigen Luftmenge definiert ist – ist 0 < λ < 1 (Verbrennung: λ ≥ 1; Pyrolyse: λ = 0). Die einzelnen Vergasungsreaktionen sind teils exotherm, teils endotherm. Eine Vergasung wird als insgesamt „allotherm” bezeichnet, wenn die dafür notwendige Wärme nicht wie bei einer „autothermen” Vergasung durch in einem Vergaser stattfindende (partielle) Oxidationen – also durch die exothermen Vergasungsreaktionen – bereitgestellt wird, sondern dem Vergaser, der hier als Wirbelschichtreaktor bezeichnet und ausgebildet ist, von außen zugeführt wird, wie es z. B. im so genannten Heatpipe-Reformer, wie er zum Beispiel aus der WO 00/77128 A1 bekannt ist, der Fall ist. Bei einer allothermen Vergasung entfällt in diesem Sinne in der für fast alle Vergasungsprozesse gültigen Abfolge Trocknung → Pyrolyse → Oxidation → Reduktion (der „eigentliche” Vergasungsschritt) der vorletzte Schritt. Je nach (Haupt-)Vergasungsmittel, dem gasförmigen Reaktionspartner (Oxidationsmittel) des zu vergasenden Stoffes, der freien oder gebundenen Sauerstoff in den Prozess einbringt, unterscheidet man zwischen hydrierender Vergasung und Wasserdampfvergasung (Wasserdampf als Vergasungsmittel). Die allotherme Wasserdampfvergasung wird hier auch als Reformierung bezeichnet, die hier in einem Reformer-Reaktor stattfindet.Due to the non-uniform use in the literature, definitions of some central terms are used. There are basically three options for the thermal utilization of biomass: combustion, pyrolysis and gasification. Against the background of the present invention, only the gasification will be discussed in more detail below. Gasification is a physico-chemical process in which a carbon support, referred to herein as a "carbonaceous feed", is converted to heat and a combustible gas by means of an oxygen-containing gasifier, referred to herein as a product gas and elsewhere as a syngas becomes. The main components of the product gas, the composition of which is highly dependent on the raw materials and the process, are carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), and water vapor (H 2 O). Undesirable by-products are various tars and condensates, which are disadvantageous because they can lead to clogging and sticking of the technical equipment operated with the product gas. The conversion is done by heating, so that one speaks in the occurring reactions also of "heat-induced gasification reactions". The air ratio λ - which is defined as the ratio of the actually available air quantity (exact amount of oxygen) to the air quantity necessary for a stoichiometric, ie complete conversion - is 0 <λ <1 (combustion: λ ≥ 1, pyrolysis: λ = 0) ). The individual gasification reactions are partly exothermic, partly endothermic. A gasification is referred to as a total "allothermic" when the necessary heat is not provided as in an "autothermal" gasification taking place in a carburetor (partial) oxidation - ie by the exothermic gasification reactions - but the gasifier, here as a fluidized bed reactor is designated and formed, is supplied from the outside, as it is z. B. in the so-called heat pipe reformer, as he for example from the WO 00/77128 A1 is known, the case is. In the case of allothermal gasification, the next-to-last step is omitted in the sequence of drying → pyrolysis → oxidation → reduction (the "actual" gasification step) which is valid for almost all gasification processes. Depending on the (main) gasification agent, the gaseous reactant (oxidizing agent) of the substance to be gasified, which introduces free or bound oxygen into the process, a distinction is made between hydrogenating gasification and steam gasification (water vapor as gasification agent). The allothermal steam gasification is also referred to here as reforming, which takes place here in a reformer reactor.

Bei der Reduktion – dem, wie oben bereits erwähnt, „eigentlichen” Vergasungsschritt – werden die bei der Oxidation entstehenden Verbrennungsprodukte Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) reduziert. Hauptsächlich laufen hierbei die so genannte Boudouard-Reaktion (1) und die heterogene Wassergas-Reaktion (2) ab, die miteinander gekoppelt sind: C + CO2 ↔ 2CO (1) C + H2O ↔ CO + H2 (2) In the reduction - which, as already mentioned above, "actual" gasification step - the combustion products resulting from the oxidation of carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are reduced. Mainly in this case the so-called Boudouard reaction (1) and the heterogeneous water gas reaction (2) take place, which are coupled together: C + CO 2 ↔ 2CO (1) C + H 2 O ↔ CO + H 2 (2)

Das mit Hilfe des oben bereits erwähnten Wirbelschichtreaktors durchgeführte Verfahren der Wirbelschichtvergasung eignet sich besonders gut zur Reformierung, da aufgrund der hohen Wärmeübergangszahlen große Wärmemengen von Wärmequellen durch Heizflächen in die Wärmesenke der Wirbelschichtvergasungskammer übertragen werden können. Das Verfahren des oben bereits erwähnten Heatpipe-Reformers, der eine Brennkammer und eine mit dieser über ein Wärmerohr (engl.: heatpipe) verbundene Vergasungskammer (Teil des Reformer-Reaktors) umfasst, nutzt dabei das Prinzip der Wärmeübertragung an Heizflächen in den jeweiligen Wirbelschichten zum Wärmetransport von der Verbrennungs-Wirbelschicht zur Vergasungs-Wirbelschicht optimal.The process of fluidized bed gasification carried out with the aid of the above-mentioned fluidized bed reactor is particularly suitable for reforming, since due to the high heat transfer rates, large amounts of heat can be transferred from heat sources through heating surfaces into the heat sink of the fluidized bed gasification chamber. The method of the above-mentioned heat pipe reformer, which comprises a combustion chamber and a gasification chamber (part of the reformer reactor) connected thereto via a heat pipe, uses the principle of heat transfer to heating surfaces in the respective fluidized beds Heat transport from the combustion fluidized bed to the gasification fluidized bed optimally.

Die vorliegende Erfindung geht von einem in einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung desselben Anmelders beschriebenen „Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen” (Aktenzeichen 10 2009 030 543.2-41) aus, der eine Brennkammer mit einer ersten Wirbelschicht zur Erzeugung der für eine allotherme Vergasung notwendigen Wärme und einen Reformer-Reaktor zur Durchführung der allothermen Vergasung mit einer zweiten Wirbelschicht und einer Zuführeinrichtung zur Aufgabe der zu vergasenden Einsatzstoffe umfasst, wobei der Reformer-Reaktor wenigstens teilweise in die Brennkammer hineinreicht. Nachteilig hierbei ist, dass Trocknung, Aufheizung, Pyrolyse und Reformierung der Einsatzstoffe gleichzeitig und daher unvollständig stattfindet, da die Wirbelschicht durch den Effekt des Rührkessels homogenisierend auf die Temperaturen und die Gasqualität wirkt, was zur Folge hat, dass das Produktgas am Austritt mit unvollständig verarbeiteten Stoffen vermischt wird.The present invention is based on a "fluidized bed reactor for the production of product gas from carbonaceous feedstocks" (reference 10 2009 030 543.2-41) described in a previously unpublished application of the same applicant, which has a combustion chamber with a first fluidized bed for generating allothermal gasification necessary heat and a reformer reactor for carrying out the allothermal gasification with a second fluidized bed and a feed device for the task of the feedstock to be gasified, wherein the reformer reactor at least partially extends into the combustion chamber. The disadvantage here is that drying, heating, pyrolysis and reforming of the starting materials takes place simultaneously and therefore incomplete, since the fluidized bed by the effect of the stirred tank homogenizing effect on the temperatures and the gas quality, with the result that the product gas processed at the outlet with incomplete Substances is mixed.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelschichtreaktor und ein Verfahren zur Erzeugung eines Produktgases kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen bereitzustellen, wobei durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Konstruktion bzw. Prozessführung die Qualität des Produktgases erhöht ist.It is therefore an object of the present invention to provide a fluidized bed reactor and a process for producing a product gas to provide carbonaceous feedstocks, wherein the quality of the product gas is increased by a comparison with the prior art improved design or process control.

Diese Aufgabe wird durch einen Wirbelschichtreaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.This object is achieved by a fluidized bed reactor having the features of claim 1 and a method having the features of claim 13.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch allotherme Vergasung eine Brennkammer mit einer ersten Wirbelschicht zur Erzeugung der für die allotherme Vergasung notwendigen Wärme, einen Reformer-Reaktor zur Durchführung der allothermen Vergasung mit einer zweiten Wirbelschicht und einer Zuführeinrichtung zur Aufgabe der zu vergasenden Einsatzstoffe, wobei der Reformer-Reaktor einen die erste Wirbelschicht durchsetzenden Strömungskanal definiert, in dem die zweite Wirbelschicht in einer vorbestimmten Strömungsrichtung zirkuliert. Die in diesen Merkmalen reflektierte räumliche Beziehung zwischen Brennkammer und Reformer-Reaktor erweist sich als vorteilhaft, da dadurch die Bauhöhe des Wirbelschichtreaktors verringert werden kann. Sie hat den weiteren Vorteil, dass ein optimaler Wärmetransport zwischen der Brennkammer und dem Reformer-Reaktor insbesondere dort nahezu verlustfrei möglich ist, wo sich die Brennkammer und der Reformer-Reaktor durchdringen, der Strömungskanal der zweiten Wirbelschicht also durch die erste Wirbelschicht führt. Denn die erfindungsgemäße Konstruktion benötigt im Gegensatz z. B. zu Konstruktionen, deren Wärmeübertragung in die Vergasungskammer allein auf Wärmerohren basieren, kein Wärmeträgermedium; die Wärmeübertragung erfolgt direkt über die Begrenzungsflächen des Strömungskanals. Anders formuliert: Bei gleicher Bauhöhe wie z. B. ein Heatpipe-Reformer ermöglicht die direkte Wärmeübertragung zwischen beiden Wirbelschichten eine Erhöhung der Leistung des Wirbelschichtreaktors um einen Faktor von 2,5 bis 3. Wie es in Anspruch 1 definiert ist, „zirkuliert” die zweite Wirbelschicht entlang des Strömungskanales, sie bildet eine so genannte „zirkulierende Wirbelschicht” (CFB; circulating fluidized bed), was den Vorteil hat, dass von dem im Reformer-Reaktor zu vergasenden Stoff (im Folgenden in Analogie zu dem in der Brennkammer umgesetzten „Brennstoff” als „Vergasungsstoff” bezeichnet), der neben dem Bettmaterial Bestandteil der zweiten Wirbelschicht ist, ein bei einem ersten Umlauf nicht vergaster Anteil den Strömungskanal erneut durchläuft, so dass der Wirkungsgrad der Vergasung erhöht ist. Gemäß Anspruch 1 umfasst der Reformer-Reaktor ferner eine Zuführeinrichtung zur Aufgabe der Vergasungsstoffe. Da die Aufgabe der Vergasungsstoffe auf heißes Bettmaterial erfolgt, trocknet der Vergasungsstoff schnell und die Pyrolyse setzt schon kurze Zeit nach der Aufgabe ein.According to the present invention, a fluidized bed reactor for producing product gas from carbonaceous feedstocks by allothermic gasification comprises a combustor having a first fluidized bed for generating the heat necessary for allothermal gasification, a reformer reactor for carrying out the allothermal gasification with a second fluidized bed and a feeder Task of the starting materials to be gasified, wherein the reformer reactor defines a flow channel passing through the first fluidized bed, in which circulates the second fluidized bed in a predetermined flow direction. The spatial relationship between the combustion chamber and the reformer reactor reflected in these features proves to be advantageous because it allows the overall height of the fluidized bed reactor to be reduced. It has the further advantage that an optimum heat transfer between the combustion chamber and the reformer reactor is possible almost loss-free, where the combustion chamber and the reformer reactor penetrate, that is, the flow channel of the second fluidized bed passes through the first fluidized bed. Because the construction of the invention requires in contrast z. B. to constructions whose heat transfer in the gasification chamber based solely on heat pipes, no heat transfer medium; the heat transfer takes place directly over the boundary surfaces of the flow channel. In other words: at the same height as z. For example, a heat pipe reformer allows direct heat transfer between both fluidized beds to increase the power of the fluidized bed reactor by a factor of 2.5 to 3. As defined in claim 1, the second fluidized bed "circulates" along the flow channel, forming one the so-called "circulating fluidized bed" (CFB), which has the advantage that the substance to be gasified in the reformer reactor (hereinafter referred to as "gasification substance" in analogy to the "fuel" converted in the combustion chamber), is in addition to the bed material part of the second fluidized bed, a non-gassed at a first circulation share the flow channel again, so that the efficiency of the gasification is increased. According to claim 1, the reformer reactor further comprises a supply device for the gasification substances. Since the task of the gasification substances takes place on hot bed material, the gasification material dries quickly and pyrolysis begins a short time after the task.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 umfasst der Strömungskanal einen Reformierungsabschnitt, der innerhalb der Brennkammer angeordnet ist, und einen Pyrolyseabschnitt. Dies bedeutet zunächst, dass erfindungsgemäß die oben erwähnten Verfahrensschritte der Pyrolyse und der Reformierung (d. h. der „eigentlichen” Vergasung im Sinne einer chemischen Reduktion) vorteilhafterweise räumlich getrennt entlang des Strömungskanales angeordnet sind. Diese räumliche Trennung ist besonders effektiv und die jeweils stattfindenden Reaktionen können besonders gut unabhängig voneinander gesteuert werden, wenn – wie es in einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 12 definiert ist – der Pyrolyseabschnitt außerhalb der Brennkammer angeordnet ist. Die räumliche Trennung wirkt sich positiv auf die Gasqualität (weniger Teere), die Leistung, den Dampfüberschuss (der dadurch geringer ist) und den Kohlenstoffumsatz aus.According to an advantageous embodiment according to claim 2, the flow channel comprises a reforming section, which is arranged within the combustion chamber, and a pyrolysis section. This means, first, that according to the invention, the above-mentioned process steps of pyrolysis and reforming (i.e., the "actual" gasification in the sense of a chemical reduction) are advantageously arranged spatially separated along the flow channel. This spatial separation is particularly effective and the reactions taking place in each case can be controlled particularly well independently of each other, if - as it is defined in an advantageous embodiment according to claim 12 - the pyrolysis section is arranged outside the combustion chamber. Spatial separation has a positive effect on gas quality (less tars), performance, excess vapor (which is lower) and carbon turnover.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 umfasst der Pyrolyseabschnitt eine Vergasungskammer, in die die Zuführeinrichtung mündet. Dies hat den Vorteil, dass man Brennstoff, die Schwerkraft ausnutzend, auf die Oberfläche der Pyrolyse-Wirbelschicht fallen lassen kann, so dass man keine mechanische Zuführeinrichtung benötigt. Die Rückbrandgefahr, die dadurch gegeben ist, kann durch eine einfache Spülgas-Vorrichtung beseitigt werden.According to an advantageous embodiment of claim 3, the pyrolysis section comprises a gasification chamber into which the feed device opens. This has the advantage that one can use fuel, taking advantage of gravity, dropped on the surface of the pyrolysis fluidized bed, so you do not need a mechanical feeder. The risk of burnback that may be caused by this can be eliminated by a simple purge gas device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 umfasst der Strömungskanal einen Hauptströmungskanal, in dem die zweite Wirbelschicht in der Strömungsrichtung durch ein Fallrohr von einem Zyklon zu der Vergasungskammer befördert wird, wobei der Zyklon oberhalb der Vergasungskammer angeordnet ist. Da der „Zyklus der Umwandlung” in der Vergasungskammer beginnt, ist hierdurch entlang des (geschlossenen) Strömungskanales die folgende Anordnung von Komponenten des Wirbelschichtreaktors definiert: Vergasungskammer → Zyklon → Fallrohr → Vergasungskammer. Damit ein geschlossener Strömungskanal vorhanden sein kann, folgt aus dieser Anordnung, dass sich die zweite Wirbelschicht in dem Reformierungsabschnitt nach oben, zum Zyklon hin bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung nimmt die zweite Wirbelschicht Wärme aus der umgebenden Wirbelschicht auf, die zur Reformierung der darin enthaltenen, bereits teilweise umgesetzten Stoffe erforderlich ist. Der Zyklon, ein Fliehkraftabscheider, dient der Trennung zwischen Feststoffpartikeln der zweiten Wirbelschicht, die durch das Fallrohr nach unten befördert werden, und dem Produktgas, das zur weiteren Verwendung aus dem Wirbelschichtreaktor abgeleitet wird. Das heißt, das Produktgas tritt zusammen mit Feststoffen (Asche, Koks, Bettmaterial) in tangentiale Einlässe des Zyklons ein, der die Feststoffe in das Fallrohr und das Produktgas über einen geeigneten Auslass zur weiteren Verwendung nach außen leitet. Die Pyrolysereste werden solange in dem Kreisprozess geführt (siehe oben) und dadurch vergast oder gemahlen, bis sie kleiner als das Grenzkorn des Zyklons sind. Eine Blockierung der Prozesse durch zu große Vergasungsstoff-Stücke ist somit weitgehend ausgeschlossen.According to an advantageous embodiment of claim 4, the flow channel comprises a main flow channel in which the second fluidized bed is conveyed in the flow direction through a downcomer from a cyclone to the gasification chamber, the cyclone being located above the gasification chamber. Since the "cycle of transformation" begins in the gasification chamber, the following arrangement of components of the fluidized bed reactor is thereby defined along the (closed) flow channel: gasification chamber → cyclone → downpipe → gasification chamber. For a closed flow channel to be present, it follows from this arrangement that the second fluidized bed moves upwards in the reforming section to the cyclone. During the upward movement, the second fluidized bed absorbs heat from the surrounding fluidized bed, which is required for reforming the already partially reacted substances contained therein. The cyclone, a centrifugal separator, serves to separate solid particles of the second fluidized bed, which are conveyed down through the downcomer, and the product gas, which is discharged from the fluidized bed reactor for further use. That is, the product gas will come in contact with solids (ash, coke, Bed material) into tangential inlets of the cyclone which directs the solids into the downcomer and the product gas via a suitable outlet to the outside for further use. The pyrolysis residues are kept in the cyclic process (see above) and gasified or ground until they are smaller than the marginal grain of the cyclone. Blocking of the processes by too large Vergasungsstoff pieces is thus largely excluded.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist die Vergasungskammer als Strömungsverteiler ausgebildet ist und der Strömungskanal umfasst n Nebenströmungskanale, in denen die zweite Wirbelschicht durch n Steigrohre von der Vergasungskammer zu dem Zyklon befördert wird, wobei n > 1 ist. Der die zweite Wirbelschicht von der Vergasungskammer zu dem über dieser angeordneten Zyklon führende Abschnitt des Strömungskanales ist somit eine durch strömungstechnische Parallelschaltung von n Steigrohren gebildete Anordnung, wobei durch die n Steigrohre n Nebenströmungskanale verwirklicht sind. Jedes der n Steigrohre führt durch die erste Wirbelschicht und nimmt von dieser die zur Reformierung des in ihm strömenden Teils der zweiten Wirbelschicht erforderliche Wärme auf. Auf diese Weise wird die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Trennfläche (Rohrwandung) zwischen der ersten und zweiten Wirbelschicht vergrößert und somit der Wirkungsgrad erhöht.According to an advantageous embodiment of claim 5, the gasification chamber is formed as a flow distributor and the flow channel comprises n Nebenströmungskanale in which the second fluidized bed is transported by n risers from the gasification chamber to the cyclone, where n> 1. The section of the flow channel leading from the gasification chamber to the cyclone arranged above the second fluidized bed is thus an arrangement formed by the fluidic connection of n riser pipes, n flow channels being realized by the n riser pipes. Each of the n riser pipes passes through the first fluidized bed and receives from it the heat required to reform the part of the second fluidized bed flowing in it. In this way, the heat transfer available separation surface (pipe wall) between the first and second fluidized bed is increased and thus increases the efficiency.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist wenigstens ein mit der Vergasungskammer verbundener Endabschnitt von jedem der Steigrohre innerhalb der Brennkammer angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Teil der zweiten Wirbelschicht, der aus der Vergasungskammer in die n Steigrohre strömt, durch Ausnutzen der in der Brennkammer herrschenden hohen Temperaturen vorgewärmt wird, bevor er in den Reformierungsabschnitt gelangt, so dass der Umsetzungswirkungsgrad erhöht ist.According to an advantageous embodiment according to claim 6, at least one connected to the gasification chamber end portion of each of the riser pipes is disposed within the combustion chamber. This has the advantage that the part of the second fluidized bed, which flows from the gasification chamber into the n riser pipes, is preheated by utilizing the high temperatures prevailing in the combustion chamber before it enters the reforming section, so that the conversion efficiency is increased.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 7 (a) enthalten die Endabschnitt der Steigrohre jeweils einen Siphon-Abschnitt, (b) ist die Vergasungskammer mit einer ersten Fluidisierungseinrichtung und jedes Steigrohr im Bereich seines Siphon-Abschnitts mit einer zweiten Fluidisierungseinrichtung verbunden ist, und (c) ist der Zyklon mit einer Produktgasleitung zur Ableitung des Produktgases verbunden ist. Vorteilhafterweise führt somit wenigstens der jeweilige, mit der Vergasungskammer verbundene Endabschnitt jedes Steigrohrs durch die Brennkammer und geht dann in den Siphon-Abschnitt über, der wiederum in den nach oben führenden Abschnitts des Steigrohrs, der unten als „vertikaler Rohrabschnitt” bezeichnet ist, übergeht. Der Siphon-Abschnitt kann teilweise oder vollständig außerhalb der Brennkammer angeordnet sein. Die zweite Fluidisierungseinrichtung, deren Zweck es ist, die zweite Wirbelschicht in eine zirkulierende Bewegung entlang des Strömungskanales des Reformer-Reaktors zu versetzen, arbeitet diesem Zweck je nach Art der Einkopplung des zweiten Fluidisierungsmittels in das Steigrohr sowie dessen konstruktiver Auslegung insofern entgegen als das Fluidisierungsmittel auch eine die zweite Wirbelschicht in die Vergasungskammer zurück treibende Kraft auf diese ausübt. Die Ausbildung des Siphon-Abschnitts, dessen Funktion mit einem Rückschlagventil verglichen werden kann, trägt dazu bei, diesen zuwiderlaufenden Effekt zu minimieren oder idealerweise sogar zu verhindern. Vorteilhafterweise ragt zumindest ein unterstes Ende des Siphon-Abschnitts (im mathematischen Sinne der Bereich um das Minimum des U-förmigen Siphon-Abschnitts) nach unten aus dem Boden der Brennkammer heraus, so dass der Siphon-Abschnitt in diesem Bereich einfach mit der zweiten Fluidisierungseinrichtung verbunden werden kann.According to an advantageous embodiment according to claim 7 (a), the end sections of the risers each contain a siphon section, (b) the gasification chamber is connected to a first fluidization device and each riser is connected to a second fluidization device in the region of its siphon section, and (c ), the cyclone is connected to a product gas line for discharging the product gas. Advantageously, therefore, at least the respective end portion of each riser connected to the gasification chamber passes through the combustion chamber and then merges into the siphon portion, which in turn merges into the upwardly leading portion of the riser, referred to below as the "vertical pipe section". The siphon section can be arranged partially or completely outside the combustion chamber. The second fluidization device, whose purpose is to put the second fluidized bed in a circulating movement along the flow channel of the reformer reactor, works this purpose depending on the type of coupling of the second fluidizing in the riser and its constructive interpretation so far as the fluidizing agent also a force driving the second fluidized bed back into the gasification chamber is applied thereto. The design of the siphon section, whose function can be compared with a check valve, helps to minimize or even ideally prevent this counteracting effect. Advantageously, at least one lowermost end of the siphon section (in the mathematical sense the area around the minimum of the U-shaped siphon section) protrudes downwards out of the bottom of the combustion chamber so that the siphon section in this area projects easily with the second fluidization device can be connected.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist die Längsachse des Fallrohrs eine vertikal ausgerichtete n-zählige Symmetrieachse, um die die n Steigrohre symmetrisch angeordnet sind, und die Mündungsstellen der Steigrohre sind in Abständen von 360°/n auf einem Kreis angeordnet, dessen Mittelpunkt auf der n-zähligen Symmetrieachse liegt. Es ist zu beachten, dass sich die Zähligkeit der Symmetrieachse natürlich nur auf die Anordnung der Steigrohre bezieht, nicht auf eine etwaige Querschnittsfläche des Fallrohres selbst, welche grundsätzlich beliebig, vorzugsweise kreisförmig sein kann. Durch die n-zählige Symmetrie der Steigrohranordnung wird eine gleichmäßige Durchdringung der Brennkammer durch den Reformer-Reaktor erreicht, so dass der Wärmetransport aus der Brennkammer in die einzelnen Steigrohre nicht zu einer zu starken lokalen Abkühlung der Brennkammer bzw. der ersten Wirbelschicht führt. Darüber hinaus ist auch für die weitere Prozessführung – insbesondere im Hinblick auf die Strömung der zweiten Wirbelschicht (Förderung der zweiten Wirbelschicht aus der Vergasungskammer in die Steigrohre, Einströmen der zweiten Wirbelschicht in den Zyklon, etc.) – eine symmetrische Anordnung der Steigrohre einer asymmetrischen vorzuziehen.According to an advantageous embodiment according to claim 8, the longitudinal axis of the drop tube is a vertically oriented n-fold symmetry axis about which the n risers are arranged symmetrically, and the mouth points of the risers are arranged at intervals of 360 ° / n on a circle whose center on the n-fold symmetry axis lies. It should be noted that the count of the axis of symmetry, of course, refers only to the arrangement of the riser pipes, not to any cross-sectional area of the downer itself, which may be basically arbitrary, preferably circular. Due to the n-fold symmetry of the riser arrangement, a uniform penetration of the combustion chamber through the reformer reactor is achieved, so that the heat transport from the combustion chamber into the individual riser pipes does not lead to excessive local cooling of the combustion chamber or of the first fluidized bed. In addition, a symmetrical arrangement of the riser tubes is also preferable for the further process control - in particular with regard to the flow of the second fluidized bed (conveying the second fluidized bed from the gasification chamber into the riser tubes, inflow of the second fluidized bed into the cyclone, etc.) ,

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 9 (a) ist die Vergasungskammer in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet, dessen Symmetrieachse mit der n-zähligen Symmetrieachse zusammenfällt, (b) umfasst der Wirbelschichtreaktor ein Sackrohr, dessen Symmetrieachse mit der n-zähligen Symmetrieachse zusammenfällt und das mit seinem offenen Ende von unten in die Vergasungskammer hineinragt, so dass in der Vergasungskammer ein Ringraum um das Sackrohr gebildet ist, und (c) befindet sich im Betrieb des Wirbelschichtreaktors das offene Ende unterhalb der Oberfläche der ersten Wirbelschicht. Aus (a) und (b) folgt die symmetrische Anordnung von Hauptkomponenten des Wirbelschichtreaktors, nämlich der Vergasungskammer, des Sackrohrs und der n Steigrohre zueinander oder besser „ineinander”. Aus (c) ergeben sich wenigstens zwei vorteilhafte Alternativen der relativen räumlichen Anordnung der ersten und zweiten Wirbelschicht: Die einzelnen Siphon-Abschnitte befinden sich vollständig innerhalb oder wenigstens teilweise außerhalb der ersten Wirbelschicht. Im ersten Fall werden das Sackrohr und die Siphon-Abschnitte im Betrieb des Wirbelschichtreaktors vorteilhafterweise von der ersten Wirbelschicht umströmt, so dass ein optimaler Wärmetransport von der ersten zu der zweiten Wirbelschicht gewährleistet ist. In diesem Fall besteht zwischen einem Boden der Brennkammer und den jeweiligen unteren Enden des Sackrohrs und der Siphon-Abschnitte vorzugsweise ein vorbestimmter Abstand, und der Boden der Brennkammer weist – vorzugsweise gleichmäßig verteilte – Einströmöffnungen für das Fluidisierungsmittel der ersten Fluidisierungseinrichtung zur Fluidisierung der ersten Wirbelschicht auf. Zuleitungen für das Fluidisierungsmittel der zweiten Fluidisierungseinrichtung zur Fluidisierung der zweiten Wirbelschicht durchdringen in diesem Fall die erste Wirbelschicht. Der zweite Fall hingegen, wenn sich also die einzelnen Siphon-Abschnitte wenigstens teilweise außerhalb der Brennkammer befinden, bietet den Vorteil der leichteren Zugänglichkeit zu den Siphon-Abschnitten und dem Sackrohr, was jedoch durch eine im Vergleich zum ersten Fall geringere Aufwärmung der die Siphon-Abschnitte durchströmenden zweiten Wirbelschicht und größere Dichtungsprobleme erkauft wird. Der Boden der Brennkammer wird im ersten Fall von der zweiten Fluidisierungseinrichtung und im zweiten Fall von dem Strömungskanal (den Siphon-Abschnitten) durchdrungen, so dass die Durchdringungsstellen entsprechend dicht ausgelegt werden müssen. Es ist zu beachten, dass sich die unteren Enden der Siphon-Abschnitte nicht auf gleicher Höhe mit dem unteren Ende des Sackrohrs befinden müssen, woraus sich konstruktive und/oder verfahrenstechnische Vorteile ableiten lassen und Mischformen der oben beschriebenen ersten und zweiten Alternativen ergeben können.According to an advantageous embodiment of claim 9 (a), the gasification chamber is in the form of a right circular cylinder whose axis of symmetry coincides with the n-fold axis of symmetry, (b) the fluidized bed reactor comprises a blind tube whose axis of symmetry coincides with the n-fold symmetry axis and protrudes with its open end from below into the gasification chamber, so that in the gasification chamber, an annular space is formed around the sack tube, and (c) is located in the operation of the fluidized bed reactor, the open end below the Surface of the first fluidized bed. From (a) and (b) follows the symmetrical arrangement of main components of the fluidized bed reactor, namely the gasification chamber, the blind tube and the n riser tubes to each other or better "into each other". From (c) at least two advantageous alternatives of the relative spatial arrangement of the first and second fluidized bed result: The individual siphon sections are located completely within or at least partially outside the first fluidized bed. In the first case, the sack tube and the siphon sections are advantageously bypassed during operation of the fluidized bed reactor by the first fluidized bed, so that an optimal heat transfer is ensured by the first to the second fluidized bed. In this case, there is preferably a predetermined distance between a bottom of the combustion chamber and the respective lower ends of the sack tube and the siphon sections, and the bottom of the combustion chamber has - preferably uniformly distributed - inlet openings for the fluidizing means of the first fluidization device for fluidizing the first fluidized bed , Supply lines for the fluidizing means of the second fluidizing device for fluidizing the second fluidized bed in this case penetrate the first fluidized bed. The second case, however, when the individual siphon sections are at least partially outside the combustion chamber, offers the advantage of easier accessibility to the siphon sections and the sack tube, but this is due to a lower warming of the siphon sections than in the first case. Sections flowing through the second fluidized bed and larger sealing problems is purchased. The bottom of the combustion chamber is penetrated in the first case by the second fluidization device and in the second case by the flow channel (the siphon sections), so that the penetration points have to be correspondingly dense. It should be noted that the lower ends of the siphon sections need not be level with the lower end of the sack tube, which may result in structural and / or procedural advantages, and may result in hybridizing the first and second alternatives described above.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 10 umfasst der Wirbelschichtreaktor eine Wärmerohranordnung mit wenigstens einem Wärmerohr, dessen Wärme abgebender Endabschnitt sich in die zweite Wirbelschicht erstreckt. Die effektive Übertragung von Wärme mit Hilfe von Wärmerohren (Heatpipes), hier von einer ersten Wirbelschicht einer Brennkammer in eine zweite Wirbelschicht einer Vergasungskammer, ist wohl bekannt, insbesondere zum Beispiel aus der DE 10 2006 016 005 A1 der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, wo die Wärmerohre in dem oben bereits erwähnten Heatpipe-Reformer eingesetzt werden. Durch die Ausnutzung der hohen Temperaturen in der Brennkammer zur Erwärmung der zweiten Wirbelschicht kann auf eine separate Heizung der Vergasungskammer idealerweise gänzlich verzichtet werden, sie kann aber zumindest kleiner dimensioniert und der Wirbelschichtreaktor somit kompakter ausgelegt werden.According to an advantageous embodiment according to claim 10, the fluidized bed reactor comprises a heat pipe arrangement with at least one heat pipe whose heat-emitting end portion extends into the second fluidized bed. The effective transfer of heat by means of heat pipes (heat pipes), here from a first fluidized bed of a combustion chamber into a second fluidized bed of a gasification chamber, is well known, in particular for example from US Pat DE 10 2006 016 005 A1 the applicant of the present invention, where the heat pipes are used in the above-mentioned heat pipe reformer. By exploiting the high temperatures in the combustion chamber to heat the second fluidized bed can be completely dispensed with a separate heating of the gasification chamber ideally, but it can at least be dimensioned smaller and the fluidized bed reactor thus made more compact.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 11 ist die Längsachse des wenigstens einen Wärmerohrs parallel zu der n-zähligen Symmetrieachse, und das wenigstens eine Wärmerohr durchdringt die Vergasungskammer zwischen dem Sackrohr und den n Siphons. Vorteilhafterweise sind die Querschnittsflächen – idealerweise Kreisflächen – der Eintrittsstellen der Siphon-Abschnitte in die Vergasungskammer äquidistant auf einem ersten Kreis mir einem Radius r1 und das wenigstens eine Wärmerohr auf einem zu dem ersten Kreis konzentrischen zweiten Kreis mit einem Radius r2 angeordnet, wobei r2 < r1 gilt, und die Längsachse des Sackrohrs führt durch die Mittelpunkte der zwei Kreise. Es ist jedoch jede andere – jedoch, wie oben bereits erwähnt, vorzugsweise symmetrische – Anordnung dieser Komponenten möglich, solange durch die Wärmerohre Wärme aus der ersten Wirbelschicht in die zweite Wirbelschicht transportiert wird und die Funktionen des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors mit ausreichendem Wirkungsgrad gewährleistet sind.According to an advantageous embodiment according to claim 11, the longitudinal axis of the at least one heat pipe is parallel to the n-fold axis of symmetry, and the at least one heat pipe penetrates the gasification chamber between the blind tube and the n siphons. Advantageously, the cross-sectional areas - ideally circular areas - the entry points of the siphon sections in the gasification chamber equidistant on a first circle with a radius r 1 and the at least one heat pipe on a concentric to the first circle second circle with a radius r 2 , wherein r 2 <r 1 , and the longitudinal axis of the blind tube passes through the centers of the two circles. However, it is any other - but, as already mentioned above, preferably symmetrical - arrangement of these components possible as long as the heat pipes from the first fluidized bed in the second fluidized bed is transported and the functions of the fluidized bed reactor according to the invention are ensured with sufficient efficiency.

Es ist zu beachten, dass in allen Fällen, in denen oben eine dichotome Beschreibung gegeben ist, z. B. wenn die Vergasungskammer entweder innerhalb oder außerhalb der Brennkammer liegt, die dadurch definierten Fälle nur als Grenzfälle zu verstehen sind, die Zwischenlösungen nicht grundsätzlich ausschließen – letztere sogar vorteilhaft sein können – solange die Gesamtfunktion des erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors gewährleistet bleibt.It should be noted that in all cases where a dichotomous description is given above, e.g. B. if the gasification chamber is either inside or outside the combustion chamber, the cases defined thereby are to be understood as limiting cases that do not exclude intermediate solutions in principle - the latter may even be advantageous - as long as the overall function of the fluidized bed reactor according to the invention is ensured.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch allotherme Vergasung mit Hilfe des Wirbelschichtreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 12 die Schritte: Erzeugung von Pyrolysegas durch pyrolytische Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe in dem Pyrolyseabschnitt des Strömungwegs; Erzeugen einer zirkulierenden Strömung der zweiten Wirbelschicht, die das Pyrolysegas und bei der pyrolytischen Umsetzung entstandene Feststoffe enthält, entlang des Strömungwegs; Erzeugen des Produktgases in dem Reformierungsabschnitt durch Aufnahme von Wärme aus der ersten Wirbelschicht; Trennen des Produktgases und der Feststoffe in dem Zyklon; und Rückführen der Feststoffe in den Pyrolyseabschnitt und Ableiten des Produktgases aus dem Wirbelschichtreaktor. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung des dieses ausführenden erfindungsgemäßen Wirbelschichtreaktors.According to the present invention, a process for producing product gas from carbonaceous feedstocks by allothermic gasification by means of the fluidized bed reactor of any one of claims 1 to 12 comprises the steps of: generating pyrolysis gas by pyrolytic reaction of the carbonaceous feedstocks in the pyrolysis section of the flowpath; Generating a circulating flow of the second fluidized bed containing the pyrolysis gas and solids resulting from the pyrolytic reaction along the flow path; Generating the product gas in the reforming section by absorbing heat from the first fluidized bed; Separating the product gas and the solids in the cyclone; and returning the solids to the pyrolysis section and removing the product gas from the fluidized bed reactor. The advantages of the method according to the invention will become apparent from the above description of the fluidized bed reactor of this embodiment according to the invention.

Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description made with reference to the accompanying drawings. In the drawings are:

1 eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Variante 1); 1 a schematic sectional view of a fluidized bed reactor according to a first embodiment of the present invention (variant 1);

2 eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Variante 1); 2 a schematic sectional view of a fluidized bed reactor according to a second embodiment of the present invention (variant 1);

3 eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Variante 1); 3 a schematic sectional view of a fluidized bed reactor according to a third embodiment of the present invention (variant 1);

4 eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Variante 1); und 4 a schematic sectional view of a fluidized bed reactor according to a fourth embodiment of the present invention (variant 1); and

5 eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Variante 1). 5 a schematic sectional view of a fluidized bed reactor according to a fifth embodiment of the present invention (variant 1).

(Erste Ausführungsform)First Embodiment

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wirbelschichtreaktor 10 umfasst eine Brennkammer 100 und einen Reformer-Reaktor 200, der sich teilweise in die Brennkammer 100 erstreckt. 1 shows a schematic sectional view of a fluidized bed reactor 10 according to a first embodiment of the present invention. The fluidized bed reactor 10 includes a combustion chamber 100 and a reformer reactor 200 Partially into the combustion chamber 100 extends.

Die Brennkammer 100 umfasst einen Behälter 102, der in Form eines geraden Kreiszylinders mit einer ersten Symmetrieachse A ausgebildet ist, und in dem sich – in 1 im Betriebszustand des Wirbelschichtreaktors 10 dargestellt – eine erste Wirbelschicht 104 ausgebildet hat. Die erste Wirbelschicht 104 erstreckt sich von einem Boden 106 bis zu einer Höhe h1 von 5 m, um beispielhaft eine Größenordnung anzugeben. In dem Boden 106 sind Einströmöffnungen (nicht gezeigt) für ein Brennkammer-Fluidisierungsmittel angeordnet, das mit Hilfe einer Brennkammer-Fluidisierungseinrichtung (nicht gezeigt) zur Erzeugung der ersten Wirbelschicht 104 durch die Einströmöffnungen in die Brennkammer 100 eingeleitet wird.The combustion chamber 100 includes a container 102 formed in the form of a right circular cylinder with a first axis of symmetry A, and in which - in 1 in the operating state of the fluidized bed reactor 10 shown - a first fluidized bed 104 has trained. The first fluidized bed 104 extends from a floor 106 up to a height h1 of 5 m, to give an example of an order of magnitude. In the ground 106 inlet openings (not shown) are arranged for a combustion chamber fluidizing means, which by means of a combustion chamber fluidizing device (not shown) for generating the first fluidized bed 104 through the inlet openings in the combustion chamber 100 is initiated.

Der Reformer-Reaktor 200 kann funktional in einen Pyrolyseabschnitt 202, der gemäß der Ausführungsform außerhalb des Behälters 102 angeordnet ist, und einen Reformierungsabschnitt 204, der innerhalb des Behälters 102 angeordnet ist, unterteilt werden, wobei die chemischen Reaktionen, auf die hierdurch begrifflich referriert wird, eher durch einen Übergangs”bereich” räumlich getrennt sind und eine exakte Grenze streng genommen nicht angegeben werden kann. Der Reformer-Reaktor 200 weist ferner bezüglich einer Symmetrieachse B, die mit der Symmetrieachse A fluchtet, eine n-zählige Symmetrie auf, was unten ausführlicher beschrieben ist. Konstruktiv umfasst der Reformer-Reaktor 200 eine Vergasungskammer 206 mit einer – in 1 im Betriebszustand des Wirbelschichtreaktors 10 dargestellten – zweiten Wirbelschicht 208, n Steigrohren 210 (wovon in 1 nur zwei gezeigt sind), die jeweils die Vergasungskammer 206 mit einem Zyklon 212 verbinden, und ein Fallrohr 214, das sich von dem Zyklon 212 vertikal nach unten erstreckt und mit seinem unteren Ende in der zweiten Wirbelschicht 208 mündet. Die n Steigrohre 210 sind in Winkelabständen von α = 360°/n zwischen jeweils zwei benachbarten der n Steigrohre 210 angeordnet, so dass eine Drehung des Reformer-Reaktors 200 um seine Symmetrieachse B um ein Vielfaches des Winkels α diesen wieder in sich selbst überführt (n-zählige Symmetrie). Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst jeder der Steigrohre 210 einen allgemein V- oder U-förmigen Siphon-Abschnitt, der aus einem von der Vergasungskammer 206 nach unten führenden Abschnitt 216 und einem an diesen anschließenden nach oben führenden Abschnitt 218 gebildet ist. Im Bereich des Übergangs von dem Abschnitt 216 zu dem Abschnitt 218 jedes der n Steigrohre 210 sind Einströmöffnungen 220 für ein Steigrohr-Fluidisierungsmittel angeordnet, das mit Hilfe einer zweiten Fluidisierungseinrichtung (nicht gezeigt) des Reformer-Reaktors 200 zur Zirkulation der zweiten Wirbelschicht 208 in die n Steigrohre 210 eingeleitet wird. Die zweite Wirbelschicht 208 strömt aus der Vergasungskammer 206, in der sie mit Hilfe einer ersten Fluidisierungseinrichtung (nicht gezeigt) durch Einleiten eines Vergasungskammer-Fluidisierungsmittels erzeugt wurde und von wo aus sie in die nach unten führenden Abschnitte 216 in den Wirkungsbereich des Steigrohr-Fluidisierungsmittels gelangt. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der in dem Reformer-Reaktor 200 zirkulierenden zweiten Wirbelschicht dienen somit n + 1 Fluidisierungseinrichtungen, wobei eine davon mit der Vergasungskammer 206 und die weiteren jeweils mit einem der n Steigrohre 210 verbunden ist. Gemäß der Ausführungsform sind die nach oben führenden Abschnitte 218 der n Steigrohre jeweils mit einem sich parallel zu den Achsen A, B erstreckenden vertikalen Rohrabschnitt 222 des Reformierungsabschnitts 204 einteilig und nahtlos übergehend verbunden. Die vertikalen Rohrabschnitte 222 wiederum münden in jeweilige horizontale Rohrabschnitte 224, die in den Zyklon 212 münden. Der Zyklon 212 umfasst somit n Wirbelschicht-Einlässe zum Einleiten der zweiten Wirbelschicht 208 über die n horizontalen Rohrabschnitte 224 der n Steigrohre, einen Feststoff-Auslass 226, der mit einem oberen Ende des Fallrohrs 214 verbunden ist, sowie einen Produktgas-Auslass 228, über den das durch den Zyklon 212 von der zweiten Wirbelschicht 208 getrennte Produktgas zur weiteren Verwendung nach außerhalb des Wirbelschichtreaktors 10 abgeführt wird. Der Produktgas-Auslass 228 durchsetzt eine dem Boden 106 gegenüberliegende Abdeckung 230 des Behälters 102.The reformer reactor 200 can be functional in a pyrolysis section 202 according to the embodiment outside the container 102 is arranged, and a reforming section 204 that is inside the container 102 The chemical reactions to which this is notionally referenced are more spatially separated by a transition "region" and, strictly speaking, an exact boundary can not be specified. The reformer reactor 200 also has an n-fold symmetry with respect to a symmetry axis B which is in alignment with the axis of symmetry A, which is described in more detail below. Structurally includes the reformer reactor 200 a gasification chamber 206 with a - in 1 in the operating state of the fluidized bed reactor 10 shown - second fluidized bed 208 , n risers 210 (of which in 1 only two are shown), each containing the gasification chamber 206 with a cyclone 212 connect, and a downpipe 214 that is different from the cyclone 212 extends vertically downwards and with its lower end in the second fluidized bed 208 empties. The n risers 210 are at angular intervals of α = 360 ° / n between each two adjacent of the n risers 210 arranged so that a rotation of the reformer reactor 200 about its axis of symmetry B by a multiple of the angle α this again transferred to itself (n-fold symmetry). As it is in 1 shown includes each of the risers 210 a generally V- or U-shaped siphon section formed from one of the gasification chamber 206 down leading section 216 and a subsequent leading to this section 218 is formed. In the area of the transition from the section 216 to the section 218 each of the n risers 210 are inflow openings 220 for a riser fluidizing means, which by means of a second fluidizing means (not shown) of the reformer reactor 200 for the circulation of the second fluidized bed 208 in the n riser pipes 210 is initiated. The second fluidized bed 208 flows out of the gasification chamber 206 in that it was generated by means of a first fluidizing device (not shown) by introducing a gasification chamber fluidizing means and from where it penetrates downwardly into the sections 216 enters the sphere of action of the riser fluidizing agent. To generate and maintain the in the reformer reactor 200 circulating second fluidized bed thus serve n + 1 fluidizing means, one of them with the gasification chamber 206 and the others each with one of the n risers 210 connected is. According to the embodiment, the leading portions are 218 the n risers each with a parallel to the axes A, B extending vertical pipe section 222 of the reforming section 204 connected in one piece and seamlessly. The vertical pipe sections 222 in turn lead into respective horizontal pipe sections 224 that in the cyclone 212 lead. The cyclone 212 thus comprises n fluidized bed inlets for introducing the second fluidized bed 208 over the n horizontal pipe sections 224 the n risers, a solids outlet 226 , which comes with a top end of the downpipe 214 connected, and a product gas outlet 228 , about which through the cyclone 212 from the second fluidized bed 208 separate product gas for further use to the outside of the fluidized bed reactor 10 is dissipated. The product gas outlet 228 one penetrates the ground 106 opposite cover 230 of the container 102 ,

Im Betrieb des Wirbelschichtreaktors 10 gemäß der ersten Ausführungsform wird in dem Behälter 102 durch Einleiten des Brennkammer-Fluidisierungsmittels die erste Wirbelschicht 104 erzeugt. Die erste Wirbelschicht 104 besteht aus einer Mischung aus einem Bettmaterial, zum Beispiel Quarzsand, und einem geeigneten Brennstoff, der in dem Behälter 102 der Brennkammer 100 mit Hilfe des in dem Brennkammer-Fluidisierungsmittel enthaltenen Sauerstoffs exotherm umgewandelt wird. Ein Teil der bei der Umwandlung des Brennstoffs erzeugten Wärme wird auf die Steigrohre 210, genauer deren vertikale Rohrabschnitte 222, und das Fallrohr 214 übertragen. Durch Einleiten des ersten Fluidisierungsmittels in die Vergasungskammer 206 wird in dieser die zweite Wirbelschicht 208 erzeugt. Die zweite Wirbelschicht 208 besteht aus einer Mischung aus einem Bettmaterial, zum Beispiel Quarzsand, und einem geeigneten Vergasungsstoff, der in der Vergasungskammer 206 und den in einer Strömungsrichtung v angrenzenden Abschnitten 216, 218, 222 und 224 eines jeden der n Steigrohre 210, also auf dem Weg von der Vergasungskammer 206 zum Zyklon 212, möglichst vollständig allotherm in das Produktgas umgewandelt wird. Der Zyklon 212, ein Fliehkraftabscheider, trennt somit die zweite Wirbelschicht 208 idealerweise in eine gasförmige Fraktion, die aus dem Produktgas besteht und über den Produktgas-Auslass 228 nach außen abgeleitet wird, und eine feste Fraktion, die aus dem in der zweiten Wirbelschicht 208 ebenfalls enthaltenenen Bettmaterial besteht und über das Fallrohr 214 in die Vergasungskammer 206 zurückgeführt wird. Im Realfall wird jedoch nicht das gesamte Vergasungsmaterial vollständig umgewandelt; Reste davon, die nicht umgewandelt wurden, werden daher zusammen mit dem Bettmaterial in die Vergasungskammer 206 zurückgeführt und durchlaufen den Kreislauf erneut.In operation of the fluidized bed reactor 10 according to the first embodiment is in the container 102 by introducing the combustor fluidizing means, the first fluidized bed 104 generated. The first fluidized bed 104 consists of a mixture of a bed material, for example quartz sand, and a suitable fuel, which is contained in the container 102 the combustion chamber 100 is exothermally converted by means of the oxygen contained in the combustion chamber fluidizing agent. Part of the heat generated in the conversion of the fuel is applied to the riser pipes 210 , more precisely their vertical pipe sections 222 , and the downpipe 214 transfer. By introducing the first fluidizing agent into the gasification chamber 206 becomes in this the second fluidized bed 208 generated. The second fluidized bed 208 consists of a mixture of a bedding material, for example quartz sand, and a suitable gasification material placed in the gasification chamber 206 and the sections adjacent in a flow direction v 216 . 218 . 222 and 224 of each of the n risers 210 So, on the way from the gasification chamber 206 to the cyclone 212 is converted as completely as possible allothermic into the product gas. The cyclone 212 , a centrifugal separator, thus separates the second fluidized bed 208 ideally in a gaseous fraction consisting of the product gas and via the product gas outlet 228 is derived to the outside, and a solid fraction from that in the second fluidized bed 208 Also included bedding material and the downpipe 214 in the gasification chamber 206 is returned. In the real case, however, not all the gasification material is completely converted; Residues of it that have not been converted, therefore, together with the bed material in the gasification chamber 206 returned and go through the cycle again.

(Zweite Ausführungsform)Second Embodiment

2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Wirbelschichtreaktor 10 umfasst wiederum – aus Gründen der Einheitlichkeit und besseren Verständlichkeit mit gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform versehen – eine Brennkammer 100 mit einer ersten Wirbelschicht 104 und einen Reformer-Reaktor 200 mit einer zweiten Wirbelschicht 208, die entlang eines in dem Reformer-Reaktor 200 ausgebildeten Strömungskanales zirkuliert. 2 shows a schematic sectional view of a fluidized bed reactor 10 according to a second embodiment of the present invention. The fluidized bed reactor 10 again comprises - for reasons of uniformity and better understandability with the same reference numerals as provided in the first embodiment - a combustion chamber 100 with a first fluidized bed 104 and a reformer reactor 200 with a second fluidized bed 208 passing along one in the reformer reactor 200 trained flow channel circulates.

Der wesentliche Unterscheid der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform ist die Anordnung des gesamten Reformer-Reaktors 200, einschließlich seiner Vergasungskammer 206, innerhalb der Brennkammer 100 und die Ersetzung der n Steigrohre 210 durch eine funktional äquivalente Rohranordnung aus einem inneren Rohr 232 und einem äußeren Rohr 234. Wie es in 2 gezeigt ist, wird durch die sich in Richtung der Achsen A, B überlappenden und zu dieser konzentrisch angeordneten Rohre 232, 234 ein geschlossener Strömungskanal für die zirkulierende zweite Wirbelschicht 208 gebildet, auf dem die zweite Wirbelschicht 208 von der in Form des inneren Rohrs 232 ausgebildeten Vergasungskammer 206 über einen inneren ringförmigen Spalt 236, der zwischen dem inneren Rohr 232 und dem äußeren Rohr 234 ausgebildet ist, einen äußeren ringförmigen Spalt 238, der zwischen dem äußeren Rohr 234 und einer zylindrischen Außenwand 240 des Reformer-Reaktors 200 ausgebildet ist, den Zyklon 212 und das Fallrohr 214 in das innere Rohr 232 zurückgeführt wird. Der innere ringförmige Spalt 236 und der Teil des äußeren ringförmigen Spalts 238, der sich von einem die zylindrische Außenwand 240 unten in 2 abschließenden Boden 242 des Reformer-Reaktors 200 bis zu einem oberen Ende des inneren Rohres 232 erstreckt, entspricht dem nach unten führenden Abschnitt 216 bzw. dem nach oben führenden Abschnitt 218 der ersten Ausführungsform. Analog zu der ersten Ausführungsform sind Einströmöffnungen 220 zum Einleiten des Steigrohr-Fluidisierungsmittels mit Hilfe der zweiten Fluidisierungseinrichtung (nicht gezeigt) im Bereich des Übergangs von dem inneren ringförmigen Spalt 236 zu dem äußeren ringförmigen Spalt 238 und Einströmöffnungen zum Einleiten des Vergasungskammer-Fluidisierungsmittels mit Hilfe der ersten Fluidisierungseinrichtung (nicht gezeigt) unterhalb des inneren Rohres 232 in dem Boden 242 angeordnet. Wie es in 2 gezeigt ist, ist der gesamte Reformer-Reaktor 200, z. B. über eine geeignete Flanschverbindung, hängend in der Brennkammer 100 angeordnet, so dass zwischen der zylindrischen Außenwand 240 und dem Behälter 102 der Brennkammer 100 ein ringförmiger Spalt 244 ausgebildet ist.The essential difference of the second embodiment from the first embodiment is the arrangement of the entire reformer reactor 200 including its gasification chamber 206 , inside the combustion chamber 100 and the replacement of the n risers 210 by a functionally equivalent tube arrangement of an inner tube 232 and an outer tube 234 , As it is in 2 is shown by the in the direction of the axes A, B overlapping and concentric to this arranged tubes 232 . 234 a closed flow channel for the circulating second fluidized bed 208 formed on which the second fluidized bed 208 from in the form of the inner tube 232 trained gasification chamber 206 via an inner annular gap 236 that between the inner tube 232 and the outer tube 234 is formed, an outer annular gap 238 that is between the outer tube 234 and a cylindrical outer wall 240 the reformer reactor 200 is formed, the cyclone 212 and the downpipe 214 into the inner tube 232 is returned. The inner annular gap 236 and the part of the outer annular gap 238 extending from a cylindrical outer wall 240 down in 2 final floor 242 the reformer reactor 200 up to an upper end of the inner tube 232 extends corresponds to the downward leading section 216 or the leading section 218 the first embodiment. Analogous to the first embodiment are inlet openings 220 for introducing the riser fluidizing means by means of the second fluidizing means (not shown) in the region of the transition from the inner annular gap 236 to the outer annular gap 238 and inflow ports for introducing the gasification chamber fluidizing means by means of the first fluidizing means (not shown) below the inner tube 232 in the ground 242 arranged. As it is in 2 is shown is the entire reformer reactor 200 , z. B. via a suitable flange, suspended in the combustion chamber 100 arranged so that between the cylindrical outer wall 240 and the container 102 the combustion chamber 100 an annular gap 244 is trained.

Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Reformer-Reaktor 200 eine Vergasungsstoff-Einspeisungsöffnung 246 auf, die den horizontalen Rohrabschnitt 224 durchsetzt. Der über die Vergasungsstoff-Einspeisungsöffnung 246 zugeführte Vergasungsstoff fällt vorzugsweise in den inneren ringförmigen Spalt 236, dessen nicht umgesetzte Reste dann erst nach Durchlaufen des Strömungskanales in die Vergasungskammer 206 (das innere Rohr 232) gelangen.As it is in 2 is shown, the reformer reactor 200 a gasification feed port 246 on top of the horizontal pipe section 224 interspersed. The over the gasification material feed opening 246 supplied gasification substance preferably falls in the inner annular gap 236 , whose unreacted residues then only after passing through the flow channel in the gasification chamber 206 (the inner tube 232 ) reach.

Wie es in 2 gezeigt ist, kann die Temperatur in der Vergasungskammer 206 zum einen dadurch erhöht werden, dass Wärme, die aus der Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer 100 (d. h. in der ersten Wirbelschicht 104) resultiert, von dort in die Vergasungskammer 206 übertragen wird, und zum anderen dadurch erhöht werden, dass Wärme über Wärmerohre 248, deren Wärme abgebender Endabschnitt sich in die zweite Wirbelschicht 208 erstreckt, von einer externen Wärmequelle in die Vergasungskammer 206 bzw. die zweite Wirbelschicht 208 übertragen wird. Diese Alternative ist in 2 nur skizziert. Die Wärmequelle kann als „extern” bezüglich des Wirbelschichtreaktors 10 oder als „extern” bezüglich des Reformer-Reaktors 200 betrachtet werden. Im letztgenannten Fall kann die erste Wirbelschicht 104 als die externe Wärmequelle dienen.As it is in 2 shown can be the temperature in the gasification chamber 206 on the one hand be increased by the fact that heat from the combustion of the fuel in the combustion chamber 100 (ie in the first fluidized bed 104 ) results, from there into the gasification chamber 206 is transferred, and on the other hand be increased by that heat over heat pipes 248 whose heat-dissipating end portion is in the second fluidized bed 208 extends, from an external heat source in the gasification chamber 206 or the second fluidized bed 208 is transmitted. This alternative is in 2 just sketched. The heat source may be considered "external" to the fluidized bed reactor 10 or as "external" to the reformer reactor 200 to be viewed as. In the latter case, the first fluidized bed 104 serve as the external heat source.

(Dritte Ausführungsform)Third Embodiment

3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform zum einen dadurch, dass das innere Rohr 232 (einschließlich des dieses nach unten begrenzenden Bodenabschnitts 250 des Bodens 242) soweit relativ zu bem übrigen Boden 242 nach unten verschoben ist, dass es sich in die erste Wirbelschicht 104 erstreckt, und zum anderen dadurch, dass Wärmerohre 248 mit ihrem Wärme aufnehmenden Endabschnitt durch den Bodenabschnitt 250 in die erste Wirbelschicht 104 ragen, um von dieser Wärme in die Vergasungskammer 206 (das innere Rohr 232) zu transportieren. Auf diese Weise nimmt gegenüber der zweiten Ausführungsform eine Höhendifferenz ΔH zwischen einer Höhe der Oberfläche der zweiten Wirbelschicht 208 in der Vergasungskammer 206 (die gleich der Höhe der durch das innere Rohr 232 gebildeten Vergasungskammer 206 selbst ist) und einer Höhe der zweiten Wirbelschicht 208 in dem Fallrohr 214 zu und die Höhe des inneren ringförmigen Spalts 236 ab. Der Betrag der Höhendifferenz ΔH hat jedoch keine besondere Auswirkung auf die Funktion des Wirbelschichtreaktors 10, so dass weder ein besonders hoher noch ein besonders niedriger wünschens- und erstrebenswert wäre; die verschiedenen „Fluidpegel” oder Oberflächen der jeweiligen Wirbelschichten spiegeln lediglich die Druckverhältnisse wider, die gemäß dem Prinzip kommunizierender Röhren in dem Wirbelschichtreaktor 10 herrschen. 3 shows a schematic sectional view of a fluidized bed reactor 10 according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from that in FIG 2 shown second embodiment in that the inner tube 232 (including the bottom section bounding this down 250 of the soil 242 ) so far relative to bem other soil 242 shifted downwards, that it is in the first fluidized bed 104 extends, and secondly, that heat pipes 248 with its heat receiving end portion through the bottom portion 250 in the first fluidized bed 104 stand out from this heat in the gasification chamber 206 (the inner tube 232 ) to transport. In this way, compared with the second embodiment, a height difference ΔH between a height of the surface of the second fluidized bed 208 in the gasification chamber 206 (which is equal to the height of the inner tube 232 formed gasification chamber 206 itself) and a height of the second fluidized bed 208 in the downpipe 214 to and the height of the inner annular gap 236 from. However, the amount of the height difference ΔH has no particular effect on the function of the fluidized bed reactor 10 so that neither a particularly high nor a particularly low would be desirable and desirable; the various "fluid levels" or surfaces of the respective fluidized beds only reflect the pressure ratios that correspond to the principle of communicating tubes in the fluidized bed reactor 10 to rule.

(Vierte Ausführungsform)Fourth Embodiment

4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors 10 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform umfasst konstruktive Elemente der ersten und dritten Ausführungsform und kann somit als Kombination dieser Ausführungsformen aufgefasst werden. Der Wirbelschichtreaktor 10 umfasst einen Reformer-Reaktor 200, dessen Aufbau demjenigen der ersten Ausführungsform sehr ähnlich ist. Insbesondere umfasst der Reformer-Reaktor 200 der vierten Ausführungsform n Steigrohre, die jeweils einen mit der Vergasungskammer 206 verbundenen, nach unten führenden Abschnitt 216, der in einem Bereich, wo die Einströmöffnungen 220 angeordnet sind, in den nach oben führenden Abschnitt 218 übergeht, welcher wiederum nahtlos in den vertikalen Rohrabschnitt 222 und schließlich den horizontalen Rohrabschnitt 224, der in den Zyklon 212 mündet, übergeht, umfassen. Ebenso wie in der ersten Ausführungsform sind die aus den jeweiligen nach unten und oben führenden Abschnitten 216, 218 gebildeten n Siphon-Abschnitte des Reformer-Reaktors 200 in regelmäßigen Winkelabständen von 360°/n um die Vergasungskammer 206 angeordnet. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform befindet sich gemäß der vierten Ausführungsform jedoch der Pyrolyseabschnitt 202, und nicht der Reformierungsabschnitt 204 innerhalb der ersten Wirbelschicht 104, wobei die Grenzen zwischen dem Pyrolyseabschnitt 202 und dem Reformierungsabschnitt 204, obgleich diese grundsätzlich nicht exakt anzugeben ist, eher durch die Oberfläche der ersten Wirbelschicht 104 als durch den Boden 106 der Brennkammer 100 (erste Ausführungsform) bestimmt ist, durch welche ein Temperaturprofil erzeugt wird. 4 shows a schematic sectional view of a fluidized bed reactor 10 according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment includes structural elements of the first and third embodiments, and thus may be construed as a combination of these embodiments. The fluidized bed reactor 10 includes a reformer reactor 200 whose structure is very similar to that of the first embodiment. In particular, the reformer reactor comprises 200 the fourth embodiment n risers, each one with the gasification chamber 206 connected, down leading section 216 in an area where the inflow openings 220 are arranged in the upwardly leading section 218 which in turn merges seamlessly into the vertical pipe section 222 and finally the horizontal pipe section 224 that in the cyclone 212 flows, passes, embraces. As in the first embodiment, the sections leading from the respective down and up are 216 . 218 n formed siphon sections of the reformer reactor 200 at regular angular intervals of 360 ° / n around the gasification chamber 206 arranged. In contrast to the first embodiment, however, according to the fourth embodiment, the pyrolysis section is located 202 , and not the reforming section 204 within the first fluidized bed 104 , where the boundaries between the pyrolysis section 202 and the reforming section 204 although this is not exactly to be specified, rather by the surface of the first fluidized bed 104 as through the ground 106 the combustion chamber 100 (first embodiment), by which a temperature profile is generated.

Im Vergleich zur dritten Ausführungsform erstreckt sich bei dem in 4 dargestellten Wirbelschichtreaktor 10 das äußere Rohr 234 des Reformer-Reaktors 200 bis zu dessen Boden 242, und der Spalt 238 zwischen dem äußeren Rohr 234 und der zylindrischen Außenwand 240, in dem gemäß der dritten Ausführungsform die zweite Wirbelschicht 208 nach oben zum Zyklon 212 transportiert wird, ist durch die n Steigrohre 210 ersetzt. Ferner taucht gemäß der vierten Ausführungsform der Reformer-Reaktor 200 soweit in die erste Wirbelschicht 104 ein, dass die Oberfläche der ersten Wirbelschicht 104 höher als diejenige der zweiten Wirbelschicht 208 ist. Bei dieser Konstruktion ist die gewünschte Strömungsrichtung der zweiten Wirbelschicht 208, die in 4 durch Pfeile dargestellt ist, an eine geometrische Bedingung geknüpft: Die ringförmige Oberfläche A2 der zweiten Wirbelschicht 208 in dem inneren ringförmigen Spalt 236 muss wesentlich größer sein als die ringförmige Oberfläche A1 der zweiten Wirbelschicht 208 zwischen dem Fallrohr 214 und der Vergasungskammer 206: A2 >> A1.Compared to the third embodiment extends in the in 4 shown fluidized bed reactor 10 the outer tube 234 the reformer reactor 200 up to its bottom 242 , and the gap 238 between the outer tube 234 and the cylindrical outer wall 240 in which according to the third embodiment, the second fluidized bed 208 up to the cyclone 212 is transported through the n risers 210 replaced. Further, according to the fourth embodiment, the reformer reactor emerges 200 so far in the first fluidized bed 104 one that the surface of the first fluidized bed 104 higher than that of the second fluidized bed 208 is. In this construction, the desired flow direction is the second fluidized bed 208 , in the 4 represented by arrows, linked to a geometric condition: the annular surface A 2 of the second fluidized bed 208 in the inner annular gap 236 must be much larger than the annular surface A 1 of the second fluidized bed 208 between the downpipe 214 and the gasification chamber 206 : A 2 >> A 1 .

(Fünfte Ausführungsform) Fifth Embodiment

5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wirbelschichtreaktors 10 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform nur dahingehend, dass die Temperatur in der Vergasungskammer 206 nicht nur über die zylindrische Außenwand 240, sondern zusätzlich über Wärmerohre 248, deren Wärme aufnehmende Endabschnitte in die erste Wirbelschicht 104 der Brennkammer 100 ragen, erhöht wird. 5 shows a schematic sectional view of a fluidized bed reactor 10 according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment differs from the fourth embodiment only in that the temperature in the gasification chamber 206 not only over the cylindrical outer wall 240 , but also via heat pipes 248 , whose heat-absorbing end portions in the first fluidized bed 104 the combustion chamber 100 protrude, is increased.

Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Lage der Vergasungskammer (innerhalb oder außerhalb der ersten Wirbelschicht), die Rückführung der zweiten Wirbelschicht (in Steigrohren oder auf andere Weise), die Anordnung der Steigrohre (gleichmäßig oder ungleichmäßig), die Temperaturen der einzelnen Wirbelschichten, das verwendete Fluidisierungsmittel etc. an die in dem Wirbelschichtreaktor durchzuführenden chemischen Reaktion und/oder die technologischen Randbedingungen angepasst werden können und nicht auf die oben beschriebenen begrenzt sind, solange der in den Ansprüchen definierte Schutzbereich nicht überschritten wird.Although the present invention has been disclosed in terms of the preferred embodiments in order to facilitate a better understanding thereof, it should be understood that the invention can be embodied in various ways without departing from the scope of the invention. Therefore, the invention should be understood to include all possible embodiments and embodiments to the illustrated embodiments which can be practiced without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims. This means in particular that the position of the gasification chamber (inside or outside the first fluidized bed), the return of the second fluidized bed (in risers or otherwise), the arrangement of the riser pipes (uniform or irregular), the temperatures of the individual fluidized beds used Fluidizing agents, etc. can be adapted to the chemical reaction to be performed in the fluidized bed reactor and / or the technological boundary conditions and are not limited to those described above, as long as the scope defined in the claims is not exceeded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
WirbelschichtreaktorFluidized bed reactor
100100
Brennkammercombustion chamber
102102
Behälter von 100 Container of 100
104104
erste Wirbelschichtfirst fluidized bed
106106
Boden von 102 Ground of 102
200200
Reformer-ReaktorReforming reactor
202202
Pyrolyseabschnittpyrolysis section
204204
Reformierungsabschnittreforming section
206206
Vergasungskammergasification chamber
208208
zweite Wirbelschichtsecond fluidized bed
210210
Steigrohrerisers
212212
Zykloncyclone
214214
Fallrohrdownspout
216216
nach unten führender Abschnittdown leading section
218218
nach oben führender Abschnittleading section
220220
Einströmöffnungeninflow
222222
vertikaler Rohrabschnittvertical pipe section
224224
horizontaler Rohrabschnitthorizontal pipe section
226226
Feststoff-AuslassSolids outlet
228228
Produktgas-AuslassProduct gas outlet
230230
Abdeckung von 102 Cover of 102
232232
inneres Rohrinner tube
234234
äußeres Rohrouter tube
236236
innerer ringförmiger Spaltinner annular gap
238238
äußerer ringförmiger Spaltouter annular gap
240240
zylindrische Außenwandcylindrical outer wall
242242
Boden von 200 Ground of 200
244244
ringförmiger Spaltannular gap
246246
Vergasungsstoff-EinspeisungsöffnungGasification material feed opening
248248
Wärmerohreheat pipes

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (14)

Wirbelschichtreaktor zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch allotherme Vergasung, mit: – einer Brennkammer mit einer ersten Wirbelschicht zur Erzeugung der für die allotherme Vergasung notwendigen Wärme, – einem Reformer-Reaktor zur Durchführung der allothermen Vergasung mit einer zweiten Wirbelschicht und einer Zuführeinrichtung zur Aufgabe der zu vergasenden Einsatzstoffe, – wobei der Reformer-Reaktor wenigstens teilweise in die Brennkammer eintaucht, und – wobei der Reformer-Reaktor einen die erste Wirbelschicht durchsetzenden Strömungskanal definiert, in dem die zweite Wirbelschicht in einer vorbestimmten Strömungsrichtung zirkuliert.Fluidised bed reactor for producing product gas from carbonaceous feedstocks by allothermic gasification, with: A combustion chamber with a first fluidized bed for generating the heat necessary for the allothermal gasification, A reformer reactor for carrying out the allothermal gasification with a second fluidized bed and a feed device for discharging the feedstocks to be gasified, - wherein the reformer reactor is at least partially immersed in the combustion chamber, and - wherein the reformer reactor defines a first fluidized bed passing through the flow channel in which circulates the second fluidized bed in a predetermined flow direction. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal einen Reformierungsabschnitt, der innerhalb der Brennkammer angeordnet ist, und einen Pyrolyseabschnitt umfasst.Fluidized bed reactor according to claim 1, characterized in that the flow channel comprises a reforming section, which is arranged within the combustion chamber, and a pyrolysis section. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyrolyseabschnitt eine Vergasungskammer umfasst, in die die Zuführeinrichtung mündet.Fluidized bed reactor according to claim 2, characterized in that the pyrolysis section comprises a gasification chamber into which the feed device opens. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – der Strömungskanal einen Hauptströmungskanal umfasst, in dem die zweite Wirbelschicht in der Strömungsrichtung durch ein Fallrohr von einem Zyklon zu der Vergasungskammer befördert wird; wobei – der Zyklon oberhalb der Vergasungskammer angeordnet ist.Fluidised bed reactor according to claim 3, characterized in that: - The flow channel comprises a main flow channel in which the second fluidized bed is conveyed in the flow direction through a downpipe from a cyclone to the gasification chamber; in which - The cyclone is located above the gasification chamber. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungskammer als Strömungsverteiler ausgebildet ist und der Strömungskanal n Nebenströmungskanäle umfasst, in denen die zweite Wirbelschicht durch n Steigrohre von der Vergasungskammer zu dem Zyklon befördert wird, wobei n > 1 ist.Fluidized bed reactor according to claim 4, characterized in that the gasification chamber is formed as a flow distributor and the flow channel comprises n Nebenströmungskanäle in which the second fluidized bed is conveyed by n risers from the gasification chamber to the cyclone, where n> 1. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Vergasungskammer verbundener Endabschnitt von jedem der Steigrohre innerhalb der Brennkammer angeordnet ist.A fluidized bed reactor according to claim 5, characterized in that at least one end portion connected to the gasification chamber of each of the riser tubes is disposed within the combustion chamber. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Endabschnitte der Steigrohren jeweils einen Siphon-Abschnitt enthalten; – die Vergasungskammer mit einer ersten Fluidisierungseinrichtung und jedes Steigrohr im Bereich seines Siphon-Abschnitts mit einer zweiten Fluidisierungseinrichtung verbunden ist; und – der Zyklon mit einer Produktgasleitung zur Ableitung des Produktgases verbunden ist.Fluidised bed reactor according to claim 6, characterized in that: The end sections of the riser pipes each contain a siphon section; - The gasification chamber is connected to a first fluidizing means and each riser in the region of its siphon portion with a second fluidizing means; and - The cyclone is connected to a product gas line for the discharge of the product gas. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Fallrohrs eine vertikal ausgerichtete n-zählige Symmetrieachse ist, um die die n Steigrohre symmetrisch angeordnet sind, und die Mündungsstellen der Steigrohre in Abständen von 360°/n auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der n-zähligen Symmetrieachse liegt.Fluidized bed reactor according to claim 6 or 7, characterized in that the longitudinal axis of the drop tube is a vertically oriented n-fold symmetry axis about which the n riser tubes are arranged symmetrically, and the mouth points of the riser tubes are arranged at intervals of 360 ° / n on a circle whose center lies on the n-fold symmetry axis. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vergasungskammer in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet ist, dessen Symmetrieachse mit der n-zähligen Symmetrieachse zusammenfällt; – der Wirbelschichtreaktor ein Sackrohr umfasst, dessen Symmetrieachse mit der n-zähligen Symmetrieachse zusammenfällt und das mit seinem offenen Ende von unten in die Vergasungskammer hineinragt, so dass in der Vergasungskammer ein Ringraum um das Sackrohr gebildet ist; und – im Betrieb des Wirbelschichtreaktors sich das offene Ende unterhalb der Oberfläche der ersten Wirbelschicht befindet.Fluidized bed reactor according to claim 8, characterized in that - The gasification chamber is designed in the form of a right circular cylinder whose axis of symmetry coincides with the n-fold axis of symmetry; - The fluidized bed reactor comprises a blind tube whose axis of symmetry coincides with the n-fold axis of symmetry and which projects with its open end from below into the gasification chamber, so that in the gasification chamber, an annular space is formed around the blind tube; and - During operation of the fluidized bed reactor, the open end is below the surface of the first fluidized bed. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Wärmerohranordnung mit wenigstens einem Wärmerohr, dessen Wärme abgebender Endabschnitt sich in die zweite Wirbelschicht erstreckt, umfasst.Fluidized bed reactor according to one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a heat pipe arrangement with at least one heat pipe whose heat-emitting end portion extends into the second fluidized bed. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des wenigstens einen Wärmerohrs parallel zu der n-zähligen Symmetrieachse ist und das wenigstens eine Wärmerohr die Vergasungskammer zwischen dem Sackrohr und den n Siphons durchdringt.Fluidized bed reactor according to claim 10, characterized in that the longitudinal axis of the at least one heat pipe is parallel to the n-fold axis of symmetry and the at least one heat pipe penetrates the gasification chamber between the blind tube and the n siphons. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die allotherme Vergasung eine allotherme Wasserstoffvergasung ist.Fluidized bed reactor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the allothermal gasification is an allothermic hydrogen gasification. Verfahren zur Erzeugung von Produktgas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen durch allotherme Vergasung mit Hilfe des Wirbelschichtreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Erzeugung von Pyrolysegas durch pyrolytische Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe in dem Pyrolyseabschnitt des Strömungwegs, – Erzeugen einer zirkulierenden Strömung der zweiten Wirbelschicht, die das Pyrolysegas und bei der pyrolytischen Umsetzung entstandene Feststoffe enthält, entlang des Strömungwegs, – Erzeugen des Produktgases in dem Reformierungsabschnitt durch Aufnahme von Wärme aus der ersten Wirbelschicht, – Trennen des Produktgases und der Feststoffe in dem Zyklon, und – Rückführen der Feststoffe in den Pyrolyseabschnitt und Ableiten des Produktgases aus dem Wirbelschichtreaktor.A method for producing product gas from carbonaceous feedstocks by allothermic gasification using the fluidized bed reactor of any of claims 1 to 12, the method comprising the steps of: - producing pyrolysis gas by pyrolytic reaction of the carbonaceous feedstocks in the pyrolysis section of the flowpath, - generating a circulating Flow of the second fluidized bed, containing the pyrolysis gas and solids produced in the pyrolytic reaction, along the flowpath, Producing the product gas in the reforming section by absorbing heat from the first fluidized bed, separating the product gas and the solids in the cyclone, and returning the solids to the pyrolysis section and discharging the product gas from the fluidized bed reactor. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die allotherme Vergasung eine allotherme Wasserstoffvergasung ist.A method according to claim 13, characterized in that the allothermic gasification is an allothermic hydrogen gasification.
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