DE19948332B4

DE19948332B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen heizwertreicher Brennstoffe

Info

Publication number: DE19948332B4
Application number: DE19948332A
Authority: DE
Inventors: Thomas Steer
Original assignee: Steer Thomas Dr-Ing
Current assignee: Steer Thomas Dr-Ing
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: US7507266B2; PT1218471E; US7094264B2; US20020148597A1; US20060265955A1; ATE288466T1; EP1218471B1; EP1218471A1; US20050166457A1; AU7915000A; DK1218471T3; ES2235961T3; WO2001025371A1; DE50009434D1; DE19948332A1

Abstract

Verfahren zum Gewinnen heizwertreicher Brenngase, bei welchem kohlenstoffhaltige Stoffe in einer Feststoffpartikel enthaltenden Wirbelschicht mit Hilfe eines gasförmigen Vergasungsmittels unter Wärmezufuhr allotherm vergast und die gebildeten Gase von den Feststoffpartikeln getrennt und abgezogen werden, wobei die Feststoffpartikel in einem absteigenden ersten Bett (1) indirekt erwärmt und einem aufsteigenden, fluidisierten zweiten Bett (2) zugeführt werden, in dem die Wirbelschicht gebildet wird und der Hauptteil der Vergasung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung heizwertreicher Brenngase sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Nachhaltiges Wirtschaften rückt immer mehr in den Mittelpunkt der gesellschaftlichen Zielsetzung. Der Energieerzeugung aus Abfallstoffen und regenerativen Substanzen, wie z.B. biogenen Brennstoffen in der Erst- oder in der Folgenutzung, kommt damit eine besondere Bedeutung zu. Weiterhin rückt zum Ende des 20. Jahrhunderts die Erzeugung von Wasserstoff mehr in den Mittelpunkt des Interesses, nicht zuletzt durch die beginnende Nutzung von Wasserstoff in Brennstoffzellen.

Die energetische Nutzung fester, pastöser oder flüssiger Brennstoffe erfolgt zumeist durch Verbrennung mit nachfolgender Nutzung der bei der Verbrennung frei werdenden, zuvor chemisch gebundenen Wärme.

Daneben gibt es seit langem Ansätze, Vergasungsverfahren zur Erzeugung heizwertreicher Brenngase aus festen, pastösen oder flüssigen Brennstoffen zu etablieren. Der brennbare Teil des Rohgases bei jeder Vergasung besteht zum Großteil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, geringere Anteile sind Methan und höhere Kohlenwasserstoffe. Jede Art der Vergasung ist daher ein Wasserstofferzeuger.

Wesentlicher Vorteil der Vergasung gegenüber der Verbrennung ist, daß die in der Ausgangssubstanz enthaltenen Schadstoffe in reduzierender Atmosphäre in Bestandteile oder in relativ einfache chemische Verbindungen überführt werden. Die Gasvolumina sind im Vergleich zur Verbrennung deutlich kleiner, so daß eine Gasreinigung bei Vergasung im Vergleich zur Verbrennung bei gleicher Zielstellung einfacher und kostengünstiger erfolgen kann.

Es gibt drei Grundtypen von Vergasungsverfahren:

1. Die Vergasung fester, pastöser oder flüssiger Brennstoffe mit dem Vergasungsmedium Luft ist technisch das einfachste Verfahren und führt zu einer Teiloxidation. Der Heizwert des erzeugten Gases ist niedriger als der des eingesetzten Brennstoffs. Die Vergasungstemperaturen liegen typisch im Bereich zwischen 600°C und 900°C. Bei diesen Temperaturen entstehen in erheblichem Umfang Teere. Ein großflächiger Einsatz des Verfahrens kam bislang nicht zustande, da die Entfernung der Teere aus dem Gas für kleine Vergaser technisch bislang nicht hinreichend kontrolliert werden kann.
2. Die Vergasung fester, pastöser oder flüssiger Brennstoffe mit dem Vergasungsmedium Sauerstoff führt, ebenso wie die Luftvergasung, zu einer Teiloxidation mit einer Verringerung des Heizwerts. Die Vergasungstemperaturen liegen typisch bei 1600° C, so daß Teerbildung ausgeschlossen ist. Ein großflächiger Einsatz kam bislang nicht zustande, da die Erzeugung des benötigten Sauerstoffs mit hohen Kosten verbunden ist und betriebswirtschaftliche Kalkulationen zu stark belastet. Die Sauerstoffvergasung führt gegenüber der Luftvergasung zu kleineren Gasmengen, da durch das Vergasungsmedium kein inerter Stickstoffanteil eingetragen wird.
3. Die Vergasung fester, pastöser oder flüssiger Brennstoffe mit dem Vergasungsmedium Wasserdampf führt zu einem Gas, das heizwertreicher ist als der ursprünglich eingesetzte Brennstoff. Dem Vergasungsreaktor muß daher von außen Wärme zugeführt werden. Die Vergasungstemperaturen liegen typisch bei 600°C bis 900°C. Dabei ist die Bildung von Teer möglich. Das Potential ist jedoch niedriger als bei Luftvergasung. Ein großflächiger Einsatz kam bislang nicht zustande, da vor allen Dingen die Problematik des Wärmeeintrags in den Reaktor nicht hinreichend gelöst ist. Die Gasmengen der Wasserdampfvergasung liegen zwischen denen der Luft- und der Sauerstoffvergasung. Dies liegt darin begründet, daß bei der Wasserdampfvergasung der Kohlenstoff des Brennstoffs durch den Sauerstoff des Wasserdampfes zu Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid oxidiert wird, wodurch zusätzlich Wasserstoff entsteht. Das Wasserstofferzeugungspotential der Wasserdampfvergasung liegt damit erheblich über dem der Luft- oder Sauerstoffvergasung.

Vergasungsverfahren, bei denen die benötigte Reaktionswärme durch Teiloxidation zugeführt wird, werden als autotherm bezeichnet, während solche, bei denen die benötigte Reaktionswärme von außen zugeführt wird, als allotherm bezeichnet werden.

Die allotherme Wasserdampfvergasung von festen, pastösen oder flüssigen Brennstoffen findet zur Sicherstellung gleichmäßiger Reaktionsbedingungen üblicherweise in einer Wirbelschicht statt. Hierbei wird ein Bett aus kleinen Feststoffpartikeln von unten mit Wasserdampf angeströmt. Die Anströmgeschwindigkeit ist so groß, daß die Feststoffpartikel zumindest in der Schwebe gehalten werden. Man spricht von einer stationären Wirbelschicht, wenn die Feststoffpartikel eine fest definierte Oberfläche mit aufsteigenden Gasblasen ausbilden, während bei einer zirkulierenden Wirbelschicht der wesentliche Teil der Feststoffpartikel mit dem Gasstrom aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragen, aus dem Gasstrom abgeschieden und dann über eine Fallstrecke wieder dem unteren Teil des eigentlichen Wirbelschichtreaktors zugeführt wird. Die Feststoffpartikel können inert sein, z.B. aus Quarzsand, Kalkstein, Dolomit, Korund oder ähnlichem; sie können jedoch auch aus der Asche des Brennstoffs bestehen. Die Feststoffpartikel können durch katalytische Eigenschaften die Vergasungsreaktionen beschleunigen.

In der US 4,154,581 ist ein Gaserzeuger mit zwei Reaktionsbereichen beschrieben, der im Aufheizteil ein exothermes Reaktionsumfeld hat, so daß die Wärme direkt bereitgestellt wird. Der Wärmetransport wird dadurch sichergestellt, daß Bettmaterial mit unterschiedlicher Körnung verwendet wird. Ein grobkörniges Material verbleibt im exothermen Bett, während eine feinkörnige Fraktion vom exothermen in den endothermen Bereich und zurück wandert. Die feinkörnige Fraktion übernimmt dabei die Funktion des Wärmetransports.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Feststofftransport zwischen den Betten mit dem Wärmehaushalt der Betten zur Deckung gebracht werden muß, was bei den hohen Betriebstemperaturen und unterschiedlichen Lastzuständen große Anforderungen an die Regelungs- und Steuerorgane stellt. Weiterhin ist zwischen dem Verbrennungs- und dem Vergasungsbereich keine Trennung aus der Sicht der Brennstoffe vorhanden, so daß mögliche Schadstoffe aus dem Brennstoff sowohl im Vergasungs- als auch im Verbrennungspfad auftreten können, was das System der Gasreinigung verkompliziert.

Aus der EP 0 329 673 ebenso wie aus der US 5,059,404 ist es bekannt, den Wärmeeintrag mit Hilfe von Wärmetauschern zu realisieren, die im Wirbelbett, also in der Reaktionszone, vorgesehen sind. Der Nachteil einer solchen Konzeption besteht darin, daß durch die Anordnung der Wärmetauscher in der Reaktionszone die Abmessung der Reaktionszone bzw. der Wirbelschicht durch die erforderlichen Wärmetauschflächen vor gegeben sind. Darüber hinaus sind die Wärmetauschflächen den korrosiven Einflüssen schädlicher Bestandteile des Brennstoffes direkt ausgesetzt, was bei Oberflächentemperaturen von 600°C bis über 900°C extreme Anforderungen an das Material stellt.

Schließlich ist aus der DE 197 36 867 A1 eine Kombination aus autothermen und allothermen Verfahren bekannt. Dabei wird die erforderliche Reaktionswärme über heiße Dampf und Rauchgase aus einer Teilverbrennung des Produktgases zugeführt.

Die Kombination eines auto- und allothermen Verfahrens führt dazu, daß die Gasmenge durch den Stickstoffanteil stark ansteigt, der mit der Luft für die Teilverbrennung eingetragen wird. Die Partialdrücke der Nutzgase sinken somit ab, was die nachfolgende Gasreinigung und Gasnachbehandlung nachteilig beeinflußt.

Eine Wirbelschicht ist eine seit vielen Jahren erprobte und vielfach angewandte Technologie. Anwendungsgebiete sind z.B. die Trocknung und die Verbrennung fester Stoffe oder von Schlämmen. Basis jedes Wirbelschichtverfahrens ist ein Reaktor, in dem ein Feststoffinventar durch Anströmung von unten soweit aufgelockert wird, daß die Einzelpartikel in der Luft zu schwimmen beginnen, das Feststoffinventar wird fluidisiert.

Man unterscheidet zwei Grobtypen: Bildet sich eine feste Oberfläche des fluidisierten Feststoffinventars, spricht man von einer stationären Wirbelschicht. Werden die Teilchen mit dem Gasstrom aus dem Reaktor ausgetragen, spricht man von einer zirkulierenden Wirbelschicht. Jede zirkulierende Wirbelschicht hat als weitere wesentliche Merkmale eine Vorrichtung zur Trennung der ausgetragenen Feststoffpartikel aus dem Gasstrom sowie eine weitere zur Rückführung der abgetrennten Feststoffpartikel in den Reaktor.

Im Laufe der Zeit haben sich für beide Grundtypen eine Vielzahl von Bauformen herausgebildet, die versuchen, die Nachteile der einen zu vermeiden und die Vorzüge der anderen zu nutzen.

Beispielhaft sei hier erwähnt:
DE 28 36 531 : Ein stationäres Wirbelschichtverfahren, bei dem mittels Einbau einer Trennwand Bereiche unterschiedlicher Fluidisierung ausgebildet werden, so daß sich in einem stationären Bett eine Zirkulation von Bettmaterial einstellt.
EP 0302 849 : Eine zirkulierende Wirbelschicht, die eine Weiterentwicklung der DE 28 36 531 darstellt, durch ihre Baugröße jedoch eher an eine stationäre als an eine zirkulierende Wirbelschicht erinnert.
DE 33 20 049 : Ein stationäres Wirbelschichtverfahren, bei dem sich durch unterschiedliche Betthöhen eine Zirkulation von Bettmaterial einstellt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung heizwertreicher Brenngase anzugeben, mit deren Hilfe die obengenannten Probleme zumindest teilweise beseitigt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafterweise befindet sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Heizeinrichtung im Reaktionsraum. Dadurch werden bisher bestehende Korrosionsprobleme vermieden. Darüber hinaus sind das erfinderische Verfahren und die erfinderische Vorrichtung nicht auf spezielle Heizeinrichtungen beschränkt, sondern gestatten die Verwendung beliebiger Heizeinrichtungen, insbesondere rohrförmiger Wärmetauscher. Vorteilhafterweise gelangen keine Brennstoffpartikel aus der reduzierenden in eine oxidierende Zone. Ferner kann die Ausgestaltung des Reaktionsraumes unabhängig von den geometrischen Vorgaben für die Heizung vorgenommen werden, so daß sich die Baugröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimieren läßt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens wird das absteigende erste Bett durch Einspritzung eines Gases aufgelockert oder leicht fluidisiert, wodurch vorteilhafterweise eine unerwünschte Agglomeration der Feststoffpartikel verhindert und der Transport des Bettmaterials unterstützt wird. In einer anderen Ausführungsform wird das absteigende erste Bett indirekt mit Hilfe eines Wärmetauschers, durch den ein Heizmedium strömt, erwärmt. Dabei kann das Heizmedium bei der Wärmeabgabe an das absteigende erste Bett im Wärmetauscher pulsierend strömen. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang von Wärmetauscher zum absteigenden ersten Bett verbessert.

Ferner kann die Vergasung unter Druck bzw. unter atmosphärischen Bedingungen erfolgen. Die kohlenstoffhaltigen Stoffe können aus flüssigen, pastösen oder festen Stoffen, insbesondere aus Koks, Erdöl, Biomasse oder Abfallstoffen, bestehen. Vorteilhafterweise gestattet also das erfindungsgemäße Verfahren die Verarbeitung unterschiedlichster kohlenstoffhaltiger Stoffe. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Wasserdampf als Vergasungsmittel eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können der Aufheizbereich und der Reaktionsbereich durch eine unterschiedliche Fluidisierung des Wirbelbettes getrennt sein, wobei die unterschiedliche Fluidisierung eine Zirkulation des Bettmaterials um eine oder mehrere im wesentlichen horizontale Achse bewirkt. Die im wesentlichen horizontalen Achsen können dabei ringförmig geschlossen sein. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich besonders durch eine kompakte Bauweise aus. In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Aufheizbereich und der Reaktionsbereich durch eine Wand getrennt. Ferner können der Aufheizbereich und der Reaktionsbereich jeweils in einem eigenen Reaktor ausgebildet sein. Diese beiden Ausführungsformen bieten den Vorteil einer sicheren Trennung des Aufheizbereiches vom Reaktionsbereich durch konstruktive Maßnahmen. Die Einrichtung für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel kann eine Wandöffnung oder eine Rohrleitung sein. Ferner kann diese Einrichtung für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel in einem unteren Bereich des Aufheizbereiches vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist diese Einrichtung einen Düsenboden auf, mit dessen Hilfe eine leichte Fluidisierung der Feststoffpartikel im Aufheizbereich erfolgen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die indirekte Wärmezufuhreinrichtung wenigstens ein von einem Heizmedium durchströmbarer Wärmetauscher, der in oder am Aufheizbereich vorgesehen ist. Die Verwendung von Wärmetauschern als Wärmezufuhreinrichtung vereinfacht die Konstruktion des Reaktors. Darüber hinaus kann der Wärmetauscher wenigstens ein Resonanzrohr aufweisen, in dem das Heizmedium bei der Wärmeabgabe an den Aufheizbereich pulsierend strömt. Vorteilhafterweise wird dadurch der Wärmeübergang vom Wärmetauscher zum Aufheizbereich verbessert. Das Resonanzrohr kann zur Resonanzerzeugung mit einer Brennkammer verbunden sein. Die Erzeugung der erwünschten Resonanz kann auch mit Hilfe eines akustischen Schwingers erfolgen, der getrennt von der Brennkammer angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform ist die Einrichtung zur Erzeugung des aufsteigenden, fluidisierenden Wirbelschichtbettes ein in einem unteren Bereich des Reaktionsbereiches vorgesehener Düsenboden. Ein solcher Düsenboden bietet den Vorteil, gleichmäßig das Fluidisierungsmedium in den Reaktionsbereich einzudüsen.

Die Einrichtung zur Trennung der bei der Vergasung entstehenden Gase von den Feststoffpartikeln kann ein Zyklon sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Einrichtung zur Trennung Einbauten zur Ausbildung einer scharfen Umlenkung der Gasströmung auf, an der sich der Gas- und Feststoffpartikelstrom trennen, wobei sich an die Einbauten ein Kanal zur Gasabfuhr und der Aufheizbereich anschließen. Ferner kann zur Ausbildung eines Feststoffpartikelkreislaufes eine Einrichtung für die Überführung der Feststoffpartikel aus dem Reaktionsbereich in den Aufheizbereich vorgesehen sein. Diese Einrichtung kann eine Wandöffnung oder eine Rohrleitung sein. Bevorzugterweise ist diese Einrichtung in einem oberen Bereich des Reaktionsbereiches vorgesehen.

Der Zufuhrbereich für die kohlenstoffhaltigen Stoffe kann in den Aufheizbereich münden. Außerdem kann eine Zufuhreinrichtung für die kohlenstoffhaltigen Stoffe auch in den Reaktionsbereich münden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Einrichtung zur Trennung der Gase von den Feststoffpartikeln Einbauten aufweist, und
2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Einrichtung zur Trennung der Gase von den Feststoffpartikeln ein Zyklon ist.
Die in der 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt einen Reaktionsbereich 3, in dem kohlenstoffhaltige Stoffe vergast werden. Die kohlenstoffhaltigen Stoffe befinden sich in einem aufsteigenden, fluidisierten Wirbelschichtbett 2, das mit Hilfe der Einrichtung 4 im Reaktionsbereich 3 erzeugt wird. Diese im unteren Bereich des Reaktionsbereiches 3 vorgesehene Einrichtung 4 kann beispielsweise ein offener oder geschlossener Düsenboden sein, durch den das Fluidisierungsmedium Wasserdampf eingeblasen wird. Der Wasserdampf kann mit Gasen gemischt sein. Der Düsenboden 15 begrenzt den Reaktionsbereich 3, in dem die Wirbelschicht 2 ausgebildet ist. Neben oder unterhalb des Düsenbodens 15 befindet sich ein in 1 nichtgezeigter Abzug, aus dem z.B. Bettmaterial, Störstoffe aus dem Brennstoff, Asche und nichtreagierte Brennstoffbestandteile abgezogen werden können. In den Abzug kann Dampf eingedüst werden, der zum einen den Abzug erleichtert und zum anderen eine Nachreaktion von Restbestandteilen des Brennstoffs gewährleistet. Die gezeigte Ausführungsform umfaßt ferner einen Aufheizbereich 6, der vom Reaktionsbereich 3 durch eine Vorrichtung 9 getrennt ist. Beim Betrieb des Reaktors wird im Aufheizbereich 6 ein absteigendes Bett 1 aus Feststoffpartikeln ausgebildet, Im unteren Bereich der Aufheizzone 6 kann ein Düsenboden 22 angeordnet sein, durch den Dampf einströmt, der zur Verbesserung des Stofftransports das Bettmaterial der Aufheizzone auflockert oder schwach fluidisiert.
Wie in der 1 gezeigt, ist im Aufheizbereich 6 eine Einrichtung 8 für die indirekte Wärmezufuhr angeordnet. Diese Wärmezufuhreinrichtung 8 kann beispielsweise ein oder mehrere Wärmetauscher sein. Es ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in der 1 gezeigte spezielle Anordnung des Wärmetauschers 12 beschränkt ist, sondern daß andere Anordnungen, beispielsweise an der Wand des Aufheizbereiches 6, ebenfalls denkbar sind. Darüber hinaus kann anstelle des gezeigten rohrförmigen Wärmetauschers 12 ein flächiger Wärmetauscher, der beispielsweise in die Wandung des Aufheizbereiches 6 integriert ist, eingesetzt werden.
Der im Aufheizbereich vorgesehene Wärmetauscher 12 kann teilweise aus Resonanzrohren 13 bestehen, in denen das Heizmedium bei der Wärmeabgabe in den Aufheizbereich 6 pulsierend strömt. Die Resonanzrohre 13 sind zur Erzeugung der Resonanzschwingung mit einer nicht gezeigten Brennkammer oder einem anderen Resonanzerzeuger verbunden. Die Aufheizung des Heizmediums erfolgt direkt durch Verbrennung einer brennbaren Substanz mit sauerstoffhaltigem Gas.
Wie der 1 zu entnehmen, erfolgt also die Aufheizung der Feststoffpartikel getrennt von der im Reaktionsraum 3 stattfindenden Vergasung. Aufgrund der schwachen Fluidisierung des Aufheizbereiches bildet sich dort ein langsames absteigendes Bett 1, während sich aufgrund der starken Fluidisierung des Reaktionsbereiches 3 dort ein schnelles aufsteigendes Wirbelschichtbett 2 ausbildet. Durch die Anordnung des Wärmetauschers 12 im langsamen absteigenden Bett 1 wird der starke mechanische Abrieb des Wärmetauschers, der bisher im Stand der Technik stattfand, herabgesetzt. Außerdem ist der Wärmetauscher 12 im Aufheizbereich weniger starken Korrosionseinflüssen als im Reaktionsbereich 6 ausgesetzt. Das bedeutet, daß dadurch der Reaktor eine längere Standzeit aufweist.
Der Aufheizbereich 6 ist über eine Einrichtung 7 mit dem Reaktionsbereich 3 verbunden, mit deren Hilfe die im Aufheizbereich 6 erwärmten Feststoffpartikel in den Reaktionsbereich 3 überführt werden. Wie in der 1 gezeigt, ist diese Einrichtung 7 als Wandöffnung 10 ausgebildet. Diese Einrichtung 7 kann aber auch beispielsweise als Rohrleitung ausgebildet sein. Zur Unterstützung des Transportes der erwärmten Feststoffpartikel aus dem Aufheizbereich 6 in den Reaktionsbereich 3 kann die Einrichtung 7 für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel einen Düsenboden 11 aufweisen. Mit Hilfe dieses Düsenbodens 11 können die Feststoffpartikel aufgelockert oder leicht fluidisiert werden. Als Düsenboden 11 kann der zur Erzeugung der aufsteigenden, fluidisierten Wirbelschicht 2 eingesetzte Düsenboden 15 verwendet werden, wobei beachtet werden muß, daß im Reaktionsbereich 3 eine stärkere Fluidisierung als im Aufheizbereich 6 stattfindet.
Zur Ausbildung eines Feststoffpartikelkreislaufes ist im oberen Bereich des Reaktionsbereiches 3 eine Einrichtung 16 für die Rückführung der Feststoffpartikel aus dem Reaktionsbereich 3 in den Aufheizbereich 6 vorgesehen. Diese Einrichtung 16 kann, wie in 1 zeigt, eine Wandöffnung 17 sein. Es ist ebenfalls denkbar, diese Einrichtung 16 als Rohrleitung auszubilden. Die Einrichtung 5 zur Trennung der bei der Vergasung entstehenden Gase von den Feststoffpartikeln und zur Abführung dieser Gase sind in der in 1 gezeigten Ausführungsform Einbauten 18 und 19. Die Einbauten 18 und 19 bewirken eine scharfe Umlenkung der Strömung, denen die Feststoffpartikel nicht folgen können. Gasstrom und Feststoffpartikelstrom trennen sich somit an den Einbauten. Die Gasströmung wird über den Gasweg 20 abgeführt, durch den die Einbauten 18 und 19 getrennt sind. Der Feststoffpartikelstrom regnet in den Aufheizbereich 6, der sich unterhalb der Einbauten 18 und 19 befindet.
Bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform mündet eine Zufuhreinrichtung 21 für die kohlenstoffhaltigen Stoffe in den Aufheizbereich 6. Der Brennstoff kann dabei entweder im Bereich des Bettes 1 eingepreßt oder von oben auf das Bett 1 abgeworfen werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine weitere Zufuhreinrichtung vorzusehen, die in den Reaktionsbereich 3 mündet.
Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform wird das Bettmaterial in einem Zyklon aus dem Gasstrom abgeschieden und über das absteigende Bett 1 wieder dem unteren Bereich des aufsteigenden Bettes 2 zugeführt. Der Gasstrom strömt in diesem Fall über das Rohr 23 tangential in den als Zyklon ausgebildeten Abscheideraum 5 ein.

Claims

Verfahren zum Gewinnen heizwertreicher Brenngase, bei welchem kohlenstoffhaltige Stoffe in einer Feststoffpartikel enthaltenden Wirbelschicht mit Hilfe eines gasförmigen Vergasungsmittels unter Wärmezufuhr allotherm vergast und die gebildeten Gase von den Feststoffpartikeln getrennt und abgezogen werden, wobei die Feststoffpartikel in einem absteigenden ersten Bett (1) indirekt erwärmt und einem aufsteigenden, fluidisierten zweiten Bett (2) zugeführt werden, in dem die Wirbelschicht gebildet wird und der Hauptteil der Vergasung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das absteigende erste Bett (1) durch Einspritzung eines Gases aufgelockert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das absteigende erste Bett (1) leicht fluidisiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das absteigende erste Bett (1) indirekt mit Hilfe eines Wärmetauschers, durch den ein Heizmedium strömt, erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmedium bei der Wärmeabgabe an das absteigende erste Bett (1) pulsierend strömt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung unter Druck erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasung unter atmosphärischen Bedingungen erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Stoffe aus flüssigen, pastösen oder festen Stoffen, insbesondere aus Koks, Erdöl, Biomasse oder Abfallstoffen, bestehen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel Wasserdampf ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit – einem Reaktionsbereich (3) für die Vergasung der kohlenstoffhaltigen Stoffe, – einer Einrichtung (4) zur Erzeugung des aufsteigenden fluidisierten Wirbelschichtbettes (2) im Reaktionsbereich (3) – einer Einrichtung (5) zur Trennung der bei der Vergasung entstehenden Gase von den Feststoffpartikeln und zur Abführung dieser Gase, – einem Aufheizbereich (6) für die Aufheizung der Feststoffpartikel im absteigenden Bett (1), wobei der Aufheizbereich (6) vom Reaktionsbereich (3) im wesentlichen getrennt ist, – einer Einrichtung (7) für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel aus dem Aufheizbereich (6) in den Reaktionsbereich (3), und – einer indirekten Wärmezufuhreinrichtung (8), die dem Aufheizbereich (6) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizbereich (6) und der Reaktionsbereich (3) durch eine unterschiedliche Fluidisierung des Wirbelbettes getrennt sind, wobei die unterschiedliche Fluidisierung eine Zirkulation des Bettmaterials um eine oder mehrere im wesentlichen horizontale Achsen bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen horizontalen Achsen ringförmig geschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizbereich (6) und der Reaktionsbereich (3) durch eine Wand (9) getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheizbereich (6) und der Reaktionsbereich (3) jeweils in einem eigenen Reaktor ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel eine Wandöffnung (10) oder eine Rohrleitung ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) für die Überführung der erwärmten Feststoffpartikel in einem unteren Bereich des Aufheizbereiches (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) für die Überführung dar erwärmten Feststoffpartikel einen Düsenboden (11) zur leichten Fluidisierung der Feststoffpartikel aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekte Wärmezufuhreinrichtung (8) wenigstens ein von einem Heizmedium durchströmbarer Wärmetauscher (12) ist, der im oder am Aufheizbereich (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12) wenigstens ein Resonanzrohr (13) aufweist, in dem das Heizmedium bei der Wärmeabgabe an den Aufheizbereich (6) pulsierend strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Resonanzrohr (13) zur Resonanzerzeugung mit einer Brennkammer verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Resonanzerzeugung ein akustischer Schwinger vorgesehen ist, der getrennt von einer Brennkammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des aufsteigenden fluidisierten Wirbelschichtbettes (2) ein in einem unteren Bereich des Reaktionsbereiches (3) vorgesehener Düsenboden (15) ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Trennung der bei der Vergasung entstehenden Gase von den Feststoffpartikeln in Zyklon ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Abströmung der im aufsteigenden Bett erzeugten Gase durch Einbauten (18, 19) blockiert ist, die eine mehrfache Umlenkung der Gasströmung bedingt und die mehrfache Umlenkung zu einer weitgehenden Abtrennung der Feststoffpartikel aus dem Gasstrom führt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines Feststoffpartikelkreislaufes eine Einrichtung (16) für die Überführung der Feststoffpartikel aus dem Reaktionsbereich (3) in den Aufheizbereich (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Überführung (16) der Feststoffpartikel aus dem Reaktionsbereich (3) in den Aufheizbereich (6) eine Wandöffnung (17) oder eine Rohrleitung ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) für die Überführung der Feststoffpartikel in einem oberen Bereich des Reaktionsbereiches (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufuhreinrichtung (21) für die kohlenstoffhaltigen Stoffe in den Aufheizbereich (6) mündet.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufuhreinrichtung für die kohlenstoffhaltigen Stoffe in den Reaktionsbereich (3) mündet.