DE60027591T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Vergasung von flüssigem oder festem Brennstoff - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Vergasung von flüssigem oder festem Brennstoff Download PDF

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Kunio Sagamihara-shi YOSHIKAWA
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Ltd. Masaru Electric Power Development Co SAKAI
Toru Ishikawajima-Harima Heavy Ind. ISHII
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Nippon Furnace Co Ltd
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs, und insbesondere auf einen derartigen Reaktor und ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines relativ hochqualitativen Syngases durch Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs, wie zum Beispiel von Abfallstoffen, Kohle, Brennstoff aus Biomasse, Schweröl etc., mittels einer thermischen Zersetzungsreaktion.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein System zum Vergasen von festen Brennstoffen ist bekannt, bei dem ein Abfallstoff, wie zum Beispiel Kunststoffabfall, Schlamm, Schredderreste, städtischer Müll oder ein fester Brennstoff, wie zum Beispiel Kohle, in einen thermischen Zersetzungsofen eingespeist wird. Der feste Brennstoff wird bei hohen Temperaturen thermisch in einer reduzierenden Atmosphäre, die weniger Sauerstoff oder eine geringe Sauerstoffkonzentration aufweist, in ein thermisch zersetztes Gas oder ein Pyrolysegas zersetzt. Im Allgemeinen kann eine Vielfalt an Verbrennungsöfen oder an Abfallverbrennungsöfen als thermischer Zersetzungsofen verwendet werden, wie zum Beispiel ein Schmelzofen zur Vergasung von Abfallstoffen, ein Ofen zur Kohle-Vergasung, ein thermischer Zersetzungsofen von der Art eines Drehofens, ein thermischer Zersetzungsofen, der nach dem Prinzip der externen Erwärmung arbeitet, ein thermischer Zersetzungsofen von der Art eines Kammerofens oder ein thermischer Zersetzungsofen, der nach dem Prinzip der Selbstverbrennung arbeitet, und so weiter.
  • Kürzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein System zur Vergasung von Abfallstoffen entwickelt, umfassend einen Hoch-Temperatur-Luft-Generator zum kontinuierlichen Bereitstellen einer Menge an heißer Luft bei einer hohen Temperatur, die 800 Grad Celcius (im Folgenden als „°C" bezeichnet) übersteigt, und einen Schmelzofen von der Art eines Schmelzofens zur Vergasung von Abfallstoffen, der eine Anzahl an kugelförmigen keramischen Kugeln, den so genannten „körnigen Wärmeüberträgern" enthält. Die Hoch-Temperatur-Luft wird aus dem Hoch-Temperatur-Luft-Generator in den Schmelzofen eingebracht, in welchem der Abfallstoff geschmolzen und auf kugelförmigen keramischen Kugeln verschlackt wird. Das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas, hergestellt durch die thermische Zersetzung von Abfallstoffen, wird aus dem Ofen geführt und in Vorrichtungen zur Gasbehandlung eingebracht, wie zum Beispiel aus dem Ofen und in Vorrichtungen zur Gasbehandlung eingebracht, wie zum Beispiel in Reinigungsvorrichtungen und/oder in Filtrationsvorrichtungen. Die Vorrichtungen zur Gasbehandlung entfernen von dem thermisch zersetzten Gas verschiedene Umweltschadstoffe, wie zum Beispiel Chloride, Schwefel, Schwermetallpartikel und nicht verbrannte Brennstoffe, und sie kühlen das thermisch zersetzte Gas schnell ab, um die erneute Synthese von Dioxin zu vermeiden. Das thermisch zersetzte Gas, welches gereinigt, filtriert und abgekühlt wurde, wird als ein relativ hochqualitatives Syngas verwendet, welches in jede Verbrennungsanlage oder in jede Wärmemaschine eingespeist wird, zum Beispiel in einen Wärmeofen, wie zum Beispiel einem Kessel oder einem Industrieofen; in eine interne Verbrennungsmaschine, wie zum Beispiel einer Gasmaschine, einer Gasturbine oder einer Dieselmaschine; oder in eine Vielzahl an Wärmezyklussystemen.
  • Als ein aktuelles System zur Vergasung, das nach dem Prinzip der thermischen Zersetzung arbeitet, ist ein System bekannt, umfassend einen thermischen Zersetzungsofen zur Herstellung einer Menge an thermisch zersetztem Gas; eine Vorrichtung zur Behandlung von Hoch-Temperatur-Gas, wie zum Beispiel eine Crackingvorrichtung und eine Vorrichtung zur Gasreinigung, um das thermisch zersetzte Gas zu reinigen und abzukühlen. Der thermische Zersetzungsofen arbeitet derart, dass ein flüssiger oder fester Brennstoff, wie zum Beispiel ein Abfallstoff oder Kohle, in einer internen Verbrennungszone des Ofens, die eine Atmosphäre mit geringer Sauerstoffkonzentration oder mit weniger Sauerstoff aufweist, thermisch zersetzt wird. Die Vorrichtung zur Behandlung von Hoch-Temperatur-Gas spaltet Teer oder Öl, welche in dem thermisch zersetzten Gas enthalten sind, und die Vorrichtung zur Gasreinigung wird angepasst, um Schwefel, Staub, Chloride und andere Schadstoffe aus dem thermisch zersetzten Gas zu entfernen, während das Gas schnell abgekühlt wird. Nachdem derartige Spaltungs- und Reinigungsbehandlungen durchgeführt worden sind, wird das thermisch zersetzte Gas als ein aufgereinigtes Syngas in eine Vielzahl an Verbrennungsanlagen eingespeist.
  • Bei einem derartigen System zur Vergasung geht ein großer Anteil Eigenwärme des thermisch zersetzten Gases in den Reinigungs- und Spaltungsvorrichtungen verloren, so dass der thermische Wirkungsgrad des gesamten Systems herabgesetzt wird. Um einen solchen Wärmeverlust zu verhindern, wird in Betracht gezogen, ein Dampfreformierungsverfahren anzuwenden, bei welchem Dampf mit dem thermisch zersetzten Gas gemischt wird, um so die Kohlenwasserstoffe in dem thermisch zersetzten Gas mittels einer Dampfreformierungsreaktion zu reformieren. Im Allgemeinen stellt eine derartige Kohlenwasserstoff-Dampfreformierung eine endotherme Reaktion dar, welche eine Wärmemenge benötigt, die in die Zone, in welcher die Reformierungsreaktion stattfindet, durch eine Vorrichtung zum Erwärmen, die nach dem Prinzip der externen oder internen Verbrennung arbeitet, geliefert wird.
  • Kürzlich haben die Erfinder einen Reaktor vorgeschlagen, der in der Lage ist, kontinuierlich eine Dampfmenge auf eine hohe Temperatur, die größer oder gleich 700°C ist, zu erwärmen, was eine Untersuchung oder eine Forschung zulässt, die hinsichtlich der Anwendungen von Dampf, der als ein inertes Hoch-Temperatur-Gas oder als ein Hoch-Temperatur-Erwärmungsmedium verwendet werden soll, durchgeführt werden sollen. Da der Hoch-Temperatur-Dampf nur nach seiner Kondensation in einen Anteil Wasser umgewandelt wird, ist eine derartige Anwendung des Hoch-Temperatur-Dampfes insbesondere für eine Vereinfachung der Behandlung der Rückstände nach der Abkühlung und Kondensation vorteilhaft, was sich vollkommen von einer Verwendung der anderen inerten Gase, wie zum Beispiel von Stickstoffgas, unterscheidet. Zusätzlich wirkt der eine Temperatur von 700°C oder mehr aufweisende Hoch-Temperatur-Dampf, der einen großen Anteil Eigenwärme aufweist, so, dass an die Reaktionszone zumindest teilweise die für die Reformierungsreaktion erforderliche Wärmemenge geliefert wird.
  • Jedoch ist festgestellt worden, dass die Reaktionswärme, die für die Dampf-Reformierungsreaktion des thermisch zersetzten Gases erforderlich ist, nicht ausreichend erhalten werden kann, sogar wenn der Hoch-Temperatur-Dampf, eine Temperatur aufweist, die 700°C übersteigt, in die Reaktionszone eingespeist wird, und aus diesem Grunde ist es erwünscht, dass ein vereinfachtes Verfahren oder eine vereinfachte Anordnung entwickelt werden soll, welches/welche einen Ausgleich für den Mangel an Wärme, die für die oben erwähnte Reformierungsreaktion erforderlich ist, leisten kann.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner einen Zustand festgestellt, bei dem das oben erwähnte System zur Vergasung von Abfallstoffen eine relativ große Menge an Ruß verursachen kann, die während des Verfahrens der Vergasung und des Verfahrens des Schmelzens von Abfallstoffen innerhalb des Ofens unter Zuhilfenahme der Hoch-Temperatur-Luft, die in einer relativ sauerstoffangereicherten Form vorliegt, erzeugt wird. So ist es ebenfalls erwünscht, einen Lösungsweg zur Verfügung zu stellen, bei dem die Erzeugung oder Herstellung von Ruß in dem Ofen wirksam eingeschränkt werden kann.
  • Basierend auf dieser Grundlage ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, welcher/welches das thermisch zersetzte Gas aus einem Vergasungsofen oder aus einem thermischen Zersetzungsofen reformieren kann, so dass ein relativ hochqualitatives Syngas erhalten wird.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, welcher/welches für eine Wärmemenge sorgen kann, die für die Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe in dem thermisch zersetzten Gas erforderlich ist, ohne dass Vorrichtungen zum Erwärmen, die nach dem Prinzip der internen oder externen Verbrennung arbeiten, bereitgestellt werden müssen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daneben darin, einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Verfügung zu stellen, welcher/welches in einem thermischen Zersetzungsofen oder in einem Vergasungsofen die thermische Zersetzung unterstützen oder beschleunigen kann, wohingegen die Herstellung von Ruß in der thermischen Zersetzungszone eingeschränkt wird.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass ein erwünschtes Syngas mit einer hohen Temperatur hergestellt werden kann, welches eine relativ große Menge an Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, wohingegen die Erzeugung oder Herstellung von Ruß in dem Vergasungs- und Schmelzverfahren signifikant in einem Falle eingeschränkt wird, bei dem sowohl Luft als auch Dampf, die eine hohe 700°C übersteigende Temperatur aufweisen, zumindest in eine der Zonen – die thermische Zersetzungszone für den festen oder flüssigen Brennstoff und die Reformerzone für das thermisch zersetzte Gas – eingespeist werden.
  • Ein Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs, der mit einem Vergaser oder einem thermischen Zersetzungsofen versehen ist, welcher in der Lage ist, durch die thermische Zersetzung des Brennstoffs eine Menge an thermisch zersetztem Gas herzustellen, und der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebaut ist, umfasst zum Durchführen der obigen Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung Mittel zum Erwärmen von Dampf und Luft, um den Niedrig-Temperatur-Dampf (oder das -Wasser) und die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C zu erwärmen, woraus der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft resultieren, und er umfasst Einspeisungsmittel zum Einspeisen des Hoch-Temperatur-Dampfes und der -Luft in eine thermische Zersetzungszone für den Brennstoff und/oder in eine Reformerzone für das thermisch zersetzte Gas.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Verfügung gestellt, bei welchem durch die thermische Zersetzung des Brennstoffs ein Anteil thermisch zersetztes Gas hergestellt wird, wobei Wasser oder der Niedrig-Temperatur-Dampf und die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt werden, und der so erwärmte Hoch-Temperatur-Dampf und die so erwärmte Hoch-Temperatur-Luft in eine thermische Zersetzungszone für den Brennstoff und/oder in eine Reformerzone für das thermisch zersetzte Gas eingespeist werden.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft zumindest in eine der Zonen – die thermische Zersetzungszone und die Reformerzone – eingespeist, so dass die Luft mit dem zersetzten Gas eine exotherme Reaktion eingeht, wohingegen der Dampf mit der in dem zersetzten Gas enthaltenden Kohlenstoffverbindung in einer endothermen Reaktion reagiert. Die Einspeisung eines geeigneten Verhältnisses zwischen der Luft und dem Dampf dahinein, lässt es zu, dass eine erwünschte Reaktion zwischen dem zersetzten Gas und der Luft oder dem Dampf durchgeführt wird, wodurch ein relativ hochqualitatives Roh-Syngas hergestellt werden kann.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs vor, wobei durch die Einspeisungsmittel der oben erwähnte Hoch-Temperatur-Dampf und die oben erwähnte -Luft in die thermische Zersetzungszone und/oder die Reformerzone eingespeist werden, so dass das thermisch zersetzte Gas mittels einer endothermen Reaktion zwischen dem Hoch-Temperatur-Dampf und einer in dem thermisch zersetzten Gas enthaltenden Kohlenstoffverbindung sowie in einer exothermen Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und der Kohlenstoffverbindung zu einem Hoch-Temperatur-Syngas reformiert wird. Der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft werden mit dem thermisch zersetzten Gas gemischt, so dass die Wärme, welche durch die exotherme Reaktion zwischen der Luft und der Kohlenstoffverbindung erhalten wird, den Mangel an Wärme für die endotherme Reaktion zwischen dem Dampf und der Kohlenstoffverbindung ausgleicht. Aus diesem Grunde kann für eine Wärmemenge für das Dampfreformierungsverfahren ohne die Bereitstellung von Vorrichtungen zum Erwärmen, die nach dem Prinzip der internen oder externen Verbrennung arbeiten, gesorgt werden.
  • Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Verfügung, wobei der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft in die thermische Zersetzungszone eingespeist werden, und der Brennstoff durch die Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Dampfes und der -Luft sowie der Wärme der Oxidationsreaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und dem Brennstoff thermisch zersetzt wird, so dass das thermisch zersetzte Gas hergestellt wird. Der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft bewirken, dass der flüssige oder feste Brennstoff thermisch mittels der Eigenwärme des Dampfes und der Luft sowie der Oxidationsreaktionswärme zersetzt wird, wodurch das thermisch zersetzte Gas hergestellt wird. Mit einer derartigen Anordnung kann die thermische
  • Zersetzung und Vergasung des flüssigen oder festen Brennstoffs in einem Vergasungsofen oder in einem thermischen Zersetzungsofen unterstützt oder beschleunigt werden, ohne dass Vorrichtungen zum Erwärmen, die nach dem Prinzip der internen oder externen Verbrennung arbeiten, bereitgestellt werden, wohingegen die Herstellung von Ruß in der thermischen Zersetzungszone eingeschränkt wird.
  • In dieser Beschreibung bedeutet die Bezeichnung „flüssiger oder fester Brennstoff" feste, halbfeste oder flüssige Brennstoffe, einschließlich einer Vielfalt an Abfallstoffen, die Kohlenstoffverbindungen, Kohle, Brennstoffe aus Biomasse, Schweröle und dergleichen enthalten. Der Begriff „Kohlenstoffverbindung" umfasst eine Vielfalt an brennbaren Stoffen, die Kohlenwasserstoffe, organische Kohlenstoffverbindungen oder Kohlenstoff enthalten. Ferner ist in dem Begriff „Luft" Luft, Sauerstoff oder eine Mischung aus Luft und Sauerstoff mit eingeschlossen, und die Bezeichnung „Niedrig-Temperatur-Luft" bedeutet Luft mit einer Umgebungstemperatur oder einer Temperatur, die durch ein gewöhnliches Heizgerät oder einen gewöhnlichen Wärmetauscher erlangt wird, wie zum Beispiel einer Temperatur, die in einem Bereich von 0°C bis 500°C liegt. Überdies bedeutet die Bezeichnung „Niedrig-Temperatur-Dampf" einen Dampf oder einen überhitzten Dampf, welcher eine durch ein gewöhnliches Dampferzeugungsverfahren gegebene Temperatur und einen durch ein gewöhnliches Dampferzeugungsverfahren gegebenen Druck aufweist.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Niedrig-Temperatur-Dampf mit der Niedrig-Temperatur-Luft gemischt, und die Mischung wird dann durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt. Die erwärmte Mischung wird der thermischen Zersetzungszone oder der Reformerzone zugeführt. Vorzugsweise kann der Niedrig-Temperatur-Dampf und die -Luft unter der Regelung einer Mischungskontroll-Vorrichtung gemischt werden, und die Mischung, die ein passendes Gewichtsverhältnis an Niedrig-Temperatur-Dampf enthält, wird in die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft eingespeist.
  • Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jeder Niedrig-Temperatur-Dampf und jede -Luft durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf beziehungsweise durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt. Unter der Regelung einer Mischungs kontroll-Vorrichtung werden der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft miteinander gemischt, so dass eine Hoch-Temperatur-Mischung, die ein passendes Gewichtsverhältnis an Niedrig-Temperatur-Dampf enthält, in die thermische Zersetzungszone oder in die Reformerzone eingespeist wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Mischungskontroll-Vorrichung eine Anordnung aus einem Mischungs-Regelventil oder aus einer Gruppe aus Regelventilanordnungen, die in der Lage sind, ein passendes Mischungsverhältnis aus dem Dampf und der Luft einzustellen oder anzupassen, wie zum Beispiel einer elektronischen Regelvorrichtung zum variablen Einstellen des Mischungsverhältnisses.
  • Entsprechend noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Niedrig-Temperatur-Dampf durch die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt, und er wird durch eine Dampf-Zuführungsleitung in die thermische Zersetzungszone oder in die Reformerzone eingespeist, wohingegen die Niedrig-Temperatur-Luft durch die Vorrichtung zum Erwärmen von Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt wird, und sie wird durch eine Luft-Zuführungsleitung in die thermische Zersetzungszone oder in die Reformerzone eingebracht. Der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft werden innerhalb der thermischen Zersetzungszone oder innerhalb der Reformerzone gemischt.
  • Die oben erwähnte Hoch-Temperatur-Mischung oder der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft werden in eine Zone oder in beide Zonen – die thermische Zersetzungszone und die Reformerzone – eingespeist, so dass der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft mit dem flüssigen oder festen Brennstoff sowie mit der Kohlenstoffverbindung, die in dem thermisch zersetzten Gas enthalten ist, reagiert. Das thermisch zersetzte Gas wird zu einem einen Kohlenwasserstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes Roh-Syngas reformiert, das als ein Hoch-Temperatur-Roh-Syngas in eine Vorrichtung zum Kühlen und in eine Vorrichtung zur Gasbehandlung eingespeist werden soll. In der Vorrichtung zum Kühlen wird vorzugsweise die Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Syngases verwendet, um Wasser zu verdampfen, woraus Niedrig-Temperatur-Dampf resultiert, oder um Dampf, erzeugt von einem Dampfgenerator, zu erwärmen. So kann der thermische Wirkungsgrad in dem gesamten System durch die Wärmerückgewinnung der Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Syngases verbessert werden.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Mittel zum Erwärmen von Dampf und von Luft Wärmetauscher, welche das Niedrig-Temperatur-Fluid (Niedrig-Temperatur-Luft, -Dampf oder eine Mischung aus Niedrig-Temperatur-Luft und -Dampf) erwärmen können, einen Aufteilungsbereich zum Aufteilen des erwärmten Fluids (Hoch-Temperatur-Luft, -Dampf oder eine Mischung aus Hoch-Temperatur-Luft und -Dampf) in einen ersten und zweiten Fluidstrom, und sie umfassen eine Verbrennungszone, in welche eine brennbare Substanz eingespeist werden kann. Der zweite Strom wird in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformerzone geleitet, wohingegen der erste Strom in die Verbrennungszone geleitet wird. Die Wärmetauscher, die Verbrennungszonen und die Aufteilungszonen sind miteinander verbunden, und das Hoch-Temperatur-Verbrennungsgas, das durch eine Verbrennungsreaktion in der Verbrennungszone hergestellt wird, strömt durch die Wärmetauscher aus. Der Wärmetauscher umfasst einen Regenerator, der eine Wärmemenge des Hoch-Temperatur-Verbrennungsgases speichert und die Wärme an das Niedrig-Temperatur-Fluid ausstrahlt. Vorzugsweise kann der Wärmetauscher einen Regenerator vom Honigwabenstrukturtyp darstellen, der mit einer Anzahl an engen Durchflussleitungen versehen ist, durch welche abwechselnd das Verbrennungsgas und das Niedrig-Temperatur-Fluid fließen können. Die Einzelheiten eines derartigen Regenerators vom Honigwabenstrukturtyp sind zum Beispiel in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 10-189 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 10-246428) und der Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-6911 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 6-213585) offenbart. Alternativ kann der Wärmetauscher einen regenerativen Wärmetauscher darstellen, der durch einen Regenerator, welcher eine Anzahl von Pellets, kornförmigen Wärmeüberträgern, Kugeln oder dergleichen enthält, definiert ist.
  • Entsprechend noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Erwärmungsmittel einen Wärmetauscher in Form eines Rekuperators, eines Wärmetauschers von der Art eines spiralförmig ausgebildeten Wärmetauschers oder von der Art eines kühlrippenförmig ausgebildeten Wärmetauschers umfassen. Der Wärmetauscher erwärmt das Wasser, den Niedrig-Temperatur-Dampf oder die Niedrig-Temperatur-Luft, um durch den Wärmeaustausch mit dem Hoch-Temperatur-Syngas einen Mittel-Temperatur-Dampf und eine -Luft oder einen Hoch-Temperatur-Dampf und eine -Luft zu erzeugen. Den Erwärmungsmitteln kann ein Anteil Wasser durch eine geeignete Wasserzuführungsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Vorrichtung zum Sprühen, in Form von Nebel, der feine Wassertröpfchen enthält, zugeführt werden. Alternativ können die Erwärmungsmittel einen Dampfkessel umfassen, der einen Anteil Hoch-Temperatur-Dampf aus dem Wasser erzeugen kann.
  • Der Reaktor zum Vergasen umfasst zum Beispiel Kühlungsmittel für die Abkühlung des Hoch-Temperatur-Syngases, woraus das Niedrig-Temperatur-Syngas resultiert. Die Kühlungsmittel umfassen einen Hoch-Temperatur-Wärmetauscher, in welchem der Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder die Niedrig-Temperatur-Luft durch einen Wärmeaustausch mit dem Hoch-Temperatur-Syngas auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt werden, einen Mittel-Temperatur-Wärmetauscher, in welchem der Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder die Niedrig-Temperatur-Luft durch einen Wärmeaustausch mit dem Syngas auf eine Temperatur, die in einem Bereich von 500°C bis 700°C liegt, erwärmt werden, und sie umfassen einen Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher oder einen Wärmetauscher zur Dampferzeugung, in welchem der Niedrig-Temperatur-Dampf aus einem Anteil des Wassers auf dem Wege eines Wärmeaustauschs zwischen dem Syngas und dem Wasser hergestellt wird. Ein Staubfänger, wie zum Beispiel ein keramischer Filter, kann zwischen die Mittel zur Kühlung und die Mittel zur Vergasung eingeschoben werden.
  • Die Mittel zur Kühlung (Kühlungsmittel) können durch drei Arten von Kühlern definiert werden, und diese Kühler werden mit dem Hoch-Temperatur-Wärmetauscher, dem Mittel-Temperatur-Wärmetauscher beziehungsweise dem Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher zur Verfügung gestellt. Alternativ wird das Kühlungsmittel durch zwei Arten von Kühlen definiert, bei denen der Hoch-Temperatur-Wärmetauscher und der Mittel-Temperatur-Wärmetauscher in dem ersten Kühler angebracht werden, und bei denen der Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher in dem zweiten Kühler angebracht wird. In solch einem Falle kann eine Vorrichtung zum Entschwefeln, zum Entchloren, zum Denitrieren oder zum Entfernen von Staub zwischen dem Mittel-Temperatur-Wärmetauscher und dem Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher auf eine solche Art und Weise angebracht werden, dass Säuren und andere Schadstoffe, die beim Kühlen des Syngases entstehen, aus dem Gas entfernt werden.
  • Das aufgereinigte oder raffinierte Syngas, das durch den erfindungsgemäßen Reaktor zum Vergasen hergestellt wird, kann in eine Verbrennungsvorrichtung einer Verbrennungsanlage oder einer Verbrennungsmaschine, wie zum Beispiel einem Brenner oder einem Vergasungsbrenner, als Brennstoffhauptbestandteil eingeführt werden. Falls die Wärmeenergie der Verbrennungsvorrichtung verwendet wird, um einen Generator zur Erzeugung von Energie anzutreiben, kann dessen elektrische Energie an Geräte oder Anlagen, die sich außerhalb des Systems befinden, geliefert werden. Falls zum Beispiel die Abfallstoffe oder der Müll eines Gebäudes oder einer Fabrik als flüssiger oder fester Brennstoff verwendet werden, kann der Reaktor zum Vergasen in der Praxis mit einer Gasturbine oder einem Generator zum Erzeugen von Energie verbunden sein, um ein relativ kompaktes Co-Erzeugungssystem darzustellen.
  • Das aufgereinigte Syngas des erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen kann als ein Brennstoffhilfsbestandteil der Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsanlage oder der -maschine zugeführt werden, wobei dieser Hilfsbestandteil zu dem Brennstoffhauptbestandteil oder zu der Verbrennungsluft in der Verbrennungsvorrichtung gegeben werden soll. Falls zum Beispiel der Reaktor zum Vergasen mit der oben erwähnten Anordnung als ein Abfallverbrennungsofen für die Abfallstoffe oder den Müll eines Schiffes oder dergleichen verwendet wird, kann das aufgereinigte Syngas des Reaktors zum Vergasen zu dem Brennstoffhauptbestandteil oder der Verbrennungsluft in der internen Verbrennungsmaschine des Schiffes gegeben werden, um den Brennstoffverbrauch des Schiffes zu reduzieren, und es können die Abfallstoffe oder der Müll des Schiffes zu Asche verbrannt werden.
  • Im Allgemeinen kann die vorliegende Erfindung auf ein System zur Vergasung von Abfallstoffen oder von Kohle angewendet werden, bei welchem die Abfallstoffe oder die Kohle als flüssiger oder fester Brennstoff verwendet werden. Falls ein Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie in der Praxis an ein derartiges System angeschlossen wird, kann ein kombiniertes Zyklussystem zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Verwendung von Abfallstoffen oder Kohle zur Verfügung gestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das im Allgemeinen eine Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen von flüssigen oder festen Brennstoffen veranschaulicht.
  • 2 stellt ein Block-Flussdiagramm der Anlage zum Vergasen dar, wie sie in 1 gezeigt wird.
  • 3 stellt ein Block-Flussdiagramm dar, welches eine Modifikation der wie in 2 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • 4 stellt ein Block-Flussdiagramm dar, welches eine weitere Modifikation der wie in 2 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • 5 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das im Allgemeinen eine Anordnung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen von dem flüssigen oder festen Brennstoff veranschaulicht.
  • 6 stellt ein Block-Flussdiagramm dar, welches eine wie in 5 gezeigte. Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • 7 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das als ein erstes Beispiel für den Reaktor zum Vergasen dient, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
  • 8 stellt eine schematische Querschnittsansicht dar, welche den Aufbau der Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft und seine Betriebsweise zeigt.
  • Die 9 und 10 stellen Abflussdiagramme der Systeme dar, welche die Modifikationen des wie in 7 dargestellten Reaktors zum Vergasen zeigen.
  • 11 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, welches als das zweite Beispiel für den erfindungsgemäßen Reaktor zum Vergasen dient.
  • Die 12 und 13 stellen Flussdiagramme der Systeme dar, welche Modifikationen des in 11 dargestellten Reaktors zum Vergasen zeigen.
  • Die 14 und 15 stellen Flussdiagramme der Systeme dar, welche als das dritte und vierte Beispiel des erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen dienen.
  • BESTE DURCHFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
  • 1 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das im Allgemeinen eine Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs veranschaulicht.
  • Der Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs umfasst Mittel zur Vergasung, um einen flüssigen oder festen Brennstoff thermisch zu zersetzen, einen Gaskühler, um ein von dem Mittel zur Vergasung geliefertes Hoch-Temperatur-Roh-Syngas abzukühlen, eine Anlage zur Gasbehandlung, um das Roh-Syngas aufzureinigen oder zu raffinieren, und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft, um einen Anteil Hoch-Temperatur-Dampf und -Luft in die thermische Zersetzungszone oder in die Reformerzone des Mittels zur Vergasung einzuspeisen. Eine Anlage zum Vergasen wird durch das Mittel zur Vergasung und die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft definiert. Das Mittel zur Vergasung wird mittels des Brennstoffzuführungsmittels WT mit dem flüssigen oder festen Brennstoff, wie zum Beispiel Abfallstoffen, Kohle oder dergleichen, beschickt. Der Niedrig-Temperatur-Dampf und die -Luft werden durch die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, erwärmt, und der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft werden als Vergasungsagens und Reformeragens in das Mittel zur Vergasung eingespeist. Der flüssige oder feste Brennstoff wird in dem Mittel zur Vergasung in der Gegenwart des Hoch-Temperatur-Dampfes und der -Luft thermisch zersetzt, woraus ein thermisch zersetztes Gas und ein Rück stand resultiert. Ein Anteil Kohlenwasserstoff, der in dem thermisch zersetzten Gas enthalten ist, begeht eine Reaktion mit dem Hoch-Temperatur-Dampf und der -Luft, um zu dem Roh-Syngas, welches Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, reformiert zu werden. Im Allgemeinen besteht die Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Hoch-Temperatur-Dampf aus einer wie in der folgenden Formel (1) gezeigten endothermen Reaktion, wohingegen die Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und der Hoch-Temperatur-Luft eine wie durch die folgende Formel (2) gezeigte exotherme Reaktion ist: CxHx + H2O → CO + H2 + H2O (1) CxHx + O2 + N2 → CO + CO2 + H2 + H2O + N2 (2).
  • Der Hoch-Temperatur-Dampf geht eine Reaktion mit dem thermisch zersetzten Gas oder Pyrolysegas – hergestellt durch die thermische Zersetzung eines flüssigen oder festen Brennstoffs – ein, so dass das Gas reformiert wird, um ein reformiertes Gas, z.B. ein Hoch-Temperatur-Roh-Syngas, darzustellen, welches eine relativ große Menge an Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Die Wärme, die durch die exotherme Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und der Hoch-Temperatur-Luft erzeugt wird, wird als die Wärme verwendet, welche für die endotherme Reformierungsreaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Hoch-Temperatur-Dampf erforderlich ist.
  • Das Hoch-Temperatur-Roh-Syngas wird durch eine Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG in den Gaskühler eingespeist. Eine Wasser-Zuführungsleitung WS wird an den Kühler angeschlossen, so dass das Wasser der Leitung WS durch einen Wärmeaustausch mit dem Hoch-Temperatur-Gas verdampft, um einen Anteil überhitzten Dampf bei ein relativ geringen Temperatur, z.B. in einem Bereich zwischen 150°C und 250°C, zu erzeugen. Der Niedrig-Temperatur-Dampf wird durch eine Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS in eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft eingespeist, um auf eine erhöhte Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C. erwärmt zu werden, und danach wird der Hoch-Temperatur-Dampf in das Mittel zur Vergasung eingebracht. Gleichzeitig wird durch eine Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA ein Anteil Niedrig-Temperatur-Luft mit einer Umgebungstemperatur in die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft eingespeist, um auf eine erhöhte Temperatur von größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, erwärmt zu werden, und die Hoch-Temperatur-Luft wird in das Mittel zur Vergasung eingespeist.
  • Das durch den Gaskühler abgekühlte Niedrig-Temperatur-Roh-Syngas wird in die Anlage zur Gasbehandlung mittels einer Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG eingespeist. Die Anlage zur Gasbehandlung kann mit jeder der unterschiedlichen Vor richtungen zur Gasbehandlung für das Entfernen von Gas, von Substanzen, die Umweltverschmutzung verursachen können, wie zum Beispiel Staub, Schwefel, Chlor, Schwermetallpartikel und dergleichen, zur Verfügung gestellt werden, wodurch das Rohgas aufgereinigt oder raffiniert wird, resultierend in einem relativ hochqualitativen Syngas. Ein Staubabscheider zum Entfernen von Staub oder von Fremdstoffen aus dem Syngas, ein Entschwefelungsgerät zum Entfernen des Schwefels aus dem Gas, eine Vorrichtung zum Entchloren für das Entfernen des Chlors aus dem Gas, und eine Vorrichtung zum Entfernen von Schwermetallen für das Entfernen von Schwermetallpartikeln aus dem Gas dienen als Beispiele für die Vorrichtungen zur Gasbehandlung. Der Abflussstrom des aufgereinigten Syngases aus der Anlage zur Gasbehandlung wird über eine Zuführungsleitung FG für aufgereinigtes Syngas in eine Energienutzanlage eingespeist. Die Energienutzanlage kann jede der verschiedenen internen Verbrennungsmaschinen oder Verbrennungsanlagen darstellen, wie zum Beispiel eine Gasturbinenvorrichtung, eine Gasmaschinenvorrichtung, einen Kessel, einen Industrieofen, eine Dieselmaschine etc. Die Leitung FG kann zum Beispiel in einer Gasturbinen-Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einer internen Verbrennungsmaschine verbunden sein, so dass ein Generator der Anlage zum Erzeugen von elektrischer Energie durch den Verbrennungsbetrieb der internen Verbrennungsmaschine elektrische Energie erzeugen kann, und die elektrische Energie wird an Anlagen oder Geräte (nicht gezeigt) geliefert, die sich außerhalb des Systems befinden. Das aufgereinigte Gas wird an die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Gas zumindest teilweise mittels einer anderen Syngas-Zuführungsleitung RG geliefert, so dass das Gas in der Vorrichtung zum Erwärmen eine Verbrennungsreaktion bewirkt. Die Vorrichtung zum Erwärmen überträgt thermisch mittels ihrer Wärmetauscher die Wärme der Verbrennungsreaktion an den Niedrig-Temperatur-Dampf und an die -Luft, so dass der Dampf und die Luft, wie oben dargestellt, auf einen Hoch-Temperatur-Bereich erwärmt werden.
  • Der derartig angeordnete Reaktor zum Vergasen funktioniert so, dass durch die thermische Zersetzung eines flüssigen oder festen Brennstoffs das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas erzeugt wird, und dass das Gas unter Verwendung des Hoch-Temperatur-Dampfs und der -Luft reformiert wird, um das Hoch-Temperatur-Syngas herzustellen. Die Eigenwärme, die das Hoch-Temperatur-Syngas aufweist, wird in dem Gaskühler zum Erzeugen von Niedrig-Temperatur-Dampf verwendet. Nach der Gasbehandlung wird das aufgereinigte Syngas an die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft und an die Energienutzanlage geliefert. In Übereinstimmung mit der oben erwähnten Anordnung des Reaktors zum Vergasen wird so ein verbessertes System zum Vergasen zur Verfügung gestellt, welches mittels der Verbrennungsreaktion des aufgereinigten, aus dem flüssigen oder festen Brennstoff hergestellten Syngases elektrische Energie erzeugen kann, wie zum Beispiel ein System zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels der Vergasung von Abfallstoffen, ein System zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels der Vergasung von Kohle und so weiter.
  • 2 stellt ein Blockdiagramm dar, welches einen Verfahrensablauf der wie in 1 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • In der in 2 gezeigten Anlage zum Vergasen werden die Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA, die Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS und die Syngas-Zuführungsleitung RG angepasst, um die Niedrig-Temperatur-Luft, den Niedrig-Temperatur-Dampf und das aufgereinigte Syngas in die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft einzuspeisen. In der Verbrennungszone der Vorrichtung zum Erwärmen wird das aufgereinigte Syngas verbrannt. Die Wärme der Verbrennungsreaktion des Syngases wird mittels der Wärmetauscher der Vorrichtung zum Erwärmen (nicht gezeigt) an den Niedrig-Temperatur-Dampf und die -Luft übertragen, so dass der Dampf und die Luft auf eine erhöhte Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, erwärmt werden. Der erwärmte Dampf und die erwärmte Luft werden durch die Gas-Zuführungsleitungen MG1 beziehungsweise MG2 in einen thermischen Zersetzungsvergaser und in einen Reformer der Anlage zum Vergasen eingespeist. Das Gewichtsverhältnis der Hoch-Temperatur-Luft relativ zu dem Hoch-Temperatur-Dampf wird vorzugsweise so eingestellt, dass es in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt.
  • Die Hoch-Temperatur-Luft und der -Dampf, die in den Vergaser eingespeist werden, stellen innerhalb des Vergasers eine Verbrennungsatmosphäre mit einer geringen Sauerstoffkonzentration zur Verfügung, und sie führen dem Vergaser einen Anteil Eigenwärme zu, der darin für das Aufheizen des flüssigen oder festen Brennstoffs erforderlich ist. Der Vergaser wird durch das Brennstoff-Zuführungsmittel WT mit einem flüssigen oder festen Brennstoff, wie zum Beispiel einer Mischung aus verschiedenen flüssigen, halbfesten und festen Abfallstoffen, beschickt. In dem Vergaser wird die Mischung der Abfallstoffe in einer Verbrennungsatmosphäre, aufweisend eine hohe Temperatur und eine geringe Sauerstoffkonzentration, aufgeheizt, wodurch die Abfallstoffe thermisch in den Rückstand und das thermisch zersetzte Gas, das in erster Linie Kohlenwasserstoff enthält, zersetzt werden. Das zersetzte Gas wird über eine Zuführungsleitung TG für zersetztes Gas von dem Vergaser in die Reformerzone des Reformers gefördert, wohingegen der Rückstand sukzessive während des Verbrennungsvorgangs aus dem Vergaser strömt oder er strömt daraus zusammen mit dem Kondenswasser, nachdem ein Unterbrechungs- und Abkühlungsvorgang erfolgt ist.
  • Das thermisch zersetzte Gas wird in die Reformerzone des Reformers eingespeist, um mit der Hoch-Temperatur-Luft und dem -Dampf gemischt zu werden. In der Reformerzone wird die exotherme Reaktion zwischen den Kohlenwasserstoff, enthalten in dem zersetzten Gas, und der Hoch-Temperatur-Luft durchgeführt, während darin gleichzeitig die endotherme Reformierungsreaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Hoch-Temperatur-Dampf durchgeführt wird. Die Wärme, die für die Dampfreformierungsreaktion von Kohlenwasserstoffen erforderlich ist, stammt aus der Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Dampfes sowie der Wärme, die durch die Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und der Hoch-Temperatur-Luft erzeugt wird. Der Abflussstrom des reformierten Gases aus der Reformerzone, wie dem oben erwähnten Hoch-Temperatur-Roh-Syngas, wird in eine Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG eingespeist.
  • Entsprechend der veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirkt der in den thermischen Zersetzungsvergaser eingespeiste Hoch-Temperatur-Dampf als ein Erwärmungsmedium und als ein inertes Gas, das eine großen Anteil Eigenwärme aufweist, und der in den Reformer eingespeiste Hoch-Temperatur-Dampf wirkt als ein Reformeragens und als ein Erwärmungsmedium, um teilweise die Wärme, die für das Kohlenwasserstoff-Dampfreformierungsverfahren des thermisch zersetzten Gases erforderlich ist, zu liefern.
  • 3 stellt ein Blockdiagramm dar, welches einen Verfahrensablauf mit einer Modifikation hinsichtlich der wie in 1 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • In der in 3 gezeigten Anlage zum Vergasen lässt die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft zu, dass die Niedrig-Temperatur-Luft und der -Dampf mittels der Verbrennungswärme des aufgereinigten Syngases auf eine hohe Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, und bevorzugter Weise auf eine Temperatur größer als 1000°C, erwärmt werden. Die erwärmte Luft und der erwärmte Dampf werden nacheinander in den Vergaser eingespeist. Das Gewichtsverhältnis des Hoch-Temperatur-Dampfes zu der Hoch-Temperatur-Luft wird vorzugsweise so eingestellt, dass es in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt. In der in 3A gezeigten Anordnung wird eine Mischung aus Hoch-Temperatur-Luft und aus -Dampf über eine Gas-Zuführungsleitung MG in den Vergaser eingespeist. Auf der anderen Seite werden wie in der in 3B gezeigten Anordnung die Hoch-Temperatur-Luft beziehungsweise der Hoch-Temperatur-Dampf über die jeweilige Gas-Zuführungsleitung HA und HS in den Vergaser eingespeist, und sie werden in dem Vergaser miteinander gemischt.
  • Die in den Vergaser eingespeiste Hoch-Temperatur-Luft wirkt als Vergasungsagens auf den flüssigen oder festen Brennstoff. Sobald der flüssige oder feste Brennstoff mit der Hoch-Temperatur-Luft in Kontakt gebracht wird, verursacht die exotherme Oxidationsreaktion zwischen den beiden, das der Brennstoff geschmolzen und thermisch zersetzt wird, um das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas herzustellen. Die geschmolzene Schlacke, die Asche oder der Rückstand werden aus dem Vergaser während dessen Betriebes oder nach seinem Unterbrechungs- und Abkühlungsvorgang entfernt. Der in den Vergaser eingespeiste Hoch-Temperatur-Dampf verhindert, dass während des Schmelz- und Vergasungsverfahrens des flüssigen und festen Brennstoffs eine große Menge an Ruß hergestellt wird, wohingegen eine Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, enthalten in dem thermisch zersetzten Gas, bewirkt wird, um so das Gas zu reformieren. Der Abflussstrom des reformierten Gases aus dem Vergaser wird als ein Hoch-Temperatur-Roh-Syngas in die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG geliefert.
  • Entsprechend einer derartigen Anlage zum Vergasen wirkt der in den Vergaser eingespeiste Hoch-Temperatur-Dampf so, dass die Herstellung von Ruß eingeschränkt wird, welcher sonst in Bezug auf den Schmelz- und Vergasungsvorgang des flüssigen oder festen Brennstoffs hergestellt werden kann, und der Dampf wirkt ebenfalls als ein Erwärmungsmedium und als ein Reformeragens, welches einen Anteil Wärme aufweist, die für die Kohlenwasserstoff-Dampfreformierungsreaktion des thermisch zersetzten Gases erforderlich ist. Falls gewünscht, kann die Zuführungsleitung HG zusätzlich mit einem – wie in 1 gezeigten Reformer – auf eine derartige Art und Weise versehen werden, dass überdies die Hoch-Temperatur-Luft und der -Dampf in die Reformerzone des Reformers eingespeist werden.
  • 4 stellt ein Block-Diagramm dar, das einen Verfahrensablauf in einer weiteren Modifikation hinsichtlich der in 1 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • Die in 4 gezeigte Anlage zum Vergasen umfasst einen thermischen Zersetzungsvergaser, der nach dem Prinzip der externen Erwärmung arbeitet, und einen Gasreformer, der eine Reformerzone aufweist. Die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft erwärmt unter Verwendung der Verbrennungswärme des Syngases einen Anteil Niedrig-Temperatur-Luft und -Dampf auf eine erhöhte Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, und die derart erwärmte Luft und der in dieser Weise erwärmte Dampf werden in den Gasreformer eingespeist. Das Gewichtsverhältnis der Hoch-Temperatur-Luft relativ zu dem Hoch-Temperatur-Dampf wird so eingestellt, dass es in einem Bereich von 2:8 bis 5:5 liegt.
  • Der flüssige oder feste Brennstoff, der in den thermischen Zersetzungsvergaser eingefüllt wird, wird thermisch innerhalb einer internen Zone des Vergasers in ein thermisch zersetztes Gas und einen Rückstand zersetzt. Das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas wird über die Zuführungsleitung für zersetztes Gas TG in den Reformer eingespeist. Das thermisch zersetzte Gas wird in der Reformerzone des Reformers mit dem Hoch-Temperatur-Dampf und der -Luft gemischt, so dass die Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, enthalten in dem zersetzten Gas, in der Gegenwart des Hoch-Temperatur-Dampfes durchgeführt wird. Die Wärme, die für das Ausführen der Kohlenwasserstoff-Dampf-Reformierungsreaktion erforderlich ist, wird durch die Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Dampfes sowie der Wärme aus der Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und dem Kohlenwasserstoff gegeben. Der Abflussstrom des reformierten Gases, wie dem Hoch-Temperatur-Roh-Syngas, das eine relativ große Menge an Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, wird in die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG geliefert.
  • 5 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Reaktors zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs veranschaulicht, wobei der Reaktor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebaut ist.
  • In der wie in 5 veranschaulichten Ausführungsform wird der Reaktor zum Vergasen mit einer Kühlungsvorrichtung zum Kühlen des Hoch-Temperatur-Roh-Syngases und zum Erwärmen eines Anteils Niedrig-Temperatur-Luft und -Dampf unter Verwendung der Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Syngases versehen. Die Kühlungsvorrichtung wird zwischen der Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG und der Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG eingeschoben. Die Kühlungsvorrichtung umfasst einen Hoch-Temperatur-Abschnitt, einen Mittel-Temperatur-Abschnitt und einen Niedrig-Temperatur-Abschnitt, die der Reihe nach in Richtung des Syngas-Flusses ausgerichtet oder angeordnet sind. Alle diese Abschnitte werden mit einem der drei Arten von Wärmetauschern, z.B. einem Hoch-Temperatur-Wärmetauscher, einem Mittel-Temperatur-Wärmetauscher und einem Wärmetauscher für die Dampferzeugung, versehen, die so angepasst sind, dass sie einen wärmeübertragenden Kontakt mit dem Syngas aufweisen. Falls gewünscht, werden auf der Zuführungsleitung HG staubfangende Mittel, wie zum Beispiel keramische Filter, angebracht.
  • Eine Wasser-Zuführungsleitung WS wird an der Einführungsöffnung des Wärmetauschers für die Dampferzeugung angeschlossen, so dass ein durch die Leitung WS zugeführter Anteil Wasser mittels der Wärme des Syngases verdampft wird, und der Abflussstrom des Dampfes aus dem Wärmetauscher für die Dampferzeugung wird an die Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS geliefert, wobei der Ausflussstrom einen überhitzten Dampf mit einer relativ geringen Temperatur, die in einem Bereich von z.B. zwischen 150°C und 250°C liegt, darstellt. Der Niedrig-Temperatur-Dampf wird durch die Zuführungsleitung LS in die Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA eingespeist, um mit einem Niedrig-Temperatur-Luft-Strom, der Umgebungstemperatur aufweist, zusammenzukommen und gemischt zu werden. Eine Mischung aus Dampf und Luft, z.B. eine Niedrig-Temperatur-Mischung, wird in eine Einführungsöffnung von jedem der Hoch-Temperatur- und jedem der Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher eingespeist, mittels welcher die Mischung durch die Wärme des Syngases erwärmt wird.
  • Der Hoch-Temperatur-Wärmetauscher, der an einer Stelle angebracht ist, an welcher der Syngas-Fluss nach oben strömt, erwärmt die Niedrig-Temperatur-Mischung auf eine erhöhte Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C. Der Mittel-Temperatur-Wärmetauscher, der an dem mittleren Abschnitt der Kühlungsvorrichtung angebracht ist, erwärmt die Niedrig-Temperatur-Mischung auf eine Temperaturbereich größer als 500°C, vorzugsweise auf eine Temperatur, die in einem Bereich zwischen 600°C und 700°C (im Folgenden als „Mittel-Temperatur" bezeichnet) liegt. Das Hoch-Temperatur-Roh-Syngas, das sequentiell durch die jeweiligen Abschnitte mittels des Wärmetauschs mit der obigen Mischung oder mittels des Wärmetauschs mit Wasser abgekühlt wird, wird als ein Niedrig-Temperatur-Syngas von der Zuführungsleitung LG an die Anlage zur Gasbehandlung geliefert. Die Hoch-Temperatur-Mischung, erwärmt durch den Hoch-Temperatur-Wärmetauscher, wird durch eine Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen HMG in die Anlage zum Vergasen eingespeist, und die Mittel-Temperatur-Mischung, die durch den Mittel-Temperatur-Wärmetauscher erwärmt wird, wird durch eine Zuführungsleitung für Mittel-Temperatur-Mischungen MMG in die Anlage zum Vergasen eingespeist. Das Gewichtsverhältnis von Hoch-Temperatur-Luft zu dem Hoch-Temperatur-Dampf wird vorzugsweise so eingestellt, dass es in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt.
  • 6 stellt ein Block-Flussdiagramm dar, das einen Verfahrensablauf in der wie in 5 gezeigten Anlage zum Vergasen veranschaulicht.
  • Das stromabwärts gehende Ende der Zuführungsleitung MMG wird an den thermischen Zersetzungsvergaser angeschlossen. Die in den Vergaser eingespeiste Mittel-Temperatur-Mischung stellt in der internen Zone des Vergasers eine Verbrennungsatmosphäre mit geringer Sauerstoffkonzentration zur Verfügung, und sie gibt der Atmosphäre einen Anteil Eigenwärme, der für das Aufheizen des Abfallstoffes (flüssiger oder fester Brennstoff) erforderlich ist. Die Abfallstoffe in dem Vergaser werden thermisch in ein thermisch zersetztes Gas und einen Rückstand zersetzt. Das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas wird durch die Zuführungsleitung für thermisch zersetztes Gas TG in die Reformerzone des Reformers eingespeist, wohingegen der Rückstand aus dem Vergaser entfernt wird.
  • Das stromabwärts gehende Ende der Zuführungsleitung HMG wird an den Reformer angeschlossen, so dass die Hoch-Temperatur-Mischung in die Reformerzone des Reformers eingespeist wird. In der Reformerzone findet die exotherme Reaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen des thermisch zersetzten Gases und der Hoch-Temperatur-Luft statt, und es findet gleichzeitig die endotherme Reformierungsreaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen und dem Hoch-Temperatur-Dampf statt, wobei beide Reaktionen fortschreiten. Ähnlich wie bei der oben erwähnten Ausführungsform wird ein Anteil Wärme, der für die Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe erforderlich ist, durch die Reaktionswärme der Reaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen und der Hoch-Temperatur-Luft und durch die Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Dampfes erhalten. Das in der Reformerzone hergestellte reformierte Gas wird als ein Hoch-Temperatur-Roh-Syngas in die Zuführungsleitung HG eingespeist, und es wird, wie oben dargestellt, in der Kühlungsvorrichtung durch den Wärmetausch mit dem zugeführten Wasser und der zugeführten Niedrig-Temperatur-Mischung aus Luft und Dampf abgekühlt.
  • Entsprechend einer derartigen Anordnung kann die Vergasung von Abfallstoffen und die Reformierungsreaktion des thermisch zersetzten Gases durch den Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft durchgeführt werden, welche durch die Eigenwärme des reformierten Gases erzeugt oder erwärmt werden, und aus diesem Grunde wird der thermische Wirkungsgrad des gesamten Systems im Wesentlichen verbessert. Falls gewünscht, kann die Kühlungsvorrichtung in zwei Teile aufgeteilt werden, wobei ein Teil sowohl den Hoch-Temperatur-Wärmetauscher als auch den Mittel-Temperatur-Wärmetauscher in sich vereinigt, und der andere Teil den Niedrig-Temperatur-Wärmetauscher beinhaltet. In solch einem Falle kann die Durchflussleitung, die beide getrennten Teile miteinander verbindet, mit einer Entschwefelungsvorrichtung oder dergleichen für das Entfernen von Säuren etc., die in dem Roh-Syngas enthalten sind, ausgestattet werden.
  • Im Folgenden sind bevorzugte Beispiele des Reaktors zum Vergasen und des Verfahrens zum Vergasen im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 7 bis 15 beschrieben.
  • 7 stellt ein Flussdiagramm des Systems dar, das ein erstes Beispiel eines Reaktors zum Vergasen veranschaulicht, welcher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
  • Das System zum Vergasen von Abfallstoffen, wie in 7 gezeigt, wird mit einer Anlage zum Vergasen 1 bereitgestellt, welche eine Anordnung aufweist, die im Wesentlichen auf der wie in 2 gezeigten Formation basiert. Die Anlage zum Vergasen 1 wird durch einen thermischen Zersetzungsvergaser 1 und einen Reformer 3 dargestellt. Der Vergaser 2 stellt einen thermischen Zersetzungsofen dar, der nach dem Prinzip der „batchweisen" Beladung arbeitet, versehen mit einer internen Zone, die eine thermische Zersetzungszone definiert, welche angepasst ist, um eine Menge an Abfallstoffen, mit welcher der Ofen beschickt wurde, aufzuheizen. Der oberhalb des Vergasers 2 angebrachte Reformer 3 wird durch eine Hohlstruktur, die eine Reformerzone definiert, gebildet, wobei die Reformerzone mit der thermischen Zersetzungszone des Vergasers 2 über eine Zuführungsleitung für thermisch zersetztes Gas TG verbunden ist.
  • Die Reformerzone des Reformers 3 ist durch eine Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG mit einem Gaskühler 6 verbunden. Der Kühler 6 ist durch eine Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG mit einer Anlage zur Gasbehandlung 7 verbunden. Überdies ist die Vorrichtung zur Gasbehandlung 7 mit einer Gasturbinenvorrichtung oder dergleichen mittels einer Zuführungsleitung für aufgereinigtes Syngas FG verbunden.
  • Eine Wasser-Zuführungsleitung WS ist in dem Kühler 6 an einen Wärmetauscher angeschlossen, und der Wärmetauscher ist mit dem stromaufwärts gehenden Ende einer Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS verbunden, welche sich in einen ersten und zweiten Dampf-Durchlass LS1 und LS2 verzweigt. Die stromabwärts gehenden Enden der Durchlässe LS1 und LS2 sind an Mischungs-Regelventile 51 beziehungsweise 52 angeschlossen. Ein Luftansaug-Ventilator 60 wird auf einer Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA angebracht, um die Luft der Umgebungsatmosphäre einzuspeisen, wobei sich die Leitung LA in einen ersten und zweiten Luftdurchlass LA1 und LA2 verzweigt. Die stromabwärts gehenden Enden der Durchlässe LA1 und LA2 sind mit den Mischungs-Regelventilen 51 beziehungsweise 52 verbunden. Jedes der Ventile 51 und 52 ist so eingestellt, dass es die Niedrig-Temperatur-Luft und den -Dampf in einem (Gewichts)-Verhältnis von der Luft zu dem Dampf mischt, welches in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt.
  • Die Ausführungsöffnungen der Ventile 51 und 52 sind mit den stromaufwärts gehenden Ende der Zuführungsleitungen für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA1 beziehungsweise SA2 verbunden. Die stromabwärts gehenden Enden der Zuführungsleitungen SA1 beziehungsweise SA2 sind mit der Umlenkvorrichtung 20 der Vorrichtungen zum Erwärmen von Dampf/Luft verbunden. Die Erwärmungsvorrichtungen 10 sind mit den stromaufwärts gehenden Enden der Zuführungsleitungen für Hoch-Temperatur-Mischungen MG1 beziehungsweise MG2 verbunden. Die stromabwärts gehenden Enden der Zuführungsleitungen MG1 und MG2 sind mit den Einströmungsöffnungen für Hoch-Temperatur-Mischungen 4 und 5 des Vergasers 2 beziehungsweise des Reformers 3 verbunden.
  • 8 stellt eine schematische Querschnittsansicht dar, die im Allgemeinen die Aufbauten der Vorrichtung zum Erwärmen 10 und seine Betriebsweise zeigt; 8A veranschaulicht den ersten Erwärmungsschritt der Vorrichtung zum Erwärmen 10 und 8B veranschaulicht deren zweiten Erwärmungsschritt.
  • Wie in 8 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 ein Paar Erwärmungsabschnitte, bestehend aus einem ersten und zweiten Erwärmungsabschnitt 10A und 10B, und einen Verbindungsabschnitt 10°C, welcher die Erwärmungsabschnitte 10A und 10B miteinander verbindet. Der erste Erwärmungsabschnitt 10A weist einen ersten Wärmetauscher 11 und eine erste Verbrennungszone 13 auf, wohingegen der zweite Erwärmungsabschnitt 10B einen zweiten Wärmetauscher 12 und eine zweite Verbrennungszone 14 aufweist. Der erste und zweite Verbrennungsabschnitt 13 und 14 sind durch die Wärmetauscher 11 und 12 abwechselnd mit der Zuführungsleitung für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA verbunden. Der Verbindungsabschnitt 10C ist hinsichtlich der Mittelachse der Erwärmungsvorrichtung 10 symmetrisch gestaltet, und ein hervorstehendes Teil 16 wird gebildet, um in Übereinstimmung mit der Mittelachse in den Durchflussweg hineinzuragen. Der erste und zweite Erwärmungsabschnitt 10A und 10B sind mit Brennstoff-Zuführungsöffnungen 43 und 44 und Oxidans-Zuführungsöffnungen 83 und 84 versehen. Die Brennstoff-Zuführungsöffnungen 43 und 44 sind durch die Brennstoff-Zuführungsleitungen F1 beziehungsweise F2 mit einer Brennstoffgas-Zuführungsleitung RG (7) verbunden. Die Zuführungsöffnungen 43 und 44 sind so angepasst, dass sie abwechselnd das Brennstoffgas in die Verbrennungszonen 13 und 14 liefern oder einspritzen. Die Oxidans-Zuführungsöffnungen 83 und 84 sind durch ihre Zweigleitungen OX1 beziehungsweise OX2 an eine Oxidans-Zuführungsleitung OXG angeschlossen. Falls gewünscht, kann ein Anteil Oxidierungsagens durch die Zuführungsöffnungen 83 und 84 abwechselnd in die Verbrennungszonen 13 und 14 geliefert werden.
  • Jede der Vorrichtungen zum Erwärmen 10 weist eine Brennstoff-Zuführungs-Regelvorrichtung 40 auf, um die Menge der Brennstoffeinspritzung und die Regelung der Brennstoffzuführungsöffnungen 43 und 44 zu steuern, und sie weist eine Oxidans-Zuführungsregelvorrichtung 80 auf, um die Menge der Oxidanseinspritzung und die zeitabhängige Regelung der Oxidans-Zuführungsöffnungen 83 und 84 zu steuern. Die Regelvorrichtung 40 umfasst ein erstes und zweites Brennstoff-Zuführungsregelventil 41 und 42, die auf den Brennstoff-Zuführungsleitungen F1 und F2 angebracht sind, und die Regelvorrichtung 80 umfasst ein erstes und zweites Durchflussregelventil 81 und 82, die auf den Oxidans-Zuführungsleitungen OX1 und OX2 angebracht sind. Als Oxidans wird im Allgemeinen Sauerstoff oder Luft, deren Sauerstoffkonzentration eingestellt ist, verwendet.
  • Jeder der ersten und zweiten Wärmetauscher 11 und 12 umfasst einen Regenerator, der aus keramischen oder metallischen Honigwabenstrukturen hergestellt ist, welche eine Anzahl von Zellen oder engen Kanälen aufweisen. Jede der Zellen definiert einen Kanal, der einen Querschnitt von kleinen Abmessungen aufweist, durch welche abwechselnd die Mischung (Dampf und Luft) und das Verbrennungsabgas durchfließen kann. Jeder der Regeneratoren ist so konfiguriert und der Größe nach gestaltet, dass er in die jeweiligen Erwärmungsabschnitte 10A und 10B eingebaut werden kann. Die Wanddicke und der Wandabstand (lichte Weite zwischen den Wänden) der Zellwände wird vorzugsweise so festgesetzt, dass sie Abmessungen einnehmen, die dem maximalen volumetrischen Wirkungsgrad des Regenerators entsprechen, und welche den thermischen Wirkungsgrad der Wärmetauscher 11 und 12 in einem Bereich zwischen 0,7 und 1,0 sicherstellen können. Bevorzugter wird die Wanddicke der Zellwand auf eine vorbestimmte Dicke, die kleiner oder gleich 1,6 mm ist, festgesetzt, und der Abstand der Zellwände wird auf einen vorbestimmten Abstand, der kleiner oder größer als 5,0 mm ist, festgesetzt.
  • Die Auftrennungszone 15, die sich zwischen der ersten und zweiten Verbrennungszone 13 und 14 befindet, ist mit den stromaufwärts gehenden Enden der Zuführungsleitungen für Hoch-Temperatur-Mischungen MG1 und MG2 verbunden, wohingegen die proximalen Enden des ersten und zweiten Wärmetauschers 11 und 12 durch das Umlenkmittel 20 mit den Zuführungsleitungen für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA1 und SA2 und einer Abgasabflusseitung EX verbunden sind. Das Umlenkmittel 20 umfasst ein erstes und zweites Luft-Einlassventil 21 und 22, und es umfasst ein erstes und zweites Auslassventil 23 und 24. Die Luft-Einlassventile 21 und 22 sind durch den Verbindungsdurchlass 25 der Zuführungsleitungen SA1 und SA2 miteinander verbunden, wohingegen die Auslassventile 23 und 24 durch den Verbindungsdurchlass 26 der Abgasablaufleitung EX miteinander verbunden sind.
  • Das erste Luft-Einlassventil 21 und das erste Auslassventil 23 werden synchron betätigt, um gleichzeitig zu öffnen und zu schließen, wohingegen das zweite Luft-Einlassventil 22 und das zweite Auslassventil 24 synchron betätigt werden, um gleichzeitig zu öffnen und zu schließen. Die Vorrichtung zum Erwärmen 10 wird mit einer Regelvorrichtung (nicht gezeigt) bereitgestellt, die zulässt, dass sich während des ersten, wie in 8(A) gezeigten Erwärmungsschrittes die ersten Ventile 21 und 23 öffnen, und sich die zweiten Ventile 22 und 24 schließen. Auf der anderen Seite lässt diese Regelvorrichtung zu, dass sich während des zweiten, wie in 8(B) gezeigten Erwärmungsschrittes die ersten Ventile 21 und 23 schließen, und sich die zweiten Ventile 22 und 24 öffnen.
  • Die Anordnungen und Aufbauten des Regenerators vom Honigwabentyp und die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft werden z.B. in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-6911 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 6-213585) und in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 10-189 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 10-246428) im Einzelnen beschrieben, und deshalb wird in dieser Beschreibung eine weitere genauere Erklärung weggelassen.
  • Die Handhabung des Systems zur Vergasung von Abfallstoffen, welches die oben erwähnte Anordnung aufweist, wird nun unten beschrieben werden.
  • Wie in 7 gezeigt, wird die thermische Zersetzungszone des Vergasers 2 durch das Brennstoff-Zuführungsmittel WT mit einer Menge an Abfallstoffen beschickt. Die Hoch-Temperatur-Mischung wird durch die Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen MG1 eingespeist und durch die Einführungsöffnung 4 in den Vergaser 2 eingebracht, so dass in der thermischen Zersetzungszone eine Hoch-Temperatur-Verbrennungsatmosphäre mit einer geringen Sauerstoffkonzentration, die in der Lage ist, die Abfallstoffe aufzuheizen, erzeugt wird. Die Abfallstoffe werden thermisch in den Rückstand und das thermisch zersetzte Gas zersetzt. Der Rückstand der verbrannten Abfallstoffe wird auf dem untersten Teil des Vergasers 2 abgelagert, und er wird davon während des Betreibens des Vergasers 2 oder nach seinem Unterbrechungs- und Abkühlungsvorgang entfernt.
  • Der Abflussstrom des thermisch zersetzten Gases fließt durch die Zuführungsleitung für zersetztes Gas TG in die Reformerzone des Reformers 3, und die Hoch-Temperatur-Mischung wird von der Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen MG2 durch die Einführungsöffnung 5 in die Reformerzone eingespeist. In der Reformerzone wird das thermisch zersetzte Gas mit der Hoch-Temperatur-Mischung gemischt, so dass die Hoch-Temperatur-Luft und die Kohlenwasserstoffe, enthalten in dem thermisch zersetzten Gas, eine exotherme Reaktion eingehen, wohingegen der Hoch-Temperatur-Dampf und die Kohlenwasserstoffe eine endotherme Reformierungsreaktion eingehen. Das in der Reformerzone hergestellte reformierte Gas, z.B. das Hoch-Temperatur-Roh-Syngas, wird über die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG in den Gaskühler 6 eingespeist.
  • Das durch den Gaskühler 6 abgekühlte Syngas wird in die Vorrichtung zur Gasbehandlung 7 über die Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG eingespeist, um die vorbestimmten Gasbehandlungen durchzuführen, wie zum Beispiel Staubentfernung, Entschwefelung, Entchlorung, Schwermetallentfernung und so weiter. Nach den Gasbehandlungen wird das reine Niedrig-Temperatur-Syngas in die Syngas-Zuführungsleitungen FG beziehungsweise RG eingespeist. Zum Beispiel werden 60–80 Gew.-% des Syngases über die Zuführungsleitung FG in eine Energienutzanlage, die sich außerhalb des Systems befindet (nicht gezeigt), eingespeist, und über die Zuführungsleitung RG werden 20–40 Gew.-% des Syngases in die Vorrichtung zum Erwärmen 10 eingespeist, um als Brennstoff zum Erwärmen der Mischung verwendet zu werden.
  • Das Wasser, das durch die Wasser-Zuführungsleitung WS fließt, wird durch den Wärmetauscher in dem Kühler 6 erwärmt, und es wird verdampft, um einen Niedrig-Temperatur-Dampf zu erzeugen, welcher durch die Zuführungsleitung LS an die Ventile 51 und 52 geliefert wird. Der Niedrig-Temperatur-Dampf wird mittels der Ventile 51 und 52 mit der Niedrig-Temperatur-Luft aus der Zuführungsleitung LA gemischt, und er wird über die Zuführungsleitungen SA1 und SA2 an das Umlenkmittel 20 der Vorrichtungen zum Erwärmen 10 eingespeist.
  • Beim ersten Erwärmungsschritt der Vorrichtung 10 speist das Umlenkmittel 20 die Niedrig-Temperatur-Mischung in die erste Verbrennungszone 13 ein, und wie in 8(A) gezeigt, strömt der Abflussstrom des Verbrennungsabgases aus der zweiten Verbrennungszone 14 in die Abgasleitungabflussleitung EX aus. Beim zweiten Erwärmungsschritt speist das Umlenkmittel 20 die Niedrig-Temperatur-Mischung in die zweite Verbrennungszone 14 ein, und wie in 8(B) gezeigt, strömt der Abflussstrom des Verbrennungsabgases aus der ersten Verbrennungszone 13 in die Abgasleitung EX aus.
  • Wie in 8(A) gezeigt, lässt die Regelvorrichtung für die Brennstoffzuführung 40 zu, dass beim ersten Erwärmungsschritt die Brennstoff-Zuführungsöffnung 44 das Syngas der Zuführungsleitung RG in die zweite Verbrennungszone 14 einspritzt. Falls gewünscht, lässt die Regelvorrichtung für die Oxidanszuführung 80 zu, dass die Oxidanszuführungsöffnung 84 das Oxidans in die Zone 14 einspeist. Die Niedrig-Temperatur-Mischung wird auf eine hohe Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, während sie durch den ersten Wärmetauscher 11 durchfließt. Ein Hoch-Temperatur-Fluidstrom H strömt in die Auftrennungszone 15 ein, um in einen ersten und zweiten Fluidstrom H1 und H2 aufgeteilt zu werden. Der zweite Strom H2 wird zu der Zuführungsleitung MG geführt, wohingegen der erste Strom H1 zu der Zone 14 geleitet wird, um mit dem Syngas gemischt zu werden, wodurch eine Verbrennungsreaktion verursacht wird, welche in der Zone 14 ein Hoch-Temperatur-Verbrennungsabgas herstellt. Das Verbrennungsabgas wird durch einen Abluftventilator 30 (7) über den zweiten Wärmetauscher 12, die zweite Leitung L2 und das erste Auslassventil 23 abgesaugt und durch eine Abgasleitung EG und durch eine Ausströmungsöffnung 31 in die Umgebungsatmosphäre freigesetzt. Das Verbrennungsabgas ist in einem wärmeübertragenden Kontakt mit dem Regenerator des zweiten Wärmetauschers 12, wenn es dadurch hindurch strömt, so dass die Eigenwärme des Verbrennungsabgases an den Regenerator übertragen und in ihm gespeichert wird.
  • Wie in 8(B) gezeigt, wird beim zweiten Erwärmungsschritt die Niedrig-Temperatur-Mischung auf den oben erwähnten hohen Temperaturbereich erwärmt, während es durch den zweiten Wärmetauscher 12 durchfließt. Der erwärmte Gasstrom H, der in die Auftrennungszone 15 geleitet wird, wird in den ersten und zweiten Strom H1 und H2 aufgeteilt. Der zweite Strom H2 wird zu der Zuführungsleitung MG geführt, und der erste Strom H1 wird in die erste Verbrennungszone 13 geleitet, in welche unter der Steuerung der Regelvorrichtungen 40 und 80 das Syngas und, falls gewünscht, das Oxidans einspeist werden. Der erste Strom H1 wird mit dem Syngas gemischt, um eine Verbrennungsreaktion zu begehen, wodurch ein Hoch-Temperatur-Verbrennungsabgas in der Zone 13 hergestellt wird. Das Verbrennungsabgas wird durch den Abluftventilator 30 (7) durch den ersten Wärmetauscher 11, die erste Leitung L1 und durch das zweite Auslassventil 24 abgezogen, und es strömt durch die Abgasleitung EG und die Ausströmungsöffnung 31 aus. Das Verbrennungsabgas ist in einem wärmeübertragenden Kontakt mit dem Regenerator des ersten Wärmetauschers 11, wenn es dadurch fließt, so dass die Eigenwärme des Verbrennungsabgases an den Regenerator übertragen und in ihm gespeichert wird.
  • Die Vorrichtung zum Erwärmen 10 wird abwechselnd für den ersten oder zweiten Erwärmungsschritt in einem vorbestimmten Zeitintervall umgeschaltet, das weniger oder gleich 120 Sekunden, vorzugsweise weniger als 60 Sekunden, und bevorzugter Weise weniger als 30 Sekunden beträgt. So wird der zweite Strom H2 kontinuierlich in die Zuführungsleitungen MG1 und MG2 eingespeist, durch welche er dem Vergaser 2 beziehungsweise dem Reformer 3 zugeführt wird, damit in der thermischen Zersetzungszone die Hoch-Temperatur-Verbrennungsatmosphäre und in der Reformerzone die Dampf-Reformierungsreaktion aufrechterhalten wird.
  • 9 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, welches eine Modifikation hinsichtlich eines wie in 7 gezeigten Reaktors zum Vergasen veranschaulicht.
  • Das in 9 gezeigte System zum Vergasen von Abfallstoffen umfasst eine einzelne Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 und ein Mischungs-Regelventil 50, und es wird ein Verteilungs-Regelventil 70 an dem stromabwärts gehenden Ende der Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen MG zur Verfügung gestellt. Das Verteilungs-Regelventil 70 weist eine erste Zuführungsöffnung auf, die durch die Zuführungsleitung für die erste Mischung MG1 mit der Einführungsöffnung 4 verbunden ist, und es weist eine zweite Zuführungsöffnung auf, die durch die Zuführungsleitung für die zweite Mischung MG2 mit der Einführungs-/Ausführungsöffnung 5 verbunden ist. Das Ventil 70 wird verwendet, um die Hoch-Temperatur-Mischung der Erwärmungsvorrichtung 10 zu verteilen, so dass ein vorbestimmtes Verhältnis an Hoch-Temperatur-Mischung in die thermische Zersetzungszone des Vergasers 2 und der verbleibende Anteil der Hoch-Temperatur-Mischung in die Reformerzone des Reformers 3 eingespeist wird. Die anderen Anordnungen und Bestandteile des Systems zum Vergasen sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen des in 7 gezeigten Systems.
  • 10 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das hinsichtlich des in 7 gezeigten Reaktors zum Vergasen eine weitere Modifikation zeigt.
  • Das in 10 gezeigte System zum Vergasen von Abfallstoffen wird mit einer Vorrichtung zum Erwärmen von Luft 10 zur Verfügung gestellt, um die Niedrig-Temperatur-Luft zu erwärmen, und es wird mit einer Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf 10B bereit gestellt, um den Niedrig-Temperatur-Dampf zu erwärmen. Die Vorrichtung zum Erwärmen von Luft 10A weist das Umlenkmittel 20 auf, das mit der Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA verbunden ist, und sie weist die Auftrennungszone 15 auf, die mit der Hoch-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung HA verbunden ist. Das Ansaugventilator 60 wird auf der Zuführungsleitung LA angebracht, und das Verteilungs-Regelventil 71 ist an das stromabwärts gehende Ende der Zuführungsleitung HA angeschlossen. Auf der anderen Seite weist die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf 10B das Umlenkmittel 20 auf, das mit der Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS verbunden ist, und es weist eine Auftrennungszone 15 auf, die mit der Hoch-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung HS verbunden ist. Ein Verteilungs-Regelventil 72 ist an das stromabwärts gehende Ende der Zuführungsleitung HS angeschlossen.
  • Das Verteilungs-Regelventil 71 ist mit einer ersten und zweiten Zuführungsöffnung versehen, welche an die Hoch-Temperatur-Luft-Leitungen HA1 beziehungsweise HA2 angeschlossen sind. Das Ventil 72 ist mit einer ersten und zweiten Zuführungsöffnung versehen, welche an die Hoch-Temperatur-Dampf-Leitungen HS1 beziehungsweise HS2 angeschlossen sind. Die ersten Leitungen HA1 und HA2 sind mit der thermalen Zersetzungszone des Vergasers 2 verbunden, so dass die Ventile 71 und 72 durch die Einführungsöffnungen 4A beziehungsweise 4B ein vorbestimmtes Verhältnis von Hoch-Temperatur-Luft und -Dampf in die thermische Zersetzungszone einspeisen. Die zweiten Leitungen HA2 und HS2 sind mit der Reformerzone in dem Reformer 3 verbunden, so dass die Ventile 71 und 72 durch die Einführungsöffnungen 5A beziehungsweise 5B die aus dem Verhältnis resultierende Menge an Hoch-Temperatur-Luft und -Dampf in die Reformerzone einspeisen. Die Hoch-Temperatur-Luft und der -Dampf, welche in die thermische Zersetzungszone oder die Reformerzone eingespeist werden, werden darin gemischt. Die anderen Anordnungen und Bestandteile des Systems zum Vergasen von Abfallstoffen sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen des Systems, das in 7 gezeigt wird.
  • 11 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das im Allgemeinen das zweite Beispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen veranschaulicht, wobei die Komponenten und Elemente, die im Wesentlichen die Gleichen sind, wie diejenigen aus dem oben erwähnten ersten Beispiel durch die gleichen Referenzzahlen angezeigt werden.
  • Das in 11 gezeigte System zur Vergasung von Abfallstoffen umfasst eine Anlage zum Vergasen 1, die Aufbauten aufweist, welcher der in 3 gezeigten Anordnung entsprechen. Die Anlage zum Vergasen von Abfallstoffen 1 umfasst einen Ofen zum Vergasen (Vergaser) vom Kugelhaufentyp 2, der einen Kugelhaufen 8 mit einschließt, welcher durch eine Anzahl von kugelförmigen keramischen Kugeln (kugelförmige Wärmeüberträger) gebildet wird. Zum Beispiel wird der Kugelhaufen 8 aus Schichten gebildet, die mit einer Anzahl von Aluminiumkugeln oder geschichteten Aluminiumkugeln gefüllt sind, wobei jede der Kugeln einen Durchmesser aufweist, der in einem Bereich zwischen 20 mm und 50 mm liegt. Eine thermische Zersetzungszone, die in der Lage ist, die Abfallstoffe thermisch zu zersetzen, befindet sich oberhalb des Kugelhaufens 8. Die Anlage zum Vergasen 1 wird mit dem Brennstoff-Zuführungsmittel WT versehen, um die thermische Zersetzungszone mit den Abfallstoffen zu beschicken, und der Vergaser 2 wird durch das Zuführungsmittel WT mit den Abfallstoffen, die passend hergestellt oder zermalmt wurden, beschickt. Eine Hoch-Temperatur-Mischung (Luft und Dampf), die eine Temperatur größer oder gleich 1.000°C aufweist, wird in die thermische Zersetzungszone eingespeist, so dass die Mischung sich thermisch zersetzt und die Abfallstoffe schmelzen. Die kugelförmigen keramischen Kugeln werden durch die Hoch-Temperatur-Mischung erwärmt, um so die Eigenwärme der Hoch-Temperatur-Mischung zu speichern. Die kugelförmigen keramischen Kugeln, die in Kontakt mit den Abfallstoffen sind, übertragen die Wärme an die Abfallstoffe, und sie unterstützen oder beschleunigen die thermische Zersetzung der Abfallstoffe. Die geschmolzene Schlacke der Abfallstoffe fließt durch Lücken zwischen den kugelförmigen keramischen Kugeln nach unten, und fließt in eine Schlacke/Gas-Trennungszone 9. Die geschmolzene Schlacke, die sich auf dem unteren Teil der Trennungszone 9 ablagert, wird daraus entfernt, abgekühlt und man lässt sie fest werden, um als Recyclingmaterialien, wie zum Beispiel Materialien für den Hochbau oder Materialien für die Tiefbau, verwendet zu werden.
  • Das thermisch zersetzte Gas oder Pyrolysegas, das in dem Abfallstoffschmelzverfahren hergestellt wird, strömt durch die Lücken zwischen den keramischen Kugeln des Kugelhaufens 8 hindurch, und es strömt als ein Hoch-Temperatur-Syngas aus der Trennungszone 9 in die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG aus. Das Hoch-Temperatur-Roh-Syngas aus der Zuführungsleitung HG fließt durch den Kühler 6, die Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG und durch die Vorrichtung zur Gasbehandlung 7, und es wird als reines Niedrig-Temperatur-Syngas an die Zuführungsleitungen FG und RG geliefert. Das Syngas aus der Leitung FG wird der Energienutzanlage, wie zum Beispiel einer Gasturbinenvorrichtung (nicht gezeigt), zugeführt, und das Syngas aus der Leitung RG wird in die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 eingespeist. Der Kühler 6 ist mit einem Wärmetauscher versehen, in welchem ein Anteil Wasser über die Wasser-Zuführungsleitung WS durch die Eigenwärme des Hoch-Temperatur-Syngases verdampft wird, woraus der Niedrig-Temperatur-Dampf resultiert, und der Niedrig-Temperatur-Dampf aus der Niedrig-Temperatur-Dampf Zuführungsleitung LS wird mit der Niedrig-Temperatur-Luft aus der Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA durch das Mischungs-Regelventil 50 gemischt, so dass die Mischung durch das Umlenkmittel 20 in die Vorrichtung zum Erwärmen 10 eingespeist wird. Das Ventil 50 wirkt so, dass der Niedrig-Temperatur-Dampf und die -Luft in einem vorbestimmten (Gewichts)-Verhältnis, das in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt, gemischt werden.
  • Die Konfiguration und der Aufbau der Vorrichtung zum Erwärmen 10 sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen der Vorrichtung zum Erwärmen in dem ersten Beispiel, und aus diesem Grunde werden die ersten und zweiten Erwärmungsschritte (8A und 8B) abwechselnd und wiederholend in einem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt, zum Beispiel in einem Zeitintervall kürzer oder gleich 60 Sekunden, so dass die Niedrig-Temperatur-Mischung aus der Zuführungsleitung für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA kontinuierlich auf eine erhöhte Temperatur größer oder gleich 1000°C erwärmt wird. Die erwärmte Mischung wird durch die Zuführungsleitung Für Hoch-Temperatur-Mischungen MG in den Vergaser 2 eingespeist, und die Hoch-Temperatur-Mischung bewirkt, dass die Abfallstoffe in der thermischen Zersetzungszone geschmolzen und vergast werden, um so thermisch in eine geschmolzene Schlacke und ein thermisch zersetztes Gas zersetzt zu werden. Der Hoch-Temperatur-Dampf in der Mischung wirkt so, dass während des Schmelz- und Vergasungsverfahren der Abfallstoffe die Herstellung von Ruß eingeschränkt wird, während die Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, enthalten in dem zersetzten Gas, durchgeführt wird, um das Gas zu reformieren.
  • 12 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, welches eine Modifikation hinsichtlich des wie in 11 gezeigten Reaktors zum Vergasen veranschaulicht.
  • Der in 12 gezeigte Reaktor zum Vergasen von Abfallstoffen umfasst die Vorrichtung zum Erwärmen von Luft 10A, um die Niedrig-Temperatur-Luft zu erwärmen, und er umfasst eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf 10B, um den Niedrig-Temperatur-Dampf zu erwärmen, wie es in dem Beispiel in 10 gezeigt wird. Die Vorrichtung zum Erwärmen von Luft 10A weist ein Umlenkmittel 20 auf, das an die Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA angeschlossen ist, welche mit einem Luftansaugventilator 60 versehen ist, und die Auftrennungszone 15 ist mit der Hoch-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung HA verbunden. Die Vorrichtung zum Eräwrmen Dampf 10B weist ein Umlenkmittel 20 auf, das an die Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS angeschlossen ist, und die Teilungszone 15 ist mit der Hoch-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung HS verbunden.
  • Die Luft und der Dampf aus den Zuführungsleitungen HA und HS werden über die Einführungsöffnungen 4A beziehungsweise 4B in den thermischen Zersetzungsvergaser 2 eingespeist. Wie oben dargestellt, wirken die Hoch-Temperatur-Luft und der -Dampf so, dass in der thermischen Zersetzungszone die Abfallstoffe geschmolzen und vergast werden, so dass die Abfallstoffe thermisch in eine geschmolzene Schlacke und zersetztes Gas zersetzt werden, und der Hoch-Temperatur-Dampf wirkt so, dass die Bildung von Ruß eingeschränkt wird, und er ermöglicht die Durchführung der Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, die in dem zersetzten Gas enthalten sind. Die anderen Anordnungen und Komponenten des Systems zum Vergasen sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen des in 11 gezeigten Systems.
  • 13 stellt eine Flussdiagramm eines Systems dar, das eine weitere Modifikation hinsichtlich des in 11 gezeigten Reaktors zum Vergasen zeigt.
  • Das in 13 gezeigte System zum Vergasen von Abfallstoffen unterscheidet sich von dem in 12 gezeigten System dadurch, dass ein Mischungs-Regelventil 55 auf der Seite des Hoch-Temperatur-Fluid-Durchlasses bereitgestellt wird. Die Zuführungsleitungen HA und HS für Hoch-Temperatur-Luft und -Dampf werden mit dem Ventil 55 verbunden, welches die Hoch-Temperatur-Luft und den -Dampf in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis mischt. Die Hoch-Temperatur-Mischung aus Luft und Dampf wird durch die Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen MG der Anlage zum Vergasen 1 zugeführt und durch die Einführungsöffnung 4 in die thermische Zersetzungszone eingespeist. Die anderen Anordnungen und Komponenten dieses Systems sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen des in den 11 und 12 gezeigten Systems, und deshalb wird hierin eine weitere Erklärung weggelassen.
  • 14 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, welches im Allgemeinen das dritte Beispiel des erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen zeigt. Die Anordnungen und Komponenten in 14, welche im Wesentlichen die Gleichen sind wie diejenigen aus dem ersten und zweiten Beispiel, oder welche im Wesentlichen äquivalent sind zu denjenigen aus dem ersten und zweiten Beispiel, werden durch die gleichen Referenzzahlen gekennzeichnet.
  • Das in 14 gezeigte System zum Vergasen von Abfallstoffen umfasst eine Anlage zum Vergasen 1, einen Kühler 6, eine Anlage zur Gasbehandlung 7 und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10. Die Anlage zum Vergasen 1, welche durch einen Vergaser 2 und einen Reformer 3 definiert wird, ist so angeordnet, dass sie derjenigen, die in 4 gezeigt wird, entspricht. Der Vergaser 2 stellt einen Drehofen, der nach dem Prinzip der externen Erwärmung arbeitet, dar, welcher eine thermische Zersetzungszone aufweist, die unter der Steuerung eines Sauerstoffkonzentrationsregelungsmittels (nicht gezeigt) so aufrecht erhalten und geregelt wird, dass sie eine Verbrennungsatmosphäre mit wenig Sauerstoff oder mit geringer Sauerstoffkonzentration erzeugt. Die Vorbehandlungsvorrichtung des Vergasers 2 umfasst bekannte Vorrichtungen zum Ausführen von Zermalmungs- oder Schredderschritten, von klassierenden und trocknenden Verfahrensschritten, oder von Schlacke absetzenden Schritten, von Entwässerungs- und Trocknungsschritten. Zum Beispiel wird der Abfallstoff in Bruchstücke zermalmt, wobei jedes Bruchstück eine Größe, die kleiner oder gleich 150 mm ist, aufweist, um so die Effizienz der thermischen Zersetzung zu verbessern. Der mit Abfallstoffen zu beschickende Abschnitt des Vergasers 2 wird mit den Abfallstoff-Bruchstücken beschickt, und sie werden in der Verbrennungsatmosphäre der thermischen Zersetzungszone auf eine Temperatur, die in einem Bereich zwischen annäherungsweise 500°C und 600°C liegt, erwärmt. Der Abfallstoff wird in einem so genannten Heizzustand zurückbehalten, um darin aufgeheizt zu werden, und beim Fortschreiten der thermischen Zersetzungsreaktion in das zersetzte Gas und den Rückstand zersetzt zu werden. Das thermisch zersetzte Gas und der Rückstand werden in einem Trennungsabschnitt voneinander getrennt. Der abgetrennte Rückstand wird in eine Rückstands-entfernende Vorrichtung, eine nach Wertmetallen einordnende Vorrichtung, einem Schmelzofen oder dergleichen (nicht gezeigt) eingebracht, wohingegen der Abflussstrom des zersetzten Gases in die Reformerzone des Reformers 3 eingespeist wird.
  • Die Reformerzone des Reformers 3 ist durch die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG mit dem Gaskühler 6 verbunden, und der Kühler 6 ist mittels der Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG mit der Anlage zur Gasbehandlung 7 verbunden. Die Gasbehandlungsvorrichtung 6 ist durch die Brennstoffgas-Zuführungsleitung FG mit jeder geeigneten Energienutzanlage verbunden, wie zum Beispiel einer Gasturbinenvorrichtung (nicht gezeigt).
  • Die Wasser-Zuführungsleitung WS ist an den Wärmetauscher in dem Kühler 6 angeschlossen, welcher mit dem stromaufwärts gehenden Ende der Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS verbunden ist. Das stromabwärts gehende Ende der Zuführungsleitung LS ist mit einer ersten Einführungsöffnung des Mischungs-Regelventils 50 verbunden. Die Niedrig-Temperatur-Luft-Zuführungsleitung LA, welche ein Luftansaugventilator 60 für das Liefern von Umgebungsluft aufweist, wird mit der zweiten Öffnung des Regelventils 50 verbunden. Die Ausführungsöffnung des Regelventils 50 ist mit der Zuführungsleitung für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA verbunden. Das Regelventil 50 wirkt so, dass es die Niedrig-Temperatur-Luft und den -Dampf in einem vorbestimmten (Gewichts)-Mischungsverhältnis mischt, das in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 mischt, um die Mischung aus Niedrig-Temperatur-Luft und -Dampf an die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 zur liefern.
  • Die Vorrichtung zum Erwärmen 10 weist im Wesentlichen die gleichen Aufbauten wie diejenigen aus den vorhergehend erwähnten Beispielen auf, und sie wird auf eine ähnliche Art und Weise angepasst, so dass sie abwechselnd für den ersten und zweiten Erwärmungsschritt (8A und 8B) in einem vorbestimmten Zeitintervall, z.B. einem Zeitintervall kürzer oder gleich 60 Sekunden, gesteuert wird. Aus diesem Grunde wird durch die Zuführungsleitung SA die Niedrig-Temperatur-Mischung kontinuierlich auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C, vorzugsweise auf eine Temperatur größer als 800°C, erwärmt, und die erwärmte Mischung wird zu der Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen MG gefördert. Die Zuführungsleitung MG wird in den Reformer 3 eingeführt, um deren Inhalt mit dem zersetzten Gas in der Reformerzone zu mischen, so dass in der Reformerzone die exotherme Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und den Kohlenwasserstoffen, enthalten in dem zersetzen Gas, stattfindet, sowie dass darin die endotherme Reformierungs reaktion zwischen den Kohlenwasserstoffen und dem Hoch-Temperatur-Dampf stattfindet. Der Abflussstrom des reformierten Gases aus der Reformerzone wird als Hoch-Temperatur-Roh-Syngas durch die Zuführungsleitung HG in den Kühler 6 eingespeist. Die anderen Anordnungen und Komponenten dieses Systems sind im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen aus den vorhergehend erwähnten Beispielen, und deshalb wird hierin eine weitere Erklärung weggelassen.
  • 15 stellt ein Flussdiagramm eines Systems dar, das im Allgemeinen die Anordnung des Reaktors zum Vergasen zeigt, welche das vierte Beispiel des erfindungsgemäßen Reaktors zum Vergasen darstellt, wobei Bestandteile oder Komponenten, die im Wesentlichen die Gleichen wie diejenigen aus den vorhergehend erwähnten Beispielen sind, durch die gleichen Referenzzahlen gekennzeichnet sind.
  • Das in 15 gezeigte System zum Vergasen von Abfallstoffen schließt eine Anlage zum Vergasen 1 mit ein, die eine Anordnung aufweist, welche der in den 5 und 6 gezeigten Anordnung entspricht, wobei diese Anordnung einen thermischen Zersetzungsvergaser 2 und einen Reformer 3 umfasst. Der Vergaser 2 stellt einen thermischen Zersetzungsofen dar, der nach dem Prinzip der „batchweisen" Beladung arbeitet, welcher eine thermische Zersetzungszone aufweist, die durch die Zuführungsleitung für thermisch zersetztes Gas TG mit einer Reformerzone des Reformers 3 verbunden ist. Die Reformerzone des Reformers 3 ist über eine Zuführungsleitung für Hoch-Temperatur-Mischungen HMG mit einem Hoch-Temperatur-Wärmetauscher 61 der Kühlungsvorrichtung 6 verbunden. Ferner ist durch eine Zuführungsleitung für Mittel-Temperatur-Mischungen MMG die thermische Zersetzungszone in dem Vergaser 2 mit einem Mittel-Temperatur-Wärmetauscher 62 verbunden.
  • Die Kühlungsvorrichtung 6 wird mit den in Serie angeordneten Hoch-Temperatur-, Mittel-Temperatur- und Niedrig-Temperatur-Abschnitten 6a, 6b und 6c versehen, welche in einer Reihenfolge von der stromaufwärts gehenden Seite zu der stromabwärts gehenden Seite des Roh-Syngas-Flusses angeordnet sind. Der Hoch-Temperatur-Abschnitt 6a ist durch die Hoch-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung HG mit dem Reformer 3 verbunden. Falls gewünscht, wird die Zuführungsleitung HG mit Staubfängern versehen, wie zum Beispiel keramischen Filtern. Jeder der Hoch-Temperatur- und Mittel-Temperatur-Abschnitte 6a und 6b enthält die Wärmetauscher 61 beziehungsweise 62, und der Niedrig-Temperatur-Abschnitt 6c enthält einen Wärmetauscher zur Dampferzeugung 63. Jeder der Wärmetauscher 61 und 62 ist vorzugsweise ein Wärmetauscher von der Platten-Kühlrippenart oder der Kühlrippenrohrart, welche einen thermischen Wirkungsgrad größer oder gleich 0,8 darstellen können, vorzugsweise einen thermischen Wirkungsgrad größer als 0,9, und der Wärmetauscher 63 stellt einen üblichen Wärmetauscher vom Gas/Flüssigkeits-Typ, welcher Wasser durch den Wärmeaustausch mit dem Syngas verdampfen kann.
  • Das Hoch-Temperatur-Roh-Syngas der Zuführungsleitung HG weist eine Temperatur größer oder gleich 900°C auf, und es besitzt immer noch einen großen Anteil Eigenwärme, die wiedergewinnbar ist. Das Hoch-Temperatur-Gas, das in die Kühlungsvorrichtung 6 fließt, wird in einen wärmeübertragenden Kontakt mit dem Wärmetauscher 61 gebracht, um die Niedrig-Temperatur-Mischung (Dampf und Luft) der Zuführungsleitung für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA1 auf einen hohen Temperaturbereich größer oder gleich 700°C, vorzugsweise einen hohen Temperaturbereich größer als 800°C, zu erwärmen, und danach ist das Rohgas in einem wärmeübertragenden Kontakt mit dem Wärmetauscher 62, um die Niedrig-Temperatur-Mischung der Zuführungsleitung für Niedrig-Temperatur-Mischungen SA2 auf einen mittleren Temperaturbereich größer oder gleich 500°C, vorzugsweise auf einen mittleren Temperaturbereich größer als 600°C, zu erwärmen. Der abgekühlte Abflussstrom des Syngases aus den Wärmetauschern 61 und 62 wird sukzessive in einen wärmeübertragenden Kontakt mit dem Wärmetauscher 63 gebracht, um das Wasser der Zuführungsleitung WS in einen Niedrig-Temperatur-Dampf mit einer Temperatur, die in einem Bereich zwischen 150°C und 250°C liegt, zu verdampfen. Das abgekühlte Gas wird durch die Niedrig-Temperatur-Gas-Zuführungsleitung LG von der Kühlungsvorrichtung 6 zu einer Anlage für die Gasbehandlung 7 transportiert, und danach wird es in die Zuführungsleitung FG geliefert.
  • Der Niedrig-Temperatur-Dampf des Wärmetauschers 63 wird in die Niedrig-Temperatur-Dampf-Zuführungsleitung LS eingespeist, um durch das Mischungs-Regelventil 50 mit der Niedrig-Temperatur-Luft mit einer Umgebungslufttemperatur gemischt zu werden, und die Mischung wird durch die Zuführungsleitungen SA1 und SA2 in die jeweiligen Wärmetauscher 61 und 62 eingespeist, in welchen die Mischung auf die mittleren oder hohen Temperaturbereiche, wie oben dargestellt, erwärmt wird. Das (Gewichts)-Mischungsverhältnis der Hoch-Temperatur-Luft zu dem -Dampf ist so eingestellt, dass es in einem Bereich zwischen 2:8 und 5:5 liegt.
  • Die Mittel-Temperatur-Mischung aus dem Wärmetauscher 62 wird durch die Zuführungsleitung MMG in die thermische Zersetzungszone des Vergasers 2 eingespeist, um den Abfallstoff thermisch in einen Rückstand und thermisch zersetztes Gas zu zersetzen. Die Hoch-Temperatur-Mischung des Wärmetauschers 61 wird durch die Zuführungsleitung HMG in den Reformer 3 eingespeist, um das zersetzte Gas zu Roh-Syngas zu reformieren.
  • Entsprechend diesem Beispiel können alle durch die Gasbehandlungsvorrichtung 7 aufgereinigte Syngase an jede Energienutzanlage, wie zum Beispiel einer Gasturbinenvorrichtung, geliefert werden. Zusätzlich kann die Wärme des Hoch-Temperatur-Syngases wirksam durch das Erwärmen der Niedrig-Temperatur-Mischung auf eine mittlere oder hohe Temperatur wieder gewonnen werden, und aus diesem Grunde wird der thermische Wirkungsgrad in dem gesamten System im Wesentlichen verbessert.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist, um die Ausführungsformen und Beispiele zu spezifizieren, ist sie darauf nicht eingeschränkt, sondern sie kann in alle anderen verschiedenen Formen verändert oder modifiziert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung, der in den begleitenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
  • Zum Beispiel ist es nachzuvollziehen, dass das oben erwähnte Konzept der vorliegenden Erfindung durch den Austausch der Bezeichnung „Abfallstoff" durch „pulverisierte Kohle", „pulverisierte Kohle und primäre Luft" oder „Kohle" auf alle Systeme zur Kohle-Vergasung angewendet werden kann. In einem derartigen Falle wird die Kohle, wie zum Beispiel pulverisierte Kohle, durch das oben genannte Brennstoff-Zuführungsmittel WT an die Anlage zum Vergasen 1 geliefert, so dass die Anlage zum Vergasen 1 als eine Anlage zur Kohle-Vergasung wirkt. Das durch die Kohle-Vergasung erhaltene thermisch zersetzte Gas wird unter Verwendung des Hoch-Temperatur-Dampfes und der -Luft reformiert, und danach wird es durch den Gaskühler 6 und die Anlage zur Gasbehandlung 7 abgekühlt und aufgereinigt. Das aufgereinigte Syngas soll an die Energienutzanlage und die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 geliefert werden.
  • Die Art oder Struktur der jeweiligen Komponenten, welche die Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 darstellen, z.B. die Ventilart des Umlenkmittels 20 und die Anordnung der Auftrennungszone 15 in den oben erwähnten spezifischen Beispielen können geeigneterweise geändert werden. Zum Beispiel kann als Umlenkmittel 20 ein Vierwege-Ventilmechanismus verwendet werden, und die Funktion der Auftrennungszone 15 kann durch eine Konfiguration eines Verbindungsdurchlasses, welche die erste und zweite Verbrennungszone 13 und 14 miteinander verbindet, oder durch einen Mechanismus eines Fluss-Regelventils erreicht werden.
  • Ferner kann ein wie z.B. in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 10-241444 (Japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-223482) offenbartes wärmeaustauschendes System als der Mechanismus zum Erwärmen von Dampf, wobei Hoch-Temperatur-Syngas verwendet wird, angewendet werden. Ein derartiges wärmeaustauschendes System wird als Mittel zum Erwärmen des Niedrig-Temperatur-Dampfes verwendet, welcher in dem Gaskühler erzeugt wurde, oder es wird als Mittel zum Erwärmen des Niedrig-Temperatur-Dampfes verwendet, welcher von jedem Dampfgenerator, der außerhalb des Systems angebracht ist, eingespeist wurde. Der durch das wärmeaustauschende System erwärmte Dampf kann überdies durch die oben genannte Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft 10 auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C erwärmt werden.
  • Weiterhin kann das Hoch-Temperatur-Syngas aus der oben erwähnten Anlage zum Vergasen direkt zu einer Verbrennungsanlage, wie zum Beispiel einem Industrieofen oder einer Wärmemaschine, geliefert werden, da es sich immer noch in einem Hoch-Temperatur-Zustand befindet. In einem solchen Falle kann der Verbrennungsbrennstoff durch jede Brennstoffzuführungsanlage, die sich außerhalb des Systems befindet, separat in ein Mittel zur Erzeugung von Dampf oder in eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf/Luft eingespeist werden.
  • Wie in 15 gezeigt, kann ferner die oben erwähnte Kühlungsvorrichtung, welche einen Hoch-Temperatur-, einen Mittel-Temperatur- und einen Niedrig-Temperatur-Abschnitt aufweist, so gestaltet sein, dass sie in zwei oder drei Kühler aufgeteilt ist, in welchen eine Entschwefelungsvorrichtung und dergleichen zum Entfernen von Schwefel oder Säure aus dem Syngas zwischen dem Wärmetauscher (62) des Mittel-Temperatur-Abschnittes und dem Wärmetauscher (63) des Niedrig-Temperatur-Abschnittes eingeschoben ist.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen von flüssigem oder festem Brennstoff zur Verfügung gestellt werden, welche das thermisch zersetzte Gas des Vergasers in ein relativ hochqualitatives Syngas reformieren.
  • Ferner kann der Reaktor und das Verfahren zum Vergasen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Anteil Wärme, der für eine Dampf-Reformierungsreaktion der Kohlenwasserstoffe, enthalten in dem thermisch zersetzten Gas, erforderlich ist, sicherstellen, ohne dass Erwärmungsvorrichtungen, die nach dem Prinzip der internen oder externen Verbrennung arbeiten, bereitgestellt werden.
  • Weiterhin kann immer noch der erfindungsgemäße Reaktor und das erfindungsgemäße Verfahren die thermische Zersetzung und die Vergasung des flüssigen oder festen Brennstoffs unterstützen oder beschleunigen, wohingegen die Herstellung von Ruß in der thermischen Zersetzungszone eingeschränkt wird.

Claims (29)

  1. Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs umfassend einen Vergaser, der eine thermische Zersetzungszone für das thermische Zersetzen des flüssigen oder festen Brennstoffs aufweist, um eine thermisch zersetztes Gas herzustellen; einen Reformer, der eine Reformer-Zone aufweist, um das thermisch zersetzte Gas zu reformieren; eine Gas-Zuführung (TG), um das das thermisch zersetzte Gas in den Reformer einzuspeisen; Mittel zum Erwärmen von Wasser oder von Niedrig-Temperatur-Dampf und Niedrig-Temperatur-Luft, um Hoch-Temperatur-Dampf und Hoch-Temperatur-Luft zu erzeugen, die eine Temperatur größer oder gleich 700°C aufweisen – und Einspeisungsmittel, um den Hoch-Temperatur-Dampf und die Hoch-Temperatur Luft in die thermische Zersetzungszone einzuspeisen, um den flüssigen oder festen Brennstoff thermisch zu zersetzen und/oder in die Reformer-Zone, um das thermisch zersetzte Gas zu reformieren.
  2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformer-Zone durch Einspeisungsvorrichtungen eingebracht werden, so dass das thermisch zersetzte Gas reformiert wird und daraus ein Hoch-Temperatur-Syngas resultierend aus einer exothermen Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und der Kohlenstoffverbindung, die in dem thermisch zersetzten Gas enthalten ist, und aus einer endothermen Reaktion zwischen der Kohlenstoffverbindung und dem Hoch-Temperatur-Dampf erhalten wird.
  3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft durch die Einspeisungsmittel in die thermische Zersetzungszone eingeführt werden, so dass der flüssige oder feste Brennstoff thermisch so zersetzt wird, dass das thermisch zersetzte Gas mit einem Anteil an Eigenwärme erzeugt wird, welchen der Hoch-Temperatur-Dampf und die -Luft aufweist, sowie mit einem Anteil an Wärme resultierend aus der exothermen Oxidationsreaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und dem Brennstoff.
  4. Reaktor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen eine Vorrichtung zum Erwärmen von Dampf mit beinhalten, um den Niedrig-Temperatur-Dampf auf eine Temperatur größer oder gleich 700°C zu erwärmen, woraus der Hoch-Temperatur-Dampf resultiert sowie eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft, um die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C zu erwärmen, woraus die Hoch-Temperatur-Luft resultiert, und dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisungsmittel einen Hoch-Temperatur-Dampf-Durchlass aufweisen, um den Hoch-Temperatur-Dampf in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformer-Zone einzuspeisen und einen Hoch-Temperatur-Luft-Durchlass aufweisen, um die Hoch-Temperatur-Luft in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformer-Zone einzuspeisen.
  5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen Mittel zum Mischen des Niedrig-Temperatur-Dampfes mit der Niedrig-Temperatur-Luft beinhalten, um so eine Niedrig-Temperatur-Mischung von Luft und Dampf zu erzeugen sowie eine Vorrichtung zum Erhitzen von Mischungen, um diese Mischung auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C zu erwärmen, um so eine Hoch-Temperatur-Mischung von Luft und Dampf zu erzeugen, wobei die Einspeisungsmittel einen Durchlass für die Hoch-Temperatur-Mischung beinhalten, um die Hoch-Temperatur-Mischung in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformer-Zone einzuspeisen.
  6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen eine Vorrichtung zum Erwärmen des Niedrig-Temperatur-Dampfes auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C, beinhalten, um den Hoch-Temperatur-Dampf zu erzeugen, sowie eine Vorrichtung zum Erwärmen von Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C, um die Hoch-Temperatur-Luft zu erzeugen, sowie Mittel zum Mischen des Hoch-Temperatur-Dampfes und der Hoch-Temperatur-Luft, um eine Hoch-Temperatur-Mischung von Dampf und Luft zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisungsmittel einen Durchlass für die Hoch-Temperatur-Mischung beinhalten, um diese Hoch-Temperatur-Mischung in die thermische Zersetzungszone und/oder in die Reformer-Zone einzuspeisen.
  7. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Zone durch einen Reformer gegeben ist, in welchen das thermisch zersetzte Gas eingespeist wird und die Einspeisungsmittel Durchlässe für die Hoch-Temperatur-Luft und den Hoch-Temperatur-Dampf aufweisen, um diese in die Reformer-Zone und die thermische Zersetzungszone einzuspeisen, so dass das thermisch zersetzte Gas zu einem Hoch-Temperatur-Syngas mittels einer exothermen Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und der Kohlenstoffverbindung, die in dem thermisch zersetzten Gas enthalten ist, sowie mittels einer endothermen Reaktion zwischen der Kohlenstoffverbindung und dem Hoch-Temperatur-Dampf reformiert wird.
  8. Reaktor nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Kühlung für die Abkühlung des Hoch-Temperatur-Syngases auf ein Niedrig-Temperatur-Syngas vorhanden ist, und die Vorrichtung zur Kühlung einen Wärmetauscher zur Erzeugung des Niedrig-Temperatur-Dampfes aus einem Anteil an Eigenwärme, den das Hoch-Temperatur-Syngas aufweist, besitzt.
  9. Reaktor nach einem der Ansprüche 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen eine Vorrichtung zur Kühlung aufweisen, die das Hoch-Temperatur-Syngas auf ein Niedrig-Temperatur-Syngas kühlt und die Vorrichtung zur Kühlung einen Hoch-Temperatur-Wärmetauscher aufweist, der die Niedrig-Temperatur-Luft und/oder den Niedrig-Temperatur-Dampf auf eine Hoch-Temperatur von größer oder gleich 700°C durch Mittel zum Wärmeaustausch zwischen der Niedrig-Temperatur-Luft und/oder dem Niedrig-Temperatur-Dampf und dem Hoch-Temperatur-Syngas erhitzt.
  10. Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Kühlung weiterhin einen Mittel-Temperatur-Wärmetauscher aufweist, der die Niedrig-Temperatur-Luft und/oder den Niedrig-Temperatur-Dampf auf eine mittlere Temperatur in einem Bereich von 500°C bis 700°C erwärmt durch Mittel zum Wärmeaustausch zwischen der Niedrig-Temperatur-Luft und/oder dem Niedrig-Temperatur-Dampf mit dem Hoch-Temperatur-Syngas.
  11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin einen Dampf-erzeugenden Wärmetauscher zur Herstellung des Niedrig-Temperatur-Dampfes durch Mittel zum Wärmetausch zwischen dem Wasser und dem Hoch-Temperatur-Syngas aufweist.
  12. Reaktor nach einem der Ansprüche 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin Mittel zur Gasreinigung des Syngases aufweist und diese Mittel zur Reinigung einen Durchlass für die Versorgung mit Syngas aufweisen, um mindestens ein Teil des gereinigten Syngases in die Mittel zum Erwärmen einspeisen zu können, so dass die Mittel zum Erwärmen das Wasser oder den Niedrig-Temperatur-Dampf und die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C mittels Wärme erhitzen, die aus einer Verbrennungsreaktion des Syngases stammt.
  13. Reaktor nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Mischen eine Vorrichtung zum Kontrollieren beinhalten, um eine variable Einstellung des Mischungsverhältnisses zwischen dem Dampf und der Luft zu ermöglichen.
  14. Verfahren zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs zur Herstellung eines thermisch zersetzten Gases durch Mittel zur Durchführung einer thermischen Zersetzungsreaktion des flüssigen oder festen Brennstoffs mittels eines Reaktors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Wasser oder der Niedrig-Temperatur-Dampf und die Niedrig-Temperatur-Luft erhitzt werden, um Hoch-Temperatur-Dampf sowie Hoch-Temperatur-Luft mit einer Temperatur von größer oder gleich 700°C zu erzeugen; und wobei der Hoch-Temperatur-Dampf und die Hoch-Temperatur-Luft in eine thermische Zersetzungszone eingeführt werden, um den flüssigen oder festen Brennstoff thermisch zu zersetzen und/oder in eine Reformer-Zone eingeleitet werden, um das thermisch zersetzte Gas zu reformieren.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch-Temperatur-Dampf und die Hoch-Temperatur-Luft mit dem thermisch zersetzten Gas gemischt werden, so dass ein Anteil der Wärme, die für die endotherme Reformierungsreaktion zwischen dem Hoch-Temperatur-Dampf und der Kohlenstoffverbindung, die sich in dem thermisch zersetzten Gas befindet, benötigt wird, teilweise aus der Wärme bereit gestellt wird, die aus der exothermen Reaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft mit der Kohlenstoffverbindung zur Verfügung gestellt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hoch-Temperatur-Dampf und -Luft in die thermische Zersetzungszone eingebracht werden, so dass der flüssige oder feste Brennstoff thermisch zersetzt wird, um das thermisch zersetzte Gas herzustellen mit einem Anteil Eigenwärme, die der Hoch-Temperatur-Dampf und -Luft aufweisen, und einem Anteil an Wärme, die durch die exotherme Oxidationsreaktion zwischen der Hoch-Temperatur-Luft und dem Brennstoff erzeugt wurde.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis zwischen Hoch-Temperatur-Dampf und -Luft ein Mischungsverhältnis ist, das variabel eingestellt werden kann.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass normale Luft, Sauerstoff oder ein Gemisch von normaler Luft und Sauerstoff als Niedrig-Temperatur-Luft eingesetzt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch zersetzte Gas die Reformierungsreaktion des Dampfes in der Reformer-Zone und danach den Wärmeaustausch mit dem Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder der Niedrig-Temperatur-Luft übernimmt, um den Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur von größer oder gleich 700°C zu erwärmen.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch zersetzte Gas weiterhin den Wärmeaustausch zwischen dem Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder der Niedrig-Temperatur-Luft übernimmt, um den Niedrig-Temperatur-Dampf und die Niedrig-Temperatur-Luft auf eine Temperatur in einem Bereich von 500°C bis 700°C zu erwärmen.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch zersetzte Gas ferner den Wärmeaustausch mit dem Wasser übernimmt, um den Niedrig-Temperatur-Dampf zu erzeugen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch zersetzte Gas die Dampf-Reformierungs-Reaktion in der Reformer-Zone übernimmt und danach einer Gas-Behandlung unterzogen wird, um Fremdstoffe oder Schadstoffe zu entfernen, woraus ein aufgereinigtes Syngas resultiert, wonach das aufgereinigte Syngas in Vorrichtungen zum Erwärmen des Wassers oder des Niedrig-Temperatur-Dampfes bzw. der Niedrig-Temperatur-Luft in Mittel zur Verbrennung in einer Verbrennungsanlage oder in einer Verbrennungsmaschine eingeführt wird, die sich außerhalb des Reaktors befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser oder der Niedrig-Temperatur-Dampf oder die Niedrig-Temperatur-Luft in der Vorrichtung zum Erwärmen durch die Wärme aus der Verbrennungsreaktion des gereinigten Synthesegases erwärmt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgereinigte Syngas der Verbrennungsvorrichtung als Brennstoff-Hauptbestandteil zugeführt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgereinigte Syngas der Verbrennungsvorrichtung als Brennstoff-Hilfsbestandteil dem Brennstoff-Hauptbestandteil oder der Verbrennungszuluft zugeführt wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch zersetzte Gas durch eine Kühlungsvorrichtung zum Kühlen des thermisch zersetzten Gases strömt, nachdem es die Dampf-Reformierungsreaktion übernommen hat und bevor es dem Gas-Behandlungsprozess unterzogen wird, wobei die Vorrichtung zur Kühlung einen Teil des Wassers verdampft, um Niedrig-Temperatur-Dampf durch die Eigenwärme aus dem thermisch zersetzten Gas zu erzeugen, oder, um den Niedrig-Temperatur-Dampf und/oder die Niedrig-Temperatur-Luft durch die Eigenwärme aus dem thermisch zersetzten Gas zu erwärmen.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Abfallstoffe, Brennstoff aus Biomasse oder Schweröl als fester oder flüssiger Brennstoff eingesetzt werden.
  27. System zum Vergasen von Abfallstoffen umfassend einen Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
  28. System zur Kohle-Vergasung umfassend einen Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
  29. System zur Vergasung und zur Erzeugung von Energie umfassend einen Reaktor zum Vergasen eines flüssigen oder festen Brennstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 und einem Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie betrieben durch das Syngas, das durch dem Reaktor erzeugt wurde.
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