EP1248828B1

EP1248828B1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von brenngasen

Info

Publication number: EP1248828B1
Application number: EP01900000A
Authority: EP
Inventors: Adrian Fürst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2004-06-23
Anticipated expiration: 2021-01-03
Also published as: EP1248828A1; ATE269891T1; AU2001219811A1; WO2001051591A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Brenngaserzeuger sind an sich schon seit langem bekannt. Im Wesentlichen können zwei Prinzipien unterschieden werden: Die Gleichstrom- oder Abstromvergaser und die Gegenstrom- oder Aufstromvergaser. Gegenstromvergaser sind geeignet zur Verarbeitung von schlackereichen Brennstoffen. Das aus Gegenstromvergasern erhältliche Brenngas ist aber im Allgemeinen reich an Teer und weiteren Pyrolyseprodukten, was entweder eine sofortige Verbrennung des noch heissen und über der Kondensationstemperatur der Pyrolyseprodukte gehaltenen Gases oder aber eine aufwändige Gasaufbereitung bedingt. Das Gleichstromvergaser-Prinzip, andererseits, ermöglicht, dass Teer und weitere Pyrolyseprodukte vollständig aufgespalten werden, ist aber nicht geeignet zur Verarbeitung von schlackereichen Produkten. Bei den bisher gebräuchlichen Brenngaserzeugern stellt sich zusätzlich das Problem der ungleichmässigen Erwärmung im Reaktor. Der dem Reaktor zugeführte Sauerstoff ist im Allgemeinen nach seinem Eindringen in den mit Brennstoffmaterial gefüllten Bereich schnell verbraucht. Deshalb ergibt sich in Funktion des Abstandes von der Mündung der Sauerstoffzuführung eine abnehmende Temperatur. Sobald der Reaktor einen gewissen Durchmesser überschreitet, entsteht aus diesem Grund ein Randbereich, in dem die zur Aufspaltung der Pyrolyseprodukte notwendige Temperatur nicht mehr erreicht wird. Daher sind erhältliche Brenngaserzeuger im Allgemeinen klein und ihre Leistung ist beschränkt, was sich natürlich unvorteilhaft auf ihre Wirtschaftlichkeit auswirkt.

Aus der Europäischen Patentschrift EP-0 404 881 ist ein Brenngaserzeuger bekannt, der als Abstromvergaser arbeitet. Der Reaktor dieses Brenngaserzeugers ist in der Nähe der Luftzuführung derart verengt, dass seine Wandungen zwei Kegelstümpfe bilden, von denen sich der obere nach oben, der untere nach unten erweitert. Ein koaxialer, axial verschiebbarer Gegenkegel ragt in den unteren Kegelstumpf hinein und dient als Rost-Element, das den Reaktor nach unten abschliesst. Diese Anordung erlaubt eine Steuerung der Prozessgeschwindigkeit, löst aber die vorstehend genannten Probleme nicht.

Die britische Offenlegungsschrift GB-489 640 offenbart einen Brenngaserzeuger, welcher ebenfalls als Abstromvergaser arbeitet. Ein Reaktor wird durch ein Rost-Element nach unten abgeschlossen. Gemäss einer Ausführungsform erfolgt die Luftzuführung in einen die Mündung einer Luftzuführröhre umgebenden Leerraum, Der Leerraum wird aufrechterhalten, damit diese Mündung nicht beschädigt wird. Eine Lösung der vorstehend genannten Probleme wird nicht vorgeschlagen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun als Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngasen zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile bekannter Brenngaserzeuger nicht aufweisen. Insbesondere sollen die Vorrichtung und das Verfahren eine äusserst wirtschaftliche Gaserzeugung ermöglichen, wobei die erzeugten Gase hohe Reinheitsanforderungen erfüllen sollen. Ferner sollen die Vorrichtung und das Verfahren zur wirtschaftlichen Erzeugung von Brenngasen aus schlackereichen und eventuell zusätzlich teerreichen Brennstoffen geeignet sein.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Verfahren gelöst, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäsen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird im erfindungsgemässen Brenngaserzeuger ein sich über eine ganze Querschnittsfläche des Schachtreaktors erstreckender Leerraum aufrecht erhalten, in den das zugeführte sauerstoffhaltige Vergasungsmittel, beispielsweise Luft, zugeführt wird. Dieser Leerraum dient als Vorbrenn- und Mischkammer. Zusätzlich bewirkt dieser Leerraum auch, dass das sich an der Oberfläche und also an der Grenzfläche zum Leerraum befindliche Material gleichmässig und unabhängig vom Abstand zur Mündung der Vergasungsmittel-Zuführung und eventuell zu einer Schachtachse mit Sauerstoff versorgt wird. Daraus resultiert auch, dass das Material auch dann bis hin zum Schachtrand gleichmässig aufgeheizt wird, wenn der Schachtreaktor einen grossen Durchmesser hat. Das gleichmässige Aufheizen des Brennmaterials ist wichtig, damit der Brennwert des Brennstoffs optimal genutzt werden kann und damit eventuelle schwerflüchtige Pyrolyseprodukte restlos aufgespalten werden und nicht beispielsweise entlang der Wandung des Reaktors bis zum Brenngas-Abzug gelangen und somit das Brenngas verunreinigen können. Da ein Schachtreaktor eines erfindungsgemässen Brenngaserzeugers einen grössen Durchmesser aufweisen kann, kann ein solcher Brenngaserzeuger auch als grössere Anlage mit einer Nutzleistung im Megawattbereich ausgebildet sein und trotzdem höchste Anforderungen an die Reinheit des Brenngases und nach dessen Verbrennung an die entstandenen Abgase erfüllen.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist der Brenngaserzeuger sowohl eine Abstromvergasungszone als auch eine unterhalb dieser angebrachte Aufstromvergasungszone auf. Indem ein Abstromvergaser mit einem Aufstromvergaser kombiniert wird, können verunreinigungsarme Brenngase auch aus Brennstoffen erzeugt werden, die sowohl reich an Teer und anderen Pyrolyseprodukten als auch an Schlacke sind. Der Abzug der im Schachtreaktor entstandenen Brenngase erfolgt zwischen der Abstromvergasungs- und der Aufstromvergasungszone, vorzugsweise aus einem als Gasentspannungs- und Gasabzugskammer dienenden Leerraum. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind im Betriebszustand des Brenngaserzeugers die Oxidationszone des Abstromvergasers und/oder die Oxidationszone des Aufstromvergasers ebenfalls mit einem an sie anschliessenden Leerraum versehen, durch den ein Vergasungsmittel aus zu den sich in der Oxidationszone befindlichen Materialien gelangt. Dies erlaubt die Bildung eines Schachtreaktors mit einem grossen Durchmesser und die sich daraus ergebende wirtschaftliche Produktion von Brenngasen.

Im Folgenden werden noch Ausführungsbeispiele des Brenngaserzeugers in seinem Betriebszustand sowie des erfindungsgemässen Verfahrens anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1: einen schematischen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Brenngaserzeuger,
Figur 2: einen vertikalen Längsschnitt durch eine Variante des erfindungsgemässen Brenngaserzeugers,
Figur 3: einen sehr schematischen vertikalen Längsschnitt durch einen Brenngaserzeuger nach Anspruch 9 und
Figuren 4 und 5: einen vertikalen Längsschnitt durch je einen weiteren Brenngaserzeuger, und
Figuren 6 und 7: je einen vertikalen Längsschnitt durch einen weiteren Brenngaserzeuger, wobei die Schnittebenen der Längsschnitte zueinander rechtwinklig sind.

Der in der Figur 1 dargestellte Brenngaserzeuger 1 mit einer Abstromvergasungszone ist geeignet zur Erzeugung von Brenngas aus schlackearmen und eventuell teerreichen Brennstoffen wie beispielsweise Holz. Er ist je nach dem durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Gestell gehalten und besitzt eine im Wesentlichen zylindrische und eine Achse 2 definierende äussere Wandung 3 aus feuerfestem Material. Ein im Wesentlichen innerhalb der äusseren Wandung 3 angebrachter Schachtreaktor 5 besitzt einen Schachtmantel 7 und eine in der Figur als Ganzes mit 9 bezeichnete Beschickungsvorrichtung. Die Beschickungsvorrichtung 9 weist eine oder mehrere Schleusen 11 auf. Jede Schleuse besitzt einen oberen und einen unteren Flachschieber 13 bzw. 15 Durch Öffnen des oberen Flachschiebers 13 kann jede Schleuse 11 mit von einer nicht gezeichneten Zuführungsvorrichtung zugeführtem Brennstoff 17 gefüllt werden. Durch Öffnen des unteren Flachschiebers 15 gelangt Brennstoff aus der Schleuse 11 in einen Förderbereich 19. Dieser ist mit Fördermitteln 21, beispielsweise einer Förderschnecke, versehen. Durch diese gelangt der Brennstoff in den Schachtreaktor 5. Vorzugsweise ist jede Schleuse 11, der Schachtreaktor 5 und möglicherweise auch der Förderbereich 19 mit einem oder mehreren Füllstandsmessgeräten versehen, die eine automatisierte oder manuelle Steuerung des Beschickungsvorganges ermöglichen. Mit einem Regelgerät kann dadurch jeder Transportschritt des Brennstofftransportes geregelt werden. Der obere Teil 23 des Schachtreaktors 5 dient als Trocknungs- und Entgasungszone für den eingefüllten Brennstoff. Von diesem oberen Teil 23 durch einen Entgasungsrost 25 abgetrennt ist die Abstromvergasungszone 27. Oberhalb des Entgasungsrostes 25 im unteren Bereich 29 der Entgasungszone 23 befinden sich beispielsweise noch Trichtermittel 31, die den Brennstoff in der Entgasungszone 23 sammeln und der Abstromvergasungszone 27 zentral und dosiert zuführen können. Im unteren Bereich 29 der Entgasungszone herrschen Temperaturen, die je nach dessen chemischer Zusammensetzung eine Aufspaltung des Brennstoffes bewirken können. Dieser Bereich 29 wird deshalb auch als Pyrolysezone bezeichnet.

Die Abstromvergasungszone 27 weist eine Verengung auf, so dass ihre Wandung 28 zwei Kegelstümpfe bildet, von denen sich der obere nach oben, der untere nach unten erweitert. In der Abstromvergasungszone 27 bilden sich eine Abstromvergasungs-Oxidationszone 33 und darunter eine Abstromvergasungs-Reduktionszone 35 aus. Die Oxidationszone 33 besitzt zwischen dem Entgasungsrost 25 und dem sich in ihr befindenden Brennstoff einen Abstromvergasungs-Leerraum 34. Der Leerraum 34 erstreckt sich dabei mindestens im Wesentlichen über die ganze Horizontal-Querschnittsfläche des Schachtreaktors, so dass die in der Entgasungszone und die in der Abstromvergasungszone 27 befindlichen Materialien vollständig voneinander getrennt sind. Ein zu den Kegelstümpfen koaxialer Gegenkegel ragt in den unteren Kegelstumpf hinein und dient als Abstromvergasungs-Rostelement 37, das die Abstromvergasungszone 27 und also die Reduktionszone 35 nach unten begrenzt und als Durchlass für aus der Abstromvergasungszone weg nach unten zu transportierendes Material dient. Das Abstromvergasungs-Rostelement 37 ist an einer Welle 39 befestigt, die mit einer ausserhalb des Reaktors angebrachten und in der Figur nicht dargestellten Dreh- und Hubvorrichtung verbunden ist. Durch eine axiale Verschiebung der Welle 39 und des daran befestigten, kegelförmigen Abstromvergasungs-Rostelementes 37 kann die Grösse einer sich um dieses herum ergebenden, ringförmigen Öffnung 41 zwischen der Wandung 28 und dem Gegenkegel variiert werden. Durch Regelung der Grösse dieser Öffnung und der Drehgeschwindigkeit des Gegenkegels kann der Materialdurchsatz des Material-Wegtransportes aus der Abstromvergasungszone gesteuert werden. Der Dreh- und Hubmechanismus wird nun derart betätigt und mit der Materialzuführung in die Abstromvergasungszone abgestimmt, dass immer so viel Material durch die Öffnung 41 nach unten fällt, dass sich die Oberfläche des Brennmaterials ein wenig, beispielsweise 5-15 cm und zum Beispiel ca. 8 cm über der Höhe der Verengung befindet. In der Entgasungs- 23 der Oxidations- 33 und der Reduktionszone 35 besitzt der Brenngaserzeuger 1 ferner nicht gezeichnete Fühler zur Ermittlung der in den verschiedenen Zonen herrschenden Temperaturen sowie des Füllstandes.

Der Brenngaserzeuger 1 besitzt eine Abstrom-Vergasungsmittelzuführung 43 die als vertikales und bezüglich der äusseren Wandung 3 zentral angebrachtes Rohr ausgebildet ist. Die Mündung 45 der Vergasungsmittel-Zuführung 43 befindet sich im Leerraum 34 der Oxidationszone 33. Durch die Zuführung 43 strömt ein sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel, beispielsweise Luft, in die Oxidationszone. Der Leerraum 34 dient dann als Vorbrenn- und Mischkammer. Durch einen von unten her wirkenden Sog wird das Vergasungsmittel nach seinem Ausströmen durch das in der Abstromvergasungszone befindliche Material nach unten gesaugt. Durch die in der Nähe seiner Oberfläche bei hohen Temperaturen ablaufenden Oxidationsreaktionen wird der Sauerstoff des Vergasungsmittels rasch aufgebraucht, so dass sich die Oxidationszone 33 nur wenig, typischerweise einige cm und zum Beispiel ca. 8 cm in das Material hinein erstreckt. Aus diesem Grund befindet sich der Übergang von der Oxidations- 33 zu der Reduktionszone 35 ungefähr auf Höhe der Verengung, das heisst in der horizontalen Ebene, in der die Wandung 28 einen minimalen Querschnitt umschliesst. Durch die Existenz des Leeraumes 34 und eine homogene Materialdichte des Brennmateriales läuft der Oxidationsvorgang unabhängig vom Abstand von der Schachtachse 2 ab. Aus diesem Grund kann der Durchmesser des Schachtes praktisch in einer beliebigen Grösse dimensioniert werden, ohne dass dies am Rand der Oxidationszone ein Sauerstoffmangel bewirken würde, so dass die notwendigen Temperaturen zur Aufspaltung von Pyrolyseprodukten nicht erreicht werden.

Das aus der Abstromvergasungszone abgeführte Material gelangt durch die Öffnung 41 in eine Entaschungszone 47. Von dort wird das Material aus dem Brenngaserzeuger ausgeschleust. Diesem Zweck dienen zwei Flachschieber 49, 51, die einen Ascheraum 53 begrenzen. Das Ausschleusen der Asche erfolgt, indem zuerst der obere und dann der untere Flachschieber 49 geöffnet und anschliessend wieder geschlossen wird.

Zwischen der äusseren Wandung 3 und dem Schachtmantel 7 ist ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiger Hohlraum 53 ausgebildet. Das durch das Abstromvergasungs-Rostelement nach unten abziehende, brenngashaltige Gas gelangt auf der Unterseite 55 des Schachtreaktors in diesen Hohlraum 53 und strömt in ihm nach oben. Dabei erwärmt es den Schachtmantel 7 und sorgt somit dafür, dass in der Trocknungs- und Entgasungszone 23 die für den Trockungungs- und Entgasungsvorgang notwendige Temperatur erreicht wird. Durch eine oder mehrere Brenngas-Abführungsleitungen 57, die Öffnungen in der äusseren Wandung 3 durchdringen, wird das Gas abgeführt. Eventuell kann der Gasabfluss noch durch zusätzlich vorhandene Ventil- oder Schleusemittel 59 gesteuert werden.

In der Figur 2 ist ein Brenngaserzeuger 101 mit Aufstromvergasungszone dargestellt, der beispielsweise geeignet ist zur Erzeugung von Brenngasen aus schlackereichen, aber teerarmen Brennstoffen wie beispielsweise Klärschlamm. Er besitzt eine im Wesentlichen zylindrische, eine Achse 102 definierende äussere Wandung 103 und ist durch nicht näher beschriebene Gestellmittel 104 gehalten. Der Schachtreaktor 105 besitzt einen Einlass 109 zur Beschickung mit Brennstoff. Zusätzliche weist er im oberen Bereich einen Fühler 110 zur Ermittlung des Füllstandes auf. Der obere Teil 123 des Schachtreaktors 105 dient als Trocknungsund Entgasungszone. Der dort bei nach unten ansteigenden Temperaturen getrocknete und entgaste Brennstoff gelangt durch einen die Trocknungs- und Entgasungszone 123 nach unten abschliessenden Entgasungsrost 125 in die Aufstromvergasungszone 127. Diese ist aufgeteilt in eine Aufstromvergasungs-Reduktionszone 135 im oberen und eine Aufstromvergasungs-Oxidationszone 133 im unteren Bereich. Die Aufstromvergasungszone 127 ist nach unten begrenzt durch ein scheibenförmig ausgebildetes Aufstromvergasungs-Rostelement 137. Ähnlich wie das Abstromvergasungs-Rostelement 37 des Brennstofferzeugers 1 dient auch dieses Rostelement 137 als Durchlass für das aus der Vergasungszone weg nach unten zu transportierende Material und ist an einer Welle 139 befestigt, die mit einem ausserhalb des Reaktors angebrachten Drehantrieb 140 verbunden ist. Durch Regelung der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs 140 kann der Materialdurchsatz durch das Rostelement 137 gesteuert werden. Der unterhalb des Rostelementes 137 befindliche anschliessende Raum des Brenngaserzeugers 101 ist als gleichzeitig zur Zuführung von Vergasungsmittel dienende Schlacken- und Aschenkammer 147 ausgebildet. Der obere, direkt unterhalb des Rostelementes 137 befindliche und also an die Oxidationszone 133 anschliessende Bereich dieser Schlacke- und Aschekammer 147 wird im Betriebszustand des Brenngaserzeugers 101 frei von festem Material gehalten und bildet einen Aufstromvergasungs-Leerraum 134. Die Zufuhr von Vergasungsmittel in die Schlacke- und Aschekammer 137 erfolgt durch eine Aufstrom-Vergasungsmittelzuführung 143 mit einem seitlich angebrachten Zuführstutzen 144 in diesen Leerraum 134, wobei das Vergasungsmittel eventuell noch durch im unteren Teil der Schlacke- und Aschekammer 147 befindliche Schlacke und/oder Asche hihdurchgeleitet wird und sich dabei erwärmt. Ferner besitzt die Schlacke- und Aschekammer auch noch ein mit der Welle 139 verbundenes Rührwerk 148, durch das ein fortlaufender Weitertransport der anfallenden Schlacke und Asche in ein als Schlacke- und Ascheaustrag 150 dienendes Abführungsrohr und von dort in einen Schlacke- und Aschebehälter 152 erfolgt. Der Schlacke- und Aschebehälter 152 kann noch mit einer Füllstandsanzeige versehen sein, die mit in ihm angebrachten Fühlern verbunden ist und die beispielsweise anzeigt, wenn der Schlacke- und Aschebehälter 152 voll ist und zur Entleerung wegtransportiert und eventuell durch einen leeren Behälter ersetzt werden muss.

Das in der Aufstromvergasungszone 127 erzeugte Gas gelangt von der Aufstromvergasungs-Reduktionszone 135 durch den Entgasungsrost 125 in einen zwischen dem Schachtreaktor 105 und der äusseren Wandung 103 ausgebildeten, im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Hohlraum 153. Dabei wird der Schachtmantel 107 erwärmt und die in der Trocknungs- und Entgasungszone herrschenden, nach unten zunehmenden Temperaturen erzeugt. Der Hohlraum 153 kann noch durch ein Lochblech 154 unterteilt sein. Das Brenngas enthaltende Gas wird durch eine Brenngas-Abführungsleitung 157 abgeführt

Ein Brenngaserzeuger mit Abstrom- und Aufstromvergasungszone ist schematisch in der Figur 3 dargestellt. Der Brenngaserzeuger 201 besitzt eine äussere Wandung 203 aus einem feuerfesten Material und einen Schachtreaktor 205. Die Beschickung mit Brennstoff erfolgt mittels einer Schleuse 211, die einen oberen und einen unteren Flachschieber 213 bzw. 215 besitzt. Im oberen Bereich des Schachtreaktors ist eine Trocknungs- und Entgasungszone 223f ausgebildet. Unterhalb dieser ist eine Abstrom-Vergasungsmittelzuführung 243 mit einem den Schachtreaktor umgebenden Ringraum 244 angebracht. Von diesem Ringraum 244 strömt das Vergasungsmittel durch Öffnungen radial nach innen und anschliessend nach unten. Dabei bildet sich durch Verbrennungsprozesse im Brennmaterial eine Abstromvergasungs-Oxidationszone 233 einer Abstromvergasungszone 227 aus, die sich von der Höhe des Ringraumes 244 nach unten erstreckt. An diese anschliessend bildet sich eine Abstromvergasungs-Reduktionszone 235 aus. Im unteren Bereich des Schachtreaktors 205 besitzt dieser ferner eine Aufstrom-Vergasungsmittelzuführung 261, die ebenfalls einen Ringraum 263 aufweist, von dem ein Vergasungsmittel radial nach innen und anschliessend nach oben strömt. Dabei bilden sich eine Aufstromvergasungs-Oxidationszone 275 und eine oberhalb dieser an diese anschliessende Aufstromvergasungs-Reduktionszone 273 einer Aufstromvergasungszone 271 aus. Zwischen der Abstromvergasungszone 227 und der Aufstromvergasungszone 271 werden die in der Abstromvergasungszone 227 und der Aufstromvergasungszone 271 entstandenen Gase durch Gasabzugsmittel abgezogen. Diese werden durch einen ringförmigen Hohlraum 253, in dem die Gase gesammelt werden und einer geeigneten Absaugvorrichtung gebildet. Unterhalb der Aufstromvergasungszone 271 befindet sich noch eine Schlacke- und Aschekammer 247. Von dieser wird die Schlacke und die Asche aus dem Brenngaserzeuger mit zwei Flachschiebem 249 bzw. 251 ausgeschleust.

Der in Figur 4 dargestellte Brenngaserzeuger 301 mit Aufstrom- und Abstromvergasungszone weist eine äussere Wandung 303 aus feuerfestem Material auf, die einen im Wesentlichen zylindrischen und eine Achse 302 definierenden Hauptabschnitt 304, einen unten an diesen anschliessenden Boden 306 mit einer Öffnung 308 sowie einen als zylindrischen Fortsatz von der Öffnung 308 nach unten ragenden Nebenabschnitt 310 mit einer im Vergleich zum Hauptabschnitt wesentlich kleineren Querschnittsfläche in einem Horizontalschnitt auf. Ein Schachtreaktor 305 wird gebildet durch einen an der Wandung befestigten Haupt-Schachtreaktor 312 sowie den als Neben-Schachtreaktor dienenden Nebenabschnitt 310. Die äussere Wandung 303 wird durch im Folgenden nicht näher beschriebene Gestellmittel 304 flexibel so gehalten, dass durch thermische Ausdehnungen entstandene Verschiebungen ausgeglichen werden können. Die Zuführung von Brennstoff in den Schachtreaktor 305 erfolgt durch eine Brennstoff-Zuführung 314 in eine Entgasungszone 323. Direkt an diese anschliessend bildet sich eine Abstromvergasungszone 327 mit einer Abstromvergasungs-Oxidationszone 333 und einer Abstromvergasungs-Reduktionszone 335 aus. Im Bereich der Entgasungs- und der Oxidationszone besitzt der Schachtreaktor 305 eine Verengung, die durch einen aus feuerfestem Material bestehenden Abschnitt 328 seiner Wandung gebildet wird. Dabei bildet die Wandung zwei Kegelstümpfe, von denen sich der obere nach oben, der untere nach unten erweitert. In der Abstromvergasungszone 327 bilden sich ein aus. Die Abstromvergasungszone 327 wird durch ein Abstromvergasungs-Rostelement 337 nach unten begrenzt, das einen Durchlass für aus der Abstromvergasungszone 327 weg nach unten zu transportierendes Material bildet. Das Rostelement 337 ist scheibenförmig ausgebildet und gasdurchlässig. Es ist über eine Welle 339 mit einer in der Figur nicht dargestellten Dreh- und Hubvorrichtung verbunden. Durch eine vertikale Verschiebung des Rostelementes 337 kann die Grösse einer sich zwischen diesem und der Wandung 328 ausbildenden Öffnung 341 variiert werden. Analog zum Brenngaserzeuger 1 kann somit beim Brenngaserzeuger 301 der Materialdurchsatz durch das Rostelement so gesteuert werden, dass die Oberfläche des sich in der Entgasungs- und Abstromvergasungszone befindenden Materials mehr oder weniger immer auf derselben Ebene befindet. Der Brenngaserzeuger 301 besitzt eine bezüglich der äusseren Wandung 303 zentral angebrachte Abstrom-Vergasungsmittetzuführung 343. Diese besitzt ein vertikales inneres Zuführungsrohr 344 mit einem unteren Rohr-Ende 345, eine zu diesem Rohr-Ende 345 in Abstand stehende horizontale untere Stirnabdeckung 391 sowie ein von dieser nach oben ragendes und von dieser nach unten abgeschlossenes äusseres Zuführungsrohr 393 mit einer Mündung 395 oberhalb der Entgasungszone 323. Das durch das innere Zuführungsrohr 344 zugeführte Vergasungsmittel strömt bis zu dessen unterem Rohr-Ende 345 nach unten und anschliessend zwischen dem inneren und dem äusseren Zuführungsrohr 393 bis zu dessen Mündung 395 nach oben. Von der Mündung 395 gelangt das Vergasungsmittel durch das in der Entgasungszone 323 befindliche Material zur Oxidationszone 333. Das innere und das äussere Zuführungsrohr 344 bzw. 393 ragen so weit nach unten, dass sich die Stirnabdeckung 391 ungefähr auf der Höhe der Oxidationszone 333 der Abstromvergasungszone 327 befindet. Aus diesem Grund ist der an die Stirnabdeckung 391 anschliessende Abschnitt des äusseren Zuführungsrohres 393 von sehr heissem Material umgeben. Daher wird das zugeführte Vergasungsmittel bei seinem Durchfluss durch diesen Abschnitt vor seiner Einführung in die Abstromvergasungszone beheizt. An die Vergasungsmittel-Zuführung 343 und nämlich an die Stirnabdeckung 391 schliesst noch ein von der Achse 302 radial nach aussen ragender, scheibenförmiger Mischrost 367 an. Dieser ist über die Vergasungsmittel- Zuführung 343 mit einem nicht gezeichneten, sich ausserhalb des Schachtreaktors befindenden Drehantrieb verbunden und dient der Auflockerung und Mischung des Brennmaterials, das sich ungefähr auf der Höhe der Oxidationszone 333 und der Verengung befindet.

Von der Abstromvergasungszone 327 gelangt das Material durch einen als Gasentspannungs- und Gasabzugskammer dienenden Gasabzugs-Leerraum 369 in die im Nebenabschnitt 310 ausgebildete Aufstromvergasungszone 371. Ein Rührwerk 379, das mit der Welle 339 verbunden ist, führt das aus der Abstromvergasungszone 327 auf den Boden 306 gefallene Material der Aufstromvergasungszone 371 zu, wobei oberhalb der Aufstromvergasungszone 371 je nach dem noch ein Flachschieber 372 vorhanden sein kann. Die Aufstromvergasungszone 371 ist auftgeteilt in eine Aufstromvergasungs-Reduktionszone 373 und eine Aufstromvergasungs-Oxidationszone 375. In die Aufstromvergasungs-Oxidationszone 375 mündet eine Aufstrom-Vergasungsmittelzuführung 361. Die Schlacken- und Aschenabführung erfolgt durch ein an den Nebenabschnitt anschliessendes Abführungsrohr 385, das durch einen weiteren Flachschieber 387 von der Aufstromvergasungszone 371 abgetrennt ist.

Genau wie der Brenngaserzeuger 1 besitzt der Brenngaserzeuger 301 einen Hohlraum 353 innerhalb der äusseren Wandung 303, in den das in der Abstromvergasungs- und in der Aufstromvergasungszone erzeugte und von dort in den zweiten Leerraum 369 gelangte Brenngas gelangen kann. Durch eine oder mehrere Brenngas-Abführungsleitungen 357 kann das Brenngas anschliessend abgeführt werden.

Der Brenngaserzeuger besitzt noch mehrere Fühler 389 zur Ermittlung der in den verschiedenen Zonen herrschenden Temperaturen sowie des Füllstandes der Zonen mit Brennstoffen bzw. mit Schlacken und/oder Asche.

Der in Figur 5 dargestellte Brenngaserzeuger 401 ist im Wesentlichen ähnlich aufgebaut wie der Brenngaserzeuger 301 von Figur 4, unterscheidet sich aber von diesem dadurch, dass er zusätzlich zu den bei diesem vorhandenen Rostelementen noch ein Entgasungsrostelement 425 sowie anstelle des Flachschiebers 387 ein Aufstromvergasungs-Rostelement 480 besitzt. Das Entgasungsrostelement 425 dient als Durchlass für den geregelten Material-Wegtransport aus der Entgasungszone 423 in die Aufstromvergasungszone 427. Dadurch bildet sich zwischen der Entgasungszone 423 und der Aufstromvergasungszone 427 ein Aufstromvergasungs-Leerraum 434 aus, der sich über eine ganze horizontale Querschnittsfläche des Schachtreaktors 405 erstreckt und daher den in der Entgasungszone befindlichen Brennstoff vollständig von dem in der Aufstromvergasungszone befindlichen Brennstoff trennt. Die Mündung 495 der Abstrom-Vergasungsmittelzuführung 443 befindet sich im Leerraum 434, so dass das Vergasungsmittel im Unterschied zum Brenngaserzueger 301 direkt zur Abstromvergasungs-Oxidationszone 433 gelangt und nicht zuerst durch die Entgasungszone 423 geleitet wird. Der Leerraum 434 dient analog zum Leerraum 34 des Brenngaserzeugers 1 als Vorbrenn- und Mischkammer und bewirkt, dass der Brenngaserzeuger 401 dieselben Vorteile wie der Brenngaserzeuger 1 aufweist. Das Aufstromvergasungs-Rostelement 480 dient als Durchlass für den geregelten Material-Wegtransport aus der Aufstromvergasungszone in das Abführungsrohr 485. Es bewirkt einen Aufstromvergasungs-Leerraum 482, der sich auf einer horizontalen Schnittebene über den ganzen Querschnitt des Schachtreaktors erstreckt. Die Aufstrom-Vergasungsmittel-Zuführung 461 mündet in diesen Leerraum. Der Leerraum 482 besitzt die zum Leerraum 134 des Brenngaserzeugers analogen Vorteile.

Der Brenngaserzeuger 501 der Figuren 6 und 7 ist wie der Brenngaserzeuger 101 ein Gegenstromvergaser, d.h. er besitzt eine Aufstromvergasungszone. Er weist eine im Wesentlichen zylindrische, eine Achse 502 definierende äussere Wandung 503 auf und ist durch nicht näher beschriebene Gestellmittel 504 gehalten. Der Schachtreaktor 505 besitzt analog zum Schachtreaktor 105 einen Einlass 509 zur Beschickung mit Brennstoff. Weiter bildet sich auch bei diesem Schachtreaktor im Betriebszustand in einem oberen Teil 523 eine Trocknungs- und Entgasungszone, wo der Brennstoff bei nach unten ansteigenden Temperaturen getrocknet und entgast wird. Unterhalb dieser wird eine Aufstromvergasungszone 527 mit einer Aufstromvergasungs-Reduktionszone 535 im oberen und eine Aufstromvergasungs-Oxidationszone 533 im unteren Bereich gebildet. Die Aufstromvergasungszone 527 ist nach unten begrenzt durch ein Aufstromvergasungs-Rostelement 537. Dieses weist neben einem scheibenförmigen Abschnitt 536 auch einen als dreh- und hebbarer Gegenkegelrost 538 ausgebildeten Abschnitt auf. Ein solcher Gegenkegelrost entspricht vom Prinzip und von der Funktionsweise her dem Rostelement 37 des Abstromvergasers 1. Die Welle 539, an der das Rostelement 537 befestigt ist, ist mit einem ausserhalb des Reaktors angeordneten Dreh- und Hubantrieb 540 verbunden. Der unterhalb des Rostelementes 537 befindliche anschliessende Raum des Brenngaserzeugers 501 ist als gleichzeitig zur Zuführung von Vergasungsmittel dienende Schlacken- und Aschenkammer 547 ausgebildet. Auch beim hier beschriebenen Brenngaserzeuger 501 wird der obere, direkt unterhalb des Rostelementes 537 befindliche und also an die Oxidationszone 533 anschliessende Bereich dieser Schlacke- und Aschekammer 547 im Betriebszustand frei von festem Material gehalten und bildet einen Aufstromvergasungs-Leerraum 534. Die Zufuhr von Vergasungsmittel in die Schlacke- und Aschekammer 547 erfolgt durch eine Aufstrom-Vergasungsmittelzuführung 543 mit einem seitlich angebrachten Zuführstutzen 544 und je nach dem noch durch einen Ascheaustragbehälter 550 in diesen Leerraum 534. Eine zusätzliche Vergasungsmittelzuführung erfolgt bspw. noch durch im Innern der Welle angeordnete Kanäle 540. Dadurch ist zusätzlich zur Vergasungsmittelzuführung auch noch die Kühlung der Welle 539 und des Rostelements 538 gewährleistet. Ferner besitzt auch die Schlacke- und Aschekammer noch ein mit der Welle 539 verbundenes Rührwerk 548, durch das ein fortlaufender Weitertransport der anfallenden Schlacke und Asche in ein als Schlacke- und Ascheaustrag 550 dienendes Abführungsrohr und von dort in einen Schlacke- und Aschebehälter 552 erfolgt.

Der Brenngaserzeuger 501 besitzt noch Mittel zur Rückführung der in der Entgasungszone entstandenen Schwelgase in die Oxidationszone der Aufstromvergasungszone. Es sei hier noch festgestellt, dass im Unterschied zum gezeichneten Beispiel die Schwelgase auch in die Reduktionszone zurückgeführt werden können; ganz allgemein ist eine Rückführung in eine Vergasungszone auf einer beliebigen Höhe möglich. Die Mittel zur Rückführung weisen einen im oberen Bereich der Entgasungszone 523 oder oberhalb dieser bspw. seitlich angebrachten Schwelgas-Abführstutzen 571, nicht gezeichnete Schwelgas-Überführungsmittel und einen Schwelgas-Zuführstutzen 573 auf. Die durch den Schwelgas-Abführstutzen abgeführten Schwelgase können durch den Schwelgas-Zuführstutzen 573 direkt oder indirekt über den Leerraum 534 in die Oxidationszone 533 eingebracht werden. Dadurch kann die Temperatur in dieser und im Übergang zur Reduktionszone im Vergleich zu einem Aufstromvergaser ohne Schwelgas-Rückführung noch heisser sein. Ein wichtiger Effekt ist aber vor allem, dass im Schwelgas eventuell vorhandene Teerstoffe etc. in der Aufstromvergasungszone aufgespalten und damit unschädlich gemacht werden können. So kann ein Aufstromvergaser auch zur Vergasung von Feststoffen und Stoffgemischen verwendet werden, welche bisher für Aufstromvergaser ungeeignet waren.

Das in der Aufstromvergasungszone 527 erzeugte Gas gelangt von der Aufstromvergasungs-Reduktionszone 535 in einen zwischen dem Schachtreaktor 505 und der äusseren Wandung 503 ausgebildeten, im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Hohlraum 553. Dabei wird der Schachtmantel 507 erwärmt und die in der Trocknungs- und Entgasungszone herrschenden, nach unten zunehmenden Temperaturen erzeugt. Der Hohlraum 553 kann noch Schikanen 554 aufweisen, aufgrund derer der durch das Gas im Hohlraum 553 zurückzulegende Weg grösser ist und wodurch eine optimierte Wärmeabgabe des Gases an die Entgasungszone bewirkt wird. Das Brenngas enthaltende Gas wird durch eine Brenngas-Abführungsleitung 557 abgeführt.

Im Bereich des Leerraums 534 besitzt der Brenngaserzeuger 501 noch ein Ausglüh-Rostelement 590. Dieses ist bspw. als Gitter mit relativ feinen Maschen ausgebildet. Brennstoffrückstände, welche auch nach der Durchquerung der Reduktions- und der Oxidationszone noch nicht vollständig verglüht sind und deshalb noch nicht als Aschestaub vorliegen, werden auf diesem Ausglüh-Rostelement 590 zurückgehalten und können im Luftzug des zugeführten Vergasungsmittels noch vollständig ausglühen. Durch mindestens eine in der Figur 7 besonders gut sichtbare Förderschnecke 591 werden dabei von Zeit zu Zeit die nicht weiter abbaubaren Brennstoffrückstände durch einen Brennstoffrückstand-Austrag 592 in horizontaler Richtung wegbefördert. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist dabei die Förderschnecke 591 ortsfest angebracht, während das Ausglüh-Rostelement 590 mit der Welle verbunden ist und also drehbar ist. Die Förderschnecke 591 oder die Förderschnecken sind bspw. exzentrisch angebracht, d.h. sie kreuzen die Achse 502 nicht.

Claims

Vorrichtung (1, 101, 201, 301, 401, 501) zur Erzeugung von brennbaren Gasen durch Vergasung von stückig vorliegenden Festbrennstoffen, beinhaltend einen in einer Durchflussrichtung zu durchquerenden Reaktorschacht (5, 105, 405, 505)
mit mindestens einer Vergasungszone (27, 127, 427, 471, 527), die in eine Oxidationszone (33, 133, 433, 475, 533) und eine Reduktionszone (35, 135, 435, 473, 535) aufgeteilt ist,
mit einer Vergasungsmittelzuführung (43, 143, 443, 461, 543) und
mit einem die Vergasungszone (27, 127, 427, 471, 527) in Durchflussrichtung abschliessenden Rostelement (37, 137, 437, 480, 537), das einen Durchlass für den Material-Wegtransport aus der Vergasungszone (27, 127, 427, 471, 527) mit einem Materialdurchsatz bildet und mit Mitteln zur Steuerung des Materialdurchsatzes versehen ist,
wobei das Rostelement (37, 137, 437, 480, 537) und die Mittel zur Steuerung des Materialdurchsatzes so ausgebildet sind, dass im Betriebszustand der Vorrichtung mindestens ein in der Oxidationszone (33, 133, 433, 475, 533) ausgebildeter und/oder an diese anschliessender Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) aufrecht erhaltbar ist und
die Vergasungsmittelzuführung (43, 143, 443, 461, 543) in diesen Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) mündet,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) über eine ganze Querschnittsfläche des Schachtreaktors (5, 105, 405, 505) erstreckt.
Vorrichtung (1, 401, 501) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Vergasungszone eine Wandung (28, 428) besitzt, die zwei koaxiale, sich zueinander hin verengende Kegelstümpfe bildet, so dass die Vergasungszone (27, 427, 527) eine Verengung aufweist.
Vorrichtung (1, 101, 201, 301, 401, 501) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über der oder einer Vergasungszone (27, 127, 427, 527) eine Entgasungszone (23, 123, 423, 523) vorgesehen ist, die im Betriebszustand zwecks Trocknung und Entgasung des Festbrennstoffes durch direkte oder indirekte Beheizung erwärmbar ist.
Vorrichtung (501) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Vergasungszone eine Aufstromvergasungszone (527) ist und Mittel (571, 573) zur Rückführung von Schwelgasen aus der Entgasungszone (523) in die Aufstromvergasungszone (527) vorhanden sind.
Vorrichtung (1, 101, 201, 301, 401, 501) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Wärmeübertragungsmittel zur Beheizung der Entgasungszone (23, 123, 423, 523) durch die im Brenngas enthaltene Wärme,
wobei diese Wärmeübertragungsmittel vorzugsweise einen die Entgasungszone (23, 123, 423, 523) des Schachtreaktors (5, 105, 405, 505) zumindest teilweise umgebenden Hohlraum (53, 153, 453, 553) aufweisen, der im Betriebszustand vom Brenngas durchströmt wird, womit Wärme an den Schachtreaktor (5, 105, 405, 505) abgegeben wird.
Vorrichtung (1, 101, 201, 301, 401, 501) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um das zugeführte Vergasungsmittel mindestens zum Teil vor seiner Einführung in den Schachtreaktor (105, 405) zu erwärmen.
Vorrichtung (1, 101, 201, 301, 401) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erwärmung so ausgebildet sind, dass die Erwärmung des Vergasungsmittels durch die in der Abstromvergasungszone (427) erzeugte und/oder durch die in der abzuführenden Schlacke und/oder Asche enthaltene Wärme erfolgt.
Vorrichtung (501) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein in Durchflussrichtung nach dem Rostelement (537) angeordnetes Ausglüh-Rostelement (590) mit Mitteln (591) zum Wegbefördern von durch das Ausglüh-Rostelement (537) zurückbehaltenen Brennstoffrückständen.
Verfahren zur Erzeugung von brennbaren Gasen durch Vergasung von stückig vorliegenden Festbrennstoffen in einem Reaktorschacht (5, 105, 405, 505),
wobei die Festbrennstoffe getrocknet und/oder entgast werden und anschliessend in mindestens eine Oxidationszone (33, 133, 433, 475, 533) und eine Reduktionszone (35, 135, 435, 473, 535) einer Vergasungszone (27, 127, 427, 471, 527) des Reaktarschachtes (5, 105, 405, 505) gelangen, wobei in der mindestens einen Oxidationszone (33, 133, 433, 475, 533) ein Vergasungsmittel zugeführt wird,
wobei mindestens ein in der mindestens einen Oxidationszone (33, 133, 433, 475, 533) ausgebildeter und/oder an diese anschliessender Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) aufrechterhalten wird, und die Zuführung von Vergasungsmittel in diesen Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leerraum (34, 134, 434, 482, 534) über eine ganze Querschnittsfläche des Schachtreaktors (5, 105, 405, 505) erstreckt.
Vorrichtung (201, 301, 401), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Erzeugung von brennbaren Gasen durch Vergasung von stückig vorliegenden Festbrennstoffen in einem von den Brennstoffen in einer Durchflussrichtung zu durchquerenden Reaktorschacht (205, 305, 405)
mit einer Abstromvergasungszone (227, 327 427), die in eine Oxidationszone (233, 333, 433) und eine Reduktionszone (235, 335, 435) aufgeteilt ist,
mit einer Abstrom-Vergasungsmittelzuführung (243, 343, 443) zur Zuführung von Vergasungsmittel in die Oxidationszone (233, 333, 433),
gekennzeichnet durch
eine in Durchflussrichtung nach der Abstromvergasungszone (227, 327 427) angeordnete Aufstromvergasungszone (271, 371, 471) mit einer Aufstromvergasungs-Oxidationszone (275, 375, 475), einer Aufstromvergasungs-Reduktionszone (273, 373, 473) und einer Aufstrom-Vergasungsmittelzuführung (261, 361, 461) zur Zuführung von Vergasungsmittel in die Aufstromvergasungs-Oxidationszone (275, 375, 475), und durch
zwischen der Abstromvergasungszone (227, 327 427) und der Aufstromvergasungszone (271, 371, 471) ansetzende Gasabzugsmittel.
Vorrichtung (301, 401) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstromvergasungs-Rostelement (337, 437) vorhanden ist, das einen Durchlass für den Material-Wegtransport aus der Abstromvergasungszone (327, 427) mit einem Materialdurchsatz bildet und mit Mitteln zur Steuerung des Materialdurchsatzes versehen ist, und dass das Rostelement (337, 437) und die Mittel zur Steuerung des Materialdurchsatzes so ausgebildet sind, dass im Betriebszustand der Vorrichtung mindestens ein Gasabzugs-Leerraum (369, 469) zwischen der Abstromvergasungszone (327, 427) und der Aufstromvergasungszone (371, 471) aufrecht erhaltbar ist.
Vorrichtung (301, 401) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasabzugs-Leerraum (369, 469) im Wesentlichen über eine ganze Querschnittsfläche des Schachtreaktors (305, 405) erstreckt.
Vorrichtung (401) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Rostelemente vorhanden sind, um im Betriebszustand sowohl einen in der Abstromvergasungs-Oxidationszone (433) ausgebildeten und/oder an diese anschliessenden als auch einen an die Aufstromvergasungs-Oxidationszone (475) anschliessenden Leerraum (434, 482) aufrecht zu erhalten.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 9, zur Erzeugung von brennbaren Gasen durch Vergasung von stückig vorliegenden Festbrennstoffen in einem Reaktorschacht (205, 305, 405),
wobei die Festbrennstoffe den Reaktorschacht in einer Durchflussrichtung durchqueren und dabei der Reihe nach eine Abstromvergasungs-Oxidationszone (233, 333, 433), eine Abstromvergasungs-Reduktionszone (235, 335, 435), eine Aufstromvergasungs-Reduktionszone (273, 373, 473) und eine der Aufstromvergasungs-Oxidationszone (275, 375, 475) durchlaufen,
wobei der Abstromvergasungs-Oxidationszone (233, 333, 433) Vergasungsmittel und der Aufstromvergasungs-Oxidationszone (275, 375, 475) Vergasungsmittel zugeführt werden und
wobei die in der Abstromvergasungszone (227, 327, 427) und der Aufstromvergasungszone (271, 371, 471) entstehenden Gase zwischen der Abstromvergasungszone (227, 327, 427) und er Aufstromvergasungszone (271, 371, 471) gesammelt und abgezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abstromvergasungszone (327, 427) und der Aufstromvergasungszone (371, 471) ein Gasabzugs-Leerraum (369, 469) aufrecht erhalten wird, in dem in der Abstromvergasungszone (327, 427) und der Aufstromvergasungszone (371, 471) entstehenden Gase gesammelt werden und von wo diese Gase nach aus dem Schachtreaktor (305, 405) ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein in der Abstromvergasungs-Oxidationszone (433) ausgebildeter und/oder an diese anschliessender als auch ein an die Aufstromvergasungs-Oxidationszone (475) anschliessender Leerraum (434, 482) aufrecht erhalten wird.