EP3535356A1 - Duplex-tek-mehrstufen-vergaser - Google Patents

Duplex-tek-mehrstufen-vergaser

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Publication number
EP3535356A1
EP3535356A1 EP17808306.9A EP17808306A EP3535356A1 EP 3535356 A1 EP3535356 A1 EP 3535356A1 EP 17808306 A EP17808306 A EP 17808306A EP 3535356 A1 EP3535356 A1 EP 3535356A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
carburetor
gasification
carbon
gasifier
Prior art date
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Pending
Application number
EP17808306.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartwig Streitenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hs Techtransfer Ug (haft-Beschr) & Co KG
Original Assignee
Hs Techtransfer Ug (haft-Beschr) & Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hs Techtransfer Ug (haft-Beschr) & Co KG filed Critical Hs Techtransfer Ug (haft-Beschr) & Co KG
Publication of EP3535356A1 publication Critical patent/EP3535356A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/007—Screw type gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/32—Devices for distributing fuel evenly over the bed or for stirring up the fuel bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/62—Processes with separate withdrawal of the distillation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an arrangement in the form of a duplex TEK multistage gasifier, i. a multistage turbocharger with a turbulent-expansive carbon bed (TEK), and a method for autothermal operation of such a gasifier in an overall plant for the thermal decomposition of a carbonaceous material having a very high calorific value to a tar-free combustible gasification gas.
  • the product includes high calorific organic and carbonaceous wastes of high calorific value, such as plastics.
  • This device consists of a shaft-like reactor in which the feed, the gaseous gasification agent and the gaseous fuel produced in descending DC are performed.
  • the gasification agent is preheated in gaseous fuel in a shell-type helical countercurrent heat exchanger.
  • This preheated gasification agent is further heated in helical or wavy channels in the ceramic hearth of the reactor and in a movable or fixed, serving as a hearth end in the lower portion of the charge cone-shaped or paraboloidal central body.
  • the grate is formed by a full cone or a hollow cone-shaped annular body, rotatable, vertically displaceable counterpart, which opposite the lower hearth an adjustable annular passage for withdrawal of the generated gaseous fuel and for discharging the solid or liquid reaction products in the form of ash, slag, Left distillation residues.
  • a disadvantage of this technical solution is that the degassing and / or gasification of the solid fuels or waste to a usable tar-free synthesis gas is not complete and not tarry, because the withdrawal of the gaseous fuel in the separation area the annular passage in the conglomerate of liquid reaction products, distillation residues, ashes and slags takes place. The reaction product as gaseous fuel is thus not free of these partial products.
  • the descending DC carburetor is also sensitive to fragmentation of fuel since the adjustable annular and funnel-shaped passage results in bridging due to flow and thereby tends to clog and dislocations. With a larger “annular gap", the fuel falls without the required reaction time in the lower gasification chamber with the residue disposal and there is thus no sufficient thermochemical conversion into a usable fuel gas.Furthermore, it comes in the bulk cone of the annular passage to caking and bonding in the mixture of liquid reaction products , Distillation residues, ashes and slags and consequent process stoppage.
  • this carburetor has a poor part-load behavior, since at partial load, the amount of gasification decreases, the hot zones are smaller and the intermediate zones increase with low temperature. This also increases the tar content in the product gas.
  • a low-tarry product is only produced when a sufficiently high temperature (temperature stability) prevails in the ember bed over the entire cross section of the gasifier and the pyrolysis gases flow through a closed hot reduction zone. This is difficult or impossible to achieve in systems with larger dimensions, especially at part load.
  • a further disadvantage is that the carburettor type according to the disclosure of EP 0 609 802 AI from the process-related uncontrollable residence times to performance reductions in both the gas quality and in the throughput of the fuel leads.
  • DE 199 37 521 A1 discloses a method and a device, in particular for the processing of already partially decomposed waste products.
  • This device consists of a shaft-like, in the lower part funnel-shaped reactor in which the charge of the carbon particles tangentially and the air is introduced axially as a gasification agent and is converted ascending by means of thermochemical reaction to synthesis gas.
  • the frusto-conical bottom part further has a lateral annular gap, through which the air can enter axially into the reactor space and can mix with the carbon-gas mixture. This gas mixture entrains the carbon particles from the solids bed ascending outwards and is converted in the reactor space at up to 1,200 ° C energetically to synthesis gas.
  • the flow falls inwards and calms down, so that the not yet thermally decomposed carbon parts and the ash parts fall back down. There they meet a collecting funnel located in the center, which runs through to the lower area and is disposed of by a screw conveyor.
  • a disadvantage of this technical solution is that the degassing and / or gasification of solid fuels or waste materials to a usable tar-free synthesis gas is not complete and not tarry and the process stability, due to uncontrolled carbon removal with associated deposition and slagging, especially inert on the parts truncated cone-shaped bottom part, adversely affected and thus can lead to blockages and consequently to uncontrollable process standstill.
  • DE 10 2008 058 602 A1 discloses a moving-bed gasifier comprising a carburetor space and a carburetor base, wherein the carburetor space is surrounded by a carburetor jacket and has a synthesis gas outlet at its one, closed end and via its second, open end via the carburetor jacket with the carburetor in connection.
  • a carburetor dome is arranged in the gasifier space in such a way that an annular gap is generated between it and the carburettor jacket and / or the carburetor trough.
  • the carburetor is in its interior formed as a carburetor trough into which an entry device and at least one feed leads, and in this case has a bottom provided with recesses relative to the gasifier chamber, wherein the bottom opens into a central shaft.
  • This carburetor trough is equipped with stirrers, which are rotatably mounted on a stirrer shaft in the carburetor trough.
  • agitator shaft is surrounded by a conveyor, which serves as a kind of overflow for possibly overfilled carburetor trough.
  • a disadvantage of this technical solution is that the degassing and / or gasification of solid fuels or waste materials to a usable tar-free synthesis gas is not complete and not tarry, since the gasification process by process-related and changing thermochemical reactions in the carbon bed, in particular by increasing the inert residues, Uncontrollably subject to strong fluctuations and thus can run unsteady and consequently does not cause complete gasification of the carbon particles.
  • the gasifier according to the disclosure of DE 10 2008 058 602 AI tends in particular by the non-dischargeable agglomerated inert solids to blockages, which leads to process stoppage.
  • DE 10 2009 007 768 AI discloses a thermolysis reactor, which is placed obliquely ascending, with an entry in the lower part and a discharge in the upper part is provided.
  • This reactor further comprises an outer sheath and an inner sheath which form a double sheath, wherein the inner sheath is surrounded by the outer sheath, so that there is a gap between them for receiving a heat carrier.
  • the reactor has a Vergasungsmitteleintrag and a central shaft with delivery tools that promote the registered waste during the pyrolytic process up and it is to convert it to coke.
  • a disadvantage of this technical solution is that the degassing of the solid fuels or waste to a usable tar-free synthesis gas is not complete and not tarry by destroying the existing bed of embers to the emergence of thermolysis reactions during forced movement of the goods, separate Glutnester to process-disturbing hot Spots and the inert substances that collect below can lead to blockages and thus the entire process can come to a standstill.
  • thermolysis rotary reactor with tubular outer jacket, which is horizontally positioned, and has a central shaft with input and Austragswerkmaschineen.
  • a disadvantage of this technical solution is that the material in the central shaft area is only insufficiently conveyed, the gasification agent is not distributed by the process and the gasification agent Shafts beyond that tend to be closures. Consequently, it comes within the property to partial bonds and lumps of incomplete conditioned good with already formed carbon coke and thereby resulting blockages with concomitant Prozes s standstill.
  • DE 199 37 524 A1 discloses an apparatus and a method for the disposal of waste products and waste, the apparatus comprising a container in which the treated waste is thermally treated at up to 900 ° C. This is done by heating and subsequent pyrolysis of the waste by supplying gasification agent. The mixing and locomotion of the material is carried out in the device according to the disclosure of DE 199 37 524 AI by sitting on a shaft paddles.
  • the gasification agent supply takes place via axially distributed in the thermolysis chamber feeders.
  • the energy input via the gasification agent which is introduced via the axially distributed feeds in the pyrolysis holistically spatially and without quantitative distribution, procedurally in the sequence from the entry to the discharge with the residual drying, reduction and Pollution of the waste material is not process-related, which can also lead to partial overheating, hot spots and unintentional combustion.
  • DE 10 2013 015 920 A1 discloses a 3-zone carburettor and a method for operating such a carburettor for the thermal conversion of waste products and wastes.
  • This carburetor comprises a lower part and a casing with an internal carburetor trough with a solids entry on an inclined trough wall, a Störstoffaustrag arranged below, enclosed by a discharge chute for the flow of gasification agent and residue removal, a truncated cone arranged in the upper carburetor part, controllable by means of a flow valve body, and from it derived adaptive gasification zones.
  • the Störstoffaustrag in zone 1 is directly connected to the discharge chute. Due to this direct fluidic and pressure-technical composite, sufficient process-technical overpressure does not build up for a sufficient flow through the carbon bed with the gasification agent and, as a result of the process, leads to partial clumping of the carbon, in particular in the lower tank region. Along with this, the temperature-technical prerequisites for the oxidation reactions, also due to the further supply of the low-temperature carbon in the upper trough area, are not reached in a stable manner.
  • WO 2001051591 A1 discloses a fuel gas generator used for processing slag-rich products.
  • WO 2001051591 Al teaches solution variants to solve the problem of uneven heating in the reactor. For this purpose, the principles of "downstream gasification” and “upstream gasification” are combined.
  • the feedstock is low-slag and possibly tarry fuel, such as wood.
  • the upper part of the reactor serves as a drying and degassing zone for the filled fuel
  • the underlying part which is separated by a degassing from the upper part, serves as a downstream gasification zone.
  • the effluent gasification agent supply takes place for this purpose in a centrally mounted tube in the downstream gasification space, with oxidation zone and subsequent reaction zone.
  • the residual material is flow-equal down, the fuel gas produced is discharged outside the outer edge zone upwards out of the reactor.
  • thermo-chemical conversion of the Fuel lies in the temperature range from approx. 350 ° C to approx. 500 ° C.
  • the required temperature ranges for the conversion of carbon coke are at least about 800 ° C to about 1400 ° C.
  • a disadvantage of all of the above-described technical solutions is that the degassing and / or gasification of solid fuels or waste to a usable tar-free synthesis gas in an apparatus / gasifier is not complete and not tarry, since the gasification process either by process-related and changing thermochemical reactions In the refuse or carbon spill the necessary successive temperature gradations and in particular the required residence times by means of spatial allocation is not justified.
  • a disadvantage of all of the methods described above, moreover, is that they require an external energy supply during operation, that is to say after starting up the system, i. not run autothermally to operate the process of degassing and / or gasification stable.
  • the object of the present invention is to provide a carburettor and a method for operating this carburetor, which avoid the disadvantages of the prior art and the production of a tar-free, combustible gasification gas in a staged autothermal process, without material, fluidic and procedural interruption, with locally determined conversion and gasification stages with defined time, Temperature and Verwirbelungstalkn (Time-Temperature- Turbulence) and dedicated endothermic and exothermic oxidation and reduction reactions in an overall system for the thermal decomposition of an organic carbonaceous material with high calorific value without external energy supply after starting the plant by a recuperative heat utilization allow.
  • the essence of the invention is to provide a duplex TEK multi-stage gasifier comprising a pre-gasifier (VV) and a main gasifier (HV).
  • VV pre-gasifier
  • HV main gasifier
  • This duplex TEK multistage gasifier is provided with a downstream heat exchanger cyclone, a main heat exchanger, a gasification mixing section comprising an oxygen pre-heater and control lines, a gasifier heater, a hot gas generator, and a process fan, and may be used in an overall plant be integrated for the thermal decomposition of a carbonaceous material with a very high calorific value to a tar-free combustible gasification gas.
  • the material, pressure, gas and flow interconnected primary and main carburettors of the Duplex-TEK multi-stage carburetor are operated without physical separation and are linked to an integrated process control and regulation unit in terms of data and information.
  • the duplex TEK multi-stage gasifier according to the invention is advantageously operated in an overall system together with the downstream components and an integrated process control and regulating unit controlling all components in order to avoid all the disadvantages of the prior art.
  • the pre-carburettor (VV) of this duplex TEK multi-stage carburetor is oriented horizontally and is characterized in its operating condition by
  • the main carburetor (HV) of this duplex TEK multi-stage carburetor is oriented vertically and is characterized in its operating condition by
  • duplex TEK multistage gasifier is operated using recuperative heat recovery in an autothermal process regime, that is, there is no additional external heat energy supply in this mode.
  • the horizontally mounted on a frame pre-carburetor includes a cylindrical carburetor shell, and in which the components of the pre-carburettor are housed.
  • a centric and horizontal hollow shaft In the interior there is a centric and horizontal hollow shaft, which is moved by means of a drive unit and is fixed in the end caps of the carburetor jacket with centric bearing.
  • coiled tubing In the first third of the pre-carburetor there are coiled tubing, tightly guided on the inside of the cylindrical carburetor jacket, which are connected to the hollow shaft via holding webs.
  • a continuing spiral conveyor belt preferably with a steep angle of attack, is also connected via holding webs to the hollow shaft, beginning in the second third of the VV and ending in the first part of the third, last third VV.
  • the spiral conveyor belt is also guided close to the inside of the cylindrical Vergasermantels-VV and acts in the region of the inner radius of the carburetor jacket.
  • a conical solid blade screw placed holistically on the hollow shaft, preferably with a steep angle of attack, is located inside the tube coils and the spiral conveyor belt.
  • the conical solid blade worm expands in the third, last third VV of the pre-gasifier after the end of the spiral conveyor conical to the inner radius of the Vergasermantel- VV and is guided close to the inside of the cylindrical Vergasermantels.
  • a good entry with quick closing slide is located in cylindrical carburetor jacket in drop height above the located in the first third of the pre-carburetor tube coils.
  • An adequate Gutaustrag is arranged below the conical Vollblattschnecke in the last third of the VV.
  • a Schwelgasab placed opposite the Gutaustrag located at the top of the carburetor VV.
  • Vergasungsmittelverteiler shafts each with separate control valves in the lower part of the cylindrical Vergasermantel- VV incorporated Vergasungsstoffschlitze with deflectors.
  • the main carburetor placed vertically in a frame HV is material and flow conducting freely and pressure and gas tight and arranged without physical separation from the VV. It is directly connected to the pre-carburettor via the carbon feed and the low-pressure gas line with the Schwelgas fan.
  • the carbon transport is preferably carried out as a tube screw conveyor and preferably heated.
  • the HV includes an upper part and a lower part.
  • the upper part of the HV includes
  • the upper part of the includes the Nachreduktionsraum.
  • the upper part is locked by means of supports on the frame HV and connected via a flange with the lower part.
  • the lower part of the HV comprises
  • a centrally assigned trough worm conveyor with a perforated wall which is preferably driven by an electric motor
  • the carrier shaft is connected to a space-enclosing screw conveyor and running in the carbon tray as mixing tools.
  • the mixing tool is preferably made of ceramic and is preferably driven by means of an electric motor.
  • the upper inside of the base-HV with a sandwich mold insert preferably as a fireproof composite construction, loose or solid executed.
  • the entire lower part HV is located by a lifting / lowering device.
  • a reflector hood In the lower third of the upper part of the HV is a reflector hood, which is mounted on segment supports. As a result, partial flow channels are formed between the semicircular reflector hood and the refractory insulation.
  • the reflector hood is located in the interior of the HV between the underlying oxidation-reduction space and the above-located Nachreduktionsraum with gasification gas discharge. Lead into the oxidation-reduction space the hot gas inlets connected to the hot gas supply from the hot gas generator.
  • the carburetor and the main carburetor are identical to The carburetor and the main carburetor.
  • the heat exchanger cyclone is a double-walled and separate air and gas guided version with cyclone residue discharge.
  • the heat exchanger cyclone is gas-tightly connected to the gasification gas discharge from the main gasifier via a large capacity compensator.
  • the fresh air is supplied via a fresh air supply with a fresh air fan controlled the double-walled enclosure.
  • the cyclone hot air line directs the heated fresh air to the gasification agent mixing section.
  • the cyclone gasification gas outlet is connected via a box compensator and a connector to the main heat exchanger.
  • the main heat exchanger is preferably a gas-air or gas-oil version. Connected to the main heat exchanger are a leading to the process fan gasification gas line, a hot air supply for oxygen preheating, a hot air outlet for the external use of excess heat and also its own fresh air supply with fresh air fan.
  • the gasification-mixing section with the associated fittings, valves and valves will not be explained here. it includes
  • the oxygen preheating which is connected to the hot air supply coming from the main heat exchanger, a discharge line residual heat and
  • the gasification agent produced in the gasification agent mixing section is passed through the gasification agent line to the gasification agent heater.
  • the gasification agent stream splits into the gasification agent supply VV and the gasification agent supply HV.
  • a process fan that generates from the Guteintrag the pre-gasifier to the process fan negative pressure and promotes the gasification gas for further energetic use in the gasification gas discharge.
  • a hot gas generator For startup and shutdown of the entire system of the gas line is a hot gas generator with hot gas supply upstream of the carburetor and main carburetor.
  • duplex TEK multistage carburetor with turbulent-expansive carbon bed is preferably operated with a slight negative pressure in such a way that over the Guteintrag in Vorvergaser up to the gasification gas utilization after the main heat exchanger, an energetic conversion he follows.
  • the high-calorie carbonaceous material to be treated is presorted to the product input, fed crushed and preferably has only 10-mass% water bound.
  • the material is loosened after the entry on the Guteintrag by means of coiled tubing, which are placed in the first third VV, and conveyed on a spiral conveyor belt and a conical full leaf auger.
  • the spiral conveyor joins the coiled tubing in the second third of the VV and exits in the first part of the third, last third VV.
  • a concentric and holistic on the hollow shaft placed conical full leaf screw is located within the coiled tubing and the spiral conveyor belt and expands to the end in the third, last third VV, after the end of the spiral conveyor belt to the inner radius of the pre-gasifier.
  • the hollow shaft is mounted in the end caps with centric storage. The transport of goods from Guteintrag to Gutaustrag at the end of Vorvergasers done without superficial mixture.
  • the hollow shaft with coiled tubing, spiral conveyor belt and conical solid blade screw is set in a rotating motion by a drive unit.
  • the entry of the hot gasification agent is carried out below the material via partially arranged Vergasungsschlitze in the lower part of the cylindrical Vergasermantels-VV via the Vergasffentivverteiler shafts and is controlled by valves.
  • the estate is supplied with hot gasification agent and flows around.
  • the deflectors installed above the gasification agent slots protect the gasification agent slots from blockages.
  • the material is further promoted by the subsequently arranged spiral conveyor in the central part, which is supported by a different relative movement to the conical full leaf auger, which is based on the different pitches of spiral conveyor and conical full leaf auger.
  • the carbon transport which is preferably designed as a tube screw conveyor and heated
  • the carbon coke is transported to the main gasifier.
  • the carbonization gas forming in the pre-carburettor is conveyed via the carbonization gas discharge, which is arranged above the product discharge, via a further Schwelgastechnisch simultaneously led to the main gasifier.
  • the carbonization gas and the carbon coke are brought together and at the same time introduced without spatial and fluidic interruption in the lower part HV.
  • the forming carbon bed in the carbon sump is formed by the carbon coke that is introduced into the lower part HV via the tubular carbon entry.
  • the tubular carbon entry is in turn connected via the tube compensator with the carbon delivery of the pre-gasifier (VV) conveyor technology and is placed laterally to the carbon trough at the outer end wall.
  • VV pre-gasifier
  • a carrier shaft which is mounted centrally in the tubular carbon deposit, is preferably driven by an electric motor and is mounted counter to the opposite end wall. Within the tubular carbon entry, the carrier shaft is designed as a screw conveyor and further equipped in the carbon tray with mixing tools.
  • the trough screw conveyor opens in the discharge in a separate residue discharge with residue sluice, also disposed within the comprehensive Vergasungsstoffschachtes, this flow and pressure technology is not associated with the residue discharge.
  • the carbon sump above the carbon bed in the gasification area with a sandwich insert is refractory and heat resistant Composite construction, single or multi-layered, loose or fixed.
  • the lower part is locked in its entirety by means of lifting / lowering device on the upper part and is connected via the flange with this gas-tight, but releasably connected.
  • the upper part is designed cylindrically, above with lid and overpressure protection final, and is supported vertically by externally mounted on the cylindrical carburetor HV-bearing, which are connected to the frame HV.
  • the inner wall of the upper part is provided with a refractory insulation.
  • the interior of the upper part is divided by a placed in the lower third, semicircular and downwardly open reflector hood in an overlying Nachreduktionsraum and underlying oxidation-reduction space with hot gas inlet openings.
  • the post-reduction space and the oxidation-reduction space are connected to one another in gas and flow-conducting manner via partial flow channels.
  • the arranged above the Nachreduktionsraumes gasification gas discharge is connected by means of large capacity with the following double-walled heat exchanger cyclone.
  • the cyclone residue discharge is arranged below and the cyclone gasification gas discharge above the gasification gas entry into the heat exchanger cyclone.
  • Fresh air is supplied through the fresh air supply into the double wall of the heat exchanger cyclone and controlled by fresh air fan.
  • the heated air is supplied via the cyclone hot air line of the gasification agent mixing section.
  • the cycled (passed through the heat exchanger cyclone) gasification gas is passed through the cyclone gasification gas discharge, a box compensator and a connector in the main heat exchanger, the embodiment of which is not the subject of the invention.
  • the main heat exchanger is also fresh air over a separate and controlled fresh air supply supplied with fresh air fan.
  • the tar-free gasification gas is subsequently passed via the gasification gas line, the process fan and the gasification gas discharge to a further gas treatment, which is not the subject of the invention, and is then available for further energetic use.
  • recuperated hot air from the heat exchanger cyclone and main heat exchanger is proportionally fed to the gasification agent mixing section.
  • This consists of an oxygen feed with a controlled system oxygen, an oxygen pre-heater and an oxygen-air mixing section.
  • the gasification agent mixing section with the cyclone hot air line and hot air supply, output side connected to the gasification agent line to the gasifier heater and the discharge line residual heat to hot air discharge.
  • the externally supplied oxygen is regulated by the controlled system oxygen and heated by means of an oxygen preheater.
  • the oxygen preheating is used to preheat the admixed oxygen in the gasification agent.
  • the heated oxygen is mixed with the hot air from the heat exchanger cyclone via the oxygen-air mixing section, fed via the cyclone hot air line, and passed on via the gasification medium line to the gasification agent heater.
  • the gasification agent heater is divided into two lines by means of process-controlled valve flaps, the gasification agent feed HV to the main gasifier and the gasification agent feed VV to the pre-gasifier.
  • the gas line is a Hot gas generator, external energy supplied, upstream.
  • the duplex TEK multi-stage gasifier and the entire system technology are controlled and driven by a process control unit that is not the subject of the invention.
  • the excess hot air from the heat exchange process can be supplied via the hot air removal of an external use.
  • Gasifier heater and hot gas generator is organized a continuous and autothermal process, in which the carbonaceous material is dried, degassed and carbonized, reduced to a carbon coke and further converted to an energetically usable and combustible tar-free gasification gas. This is done by initiating thermochemical cleavage of the organic compounds by controlled addition with hot gasification agent. The gasification agent is placed over the below in the cylindrical carburetor VV
  • a centrally acting conical solid leaf auger placed holistically on the hollow shaft acts on the third, last third VV and widens towards the end of the spiral conveyor belt in the third, last third VV to the inside radius of the pre-gasifier.
  • the coiled tubing and the spiral conveyor belt are guided close to the inside of the cylindrical Vergasermantels-VV. It comes to comprehensive thermochemical chain reaction in the interior of the pre-gasifier (VV) by maintaining parallel exothermic and endothermic reactions with a vaporization of residual moisture, degassing and charring all Vergasungsgasanteile with the carbonaceous Good. This process can be supported by the admixtures via the additive entry.
  • the carbon coke as well as the resulting carbonization are subsequently, without interruption and spatial separation, mass and fluidically free as well as pressure and gas-tight, in the main gasifier (HV) passed.
  • HV main gasifier
  • the carbon coke and the carbonization are further thermochemically treated with a combined, ascending DC direct current gasification.
  • the carbon coke is transported via a carbon transport, which is preferably designed as a tube screw conveyor and preferably heated, and further via the tubular carbon entry into the carbon trough.
  • the carbon coke is flowed through the partial semicircular hole bottom with a pressure-biased hot gasification agent, preferably a Sauers toff-air mixture.
  • a pressure-biased hot gasification agent preferably a Sauers toff-air mixture.
  • AMR principle By means of the mixing tools placed in the carbon bed there is a gas, mixing and stirring (AMR principle).
  • AMR principle By means of the mixing tools placed in the carbon bed there is a gas, mixing and stirring (AMR principle).
  • AMR principle gas, mixing and stirring
  • This is accompanied by thermochemical chain reactions through permanent availability of process-related gasification agent (oxygen-air fractions) at the individual carbon particles (partial hot spots
  • the gas-residual-carbon mixture passes turbulent continuing to flow in the over-dimensioned compared to the oxidation-reduction space cylindrical Nachreduktionsraum with sufficient residence time for complete conversion of the residual Kohlenstaub- shares to a combustible tar-free gasification gas.
  • the gasification gas is passed further into the heat exchanger cyclone. There is a separation still entrained coarse residual carbon particles and a use of radiant heat on the fresh air heated in the double wall and their forwarding in the gasification agent mixing section.
  • the gasification gas is forwarded to a subsequent main heat exchanger with partial removal of the recuperated heat to the gasification agent mixing section and the predominant heat share via the hot air discharge for external use.
  • the transfer of the gasification gas is carried out by means of process fan via the gasification gas discharge overpressure technology for the energetic use of the gasification gas. If necessary, the gasification gas is passed over an additional gas treatment section, which is not the subject of the invention.
  • the total process of the process-required heated air portion is provided via the gasification agent mixing section to maintain the autothermal process control.
  • the required amount of hot air coming from the main heat exchanger via the hot air supply is combined with the oxygen to be heated.
  • the oxygen is fed via an external oxygen supply and the controlled system oxygen of the oxygen preheating.
  • the heated oxygen then enters the oxygen-air mixing section, which is supplied with hot air from the cyclone hot air line.
  • the oxygen-air mixture is over the Gasification line fed to the gasifier heater.
  • the oxygen supply is not the subject of the invention.
  • the resulting and heated gasification agent is subsequently fed via demand-controlled valve valves on the one hand via the gasification agent supply VV the pre-carburetor (VV) and the other via the gasification agent supply HV to the main gasifier (HV).
  • FIG. 2 is a schematic representation of a cross section of the duplex TEK multistage carburetor with pre-carburettor and main carburetor according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic partial section of the pre-gasifier according to FIG.
  • Fig. 5 a schematic partial section of the cross section according to
  • FIGS. 4 and 6 shows a side view of the duplex TEK multistage gasifier with recuperative heat utilization and production in an overall plant for the thermal decomposition of high-calorie organic wastes according to FIGS. 1 and 2
  • FIG. 7 is a plan view of the duplex TEK multistage carburetor with recuperative heat utilization and production in an overall plant for the thermal decomposition of organic wastes of high calorific value according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a duplex TEK multi-stage gasifier, which consists of a Vorvergaser (1) and a main gasifier (2), with a downstream heat exchanger cyclone (61), a subsequent main heat exchanger (66), a A gasification agent mixing section (71) comprising an oxygen supply (87), a controlled system oxygen (88), an oxygen preheater (74) and an oxygen-air mixing section (89), a gasification agent heater (76), a hot gas generator ( 77) and a process fan (83), wherein these material, pressure, gas and flow-conducting, without spatial separation from each other, as well as process and control technology via a process control and regulation unit (91) are controlled, the interconnected Vorvergaser (1) and main carburetor (2) represent the core.
  • a process control and regulation unit (91) are controlled
  • a frame VV (5) placed pre-carburetor (1) comprises a horizontally oriented cylindrical Vergasermantel- VV (7) with preferably semicircular end covers with centric bearings (8) at its two ends, on and in the components of the pre-gasifier (1) are housed.
  • a goods entry (19) with a quick-closing slide (25) is located at the top at the beginning of the first third VV (84) of the pre-gasifier (1).
  • VV (9) of the pre-gasifier (1) is located, as shown in Fig. 2, via a drive unit (18) rotatably moving, centrally and horizontally aligned hollow shaft (13) in the End caps with centric bearing (8) of the cylindrical carburetor VV (7) is fixed.
  • VV (84) of the pre-gasifier (1) are coiled tubing (10), which are connected by retaining webs (12) with the hollow shaft (13) and thereby close to the inside of the cylindrical Vergasermantels -VV (7) ,
  • Vorvergaser (1) is still one of the Roh dietaryin (10) continuing spiral conveyor belt (11), preferably with steep angle, starting in the second third VV (85) and expiring in the third third VV (86) of the pre-gasifier (1 ), wherein it is also over the entire length also close to the inside of the cylindrical Vergasermantels VV (7) of the pre-gasifier (1) is guided and in the region of the inner radius of the cylindrical Vergasermantels -VV (7) acts.
  • a conical solid blade screw (14) On the hollow shaft (13) is centrally placed a conical solid blade screw (14), preferably with a steep angle of attack.
  • the diameter of the conical full-blade auger (14) lies inside the tube spiral (10) and spiral conveyor belts (11) and widens conically in the last third-VV (86) of the pre-gasifier (1) so that it is outside the area of the spiral conveyor belts (11). is guided close to the inside of the cylindrical Vergasermantels-VV (7) and there ultimately causes the Gutaustrag (20).
  • pre-gasifier (1) At the end of the pre-gasifier (1) are located at the bottom of an opening for Gutaustrag (20) and at the top of an opening for Schwelgasab arrangement (21).
  • Gas-tight gasification agent distributor shafts (15) mounted below the pre-gasifier (1) surround the gasification agent slots (16) provided with respective separate control valves (24) with baffles (17) in the lower part of the cylindrical carburetor jacket VV (7).
  • Advantageously associated with this equipment are measuring stubs (23), overpressure safeguards (22), additive inlet (26) and manholes VV (27), in each case present once or several times.
  • a frame HV (6) placed main carburetor (2) is material, pressure, gas and flow leading via a carbonization gas line (4) with a carbonization fan (28) and a carbon ( 3), the latter preferably designed as a tube screw conveyor and preferably heated, connected via a pipe compensator (37) with the pre-carburetor (1) and a total of thermally insulated.
  • the main carburetor (2) shown in FIGS. 2 and 4 comprises an upper part (29) and a lower part (31) which are connected by a flange connection (33).
  • the upper part (29) of the main carburettor (2) comprises a vertically oriented cylindrical carburetor jacket HV (39) with an upper, preferably half-round cover (30) and a lower flange connection (33).
  • An opening for the gasification gas discharge (32) is located at the upper end of the cylindrical carburetor jacket HV (39).
  • the inner walls of the cylindrical carburetor jacket HV (39) are lined with a refractory insulation (40).
  • the reflector hood (41) divides the interior of the upper part (29) into an upstream post-reduction space (43) and an oxidation-reduction space (44) located below. Between the refractory insulation (40) on the inner walls of the cylindrical Vergasermantels - HV (39) and the reflector hood (41) a plurality of partial flow channels (53) are formed, through which the process gas from the oxidation-reduction space (44) in the Nachreduktionsraum (43 ). By means of at least one hot gas inlet opening (45) in the cylindrical carburetor jacket HV (39) hot air is guided into the oxidation-reduction chamber (44) when the carburettor is started up and shut down.
  • At least one measuring port (23), at least one overpressure protection (22) and at least one manhole HV (35) are further attached.
  • a plurality of supports (34) support the top (29) by connecting it to the frame HV (6) of the main carburettor (2).
  • the reflector hood (41) is arranged so that the Nachreduktionsraum (43) and the oxidation-reduction space (44) are in a space ratio of 4 to 1 to each other.
  • the lower part (31) of the main carburettor (2) comprises a carbon trough (46) with an upper flange connection (33) to which the lower part (31) and the upper part (29) are firmly and gas-tight, but detachable.
  • the carbon trough (46) comprises a semicircular cross section, end walls (49) closing on both sides, a partial hole bottom (47) and slag deflector (59).
  • gasification agent supply (79) gasification agent in a below the carbon sump (46) mounted enclosing Vergasungsschacht (50) can be introduced, which then by the partial Hole bottom (47) and the trough screw conveyor with perforated wall (48) into the carbon trough (46) flows.
  • the carbon produced by the pre-carburetor (1) is supplied through a tubular carbon entry (36) mounted centrally on an end wall.
  • the carbonization gas coming from the pre-carburettor (1) is conducted through an end-side carbonization feed (81) via the carbonization gas line (4) with a carbonization gas fan (28) into the carbon trough (46). All moving parts are preferably driven by an electric motor (57).
  • the upper part (29) of the main carburettor (2) is connected to a frame HV (6) via several supports (34).
  • the inside of the lower part (31) of the main gasifier (2) above the support shaft (54) for high temperature and corrosion protection is provided with a sandwich mold insert (58) designed as a refractory composite construction, single or multi-layered, loose or solid is.
  • the main carburettor (2) is equipped with a lifting and lowering device (38) with which the lower part (31) can be separated from the upper part (29) for maintenance work.
  • the Vergasungsgasaustrag (32) of the main carburetor (2) is connected via a large capacity (60) with the heat exchanger cyclone (61).
  • the heat exchanger cyclone (61) is executed double-walled with a separate guidance of air and carburetor gas.
  • Fresh air supplied controlled by a fresh air evaporator (70) is conducted via a fresh air feed (69) into the heat exchanger cyclone (61).
  • the heated fresh air is supplied via the cyclone hot air line (64) of the gasification agent mixing section (71). Excess heated fresh air is available via the discharge line residual heat (75) at the hot air outlet (68) for external use.
  • the treated gasification gas is passed via the cyclone gasification gas outlet (63), a connector (82) and a box compensator (65) in the main heat exchanger (66).
  • the main heat exchanger (66) may be a gas-air or gas-oil version. Described here is a gas-air version.
  • Fresh air supplied controlled by a fresh air fan (70) is conducted via fresh air feed (69) into the main heat exchanger (66) and heated there.
  • the heated fresh air is supplied via the hot air supply (73) of the gasification agent mixing section (71).
  • hot air outlet (68) Excess heated fresh air is available for external use via hot air outlet (68).
  • the gasification gas is fed via the main heat exchanger (66), the gasification gas line (67), the process fan (83) and then via the gasification gas discharge (90) overprinted energy use.
  • the gasification agent mixing section (71) comprises a hot air feed (73), a sour material supply (87) with a controlled system oxygen (88), an oxygen pre-heater (74) and an oxygen-air mixing section (89).
  • the input side is the Gasification agent mixing section (71) with the cyclone
  • the externally supplied oxygen is controlled by the controlled system oxygen (88) and heated by means of oxygen preheating (74), which is connected to the hot air supply (73) and discharge line residual heat (75).
  • the heated oxygen is mixed with the hot air from the heat exchanger cyclone (61) via the cyclone hot air line (64) via the oxygen-air mixing section (89) and fed to the gasifier heater (76) via the gasification line (72) ).
  • the gasifier heater (76) divides by means of process-controlled valve flaps into two lines, the gasification agent feed HV (79) to the main gasifier (2) and the gasification agent supply VV (80) to the pre-gasifier (1).
  • a hot gas generator (77) is connected via a hot gas supply (78) with the Schugaseintrittsö réelle (45) of the main carburetor (2).
  • FIG. 3 and FIG. 5 show detailed details of the pre-carburettor (1) and the main carburetor (2).
  • the entire arrangement including the duplex TEK multi-stage carburetor is thermally insulated.
  • a process control unit (91) is connected to all components of the duplex TEK multi-stage carburettor and the entire plant data and current conducting.
  • the duplex TEK multistage gasifier is preferably operated with a slight negative pressure generated by the process fan (83). causing a continuous gas flow from Guteintrag (19) to the gasification gas discharge (90),
  • the high-calorie carbonaceous material to be treated is pre-sorted and comminuted ready and preferably contains a maximum of 10 mass percent water. It is fed to the pre-carburetor (1).
  • the estate is loosened by means of coiled tubing (10), which are placed in the first third VV (84), and a spiral conveyor belt (11) and a conical Full leaf auger (14) further promoted.
  • the spiral conveyor belt (11) adjoins the tube coils (10) in the second third VV (85) and exits in the first part of the third, last third VV (86).
  • the concentric and integral on the hollow shaft (13) placed conical full-blade screw (14) is located within the coiled tubing (10) and the spiral conveyor belt (11) and expands to the end in the third, last third VV (86), after the end of Spiral conveyor belt (11), to the inner radius of the cylindrical Vorvergasermantels-VV (7).
  • the hollow shaft (13) is mounted in the end caps with centric bearing (8).
  • the material transport from Guteintrag (19) for Gutaustrag (20) at the end of the pre-gasifier (1) takes place without superficial mixture.
  • the hollow shaft (13) with coiled tubing (10), spiral conveyor belt (11) and conical solid blade screw (14) is set in a rotating movement by a drive unit (18).
  • pre-gasifier (1) In the effective range of the pre-gasifier (1) are by the designated devices in order and execution, by controlled, targeted and direct admission of gasification, by specific and graded temperature zones, supported by process-promoting admixtures on the additive entry (26), locally process-oriented parallel and stable set partial endothermic and exothermic reaction zones, which are associated with a quantitative and qualitative coke formation in the conveying direction of Gutsstrom.
  • the product is treated with hot gasification agent, preferably consisting of a process-controlled and proportionately recycled oxygen-air Mixture, charged and circulated, the gasification agent supplied via the gasification agent distributor shaft (15), controlled by the valves (24) in time and quantity and introduced through the gasification agent slots (16) arranged in the lower part of the cylindrical carburetor VV (7) becomes.
  • the gasification agent slots (16) are protected by the installed deflector (17) from clogging.
  • the continuously formed carbon coke is transported via the Gutaustrag (20) through the gas-tight carbon conveyor (3), which is preferably equipped with a pipe compensator (37) to the main gasifier (2).
  • the carbonization gas forming is passed via a Schwelgasab Entry (21) arranged above the Gutaustrags (21) with a carbonization fan (28) to the main carburetor (2) in the lower part (31), where the carbonization gas through an end side Schwelgaszu operation (81) in the Carbon trough (46) is introduced.
  • the carbonization gas and the carbon coke are thus brought together in the lower part (31) without spatial and fluidic interruption.
  • the moving parts of the pre-gasifier are driven by a drive unit (18), preferably by an electric motor.
  • the carbon fed to the main gasifier (2) from the pre-carburator (1) via the carbon conveyor (3) is conveyed through the carbon feed (36) by the screw conveyor (55) into the carbon sump (46) forming a carbon bed.
  • the carbonization gas supplied by the pre-carburettor (1) via the carbonization gas line (4) is introduced into the carbon trough (46) and thus into the carbon bed by the carbonization gas feed (81) at the same time.
  • the same hot gasification agent as is supplied to the pre-carburettor (1) passes through the gasification agent shaft (50) and through the divided partial hole bottom (47) with the perforated wall trough-screw conveyor (48) arranged therebetween into the carbon trough (46).
  • the carbon bed is in the Carbon trough (46) mixed by the mixing tools (56) and stirred. It comes through the biased hot gasification agent, which is proportionally the same recycled oxygen-gas mixture as in the pre-carburetor (1), to a gas on the carbon bed and in the interaction of these factors (AMR principle / Aufgasen, mixing, stirring) a voluminous float.
  • the pressure and the amount of the supplied gasification agent is controlled so that the carbon bed is gassed and the carbon particles are enveloped by the gasification agent, called wrapping, wherein the carbon bed assumes a quasi-fluid state and the carbon thermochemically proportioned to a gasification gas.
  • the accompanying oxidation-reduction reactions lead to a thermochemical disruption of the molecular carbon compounds into gaseous constituents, to permanent flooding and thus to complete gasification and to rapid qualitative and quantitative conversion of the fluid carbon and the carbonization gases into a combustible gasification gas, in particular from CO, CO 2 , CH 4 , H 2 , H 2 O, N 2 .
  • the continuous mixing and agitation of the suspended turbulent-expansive carbon bed results in a gasification process without the formation of process-disturbing Flow channels, dead zones, bridges or slag deposits with increasing bonding of the carbon bed and therefore not to stop the entire process.
  • thermochemical loading of the gasification gas components of the carbon particles entrained upward in the flow stream from the fluid carbon bed takes place in the oxidation-reduction space (44) below the reflector hood (41) and above the suspended turbulent-expansive carbon bed by another high-temperature gasification with oxidation Reduction reactions and homogeneous secondary reactions in turbulent flow.
  • the mixture of residual carbon, residual carbonization gas, gasification gas and raw gas passes through partial flow channels (53) turbulent continued flow in the compared to the oxidation-reduction space (44) oversized cylindrical Nachreduktionsraum (43). It remains there with sufficient residence time, preferably at least for 3 seconds, for complete conversion to a tar-free combustible gasification gas leaving the main gasifier (2) via the gasification gas discharge (32).
  • the gasification gas continues to flow through the heat exchanger cyclone (61), the gasification gas being purified by separation and discharge of possibly entrained coarse residual coal dust and other particles.
  • the cycled coarse residues are discharged from the gas stream via the cyclone residue discharge (62) arranged below.
  • a first reduction in temperature of the hot gasification gas is carried out by the supplied in the cyclone double wall fresh air, the amount supplied via a fresh air supply (69) and a fresh air fan (70) controlled and after their warming over the cyclone hot air line (64) continuing the Vergasungsstoff- mixing section (71) is supplied.
  • the amount of heat gained is used to maintain autothermal process control.
  • the temperature-reduced gasification gas is supplied from the heat exchanger cyclone (61) below the main heat exchanger (66).
  • the fresh air controlled by a further fresh air fan (70) and via a further fresh air supply (69) is heated and supplied proportionally via the hot air supply (73) to the gasification agent mixing plug (71).
  • the excess warm air from the main heat exchanger (66) and from the gasification agent mixing section (71) is made available for external use directly and indirectly via the discharge line residual heat (75) via the hot air discharge (68).
  • the gasification gas is supplied from the main heat exchanger (66) via the gasification gas line (67) and by the process fan (83) for further gas use via the gasification gas discharge (90), wherein the process fan (83) Produces negative pressure, which is present in the entire duplex TEK multi-stage carburetor including the downstream components from the good entry (19) to the process fan (83).
  • the hot air discharged from the main heat exchanger (66) via the hot air supply (73) is combined with the heated oxygen.
  • the oxygen is supplied via the oxygen supply (87) and the controlled system Oxygen (88) of the oxygen preheating (74) fed.
  • the provision of oxygen is not the subject of the invention.
  • the heated oxygen of the oxygen-air mixing section (89) which is fed with hot air from the cyclone hot air line (64), and then via the gasification agent line (72) to the gasifier heater (76).
  • the resulting and heated gasification agent is subsequently fed via process-controlled valve flaps on the one hand via the Vergasungsstoff- supply VV (80) to Vorvergaser (1) and the other via the gasification agent supply HV (79) to the main gasifier (2).
  • the upstream hot gas generator (77) is only actively used during startup and shutdown to heat up and down the overall system. This ensures that the temperatures in the carburetor (1) and main carburetor (2) and the downstream components up to and including the process fan (83) have the necessary height for the thermochemical reactions. This ensures that the thermochemical reactions during start-up from the beginning with the first Guteintrag and shutting down to the end with the utilization of the last Guteintrages complete and in particular tar formation is avoided.
  • the process temperatures in the pre-carburettor (1) are preferably set and maintained in the range of 400 ° C to 600 ° C.
  • the process temperatures in the main gasifier (2) in the region of the carbon bed in the carbon trough (46) are preferably from 800 ° C to 1,200 ° C, in the region of the oxidation-reduction space (44) preferably from 1,200 ° C to 1,400 ° C and in Nachreduktionsraum (43) preferably set and maintained at 1000 ° C.
  • the gasification agent mixing section (71) with the oxygen preheating (74) is preferably operated in a temperature range of 200 ° C to 300 ° C.
  • the gasifier heater (76) is preferably operated electrically and in a temperature range of 400 ° C to 500 ° C.
  • the hot gas generator (77) is preferably operated with a fuel and in a temperature range of 850 ° C to 900 ° C.
  • Duplex TEK multi-stage carburettors and the entire plant are operated using complex process-controlled measurement and control technology.
  • duplex TEK multistage gasifier allows the continuous production of a tar-free combustible gasification gas in a stepwise autothermal process, without material, fluidic and procedural interruption, with locally determined conversion and gasification stages each with defined time, Temperature and turbulence ratios (Time-Temperature-Turbulence) and dedicated endothermic and exothermic oxidation and reduction reactions in an overall system for the thermal decomposition of an organic carbonaceous material with high calorific value without external energy supply after starting the plant by a recuperative heat utilization allows ,
  • VV 1 pre-carburettor
  • HV main carburetors

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser sowie ein Verfahren zum autothermen Betreiben eines solchen Vergasers in einer Gesamtanlage zur thermischen Zersetzung eines organischen kohlenstoffhaltigen Gutes zu einem teerfreien brennbaren Vergasungsgas. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vergaser anzugeben, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und die Herstellung eines teerfreien brennbaren Vergasungsgases aus einem kohlenstoffhaltigen Gut ermöglich, wird dadurch gelöst, dass ein Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser, bestehend aus einem Vorvergaser (1) und einem Hauptvergaser (2), bereitgestellt wird, der zusammen mit einem nachgeordneten Wärmetauscher-Zyklon (61), einem nachfolgenden Haupt-Wärmetauscher (66), einer Vergasungsmittel-Mischstrecke (71), einer Sauerstoffzuführung (87), einer Regelstrecke-Sauerstoff (88), einer Sauerstoff-Vorheizung (74), einer Sauerstoff-Luft-Mischstrecke (89) sowie mit einem Vergasungsmittelerhitzer (76), einem Heißgaserzeuger (77), einem Prozess-Ventilator (83) und einer Prozesssteuer- und -regeleinheit in einer Gesamtanlage unter Nutzung einer rekuperativen Wärmerückgewinnung für den Vergasungsprozess eingesetzt wird.

Description

Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser
Die Erfindung betrifft eine Anordnung in Form eines Duplex-TEK- Mehrstufen- Vergasers, d.h. eines mehrstufigen Vergasers mit einem turbulent-expansiven Kohlenstoffbett (TEK), sowie ein Verfahren zum autothermen Betreiben eines solchen Vergasers in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung eines kohlenstoffhaltigen Gutes mit sehr hohem Heizwert zu einem teerfreien brennbaren Vergasungsgas. Das Gut umfasst insbesondere hochkalorische organische und kohlenstoffhaltige Abfälle mit hohem Heizwert, wie beispielsweise Kunststoffe.
Aus der EP 0 609 802 AI ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Entgasung und/oder Vergasung bekannt.
Diese Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen Reaktor, in dem die Beschickung, das gasförmige Vergasungsmittel und der erzeugte gasförmige Brennstoff im Gleichstrom absteigend geführt werden. Das Vergasungsmittel wird in einem in der Mantelpartie befindlichen schraubenförmigen Gegenstrom- Wärmetauscher vom gasförmigen Brennstoff vorgewärmt. Dieses vorgewärmte Vergasungsmittel wird in schraubenlinienförmigen oder wellenförmigen Kanälen im keramischen Herdkörper des Reaktors und in einem als Herdabschluss dienenden beweglichen oder festen, in die untere Partie der Beschickung hineinragenden kegel- oder paraboloidförmigen Zentralkörper weiter aufgeheizt. Der Rost wird durch einen Vollkegel oder ein einen hohlkegelförmigen Ringkörper darstellendes, drehbares, vertikal verschiebbares Gegenstück gebildet, das gegenüber der unteren Herdpartie einen einstellbaren ringförmigen Durchlass zum Abzug des erzeugten gasförmigen Brennstoffs und zum Austrag der festen oder flüssigen Reaktionsprodukte in Form von Asche, Schlacke, Destillationsrückstände offen lässt.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass die Entgasung und/oder Vergasung der festen Brennstoffe oder Abfallstoffe zu einem nutzbaren teerfreien Synthesegas nicht vollständig und nicht teerfrei erfolgt, weil der Abzug des gasförmigen Brennstoffs im Trennbereich des ringförmigen Durchlasses im Konglomerat der flüssigen Reaktionsprodukte, Destillationsrückständen, Aschen und Schlacken erfolgt. Das Reaktionsprodukt als gasförmiger Brennstoff ist damit nicht frei von diesen Teilprodukten.
Der absteigende Gleichstromvergaser ist auch empfindlich hinsichtlich der Brennstoffstückigkeit, da der einstellbare ring- und trichterförmige Durchlass schüttungsbedingt zu einer Brückenbildung führt und dadurch zu Verstopfungen und Versetzungen neigt. Bei größerem„Ringspalt" fällt der Brennstoff ohne die erforderliche Reaktionszeit in den unteren Vergasungsraum mit der Reststoffentsorgung und es erfolgt damit keine ausreichende thermochemische Umwandlung in ein nutzbares Brenngas. Des Weiteren kommt es im Schüttkegel des ringförmigen Durchlass zu Anbackungen und Verklebungen im Gemisch aus flüssigen Reaktionsprodukten, Destillationsrückständen, Aschen und Schlacken und daraus folgend zum Prozessstillstand.
Des Weiteren weist dieser Vergaser ein schlechtes Teillastverhalten auf, da bei Teillast die Vergasungsmittelmenge sinkt, die heißen Zonen kleiner werden und die Zwischenzonen mit niedriger Temperatur zunehmen. Dadurch steigt auch der Teergehalt im Produktgas. Ein teerarmes Produkt wird aber nur dann produziert, wenn im Glutbett über den ganzen Querschnitt des Vergasers eine genügend hohe Temperatur (Temperaturstabilität) herrscht und die Pyrolysegase eine geschlossene heiße Reduktionszone durchströmen. Dies ist bei Anlagen mit größeren Abmessungen insbesondere bei Teillast nur schwierig oder gar nicht zu erreichen.
Von Nachteil ist weiterhin, dass der Vergasertyp gemäß der Offenbarung von EP 0 609 802 AI aus den prozessbedingten unkontrollierbaren Verweilzeiten zu Leistungsminderungen sowohl in der Gasqualität als auch im Durchsatz des Brennstoffes führt.
DE 199 37 521 AI offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung insbesondere für die Bearbeitung von bereits teilweise zersetzten Abprodukten. Diese Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen, im unteren Teil trichterförmigen Reaktor, in dem die Beschickung der Kohlenstoffteilchen tangential und die Luft als Vergasungsmittel axial eingebracht werden und aufsteigend mittels thermochemischer Reaktion zu Synthesegas umgewandelt wird. Der kegelstumpfförmige Bodenteil hat weiterhin einen seitlichen Ringspalt, über die die Luft axial in den Reaktorraum eintreten kann und sich mit dem Kohlenstoff-Gasgemisch vermischen kann. Dieses Gasgemisch reißt dabei die Kohlenstoffteilchen aus dem Feststoffbett nach außen aufsteigend mit und wird im Reaktorraum bei bis zu 1.200°C energetisch zu Synthesegas umgewandelt. Im oberen Teil des Behälters fällt die Strömung nach innen und beruhigt sich, so dass die noch nicht thermisch zersetzten Kohlenstoffteile und die Ascheanteile wieder nach unten fallen. Dort treffen sie auf einen im Zentrum angeordneten Auffangtrichter, der sich bis zum unteren Bereich durchzieht und von einem Schneckenförderer entsorgt wird.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass die Entgasung und/oder Vergasung der festen Brennstoffe oder Abfallstoffe zu einem nutzbaren teerfreiem Synthesegas nicht vollständig und nicht teerfrei erfolgt und sich die Prozess Stabilität, aufgrund unkontrollierter Kohlenstoffförderung mit einhergehender Ablagerung und Verschlackung, insbesondere inerter Anteile auf dem kegelstumpf förmigen Bodenteil, nachteilig verändert und damit zu Verstopfungen und folglich zu unkontrollierbaren Prozessstillstand führen kann.
Des Weiteren wird ein erheblicher Teil der nicht thermisch umgesetzten Kohlenstoffanteile mit der Asche und Schlacke ausgetragen. Nachteilig ist auch der damit im Zusammenhang stehende hohe Staub (Kohlenstoff)- und Teeranteil im Produktgas.
Die DE 10 2008 058 602 AI offenbart einen Bewegt-Bett- Vergaser, welcher einen Vergaserraum und einen Vergaserfuß umfasst, wobei der Vergaserraum von einem Vergasermantel umgeben ist sowie einen Synthesegasausgang an seinem einen, verschlossenen Ende aufweist und über sein zweites, offenes Ende über den Vergasermantel mit dem Vergaserfuß in Verbindung steht.
Gemäß der Offenbarung von DE 10 2008 058 602 AI ist im Vergaserraum ein Vergaserdom in der Art angeordnet, dass zwischen diesem und dem Vergasermantel und/oder dem Vergasertrog ein Ringspalt generiert wird.
Der Vergaserfuß ist dabei in seinem Innenraum als ein Vergasertrog ausgebildet, in den eine Eintragsvorrichtung sowie mindestens eine Zuführung hineinführt, und weist dabei einen mit Ausnehmungen versehenen Boden gegenüber dem Vergaserraum auf, wobei der Boden in einen Zentralschacht mündet.
Dieser Vergasertrog ist mit Rührwerkzeugen ausgestattet, die über eine Rührwelle im Vergasertrog drehbar gelagert sind.
Wesentlich ist, dass die Rührwelle von einer Fördereinrichtung umgeben ist, die als eine Art Überlauf für den ggf. überfüllten Vergasertrog dient.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass die Entgasung und/oder Vergasung der festen Brennstoffe oder Abfallstoffe zu einem nutzbaren teerfreiem Synthesegas nicht vollständig und nicht teerfrei erfolgt, da der Vergasungsprozess durch verfahrensbedingte und wechselnde thermochemische Reaktionen im Kohlenstoffbett, insbesondere durch Zunahme der inerten Reststoffe, unkontrolliert starken Schwankungen unterliegt und somit instabil verlaufen kann und folglich keine vollständige Vergasung der Kohlenstoffpartikel bewirkt.
Der Vergaser gemäß der Offenbarung von DE 10 2008 058 602 AI neigt insbesondere durch die nicht austragbaren agglomerierten inerten Feststoffe zu Verstopfungen, was zum Prozessstillstand führt.
Des Weiteren sind Prozessstörungen, Havarien und Prozessstillstände durch die oberhalb des Vergaserbetts angeordneten Rührwerkzeuge aufgrund der extrem hohen Temperaturen und einer damit einhergehenden Materialinstabilität bis hin zu Zerstörungen verbunden. Die DE 10 2009 007 768 AI offenbart einen Thermolysereaktor, welcher schräg aufsteigend aufgestellt ist, wobei ein Eintrag im unteren Teil und einen Austrag im oberen Teil vorgesehen ist.
Dieser Reaktor umfasst des weiteren einen Außenmantel und einen Innenmantel, die einen Doppelmantel ausbilden, wobei der Innenmantel vom Außenmantel umgeben ist, so dass dazwischen ein Spalt zur Aufnahme eines Wärmeträgers entsteht.
Weiterhin weist der Reaktor einen Vergasungsmitteleintrag auf und eine zentrale Welle mit Förderwerkzeugen, die den eingetragenen Abfall während des pyrolytischen Prozesses nach oben fördern und ihn dabei zu Koks umwandeln soll.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass die Entgasung der festen Brennstoffe oder Abfallstoffe zu einem nutzbaren teerfreiem Synthesegas nicht vollständig und nicht teerfrei erfolgt, indem bei der zwangsweisen Fortbewegung des Gutes das bestehende Glutbett zur Entstehung von Thermolysereaktionen zerstört wird, separate Glutnester zu prozessstörenden Hot-Spots und die sich unten sammelnden inerten Reststoffe zu Verstopfungen führen können und somit der Gesamtprozess zum Erliegen kommen kann.
Die DE 10 2012 024 204 AI offenbart einen Thermolyse-Rotations- Reaktor mit rohrförmigen Außenmantel, welcher waagerecht aufgestellt ist, und über eine zentralen Welle mit Ein- und Austragswerkzeugen verfügt.
Zwischen diesen Werkzeugen befinden sich spiralförmige Kufen- Wendeln, welche eine zwangsweise Fortbewegung des zu behandelnden Gutes im Reaktor organisieren, dabei das bestehende Glutbett für die Thermolysereaktionen nicht zerstören und Verstopfungen im Reaktor sowie Schlacke und separate Glutnester verhindern sollen. Die Versorgung des Gutes mit Vergasungsmittel wird über zwei Vergasungsmittelschächte beaufschlagt.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass das Gut im zentralen Wellenbereich nur unzureichend weiterbefördert wird, das Vergasungsmittel nicht prozessbedingt verteilt wird und die Vergasungsmittel- Schächte darüber hinaus zu Verschließungen neigen. Folglich kommt es innerhalb des Gutes zu partiellen Verklebungen und Klumpenbildungen des unvollständig konditionierten Gutes mit schon gebildetem Kohlenstoff-Koks und zu dadurch entstehenden Verstopfungen mit einhergehendem Prozes s stillstand.
DE 199 37 524 AI offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Beseitigung von Abprodukten und Abfallstoffen, wobei die Vorrichtung einen Behälter umfasst, in dem die aufbereiteten Abfälle bei bis zu 900°C thermisch behandelt werden. Dies geschieht durch die Erwärmung und anschließende Pyrolyse des Abfalls mittels Zuführung von Vergasungsmittel. Die Durchmischung und Fortbewegung des Gutes wird in der Vorrichtung gemäß der Offenbarung von DE 199 37 524 AI durch auf einer Welle sitzenden Paddeln vorgenommen.
Die Vergasungsmittelzufuhr erfolgt dabei über axial in der Thermolysekammer verteilte Zuführungen.
Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist, dass das Glutbett durch eine zwangsweise Durchmischung und Fortbewegung des Gutes zerstört wird und in den nicht bearbeiteten Bereichen Glutnester entstehen können.
Darüber hinaus erfolgt gemäß der Offenbarung von DE 199 37 524 AI der Energieeintrag über das Vergasungsmittel, welches über die axial verteilten Zuführungen in der Pyrolysekammer ganzheitlich räumlich und ohne quantitative Verteilung eingebracht wird, verfahrenstechnisch in der Abfolge vom Eintrag zum Austrag mit der Resttrocknung, Reduktion und Verschwelung des Abfallstoffes nicht prozessbedingt, was ebenfalls zur partiellen Überhitzung, Hot-Spots und nicht gewollten Verbrennung führen kann.
Aufgrund des instabilen Temperaturverlaufs kommt es zur Überhitzung mit einher gehenden Verformungen bzw. einem Verziehen der Thermolysekammer, einem Verklemmen der Paddeln und daraus folgend zum Abbruch des Prozesses. Unabhängig von der damit zusammenhängenden schwankenden Gasqualität ist vor allem die Aufrechterhaltung der Prozessstabilität nur mittels externer Energiezufuhr für die Energiebilanz von Nachteil.
DE 10 2013 015 920 AI offenbart einen 3 -Zonen- Vergaser und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Vergasers zur thermischen Umwandlung von Abprodukten und Abfällen.
Dieser Vergaser umfasst einen unteren Teil und eine Ummantelung mit innenliegendem Vergasertrog mit einem Feststoffeintrag an einer schrägen Trogwand, einem unterhalb angeordneten Störstoffaustrag, umhüllt von einem Abwurfschacht zur Durchströmung von Vergasungsmittel und Reststoffabführung, einem im oberen Vergaserteil angeordneten Kegelstumpf, mittels eines Strömungsventilkörpers regelbar, sowie daraus abgeleitete adaptive Vergasungszonen.
Unabhängig von den quasi strömungs- und prozesstechnisch nicht wirksam unterteilten adaptiven Vergasungszonen Z2 und Z3 ist der Störstoffaustrag in Zone 1 direkt mit dem Abwurfschacht verbunden. Durch diesen direkten strömungstechnischen und überdrucktechnischen Verbund baut sich kein ausreichender prozesstechnischer Überdruck für eine ausreichende Durchströmung des Kohlenstoffbetts mit dem Vergasungsmittel auf und führt prozessbedingt zu partiellen Verklumpungen des Kohlenstoffs insbesondere im unteren Wannenbereich. Einhergehend damit werden die temperaturtechnischen Voraussetzungen für die Oxydationsreaktionen, auch durch die weitere Zuführung des temperaturniedrigen Kohlenstoffs im oberen Wannebereich, nicht stabil erreicht.
Einhergehend damit und mit den temperatur-, druck- und strömungstechnischen Schwankungen in Zone 1 kommt es im Bereich des Lochbodens zu bedingten Versetzungen mit schleichendem Verschluss und schlussendlich zum Erliegen des thermischen Prozesses.
WO 2001051591 AI offenbart einen Brenngaserzeuger, der zur Verarbeitung von schlackenreichen Produkten verwendet wird. Darüber hinaus lehrt die WO 2001051591 AI Lösungsvarianten, um das Problem der ungleichmäßigen Erwärmung im Reaktor zu lösen. Dazu werden die Prinzipien einer „Abstromvergasung" und „Aufstromvergasung" miteinander kombiniert. Der Einsatzstoff ist schlackenarmer und eventuell teerreicher Brennstoff, wie beispielsweise Holz.
Gemäß der technischen Lösung von WO 2001051591 AI wird dieser Brennstoff in einem Schachtreaktor seitlich eingebracht und somit der Reaktor befüllt.
Der obere Teil des Reaktors dient dabei als Trocknungs- und Entgasungszone für den aufgefüllten Brennstoff, der darunter liegende Teil, welcher durch einen Entgasungsrost vom oberen Teil getrennt ist, dient als Abstromvergasungszone.
Dabei soll ein mittig platzierter Dreh- und Hubmechanismus mit einer Drehgeschwindigkeit eines Gegenkegels den Materialdurchsatz variieren. Die Abstrom- Vergasungsmittelzuführung erfolgt hierzu in einem zentral angebrachten Rohr in den Abstromvergasungs-Leerraum, mit Oxidationszone und anschließender Reaktionszone. Das Restmaterial wird strömungsgleich nach unten, das erzeugte Brenngas wird außerhalb der äußeren Randzone nach oben aus dem Reaktor abgeführt.
Die in der WO 2001051591 AI offenbarten Ausführungsbeispiele folgen dem gleichen Prinzip und unterscheiden sich insbesondere in den wechselweisen Ausführungen der Reaktions- und Oxidationszone, mit Einbauten, Luftzuführung und Schlacke- und Ascheabführung etc.
Die technische Lösung gemäß der Offenbarung von WO 2001051591 AI erfüllt bei der Brennstoffumsetzung nur die Anforderungen konventioneller Festbettvergaser.
Darüber hinaus ist diese technische Lösung hinsichtlich der Brennstoffstückigkeit empfindlich und nicht dazu geeignet, hochkalorischen Kohlenstoffkoks, wie er bei der Verarbeitung von hochkalorischen organischen und kohlenstoffhaltigen Abfälle, wie beispielsweise Kunststoffen, entsteht, zu verarbeiten, denn der Kohlenstoffkoks würde ohne Schüttungsaufbau den gesamten Reaktor verfüllen und verstopfen. Die thermo-chemische Umsetzung des Brennstoffes, hier Pyrolyse, liegt im Temperaturbereich von ca. 350°C bis ca. 500°C. Die erforderlichen Temperaturbereiche für die Umsetzung von Kohlenstoff-Koks liegen aber mindestens bei ca. 800°C bis ca. 1400°C.
Die konstruktiven und materialtechnischen Zuordnungen in der technischen Lösung gemäß WO 2001051591 AI erfüllen diese Anforderungen nicht.
Darüber hinaus wird schon aufgrund fehlender und verfahrensnotwendiger Reaktionszonen, fehlenden Vergasungsraum und damit zu geringe Verweilzeiten, kein teerfreies und motortaugliches Produktgas erzeugt.
Nachteilig bei all den zu vorstehend geschilderten technischen Lösungen ist, dass die Entgasung und/oder Vergasung der festen Brennstoffe oder Abfallstoffe zu einem nutzbaren teerfreiem Synthesegas in einem Apparat/Vergaser nicht vollständig und nicht teerfrei erfolgt, da der Vergasungsprozess entweder durch verfahrensbedingte und wechselnde thermochemische Reaktionen in der Abfallschüttung bzw. Kohlenstoff- schüttung den notwendigen aufeinanderfolgenden Temperaturstufungen und insbesondere den erforderlichen Verweilzeiten mittels räumlicher Zuordnung nicht gerecht wird.
Nachteilig bei all den zu vorstehend geschilderten Verfahren ist darüber hinaus, dass sie während des Betriebes, also nach dem Anfahren der Anlage, eine Energiezufuhr von außen benötigen, d.h. nicht autotherm verlaufen, um den Prozess der Entgasung und/oder Vergasung stabil zu betreiben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Vergaser und ein Verfahren zum Betreiben dieses Vergasers anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und die Herstellung eines teerfreien, brennbaren Vergasungsgases in einem stufenweisen autothermen Prozess, ohne stoffliche, strömungstechnische und verfahrenstechnische Unterbrechung, mit örtlich bestimmten Konvertierungs- und Vergasungs stufen mit jeweils definierten Zeit-, Temperatur- und Verwirbelungsverhältnissen (Time-Temperature- Turbulence) sowie zweckbestimmten endothermen und exothermen Oxidations- und Reduktions-Reaktionen in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung eines organischen kohlenstoffhaltigen Gutes mit hohem Heizwert ohne externe Energiezufuhr nach dem Anfahren der Anlage durch eine rekuperative Wärmenutzung ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. und des 8. Patentanspruchs gelöst. Günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Duplex-TEK- Mehrstufen-Vergaser bereitgestellt wird, der einen Vorvergaser (VV) und einen Hauptvergaser (HV) umfasst.
Dieser Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser ist mit nachgeordnetem Wärmetauscher-Zyklon, einem Haupt- Wärmetauscher, einer Vergasungsmittel-Mischtrecke, welche eine Sauerstoff-Vorheizung und Regelstrecken umfasst, einem Vergasungsmittelerhitzer, einem Heißgaserzeuger und einem Prozess-Ventilator versehen und kann in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung eines kohlenstoffhaltigen Gutes mit sehr hohem Heizwert zu einem teerfreien brennbaren Vergasungsgas integriert werden.
Die Stoff-, druck-, gas- und strömungsleitend miteinander verbundenen Vor- und Hauptvergaser des Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergasers werden ohne räumliche Trennung betrieben und sind daten- sowie informationsleitend mit einer integrierten Prozess Steuer- und regeleinheit verbunden.
Der erfindungsgemäße Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser wird vorteilhaft in einer Gesamtanlage zusammen mit den nachgeordneten Komponenten und einer alle Komponenten steuernden integrierten Prozess Steuerung und -regeleinheit betrieben, um alle Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Vorvergaser (VV) dieses Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser ist horizontal liegend ausgerichtet und zeichnet sich in seinem Betriebszustand aus durch
- eine gesteuerte, gezielte und direkte Beaufschlagung von Vergasungsmittel auf das Gut,
- definierte gestufte Temperaturzonen,
- durch örtlich einstellbare und prozessbedingte, stabile partielle endotherme und exotherme Reaktionszonen,
- drei prozesstechnische Stufen im ersten, zweiten und dritten, letzten Drittel des VV,
- einhergehende vektorielle, skalare Schub- und Drehimpulse aus definierten Geschwindigkeiten, Massen, Strömen, Temperaturen, Verweilzeiten und Turbulenzen sowie
- eine quantitative und qualitative Kohlenstoff-Koksbildung in Förderrichtung des Gutstroms.
Der Hauptvergaser (HV) dieses Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser ist senkrecht stehend ausgerichtet und zeichnet sich in seinem Betriebszustand aus durch
- die komplexe Zusammenführung der Wirkmechanismen aus Gleichstrom- und Flugstromvergasung,
- eine aufsteigenden Stromrichtung,
- örtlich gezielte und bestimmte Konvertierungs- und Vergasungs stufen mit jeweils definierten Zeit-, Temperatur- und Verwirbelungs Verhältnissen (Time-Temperature-Turbulence),
- zweckbestimmte endotherme und exotherme Oxidations- und Reduktions-Reaktionen,
- ein aufgasendes, zwangsgemischtes und schwebendes turbulentexpansives Kohlenstoffbett,
- eine hochtemperaturbestimmte Konvertierung oberhalb des fluidisierten Kohlenstoffbettes der im Flugstrom schwebenden Kohlenstaubanteile und
- eine bestimmte Nachreduktion der Reststaubanteile im Hauptvergaser. Dem Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser ist der Wärmetauscher-Zyklon mit dem nachfolgenden Haupt- Wärmetauscher nachgeordnet und weiterführend die Vergasungsmittel-Mischtrecke mit der Sauerstoff- Vorheizung, dem Vergasungsmittelerhitzer, der Heißgaserzeuger und der Prozess-Ventilator zugeordnet, um im Betriebszustand die stabilen partiellen endothermen und exothermen Reaktionszonen im Vorvergaser und die komplexe Zusammenführung der Wirkmechanismen aus Gleichstrom und Flugstromvergasung in aufsteigender Stromrichtung im Hauptvergaser zu generieren.
Der Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser wird dabei unter Anwendung einer rekuperativer Wärmerückgewinnung in einer autothermen Prozessführung betrieben, d.h., es erfolgt in diesem Betriebszustand keine zusätzliche externe Wärmeenergiezufuhr.
Der waagerecht auf einem Gestell platzierte Vorvergaser (VV) umfasst einen zylindrischen Vergasermantel, an und in dem die Bauelemente des Vorvergasers untergebracht sind. Im Innenraum befindet sich eine über eine Antriebseinheit bewegte, zentrisch und waagerecht ausgerichtete Hohlwelle, die in den Abschlussdeckeln des Vergasermantels mit zentrischer Lagerung fixiert ist. Im ersten Drittel- VV des Vorvergasers befinden sich Rohrwendeln, dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels geführt, die über Haltestege mit der Hohlwelle verbunden sind. Ein weiterführendes Spiralförderband, vorzugsweise mit steilem Anstellwinkel, ist ebenfalls über Haltestege mit der Hohlwelle verbunden, im zweiten Drittel- VV beginnend, im ersten Teil des dritten, letzten Drittel-VV auslaufend. Das Spiralförderband wird ebenfalls dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV geführt und wirkt im Bereich des Innenradius des Vergasermantels. Eine ganzheitlich auf der Hohlwelle platzierte konische Vollblattschnecke, vorzugsweise mit steilem Anstellwinkel, befindet sich innerhalb der Rohrwendeln und des Spiralförderbandes. Die konische Vollblattschnecke weitet sich im dritten, letzten Drittel-VV des Vorvergasers nach dem Ende des Spiralförderbandes konisch zum Innenradius des Vergasermantel- VV aus und wird dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels geführt. Ein Guteintrag mit Schnellschlussschieber befindet sich im zylindrischen Vergasermantel in Fallhöhe oberhalb der im ersten Drittel des Vorvergasers verorteten Rohrwendeln. Ein adäquater Gutaustrag ist unterhalb der konischen Vollblattschnecke im letzten Drittel des VV angeordnet. Eine dem Gutaustrag gegenüber platzierte Schwelgasabführung befindet sich an der Oberseite des Vergasermantels-VV.
Des Weiteren umschließen unterhalb des Vorvergasers angebrachte Vergasungsmittelverteiler-Schächte mit jeweils separaten Steuerventilen die im unteren Teil des zylindrischen Vergasermantel- VV eingearbeiteten Vergasungsmittelschlitze mit Abweisern.
Dieser Ausstattung zugeordnet sind unter anderem im oberen Bereich des Vorvergasers Messstutzen, Überdrucksicherung, Additiveintrag und ein oder vorzugsweise mindestens zwei Mannlöcher- VV.
Der senkrecht in einem Gestell-HV platzierte Hauptvergaser ist stoff- und strömungsleitend frei sowie druck- und gasdicht und ohne räumliche Trennung vom VV angeordnet. Er ist über die Kohlenstoffförderung sowie die Schwelgasleitung mit dem Schwelgas Ventilator direkt mit dem Vorvergaser verbunden. Die Kohlenstoffförderung ist vorzugsweise als Rohrschneckenförderer und vorzugsweise beheizt ausgeführt. Der HV umfasst ein Oberteil und ein Unterteil.
Das Oberteil des HV umfasst
- einen zylindrischen Vergasermantel-HV,
- einen vorzugweise halbrunden Deckel,
- einen Vergasungsgasaustrag,
- ein Mannloch-HV,
- Messstutzen, Überdrucksicherung und
- eine Feuerfestdämmung an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantel-HV.
Das Oberteil des schließt den Nachreduktionsraum ein. Das Oberteil ist mittels Auflager am Gestell-HV arretiert und über eine Flanschverbindung mit dem Unterteil verbunden. Das Unterteil des HV umfasst
- eine Kohlenstoffwanne mit partiellem halbrunden Lochboden und Schlackenabweisern,
- einen zentral zugeordneten Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung, welcher vorzugsweis elektromotorisch angetrieben ist,
- einen mit diesem direkt verbundenen Reststoffaustrag mit Reststoffschleuse, vorzugsweise als Kammerschleuse ausgeführt,
- einen umschließenden Vergasungsmittelschacht mit Vergasungsmittel-Zuführung HV,
- den Reststoffaustrag, der druck- und strömungstechnisch nicht mit dem Vergasungsmittelschacht verbunden ist,
- eine Kohlenstoffwanne mit beidseitig abschließenden Stirnwänden
- eine stirnseitige Schwelgaszuführung aus dem Vorvergaser und
- einen an einer Stirnwand mittig angebrachten rohrförmigen Kohlenstoffeintrag mit Rohr-Kompensator.
Im rohrförmigen Kohlenstoffeintrag befindet sich eine Trägerwelle, die in der gegenüber liegenden Stirnwand gelagert ist. Die Trägerwelle ist mit einem raumumfassenden Schneckenförderer verbunden und in der Kohlenstoffwanne fortführend als Mischwerkzeuge ausgeführt. Das Mischwerkzeug besteht vorzugsweise aus Keramik und ist vorzugweise mittels eines Elektromotors angetrieben.
Zum Hochtemperatur- und Korrosionsschutz ist die obere Innenseite des Unterteils-HV mit einem Sandwich-Formeinschub, vorzugsweise als feuerfeste Verbundkonstruktion, lose oder fest, ausgeführt.
Das gesamte Unterteil-HV ist durch eine Hub-/Senkeinrichtung verortet.
Im unteren Drittel des Oberteils des HV befindet sich eine Reflektorhaube, die auf Segment-Auflagern gelagert ist. Dadurch sind zwischen der halbrunden Reflektorhaube und der Feuerfestdämmung partielle Strömungskanäle ausgebildet. Die Reflektorhaube liegt im Innenraum des HV zwischen dem unterhalb befindlichen Oxidations- Reduktions-Raum und dem oberhalb befindlichen Nachreduktionsraum mit Vergasungsgas-Austrag. In den Oxidations-Reduktions-Raum führen die Heißgaseintrittsöffnungen, die mit der Heißgaszuführung vom Heißgaserzeuger verbunden sind.
Der Vorvergaser und der Hauptvergaser sind
- Stoff-, druck-, gas- und strömungsleitend,
- räumlich und prozesstechnisch sowie
- daten- sowie informationsleitend mit einer integrierten Prozess Steuer- und Regeleinheit
miteinander verbunden.
Der Wärmetauscher-Zyklon ist eine doppelwandige und getrennte luft- und gasgeführte Ausführung mit Zyklon-Reststoff austrag. Der Wärmetauscher-Zyklon ist über einen Großraumkompensator mit dem Vergasungsgasaustrag vom Hauptvergaser gasdicht verbunden. Die Frischluft wird über eine Frischluftzuführung mit einem Frischluftventilator der doppelwandigen Umhüllung gesteuert zugeführt. Die Zyklon- Warmluftleitung leitet die erwärmte Frischluft der Vergasungsmittel-Mischstrecke zu. Der Zyklon- Vergasungsgas- Austritt ist über einen Kasten-Kompensator und ein Verbindungsstück mit Haupt- Wärmetauscher verbunden.
Der Haupt- Wärmetauscher ist vorzugsweise eine Gas-Luft- oder Gas-Öl- Ausführung. Mit dem Haupt- Wärmetauscher verbunden sind eine zum Prozess-Ventilator führende Vergasungsgas-Leitung, eine Warmluftzuführung zur Sauerstoff-Vorheizung, eine Warmluftabführung für die externe Nutzung der Überschusswärme sowie ebenfalls eine eigene Frischluftzuführung mit Frischluftventilator.
Die Vergasungsmittel-Mischstrecke mit den dazugehörigen Armaturen, Schiebern und Ventilen wird hier nicht näher erläutert. Sie umfasst
- eine Sauerstoffzuführung, wobei die Sauerstoffbereitstellung hier nicht Gegenstand der Erfindung ist,
- eine Regelstrecke-Sauerstoff,
- die Sauerstoff-Vorheizung, die mit der aus dem Hauptwärmetauscher kommenden Warmluftzuführung verbunden ist, - eine Abführungsleitung-Restwärme und
- eine Sauerstoff-Luft-Mischstrecke.
Das in der Vergasungsmittel-Mischstrecke erzeugte Vergasungsmittel wird durch die Vergasungsmittelleitung zum Vergasungsmittelerhitzer geleitet.
Im Vergasungsmittelerhitzer teilt sich der Vergasungsmittelstrom in die Vergasungsmittel-Zuführung VV und Vergasungsmittel-Zuführung HV auf.
Zum strömungstechnischen Betrieb befindet sich am Ende der Vergasungsgas-Leitung ein Prozess-Ventilator, der vom Guteintrag des Vorvergasers bis zum Prozess-Ventilator einen Unterdruck erzeugt und das Vergasungsgas zur weiteren energetischen Nutzung in die Vergasungsgas-Abführung fördert.
Zum An- und Abfahren der Gesamtanlage ist der Gas strecke ein Heißgaserzeuger mit Heißgaszuführungen zum Vorvergaser und Hauptvergaser vorgelagert.
Der Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser mit turbulent-exansivem Kohlenstoffbett (turbulent-expansive carbon bed) wird vorzugsweise mit leichtem Unterdruck in der Art und Weise betrieben, dass über den Guteintrag im Vorvergaser bis hin zur Vergasungsgasnutzung nach dem Haupt- Wärmetauscher eine energetische Umwandlung erfolgt.
Das zu behandelnde hochkalorische kohlenstoffhaltige Gut wird dem Guteintrag vorsortiert, zerkleinert zugeführt und hat vorzugsweise nur noch 10-Masse-% Wasser gebunden.
Das Gut wird nach dem Eintrag über den Guteintrag mittels Rohrwendeln, die im ersten Drittel-VV platziert sind, aufgelockert und über ein Spiralförderband und eine konische Vollblattschnecke weitergefördert. Das Spiralförderband schließt sich im zweiten Drittel- VV an die Rohrwendeln an und läuft im ersten Teil des dritten, letzten Drittel-VV aus. Eine konzentrisch und ganzheitlich auf der Hohlwelle platzierte konische Vollblattschnecke befindet sich innerhalb der Rohrwendeln und des Spiralförderbandes und weitet sich zum Ende im dritten, letzten Drittel- VV, nach dem Ende des Spiralförderbandes, zum Innenradius des Vorvergasers aus. Die Hohlwelle ist in den Abschlussdeckeln mit zentrischer Lagerung gelagert. Der Guttransport vom Guteintrag zum Gutaustrag am Ende des Vorvergasers erfolgt ohne vordergründige Mischung. Die Hohlwelle mit Rohrwendeln, Spiralförderband und konischer Vollblattschnecke wird durch eine Antriebseinheit in eine rotierende Bewegung versetzt.
Die Eintragung des heißen Vergasungsmittels erfolgt unterhalb des Gutes über partiell angeordnete Vergasungsmittelschlitze im unteren Teil des zylindrischen Vergasermantels-VV über die Vergasungsmittelverteiler-Schächte und ist durch Ventile gesteuert. Das Gut wird mit heißem Vergasungsmittel versorgt und umströmt. Durch die über den Vergasungsmittelschlitzen installierten Abweiser werden die Vergasungsmittelschlitze vor Verstopfungen geschützt. Das Gut wird durch das nachfolgend angeordnete Spiralförderband im Mittelteil weiter gefördert, wobei das durch eine unterschiedliche Relativbewegung zur konischen Vollblattschnecke unterstützt wird, die auf den unterschiedlichen Steigungen von Spiralförderband und konischer Vollblattschnecke beruht. Durch die Oxidation mit einhergehenden endothermen und exothermen Reaktionen des Gutes mit dem heißen Vergasungsmittel, bestehend aus einem prozessgesteuerten und anteilig rezykliertem (mit aus dem Wärmetauscher-Zyklon rückgeführter Wärme beaufschlagtem) Sauerstoff-Luft-Gemisch, bildet sich ein Kohlenstoff-Koks. Durch die sich konisch ausweitende Vollblattschnecke im dritten, letzten Drittel- VV wird der entstandene Kohlenstoff-Koks direkt und ohne Unterbrechung zum Gutaustrag befördert.
Über die Kohlenstoffförderung, die vorzugsweise als Rohrschneckenförderer und beheizt ausgeführt ist, wird der Kohlenstoff-Koks zum Hauptvergaser transportiert. Das sich im Vorvergaser bildende Schwelgas wird über die Schwelgasabführung, die oberhalb des Gutaustrags angeordnet ist, über eine weiterführende Schwelgasleitung zeitgleich zum Hauptvergaser geleitet. Im Hauptvergaser werden das Schwelgas und der Kohlenstoff-Koks zusammengeführt und zeitgleich ohne räumliche und strömungstechnische Unterbrechung in das Unterteil-HV eingebracht.
Das sich ausbildende Kohlenstoffbett in der Kohlenstoffwanne wird durch den Kohlenstoff-Koks gebildet, der über den rohrförmigen Kohlenstoffeintrag in das Unterteil-HV eingebracht wird. Der rohrförmige Kohlenstoffeintrag ist wiederum über den Rohr- Kompensator mit der Kohlenstoffförderung des Vorvergasers (VV) fördertechnisch verbunden und ist seitlich zur Kohlenstoffwanne an deren äußerer Stirnwand platziert. Eine im rohrförmigen Kohlenstoffeintrag zentrisch gelagerte Trägerwelle wird vorzugsweise elektromotorisch angetrieben und ist an der gegenüber liegenden Stirnwand gegengelagert. Innerhalb des rohrförmigen Kohlenstoffeintrags ist die Trägerwelle als Schneckenförderer ausgeführt und in der Kohlenstoffwanne weiterführend mit Mischwerkzeugen ausgestattet.
Zur gesteuerten Durchströmung des Kohlenstoffbetts mit dem heißen Vergasungsmittel, das das gleiche rezyklierte Sauerstoff-Luft-Gemisch wie beim Vorvergaser ist, wird dieses drucktechnisch vorgespannt über den umfassenden Vergasungsmittelschacht dem geteilten partiellen halbrunden Lochboden der Kohlenstoffwanne mit einem dazwischen angeordneten Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung zugeführt.
Der Trogschneckenförderer mündet in Austragsrichtung in einen separaten Reststoffaustrag mit Reststoffschleuse, ebenfalls innerhalb des umfassenden Vergasungsmittelschachtes angeordnet, wobei dieser strömungs- und drucktechnisch mit dem Reststoffaustrag nicht verbunden ist.
Zum Hochtemperatur- und Korrosionsschutz ist die Kohlenstoffwanne oberhalb des Kohlenstoffbetts im Vergasungsbereich mit einem Sandwich-Formeinschub als feuerfeste und hitzebeständige Verbundkonstruktion, ein- oder mehrschichtig, lose oder fest, ausgestattet.
Das Unterteil wird in der Gesamtheit mittels Hub-/Senkeinrichtung am Oberteil arretiert und ist über die Flanschverbindung mit diesem gasdicht, aber lösbar verbunden.
Das Oberteil ist zylindrisch gestaltet, oberhalb mit Deckel und Überdrucksicherung abschließend, und wird senkrecht durch außerhalb am zylindrischen Vergasermantel-HV angebrachte Auflager getragen, die mit dem Gestell-HV verbunden sind.
Die Innenwandung des Oberteils ist mit einer Feuerfestdämmung versehen. Der Innenraum des Oberteils ist durch eine im unteren Drittel platzierte, halbrunde und nach unten geöffnete Reflektorhaube in einen darüber liegenden Nachreduktionsraum und darunter liegenden Oxidations-Reduktions-Raum mit Heißgaseintrittsöffnungen unterteilt. Der Nachreduktionsraum und der Oxidations-Reduktions-Raum sind gas- und strömungsleitend über partielle Strömungskanäle untereinander verbunden.
Der oberhalb des Nachreduktionsraumes angeordnete Vergasungsgas- Austrag ist mittels Großraumkompensator mit dem nachfolgenden doppelwandigen Wärmetauscher-Zyklon verbunden. Der Zyklon- Reststoffaustrag ist unterhalb und der Zyklon-Vergasungsgas-Austrag oberhalb des Vergasungsgas-Eintrages in den Wärmetauscher-Zyklon angeordnet. Frischluft wir durch die Frischluftzuführung in die Doppelwandung des Wärmetauscher-Zyklon zugeführt und mittels Frischluftventilator gesteuert. Die erwärmte Luft wird über die Zyklon- Warmluftleitung der Vergasungsmittel-Mischstrecke zugeführt. Das zyklierte (durch den Wärmetauscher-Zyklon geleitete) Vergasungsgas wird über den Zyklon-Vergasungsgas-Austrag, einen Kastenkompensator und ein Verbindungsstück in den Haupt- Wärmetauscher geführt, dessen Ausführung hier nicht Gegenstand der Erfindung ist. Dem Haupt- Wärmetauscher wird ebenfalls Frischluft über eine separate und gesteuerte Frischluftzuführung mit Frischluftventilator zugeführt.
Das teerfreie Vergasungsgas wird nachfolgend über die Vergasungsgas- Leitung, den Prozess-Ventilator und die Vergasungsgas-Abführung zu einer weiterführenden Gasbehandlung geleitet, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, und steht danach zur weiteren energetischen Nutzung zur Verfügung.
Die rekuperierte Warmluft aus dem Wärmetauscher-Zyklon und Hauptwärmetauscher wird anteilig der Vergasungsmittel-Mischstrecke zugeführt.
Diese besteht aus einer Sauerstoffzuführung mit einer Regelstrecke- Sauerstoff, einer Sauerstoff- Vorheizung und einer S auerstoff -Luft- Mischstrecke. Eingangs seitig ist die Vergasungsmittel-Mischstrecke mit der Zyklon-Warmluftleitung und Warmluftzuführung, ausgangs seitig mit der Vergasungsmittelleitung zum Vergasungsmittelerhitzer und der Abführungsleitung Restwärme zur Warmluftabführung verbunden.
Der extern zugeführte Sauerstoff wird über die Regelstrecke-Sauerstoff geregelt und mittels einer Sauerstoffvorheizung erhitzt. Die Sauerstoffvorheizung dient zur Vorwärmung des beizumischenden Sauerstoffs in das Vergasungsmittel.
Der erhitzte Sauerstoff wird über die Sauerstoff-Luft-Mischstrecke mit der Warmluft aus dem Wärmetauscher-Zyklon, über die Zyklon- Warmluftleitung zugeführt, gemischt und über die Vergasungsmittelleitung zum Vergasungsmittelerhitzer weitergeleitet. Der Vergasungsmittelerhitzer teilt sich mittels prozessgesteuerten Ventilklappen in zwei Leitungen, die Vergasungsmittel-Zuführung HV zum Hauptvergaser und die Vergasungsmittel-Zuführung VV zum Vorvergaser, auf. Zum gesteuerten und geregelten An- und Abfahren, respektive zum Auf- und Herunterheizen der Gesamtanlage, ist der Gasstrecke ein Heißgaserzeuger, fremdenergetisch versorgt, vorgelagert. Der Duplex- TEK-Mehrstufen- Vergaser und die gesamte Anlagentechnik werden über eine Prozess Steuer- und -regeleinheit, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, gesteuert und gefahren.
Die überschüssige Warmluft aus dem Wärmetauschprozess kann über die Warmluftabführung einer externen Nutzung zugeführt werden.
Durch den komplexen geschlossenen Aufbau des Duplex-TEK- Mehrstufen-Vergasers mit einem Vorvergaser (VV) und einem Hauptvergaser (HV) mit nachgeordnetem Wärmetauscher-Zyklon, einem nachfolgenden Haupt- Wärmetauscher, einem Prozess-Ventilator, einer Vergasungsmittel-Mischtrecke mit Sauerstoff-Vorheizung,
Vergasungsmittelerhitzer und Heißgaserzeuger wird eine kontinuierliche und autotherme Prozessführung organisiert, bei dem das kohlenstoffhaltige Gut getrocknet, entgast und verschwelt, zu einem Kohlenstoff-Koks reduziert und weiterführend zu einem energetisch nutzbaren und brennbaren teerfreien Vergasungsgas konvertiert wird. Das geschieht, in dem die thermochemische Spaltung der organischen Verbindungen durch kontrollierte Zugabe mit heißem Vergasungsmittel initiiert wird. Das Vergasungsmittel wird über die unterhalb im zylindrischen Vergasermantel-VV angeordneten
Vergasungsmittelschlitze eingetragen und durch den zwangstechnischen Unterdruck im gesamten Gasbereich des Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergasers strömungstechnisch bewegt. Der Unterdruck wird durch den am Ende der Gasstrecke installierten Prozess-Ventilator erzeugt. Es kommt aufgrund der erzwungenen Relativbewegungen des Gutes über bestimmte vektorielle, skalare Schub- und Drehimpulse zueinander zu einem Vortrieb des Gutes zum Gutaustrag ohne vordergründiges Vermischen. Das geschieht im Zusammenwirken der Rohrwendeln, dem Spiralförderband und der konischen Vollblattschnecke. Rohrwendeln befinden sich im ersten Drittel- VV, beginnend am Guteintrag. Das Spiralförderband ist daran nachfolgend, beginnend im zweiten Drittel- VV und endend im ersten Teil des dritten Drittel- VV. Eine ganzheitlich auf der Hohlwelle platzierte zentral wirkende konische Vollblattschnecke wirkt bis in das dritte, letzte Drittel- VV und weitet sich zum Ende des Spiralförderbandes im dritten, letzten Drittel- VV zum Innenradius des Vorvergasers aus. Die Rohrwendeln und das Spiralförderband werden dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV geführt. Es kommt zu umfassenden thermochemischen Kettenreaktion im Innenraum des Vorvergasers (VV) durch das Aufrechterhalten paralleler exothermer und endothermer Reaktionen mit einem Ausdampfen von Restfeuchte, einer Entgasung und Verschwelung aller Vergasungsgasanteile mit dem kohlenstoffhaltigen Gut. Dieser Prozess kann durch die Beimischungen über den Additiveintrag unterstützt werden.
Der Kohlenstoff-Koks wie auch die entstandenen Schwelgase werden nachfolgend, ohne Unterbrechung und räumliche Trennung, Stoff- und strömungstechnisch frei sowie druck-und gasdicht, in den Hauptvergaser (HV) geleitet. Dort werden der Kohlenstoff-Koks und die Schwelgase mit einer kombinierten, aufsteigend gerichteten Gleichstrom-Flugstromvergasung weiter thermochemisch behandelt. Der Kohlenstoff-Koks wird über eine Kohlenstoffförderung, die vorzugsweise als Rohrschneckenförderer und vorzugsweise beheizt ausgeführt ist, und weiter über den rohrförmigen Kohlenstoffeintrag in die Kohlenstoffwanne transportiert.
Der Kohlenstoff-Koks wird über den partiellen halbrunden Lochboden mit einem drucktechnisch vorgespannten heißen Vergasungsmittel, vorzugsweise ein Sauers toff-Luft-Gemisch, durchströmt. Mittels der im Kohlenstoffbett platzierten Mischwerkzeuge kommt es zu einem Auf gasen, Mischen und Rühren (AMR-Prinzip). Es erfolgt ein freies Umhüllen (wraping) der Kohlenstoffpartikel mit dem drucktechnisch vorgespannten und mengenmäßig geregelten Vergasungsmittel, gesteuert über einen prozessbedingten Sauerstoff-Luft- Anteil, und mit dem entstehenden reaktiven Gasverbindungen im quasi fluidisierten und schwebenden turbulent-expansiven Kohlenstoffbett (turbulent-expansiv carbon bed). Damit einhergehen thermochemische Kettenreaktionen durch dauerhafte Verfügbarkeit von prozessbedingtem Vergasungsmittel (Sauerstoff-Luft- Anteile) an den einzelnen Kohlenstoffpartikeln (partielle Hot Spots). Durch die zentral verorteten Mischwerkzeuge im Kohlenstoffbett kommt es zu einer zwingenden und dauerhaften Bewegung der Kohlenstoffpartikel zueinander und einer damit einhergehenden Volumeneiweiterung im komplexen Zusammenwirken des sich einstellenden Auftriebsverhaltens des Kohlenstoff-Gasgemischs durch eine prozessgesteuerte Vergasungsmittel-Geschwindigkeit und den sich richtungsfrei und voneinander getrennten Aufwärtsbewegungen der Kohlenstoffpartikel. Somit bildet sich ein schwebendes turbulent-expansiven Kohlenstoffbett (turbulent-expansive carbon bed) in der Kohlenstoffwanne aus, dessen voluminöse Ausdehnung sich über den rohrförmigen Kohlenstoffeintrag erstreckt. Durch die zeitgleiche Zuführung der Schwelgase aus dem Vorprozess direkt in das Kohlenstoffbett kommt es zu einhergehenden Oxidations-Reduktions- Reaktionen und damit zum thermochemischen Aufbrechen der molekularen Kohlenstoffverbindungen in gasförmige Bestandteile, zu einem dauerhaften Aufschwimmen und somit vollständiger Vergasung. Es erfolgt eine qualitativ wie quantitativ schnelle Umwandlung des fluiden Kohlenstoffs und der Schwelgase in ein brennbares teerfreies Vergasungsgas, insbesondere bestehend aus CO, C02, CH4, H2, H20, N2, ohne Bildung von prozessstörenden Strömungskanälen, Totzonen, Brücken bzw. Schlackeneinlagerungen, die mit zunehmenden Verklebungen des Kohlenstoffbetts einhergehen würden und folglich zum Erliegen des Gesamtprozesses führen würden.
Die Austragung der inerten und konglomerierten Reststoffe und Schlacken, die aufgrund der Schwerkraft im fluidisierten Kohlenstoffbett nach unten sinken, erfolgt über einen Trogschneckenförderer mit Lochboden und getrenntem Reststoffaustrag zum Vergasungsmittelschacht, der vergasungsmittel- und drucktechnisch strömungsfrei zum Kohlenstoffbett ausgeführt ist. Es erfolgt eine weitere thermochemische Beaufschlagung der Rohgasanteile und der im Flugstrom nach oben mitgerissenen Kohlenstoffpartikel aus dem fluiden Kohlenstoffbett oberhalb des Kohlenstoffbettes im Oxidations- Reduktions-Raum durch eine bestimmte Hochtemperatur- Vergasung durch homogene Sekundärreaktionen (Hot Spots). Über partielle Strömungskanäle gelangt das Gas-Restkohlenstoff-Gemisch turbulent weiterströmend in den im Vergleich zum Oxidations-Reduktions-Raum überdimensionierten zylinderförmigen Nachreduktionsraum mit ausreichender Verweilzeit zur vollständigen Umwandlung der Rest- Kohlenstaub- Anteile zu einem brennbaren teerfreien Vergasungsgas.
Das Vergasungsgas wird weiterströmend in den Wärmetauscher-Zyklon geleitet. Dort erfolgt eine Abscheidung noch mitgeführter grober Rest- Kohlenstoffpartikel und eine Nutzung der Strahlungswärme über die in der Doppelwandung aufgeheizte Frischluft und deren Weiterleitung in die Vergasungsmittel-Mischstrecke.
Das Vergasungsgas wird weitergeleitet in einen nachfolgenden Hauptwärmetauscher mit Teilabführung der rekuperierten Wärme zur Vergasungsmittel-Mischstrecke und des überwiegenden Wärmeanteils über die Warmluftabführung zur externen Nutzung.
Anschließend wird erfolgt die Weiterleitung des Vergasungsgases mittels Prozess-Ventilator über die Vergasungsgas-Abführung überdrucktechnisch zur energetischen Nutzung des Vergasungsgases. Das Vergasungsgas wird bei Bedarf über eine zusätzliche Gasbehandlungs strecke geführt, die hier nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Aus dem verfügbaren rekuperierten Wärmestrom wird über die Vergasungsmittel-Mischstrecke dem Gesamtprozess der prozessnotwendige erwärmte Luftanteil, bedarfsgerecht und über eine Prozess Steuer- und -regeleinheit gesteuert, zur Aufrechterhaltung der autothermen Prozessführung bereitgestellt.
In der Vergasungsmittel-Mischstrecke wird die vom Haupt- Wärmetauscher über die Warmluftzuführung kommende erforderliche Menge an Warmluft mit dem zu erhitzenden Sauerstoff zusammengeführt. Der Sauerstoff wird über eine externe Sauerstoffzuführung und die Regelstrecke-Sauerstoff der Sauerstoff- Vorheizung zugeleitet.
Anschließend gelangt der erhitzte Sauerstoff in die Sauerstoff-Luft- Mischstrecke, die mit Warmluft von der Zyklon- Warmluftleitung gespeist wird. Das Sauerstoff-Luft-Gemisch wird über die Vergasungsmittelleitung dem Vergasungsmittelerhitzer zugeführt. Die Sauerstoffbereitstellung ist hier nicht Gegenstand der Erfindung.
Das so entstandene und erhitzte Vergasungsmittel wird nachfolgend über bedarfsgerecht prozessgesteuerte Ventilklappen zum einen über die Vergasungsmittel-Zuführung VV dem Vorvergaser (VV) und zum anderen über die Vergasungsmittel-Zuführung HV dem Hauptvergaser (HV) zugeleitet.
Das Aufheizen, Anfahren und Abfahren des Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser erfolgt mittels Heißgaserzeuger und der damit erzeugten Heißluft mit prozessgesteuerter Zuführung zum Vorvergaser über die Vergasungsmittelzuführung- VV und zum Hauptvergaser (HV) über die Vergasungsmittel-Zuführung HV mit differenzierter Verteilung über den Vergasungsmittelschacht und den Heißgaseintrittsöffnungen in den Oxidations- und Reduktions-Raum.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen und des Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 : eine schematische 3D-Darstellung einer Ausführungsform des
Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergasers mit rekuperativer Wärmenutzung und -erzeugung in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung eines organischen kohlenstoffhaltigen Gutes mit hohem Heizwert ohne externe Energiezufuhr,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Duplex- TEK-Mehrstufen- Vergasers mit Vorvergaser und Hauptvergaser gemäß Fig. 1,
Fig. 3: einen schematischen Teilausschnitt des Vorvergasers gemäß
Fig. 1,
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines Querschnitts des
Hauptvergasers gemäß Fig. 1 ,
Fig. 5: einen schematischen Teilausschnitt vom Querschnitt gemäß
Fig. 4, Fig. 6: eine Seitenansicht des Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergasers mit rekuperativer Wärmenutzung und -erzeugung in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung von organischen Abfällen mit hohem Heizwert gemäß Fig. 1 und
Fig. 7: eine Draufsicht des Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergasers mit rekuperativer Wärmenutzung und -erzeugung in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung von organischen Abfällen mit hohem Heizwert gemäß Fig. 1 .
Die Fig. 1 zeigt einen Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser, welcher aus einem Vorvergaser (1) und aus einem Hauptvergaser (2) besteht, mit einem nachgeordneten Wärmetauscher-Zyklon (61), einem nachfolgenden Haupt- Wärmetauscher (66), einer Vergasungsmittel- Mischstrecke (71), welche eine Sauerstoffzuführung (87), eine Regelstrecke-Sauerstoff (88), eine Sauerstsoff- Vorheizung (74) und eine Sauerstoff-Luft-Mischstrecke (89) umfasst, einem Vergasungsmittelerhitzer (76), einem Heißgaserzeuger (77) und einem Prozess- Ventilator (83), wobei diese Stoff-, druck-, gas- und strömungleitend, ohne räumliche Trennung zueinander, als auch prozess- und steuertechnisch über eine Prozess Steuer- und -regeleinheit (91) gesteuert sind, wobei die miteinander verbundenen Vorvergaser (1) und Hauptvergaser (2) das Kernstück darstellen.
Der in Fig. 2 dargestellte, waagerecht auf einem Gestell- VV (5) platzierte Vorvergaser (1) umfasst einen waagerecht ausgerichteten zylindrischen Vergasermantel- VV (7) mit vorzugsweise halbrunden Abschlussdeckeln mit zentrischen Lagern (8) an seinen beiden Enden, an und in dem die Komponenten des Vorvergasers (1) untergebracht sind. Ein Guteintrag (19) mit einem Schnellschlussschieber (25) befindet sich an der Oberseite am Anfang des ersten Drittels- VV (84) des Vorvergasers (1).
Im Innenraum- VV (9) des Vorvergasers (1) befindet sich, wie in Fig. 2 dargestellt, eine über eine Antriebseinheit (18) rotierend bewegte, zentrisch und waagerecht ausgerichtete Hohlwelle (13), die in den Abschlussdeckeln mit zentrischer Lagerung (8) des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) fixiert ist.
Im ersten Drittel- VV (84) des Vorvergasers (1) befinden sich Rohrwendeln (10), die über Haltestege (12) mit der Hohlwelle (13) verbunden sind und dabei dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) geführt werden.
Im Vorvergaser (1) befindet sich weiterhin ein von den Roh wendein (10) weiterführendes Spiralförderband (11), vorzugsweise mit steilem Anstellwinkel, beginnend im zweiten Drittel- VV (85) und auslaufend im dritten Drittel-VV (86) des Vorvergasers (1), wobei es über die gesamte Länge ebenfalls dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) des Vorvergasers (1) geführt wird und im Bereich des Innenradius des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) wirkt.
Auf der Hohlwelle (13) ist zentral eine konische Vollblattschnecke (14) platziert, vorzugsweise mit steilem Anstellwinkel. Der Durchmesser der konischen Vollblattschnecke (14) liegt innerhalb der Rohrwendel (10) und Spiralförderbänder (11) und weitet sich im letzten Drittel-VV (86) des Vorvergasers (1) konisch aus, so dass diese außerhalb des Bereiches der Spiralförderbänder (11) dicht an die Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) geführt wird und dort letztendlich den Gutaustrag (20) bewirkt.
Am Ende des Vorvergasers (1) befinden sich an der Unterseite eine Öffnung zum Gutaustrag (20) und an der Oberseite eine Öffnung zur Schwelgasabführung (21).
Unterhalb des Vorvergasers (1) angebrachte gasdichte Vergasungsmittelverteiler-Schächte (15) umschließen die mit jeweils separaten Steuerventilen (24) versehenen, im unteren Teil des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) eingearbeiteten Vergasungsmittelschlitze (16) mit Abweisern (17). Dieser Ausstattung vorteilhaft zugeordnet sind Messstutzen (23), Überdrucksicherungen (22), Additiveintrag (26) und Mannlöcher- VV (27), jeweils einfach oder mehrfach vorhanden.
Der in Fig. 1 dargestellte, senkrecht in einem Gestell-HV (6) platzierte Hauptvergaser (2) ist Stoff-, druck-, gas- und strömungsleitend über eine Schwelgasleitung (4) mit einem Schwelgas Ventilator (28) und über eine Kohlenstoffförderung (3), letztere vorzugsweise als Rohrschneckenförderer ausgeführt und vorzugsweise beheizt, über einen Rohr- Kompensator (37) mit dem Vorvergaser (1) verbunden und insgesamt wärmegedämmt.
Der in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellte Hauptvergaser (2) umfasst ein Oberteil (29) und ein Unterteil (31), die durch eine Flanschverbindung (33) verbunden sind.
Das Oberteil (29) des Hauptvergasers (2) umfasst einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Vergasermantel-HV (39) mit einem oberen, vorzugsweise halbrunden Deckel (30) und einer unteren Flanschverbindung (33).
Eine Öffnung für den Vergasungsgas-Austrag (32) befindet sich am oberen Ende des zylindrischen Vergasermantels-HV (39).
Die Innenwände des zylindrischen Vergasermantels-HV (39) sind mit einer Feuerfestdämmung (40) verkleidet.
Im unteren Drittel des zylindrischen Vergasermantels-HV (39) befindet sich eine nach unten geöffnete Reflektorhaube (41), vorzugsweise aus feuerfester Keramik, die auf am zylindrischen Vergasermantel-HV (39) befestigten Segment-Auflagern (42) liegt.
Die Reflektorhaube (41) teilt den Innenraum des Oberteils (29) in einen oberhalb gelegenen Nachreduktionsraum (43) und einen unterhalb befindlichen Oxidations-Reduktions-Raum (44). Zwischen der Feuerfestdämmung (40) an den Innenwänden des zylindrischen Vergasermantels-HV (39) und der Reflektorhaube (41) sind mehrere partielle Strömungskanäle (53) ausgebildet, durch die das Prozessgas vom Oxidations-Reduktions-Raum (44) in den Nachreduktionsraum (43) gelangt. Durch mindestens eine Heißgaseintrittsöffnung (45) im zylindrischen Vergasermantel-HV (39) wird beim An- und Herunterfahren des Vergasers heiße Luft in den Oxidations-Reduktions-Raum (44) geführt.
Am Hauptvergaser (2) sind weiterhin mindestens ein Messstutzen (23), mindestens eine Überdrucksicherung (22) und mindestens ein Mannloch- HV (35) angebracht.
Mehrere Auflager (34) tragen das Oberteil (29), indem sie es mit dem Gestell-HV (6) des Hauptvergasers (2) verbinden.
Vorzugsweise ist die Reflektorhaube (41) so angeordnet, dass sich der Nachreduktionsraum (43) und der Oxidations-Reduktions-Raum (44) in einem Raumverhältnis von 4 zu 1 zueinander befinden.
Das Unterteil (31) des Hauptvergasers (2) umfasst eine Kohlenstoffwanne (46) mit einer oberen Flanschverbindung (33), mit der das Unterteil (31) und das Oberteil (29) fest und gasdicht, aber lösbar, verbunden sind.
Die Kohlenstoffwanne (46) umfasst einen halbrunden Querschnitt, beidseitig abschließende Stirnwände (49), einen partiellen Lochboden (47) und Schlackenabweiser (59).
Im Boden der Kohlenstoffwanne (46) befindet sich ein zentral angeordneter Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48), der Schlacke und andere Reststoffe zum Reststoff austrag (51) mit einer Reststoffschleuse (52) befördert. Die Reststoffschleuse (52) ist strömungstechnisch vom Vergasungsmittelschacht (50) getrennt.
Über die Vergasungsmittel-Zuführung (79) ist Vergasungsmittel in einen unterhalb der Kohlenstoffwanne (46) angebrachten umschließenden Vergasungsmittelschacht (50) einleitbar, das dann durch den partiellen Lochboden (47) und den Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) in die Kohlenstoffwanne (46) strömt.
Der vom Vorvergaser (1) erzeugte Kohlenstoff wir durch ein an einer Stirnwand mittig angebrachten rohrförmigen Kohlenstoffeintrag (36) zugeführt.
Eine im Kohlenstoff eintrag (36) und in der gegenüber liegenden Stirnwand (49) gelagerte Trägerwelle (54) ist im Kohlenstoffeintrag (36) mit einem raumumfassenden Schneckenförderer (55) verbunden und in der Kohlenstoffwanne (46) fortführend als Mischwerkzeug (56), vorzugsweise aus feuerfester Keramik, ausgeführt.
Das aus dem Vorvergaser (1) kommende Schwelgas wird durch eine stirnseitige Schwelgaszuführung (81) über die Schwelgasleitung (4) mit einem Schwelgasventilator (28) in die Kohlenstoffwanne (46) geleitet. Alle bewegten Teile werden vorzugsweise elektromotorisch (57) angetrieben.
Das Oberteil (29) des Hauptvergasers (2) ist über mehrere Auflager (34) mit einem Gestell-HV (6) verbunden.
Vorzugsweise ist die Innenseite des Unterteils (31) des Hauptvergasers (2) oberhalb der Trägerwelle (54) zum Hochtemperatur- und Korrosionsschutz mit einem Sandwich-Formeinschub (58) versehen, der als feuerfeste Verbundkonstruktion, ein- oder mehrschichtig, lose oder fest, ausgeführt ist.
Vorzugsweise ist der Hauptvergaser (2) mit einer Hub- und Senkeinrichtung (38) ausgestattet, mit der das Unterteil (31) für Wartungsarbeiten vom Oberteil (29) getrennt werden kann.
Die anlagentechnische Weiterführung des Vergasungsgases zeigen die Fig. 6 und 7. Der Vergasungsgasaustrag (32) des Hauptvergasers (2) ist über einen Großraumkompensator (60) mit dem Wärmetauscher- Zyklon (61) verbunden. Der Wärmetauscher-Zyklon (61) ist dabei doppel wandig mit einer getrennten Führung von Luft und Vergasergas ausgeführt.
Im Boden des Zyklons befindet sich ein Zyklon-Reststoffaustrag (62).
Von einem Frischluftvertilator (70) gesteuert zugeführte Frischluft wird über eine Frischluftzuführung (69) in den Wärmetauscher-Zyklon (61) geleitet.
Die aufgeheizte Frischluft wird über die Zyklon- Warmluftleitung (64) der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) zugeführt. Überschüssige aufgeheizte Frischluft steht über die Abführungsleitung Restwärme (75) an der Warmluftabführung (68) für eine externe Nutzung zur Verfügung.
Das behandelte Vergasungsgas wird über den Zyklon- Vergasungsgasaustritt (63), ein Verbindungsstück (82) und einen Kasten-Kompensator (65) in den Haupt- Wärmetauscher (66) geleitet.
Der Haupt- Wärmetauscher (66) kann eine Gas-Luft- oder Gas-Öl- Ausführung sein. Beschrieben wird hier eine Gas-Luft- Ausführung.
Von einem Frischluftventilator (70) gesteuert zugeführte Frischluft wird über Frischluftzuführung (69) in den Haupt- Wärmetauscher (66) geleitet und dort erwärmt.
Die aufgeheizte Frischluft wird über die Warmluftzuführung (73) der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) zugeführt.
Überschüssige aufgeheizte Frischluft steht über Warmluftabführung (68) für eine externe Nutzung zur Verfügung.
Das Vergasungsgas wird über den Haupt- Wärmetauscher (66), die Vergasungsgasleitung (67), den Prozess- Ventilator (83) und danach über die Vergasungsgas-Abführung (90) überdrucktechnisch einer energetischen Nutzung zugeführt.
Eine andere oder weitere Behandlung und Nutzung des Vergasungsgases davor oder danach ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Die Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) umfasst eine Warmluftzuführung (73), eine Sauers toff-Zuführung (87) mit einer Regelstrecke-Sauerstoff (88), eine Sauerstoff- Vorheizung (74) und eine Sauerstoff-Luft-Mischstrecke (89). Eingangs seitig ist die Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) mit der Zyklon-
Warmluftleitung (64) und Warmluftzuführung (73), ausgangs seitig mit der Vergasungsmittelleitung (72) und der Abführungsleitung Restwärme (75) verbunden.
Der extern zugeführte Sauerstoff wird über die Regelstrecke- Sauerstoff (88) geregelt und mittels Sauerstoff-Vorheizung (74) erhitzt, die mit der Warmluftzuführung (73) und Abführungsleitung Restwärme (75) verbunden ist.
Der erhitzte Sauerstoff wird über die Sauerstoff-Luft-Mischstrecke (89) mit der Warmluft aus dem Wärmetauscher-Zyklon (61), die über die Zyklon- Warmluftleitung (64) zugeführt wird, gemischt und über die Vergasungsmittelleitung (72) dem Vergasungsmittelerhitzer (76) zugeführt.
Der Vergasungsmittelerhitzer (76) teilt sich mittels prozessgesteuerten Ventilklappen in zwei Leitungen, die Vergasungsmittel-Zuführung- HV (79) zum Hauptvergaser (2) und die Vergasungsmittel-Zuführung- VV (80) zum Vorvergaser (1), auf.
Ein Heißgaserzeuger (77) ist über eine Heißgaszuführung (78) mit der Heizgaseintrittsöffnung (45) des Hauptvergasers (2) verbunden.
Fig. 3 und Fig. 5 zeigen Detailausschnitte vom Vorvergaser (1) und Hauptvergaser (2).
Die gesamte Anordnung einschließlich des Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergasers ist apparatetechnisch wärmegedämmt.
Eine Prozess Steuer- und -regeleinheit (91) ist mit allen Komponenten des Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergasers und der Gesamtanlage daten- und stromleitend verbunden.
Der Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser wird vorzugsweise mit einem vom Prozess- Ventilator (83) erzeugten leichten Unterdruck betrieben, der einen kontinuierlichen Gasstrom vom Guteintrag (19) bis zur Vergasungsgas-Abführung (90) bewirkt,
Das zu behandelnde hochkalorische kohlenstoffhaltige Gut wird vorsortiert und zerkleinert bereit gestellt und enthält vorzugsweise maximal noch 10 Masse-Prozent Wasser. Es wird dem Vorvergaser (1) zugeführt.
Nach dem Eintritt über den Guteintrag (19) in den Innenraum- VV (9) wird das Gut wird mittels Rohrwendeln (10), die im ersten Drittel- VV (84) platziert sind, aufgelockert und über ein Spiralförderband (11) und eine konische Vollblattschnecke (14) weitergefördert. Das Spiralförderband (11) schließt sich im zweiten Drittel-VV (85) an die Rohrwendeln (10) an und läuft im ersten Teil des dritten, letzten Drittel- VV (86) aus. Die konzentrisch und ganzheitlich auf der Hohlwelle (13) platzierte konische Vollblattschnecke (14) befindet sich innerhalb der Rohrwendeln (10) und des Spiralförderbandes (11) und weitet sich zum Ende im dritten, letzten Drittel-VV (86), nach dem Ende des Spiralförderbandes (11), zum Innenradius des zylindrischen Vorvergasermantels-VV (7) aus. Die Hohlwelle (13) ist in den Abschlussdeckeln mit zentrischer Lagerung (8) gelagert. Der Guttransport vom Guteintrag (19) zum Gutaustrag (20) am Ende des Vorvergasers (1) erfolgt ohne vordergründige Mischung. Die Hohlwelle (13) mit Rohrwendeln (10), Spiralförderband (11) und konische Vollblattschnecke (14) wird durch eine Antriebseinheit (18) in eine rotierende Bewegung versetzt. Im Wirkbereich des Vorvergasers (1) werden sich durch die benannten Vorrichtungen in Reihenfolge und Ausführung, durch gesteuerte, gezielte und direkte Beaufschlagung von Vergasungsmittel, durch bestimmte und gestufte Temperaturzonen, unterstützt durch prozessfördernde Beimischungen über den Additiveintrag (26), örtlich prozessbestimmte parallele und stabile partielle endotherme und exotherme Reaktionszonen einstellen, die mit einer quantitativen und qualitativen Koksbildung in Förderrichtung des Gutsstroms einhergehen.
Das Gut wird mit heißem Vergasungsmittel, vorzugsweise bestehend aus einem prozessgesteuerten und anteilig rezyklierten Sauerstoff-Luft- Gemisch, beaufschlagt und umströmt, wobei das Vergasungsmittel über den Vergasungsmittelverteiler-Schacht (15) zugeführt, durch die Ventile (24) in Zeit und Menge gesteuert und durch die im unteren Teil des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) angeordneten Vergasungsmittelschlitze (16) eingebracht wird. Dabei werden die Vergasungsmittelschlitze (16) durch die installierten Abweiser (17) vor Verstopfungen geschützt.
Es bilden sich örtlich prozessbedingte stabile partielle endotherme und exotherme Reaktionszonen mit einhergehender quantitativer und qualitativer Koksbildung in Förderrichtung des Guts Stroms aus. Der kontinuierlich entstehende Kohlenstoff-Koks wird über den Gutaustrag (20) durch die gasdichte Kohlenstoffförderung (3), die vorzugsweise mit einem Rohr-Kompensator (37) ausgestattet ist, zum Hauptvergaser (2) transportiert. Das sich bildende Schwelgas wird über eine oberhalb des Gutaustrags (20) angeordnete Schwelgasabführung (21) mit einem Schwelgas Ventilator (28) zum Hauptvergaser (2) in dessen Unterteil (31) geleitet, wo das Schwelgas durch eine stirnseitige Schwelgaszuführung (81) in die Kohlenstoffwanne (46) eingebracht wird.
Das Schwelgas und der Kohlenstoff-Koks werden somit ohne räumliche und strömungstechnische Unterbrechung zusammenführend in das Unterteil (31) eingebracht.
Die bewegten Teile des Vorvergasers werden durch eine Antriebseinheit (18), vorzugsweise elektromotorisch, angetrieben.
Der vom Vorvergaser (1) über die Kohlenstoffförderung (3) dem Hauptvergaser (2) zugeführte Kohlenstoff wird über den Kohlenstoffeintrag (36) durch den Schneckenförderer (55) in die Kohlenstoffwanne (46) befördert und bildet dort ein Kohlenstoffbett. Das vom Vorvergaser (1) über die Schwelgasleitung (4) zugeführte Schwelgas wird durch die Schwelgaszuführung (81) zeitgleich in die Kohlenstoffwanne (46) und somit in das Kohlenstoffbett eingeleitet. Von unten gelangt das selbe heiße Vergasungsmittel, wie es am Vorvergaser (1) zugeführt wird, über den Vergasungsmittelschacht (50) und durch den geteilten partiellen Lochboden (47) mit dem dazwischen angeordneten Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) in die Kohlenstoffwanne (46). Das Kohlenstoffbett wird in der Kohlenstoffwanne (46) durch die Mischwerkzeuge (56) gemischt und gerührt. Dabei kommt es durch das vorgespannt heiße Vergasungsmittel, das anteilig das gleiche rezyklierte Sauerstoff-Gas-Gemisch wie beim Vorvergaser (1) ist, zu einem Auf gasen des Kohlenstoffbetts und im Zusammenwirken dieser Faktoren (AMR-Prinzip / Aufgasen, Mischen, Rühren) zu einem voluminösen Aufschwimmen. Der Druck und die Menge des zugeführten Vergasungsmittels wird so gesteuert, dass das Kohlenstoffbett aufgegast wird und die Kohlenstoffpartikel vom Vergasungsmittel umhüllt werden, Wrapping genannt, wobei das Kohlenstoffbett einen quasi fluiden Zustand annimmt und der Kohlenstoff thermochemisch anteilig zu einem Vergasungsgas aufschließt.
Durch die zentral verorteten Misch Werkzeuge (56) im Kohlenstoffbett kommt es zu einer zwingenden und dauerhaften Bewegung der Kohlenstoffpartikel zueinander. Es bildet sich während der Betreibung ein aufgasendes, zwangsgemischtes und -gerührtes Kohlenstoffbett. Damit einhergehend kommt es zu einer Volumeneiweiterung im komplexen Zusammenwirken des sich einstellenden Auftriebsverhalten des Kohlenstoff-Gasgemischs durch eine prozessgesteuerte Vergasungsmittel-Geschwindigkeit und den richtungsfreien und voneinander getrennten Aufwärtsbewegungen der Kohlenstoffpartikel. Somit bildet sich ein schwebend turbulent-expansives Kohlenstoffbett (turbulent-expansive carbon bed) in der Kohlenstoffwanne (46), dessen voluminöse Ausdehnung sich über den rohrförmigen Kohlenstoffeintrag erstreckt, bei einer zeitgleichen Zuführung der Schwelgase aus dem Vorprozess direkt in das Kohlenstoffbett. Die einhergehenden Oxidations-Reduktions-Reaktionen führen zu einem thermochemischen Aufbrechen der molekularen Kohlenstoffverbindungen in gasförmige Bestandteile, zu einem dauerhaften Aufschwimmen und somit zu einer vollständigen Vergasung und zu einer schnellen qualitativen und quantitativen Umwandlung des fluiden Kohlenstoffs und der Schwelgase in ein brennbares Vergasungsgas, insbesondere bestehend aus CO, C02, CH4, H2, H20, N2. Durch das kontinuierliche Mischen und Rühren des schwebenden turbulent-expansiven Kohlenstoffbettes kommt es zu einem Vergasungsprozess ohne Bildung von prozessstörenden Strömungskanälen, Totzonen, Brücken bzw. Schlackeneinlagerungen mit zunehmenden Verklebungen des Kohlenstoffbetts und folglich nicht zum Erliegen des Gesamtprozesses.
Die Austragung der inerten und konglomerierten Reststoffe und Schlacken, die aufgrund der Schwerkraft im fluidisierten Kohlenstoffbett nach unten sinken, erfolgt über den Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) im Boden der Kohlenstoffwanne (46) und dem Reststoff austrag (51). Die Trogschneckenförderer (48) und der Reststoffaustrag (51) sind dabei getrennt vergasungsmittel- und drucktechnisch strömungsfrei zum umhüllenden
Vergasungsmittelschacht (50) ausgeführt.
Eine weitere thermochemische Beaufschlagung der Vergasungsgasanteile der im Flugstrom nach oben mitgerissenen Kohlenstoffpartikel aus dem fluidem Kohlenstoffbett erfolgt im Oxidations-Reduktions-Raum (44) unterhalb der Reflektorhaube (41) und oberhalb des schwebenden turbulent-expansiven Kohlenstoffbetts durch eine weitere Hochtemperatur- Vergasung mit Oxidations- Reduktions-Reaktionen und homogenen Sekundärreaktionen im turbulenten Flugstrom.
Das Gemisch aus Rest-Kohlenstoff, Rest-Schwelgas, Vergasungsgas und Rohgas gelangt über partielle Strömungskanäle (53) turbulent weiterströmend in den im Vergleich zum Oxidations-Reduktions- Raum (44) überdimensionierten zylinderförmigen Nachreduktionsraum (43). Es verbleibt dort mit ausreichender Verweilzeit, vorzugsweise mindestens für 3 Sekunden, für eine vollständige Umwandlung zu einem teerfreien brennbaren Vergasungsgas, das den Hauptvergaser (2) über den Vergasungsgas- Austrag (32) verlässt.
Das Vergasungsgas strömt weiter durch den Wärmetauscher- Zyklon (61), wobei das Vergasungsgas durch Abtrennung und Ausschleusung von möglicherweise mitgeführtem grobem Restkohlenstaub und anderen Partikeln gereinigt wird. Die zyklierten groben Reststoffe werden über den unterhalb angeordneten Zyklon-Reststoffaustrag (62) aus dem Gasstrom ausgetragen.
Eine erste Temperatursenkung des heißen Vergasungsgases erfolgt durch die in die zyklonumhüllende Doppelwandung zugeführte Frischluft, deren zugeführten Menge über eine Frischluftzuführung (69) und einen Frischluftventilator (70) gesteuert und die nach deren Aufwärmung über die Zyklon-Warmluftleitung (64) weiterführend der Vergasungsmittel- Mischstrecke (71) zugeführt wird. Die gewonnene Wärmemenge wird zur Aufrechterhaltung der autothermen Prozessführung genutzt.
Das temperaturgesenkte Vergasungsgas wird aus dem Wärmetauscher- Zyklon (61) nachfolgend dem Haupt- Wärmetauscher (66) zugeführt. Dabei wird die durch einen weiteren Frischluftventilator (70) und über eine weitere Frischluftzuführung (69) gesteuert zugeführte Frischluft erwärmt und anteilig über die Warmluftzuführung (73) der Vergasungsmittel-Mischstecke (71) zugeführt. Die überschüssige Warmluft aus dem Haupt- Wärmetauscher (66) und aus der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) wird zum einen direkt und zum anderen indirekt über die Abführungsleitung Restwärme (75) über die Warmluftabführung (68) zur externen Nutzung verfügbar gemacht.
Das Vergasungsgas wird aus dem Haupt- Wärmetauscher (66) über die Vergasungsgas-Leitung (67) und durch den Prozess-Ventilator (83) zur weiterführenden Gasnutzung über die Vergasungsgas-Abführung (90) gefördert, wobei der Prozess-Ventilator (83) einen Unterdruck erzeugt, der im gesamten Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser einschließlich der nachgeordneten Komponenten vom Guteintrag (19) bis zum Prozess- Ventilator (83) anliegt.
In der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) wird die vom Haupt- Wärmetauscher (66) über die Warmluftzuführung (73) abgeführte Warmluft mit dem erhitzten Sauerstoff zusammengeführt. Der Sauerstoff wird über die Sauerstoff-Zuführung (87) und die Regelstrecke- Sauerstoff (88) der Sauerstoff- Vorheizung (74) zugeleitet. Die Sauerstoffbereitstellung ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Anschließend wird der erwärmte Sauerstoff der Sauerstoff-Luft- Mischstrecke (89), die mit Warmluft von der Zyklon- Warmluftleitung (64) gespeist wird, und danach über die Vergasungsmittelleitung (72) dem Vergasungsmittelerhitzer (76) zugeführt. Das so entstandene und erhitzte Vergasungsmittel wird nachfolgend über prozessgesteuerte Ventilklappen bedarfsgerecht zum einen über die Vergasungsmittel- Zuführung- VV (80) zum Vorvergaser (1) und zum anderen über die Vergasungsmittel-Zuführung-HV (79) zum Hauptvergaser (2), zugeleitet.
Der vorgelagerte Heißgaserzeuger (77) wird nur während des An- und Abfahrens zum Auf- und Herunterheizen der Gesamtanlange aktiv genutzt. Damit wird sichergestellt, dass die Temperaturen im Vorvergaser (1) und Hauptvergaser (2) sowie den nachgeordneten Komponenten bis einschließlich dem Prozess-Ventilator (83) die für die thermochemischen Reaktionen notwendige Höhe haben. Damit wird erreicht, dass die thermochemischen Reaktionen beim Anfahren von Anfang an mit dem ersten Guteintrag und beim Herunterfahren bis zum Ende mit der Verwertung des letzten Guteintrages vollständig ablaufen und insbesondere eine Teerbildung vermieden wird.
Die Prozesstemperaturen im Vorvergaser (1) werden vorzugsweise im Bereich von 400°C bis 600°C eingestellt und aufrechterhalten.
Die Prozesstemperaturen im Hauptvergaser (2) im Bereich des Kohlenstoffbetts in der Kohlenstoffwanne (46) werden vorzugsweise von 800°C bis 1.200°C, im Bereich des Oxidations-Reduktions- Raums (44) vorzugsweise von 1.200°C bis 1.400°C und im Nachreduktionsraum (43) vorzugsweise um 1.000°C eingestellt und aufrechterhalten .
Die Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) mit der Sauerstoff- Vorheizung (74) wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 200°C bis 300°C betrieben. Der Vergasungsmittelerhitzer (76) wird vorzugsweise elektrisch und in einem Temperaturbereich von 400°C bis 500°C betrieben.
Der Heißgaserzeuger (77) wird vorzugsweise mit einem Brennstoff und in einem Temperaturbereich von 850°C bis 900°C betrieben.
Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser und die Gesamtanlage werden mit Hilfe komplexer prozessgesteuerter Mess-, Steuer- und Regeltechnik betrieben.
Der Vorteil des Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergasers besteht darin, dass er die kontinuierliche Herstellung eines teerfreien brennbaren Vergasungsgases in einen stufenweisen autothermen Prozess, ohne stoffliche, strömungstechnische und verfahrenstechnische Unterbrechung, mit örtlich bestimmten Konvertierungs- und Vergasungs stufen mit jeweils definierten Zeit-, Temperatur- und Verwirbelungs Verhältnissen (Time-Temperature-Turbulence) sowie zweckbestimmten endothermen und exothermen Oxidations- und Reduktions-Reaktionen in einer Gesamtanlage für die thermische Zersetzung eines organischen kohlenstoffhaltigen Gutes mit hohem Heizwert ohne externe Energiezufuhr nach dem Anfahren der Anlage durch eine rekuperative Wärmenutzung ermöglicht.
Alle in der Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel, den Figuren und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Vorvergaser (VV)
2 Hauptvergaser (HV)
3 Kohlenstoffförderung
4 Schwelgasleitung
5 Gestell-VV
6 Gestell-HV
7 zylindrischer Vergasermantel- VV
8 Abschlussdeckel mit zentrischer Lagerung
9 Innenraum- VV
10 - Rohrwendel
11 - Spiralförderband
12 - Haltesteg
13 - Hohlwelle
14 - konische Vollblattschnecke
15 - Vergasungsmittelverteiler-Schacht
16 - Vergasungsmittelschlitze
17 - Abweiser
18 - Antriebseinheit
19 - Guteintrag
20 - Gutaustrag
21 - Schwelgasabführung
22 - Überdrucksicherung
23 - Messstutzen
24 - Steuerventile
25 - Schnellschlussschieber
26 - Additiveintrag
27 - Mannloch- VV
28 - Schwelgasventilator
29 - Oberteil
30 - Deckel
31 - Unterteil
32 - Vergasungsgas-Austrag
33 - Flanschverbindung
34 - Auflager 35 - Mannloch-HV
36 - Kohlenstoffeintrag
37 - Rohr-Kompensator
38 - Hub-/Senkeinrichtung
39 - zylindrischer Vergasermantel-HV
40 - Feuerfestdämmung
41 - Reflektorhaube
42 - Segment- Auflager
43 - Nachreduktionsraum
44 - Oxidations-Reduktions-Raum
45 - Heißgaseintrittsöffnung
46 - Kohlenstoffwanne
47 - partieller Lochboden
48 - Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung
49 - Stirnwand
50 - Vergasungsmittelschacht
51 - Reststoffaustrag
52 - Reststoffschleuse
53 - partieller Strömungskanal
54 - Trägerwelle
55 - Schneckenförderer
56 - Mischwerkzeuge
57 - Elektroantrieb
58 - Sandwich-Formeinschub
59 - Schlackenabweiser
60 - Großraumkompensator
61 - Wärmestau scher-Zyklon
62 - Zyklon-Reststoff austrag
63 - Zyklon-Vergasungsgas-Austritt
64 - Zyklon-Warmluftleitung
65 - Kasten-Kompensator
66 - Haupt- Wärmetauscher
67 - Vergasungsgas-Leitung
68 - Warmluftabführung
69 - Frischluftzuführung
70 _ Frischluftventilator 71 - Vergasungsrnittel-Mischstrecke
72 - Vergasungsmittelleitung
73 - Warmluftzuführung
74 - Sauerstoff- Vorheizung
75 - Abführungsleitung Restwärme
76 - Vergasungsmittelerhitzer
77 - Heißgaserzeuger
78 - Heißgaszuführung
79 - Vergasungsmittel-Zuführung-HV
80 - Vergasungsmittel-Zuführung-VV
81 - Schwelgaszuführung
82 - Verbindungsstück
83 - Prozess-Ventilator
84 - erstes Drittel-VV
85 - zweites Drittel-VV
86 - drittes, letztes Drittel-VV
87 - Sauerstoff-Zuführung
88 - Regelstrecke-Sauerstoff
89 - Sauerstoff-Luft-Mischstrecke
90 - Vergasungsgas-Abführung
91 - Prozesssteuer- und -regeleinheit

Claims

Patentansprüche
1. Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser, umfassend einen Vorvergaser (1) und einen Hauptvergaser (2), wobei der Vorvergaser (1) und der Hauptvergaser (2) miteinander Stoff-, druck-, gas- und strömungsleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorvergaser (1) einen waagerecht ausgerichteten zylindrischen Vergasermantel- VV (7) mit Abschlussdeckeln (8) an seinen beiden Enden umfasst, wobei an dem zylindrischen Vergasermantel- VV (7) gehaltert und von dem zylindrischen Vergasermantel- VV (7) umgeben die Komponenten des Vorvergasers (1) angeordnet sind, welche umfassen
• eine über eine Antriebseinheit (18) rotierend bewegte, zentrisch und waagerecht im zylindrischen Vergasermantel- VV (7) ausgerichtete Hohlwelle (13), die in den Abschlussdeckeln mit zentrischer Lagerung (8) des zylindrischen Vergasermantels- VV (7) fixiert ist,
• mindestens eine im ersten Drittel- VV (84) des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) über Haltestege (12) auf der Hohlwelle (13) befestigte Rohrwendel (10), die im Innenraum- VV (9) des Vorvergasers (1) dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) geführt wird,
• mindestens ein sich an den oder die Rohrwendeln (10) anschließendes, im zweiten Drittel- VV (85) und einem Teil des dritten Drittels-VV (86) des zylindrischen Vergasermantels- VV (7) über Haltestege (12) auf der Hohlwelle (13) befestigtes Spiralförderband (11) mit steilem Anstellwinkel, das dicht an der Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) geführt wird,
• eine auf der Hohlwelle (13) befestigte, konische Vollblattschnecke (14), deren Durchmesser innerhalb der Rohrwendel (10) und Spiralförderbänder (11) liegt und im letzten Drittel- VV (86) des Vorvergasers (1) konisch zunimmt, so dass er außerhalb des Bereiches der Spiralförderbänder (11) dicht an die Innenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) geführt wird, • eine Öffnung mit einem Schnellschlussschieber (25) zum Guteintrag (19), die in der Oberseite und am Beginn des ersten Drittels (84) des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) angeordnet ist,
• eine Öffnung zum Gutaustrag (20), die in der Unterseite und am Ende des letzten Drittels-VV (86) des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) angeordnet ist und außerhalb des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) mit der Kohlenstoffförderung (3) verbunden ist,
• eine Öffnung zur Schwelgasabführung (21), die an der Oberseite und am Ende des letzten Drittels des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) angeordnet ist und außerhalb des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) mit der Schwelgasleitung (4) verbunden ist,
• mehrere in der Unterseite des zylindrischen Vergasermantels- VV (7) eingearbeitete Vergasungsmittelschlitze (16) mit Abweisern (17), die außerhalb des zylindrischen Vergasermantels- VV (7) von druck- und gasdicht angebrachten Vergasungsmittelverteiler-Schächten (15) mit jeweils separaten Steuerventilen (24) umschlossen sind,
• mindestens einen Messstutzen (23), mindestens eine Überdrucksicherung (22), mindestens einen Additiveintrag (26) und mindestens ein Mannloch- VV (27)
• sowie Antriebe für alle bewegten Teile und
• ein Gestell- VV (5) zum Tragen des Vorvergaser (1),
und wobei der Vorvergaser (1) und der Hauptvergaser (2) daten- sowie informationsleitend mit einer integrierten Prozess Steuer- und - regeleinheit (91) verbunden sind.
2. Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptvergaser (2) ein Oberteil (29) und ein Unterteil (31) umfasst, die durch eine lösbare, druck- und gasdichte Flanschverbindung (33) miteinander verbunden sind,
• wobei das Oberteil (29) einen vertikal ausgerichteten zylindrischen Vergasermantel-HV (39) mit einem oberen Deckel (30) und einer unteren Flanschverbindung (33) umfasst, an und in dem die Komponenten des Oberteils (29) des Hauptvergasers (2) angeordnet sind, welche umfassen
• eine Öffnung für den Vergasungsgas-Austrag (32) am oberen Ende des zylindrischen Vergasermantels-HV (39),
• eine Feuerfestdämmung (40) an den Innenwänden des zylindrischen Vergasermantels-HV (39),
• eine nach unten geöffnete Reflektorhaube (41), die sich im unteren Drittel des zylindrischen Vergasermantels-HV (39) befindet und auf am zylindrischen Vergasermantel-HV (39) befestigten Segmentauflagern (42) aufliegt,
• mehrere partielle Strömungskanäle (53), die zwischen der Feuerfestdämmung (40) an den Innenwänden des zylindrischen Vergasermantels-HV (39) und der Reflektorhaube (41) ausgebildet sind,
• einen Nachreduktionsraum (43), der zwischen der Reflektorhaube (41) und dem Deckels (30) ausgebildet ist,
• einen Oxidations-Reduktions-Raum (44), der unterhalb der Reflektorhaube (41) ausgebildet ist,
• mindestens eine Heißgaseintrittsöffnung (45) im Vergasermantel-HV (39), die in den Oxidations-Reduktions-Raum (44) führt,
• mindestens einen Messstutzen (23), mindestens eine Überdrucksicherung (22) und mindestens ein Mannloch- HV (35), sowie
• mehrere Auflager (34) an der Außenseite des zylindrischen Vergasermantels-VV (7), die mit dem Gestell-HV (6) des Hauptvergasers (2) verbunden sind, zum Tragen des Oberteils (29) und des daran angeflanschten Unterteils (31), und wobei das Unterteil (31) eine Kohlenstoffwanne (46) mit einer oberen Flanschverbindung (33) umfasst, an und in dem die Komponenten des Unterteils (31) des Hauptvergasers (2) angeordnet sind, welche umfassen
• die Kohlenstoffwanne (46) mit beidseitig abschließenden Stirnwänden (49) und Schlackenabweisern (59), einen in der Kohlenstoffwanne (46) zentral in einem partiellen halbrunden Lochboden (47) angeordneten Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48),
einen mit dem Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) direkt verbundenen Reststoffaustrag (51) mit Reststoffschleuse (52),
einen unterhalb der Kohlenstoffwanne (46) und des Trogschneckenförderers mit gelochter Wandung (48) angebrachten und diese umschließenden
Vergasungsmittelschacht (50) mit einer Vergasungsmittel- Zuführung-HV (79),
ein an einer Stirnwand (49) mittig angebrachter rohrförmiger Kohlenstoffeintrag (36),
eine im Kohlenstoff eintrag (36) und in der gegenüber liegenden Stirnwand (49) gelagerte Trägerwelle (54), die mit einem raumumfassenden Schneckenförderer (55) verbunden und in der Kohlenstoffwanne (46) als Mischwerkzeug (56) ausgeführt ist,
eine stirnseitige Schwelgaszuführung (81) in die Kohlenstoffwanne (46) und
Antriebe (57) für alle bewegten Teile.
3. Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoff-, strömungs-, druck- und gasleitenden Verbindungen vom Vorvergaser (1) zum Hauptvergaser (2)
• eine druck- und gasdichte Kohlenstoffförderung (3) mit einem Rohr-Kompensator (37) sowie
• eine druck- und gasdichte Schwelgasleitung (4) mit einem Schwelgasventilator (28)
umfassen.
4. Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Unterteils (31) des Hauptvergasers (2) oberhalb der Trägerwelle (54) zum Hochtemperatur- und Korrosionsschutz mit einem Sandwich- Formeinschub (58) versehen ist, der als feuerfeste Verbundkonstruktion, ein- oder mehrschichtig, lose oder fest, ausgeführt ist.
5. Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser gemäß einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Nachreduktionsraum (43) und der Oxidations-Reduktions-Raum (44) in einem Raumverhältnis von 4 : 1 zueinander befinden.
6. Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergaser gemäß einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Unterteil (31) des Hauptvergasers (2) mit einer Hub- und Senkeinrichtung (38) ausgestattet.
7. Verfahren zum Betrieb eines Duplex-TEK-Mehrstufen- Vergasers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergaser mit einem nachgeordneten Wärmetauscher-Zyklon (61), einem nachfolgenden Haupt- Wärmetauscher (66), einer Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) mit Sauerstoff- Vorheizung (74), einem Vergasungsmittelerhitzer (76), einem Heißgaserzeuger (77) und einem Prozess-Ventilator (83) Stoff-, strömungs-, druck- und gasleitend verbunden ist sowie mit einer Prozess Steuer- und -regeleinheit (91) Steuer- und regelungstechnisch in Verbindung steht und diese Komponenten zusammen eine Anlage zur Vergasungsgas-Gewinnung bilden, wobei
• die Anlage zur Prozessgas-Gewinnung nach dem Anfahren autotherm ohne externe Zufuhr von Wärmenergie betrieben wird,
• die Anlage mit einem vom Prozess-Ventilator (83) erzeugten Unterdruck betrieben wird, der einen kontinuierlichen Gasstrom vom Guteintrag (19) bis zum Prozess-Ventilator (83) bewirkt und diesen danach überdrucktechnisch über die Vergasungsgas-Abführung (90) zur energetischen Nutzung weiter fördert,
• im Vorvergaser (1) mit den Vorrichtungen unterschiedliche Relativbewegungen des Gutes bewirkt werden und sich örtlich prozessbedingte und zweckbestimmende parallele und stabile partielle endotherme und exotherme Reaktionszonen mit einhergehender quantitativer und qualitativer Kohlenstoff- Koksbildung in Förderrichtung des Guts Stroms und einhergehender Schwelgasbildung einstellen,
• der Kohlenstoff-Koks und die Schwelgase zeitgleich ohne Unterbrechung und räumliche Trennung, Stoff- und strömungsleitend sowie druck- und gasdicht aus dem Vorvergaser (1) in den Hauptvergaser (2) gefördert werden, und
• im Hauptvergaser (2) eine Kombination aus Gleichstrom- und Flugstromvergasung mit aufsteigender Stromrichtung eingesetzt wird, wobei
• ein aufgasendes, zwangsgemischtes und -gerührtes schwebendes turbulent-expansives Kohlenstoffbett in der Kohlenstoffwanne (46) erzeugt wird,
• eine damit einhergehende Volumenerweiterung durch ein intensives Umhüllen der Kohlenstoffpartikel mit dem Vergasungsmittel erfolgt,
• thermochemische Kettenreaktionen im komplexen Zusammenwirken mit dem sich einstellenden Auftriebs Verhaltens des Kohlenstoff-Gemisches durch eine prozessgesteuerte Vergasungsmittelzuführung und -geschwindigkeit bewirkt werden,
• ein gezieltes Aufgasen, Mischen und Rühren des Kohlenstoffbetts erfolgt,
• Oxidations-Reduktions-Reaktionen oberhalb des schwebenden turbulent-expansiven Kohlenstoffbetts ablaufen, und
• eine gezielte Nachreduktionen in dem großen Nachreduktionsraum sowie eine räumliche Trennung der einzelnen Reaktionszonen erfolgt,
so dass eine prozessgesteuerte thermische Zersetzung von kohlenstoffhaltigem Gut zu einem brennbaren, teerfreien und motortauglichen Vergasungsgas erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
• das zu verwertende kohlenstoffhaltige Gut nach dem Eintritt über den Guteintrag (19) des Vorvergasers (1) in den Innenraum (9) mittels der Rohrwendel (10) aufgelockert und durch das Spiralförderband (11) und der im Zentrum platzierten konischen Vollblattschnecke (14) weitertransportiert wird,
• das Gut mit heißem Vergasungsmittel versorgt und umströmt wird, wobei das Vergasungsmittel über die Vergasungsmittelverteiler-Schächte (15) zugeführt, durch die Ventile (24) in Zeit und Menge gesteuert und durch die im unteren Teil des zylindrischen Vergasermantels-VV (7) angeordneten Vergasungsmittelschlitze (16) eingebracht wird, wobei die Vergasungsmittelschlitze (16) durch die installierten Abweiser (17) vor Verstopfungen geschützt werden,
• das heiße Vergasungsmittel ein anteilig rezykliertes Sauerstoff- Luft-Gemisch ist, dessen Menge und Mischungsverhältnis prozessabhängig in der Vergasungsmittel-Mischstrecke (89) gesteuert wird,
• sich örtlich prozessbedingte stabile partielle endotherme und exotherme Reaktionszonen mit einhergehender quantitativer und qualitativer Koksbildung in Förderrichtung des Guts Stroms einstellen,
• der kontinuierlich entstehende Kohlenstoff-Koks durch die gasdichte Kohlenstoff förderung (3) zum Hauptvergaser (2) gefördert wird,
• das sich bildende Schwelgas über die oberhalb des Gutaustrags (20) angeordnet Schwelgasabführung (21) sowie über die weiterführende Schwelgasleitung (4) zum Schwelgasventilator (28) und von dort zum Hauptvergaser (2) gefördert wird,
und
• die Förderung von Kohlenstoff-Koks und Schwelgas direkt und zeitgleich, gasdicht sowie Stoff- und strömungsleitend ohne räumliche Unterbrechung, somit zusammenführend in das Unterteil (31) des Hauptvergasers (2) erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
• der vom Vorvergaser (1) über die Kohlenstoffförderung (3) zugeführte Kohlenstoff über den Kohlenstoffeintrag (36) durch den Schneckenförderer (55) in die Kohlenstoffwanne (46) befördert wird und dort ein Kohlenstoffbett bildet,
• das Kohlenstoffbett in der Kohlenstoffwanne (46) durch die Mischwerkzeugen (56) zwangsgemischt und gerührt wird,
• anteilig das gleiche heiße Vergasungsmittel wie am Vorvergaser (1) über die Vergasungsmittelzuführung (79) den Vergasungsmittelschacht (50) zugeführt wird,
• das Kohlenstoffbett über den geteilten partiellen Lochboden (47) mit dem dazwischen angeordneten Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) mit druckmäßig vorgespanntem, mengenmäßig geregeltem heißen Vergasungsmittel beaufschlagt wird,
• der Druck und die Menge des zugeführten heißen Vergasungsmittels so gesteuert wird, dass das zwangsgemischte und gerührte Kohlenstoffbett aufgegast und voluminös ausdehnt wird, so dass die einzelnen Kohlenstoffpartikel vom Vergasungsgas intensiv umhüllt werden, wobei das Kohlenstoffbett einen quasi fluiden Zustand annimmt, sich schwebend turbulent-expansiv verhält und durch das komplexe Zusammenwirken des sich einstellenden Auftriebsverhalten des Kohlenstoff-Gasgemisches der Kohlenstoff in einem qualitativen und quantitativen thermochemischen Prozess zu Vergasungsgas aufschließt,
• die über dem fluiden Kohlenstoffbett ausgetragenen und schwebenden Kohlenstoffpartikel im Oxidations-Reduktions- Raum (44) unterhalb Reflektorhaube (41) durch eine Hochtemperatur- Vergasung mit homogenen Sekundärreaktionen in Hot Spots weiter zu Vergasungsgas aufschließen,
• das entstandene Gasgemisch mit Restkohlenstaub durch die partiellen Strömungskanäle (53) turbulent in den Nachreduktionsraumes (43) gelangt und dort bei einer gesteuerten Verweildauer vollständig zu einem teerfreien Vergasungsgas aufschließt, • das Vergasungsgas am Vergasungsgas-Austrag (32) den Hauptvergaser (2) verlässt
und
• die abgesunkenen inerten und konglomerierten Reststoffe und Schlacken aus dem fluidisierten Kohlenstoffbett durch den
Trogschneckenförderer mit gelochter Wandung (48) zum Reststoffaustrag (51) mit Reststoffschleuse (52) befördert werden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
• das Vergasungsgas aus dem Vergasungsgas-Austrag (32) durch einen Wärmetauscher-Zyklon (61) geführt wird, wobei das Vergasungsgas durch Abtrennung und Ausschleusung von möglicherweise mitgeführtem grobem Restkohlenstaub und anderen Partikeln gereinigt wird,
• das heiße Vergasungsgas im Wärmetauscher-Zyklon (61) die durch einen Frischluftvertilator (70) und über eine Frischluftzuführung (69) gesteuert zugeführte Frischluft erwärmt und diese über die Zyklon- Warmluftleitung (64) der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) zugeführt wird, wobei gleichzeitig das Vergasungsgas anteilig herunterkühlt wird,
• das Vergasungsgas aus dem Wärmetauscher-Zyklon (61) durch den Haupt- Wärmetauscher (66) geführt wird, wobei die durch einen Frischluftvertilator (70) und über eine Frischluftzuführung (69) gesteuert zugeführte Frischluft erwärmt, über die Warmluftzuführung (73) der Vergasungsmittel- Mischstrecke (71) und dort der Sauerstoff- Vorheizung (74) zugeführt wird und abgekühlt aus der Vergasungsmittel- Mischstrecke (71) heraus über eine Abführungsleitung Restwärme (75) zur externen Nutzung über die Warmluftabführung (68) verfügbar gemacht wird,
• das heruntergekühlte Vergasungsgas aus dem Haupt- Wärmetauscher (66) über die Vergasungsgas-Leitung (67), den Prozess-Ventilator (83) und die Vergasungsgas-Abführung (90) einer energetischen Nutzung zugeführt wird, wobei der Prozessgas-Ventilator (83) einen Unterdruck erzeugt, der in der gesamten thermischen Gastrecke des Duplex-TEK-Mehrstufen- vergasers und den Nachfolgeaggregaten, vom Guteintrag (19) bis zum Prozessgas-Ventilator (83) anliegt,
• Wärmemengenüberschüsse des Wärmetauscher-Zyklons (61) und des Haupt- Wärmetauschers (66) zur externen Nutzung über die Warmluftabführung (68) verfügbar gemacht werden,
• in der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) die vom Wärmetauscher-Zyklon (61) zugeführte erwärmte Frischluft anteilig mit erwärmtem Sauerstoff in der Sauers toff-Luft- Mischstrecke (89) vermischt wird, wobei der Sauerstoff von außen über die Sauerstoffzuführung (87), die Regelstrecke- Sauerstoff (88) und die Sauerstoff- Vorheizung (74) zugeführt wird,
• das Vergasungsmittel von der Vergasungsmittel-Mischstrecke (71) durch die Vergasungsmittelleitung (72) zum Vergasungsmittelerhitzer (76) geleitet, nachfolgend prozessgesteuert aufgeteilt und durch die Vergasungsmittel- Zuführung- VV (80) zum Vorvergaser (1) und durch die Vergasungsmittel-Zuführung-HV (79) zum Hauptvergaser (2) geführt wird,
• der Heißgaserzeuger (77) mit der Heißgaszuführung (78) nur während des An-und Abfahrens zum Auf- und Herunterheizen der Gesamtanlange aktiv genutzt wird
und
• die Aufrechterhaltung der prozesstechnischen Gasführung mittels Prozessgas-Ventilator (83) und die autotherme Prozessführung über eine anlagentechnische Prozesssteuerung und -regelung erfolgt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
• die Prozesstemperaturen im Vorvergaser (1) im Bereich von 400°C bis 600°C eingestellt und aufrechterhalten werden,
• die Prozesstemperaturen im Hauptvergaser (2) im Bereich des Kohlenstoffbetts in der Kohlenstoffwanne (46) 800°C bis 1.200°C, im Bereich des Oxidations-Reduktions-Raums (44)
1.200°C bis 1.400°C und im Nachreduktionsraum (43) um 1.000°C eingestellt und aufrechterhalten werden,
• die Vergasungsmittel -Mischstrecke (71) mit dem Sauerstoff- Vorheizung (74) in einem Temperaturbereich von 200°C bis 300°C betrieben wird,
• der Vergasungsmittelerhitzer (76) elektrisch und in einem Temperaturbereich von 400°C bis 500°C betrieben wird,
• der Heißgaserzeuger (77) mit einem Brennstoff und in einem Temperaturbereich von 850°C bis 900°C betrieben wird
und
• die Verweildauer des Gasgemisches mit Restkohlenstaub im Nachreduktionsraum (43) drei oder mehr Sekunden beträgt.
12. Verwendung eines Duplex-TEK-Mehrstufen-Vergasers gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6 in einer Anordnung zur prozessgesteuerten thermischen Zersetzung von kohlenstoffhaltigem Gut zur Vergasungsgas-Gewinnung, bei welcher der Duplex-TEK- Mehrstufen- Vergasers mit einem nachgeordneten Wärmetauscher- Zyklon (61), einem nachfolgenden Haupt- Wärmetauscher (66), einer Vergasungsmittel-Mischtrecke (71) mit Sauerstoff-Vorheizung (74), einem Vergasungsmittelerhitzer (76), einem Heißgaserzeuger (77) und einem Prozessgas-Ventilator (83) Stoff-, druck-, strömungs- und gastechnisch verbunden ist sowie mit einer Prozesssteuer- und - regeleinheit (91) Steuer- und regeltechnisch in Verbindung steht.
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