EP3548587B1 - Verfahren und anlage zur kohlenstoff-reduzierung im bodenprodukt eines wirbelschichtvergasers - Google Patents

Verfahren und anlage zur kohlenstoff-reduzierung im bodenprodukt eines wirbelschichtvergasers Download PDF

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EP3548587B1
EP3548587B1 EP17811206.6A EP17811206A EP3548587B1 EP 3548587 B1 EP3548587 B1 EP 3548587B1 EP 17811206 A EP17811206 A EP 17811206A EP 3548587 B1 EP3548587 B1 EP 3548587B1
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EP
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combustion chamber
fluidized
gasification reactor
bed combustion
additional
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Domenico Pavone
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Gidara Energy BV
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Definitions

  • the present disclosure relates to a plant for converting carbonaceous fuels into synthesis gas comprising a gasification reactor with at least one fluidized bed zone in which the fuels are gasified by suitable gasification means, a carbonaceous ash stream being produced as the bottom product in a bottom area below the fluidized bed zone and with below the gasification reactor a device is arranged in which the bottom product is oxidized by supplying an oxidizing agent.
  • Winkler process is considered a tried and tested technology with which both lumpy and liquid or pasty fuels are converted into synthesis gas.
  • Difficult fuels with a very high ash content and biologically based fuels are also used as fuel. These are introduced into a fluidized bed, which is operated as a bubble-forming fluidized bed, and gasified with oxygen.
  • the HTW process works at comparatively moderate temperatures, at which the resulting ash does not leave the gasification reactor in a molten state. This has operational advantages, particularly with corrosive ash.
  • the gasification usually takes place via separate nozzles with the gasification agents, for example water vapor, carbon dioxide, oxygen or air.
  • the gasification agents for example water vapor, carbon dioxide, oxygen or air.
  • These nozzles are arranged, for example, in different levels, for example both in the fluidized bed zone and in the so-called freeboard zone (FB).
  • FB freeboard zone
  • FB freeboard zone
  • a high material and energy transfer rate is achieved and by returning the unconverted solids via the cyclone and return line to the fluidized bed, a uniform temperature distribution across the fluidized bed can be ensured.
  • the temperature of the fluidized bed should be kept below the temperature of the ash softening point.
  • gasification agents usually oxygen
  • oxygen are introduced into the FB zone, which is located above the fluidized bed.
  • various effects are achieved, namely, on the one hand, the conversion of part of the finely divided fuel that is discharged from the fluidized bed and, on the other hand, the temperature of the gases should be increased so that further oxidation and / or the volatile substances (tars and hydrocarbons) expelled from the feedstock can crack.
  • the finely distributed fuel particles react with steam and CO 2 in accordance with the Boudouard reaction.
  • the proportion of total oxygen above the fluidized bed is, for example, between about 60% and about 10% in an HTW process.
  • the temperatures should preferably not exceed certain limit values, and the operating temperature should preferably be at least about 100 ° C. below the ash softening point. This can be done by mixing steam with oxygen and introducing it into the reactor.
  • the addition of oxygen to the post-gasification zone also leads in side reactions to a partial combustion of the synthesis gas reservoir (CO + H 2 ) and consequently to a reduction in the synthesis gas yield. Therefore, one has to increase the gas and particle temperature in order to accelerate the gasification reaction.
  • WO 2015/003778 A1 describes a method and a device for the aftertreatment of the carbon-containing soil product resulting from the gasification of carbon-containing fossil fuels in a high-temperature Winkler process (HTW process) in the direction of gravity below the fluidized bed. It is proposed to use the energy of the soil product and to achieve the landfill suitability not to feed the soil product to an external furnace, but to apply an oxidizing agent to open-pore ceramic elements such as gas purging stones, foam ceramics or the like in a soil product oxidizer below the fluidized bed. In this way, a more extensive oxidation is to be achieved and the carbon conversion in the HTW gasifier is to be increased.
  • HTW process high-temperature Winkler process
  • U.S. 4,721,514 A describes a method for gasifying coal using coal powder.
  • the object of the present invention is to provide an improved device and a method for the economical gasification of different starting materials in a pressurized fluidized bed gasification, which is suitable for comparatively high operating pressures of preferably above 10 bar and is economical with a high level of safety and availability.
  • an additional fluidized bed combustion chamber is arranged as a device for oxidizing the bottom product below the fluidized bed zone of the gasification reactor.
  • an effective combustion of the bottom product from the gasification reactor can be achieved by supplying a suitable oxidizing agent.
  • the reactor forming the additional fluidized bed combustion chamber is preferably somewhat smaller than the gasification reactor.
  • This additional fluidized bed combustion chamber is positioned below the gasification reactor and is connected to the fluidized bed zone of the gasification reactor, for example via a cross-sectional constriction.
  • the oxidizing agent which is fed into the additional fluidized bed combustion chamber via the at least one feed device, preferably sprayed or injected, preferably comprises oxygen and / or air and can additionally contain, for example, steam and / or CO 2 . If several feed devices are used, oxidizing fluid streams with different compositions can be fed from one or several of the aforementioned gases / fluids are fed to the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the oxygen content of the oxidizing agent when this is fed in as a mixture with steam, is preferably less than about 21% by volume.
  • the oxygen content and the amount of oxygen should be selected depending on the amount of carbon in the bottom product to be burned in the additional fluidized bed combustion chamber and the combustion temperature below the ash softening.
  • a preferred development of the invention provides that the system has at least one temperature measuring device for measuring the temperature in the additional fluidized bed combustion chamber.
  • This temperature measuring device can be used to measure the temperature in the additional fluidized bed combustion chamber and, depending on the temperature measured, the carbon content of the fuel can be deduced and the oxygen content of the oxidizing agent supplied can be adjusted accordingly, preferably so that hyperstoichiometric ratios result.
  • a regulating device is preferably also provided to regulate the amount and / or the oxygen content of an oxygen and / or air and / or steam and / or CO 2 -containing fluid flow injected into the additional fluidized bed combustion chamber via the at least one feed device .
  • the control device is preferably in operative connection with the temperature measuring device in order to measure the amount and / or the oxygen content of the oxygen and / or air and / or steam and / or CO 2 injected into the additional fluidized bed combustion chamber via the at least one feed device To regulate fluid flow as a function of the measured temperature in the additional combustion chamber.
  • the feed device is designed such that the bottom product to be burned in the additional combustion chamber is fluidized by the oxygen and / or air and / or steam and / or CO 2 -containing fluid flow injected into the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the feed device preferably comprises at least one nozzle, preferably a multi-component nozzle, for injecting a fluid mixture of at least two different oxidizing fluids into the additional combustion chamber.
  • a multi-fluid nozzle can be used here, as shown in the WO 2014/026748 A1 is described. Reference is expressly made here to the content of this publication.
  • At least one valve for shutting off and / or regulating the oxidizing fluid flow fed in is preferably assigned to the feed device, so that the feed of the oxidizing agent can be regulated and / or shut off if necessary.
  • the system according to the invention comprises at least two supply devices for supplying differently composed oxidizing fluid flows, each supply device being assigned at least one valve for shutting off and / or regulating the respectively supplied oxidizing fluid flow.
  • each supply device being assigned at least one valve for shutting off and / or regulating the respectively supplied oxidizing fluid flow.
  • the system according to the invention preferably comprises at least one pressure difference measuring device and display device in order to display a pressure difference between the pressure in the fluidized bed of the gasification reactor and the pressure in the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the measured pressure difference can be used, for example, to optimize the conditions for the fluidization of the fluidized bed in the gasification reactor due to the flue gases emerging from the additional fluidized bed combustion chamber on the one hand and the oxidizing agent supplied on the other.
  • a preferred further development of the system according to the invention provides that it has at least one connecting line for the return of raw gas from the gasification reactor, the one from the gasification reactor and into the additional one Introduces fluidized bed combustion chamber.
  • at least a partial flow of the raw gases generated in the gasification reactor can be returned to the additional fluidized bed combustion chamber and used there, for example, for fluidization (generation of the fluidized bed) and / or possibly also for oxidation and promotion of combustion, provided the raw gas is still Contains oxidizing gas components.
  • a preferred further development of the system according to the invention comprises at least one compressor for compressing the raw gas that is returned from the gasification reactor into the additional fluidized bed combustion chamber, so that the raw gas can be compressed for the return.
  • the subject of the present disclosure is also a method for converting carbonaceous fuels into synthesis gas in which the fuels are gasified by suitable gasifying agents in a gasification reactor with at least one fluidized bed zone, with a floor area located below the fluidized bed zone a carbonaceous ash stream is obtained as the bottom product and a device is arranged below the gasification reactor in which an oxidation of the bottom product takes place by supplying an oxidizing agent, the oxidation of the bottom product taking place in an additional fluidized bed combustion chamber arranged below the fluidized bed zone of the gasification reactor.
  • the flue gas resulting from the oxidation of the bottom product in the additional fluidized bed combustion chamber is fed from the underside into the gasification reactor and serves to generate fluidization of the particles to be gasified or at least to support this fluidization.
  • part of the raw gas generated during gasification in the gasification reactor is returned from the gasification reactor via at least one connecting line to the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the recirculated part of the raw gas generated during the gasification in the gasification reactor is preferably compressed by means of at least one compressor before it is introduced into the additional fluidized bed combustion chamber.
  • a preferred development of the method provides that the exit velocity of the bottom product from the gasification reactor into the additional fluidized bed combustion chamber located below is preferably adjusted with the aid of the flow of the recirculated gas in such a way that only particles of coarser particle size due to gravity from the gasification reactor into the one below get additional fluidized bed combustion chamber. The finer class of particles therefore remains in the gasification reactor, which also reduces the carbon content.
  • the method according to the invention provides that the fuel is preferably gasified in the gasification reactor at an operating pressure of at least approximately 10 bar.
  • an oxidizing fluid flow containing oxygen and / or air and / or steam is injected into the additional fluidized bed combustion chamber via at least one first supply device, and a fluid flow containing CO 2 and / or contains recycled gas from the gasification reactor.
  • the oxygen content of the oxidizing agent fed to the fluidized bed combustion chamber can be set in accordance with the carbon content of the fuel, with conditions preferably being set above stoichiometric.
  • the gasification reactor used for gasification in the fluidized bed zone according to the present invention is particularly preferably a high-temperature Winkler gasifier and the gasification process is carried out under appropriate conditions with regard to pressure, temperature and other parameters, reference being made here to the publication mentioned above and the relevant literature becomes.
  • FIG Figure 1 shows a schematically simplified illustration of an exemplary system according to the invention, the a conveyor system 20 by means of which the starting material, for example coal, biomass, waste or the like, is fed to the gasification reactor 10.
  • This conveying and supply system 20 comprises, for example, a number of conically ending containers 21 and optionally locks and is suitable for bringing the starting material to a pressure level that also prevails in the gasification reactor 10.
  • the material can then be brought into the gasification reactor via a screw conveyor 22.
  • the gasification reactor 10 comprises a fluidized bed zone 11 and above a so-called "free board zone", ie a mixing area 16 (also called freeboard zone), in these two zones 11, 16 the gasification of the starting material at elevated temperatures of, for example, about 800 ° C to about 1200 ° C takes place with the supply of a mixture of oxygen and steam or air. Furthermore, a cyclone separator 18 connected to the gasification reactor 10 is provided, in which the entrained partially gasified particles (ash particles) are separated from the synthesis gas generated in the gasification reactor so that the dust-free synthesis gas can be discharged via an outlet line 19. A return line 23 is provided, which starts from the lower region of the cyclone separator 18 and serves to return ash particles entrained with the synthesis gas, which were separated in the cyclone separator 18, into the fluidized bed zone 11.
  • a cyclone separator 18 connected to the gasification reactor 10 is provided, in which the entrained partially gasified particles (ash particles) are separated from the synthesis gas generated in the gas
  • solid by-products (ash particles) from the bottom product of the gasification reactor 10 reach an additional fluidized bed combustion chamber 12, which is arranged below the fluidized bed zone 11 of the gasification reactor 10 and is connected to it via a cross-sectional constriction, so that particles of the bottom product, in particular due to gravity can fall from the gasification reactor 10 downwards into the additional fluidized bed combustion chamber 12, while lighter, smaller particles remain in the gasification reactor 10 due to the fluidization.
  • the additional fluidized bed combustion chamber 12 is much smaller than the gasification reactor 10 and is only a fraction of the size of the gasification reactor.
  • the addition of the oxidizing agent which consists in particular of oxygen / steam, air or CO 2
  • the oxidizing agent can take place in different areas of the system at different height positions.
  • a first upper nozzle 24 for adding the oxidizing agent to the gasification reactor is provided in the lower region of the "free board zone".
  • a mixture of oxygen and steam for example, is added below it into the fluidized bed zone 11 of the gasification reactor via a second central nozzle 25 and a third central nozzle 26.
  • this or another oxidizing agent of one of the compositions described above is added via a fourth lower nozzle 27 is provided, which takes place directly into the additional fluidized bed combustion chamber 12.
  • These various nozzles for the supply of the oxidizing agent can in the simplest case be connected to one another via lines when using oxidizing agents of the same composition and fed via common supply lines, but a supply from different sources via separate line systems is equally possible.
  • a first upper feed device 24 can be seen in the form of a nozzle or the like for, for example, a mixture of oxygen and steam, which is injected into the fluidized bed zone 11 of the gasification reactor.
  • a further central feed device 26 is arranged, via which, in this case, a mixture of recycled raw gas and CO 2 from the Gasification reactor is fed, which is used here to support the fluidization of the material to be gasified in the fluidized bed zone 11.
  • a further lower nozzle 27 is provided, which is arranged on the outside of the additional fluidized bed combustion chamber 12 and via which oxidizing agent such as a mixture of oxygen and steam can be fed into the additional fluidized bed combustion chamber 12.
  • Another lower nozzle 28 is arranged in the lower region of the additional fluidized bed combustion chamber 12, via which, for example, a mixture of recycled raw gas from the gasification reactor and CO 2 can be injected into the additional fluidized bed combustion chamber.
  • a mixture of recycled raw gas from the gasification reactor and CO 2 can be injected into the additional fluidized bed combustion chamber.
  • the combustion residues / ash particles can be fluidized in the additional fluidized bed combustion chamber 12 and thus a fluidized bed can be formed.
  • a line 29, in which a valve 30 is arranged, leads to this nozzle 28, so that the supply to the nozzle 28 can be regulated and, for example, shut off or throttled.
  • This line 29 is connected to a line from which a branch line 31 branches off, which leads to the nozzle 26, so that a gas mixture from the gasification reactor can be used for fluidization in both parts of the plant, which is fed from the latter via a common line, which then branches off and leads to the nozzles 26 and 28, respectively.
  • a valve 32 is also arranged in the branch line 31, so that this branch line 27 can be shut off separately if, for example, only a supply to the nozzle 28 is desired. It is also possible via a further valve 35 to shut off the line before the branch line 31 branches off or to regulate the supply of raw gas and CO 2 for both lines 29, 31 already there.
  • a temperature measuring device 33 is provided, by means of which the temperature in the additional fluidized bed combustion chamber 12 can be measured.
  • the measured temperature can be used to draw conclusions about the carbon content of the fuel in the combustion chamber 12, from which it is then in turn calculated how much oxidizing agent must be supplied to the combustion chamber 12 via the nozzle 27 in order to achieve an optimal oxygen / carbon ratio (preferably if this is set above stoichiometric)
  • a pressure difference measuring device 34 which measures the respective pressure on the one hand in the fluidized bed zone 11 and on the other hand in the additional fluidized bed combustion chamber 12, the pressure difference between the two values being determined and displayed. From this pressure difference, conclusions can be drawn about the flow conditions in the cross-sectional constriction 13 between the two parts of the system. Depending on this, the supply of the fluid via the line 27 and the nozzle 26 into the area of the cross-sectional constriction 13 can then be regulated, which is done, for example, via the valve 32. In this way, one can influence the degree of fluidization of the fluidized bed zone 11 by the recycled raw gas.

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Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone, in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt. Der Gegenstand der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
  • Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in der Wirbelschicht sind seit langem bekannt. Insbesondere ist hier das Hochtemperatur-Winkler-Verfahren (HTW-Verfahren) zu nennen, welches als erprobte Technologie gilt, mit der sowohl stückige als auch flüssige oder pastöse Brennstoffe in Synthesegas umgewandelt werden. Als Brennstoff kommen auch schwierige Brennstoffe mit sehr hohem Ascheanteil sowie biologisch basierte Brennstoffe zur Anwendung. Diese werden in eine Wirbelschicht, die als blasenbildende Wirbelschicht betrieben wird, eingeführt und mit Sauerstoff vergast. Das HTW-Verfahren arbeitet gegenüber anderen Vergasungsverfahren bei vergleichsweise moderaten Temperaturen, bei denen die entstehende Asche nicht schmelzflüssig den Vergasungsreaktor verlässt. Dies hat insbesondere bei korrosiven Aschen betriebliche Vorteile.
  • Bei den bekannten HTW-Verfahren erfolgt die Vergasung in der Regel über getrennte Düsen mit den Vergasungsmitteln, beispielsweise Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff oder Luft. Diese Düsen sind beispielsweise in verschiedenen Ebenen angeordnet, zum Beispiel sowohl in der Wirbelbettzone als auch in der so genannten Freibordzone (FB). In dieser Freibordzone (FB) wird eine hohe Material- und Energieübertragungsrate erreicht und über die Rückführung der nicht umgesetzten Feststoffanteile über den Zyklon und Rückführleitung in die Wirbelschicht kann eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Wirbelschicht gesichert werden. Um die Bildung von Partikelagglomerationen zu vermeiden, sollte die Temperatur des Wirbelbettes unter der Temperatur des Ascheerweichungspunktes gefahren werden.
  • Zusätzlich werden beim herkömmlichen HTW-Verfahren Vergasungsmittel, in der Regel Sauerstoff, in die FB-Zone, die sich über dem Wirbelbett befindet, eingetragen. Durch die Injektion dieses "sekundären" Sauerstoffs werden verschiedene Effekte erreicht, nämlich zum einen die Umsetzung eines Teils des fein verteilten Brennstoffes, welcher aus dem Wirbelbett ausgetragen wird und zum anderen soll die Temperatur der Gase erhöht werden, so dass eine weitere Oxidation und/oder ein Cracken der aus dem Einsatzstoff ausgetriebenen flüchtigen Substanzen (Teere und Kohlenwasserstoffe) erfolgen kann. Gleichzeitig erfolgt eine Reaktion der feinen verteilten Brennstoffpartikel mit Dampf und CO2 entsprechend der Boudouard-Reaktion.
  • Der Anteil des Gesamtsauerstoffs oberhalb der Wirbelschicht liegt bei einem HTW-Verfahren beispielsweise zwischen etwa 60 % und etwa 10 %. Um die Verschlackung in der Nachvergasungszone zu vermeiden, sollten die Temperaturen vorzugsweise bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, dabei sollte die Betriebstemperatur vorzugsweise mindestens etwa 100° C unter dem Ascheerweichungspunkt liegen. Hierzu kann man Dampf mit Sauerstoff mischen und in den Reaktor einbringen. Die Zugabe von Sauerstoff in die Nachvergasungszone führt jedoch in Nebenreaktionen auch dazu, dass es zu einer teilweisen Verbrennung des Synthesegasreservoirs (CO + H2) kommt und folglich zu einer Reduzierung der Synthesegas-Ausbeute. Daher muss man die Gas- und Partikeltemperatur erhöhen, um die Vergasungsreaktion zu beschleunigen.
  • Bei der Vergasung von aschehaltigen fossilen Brennstoffen im Hochtemperatur-Winkler-Vergaser (HTW-Vergaser) unter stationären Wirbelschichtbedingungen wird am Boden des Vergasers ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom (so genanntes Bodenprodukt BP) abgezogen. Zur Ausnutzung der Energie und zur Erreichung der Deponiefähigkeit wird das Bodenprodukt bisher einer externen Feuerung zugeführt. Aus wirtschaftlichen Erwägungen sollte auf diese aufwändige Nachbehandlung verzichtet werden.
  • Der Bedarf an geeigneten Verfahren zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wie beispielsweise Stroh, Restholz, Kohle oder dergleichen nimmt grundsätzlich zu. Daraus ergibt sich eine zunehmende Notwendigkeit zur Entwicklung von kostengünstigen Vergasungsverfahren, bei denen keine zusätzlichen Anlagen zur Entsorgung des Kohlenstoff-haltigen Bodenproduktes erforderlich sind.
  • In der WO 2015/003778 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen fossilen Brennstoffen in einem Hochtemperatur-Winkler-Verfahren (HTW-Verfahren) anfallenden Kohlenstoffhaltigen Bodenproduktes in Schwerkraftrichtung unterhalb der Wirbelschicht beschrieben. Es wird vorgeschlagen, zur Ausnutzung der Energie des Bodenprodukts und zur Erreichung der Deponiefähigkeit das Bodenprodukt nicht einer externen Feuerungseinrichtung zuzuführen, sondern offenporige keramische Elemente wie Gasspülsteine, Schaumkeramiken oder dergleichen in einem Bodenprodukt-Oxidator unterhalb der Wirbelschicht mit einem zugeführten Oxidationsmittel zu beaufschlagen. Auf diese Weise soll eine weitergehende Oxidation erreicht und der Kohlenstoffumsatz in dem HTW-Vergaser erhöht werden.
  • US 4,721,514 A beschreibt ein Verfahren zur Vergasung von Kohle, wobei Kohlepulver verwendet wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur wirtschaftlichen Vergasung unterschiedlicher Einsatzstoffe in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtvergasung zur Verfügung zu stellen, die für vergleichsweise hohe Betriebsdrücke von vorzugsweise oberhalb von 10 bar geeignet und bei hoher Sicherheit und Verfügbarkeit wirtschaftlich ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Somit bezieht sich die Erfindung auf Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11), in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
    • als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) angeordnet ist,
    • wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf und/oder CO2 in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist, und
    • die Zuführeinrichtung (27, 28) derart ausgebildet ist, dass durch den in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstrom das in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) zu verbrennende Bodenprodukt fluidisiert wird.
  • Die Erfindung insgesamt ist durch die Ansprüche definiert.
  • Erfindungsgemäß ist als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer angeordnet. In dieser zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer kann man durch Zufuhr eines geeigneten Oxidationsmittels eine effektive Verbrennung des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor erreichen. Vorzugsweise ist der die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer bildende Reaktor um einiges kleiner als der Vergasungsreaktor.
  • Diese zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ist unterhalb des Vergasungsreaktors positioniert und beispielsweise über eine Querschnittsverengung mit der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors verbunden.
  • Das Oxidationsmittel, welches über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer eingespeist, vorzugsweise eingedüst bzw. injiziert wird, umfasst vorzugsweise Sauerstoff und/oder Luft und kann zusätzlich beispielsweise Dampf und/oder CO2 enthalten. Werden mehrere Zuführeinrichtungen verwendet, können über diese oxidierende Fluidströme mit unterschiedlicher Zusammensetzung aus einem oder mehreren der vorgenannten Gase/Fluide der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer zugeführt werden.
  • Vorzugsweise liegt der Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels, wenn dieses im Gemisch mit Dampf zugeführt wird, bei weniger als etwa 21 Vol.-%. Der Sauerstoffgehalt und die Sauerstoffmenge sollten in Abhängigkeit von der Menge an Kohlenstoff in dem in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer zu verbrennenden Bodenprodukt und der Verbrennungstemperatur unterhalb der Ascheerweichung gewählt werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anlage wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer aufweist. Mittels dieser Temperaturmesseinrichtung kann man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer messen und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur kann man auf den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs schließen und den Sauerstoffgehalt des zugeführten Oxidationsmittels entsprechend einstellen, vorzugsweise so, dass sich überstöchiometrische Verhältnisse ergeben.
  • Vorzugsweise ist weiterhin eine Regeleinrichtung vorgesehen, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt eines über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstroms zu regeln.
  • Bevorzugt steht die Regeleinrichtung mit der Temperaturmesseinrichtung in Wirkverbindung, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt des über die wenigstens eine Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstroms in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in der zusätzlichen Brennkammer zu regeln.
  • Erfingungsgemäß ist die Zuführeinrichtung derart ausgebildet, dass durch den in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstrom das in der zusätzlichen Brennkammer zu verbrennende Bodenprodukt fluidisiert wird. Man hat dadurch den verfahrenstechnischen Vorteil, dass man für die Fluidisierung, d.h. für die Erzeugung der Wirbelschicht in der zusätzlichen Brennkammer kein zusätzliches Fluid benötigt, sondern hierfür das ohnehin zugeführte Oxidationsmittel verwenden kann.
  • Vorzugsweise umfasst die Zuführeinrichtung wenigstens eine Düse, vorzugsweise eine Mehrstoffdüse, zur Einspritzung eines Fluidgemischs aus wenigstens zwei unterschiedlichen oxidierenden Fluiden in die zusätzliche Brennkammer. Hier kann zum Beispiel eine Mehrstoffdüse verwendet werden, wie sie in der WO 2014/026748 A1 beschrieben wird. Auf den Inhalt dieser Druckschrift wird hier ausdrücklich Bezug genommen.
  • Weiterhin ist vorzugsweise der Zuführeinrichtung wenigstens ein Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet, so dass man die Zufuhr des Oxidationsmittels regeln und/oder gegebenenfalls absperren kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Anlage wenigstens zwei Zuführeinrichtungen für die Zufuhr unterschiedlich zusammengesetzter oxidierender Fluidströme, wobei jeder Zuführeinrichtung jeweils wenigstens ein Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des jeweils zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet ist. Auf diese Weise kann man der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer unterschiedlich zusammengesetzte Fluidströme gegebenenfalls an verschiedenen Stellen differenziert in der jeweils gewünschten Menge zuführen.
  • Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine Druckdifferenzmessvorrichtung und Anzeigevorrichtung, um eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Wirbelschicht des Vergasungsreaktors und dem Druck in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer anzuzeigen. Die gemessene Druckdifferenz kann man beispielsweise nutzen, um die Bedingungen für die Fluidisierung der Wirbelschicht im Vergasungsreaktor durch die aus der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer nach oben hin austretenden Rauchgase einerseits und durch das zugeführte Oxidationsmittel andererseits zu optimieren.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass diese wenigstens eine Verbindungsleitung für die Rückführung von Rohgas aus dem Vergasungsreaktor aufweist, die aus dem Vergasungsreaktor heraus und in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer hineinführt. Auf diese Weise kann man wenigstens einen Teilstrom der in dem Vergasungsreaktor erzeugten Rohgase in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer rückführen und dort beispielsweise für die Fluidisierung (Erzeugung der Wirbelschicht) und/oder gegebenenfalls auch für die Oxidation und Förderung der Verbrennung nutzen, soweit das Rohgas noch oxidierende Gasanteile enthält.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst wenigstens einen Verdichter für die Verdichtung von rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer, so dass man das Rohgas für die Rückführung verdichten kann.
  • Gegenstand der vorliegenden Offenbarung, jedoch in der beschriebenen Breite nicht der Erfindung, ist weiterhin ein Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas bei dem in einem Vergasungsreaktor mit mindestens einer Wirbelschichtzone eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, wobei die Oxidation des Bodenprodukts in einer unterhalb der Wirbelschichtzone des Vergasungsreaktors angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer erfolgt.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas bei dem in einem Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11) eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die Oxidation des Bodenprodukts in einer unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) erfolgt, und
    • über mindestens eine erste Zuführeinrichtung (27) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein oxidierender Fluidstrom injiziert wird, welcher Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf enthält und über mindestens eine zweite Zuführeinrichtung (28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein Fluidstrom injiziert wird, welcher CO2 und/oder recyceltes Gas aus dem Vergasungsreaktor (10) enthält.
  • Vorzugsweise wird erfindungsgemäß das bei der Oxidation des Bodenprodukts in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer entstehende Rauchgas von der Unterseite her in den Vergasungsreaktor geleitet und dient dazu, dort eine Fluidisation der zu vergasenden Partikel zu erzeugen oder diese Fluidisation zumindest zu unterstützen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor erzeugten Rohgases aus dem Vergasungsreaktor über wenigstens eine Verbindungsleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer rückgeführt.
  • Vorzugsweise wird der rückgeführte Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor erzeugten Rohgases vor der Einleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor in die darunter befindliche zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer vorzugsweise mit Hilfe des Stroms des rückgeführten Gases derart eingestellt wird, dass nur Partikel gröberer Partikelgröße aufgrund der Schwerkraft aus dem Vergasungsreaktor in die darunterliegende zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer gelangen. Die feinere Partikelklasse verbleibt somit weiterhin im Vergasungsreaktor, wodurch ebenfalls der Kohlenstoffgehalt reduziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass bevorzugt die Vergasung der Brennstoffe im Vergasungsreaktor bei einem Betriebsdruck von wenigstens etwa 10 bar erfolgt. Erfindungsgemäß wird über mindestens eine erste Zuführeinrichtung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ein oxidierender Fluidstrom injiziert, welcher Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf enthält und über mindestens eine zweite Zuführeinrichtung wird in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer ein Fluidstrom injiziert, welcher CO2 und/oder recyceltes Gas aus dem Vergasungsreaktor enthält.
  • Vorteilhaft ist es, wenn man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer misst, da die Temperatur Rückschlüsse auf den Verlauf des Verbrennungsvorgangs und den Kohlenstoffgehalt des dortigen Bodenprodukts nach dem Vergasungsvorgang zulässt. Somit kann man in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur den Sauerstoffgehalt des der Wirbelschicht-Brennkammer zugeführten Oxidationsmittels entsprechend dem Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs einstellen, wobei man vorzugsweise überstöchiometrische Bedingungen einstellt.
  • Der für die Vergasung in der Wirbelschichtzone gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Vergasungsreaktor ist besonders bevorzugt ein Hochtemperatur-Winkler-Vergaser und das Vergasungsverfahren wird unter entsprechenden Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und weiterer Parameter durchgeführt, wobei hier auf die eingangs genannte Druckschrift und die einschlägige Literatur verwiesen wird.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage;
    • Figur 2 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Ausschnitts aus der in Figur 1 dargestellten Anlage, wobei der untere Bereich des Vergasungsreaktors und die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer dargestellt sind.
  • Nachfolgend wird zunächst unter Bezugnahme auf Figur 1 ein mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Darstellung zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anlage, die ein Fördersystem 20 aufweist mittels dessen das Ausgangsmaterial, beispielsweise Kohle, Biomasse, Abfälle oder dergleichen dem Vergasungsreaktor 10 zugeführt wird. Dieses Förder-und Zuführsystem 20 umfasst beispielsweise eine Anzahl von konisch endenden Behältern 21 und gegebenenfalls Schleusen und ist geeignet, das Ausgangsmaterial auf einen Drucklevel zu bringen, welcher auch in dem Vergasungsreaktor 10 herrscht. Beispielsweise über eine Förderschnecke 22 kann dann das Material in den Vergasungsreaktor verbracht werden.
  • Der Vergasungsreaktor 10 umfasst eine Wirbelschichtzone 11 und darüber eine so genannte "free board zone", d.h. einen Mischbereich 16 (auch Freibordzone genannt), wobei in diesen beiden Zonen 11, 16 die Vergasung des Ausgangsmaterials bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise etwa 800 °C bis etwa 1200 °C unter Zufuhr eines Gemischs aus Sauerstoff und Dampf oder Luft erfolgt. Weiterhin ist ein mit dem Vergasungsreaktor 10 verbundener Zyklonabscheider 18 vorgesehen, in dem die mitgerissenen teilvergasten Partikel (Aschepartikel) von dem im Vergasungsreaktor erzeugten Synthesegas abgetrennt werden, so dass das staubfreie Synthesegas über eine Ausgangsleitung 19 abgeführt werden kann. Es ist eine Rückführleitung 23 vorgesehen, die vom unteren Bereich des Zyklonabscheiders 18 ausgeht und dazu dient, mit dem Synthesegas mitgerissene Aschepartikel, die im Zyklonabscheider 18 abgetrennt wurden, in die Wirbelschichtzone 11 rückzuführen.
  • Feste Nebenprodukte (Aschepartikel) aus dem Bodenprodukt des Vergasungsreaktors 10 gelangen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12, die unterhalb der Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors 10 angeordnet und mit diesem über eine Querschnittsverengung verbunden ist, so dass insbesondere durch Gravitation Partikel des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor 10 nach unten hin in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 fallen können, während leichtere kleinere Partikel aufgrund der Fluidisation im Vergasungsreaktor 10 verbleiben. Wie man in Figur 1 erkennt, ist die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 wesentlich kleiner als der Vergasungsreaktor 10 und hat nur einen Bruchteil der Größe des Vergasungsreaktors.
  • Wie man weiterhin aus Figur 1 erkennt, kann die Zugabe des Oxidationsmittels, welches insbesondere aus Sauerstoff/Dampf, Luft oder CO2 besteht in verschiedenen Bereichen der Anlage in unterschiedlichen Höhenpositionen erfolgen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist beispielsweise eine erste obere Düse 24 für die Zugabe des Oxidationsmittels in den Vergasungsreaktor im unteren Bereich der "free board zone" vorgesehen. Weiterhin erfolgt eine Zugabe von beispielsweise einem Gemisch aus Sauerstoff und Dampf unterhalb davon in die Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors über eine zweite mittlere Düse 25 sowie über eine dritte mittlere Düse 26. Schließlich ist eine Zugabe dieses oder eines anderen Oxidationsmittel einer der oben beschriebenen Zusammensetzungen über eine vierte untere Düse 27 vorgesehen, die unmittelbar in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 hinein erfolgt. Diese diversen Düsen für die Zufuhr des Oxidationsmittel können im einfachsten Fall bei Verwendung von Oxidationsmitteln gleicher Zusammensetzung über Leitungen miteinander verbunden sein und über gemeinsame Zuführleitungen gespeist werden, aber ebenso gut ist eine Speisung aus unterschiedlichen Quellen über jeweils separate Leitungssysteme möglich.
  • Der aus der unter dem Vergasungsreaktor 10 angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 bevorzugt nach unten hin austretende Verbrennungsrückstand wird beispielsweise über ein wassergekühltes System von Förderschnecken 38 und Druckbehältern 39, in denen er gekühlt und auf Umgebungsdruck gebracht wird, aus der Anlage abgeführt.
  • Nachfolgend wird beispielhaft der Bereich der Anlage, in dem sich die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 befindet, anhand der vergrößerten Detaildarstellung gemäß Figur 2 näher erläutert. Hier sind im Prinzip nur die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 und teilweise die darüber liegende Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors erkennbar. Man erkennt eine erste obere Zuführeinrichtung 24 in Form einer Düse oder dergleichen für beispielsweise ein Gemisch aus Sauerstoff und Dampf, welches in die Wirbelschichtzone 11 des Vergasungsreaktors eingedüst wird.
  • Im Bereich der zwischen beiden Anlagenteilen 11 und 12 vorgesehenen Querschnittsverengung 13 ist eine weitere mittlere Zuführeinrichtung 26 angeordnet, über die in diesem Fall bevorzugt ein Gemisch aus rückgeführtem Rohgas und CO2 aus dem Vergasungsreaktor zugeführt wird, welches hier zur Unterstützung der Fluidisierung des zu vergasenden Materials in der Wirbelschichtzone 11 genutzt wird. Es ist eine weitere untere Düse 27 vorgesehen, welche im Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 außen an dieser angeordnet ist und über die eine Zufuhr von Oxidationsmittel wie beispielsweise einem Gemisch aus Sauerstoff und Dampf in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer 12 erfolgen kann.
  • In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist noch eine weitere untere Düse 28 im unteren Bereich der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 angeordnet, über welche wiederum beispielsweise ein Gemisch aus rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor und CO2 in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer eingedüst werden kann. Auf diese Weise kann man die Verbrennungsrückstände/Aschepartikel in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 fluidisieren und so eine Wirbelschicht ausbilden. Zu dieser Düse 28 führt eine Leitung 29, in der ein Ventil 30 angeordnet ist, so dass man die Zufuhr zu der Düse 28 regeln und beispielsweise absperren oder drosseln kann. Diese Leitung 29 ist mit einer Leitung verbunden, von der eine Zweigleitung 31 abgeht, die zu der Düse 26 führt, so dass man für die Fluidisierung in beiden Anlagenteilen ein Gasgemisch aus dem Vergasungsreaktor nutzen kann, welches von letzterem über eine gemeinsame Leitung zugeführt wird, die sich dann verzweigt und zu den Düsen 26 bzw. 28 führt. Auch in der Zweigleitung 31 ist ein Ventil 32 angeordnet, so dass man diese Zweigleitung 27 separat absperren kann, wenn beispielsweise nur eine Zufuhr zu der Düse 28 gewünscht ist. Ebenso ist es über ein weiteres Ventil 35 möglich, die Leitung vor der Abzweigung der Zweigleitung 31 abzusperren oder die Zufuhr von Rohgas und CO2 bereits dort für beide Leitungen 29, 31 zu regeln.
  • Weiterhin ist eine Temperaturmesseinrichtung 33 vorgesehen, mittels derer man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12 messen kann. Die gemessene Temperatur kann man nutzen, um Rückschlüsse über den Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs in der Brennkammer 12 zu ziehen, woraus man dann wiederum berechnet, wie viel Oxidationsmittel man der Brennkammer 12 über die Düse 27 zuführen muss, um ein optimales Verhältnis Sauerstoff/Kohlenstoff (vorzugsweise ist dieses überstöchiometrisch) einzustellen.
  • Weiterhin ist in Figur 2 eine Druckdifferenzmesseinrichtung 34 vorgesehen, die den jeweiligen Druck zum einen in der Wirbelschichtzone 11 misst und zum anderen in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer 12, wobei die Druckdifferenz zwischen beiden Werten ermittelt und angezeigt wird. Aus dieser Druckdifferenz kann man Rückschlüsse über die Strömungsverhältnisse in der Querschnittsverengung 13 zwischen den beiden Anlagenteilen schließen. Davon abhängig kann man dann wiederum die Zufuhr des Fluids über die Leitung 27 und die Düse 26 in den Bereich der Querschnittsverengung 13 regeln, was beispielsweise über das Ventil 32 geschieht. Auf diese Weise kann man auf den Grad der Fluidisierung der Wirbelschichtzone 11 durch das recycelte Rohgas Einfluss nehmen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vergasungsreaktor
    11
    Wirbelschichtzone
    12
    Wirbelschicht-Brennkammer
    13
    Querschnittsverengung
    14
    Zuführeinrichtung
    15
    Ventil
    16
    free board zone
    17
    Verbindungsleitung
    18
    Zyklonabscheider
    19
    Ausgangsleitung für Synthesegas
    20
    Fördersystem/Zuführsystem
    21
    konisch endende Behälter
    22
    Förderschnecke
    23
    Rückführleitung
    24
    erste obere Düse für Oxidationsmittel-Zufuhr
    25
    zweite mittlere Düse
    26
    dritte mittlere Düse
    27
    vierte untere Düse
    28
    Düse
    29
    Leitung
    30
    Ventil
    31
    Zweigleitung
    32
    Ventil
    33
    Temperaturmesseinrichtung
    34
    Druckdifferenzmesseinrichtung
    35
    Ventil
    38
    Förderschnecken
    39
    Druckbehälter

Claims (15)

  1. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas umfassend einen Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11), in der eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
    - als Einrichtung zur Oxidation des Bodenprodukts unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) eine zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) angeordnet ist,
    - wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) für die Zufuhr von Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf und/oder CO2 in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist, und
    - die Zuführeinrichtung (27, 28) derart ausgebildet ist, dass durch den in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstrom das in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) zu verbrennende Bodenprodukt fluidisiert wird.
  2. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) über eine Querschnittsverengung (13) mit der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) verbunden ist.
  3. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmesseinrichtung (33) zur Messung der Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist.
  4. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Regeleinrichtung (30, 35) vorgesehen ist, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt eines über die wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstroms zu regeln.
  5. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mit der Temperaturmesseinrichtung (33) in Wirkverbindung steht, um die Menge und/oder den Sauerstoffgehalt des über die wenigstens eine Zuführeinrichtung (27, 28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) injizierten Sauerstoff- und/oder Luft- und/oder Dampf- und/oder CO2-haltigen Fluidstroms in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in der zusätzlichen Brennkammer (12) zu regeln.
  6. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (27, 28) wenigstens eine Düse, vorzugsweise eine Mehrstoffdüse zur Einspritzung eines Fluidgemischs aus wenigstens zwei unterschiedlichen oxidierenden Fluiden in die zusätzliche Brennkammer (12) umfasst.
  7. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführeinrichtung (27, 28) wenigstens ein Ventil (30, 35) zur Absperrung und/oder Regelung des zugeführten oxidierenden und/oder fluidisierenden Fluidstroms zugeordnet ist.
  8. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens zwei Zuführeinrichtungen (27, 28) für die Zufuhr unterschiedlich zusammengesetzter oxidierender Fluidströme umfasst, wobei jeder Zuführeinrichtung jeweils wenigstens ein Ventil (30, 35) zur Absperrung und/oder Regelung des jeweils zugeführten oxidierenden Fluidstroms zugeordnet ist.
  9. Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    - diese wenigstens eine Druckdifferenzmessvorrichtung (34) und Anzeigevorrichtung umfasst, um eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) und dem Druck in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) zu messen und anzuzeigen; und/oder
    - wenigstens eine Verbindungsleitung (29) für die Rückführung von Rohgas aus dem Vergasungsreaktor (10) vorgesehen ist, die wenigstens Anteile des erzeugten Rohgasstroms zurück in die zusätzliche Wirbelschicht- Brennkammer (12) hineinführt; und/oder
    - wenigstens ein Verdichter für die Verdichtung von rückgeführtem Rohgas aus dem Vergasungsreaktor (10) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorgesehen ist.
  10. Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in Synthesegas bei dem in einem Vergasungsreaktor (10) mit mindestens einer Wirbelschichtzone (11) eine Vergasung der Brennstoffe durch geeignete Vergasungsmittel erfolgt, wobei in einem unterhalb der Wirbelschichtzone (11) angeordneten Bodenbereich als Bodenprodukt ein kohlenstoffhaltiger Aschestrom anfällt und wobei unterhalb des Vergasungsreaktors (10) eine Einrichtung angeordnet ist, in der durch Zuführung eines Oxidationsmittels eine Oxidation des Bodenprodukts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Oxidation des Bodenprodukts in einer unterhalb der Wirbelschichtzone (11) des Vergasungsreaktors (10) angeordneten zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) erfolgt, und
    - über mindestens eine erste Zuführeinrichtung (27) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein oxidierender Fluidstrom injiziert wird, welcher Sauerstoff und/oder Luft und/oder Dampf enthält und über mindestens eine zweite Zuführeinrichtung (28) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) ein Fluidstrom injiziert wird, welcher CO2 und/oder recyceltes Gas aus dem Vergasungsreaktor (10) enthält.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Oxidation des Bodenprodukts in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) entstehende Rauchgas von der Unterseite her in den Vergasungsreaktor (10) geleitet wird und dazu dient, dort eine Fluidisierung der zu vergasenden Partikel zu erzeugen.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor (10) erzeugten Rohgases aus dem Vergasungsreaktor über wenigstens eine Verbindungsleitung (29) in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) rückgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der rückgeführte Teil des bei der Vergasung im Vergasungsreaktor (10) erzeugten Rohgases vor der Einleitung in die zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Bodenprodukts aus dem Vergasungsreaktor (10) in die darunter befindliche zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) vorzugsweise mit Hilfe des Stroms des rückgeführten Gases derart eingestellt wird, dass nur Partikel gröberer Partikelgröße aufgrund der Schwerkraft aus dem Vergasungsreaktor (10) in die darunter liegende zusätzliche Wirbelschicht-Brennkammer (12) gelangen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Vergasung der Brennstoffe im Vergasungsreaktor (10) bei einem Betriebsdruck von wenigstens etwa 10 bar erfolgt; und/oder
    - man die Temperatur in der zusätzlichen Wirbelschicht-Brennkammer (12) misst und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur den Sauerstoffgehalt des der Wirbelschicht-Brennkammer (12) zugeführten Oxidationsmittels entsprechend einstellt.
EP17811206.6A 2016-11-24 2017-11-15 Verfahren und anlage zur kohlenstoff-reduzierung im bodenprodukt eines wirbelschichtvergasers Active EP3548587B1 (de)

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