EP3580312A1 - Producing synthesis gas from carbon-rich substances by means of a combined co-current/counter-current method - Google Patents

Producing synthesis gas from carbon-rich substances by means of a combined co-current/counter-current method

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EP3580312A1
EP3580312A1 EP18704520.8A EP18704520A EP3580312A1 EP 3580312 A1 EP3580312 A1 EP 3580312A1 EP 18704520 A EP18704520 A EP 18704520A EP 3580312 A1 EP3580312 A1 EP 3580312A1
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EP
European Patent Office
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bulk material
vertical shaft
moving bed
gas
synthesis gas
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EP18704520.8A
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German (de)
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EP3580312B1 (en
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Leonhard Baumann
Roland Möller
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Ecoloop GmbH
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Ecoloop GmbH
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Publication date
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    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983Additives
    • C10J2300/0996Calcium-containing inorganic materials, e.g. lime

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of synthesis gas from carbon-rich substances using a vertical shaft furnace with a bulk material moving bed according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method according to claims 38 to 44. Furthermore, the invention relates to the claims 45 and 46 the use of the synthesis gas produced by the method. Processes for the production of synthesis gas are known and are carried out in countercurrent gasifiers or in multistage gasifiers.
  • the flow rate of the synthesis gas which is taken in principle at an upper end of the countercurrent gasifier, very high because the entire amount of synthesis gas generated process is passed through the pyrolysis zone located in the upper shaft area. Due to this flow velocity, there is a risk that plastics will be entrained by the counterflow already at the upper end of the countercurrent gasifier with the exiting synthesis gas before they can enter the bed of the moving bed. This may result in uncontrolled pyrolysis of plastic particles in the raw gas system and in downstream plant components, as a result of which only insufficiently split plastic particles will cake into lumps. Furthermore, there is the risk for a moving bed used in the cycle that the moving bed is fed to the countercurrent gasifier at too high a temperature. In this way, there is a trade-off between energy-efficient operation and the ability to also use plastics in the process that have a low melting point.
  • DE 10 2012 014 161 A1 describes a method with two vertical process spaces, in which a carbon-rich substance located in a moving from top to bottom moving carbonaceous substance is gasified in countercurrent with oxygen-containing gas and in a second stage in a second vertical process chamber by means of oxygen-containing gas is vergvergast.
  • a carbon-rich substance located in a moving from top to bottom moving carbonaceous substance is gasified in countercurrent with oxygen-containing gas and in a second stage in a second vertical process chamber by means of oxygen-containing gas is vergvergast.
  • the precompressed, formed in the first vertical process space synthesis gas flows out at the top of the first vertical process space.
  • the synthesis gas flows in at the top of the second vertical process space, flows through the second vertical process space and is drawn off in the lower area of the second vertical process space.
  • Embodiments are the subject of claims 2 to 37.
  • the claim 38 relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method with embodiments according to claims 39 to 44.
  • the use of the synthesis gas is the subject of claim 45, wherein claim 46 indicates an embodiment of the use.
  • the invention relates to a process for the production of synthesis gas from carbon-rich substances, wherein a bulk material moving bed consists of a bulk material, which is composed of the carbon-rich substances and a self-gasification material and wherein the bulk material moving bed in a vertical shaft of a vertical shaft furnace continuously or at intervals from above travels below and is traversed by gas, wherein the self-gasifying material and residues of the carbon-rich substances are discharged at the bottom of the vertical shaft, wherein formed in the flowed through by the gas bulk material moving bed to produce components of the synthesis gas at least one pyrolysis zone and a reduction zone in which reaction products are reduced from an oxidation zone which is likewise formed in the bulk material moving bed, the synthesis gas being conveyed in an intermediate region of the vertical shaft at an E
  • the carbon-rich substances are at least partially removed with the bulk material moving bed from the pyrolysis zone in the upper bulk goods zone over the central area into the reductant zone, between the upper bulk material zone and a lower bulk material zone.
  • a portion of the synthesis gas is generated in a formed in the upper Schüttgutzone pyrolysis of the bulk material moving bed and another portion of the synthesis gas is generated in a reduction zone in the lower Schüttgutzone and the upper Schüttgutzone in the DC and the lower Schüttgutzone is flowed through in countercurrent.
  • the synthesis gas is essentially composed of the products of the substantially complete pyrolysis and the reduction by this arrangement of the bulk material zones, the removal point in the middle region and the gas streams forming thereby.
  • the oxidation is also preferably at an energy level that is insufficient to melt or decompose the self-gasifiable material.
  • the self-gasifiable material has the task of acting as a transport material to provide through its gap volume for a homogeneous gas permeability and to transport heat between the process zones.
  • compacted, in particular pelleted, material as the carbon-rich material.
  • a plastic and a mineral constituent form a eutectic.
  • Such a pelleted material migrates intact into the oxidation zone due to its high thermal stability with the self-non-gasifiable material. Thus, the void volume in the bulk material moving bed is largely retained.
  • no or only very small amounts of pollutants are released from the compacted, in particular pelletized material, so that the compacted, in particular pelletized, material can be used largely untreated or unprocessed in the process.
  • the material which can not be gasified by itself can be comminuted by high shear forces in the bulk material moving bed Take over substances.
  • a suitable material that can not be gasified it is possible to bind certain pollutants out of the synthesis gas.
  • a portion of the synthesis gas is generated in a pyrolysis zone of the bulk material moving bed formed in the upper bulk material zone, and a further portion of the synthesis gas is generated in a reduction zone in the lower bulk material zone.
  • synthesis gas By the partial production of synthesis gas in a pyrolysis zone situated in the upper region of the bulk material moving bed and in a reduction zone which is located in the lower region of the bulk material moving bed, two processes can advantageously be adjusted separately from one another in order to produce a high-quality synthesis gas.
  • the synthesis gas may be partially different both in terms of the nature of the components as well as in terms of the proportions within the synthesis gas in the upper region and in the lower region.
  • coke formed in the pyrolysis zone is preferably used for the reduction of carbon dioxide produced in the oxidation zone (Boudouard equilibrium).
  • the heat energy necessary for this reaction is provided by the oxidation zone located in the vertical shaft below the reduction zone.
  • carbon monoxide is advantageously formed, which contributes as an energy carrier to the heating value of the synthesis gas, or as a chemical component in the case of a material utilization of the synthesis gas.
  • the upper bulk material zone is flowed through in direct current and the lower bulk material zone in countercurrent flow.
  • the synthesis gas in the upper region does not flow counter to the direction of the bulk material moving bed.
  • upper regions of the bulk material moving bed which have a comparatively low temperature in comparison with the temperatures prevailing in the direction of the course of the bulk material moving bed, are not flowed through by the hot synthesis gases produced in the pyrolysis zone.
  • the direct current in the upper region also has the advantage that the hot, produced in the pyrolysis, synthesis gases come into contact only with the products of the pyrolysis of high-carbon substances and significantly higher gas temperatures are achieved than is the case in the countercurrent principle.
  • an incomplete thermal cleavage of the pyrolysis and associated formation of oils and tars can be avoid as far as possible. If a partial fission still occurs, the pyrolysis products are not directly deducted, but go through even hotter process stages, in which the thermal decomposition of oils and tars is ensured.
  • Vorzugseise is provided that the self-gasifier material a weight of at least 20% of the total bulk material before warming in the upper
  • the method is particularly advantageous if the carbon-rich substance and the material which can not be gasified by means of one or more rotating systems, preferably by parallel filling of a rotary bucket and / or via common and / or parallel dosing over one or more rotating chutes before and / or are mixed together after entering the vertical shaft.
  • Such mixing can be achieved particularly effectively, for example, with a rotary bucket, which is filled in parallel with the two different materials during its own rotation.
  • both the different components of the bulk material statistically distributed homogeneously in the bulk material, as well as a homogeneous distribution of different sized particles within the bulk material is achieved.
  • the swivel bucket is preferably conveyed with a bucket elevator up to the task area of the vertical shaft furnace.
  • the bucket can then be supplied to the upper end of the vertical shaft, where then the contents of the bucket is placed in the vertical shaft. In this way, it can be ensured that the contents of the container do not segregate or sort or fractionate during abandonment. Furthermore, with this type of feed, it is advantageous that the composition of the bucket contents per bucket can be changed. This allows the process to be controlled via the material added via the bucket.
  • a further preferred embodiment of the method provides that the carbon-rich substance and the self-gasifiable material are introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft and thereby results in a layered arrangement of the materials in the bulk material moving bed, before this from top to bottom through the Vertical shaft moves. In this procedure can be dispensed with the mixing of the two materials. Although a layered and thus inhomogeneous arrangement is formed in the vertical shaft, the layer heights can be kept very low. This results about the in relation very high extent of the bulk material moving bed quasi a suitable and sufficient homogeneity for the process, which allows a good implementation of the vertical shaft important chemical and thermal processes.
  • a distribution control is advantageous if one or both of the materials introduced have different particle sizes.
  • the method can be designed when an inner diameter at the lower end of the upper Schüttgutzone is smaller than an inner diameter at the upper end of the lower Schüttgutzone. This takes into account the different amounts of synthesis gas. In the upper bulk zone a lower amount of syngas is formed by pyrolysis than by the gasification reactions in the oxidation zone and the reduction zone in the lower bulk zone. By adjusting the inner diameters, the pressure losses can be kept low, even with different gas generation quantities in the upper and lower Schüttgutzone. This can be counteracted excessive Mitriss of particles in the central region of the vertical shaft at the sampling point.
  • a further preferred embodiment of the method is that the vertical shaft in the region of the upper Schüttgutzone and / or in the region of the lower Schüttgutzone is completely or partially conical, with an inner diameter increases in the conical regions from top to bottom.
  • a conical design of the vertical shaft which provides an increase in the inner diameter of the vertical shaft increasing from top to bottom, account is taken of the process temperatures rising continuously from top to bottom to the oxidation zone, which is accompanied by an expansion of the solid particles of the bulk material. From this possibly resulting tilting or even bridge formations, which can lead to an inhomogeneous and uncontrolled migration of the bulk material moving bed, is counteracted by the conical configuration of the vertical shaft.
  • a preferred development provides that in the central region of the vertical shaft at least over part of the circumference of the bulk material moving bed one or more radial mixing chamber is formed, in which the proportions of the synthesis gas from the lower Schüttgutzone be mixed with the shares of the synthesis gas from the upper Schüttgutzone.
  • the proportions of the synthesis gas which originate from the lower region of the bulk material moving bed and, due to the process, have a comparatively high temperature can be mixed with the proportions of the synthesis gas originating from the upper region of the bulk material migrating bed in a particularly advantageous manner. and due to the process have a comparatively low temperature, mix.
  • an advantageously homogeneous synthesis gas results with a sufficiently high mixing temperature for the complete thermal cleavage.
  • the mixing chambers can be produced by one or more breaks in the bulk material moving bed, wherein the bulk material moving bed in the central region of the vertical shaft contains at least 50% by weight of the material itself, which can not be gasified, in order to ensure a fluidized bed behavior necessary for producing the excavations to form a suitable angle of repose ,
  • the temperature of the synthesis gas at the removal point is between 600 ° C and 1300 ° C.
  • the temperature of the synthesis gas is adjusted so that an incomplete pyrolysis of the carbon-rich substances is advantageously effectively prevented. If the temperature is kept above the lower limit of the specified range, carbon-rich substances are largely completely pyrolyzed. This is ensured, in particular, by the comparatively hot synthesis gas from the lower bulk solids zone, by mixing with the comparatively colder synthesis gas from the upper bulk solids zone, forming a mixing temperature which is sufficiently high to ensure complete thermal decomposition of relatively long-chain constituents, such as oils or tars to ensure in the synthesis gas.
  • the mass ratio between the carbon-rich substances and the non-gasifiable material is in the range of 4: 1 to 1: 2.
  • This mass ratio ensures that the processes in the process zones are ideal with regard to the transport of heat through the bulk material moving bed and the heat required for the endothermic reactions.
  • the heat demand or the heat released in the process zones and their transition between the different zones also depends on the mass ratio between the carbon-rich substances and the non-gasifiable material.
  • a particularly expedient embodiment provides that the self-gasifiable material of the bulk material moving bed contains the lime material in a proportion of 10% to 100%, wherein the lime material preferably consists of quicklime and / or limestone.
  • Lime materials and especially quick lime have a positive influence on the energy requirements of the process.
  • Quicklime ie CaO or calcium oxide
  • the hydration is exothermic, which advantageously provides energy in the form of heat for the endothermic processes in the vertical shaft furnace.
  • the deleted form of quicklime, ie slaked lime is to be used advantageously, since slaked lime halogens, such as chlorine or bromine and, moreover, also binds sulfur in the form of thermally stable salts as far as possible. This is advantageous in terms of the quality of the synthesis gas.
  • chlorine-rich and / or bromine and / or sulfur-containing carbon-rich substances are introduced into the bulk material moving bed.
  • halogen-rich substances are in particular materials in question, containing polyvinyl chloride or brominated flame retardants, as sulfur-rich substances such as vulcanized rubber or oil sands or oil shale come into consideration.
  • a further preferred embodiment provides that at the upper end of the upper Schüttgutzone a gas space in the vertical shaft is formed, in which an overheated gas formed by oxidative processes, and / or in which a superheated gas is introduced.
  • a further preferred embodiment provides that a firing and / or an introduction of superheated gas takes place in the bulk material moving bed, in the region of the oxidation zone and / or in the region of the pyrolysis zone using insertion lances.
  • the ignition or introduction of superheated gas in the areas of the pyrolysis zone and the oxidation zone is advantageous because it allows the pyrolysis temperature and the oxidation temperature to be set. In this way, as far as possible complete pyrolysis and oxidation of the carbon-rich substance can be achieved.
  • the firing or the introduction of superheated gas can be set flexibly, which is advantageous because the complete pyrolysis and / or oxidation can not only be adjusted via the migration speed of the bulk material moving bed, but can also be effected via the material flows for the insertion lances.
  • an adjustable firing via the Einstecklanzen can preferably also adjust the location of the process zones in the oven.
  • a further preferred embodiment provides that heating takes place in the region of the pyrolysis zone by addition of hot, self-gasifiable material as part of the bulk material, wherein the hot self-gasifiable material has an own temperature of more than 450 ° C., and preferably provided by industrial processes.
  • the advantage can be achieved in the same way that the temperature and the position of the pyrolysis zone can be adjusted as a result.
  • the material which can not be gasified by itself, preferably has a temperature of more than 450 ° C., whereby the mass ratio does not itself gasify.
  • the material to the carbon-rich substance is about 3: 1.
  • the setting of the process temperature is largely carried out separately from the setting of the process temperature in the oxidation zone or in the reduction zone.
  • the energy input in the individual processing zones can be controlled in an advantageous manner.
  • hot solids streams from industrial processes, for example cement clinker as hot, even non-gasifiable materials.
  • the hot non-gasifiable material may be a product of pig iron production.
  • water and / or water vapor are added to the bed of bulk material for the hydration of lime material as a constituent of the bulk material and utilization of the process heat released in the process.
  • a further embodiment provides that carbon dioxide-containing gas is added in the bulk material bed for the carbonization of lime material as a constituent of the bulk material and utilization of the process heat released thereby and / or is formed by the addition of air or oxygen-containing gas by oxidation.
  • a cooling gas is introduced at an underside of the vertical shaft to form a post-cooling zone.
  • the introduction of cooling gas at the bottom of the vertical shaft is advantageous, since the cooling gas can at least partially absorb the residual heat of the bulk material moving bed in the post-cooling zone and transported by the rise of the cooling gas in the upper regions of the vertical shaft in which partially endothermic reactions take place.
  • the cooling gas introduced at the bottom of the vertical shaft contains the synthesis gas and / or contains at least one combustible gas or alternatively contains air.
  • the cooling gas introduced at the bottom of the vertical shaft contains a mixture of reducible gas and air.
  • synthesis gas is provided for the cooling gas
  • cooling of the bulk material moving bed takes place in an advantageous manner, without the cooling gas having a negative effect on the quality of the resulting synthesis gas.
  • any proportions of carbon dioxide contained in the synthesis gas used in the reduction zone can be at least partially reduced by reaction with the pyrolysis to carbon monoxide and thus the synthesis gas quality can be improved overall.
  • a combustible gas which is preferably natural gas
  • the combustible gas can absorb the heat of the bulk material moving bed located in the aftercooling zone, while at the same time achieving an increase in the calorific value of the resulting synthesis gas due to the targeted metering of the natural gas or can be adjusted.
  • a reducible gas preferably carbon dioxide and / or carbon dioxide-containing exhaust gases from combustion processes and / or carbon dioxide-containing gases from industrial production processes
  • this gas largely does not participate in the processes taking place in the oxidation zone. Due to the endothermic reduction processes in the reduction zone, the heat conducted into the reduction zone by the reducible gas from the aftercooling zone can be utilized at least partially during the reduction of the reducible gas.
  • carbon dioxide is used as a reducible gas, the carbon dioxide is reduced to carbon monoxide by the pyrolysis coke after the Boudouard reaction. In this way, there is the particular advantage that pending at the sampling point Synthesis gas receives a higher calorific value by a then contained in the synthesis gas oxidizable gas.
  • the provision of air and / or a mixture of air with a reducible gas as the cooling gas has the advantage that the oxygen contained in the air in the oxidation zone for the oxidation of oxidizable gases and / or other oxidizable products of the pyrolysis, preferably pyrolysis, can be used completely.
  • the processes in the oxidation zone ideally proceed stoichiometrically based on the pyrolysis coke still present in the oxidation zone, so that the synthesis gas which is withdrawn at the removal point preferably contains no oxygen and no carbonaceous substances reach the bottom of the oxidation zone with the moving bed.
  • a particularly preferred embodiment provides that the introduced at the bottom of the vertical shaft cooling gas from one or more gas streams from industrial processes, preferably from combustion and / or calcination or gases from the pig iron production, preferably top gas and / or coke gas and / or city gas consists.
  • gas streams from industrial processes preferably from combustion and / or calcination or gases from the pig iron production, preferably top gas and / or coke gas and / or city gas consists.
  • the bulk material moving bed pure oxygen or a gas mixture is added with air enriched oxygen content.
  • the addition of pure oxygen or a gas mixture with air enriched oxygen content has the advantage that the gas load of non-participating in the reactions contained in the synthesis gas gases, such as nitrogen, is reduced. In this way, the calorific value of the synthesis gas is increased.
  • the pure oxygen or the gas mixture with air enriched oxygen content is added directly by means of insertion lances in the region of the oxidation zone and / or in the region of the pyrolysis zone, while Synthesis gas and / or combustible gases and / or reducible gases may be added as cooling gas at the bottom of the vertical shaft.
  • plastic waste and / or organic waste are used as carbon-rich substances.
  • Plastic waste and / or organic waste accumulate in large quantities and have a suitable calorific value for the processes occurring in the process due to their high proportion of carbon.
  • impure plastic waste such as, for example, composite materials, plastic-containing waste fractions, shredder fractions from scrap recycling, plastic-containing production residues and the like can preferably be processed by the process into synthesis gas.
  • hydrocarbon-rich mixed materials such as tar sands, oil shale or otherwise mixed with hydrocarbons media.
  • the production of synthesis gas takes place here in a first stage by thermal decomposition of the organic components to pyrolysis gas to form pyrolysis coke.
  • the pyrolysis coke reacts in a second stage by the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide. Furthermore, the pyrolysis coke with water vapor contained in the process forms additional carbon monoxide and hydrogen by the heterogeneous water gas reaction. In a third stage, almost complete oxidation of the remaining components of pyrolysis coke occurs in the oxidation zone.
  • the oxidation zone is generally referred to in fixed bed or moving bed gasifiers as the reaction front. Any pollutants contained in the synthesis gas are preferably bindable by addition reactions to the bulk material moving bed.
  • Non-gasifiable components of the plastic waste and in particular the impure plastic waste, such as metals and rare earth, remain in the bulk material moving bed and can be treated by downstream processes or can be recycled.
  • organic high boilers preferably in liquid form, are used as carbon-rich substances.
  • High boilers are in particular distillation residues, intermediate distillates and refinery residues. Thanks to the process and the various process zones, high-boiling components can also be gasified in the vertical shaft furnace process down to their non-gasifiable constituents. It is particularly advantageous if the high boilers preferably by means of insertion lances in the region of the pyrolysis zone and / or the reduction zone and / or the Oxida- tion zone introduced directly into the bulk material moving bed and / or metered via the gas space at the upper end of the upper Schüttgutzone in the bulk material moving bed and / or be added directly to the bulk material before entering the vertical shaft.
  • At least partially phosphorus-containing sewage sludge are used as high-carbon substances.
  • the high organic content of the sewage sludge can be advantageously converted into synthesis gas.
  • the residual products of pyrolysis and oxidation contain phosphorus-enriched ash.
  • This ash can be used advantageously as fertilizer or processed to fertilizer.
  • Particularly advantageous in this case is the use of lime materials as a bulk material moving bed, since in this way the material discharged from the vertical shaft can at least partially be used as a combined lime / phosphorus fertilizer.
  • a further preferred variant of the method provides that at least partially aluminum-containing residues and / or aluminum-containing waste are used as the high-carbon substance.
  • the use of aluminum as a constituent of the carbon-rich substance leads to aluminum reacting in particular in the presence of water vapor in the pyrolysis zone and the reduction zone with strong release of heat energy to aluminum hydroxide and hydrogen.
  • the synthesis gas yield and the hydrogen content in the synthesis gas can be significantly increased.
  • the heat energy released is available to compensate for the endothermic reactions in the pyrolysis zone and in the reduction zone.
  • the aluminum hydroxide in the oxidation zone is largely oxidized to alumina, which may optionally be recovered from the bulk moving bed. Due to the almost complete oxidation of the aluminum in the case of a dumping of the ashes from the bulk material moving bed no further hydrogen formation potential, whereby problems with regard to the unwanted hydrogen evolution in the case of so-called Spülversatzes as possible underground disposal are avoided.
  • the carbon-rich substances present metal components, such as those found in electronic scrap in large proportions and / or other valuable substances, such as aluminum, halogens or phosphorus, chemically or physically be recovered from the discharged bulk material.
  • metal components such as those found in electronic scrap in large proportions and / or other valuable substances, such as aluminum, halogens or phosphorus
  • the enriched residual materials can be prepared, for example, in wet-chemical processes, which applies in particular to rare earths. Alternatively, the enriched residual materials can be recycled directly.
  • the bulk material moving bed at least partially passes through the vertical shaft several times in the circulation.
  • residual materials are, for example, ashes, metals or minerals.
  • the enriched residual materials can then be sorted, optionally treated and recycled.
  • the synthesis gas withdrawn from the bulk material moving bed at the removal point is subsequently passed through a secondary bulk material bed which contains a secondary bulk material with a proportion of at least 10% up to a proportion of 100% of alkaline materials.
  • the Fine thoroughlygutwanderbett is guided in a secondary shaft of the vertical shaft furnace in countercurrent to the synthesis gas, wherein the secondary shaft of the vertical shaft furnace is arranged separately from the vertical shaft of the vertical shaft furnace.
  • the aftertreatment of the synthesis gas from the process zones of the vertical shaft is advantageously decoupled.
  • Any components or entrained elements of the synthesis gas removed from the synthesis gas by the by-product bulk material moving bed can advantageously be bound in the secondary bulk material moving bed and be disposed of separately or post-treated separately from the bulk material moving bed. Passing the gas stream in countercurrent to the fixed bed also has the advantage of effective heat exchange.
  • the synthesis gas is supplied in a central region of the secondary shaft and is withdrawn in an upper region of the secondary shaft or on an upper side of the secondary shaft.
  • Another embodiment of the synthesis gas purification in the secondary shaft provides that the Mau oftengutwanderbett is guided in a secondary shaft of the vertical shaft furnace in cocurrent to the synthesis gas, the secondary shaft of the vertical shaft furnace is preferably arranged separately from the vertical shaft of the vertical shaft furnace.
  • This embodiment of the method allows a greatly simplified structural realization, because the synthesis gas can be easily introduced at the upper end of the secondary shaft, for example via a trained cavity. This ensures a homogeneous inflow into the Mau wellgutmaterial.
  • the design of the gas duct which is structurally more complex, can be omitted in a central region of the secondary duct.
  • the synthesis gas is supplied in the upper region of the secondary shaft and withdrawn in the lower region of the secondary shaft. This results in a mixing temperature of the Mau oftengutmate- rials and the synthesis gas at the bottom of the secondary shaft.
  • the Mau wellgutmaterial is cooled by means of a heat exchanger.
  • a heat exchanger in particular in the lower region of the secondary shaft, there is the advantage that the heat released by the synthesis gas to the secondary bulk material moving bed into a heat exchanger.
  • shear medium can be transferred, which gives off the heat at appropriate points of the vertical shaft furnace again. This is preferably done in the pyrolysis zone, or between the oxidation zone and the reduction zone by means of insertion lances.
  • the heat exchange medium is preferably a medium which can be used in the processes taking place in the vertical shaft. Further preferably, the heat exchange medium is a combustible gas, water, steam or synthesis gas.
  • the introduction of water or steam into the vertical well is advantageous because water reacts with pyrolysis coke according to the Boudouard reaction to form carbon monoxide and hydrogen. Furthermore, there is another advantage when calcium oxide is used as the bulk material.
  • the introduction of water or steam may utilize the hydration of the bulk material, thereby releasing heat energy available for the processes in the vertical well. This happens in particular when the intrinsic temperature of the bulk material at the point of introduction of water or water vapor is kept below 450 ° C.
  • the Maucetmate- rial is discharged uncooled from the side shaft in the lower region of the secondary shaft.
  • the uncooled discharge of Volunteer cangutmaterials has the advantage that the Maucetmaterial that has been heated by the synthesis gas is available as input material for other processes available.
  • the heating of Volunteer cangutmaterials designed here advantageous if heat energy is required for the connection processes.
  • a further advantageous embodiment provides that the Super thoroughlygutmaterial taken uncooled in a lower portion of the secondary shaft from the secondary shaft and at least partially used as a hot non-gasifiable material in the vertical shaft and the heat energy contained in the pyrolysis zone is used.
  • the use of the Mauschuttgutwanderbett is cooled below the central region of the secondary shaft in the lower region of the secondary shaft by countercurrently introduced cooling gas and / or the Mau frequentlygutwan- bed in the lower region of the secondary shaft is cooled by a heat exchanger.
  • the cooling gas may be synthesis gas or a combustible gas.
  • the mean grain size of the bulk material moving bed is greater than the mean grain size of Mau commonlygutwanderbettes.
  • the mean grain size of the bulk material moving bed is greater than the mean grain size of Maucetwanderbettes.
  • the mean grain size of the bulk material and the mean grain size of Mau oftengutmaterials in the range of 5 mm to 30 cm, preferably in the range of 5 mm to 15 cm or the mean grain size of the bulk material is greater than 1 cm and the average grain size of Mau oftengutmaterials is less than 10 cm.
  • a preferred embodiment provides that water and / or steam are added to the bulk material moving bed and / or the Mau commonlygutwanderbett at one or more positions.
  • Water and / or water vapor is preferably added in the upper region of the secondary bulk material moving bed and / or in the lower region of the bulk material migrating bed as cooling medium.
  • the advantage of the addition of water or the addition of water vapor in the pyrolysis zone is that the bulk material moving bed can be specifically hydrated until reaching a temperature of about 450 ° C, provided that the bulk material moving bed consists of calcium oxide. The hydration is exothermic and therefore may require necessary heat energy for the pyrolysis of carbonaceous substances.
  • the hydration by means of water or steam is advantageous because the at least partially forming calcium hydroxide is suitable to bind halogens or sulfur in the form of thermally stable salts as far as possible.
  • the synthesis gas is purified of halogens and / or sulfur, which are released in the pyrolysis or oxidation of, for example, polyvinyl chlorides or vulcanized rubber.
  • the water gas shift reaction in the bulk material moving bed reduces the water vapor to hydrogen by forming carbon dioxide as the reducing agent. In this way, the stable carbon dioxide and the hydrogen desired in the synthesis gas in certain subsequent applications is produced.
  • the carbon dioxide may preferably be reduced to carbon monoxide by the Boudouard balance by the carbon present in the pyrolysis coke.
  • the advantage of the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide is that the synthesis gas contains a reactive gas and the cargo is reduced to a large extent to passive gases.
  • the invention further relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method comprising a vertical shaft with a continuously extending in the vertical shaft or at intervals Schüttgutwanderbett, comprising a bulk material of a carbon-rich substance and a self-gasification material, the vertical shaft in a central region a removal point for the Has synthesis gas.
  • the vertical shaft has a removal point in a central region, a plurality of process zones can advantageously be formed in the vertical shaft, which are separated from one another by the removal point. Thus, an upper area and a lower area are formed. As a result of the separation of the areas produced by the removal point, separate vertical spaces are provided by the vertical shaft furnace, in which processes can be carried out separately from one another. This is particularly advantageous when the requirements on the processes with respect to parameters such as temperature, pressure and / or stoichiometry are different.
  • a further preferred embodiment of the vertical shaft furnace provides that the bulk material can be mixed before and / or after entry into the vertical shaft by a mixing device.
  • the carbon-rich substance and the material which can not be gasified by means of one or more rotating systems preferably by parallel filling of a rotary bucket and / or via common and / or parallel metering via one or more rotating chutes before and / or after entry into the vertical shaft are miscible with each other.
  • a mixing device is advantageously ensured that the bulk material of the bulk material moving bed is homogeneous.
  • the carbon-rich substance and the self-gasifiable material can be introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft.
  • the composition of the bulk material moving bed is controlled adjustable. Because the components can be introduced individually at alternating intervals, the vertical shaft furnace can be moved in different ways. It is preferably provided that a targeted distribution of the materials of the bulk material moving bed as a function of their different particle sizes can be achieved by means of a static solids distributor. By a targeted distribution of the materials as a function of the grain size, an influence on the adjustment of the angle of repose in the bulk material moving bed is vorappelbar.
  • a lower end of an upper bulk cargo zone of the vertical shaft has a smaller inner diameter than an upper end of a lower bulk cargo zone of the vertical shaft.
  • the vertical shaft furnace can be further developed in that in the central region of the vertical shaft at least over part of the circumference of the bulk material moving bed one or more radial mixing chambers are formed, preferably at the level of the extraction point for the synthesis gas.
  • An advantage of the radial mixing chambers in the middle region is that a particularly homogeneous mixing of the synthesis gas produced by the process can be achieved.
  • the bulk material moving bed has one or more slopes in the area of the mixing chambers.
  • the bulk material moving bed preferably has a suitable angle of repose in the middle region of the vertical shaft in order to ensure a fluidized bed behavior necessary for the production of the quarries.
  • An advantage of this is that the boundary surface between the bulk material moving bed and the mixing chambers in the central region increases due to the provision of excavations.
  • synthesis gases produced in the process are particularly easily derivable via this interface.
  • the vertical shaft furnace has a secondary shaft arranged separately from the vertical shaft and there is a flow connection between the secondary shaft and the vertical shaft.
  • the invention relates to the use of the synthesis gas produced by a method according to any one of the preceding claims as a fuel gas for thermal utilization and / or as a fuel gas for power generation and / or as a raw material in chemical processes. It is particularly advantageous here that the synthesis gas can be used directly on site, ie where the process is taking place. In this way, exhaust gases and / or any waste heat can be supplied to the process, whereby the energy requirement of the process can be further reduced.
  • the synthesis gas is filtered prior to its use and optionally cooled depending on further use. Filtering ensures a dust-free syngas, which can be used in filtered form and, where appropriate, also after cooling, for demanding applications, for example in internal combustion engines.
  • Figure 1 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft for carrying out the process for the production of synthesis gas.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft and a secondary shaft for carrying out the process for the production of synthesis gas, wherein in the secondary shaft a countercurrent mode is realized and
  • Fig. 3 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft and a secondary shaft for carrying out the method for the production of synthesis gas, wherein in the secondary shaft a Gleichstromfahrweise is realized.
  • the vertical shaft furnace 1 shows a vertical shaft furnace 1 for carrying out the method for producing synthesis gas 130 from carbon-rich substances 1 12.
  • the vertical shaft furnace 1 has a vertical shaft 100, in which a bulk material moving bed 1 10 moves from top to bottom.
  • the bulk material moving bed 1 10 consists of bulk material 1 1 1, which is fed from a bulk material source 120.
  • the bulk material 1 1 1 is composed of two materials.
  • the first material consists of the carbon-rich substance 1 12, which is processed to synthesis gas 130.
  • the second material is a self-gasifiable material 13, which is not processed into syngas 130.
  • the carbon-rich substance 1 12 and the self-gasifiable material 1 13 in the bulk material 1 1 1 is preferably an unrepresented spin tub with the two materials mate- rials filled under rotation before the bulk material is introduced as a mixture in the vertical shaft.
  • the bulk material 1 1 1 is introduced from the rotary bucket on an upper side 101 of the vertical shaft 100 in the vertical shaft 100 via a gas space 103 and passes through the vertical shaft 100 by gravity.
  • the introduction can preferably take place via a moving or static solids distributor 16, via which a targeted distribution of the bulk material material can be effected as a function of its different particle sizes in the bulk material moving bed 110.
  • the bulk material 1 1 1 is removed at the bottom 102 of the vertical shaft 100 and fed to a post-treatment to be described later.
  • both materials can also be introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft, whereby the materials are quasi-layered in the bulk material moving bed 1 10.
  • the introduction can also preferably take place via a moving or static solids distributor 16, via which a targeted distribution of the materials depending on their different particle sizes in the bulk material moving bed 110 can take place.
  • high-carbon substance 1 12 high-carbon wastes such as e.g. Biomass, plastics, sewage sludge, oily sands or oil shale can be used.
  • the self-gasifiable material 1 13 is preferably made of a mineral material, preferably of a calcitic material, particularly preferably of calcium oxide.
  • the flow of the bulk material 1 1 1 takes place from the top 101 of the vertical shaft 100 to the bottom 102 of the vertical shaft 100, wherein the bulk material 1 1 1 different process zones of the vertical shaft 100 passes.
  • the bulk material 1 1 1 passes through a pyrolysis 141.
  • organic compounds are thermally split. In doing so, organic molecules are split into molecules that are shorter than the parent molecules. The splitting takes place in a temperature range between 200 ° C and 900 ° C
  • oxidation zone 143 After the pyrolysis zone 141 in the direction of the underside 102 of the vertical shaft 100 there is an oxidation zone 143. In the oxidation zone 143, a residue of the pyrolysis is oxidized to carbon dioxide or carbon monoxide. This residue of pyrolysis is also referred to as pyrolysis coke.
  • a reduction zone 142 in which the carbon dioxide is reacted with elemental carbon by the Boudouard equilibrium in carbon monoxide.
  • This reaction is endothermic and is supplied with heat energy by the oxidation zone 143 below the reduction zone 142, in which the exothermic oxidation of the pyrolysis coke occurs.
  • An additional supply of heat energy takes place from the sensible heat of the bulk material moving bed coming from the pyrolysis zone 141.
  • a post-cooling zone 144 in which the bulk material moving bed is cooled.
  • the bulk material moving bed 1 10 is discharged from the vertical shaft 100 via a discharge device 150.
  • material flow of the bulk material moving bed 1 10 can be the residence time in the vertical shaft 100 control.
  • the process is adjustable by the residence time of the carbon-rich substance 1 12 or its residues in the different process zones 141, 142, 143, 144.
  • the bulk material 1 1 1 of the bulk material moving bed 1 10 is passed after discharge at the bottom 102 of the vertical shaft 100 in a separation device 10, where the bulk material 1 1 1 is fractionated into coarse grain 151, middle grain 152 and fine grain 153 in three particle size fractions.
  • the fraction of the coarse grain 151 can be returned to the bulk material source 120 and supplements the self-gasifiable material 1 13 in the bulk material source 120.
  • the mid-grain fraction 152 is disposed of or is available for further use.
  • the fine grain fraction 153 which also partially contains the ashes produced in the pyrolysis zone 141 and / or in the oxidation zone 143, forms a fine waste 154 which is disposed of or utilized in the enrichment of valuable residual materials.
  • the vertical shaft 100 is traversed in addition to the bulk material moving bed 1 10 with a gas stream.
  • the gas stream runs in an upper bulk material zone 14 of the vertical shaft 100 in direct current with the bulk material moving bed 1. That is, the gas stream runs in the direction from the upper side 101 of the vertical shaft 100 in the direction of the underside 102 of the vertical shaft 100 and in this case the pyrolysis zone 141 flows through ,
  • the gas stream runs in countercurrent to the bulk material moving bed 1 10. That is to say, the gas stream runs in the direction from the lower side 102 of the vertical shaft 100 to the upper side 101 of the vertical shaft 100.
  • a central portion 104 of the vertical shaft Between the upper Schüttgutzone 1 14 of the vertical shaft and the lower Schüttgutzone 1 15 of the vertical shaft is a central portion 104 of the vertical shaft. In this central region 104, the gas flow which runs with the bulk material moving bed 100 is discharged the upper bulk material zone 14 and the gas flow flowing from the lower bulk zone 15 against the bulk material moving bed 110. The pressure within the vertical shaft 100 is lowest in the central area 104.
  • the gases originating from the pyrolysis zone 141 located in the upper bulk material zone 14 and the gases originating from the reduction zone 142 located in the lower bulk zone 15 are withdrawn at a removal point 131 of the vertical shaft 100.
  • the bulk material moving bed 1 10 forms, in the middle region 104 of the vertical shaft 100, together with the vertical shaft 100, a radial mixing chamber 105, which is formed over at least part of the circumference of the bulk material moving bed 1 10.
  • a radial mixing chamber 105 which is formed over at least part of the circumference of the bulk material moving bed 1 10.
  • a preheating region 145 in the upper region of the pyrolysis zone 141 and / or within the pyrolysis zone 141 air 50 and / or natural gas 60 and / or a heat exchange medium 21 are introduced through upper insertion lances 106. Flammable gases are at least partially burned in this upper bulk zone 14 to provide thermal energy. Introduced media 50, 60, 21, which carry heat energy, give their heat energy in this preheating area 145 to the bulk material 1 1 1 from. In any case, the bulk material 1 1 1 first passes through a preheating area 145, in which the bulk material 1 1 1 is preheated.
  • the media 50, 60, 21 may also be introduced directly into the gas space 103, where combustible gases are at least partially combusted to provide thermal energy. Introduced media 50, 60, 21, the heat energy carry and or the oxidizing gas, flow due to the prevailing overpressure in the gas space 103 in the bulk material moving bed 1 10 and give their heat to the bulk material 1 1 1 from.
  • the natural gas 60 other combustible gases may be introduced. It is also possible to use flammable gases superheated by the injectors 106 and / or the gas space, or a superheated, reducible gas, such as e.g. To introduce carbon dioxide.
  • the temperature of the bulk material moving bed 1 10 of a temperature below Increased 200 ° C when entering the vertical shaft 100 to a temperature above 200 ° C in the pyrolysis 141.
  • water vapor 70 is introduced via lower insertion lances 108.
  • the steam is used as the cooling gas to cool the moving bed to a temperature above 450 ° C. This lower temperature limit is maintained to preclude undesirable hydration at this point when calcium oxide is used as the non-gasifiable material.
  • water vapor 70 can also be introduced in the upper bulk material zone 14 via the upper insertion lances 106.
  • light oil 30 and / or heavy oil 80 can be introduced into the bulk material moving bed 1 10 through middle insertion lances 107.
  • the amount of synthesis gas and the calorific value of the synthesis gas 130 can be increased.
  • the temperature in the oxidation zone 143 can be controlled so that the oxidation of the carbon-rich pyrolysis residues and the carbon-rich residues from the reduction zone is ensured to the greatest possible extent without oxidative overheating taking place.
  • the water 40 is used as a coolant, which allows the control of the temperature in the oxidation zone 143 by its enthalpy of vaporization and heat absorption, so that a most extensive oxidation of the carbon-rich pyrolysis residues and the carbon-rich residues from the reduction zone 142 are ensured without oxidative overheating taking place.
  • a supply of oxygen-containing gas 90 For complete oxidation of the carbon-rich residues from the pyrolysis zone 141 and the reduction zone 142 in the oxidation zone 143 takes place at the bottom 102 of the vertical shaft 100, a supply of oxygen-containing gas 90.
  • the oxygen-containing gas can be used 50 and / or a gas mixture with a proportion of oxygen become.
  • the supply of oxygen-containing gas 90 via the bottom of the vertical shaft 100 is adjusted so that the oxidation zone 143 and the reduction zone 142 are stoichiometrically oxygenated so that no oxygen is transferred to the central region 104 of the vertical shaft 100.
  • the synthesis gas 130 which forms in the central region 104 from the gas flow flowing parallel to the bulk material moving bed 1 10 in the upper Schüttgutzone 1 14 and the gas stream from the lower Schüttgutzone 1 15, from a gas mixture containing no oxygen.
  • the bulk material moving bed 110 is cooled in the lower bulk zone 15 of the vertical shaft 100 and in particular in the aftercooling zone 144.
  • the supply of oxygen-containing gas 90 and / or air 50 takes place via the underside of the vertical shaft via two separately adjustable partial flows.
  • a cooling gas edge stream 91 is introduced into the aftercooling zone 144 via the outer edge region of the bulk material moving bed 1 10, while a central cooling gas stream 92 is introduced into the region of the center of the bulk material moving bed 1 10 Aftercooling zone 144 is initiated.
  • the process can be supplied as high-carbon substances solid or liquid high boilers 109 on the bulk material.
  • liquid high boilers 109 may be supplied to the process via the upper insertion lances 106, the middle insertion lances 107 and / or the lower insertion lances 108.
  • FIG. 2 shows the vertical shaft furnace 1 with a secondary shaft 210 which is likewise designed in the form of a vertical shaft and through which the synthesis gas formed is conducted in countercurrent to the secondary bulk material moving bed 220.
  • the Supercomachtgut 210 runs a Maucetwanderbett 220 from top to bottom continuously.
  • the Mau frequentlygutwanderbett 220 is fed by a Maucetetti 230 with Maucetmaterial 221 and extends from a top 21 1 of the secondary shaft 210 to a bottom 212 of the secondary shaft 210th
  • the Mau frequentlygutwanderbett 220 consists of a Maucetmaterial 221, preferably a mineral material, preferably from calcium oxide and / or calcium carbonate.
  • the average particle size of Volunteer whogutmaterials 221 is less than the mean grain size of the bulk material 1 1 1.
  • extracted synthesis gas 130 is introduced.
  • the Maucetwanderbett 220 forms with the secondary shaft 210 a radial chamber 213, which is formed over at least a portion of the circumference of Maucetwanderbettes 220.
  • the synthesis gas 130 flows into the secondary bulk material moving bed 220.
  • the synthesis gas 130 flows through the secondary bulk material moving bed 220 in an upper region 214 of the secondary shaft 210 in countercurrent.
  • the synthesis gas 130 is in the upper portion 214 of the secondary shaft 210 from the secondary shaft 210 at a discharge point
  • the use of calcium oxide as Mau frequentlygutmaterial 221 in the Mau frequentlygutwanderbett 220 is advantageous because portions of the synthesis gas 130, the halogens and chlorine in particular, are bound by calcium hydroxide, resulting from the introduction of water 40 or steam 70, for example via Maueinstecklanzen
  • Halogens and, in particular, chlorine are formed, for example, in the oxidation or pyrolysis of polyvinyl chlorides.
  • synthesis gas 130 can be purified by providing calcium oxide as a minor bulk material of sulfur compounds.
  • the Maucetwanderbett 220 also serves to dissipate heat from the synthesis gas 130, which leaves the vertical shaft 100 with the bulk material moving bed 1 10 at the removal point 131 at a temperature of about 600 ° C.
  • the countercurrent which is formed between the running Mau frequentlygutwanderbett 220 and the rising synthesis gas 130, the heat absorption by the Mau oftengutwanderbett 220 can make efficient.
  • the secondary bulk material moving bed 220 is discharged from the secondary shaft 210 via a secondary discharge device 240.
  • the residence time of Maucetwanderbettes 220 can be controlled in the secondary shaft 210.
  • the Supernetgutmaterial 221 discharged through the Mauaus effetsvoriques 240 is fed to the separation device 10, where the Maucetmaterial 221, as well as the bulk material 1 1 1, according to coarse grain 151, center grain 152 and fines 153 is fractionated.
  • the middle grain 152 separated in the separation device 10 can be at least partially added to the secondary bulk material source 230 and, together with the secondary bulk material 221, can form the secondary bulk material moving bed 220.
  • both the fractionated bulk material 1 1 1 of the bulk material moving bed 1 10 of the vertical shaft 100 and the fractionated secondary bulk material 221 of the secondary bulk material moving bed 220 of the secondary shaft 200 in a common fraction form the middle grain 152.
  • a heat exchanger 20 is arranged in the lower region 215 of the secondary shaft 210.
  • the heat exchanger 20 receives the heat of Mauisgutwanderbettes 220, which was discharged through the synthesis gas 130 to the Mau usuallygutwanderbett 220.
  • Natural gas 60, synthesis gas 130, water 40 or steam 70 can be used as the heat exchanger medium 21.
  • the heat exchanger medium 21 is introduced through the upper insertion lances 106 into the bulk material moving bed 110 and discharges the heat there to the bulk material moving bed 110. In this way, the self-gasifiable material 1 13 and the carbon-rich substances 1 12 are warmed or heated to the required pyrolysis temperature.
  • the heat input through the heat exchanger medium 21 contributes to a reduction in the energy requirement in the pyrolysis zone 141 and in the subsequent reduction zone 142 and oxidation zone 143. Furthermore, the quality of the synthesis gas is improved because the dosage of air 50 for the firing may be omitted in whole or in part. As a result, less nitrogen reaches the pyrolysis zone, which reduces the calorific value of the synthesis gas 130.
  • the minor bulk moving bed 220 is preferably cooled by introduction of cold syngas 130 into at the bottom 212 of the secondary shaft 210.
  • the synthesis gas 130 flows through the Mau oftengutwanderbett 220 in countercurrent and meets in a central region 218 of the secondary shaft 210 on the synthesis gas 130, which emerges at the removal point 131 of the vertical shaft 100 and is introduced into the radial chamber 213 of the secondary shaft 210.
  • the synthesis gas 130 derived from the secondary shaft 210 at the discharge point 216 is passed through a synthesis gas heat exchanger, not shown, wherein the synthesis gas 130 is further cooled in this synthesis gas heat exchanger.
  • the heat extracted from the synthesis gas 130 can be supplied to the vertical shaft 100 at the upper insertion lances 106 via a suitable heat medium, which is, for example, water vapor 70, air 50, natural gas 60 or synthesis gas 130.
  • a suitable heat medium which is, for example, water vapor 70, air 50, natural gas 60 or synthesis gas 130.
  • a synthesis gas filtration also not shown, wherein in the synthesis gas 130 contained particulate matter is deposited.
  • the syngas 130 filtered by the particulate matter passes through a second synthesis gas heat exchanger and is fed to a quench circuit wherein the synthesis gas 130 is separated from heavy oil 80, light oil 30 and water 40 in various process steps.
  • the separated heavy oil 80 and / orchtol 30 and / or water 40 can be supplied via the middle Einstecklanzen 107 between the oxidation zone 143 and the reduction zone 142 to the vertical shaft 100.
  • the separated water 40 can also be introduced via the insertion lances 106 into the preheating area 145 of the vertical shaft 100 and / or via the Maueinstecklanzen 217 in the secondary shaft 210.
  • the filtered and freed by condensation of heavy oil 80,chtol 30 and water 40 synthesis gas 130 is available as a fuel for engines, for example for power generation. Furthermore, the synthesis gas 130 recovered in the process may be used thermally, for example as a substitute for fossil fuels or as a material. Especially in the generation of electricity from the synthesis gas 130 heat and engine exhaust gases containing water vapor and carbon dioxide, which can be supplied to the process at suitable locations, preferably via the insertion lances 106, 108.
  • the bulk material moving bed 1 10 as carbon-rich substances 1 12 sewage sludge, for example in compacted form, fed.
  • the process is carried out analogously to the first exemplary embodiment, preferably with the exception that the secondary bulk material 221 discharged through the secondary diverter 240 is compacted and is no longer supplied to the cycle of the secondary bulk material bed 220.
  • the briquetted Mau featuregut- material to enrich the accumulating by the processing of sewage sludge phosphates are also used several times in the bulk material moving bed 100.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a vertical shaft furnace 1 with a secondary shaft 310, which is likewise embodied in the form of a vertical shaft and through which the synthesis gas 130 formed is guided in direct current to the secondary bulk material moving bed 320 and passed therethrough.
  • the vertical shaft 100 corresponds to the vertical shaft 100 according to the embodiments of FIGS. 1 and 2, to which reference will be made at this point.
  • the secondary bulk material moving bed 320 runs continuously from an upper side 31 1 of the secondary shaft 310 to an underside 312 of the secondary shaft 310.
  • the Mau thoroughlygutwanderbett 320 is fed by a Maucetetti 330 with Maucetmaterial 321.
  • the Maucetwanderbett 320 has a Maucetmaterial 321, preferably a mineral material, preferably calcium oxide and / or calcium carbonate.
  • the synthesis gas 130 flows through the Mau—gutwanderbett 320 in cocurrent and is derived in a lower portion 315 of the auxiliary shaft 310 from the secondary shaft 310 at a discharge point 316.
  • the use of calcium carbonate as Mau frequentlygutmaterial 321 in the Mauschuttgutwanderbett 320 designed in the DC advantageous, since in this case a cooling by metering of water 40 or water vapor 70 via spray nozzles 317 can be done directly through the cavity 322 without the Mau usuallygutmaterial 321 is hydrated , As a result, an efficient direct cooling in the secondary bulk moving bed 320 can be realized.
  • the Super oftengutwanderbett 320 is discharged from the secondary shaft 310 via a secondary discharge device 340.
  • the residence time of Maucetwanderbettes 320 in the secondary shaft 310 can be controlled.
  • the Supernetgutmaterial 321 discharged through the Mauaus effetsvoriques 340 is fed to the separation device 10, where the Mau frequentlygutmaterial 321, as well as the bulk material 1 1 1, according to coarse grain 151, center grain 152 and fines 153 is fractionated.
  • the middle grain 152 separated in the separation device 10 can be added at least partially to the secondary bulk material source 330 and, together with the secondary bulk material 321, can form the secondary bulk material moving bed 320.
  • a heat exchanger 20 is arranged, which is analogous to the description of Figure 2 application. Natural gas 60, synthesis gas 130, water 40 or steam 70 can be used as the heat exchanger medium 21.
  • the synthesis gas 130 derived from the secondary shaft 310 in the lower region 315 of the secondary shaft 310 at the discharge point 316 can be further processed and used analogously to the description of FIG.
  • Heat exchange medium 141 pyrolysis zone

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a method for producing synthesis gas (130) from carbon-rich substances (112) in a vertical shaft with a bulk material moving bed (110), wherein a pyrolysis zone (141) and a reduction zone (142) are formed from an oxidation zone (143) in the bulk material moving bed (110) through which the gas flows in order to generate components of the synthesis gas (130), wherein the synthesis gas (130) is withdrawn at a removal point (131) between an upper bulk material zone (114) and a lower bulk material zone (115), and the carbon-rich substances (112) are moved with the bulk material moving bed (110) from the pyrolysis zone (141) in the upper bulk material zone (114), via the central region (104), into the reduction zone (142) and into the oxidation zone (143) in the lower bulk material zone (115) of the bulk material moving bed (110), wherein there is a co-current flowing through the upper bulk material zone (114) and a counter-current flowing through the lower bulk material zone (115).

Description

HERSTELLUNG VON SYNTHESEGAS AUS KOHLENSTOFFREICHEN SUBSTANZEN MITTELS EINES KOMBINIERTES GLEICHSTROM-GEGENSTROM VERFAHRENS  PREPARATION OF SYNTHESEGAS FROM CARBONATED SUBSTANCES BY MEANS OF A COMBINED DC-CURRENT PROCEDURE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffreichen Substanzen unter Verwendung eines Vertikalschachtofens mit einem Schüttgutwanderbett gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Vertikalschachtofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 38 bis 44. Außerdem betrifft die Erfindung gemäß den Ansprüchen 45 und 46 die Verwendung des mittels des Verfahrens hergestellten Synthesegases. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas sind bekannt und werden in Gegenstromvergasern oder in mehrstufigen Vergasern durchgeführt. The invention relates to a process for the production of synthesis gas from carbon-rich substances using a vertical shaft furnace with a bulk material moving bed according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method according to claims 38 to 44. Furthermore, the invention relates to the claims 45 and 46 the use of the synthesis gas produced by the method. Processes for the production of synthesis gas are known and are carried out in countercurrent gasifiers or in multistage gasifiers.
DE 10 2007 062 414 A1 beschreibt einen Gegenstromvergaser zur Vergasung von kohlenstoffreichen Substanzen, wobei der Gegenstromvergaser ein Wanderbett aus einem Material auf- weist, das nicht an der Zersetzung bzw. Vergasung der kohlenstoffreichen Substanz teilnimmt und auch selbst nicht zersetzt oder vergast wird. Nachteilhaft an diesem Gegenstromverfahren ist, dass das erzeugte Synthesegas am Reaktoraustritt eine vergleichsweise niedrige Temperatur von weniger als 600 °C aufweist und deshalb aufgrund unvollständiger thermischer Spaltung noch unerwünschte langkettige Kohlenwasserstoffe enthält, die in einer Nachvergasungsanlage sowohl unter technischen Gesichtspunkten, als auch unter energetischen Gesichtspunkten aufwendig nachbehandelt werden müssen. Nur durch die Nachbehandlung lässt sich deren Anteil in dem Synthesegas reduzieren. DE 10 2007 062 414 A1 describes a countercurrent gasifier for the gasification of carbon-rich substances, wherein the countercurrent gasifier has a moving bed of a material which does not participate in the decomposition or gasification of the carbon-rich substance and is itself not decomposed or gasified. A disadvantage of this countercurrent process is that the synthesis gas produced at the reactor outlet has a comparatively low temperature of less than 600 ° C and therefore due to incomplete thermal cleavage still contains undesirable long-chain hydrocarbons, which in a Nachvergasungsanlage both from a technical point of view, as well as from an energetic point of view consuming have to be treated. Only by the aftertreatment can their proportion in the synthesis gas be reduced.
Zudem ist die Strömungsgeschwindigkeit des Synthesegases, das prinzipbedingt an einem oberen Ende der Gegenstromvergaser entnommen wird, sehr hoch, weil die gesamte erzeugte Synthesegasmenge verfahrensbedingt durch die im oberen Schachtbereich befindliche Pyrolysezone geleitet wird. Durch diese Strömungsgeschwindigkeit besteht die Gefahr, dass Kunststoffe durch den Gegenstrom bereits an dem oberen Ende des Gegenstromvergasers mit dem austretenden Synthesegas mitgerissen werden, bevor diese in die Schüttung des Wanderbetts eintreten können. Dadurch kann es zu unkontrollierter Pyrolyse von Kunststoffpartikeln im Roh- gassystem und in nachgeschalteten Anlagenteilen kommen, wodurch nur unzureichend gespaltene Kunststoffpartikel zu Klumpen verbacken. Weiterhin besteht für ein im Kreislauf verwendetes Wanderbett die Gefahr, dass das Wanderbett dem Gegenstromvergaser mit einer zu hohen Temperatur zugeführt wird. Auf diese Weise besteht ein Zielkonflikt zwischen einem energieeffizienten Betrieb und der Möglichkeit auch Kunststoffe in dem Verfahren verwenden zu können, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben. In addition, the flow rate of the synthesis gas, which is taken in principle at an upper end of the countercurrent gasifier, very high because the entire amount of synthesis gas generated process is passed through the pyrolysis zone located in the upper shaft area. Due to this flow velocity, there is a risk that plastics will be entrained by the counterflow already at the upper end of the countercurrent gasifier with the exiting synthesis gas before they can enter the bed of the moving bed. This may result in uncontrolled pyrolysis of plastic particles in the raw gas system and in downstream plant components, as a result of which only insufficiently split plastic particles will cake into lumps. Furthermore, there is the risk for a moving bed used in the cycle that the moving bed is fed to the countercurrent gasifier at too high a temperature. In this way, there is a trade-off between energy-efficient operation and the ability to also use plastics in the process that have a low melting point.
DE 10 2012 014 161 A1 beschreibt ein Verfahren mit zwei vertikalen Prozessräumen, in denen eine, in einem von oben nach unten verlaufenden Wanderbett befindliche, kohlenstoffreiche Substanz im Gegenstrom mit sauerstoffhaltigem Gas vergast wird und in einer zweiten Stufe in einem zweiten vertikalen Prozessraum mittels sauerstoffhaltigem Gas nachvergast wird. Hierbei strömt das vorvergaste, in dem ersten vertikalen Prozessraum entstandene, Synthesegas an der Oberseite des ersten vertikalen Prozessraums aus. Anschließend strömt das Synthesegas an der Oberseite des zweiten vertikalen Prozessraums ein, durchströmt den zweiten vertikalen Prozessraum und wird im unteren Bereich des zweiten vertikalen Prozessraums abgezogen. Auch bei diesem Verfahren besteht im Prozessraum, der im Gegenstrom betrieben wird das Problem, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Synthesegases, das prinzipbedingt an einem oberen Ende des Prozessraums entnommen wird, sehr hoch ist, weil die gesamte erzeugte Synthesegasmenge verfahrensbedingt durch die im oberen Schachtbereich befindliche Pyroly- sezone geleitet wird. Dadurch entsteht ein sehr hoher Druckverlust, der die Durchführung des Verfahrens erschwert. Ein Nachteil der Nachvergasung mittels sauerstoffhaltigem Gas während des Durchströmens des zweiten Prozessraums besteht darin, dass durch die Nachoxidation die Energieeffizienz des Verfahrens und gleichzeitig die Qualität sowie der Heizwert des Synthesegases negativ beeinflusst werden. Für die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Synthesegas bereitzustellen, mit dem eine hohe Gasqualität erzielt wird und außerdem sowohl der Energieeinsatz, als auch der technische Aufwand geringgehalten wird. DE 10 2012 014 161 A1 describes a method with two vertical process spaces, in which a carbon-rich substance located in a moving from top to bottom moving carbonaceous substance is gasified in countercurrent with oxygen-containing gas and in a second stage in a second vertical process chamber by means of oxygen-containing gas is vergvergast. In this case, the precompressed, formed in the first vertical process space, synthesis gas flows out at the top of the first vertical process space. Subsequently, the synthesis gas flows in at the top of the second vertical process space, flows through the second vertical process space and is drawn off in the lower area of the second vertical process space. In this process, too, there is the problem in the process space, which is operated countercurrently, that the flow rate of the synthesis gas, which is principally taken off at an upper end of the process space, is very high, because the entire amount of synthesis gas produced is due to the pyrolytes in the upper shaft area - sezone is passed. This results in a very high pressure loss, which complicates the implementation of the method. A disadvantage of the gasification by means of oxygen-containing gas during the flow through the second process chamber is that the post-oxidation energy efficiency of the process and at the same time the quality and the calorific value of the synthesis gas are adversely affected. For the present invention, therefore, the task has been posed to provide an improved process for the production of synthesis gas, with which a high gas quality is achieved and also both the energy use, as well as the technical complexity is kept low.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Aus- gestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 37. Der Anspruch 38 betrifft einen Vertikalschachtofen zur Durchführung des Verfahrens mit Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 39 bis 44. Die Verwendung des Synthesegases ist Gegenstand des Anspruchs 45, wobei Anspruch 46 eine Ausgestaltung der Verwendung angibt. Main features of the invention are specified in the characterizing part of claim 1. Embodiments are the subject of claims 2 to 37. The claim 38 relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method with embodiments according to claims 39 to 44. The use of the synthesis gas is the subject of claim 45, wherein claim 46 indicates an embodiment of the use.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus kohlenstoffreichen Substanzen, wobei ein Schüttgutwanderbett aus einem Schüttgutmaterial besteht, das sich aus den kohlenstoffreichen Substanzen und einem selbst nicht vergasbaren Material zusammensetzt und wobei das Schüttgutwanderbett in einem Vertikalschacht eines Vertikalschachtofens kontinuierlich oder in Intervallen von oben nach unten wandert und von Gas durchströmt wird, wobei das selbst nicht vergasbare Material und Rückstände der kohlenstoffreichen Substanzen an der Unterseite des Vertikalschachts ausgeleitet werden, wobei in dem von dem Gas durchströmten Schüttgutwanderbett zur Erzeugung von Bestandteilen des Synthesegases wenigstens eine Pyrolysezone und eine Reduktionszone ausgebildet werden, in welcher Reaktionsprodukte aus einer ebenfalls in dem Schüttgutwanderbett ausgebildeten Oxidationszone reduziert werden, wobei das Synthesegas in einem mittleren Bereich des Vertikalschachts an einer Ent- nahmesteile zwischen einer oberen Schüttgutzone und einer unteren Schüttgutzone abgezogen wird und die kohlenstoffreichen Substanzen wenigstens teilweise mit dem Schüttgutwanderbett von der Pyrolysezone in der oberen Schüttgutzone über den mittleren Bereich in die Redukti- onszone und in die Oxidationszone in der unteren Schüttgutzone des Schüttgutwanderbetts bewegt werden, wobei ein Anteil des Synthesegases in einer in der oberen Schüttgutzone ausgebildeten Pyrolysezone des Schüttgutwanderbetts erzeugt wird und ein weiterer Anteil des Synthesegases in einer Reduktionszone in der unteren Schüttgutzone erzeugt wird und die obere Schüttgutzone im Gleichstrom und die untere Schüttgutzone im Gegenstrom durchströmt wird. The invention relates to a process for the production of synthesis gas from carbon-rich substances, wherein a bulk material moving bed consists of a bulk material, which is composed of the carbon-rich substances and a self-gasification material and wherein the bulk material moving bed in a vertical shaft of a vertical shaft furnace continuously or at intervals from above travels below and is traversed by gas, wherein the self-gasifying material and residues of the carbon-rich substances are discharged at the bottom of the vertical shaft, wherein formed in the flowed through by the gas bulk material moving bed to produce components of the synthesis gas at least one pyrolysis zone and a reduction zone in which reaction products are reduced from an oxidation zone which is likewise formed in the bulk material moving bed, the synthesis gas being conveyed in an intermediate region of the vertical shaft at an E The carbon-rich substances are at least partially removed with the bulk material moving bed from the pyrolysis zone in the upper bulk goods zone over the central area into the reductant zone, between the upper bulk material zone and a lower bulk material zone. a portion of the synthesis gas is generated in a formed in the upper Schüttgutzone pyrolysis of the bulk material moving bed and another portion of the synthesis gas is generated in a reduction zone in the lower Schüttgutzone and the upper Schüttgutzone in the DC and the lower Schüttgutzone is flowed through in countercurrent.
Das Vorsehen der oberen Schüttgutzone und der unteren Schüttgutzone und der Entnahme des Synthesegases in dem mittleren Bereich zwischen der oberen Schüttgutzone und der unteren Schüttgutzone ist vorteilhaft, da auf diese Weise zumindest zwei Prozesszonen ausbildbar sind, in denen die mit dem Schüttgut von der oberen zur unteren Schüttgutzone verlaufenden kohlenstoffreichen Substanzen verarbeitbar sind. Hierbei ergibt sich ein weiterer Vorteil, dass Synthesegase, die in der Pyrolysezone entstehen, direkt zur Entnahmestelle leitbar sind. Gleiches gilt für die in der Reduktionszone gebildeten Synthesegase. In besonders vorteilhafter Weise wird dadurch verhindert, dass die Synthesegase mit den kohlenstoffreichen Substanzen in Kontakt kommen, die noch keine der Prozesszonen durchlaufen haben. Somit ist eine unvoll- ständige Pyrolyse der kohlenstoffreichen Substanzen am Schachteintritt durch heiße Synthesegase wirksam verhindert. In Hinblick auf die Qualität des Synthesegases ist das besonders vorteilhaft, da sich das Synthesegas durch diese Anordnung der Schüttgutzonen, der Entnahmestelle in dem mittleren Bereich und der sich dadurch ausbildenden Gasströme im Wesentlichen aus den Produkten der weitgehend vollständigen Pyrolyse und der Reduktion zusammensetzt. Die Oxidation erfolgt außerdem bevorzugt auf einem Energieniveau, das nicht ausreicht, um das selbst nicht vergasbare Material zu schmelzen oder zu zersetzen. Das selbst nicht vergasbare Material hat die Aufgabe als Transportmaterial zu wirken, durch sein Lückenvolumen für eine homogene Gasdurchlässigkeit zu sorgen und Wärme zwischen den Prozesszonen zu transportieren. Je nach Ausgangsmaterial kann vorzugsweise kompaktiertes, insbesondere pel- letiertes Material als kohlenstoffreiches Material verwendet werden. Bei solch einem kompak- tierten, insbesondere pelletierten Material bildet ein Kunststoff und ein mineralischer Bestandteil ein Eutektikum. Ein derartiges pelletiertes Material wandert aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität mit dem selbst nicht vergasbaren Material intakt in die Oxidationszone. Somit wird das Lückenvolumen im Schüttgutwanderbett weitestgehend erhalten. Je nach Wahl der minerali- sehen Bestandteile werden aus dem kompaktierten, insbesondere pelletierten Material keine oder nur noch sehr geringe Mengen an Schadstoffen freigesetzt, sodass das kompaktierte, insbesondere pelletierte Material weitestgehend unbehandelt bzw. unbearbeitet in dem Prozess verwendet werden kann. Darüber hinaus kann das selbst nicht vergasbare Material durch hohe Scherkräfte in dem Schüttgutwanderbett eine Zerkleinerungsfunktion für die kohlenstoffreichen Substanzen übernehmen. Außerdem ist durch die Wahl eines geeigneten selbst nicht vergasbaren Materials möglich, bestimmte Schadstoffe aus dem Synthesegas zu binden. The provision of the upper Schüttgutzone and the lower Schüttgutzone and the removal of the synthesis gas in the central region between the upper Schüttgutzone and the lower Schüttgutzone is advantageous, since in this way at least two process zones can be formed, in which the bulk of the upper to lower Schüttgutzone extending carbon-rich substances are processable. This results in a further advantage that synthesis gases which arise in the pyrolysis zone can be conducted directly to the extraction point. The same applies to the synthesis gases formed in the reduction zone. In a particularly advantageous manner, this prevents the synthesis gases from coming into contact with the carbon-rich substances which have not yet passed through any of the process zones. Thus, incomplete pyrolysis of the carbon-rich substances at the shaft entrance is effectively prevented by hot synthesis gas. With regard to the quality of the synthesis gas, this is particularly advantageous, since the synthesis gas is essentially composed of the products of the substantially complete pyrolysis and the reduction by this arrangement of the bulk material zones, the removal point in the middle region and the gas streams forming thereby. The oxidation is also preferably at an energy level that is insufficient to melt or decompose the self-gasifiable material. The self-gasifiable material has the task of acting as a transport material to provide through its gap volume for a homogeneous gas permeability and to transport heat between the process zones. Depending on the starting material, it is preferable to use compacted, in particular pelleted, material as the carbon-rich material. In such a compacted, especially pelletized material, a plastic and a mineral constituent form a eutectic. Such a pelleted material migrates intact into the oxidation zone due to its high thermal stability with the self-non-gasifiable material. Thus, the void volume in the bulk material moving bed is largely retained. Depending on the choice of mineral constituents, no or only very small amounts of pollutants are released from the compacted, in particular pelletized material, so that the compacted, in particular pelletized, material can be used largely untreated or unprocessed in the process. In addition, the material which can not be gasified by itself can be comminuted by high shear forces in the bulk material moving bed Take over substances. In addition, by choosing a suitable material that can not be gasified, it is possible to bind certain pollutants out of the synthesis gas.
Es ist vorgesehen, dass ein Anteil des Synthesegases in einer in der oberen Schüttgutzone ausgebildeten Pyrolysezone des Schüttgutwanderbetts erzeugt wird und ein weiterer Anteil des Synthesegases in einer Reduktionszone in der unteren Schüttgutzone erzeugt wird. It is envisaged that a portion of the synthesis gas is generated in a pyrolysis zone of the bulk material moving bed formed in the upper bulk material zone, and a further portion of the synthesis gas is generated in a reduction zone in the lower bulk material zone.
Durch das anteilsweise Erzeugen von Synthesegas in einer im oberen Bereich des Schüttgutwanderbetts befindlichen Pyrolysezone und in einer Reduktionszone, welche sich im unteren Bereich des Schüttgutwanderbetts befindet, sind zwei Prozesse in vorteilhafter Weise getrennt voneinander einstellbar, um ein qualitativ hochwertiges Synthesegas herzustellen. Das Synthe- segas kann anteilsweise sowohl in Hinsicht auf die Art der Komponenten, als auch in Hinsicht auf die Mengenverhältnisse innerhalb des Synthesegases in dem oberen Bereich und in dem unteren Bereich unterschiedlich sein. In der Reduktionszone wird vorzugsweise in der Pyrolysezone entstehender Koks zu der Reduktion von in der Oxidationszone entstehendem Kohlenstoffdioxid genutzt (Boudouard-Gleichgewicht). Die für diese Reaktion notwendige Wärmeener- gie wird von der in dem Vertikalschacht unter der Reduktionszone liegenden Oxidationszone bereitgestellt. Bei der Reduktion entsteht vorteilhafterweise Kohlenstoffmonoxid, welches als Energieträger zu dem Heizwert des Synthesegases, bzw. als chemische Komponente im Falle einer stofflichen Verwertung des Synthesegases beiträgt. By the partial production of synthesis gas in a pyrolysis zone situated in the upper region of the bulk material moving bed and in a reduction zone which is located in the lower region of the bulk material moving bed, two processes can advantageously be adjusted separately from one another in order to produce a high-quality synthesis gas. The synthesis gas may be partially different both in terms of the nature of the components as well as in terms of the proportions within the synthesis gas in the upper region and in the lower region. In the reduction zone, coke formed in the pyrolysis zone is preferably used for the reduction of carbon dioxide produced in the oxidation zone (Boudouard equilibrium). The heat energy necessary for this reaction is provided by the oxidation zone located in the vertical shaft below the reduction zone. In the reduction, carbon monoxide is advantageously formed, which contributes as an energy carrier to the heating value of the synthesis gas, or as a chemical component in the case of a material utilization of the synthesis gas.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die obere Schüttgutzone im Gleichstrom und die untere Schütt- gutzone im Gegenstrom durchströmt wird. Furthermore, it is provided that the upper bulk material zone is flowed through in direct current and the lower bulk material zone in countercurrent flow.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Synthesegas im oberen Bereich nicht entgegen der Richtung des Schüttgutwanderbetts strömt. Dadurch werden obere Bereiche des Schüttgutwanderbetts, die eine im Vergleich zu den in der in Richtung des Verlaufs des Schüttgutwanderbetts weiter unten liegenden Pyrolysezone vorherrschenden Temperaturen eine vergleichsweise ge- ringe Temperatur aufweisen, nicht durch die heißen, in der Pyrolysezone entstandenen, Synthesegase durchströmt. Der Gleichstrom im oberen Bereich hat weiterhin den Vorteil, dass die heißen, in der Pyrolysezone erzeugten, Synthesegase nur mit den Produkten der Pyrolyse der kohlenstoffreichen Substanzen in Kontakt kommen und wesentlich höhere Gastemperaturen erreicht werden als dies im Gegenstromprinzip der Fall ist. Somit lässt sich eine unvollständige thermische Spaltung der Pyrolyseedukte und damit verbundene Bildung von Ölen und Teeren weitestgehend vermeiden. Sofern eine Teilspaltung trotzdem auftritt werden die Pyrolyseprodukte nicht direkt abgezogen, sondern durchlaufen weitere noch heißere Prozessstufen, in denen die thermische Spaltung von Ölen und Teeren sicher gestellt wird. This results in the advantage that the synthesis gas in the upper region does not flow counter to the direction of the bulk material moving bed. As a result, upper regions of the bulk material moving bed, which have a comparatively low temperature in comparison with the temperatures prevailing in the direction of the course of the bulk material moving bed, are not flowed through by the hot synthesis gases produced in the pyrolysis zone. The direct current in the upper region also has the advantage that the hot, produced in the pyrolysis, synthesis gases come into contact only with the products of the pyrolysis of high-carbon substances and significantly higher gas temperatures are achieved than is the case in the countercurrent principle. Thus, an incomplete thermal cleavage of the pyrolysis and associated formation of oils and tars can be avoid as far as possible. If a partial fission still occurs, the pyrolysis products are not directly deducted, but go through even hotter process stages, in which the thermal decomposition of oils and tars is ensured.
Vorzugseise ist vorgesehen, dass das selbst nicht vergasbare Material einen Gewichtsanteil von mindestens 20 % am gesamten Schüttgutmaterial vor der Aufwärmung in der oberenVorzugseise is provided that the self-gasifier material a weight of at least 20% of the total bulk material before warming in the upper
Schüttgutzone aufweist und in der oberen Schüttgutzone von aufgeheiztem Gas auf eine Eigentemperatur von mindestens 350 °C aufgeheizt wird. Dadurch wird ein Energiepuffer bereitgestellt, um die endotherme Pyrolysereaktion zu kompensieren und eine vollständige thermische Spaltung der kohlenstoffreichen Substanzen sicher zu stellen. Has bulk solids and is heated in the upper Schüttgutzone of heated gas to a temperature of at least 350 ° C. This provides an energy buffer to compensate for the endothermic pyrolysis reaction and to ensure complete thermal cleavage of the carbonaceous substances.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Verfahren, wenn die kohlenstoffreiche Substanz und das selbst nicht vergasbare Material mittels eines oder mehrerer rotierender Systeme, vorzugsweise durch parallele Befüllung eines Drehkübels und/oder über gemeinsame und/oder parallele Dosierung über eine oder mehrere rotierender Schurren vor und/oder nach Eintritt in den Vertikalschacht miteinander vermischt werden. Eine solche Vermischung kann beispielsweise mit einem Drehkübel, der während seiner Eigenrotation parallel mit den beiden verschiedenen Materialen befüllt wird besonders wirkungsvoll erreicht werden. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass sich dabei sowohl die unterschiedlichen Bestandteile des Schüttgutmaterials statistisch homogen im Schüttgutmaterial verteilen, als weiterhin auch eine homogene Verteilung von unterschiedlich großen Partikel innerhalb im Schüttgutmaterial erreicht wird. Der Drehkübel wird vorzugsweise mit einem Kübelaufzug nach oben zum Aufgabebereich des Vertikalschachtofens befördert. Der Kübel kann anschließend dem oberen Ende des Vertikalschachts zugeführt werden, wo anschließend der Inhalt des Kübels in den Vertikalschacht aufgegeben wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Kübelinhalt sich nicht während des Aufgebens entmischt bzw. sortiert oder fraktioniert. Weiterhin ist bei dieser Art der Zuführung von Vorteil, dass die Zusammensetzung des Kübelinhalts je Kübel änderbar ist. Dadurch lässt sich der Prozess über das über die Kübel zugegebene Material steuern. The method is particularly advantageous if the carbon-rich substance and the material which can not be gasified by means of one or more rotating systems, preferably by parallel filling of a rotary bucket and / or via common and / or parallel dosing over one or more rotating chutes before and / or are mixed together after entering the vertical shaft. Such mixing can be achieved particularly effectively, for example, with a rotary bucket, which is filled in parallel with the two different materials during its own rotation. It is particularly advantageous that both the different components of the bulk material statistically distributed homogeneously in the bulk material, as well as a homogeneous distribution of different sized particles within the bulk material is achieved. The swivel bucket is preferably conveyed with a bucket elevator up to the task area of the vertical shaft furnace. The bucket can then be supplied to the upper end of the vertical shaft, where then the contents of the bucket is placed in the vertical shaft. In this way, it can be ensured that the contents of the container do not segregate or sort or fractionate during abandonment. Furthermore, with this type of feed, it is advantageous that the composition of the bucket contents per bucket can be changed. This allows the process to be controlled via the material added via the bucket.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die kohlenstoffreiche Substanz und das selbst nicht vergasbare Material einzeln in abwechselnden Intervallen in den Vertikalschacht eingeleitet werden und sich dadurch eine schichtweise Anordnung der Materia- lien im Schüttgutwanderbett ergibt, bevor dieses von oben nach unten durch den Vertikalschacht wandert. Bei diesem Vorgehen kann auf die Vermischung der beiden Materialien verzichtet werden. Im Vertikalschacht bildet sich zwar eine schichtweise und damit inhomogene Anordnung aus, jedoch können die Schichthöhen sehr niedrig gehalten werden. Dadurch ergibt sich über die in Relation sehr hohe Ausdehnung des Schüttgutwanderbetts quasi eine für das Verfahren geeignete und ausreichende Homogenität, die eine gute Umsetzung der im Vertikalschacht wichtigen chemischen und thermischen Prozesse erlaubt. A further preferred embodiment of the method provides that the carbon-rich substance and the self-gasifiable material are introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft and thereby results in a layered arrangement of the materials in the bulk material moving bed, before this from top to bottom through the Vertical shaft moves. In this procedure can be dispensed with the mixing of the two materials. Although a layered and thus inhomogeneous arrangement is formed in the vertical shaft, the layer heights can be kept very low. This results about the in relation very high extent of the bulk material moving bed quasi a suitable and sufficient homogeneity for the process, which allows a good implementation of the vertical shaft important chemical and thermal processes.
Bevorzugt ist eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens, bei der die Einleitung der kohlenstoff- reichen Substanz und des selbst nicht vergasbaren Materials in den Vertikalschacht einzeln und/oder als Mischung über einen bewegten oder statischen Feststoffverteiler erfolgt, über den eine gezielte Verteilung der Materialien in Abhängigkeit ihrer unterschiedlichen Korngrößen im Schüttgutwanderbett ermöglicht wird. Eine solche Verteilungssteuerung ist dann vorteilhaft, wenn eines oder beide der eingeleiteten Materialien unterschiedliche Korngrößen aufweisen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, durch die gezielte Einstellung von Schüttwinkeln auf die Verteilung von in dem Schüttgutwanderbett enthaltenen Grob- und Feinguts Einfluss zu nehmen. Dies geschieht durch Ausnutzung von unterschiedlichen Fallparabeln, die sich in Abhängigkeit der Partikelgewichte ergeben. So ist es beispielsweise von Vorteil, feinkörnige Materialien im unmittelbaren Randbereich des Vertikalschachts anzureichern, um einer dort üblicherweise erhöhten Randgängigkeit der Gasphase aufgrund der spezifisch größeren Lückenvolumina im Wandungsbereich entgegenzuwirken. Preference is given to a further embodiment of the method in which the introduction of the carbon-rich substance and the self-gasified material in the vertical shaft individually and / or as a mixture via a moving or static solids distribution, via a targeted distribution of materials depending on their different grain sizes in the bulk material moving bed is made possible. Such a distribution control is advantageous if one or both of the materials introduced have different particle sizes. In this case, it is advantageous to influence the distribution of coarse and fine material contained in the bulk material moving bed by the selective adjustment of angle of repose. This is done by exploiting different case parabolas which result depending on the particle weights. Thus, it is advantageous, for example, to enrich fine-grained materials in the immediate edge region of the vertical shaft in order to counteract a marginal tendency of the gas phase usually increased there due to the specifically larger gap volumes in the wall region.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren gestaltet werden, wenn ein innerer Durchmesser am unteren Ende der oberen Schüttgutzone kleiner ist, als ein innerer Durchmesser am oberen Ende der unteren Schüttgutzone. Dadurch wird den unterschiedlichen Synthesegasmengen Rechnung getragen. In der oberen Schüttgutzone wird eine geringere Synthesegasmenge durch Pyrolyse gebildet, als durch die Vergasungsreaktionen in der Oxidations- und Reduktionszone in der unteren Schüttgutzone. Durch Anpassung der inneren Durchmesser können die Druckverluste auch bei unterschiedlichen Gaserzeugungsmengen in der oberen und unteren Schüttgutzone niedrig gehalten werden. Dadurch kann überhöhtem Mitriss von Partikeln im mittleren Bereich des Vertikalschachts an der Entnahmestelle entgegengewirkt werden. Particularly advantageously, the method can be designed when an inner diameter at the lower end of the upper Schüttgutzone is smaller than an inner diameter at the upper end of the lower Schüttgutzone. This takes into account the different amounts of synthesis gas. In the upper bulk zone a lower amount of syngas is formed by pyrolysis than by the gasification reactions in the oxidation zone and the reduction zone in the lower bulk zone. By adjusting the inner diameters, the pressure losses can be kept low, even with different gas generation quantities in the upper and lower Schüttgutzone. This can be counteracted excessive Mitriss of particles in the central region of the vertical shaft at the sampling point.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass das der Vertikalschacht im Bereich der oberen Schüttgutzone und/oder im Bereich der unteren Schüttgutzone ganz oder teilweise konisch ausgebildet ist, wobei ein innerer Durchmesser in den konischen Bereichen von oben nach unten zunimmt. Mit einer konischen Ausbildung des Verti- kalschachts, die eine von oben nach unten zunehmende Vergrößerung des inneren Durchmessers des Vertikalschachts vorsieht, wird den von oben nach unten bis zur Oxidationszone stetig steigenden Prozesstemperaturen Rechnung getragen, mit der eine Ausdehnung der Feststoffpartikel des Schüttgutmaterials einhergeht. Daraus möglicherweise resultierende Verkantungen oder gar Brückenbildungen, die zu einer inhomogenen und unkontrollierten Wanderung des Schüttgutwanderbetts führen können, wird mit der konischen Ausgestaltung des Vertikalschachts entgegengewirkt. A further preferred embodiment of the method is that the vertical shaft in the region of the upper Schüttgutzone and / or in the region of the lower Schüttgutzone is completely or partially conical, with an inner diameter increases in the conical regions from top to bottom. With a conical design of the vertical shaft, which provides an increase in the inner diameter of the vertical shaft increasing from top to bottom, account is taken of the process temperatures rising continuously from top to bottom to the oxidation zone, which is accompanied by an expansion of the solid particles of the bulk material. From this possibly resulting tilting or even bridge formations, which can lead to an inhomogeneous and uncontrolled migration of the bulk material moving bed, is counteracted by the conical configuration of the vertical shaft.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass in dem mittleren Bereich des Vertikalschachts wenigstens über einen Teil des Umfanges des Schüttgutwanderbettes eine oder mehrere radiale Mischkammerausgebildet ist, in welcher die Anteile des Synthesegases aus der unteren Schüttgutzone mit den Anteilen des Synthesegases aus der oberen Schüttgutzone vermischt werden. A preferred development provides that in the central region of the vertical shaft at least over part of the circumference of the bulk material moving bed one or more radial mixing chamber is formed, in which the proportions of the synthesis gas from the lower Schüttgutzone be mixed with the shares of the synthesis gas from the upper Schüttgutzone.
Durch das Vorsehen einer oder mehrerer Mischkammern lassen sich die Anteile des Synthese- gases, die aus dem unteren Bereich des Schüttgutwanderbetts stammen und verfahrensbedingt eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweisen in besonders vorteilhafter Weise mit den Anteilen des Synthesegases, die aus dem oberen Bereich des Schüttgutwanderbetts stammen, und verfahrensbedingt eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweisen, vermischen. So ergibt sich weiterhin ein vorteilhaft homogenes Synthesegas mit einer für die vollständige ther- mische Spaltung ausreichend hohen Mischtemperatur. By providing one or more mixing chambers, the proportions of the synthesis gas, which originate from the lower region of the bulk material moving bed and, due to the process, have a comparatively high temperature can be mixed with the proportions of the synthesis gas originating from the upper region of the bulk material migrating bed in a particularly advantageous manner. and due to the process have a comparatively low temperature, mix. Thus, furthermore, an advantageously homogeneous synthesis gas results with a sufficiently high mixing temperature for the complete thermal cleavage.
Besonders vorteilhaft können die Mischkammern durch eine oder mehrere Abböschungen des Schüttgutwanderbetts erzeugt werden, wobei das Schüttgutwanderbett im mittleren Bereich des Vertikalschachts zur Gewährleistung eines für die Erzeugung der Abböschungen notwendigen Fließbettverhaltens zur Ausbildung eines geeigneten Böschungswinkels mindestens 50 % Ge- wichtsanteil des selbst nicht vergasbaren Materials enthält. Particularly advantageously, the mixing chambers can be produced by one or more breaks in the bulk material moving bed, wherein the bulk material moving bed in the central region of the vertical shaft contains at least 50% by weight of the material itself, which can not be gasified, in order to ensure a fluidized bed behavior necessary for producing the excavations to form a suitable angle of repose ,
Solche Abböschungen erzeugen eine vergrößerte Ausströmfläche, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit beim Austritt des Synthesegases vergleichsweise niedrig gehalten wird. Auf diese Weise wird einem Mitriss von Feststoffpartikeln entgegengewirkt. Weiterhin wird durch die Bewegung der Abböschungen mit dem Gesamtfluss des Schüttgutwanderbetts von oben nach un- ten verhindert, dass sich die Ausströmfläche mit Staubpartikeln zusetzt bzw. asymmetrisch blockiert wird. Such quenching creates an increased outflow area, whereby the flow rate at the exit of the synthesis gas is kept relatively low. In this way, an entrainment of solid particles is counteracted. Furthermore, the movement of the slopes with the total flow of the bulk material moving bed from the top to the bottom prevents the outflow surface from becoming clogged with dust particles or being blocked asymmetrically.
Besonders bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass die Temperatur des Synthesegases an der Entnahmestelle zwischen 600 °C und 1300 °C beträgt. Die Temperatur des Synthesegases wird so eingestellt, dass eine unvollständige Pyrolyse der kohlenstoffreichen Substanzen vorteilhafterweise wirksam verhindert wird. Sofern die Temperatur oberhalb der unteren Grenze des angegebenen Bereichs gehalten wird, werden kohlenstoffreiche Substanzen weitestgehend vollständig pyrolysiert. Dies wird insbesondere dadurch ge- währleistet, dass das vergleichsweise heiße Synthesegas aus der unteren Schüttgutzone durch Vermischung mit dem vergleichsweise kälteren Synthesegas aus der oberen Schüttgutzone eine Mischtemperatur ausbildet, die ausreichend hoch ist, um eine vollständige thermische Spaltung von längerkettigen Bestandteilen, wie Öle oder Teere, im Synthesegas sicher zu stellen. Bevorzugt liegt das Masseverhältnis zwischen den kohlenstoffreichen Substanzen und dem nicht vergasbaren Material, z.B. einem Kalkmaterial, im Bereich von 4:1 bis 1 :2. Durch dieses Masseverhältnis ist gewährleistet, dass die Prozesse in den Prozesszonen hinsichtlich des durch das Schüttgutwanderbett erfolgenden Wärmetransports und der für die endothermen Reaktionen benötigte Wärme ideal ablaufen. Der Wärmebedarf bzw. die in den Prozesszonen frei- werdende Wärme und deren Übergang zwischen den verschiedenen Zonen hängt nämlich auch von dem Masseverhältnis zwischen den kohlenstoffreichen Substanzen und dem nicht vergasbaren Material ab. Particularly preferably, it is provided that the temperature of the synthesis gas at the removal point is between 600 ° C and 1300 ° C. The temperature of the synthesis gas is adjusted so that an incomplete pyrolysis of the carbon-rich substances is advantageously effectively prevented. If the temperature is kept above the lower limit of the specified range, carbon-rich substances are largely completely pyrolyzed. This is ensured, in particular, by the comparatively hot synthesis gas from the lower bulk solids zone, by mixing with the comparatively colder synthesis gas from the upper bulk solids zone, forming a mixing temperature which is sufficiently high to ensure complete thermal decomposition of relatively long-chain constituents, such as oils or tars to ensure in the synthesis gas. Preferably, the mass ratio between the carbon-rich substances and the non-gasifiable material, eg a lime material, is in the range of 4: 1 to 1: 2. This mass ratio ensures that the processes in the process zones are ideal with regard to the transport of heat through the bulk material moving bed and the heat required for the endothermic reactions. The heat demand or the heat released in the process zones and their transition between the different zones also depends on the mass ratio between the carbon-rich substances and the non-gasifiable material.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass das selbst nicht vergasbare Material des Schüttgutwanderbettes das Kalkmaterial in einem Anteil von 10 % bis 100 % enthält, wobei das Kalkmaterial vorzugsweise aus Branntkalk und/oder Kalkstein besteht. A particularly expedient embodiment provides that the self-gasifiable material of the bulk material moving bed contains the lime material in a proportion of 10% to 100%, wherein the lime material preferably consists of quicklime and / or limestone.
Kalkmaterialien und insbesondere Branntkalk haben einen positiven Einfluss auf den Energiebedarf des Prozesses. Branntkalk, also CaO oder Calciumoxid, kann unterhalb von ca. 450 °C hydratisiert werden. Die Hydratisierung ist exotherm, wodurch vorteilhafterweise Energie in Form von Wärme für die endothermen Prozesse in dem Vertikalschachtofen zu Verfügung steht. Insbesondere die gelöschte Form des Branntkalks, also gelöschter Kalk, ist in vorteilhafter Weise einzusetzen, da gelöschter Kalk Halogene, wie Chlor oder Brom und darüber hinaus auch Schwefel in Form von thermisch weitestgehend stabilen Salzen bindet. Dies ist in Hinsicht auf die Qualität des Synthesegases vorteilhaft. Insbesondere, wenn chlor- und/oder brom- und/oder schwefelhaltige kohlenstoffreiche Substanzen in das Schüttgutwanderbett eingebracht werden. Als halogenreiche Substanzen kommen insbesondere Materialien in Frage, die Polyvinylchlorid oder bromhaltige Flammschutzmittel enthalten, wobei als schwefelreiche Substanzen etwa vulkanisierter Kautschuk oder auch Ölsande bzw. Ölschiefer in Betracht kommen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass am oberen Ende der oberen Schüttgutzone ein Gasraum im Vertikalschacht ausgebildet ist, in dem ein überhitztes Gas durch oxi- dative Prozesse gebildet, und/oder in den ein überhitztes Gas eingeleitet wird. Lime materials and especially quick lime have a positive influence on the energy requirements of the process. Quicklime, ie CaO or calcium oxide, can be hydrated below about 450 ° C. The hydration is exothermic, which advantageously provides energy in the form of heat for the endothermic processes in the vertical shaft furnace. In particular, the deleted form of quicklime, ie slaked lime, is to be used advantageously, since slaked lime halogens, such as chlorine or bromine and, moreover, also binds sulfur in the form of thermally stable salts as far as possible. This is advantageous in terms of the quality of the synthesis gas. In particular, when chlorine-rich and / or bromine and / or sulfur-containing carbon-rich substances are introduced into the bulk material moving bed. As halogen-rich substances are in particular materials in question, containing polyvinyl chloride or brominated flame retardants, as sulfur-rich substances such as vulcanized rubber or oil sands or oil shale come into consideration. A further preferred embodiment provides that at the upper end of the upper Schüttgutzone a gas space in the vertical shaft is formed, in which an overheated gas formed by oxidative processes, and / or in which a superheated gas is introduced.
Durch einen solchen Gasraum wird gewährleistet, dass das überhitzte Gas durch den herr- sehenden Überdruck, der sich unter anderem durch den Druckverlust der oberen Schüttgutzone ergibt, homogen in das Schüttgutwanderbett eintritt. Weiterhin ergibt sich dadurch der Vorteil, dass sich die Pyrolysezone bereits weit oben im Vertikalschacht ausbildet und sich dadurch eine optimale Ausnutzung der oberen Schüttgutzone bei maximaler Verweilzeit der kohlenstoffreichen Substanzen in heißen Reaktionsbereichen ergibt. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass eine Zufeuerung und/oder eine Einleitung von überhitztem Gas im Schüttgutwanderbett, im Bereich der Oxidationszone und/oder im Bereich der Pyrolysezone unter Verwendung von Einstecklanzen erfolgt. By means of such a gas space, it is ensured that the superheated gas enters the bulk material moving bed homogeneously due to the prevailing overpressure, which results inter alia from the pressure loss of the upper bulk material zone. Furthermore, this results in the advantage that the pyrolysis zone is already formed high up in the vertical shaft and thereby results in optimal utilization of the upper Schüttgutzone at maximum residence time of the carbon-rich substances in hot reaction areas. A further preferred embodiment provides that a firing and / or an introduction of superheated gas takes place in the bulk material moving bed, in the region of the oxidation zone and / or in the region of the pyrolysis zone using insertion lances.
Die Zufeuerung bzw. Einleitung von überhitztem Gas in den Bereichen der Pyrolysezone und der Oxidationszone ist vorteilhaft, da sich so die Pyrolysetemperatur und die Oxidationstempe- ratur einstellen lassen. Auf diese Weise ist eine weitestgehend vollständige Pyrolyse und Oxi- dation der kohlenstoffreichen Substanz zu erreichen. Die Zufeuerung bzw. die Einleitung von überhitztem Gas ist flexibel einstellbar, was vorteilhaft ist, da so die vollständige Pyrolyse und/oder Oxidation nicht nur über die Wandergeschwindigkeit des Schüttgutwanderbetts eingestellt werden kann, sondern auch über die Stoffströme für die Einstecklanzen erfolgen kann. Durch eine einstellbare Zufeuerung über die Einstecklanzen lässt sich vorzugsweise ebenfalls die Lage der Prozesszonen im Ofen justieren. The ignition or introduction of superheated gas in the areas of the pyrolysis zone and the oxidation zone is advantageous because it allows the pyrolysis temperature and the oxidation temperature to be set. In this way, as far as possible complete pyrolysis and oxidation of the carbon-rich substance can be achieved. The firing or the introduction of superheated gas can be set flexibly, which is advantageous because the complete pyrolysis and / or oxidation can not only be adjusted via the migration speed of the bulk material moving bed, but can also be effected via the material flows for the insertion lances. By an adjustable firing via the Einstecklanzen can preferably also adjust the location of the process zones in the oven.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass im Bereich der Pyrolysezone eine Beheizung durch Zugabe von heißem, selbst nicht vergasbaren, Materials als Bestandteil des Schüttgutmaterials erfolgt, wobei das heiße selbst nicht vergasbare Material eine Eigentempe- ratur von mehr als 450 °C aufweist und vorzugsweise aus industriellen Prozessen bereitgestellt wird. A further preferred embodiment provides that heating takes place in the region of the pyrolysis zone by addition of hot, self-gasifiable material as part of the bulk material, wherein the hot self-gasifiable material has an own temperature of more than 450 ° C., and preferably provided by industrial processes.
Durch den Wärmeeintrag mittels heißem, selbst nicht vergasbaren, Materials in der Pyrolysezone lässt sich in gleicher weise der Vorteil erreichen, dass die Temperatur und die Lage der Pyrolysezone hierdurch einstellbar sind. Das selbst nicht vergasbare Material hat hierbei bevor- zugt eine Temperatur von über 450 °C, wobei das Masseverhältnis von selbst nicht vergasba- rem Material zu der kohlenstoffreichen Substanz etwa 3:1 beträgt. Die Einstellung der Prozesstemperatur erfolgt dabei weitestgehend getrennt von der Einstellung der Prozesstemperatur in der Oxidationszone oder in der Reduktionszone. Somit kann bei einer konstanten Wandergeschwindigkeit des Schüttgutwanderbetts in einer vorteilhaften Weise der Energieeintrag in den einzelnen Prozesszonen gesteuert werden. Vorzugsweise können als heiße, selbst nicht vergasbare, Materialien auch heiße Feststoffströme aus industriellen Prozessen, zum Beispiel Zementklinker, eingesetzt werden. Alternativ kann das heiße nicht vergasbare Material ein Produkt der Roheisenherstellung sein. By the heat input by means of hot, even non-gasifiable material in the pyrolysis zone, the advantage can be achieved in the same way that the temperature and the position of the pyrolysis zone can be adjusted as a result. The material, which can not be gasified by itself, preferably has a temperature of more than 450 ° C., whereby the mass ratio does not itself gasify. The material to the carbon-rich substance is about 3: 1. The setting of the process temperature is largely carried out separately from the setting of the process temperature in the oxidation zone or in the reduction zone. Thus, at a constant traveling speed of the bulk material moving bed, the energy input in the individual processing zones can be controlled in an advantageous manner. It is also possible to use hot solids streams from industrial processes, for example cement clinker, as hot, even non-gasifiable materials. Alternatively, the hot non-gasifiable material may be a product of pig iron production.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Wasser und/oder Wasserdampf in dem Schütt- gutwanderbett zur Hydratisierung von Kalkmaterial als Bestandteil des Schüttgutmaterials und Ausnutzung der dabei freiwerdenden Prozesswärme zugegeben werden. In one embodiment, it is provided that water and / or water vapor are added to the bed of bulk material for the hydration of lime material as a constituent of the bulk material and utilization of the process heat released in the process.
Durch die zusätzlich freiwerdende Wärmeenergie aus der Hydratisierung können endotherme Prozesse in der Pyrolysezone und in der Reduktionszone durch die exotherme Hydratisierungsreaktion mit Energie versorgt werden. Außerdem kann im Prozessraum durch die Einleitung von Wasserdampf die homogene Wassergas-Shift-Reaktion ablaufen, wobei Kohlenstoffmonoxid als Reduktionsmittel für den Wasserdampf zur Bildung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff agiert. Weiterhin wird auch die heterogene Wassergasreaktion gefördert, wobei Wasserdampf mit Pyrolysekoks unter Bildung von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff reagiert. Due to the additionally released heat energy from the hydration, endothermic processes in the pyrolysis zone and in the reduction zone can be supplied with energy by the exothermic hydration reaction. In addition, in the process space by the introduction of water vapor, the homogeneous water gas shift reaction proceed, with carbon monoxide acts as a reducing agent for the water vapor to form carbon dioxide and hydrogen. Furthermore, the heterogeneous water gas reaction is promoted, wherein water vapor reacts with pyrolysis to form carbon monoxide and hydrogen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass kohlenstoffdioxidhaltiges Gas in dem Schüttgut- wanderbett zur Carbonisierung von Kalkmaterial als Bestandteil des Schüttgutmaterials und Ausnutzung der dabei freiwerdenden Prozesswärme zugegeben und/oder durch Zugabe von Luft oder von sauerstoffhaltigem Gas durch Oxidation gebildet wird. A further embodiment provides that carbon dioxide-containing gas is added in the bulk material bed for the carbonization of lime material as a constituent of the bulk material and utilization of the process heat released thereby and / or is formed by the addition of air or oxygen-containing gas by oxidation.
Bei Einsatz von Calciumoxid als Bestandteil des Kalkmaterials besteht in bestimmten Temperaturbereichen die Möglichkeit, durch gezielte Zugabe und/oder oxidative Erzeugung von Kohlen- stoffdioxid, die stark exotherme Carbonisierungsreaktion zwischen Kohlenstoffdioxid und Calciumoxid unter Bildung von Calciumcarbonat ablaufen zu lassen, wobei die freiwerdende Wärme bevorzugt in der Reduktionszone und/oder der Pyrolysezone für die dort ablaufenden endothermen Reaktionen besonders vorteilhaft genutzt werden kann. Sofern feines Calciumoxid als Bestandteil des Kalkmaterials verwendet wird, und Kohlenstoffmonoxid bei einer Temperatur von ca. 650 °C zugeleitet wird, dann bildet sich exotherm in einem Temperaturfenster bis ca. 850 °C Calciumcarbonat. Ab einer Temperatur von ca. 850 °C beginnt endotherm die Entsäuerung von Calciumcarbonat (Kalkbrennen) zu CaO. Auf diese Weise lässt sich über das Kalkmaterial des Schüttgutwanderbetts Energie von einer Prozesszone in eine andere Prozesszone leiten. When calcium oxide is used as a constituent of the lime material, it is possible in certain temperature ranges to carry out the strongly exothermic carbonation reaction between carbon dioxide and calcium oxide with the formation of calcium carbonate by selective addition and / or oxidative generation of carbon dioxide, wherein the heat released is preferably in the reduction zone and / or the pyrolysis zone for the endothermic reactions occurring there can be used particularly advantageously. If fine calcium oxide is used as a constituent of the lime material and carbon monoxide is fed in at a temperature of about 650 ° C., then calcium carbonate forms exothermically in a temperature window up to about 850 ° C. From a temperature of about 850 ° C begins the endothermic deacidification of Calcium carbonate (lime burning) to CaO. In this way, energy can be conducted from one process zone to another process zone via the lime material of the bulk material moving bed.
Alternativ ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass an einer Unterseite des Vertikalschachts zur Ausbildung einer Nachkühlzone ein Kühlgas eingeleitet wird. Das Einleiten von Kühlgas an der Unterseite des Vertikalschachts gestaltet sich vorteilhaft, da das Kühlgas die Restwärme des Schüttgutwanderbetts in der Nachkühlzone zumindest teilweise aufnehmen kann und durch das Aufsteigen des Kühlgases in die oberen Bereiche des Vertikalschachts, in denen teilweise endotherme Reaktionen ablaufen, transportiert. Alternatively, it is provided in one embodiment that a cooling gas is introduced at an underside of the vertical shaft to form a post-cooling zone. The introduction of cooling gas at the bottom of the vertical shaft is advantageous, since the cooling gas can at least partially absorb the residual heat of the bulk material moving bed in the post-cooling zone and transported by the rise of the cooling gas in the upper regions of the vertical shaft in which partially endothermic reactions take place.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das an der Unterseite des Vertikalschachts eingeleitete Kühlgas das Synthesegas beinhaltet und/oder mindestens ein brennbares Gas beinhaltet oder alternativ Luft beinhaltet. Alternativ ist vorgesehen, dass das an der Unterseite des Vertikalschachts eingeleitete Kühlgas eine Mischung aus reduzierbarem Gas und Luft beinhaltet. It is preferably provided that the cooling gas introduced at the bottom of the vertical shaft contains the synthesis gas and / or contains at least one combustible gas or alternatively contains air. Alternatively, it is provided that the cooling gas introduced at the bottom of the vertical shaft contains a mixture of reducible gas and air.
Dadurch, dass für das Kühlgas Synthesegas vorgesehen ist, findet in vorteilhafter Weise eine Kühlung des Schüttgutwanderbetts statt, ohne dass das Kühlgas die Qualität des entstehenden Synthesegases negativ beeinflusst. Vielmehr können etwaige im verwendeten Synthesegas enthaltene Anteile an Kohlenstoffdioxid in der Reduktionszone zumindest teilweise durch Reaktion mit dem Pyrolysekoks zu Kohlenstoffmonoxid reduziert und damit die Synthesegasqualität insgesamt verbessert werden. Durch das Vorsehen eines brennbaren Gases, welches vorzugsweise Erdgas ist, ergibt sich der Vorteil, dass das brennbare Gas die Wärme des in der Nach- kühlzone befindlichen Schüttgutwanderbetts aufnehmen kann, während gleichzeitig durch die gezielte Dosierung des Erdgases eine Erhöhung des Heizwertes des entstehenden Synthesegases erreicht bzw. eingestellt werden kann. Durch das Vorsehen eines reduzierbaren Gases, vorzugsweise Kohlenstoffdioxid und/oder kohlenstoffdioxidhaltige Abgase aus Verbrennungsprozessen und/oder kohlenstoffdioxidhaltigen Gasen aus industriellen Produktionsverfahren, ergibt sich der Vorteil, dass dieses Gas an den in der Oxidationszone ablaufenden Prozessen weitestgehend nicht teilnimmt. Durch die endothermen Reduktionsprozesse in der Reduktionszone kann die durch das reduzierbare Gas aus der Nachkühlzone in die Reduktionszone geleitete Wärme zumindest teilweise während der Reduktion des reduzierbaren Gases genutzt werden. Bei der Verwendung von Kohlenstoffdioxid als reduzierbares Gas wird das Kohlenstoffdi- oxid nach der Boudouard-Reaktion durch den Pyrolysekoks zu Kohlenstoffmonoxid reduziert. Auf diese Weise ergibt sich der besondere Vorteil, dass das an der Entnahmestelle anstehende Synthesegas einen höheren Brennwert durch ein dann in dem Synthesegas enthaltenes oxi- dierbares Gas erhält. Due to the fact that synthesis gas is provided for the cooling gas, cooling of the bulk material moving bed takes place in an advantageous manner, without the cooling gas having a negative effect on the quality of the resulting synthesis gas. Rather, any proportions of carbon dioxide contained in the synthesis gas used in the reduction zone can be at least partially reduced by reaction with the pyrolysis to carbon monoxide and thus the synthesis gas quality can be improved overall. By providing a combustible gas, which is preferably natural gas, there is the advantage that the combustible gas can absorb the heat of the bulk material moving bed located in the aftercooling zone, while at the same time achieving an increase in the calorific value of the resulting synthesis gas due to the targeted metering of the natural gas or can be adjusted. By providing a reducible gas, preferably carbon dioxide and / or carbon dioxide-containing exhaust gases from combustion processes and / or carbon dioxide-containing gases from industrial production processes, there is the advantage that this gas largely does not participate in the processes taking place in the oxidation zone. Due to the endothermic reduction processes in the reduction zone, the heat conducted into the reduction zone by the reducible gas from the aftercooling zone can be utilized at least partially during the reduction of the reducible gas. When carbon dioxide is used as a reducible gas, the carbon dioxide is reduced to carbon monoxide by the pyrolysis coke after the Boudouard reaction. In this way, there is the particular advantage that pending at the sampling point Synthesis gas receives a higher calorific value by a then contained in the synthesis gas oxidizable gas.
Das Vorsehen von Luft und/oder eine Mischung aus Luft mit einem reduzierbaren Gas als Kühlgas hat den Vorteil, dass der in der Luft enthaltene Sauerstoff in der Oxidationszone zur Oxida- tion von oxidierbaren Gasen und/oder sonstigen oxidierbaren Produkten der Pyrolysezone, vorzugsweise Pyrolysekoks, komplett genutzt werden kann. Die Prozesse in der Oxidationszone laufen idealerweise stöchiometrisch bezogen auf den in der Oxidationszone noch vorhandenen Pyrolysekoks ab, sodass das Synthesegas, das an der Entnahmestelle entnommen wird, vorzugsweise keinen Sauerstoff enthält und keine kohlenstoffhaltigen Substanzen mit dem Wanderbett nach unten aus der Oxidationszone gelangen. The provision of air and / or a mixture of air with a reducible gas as the cooling gas has the advantage that the oxygen contained in the air in the oxidation zone for the oxidation of oxidizable gases and / or other oxidizable products of the pyrolysis, preferably pyrolysis, can be used completely. The processes in the oxidation zone ideally proceed stoichiometrically based on the pyrolysis coke still present in the oxidation zone, so that the synthesis gas which is withdrawn at the removal point preferably contains no oxygen and no carbonaceous substances reach the bottom of the oxidation zone with the moving bed.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das an der Unterseite des Vertikalschachts eingeleitete Kühlgas aus einem oder mehreren Gasströmen aus industriellen Prozessen, vorzugsweise aus Verbrennungs- und/oder Kalzinierprozessen oder Gasen aus der Roheisenproduktion, vorzugsweise Gichtgas und/oder Koksgas und/oder aus Stadtgas besteht. Durch Nutzung von geeigneten Gasströmen aus industriellen Prozessen kann das Verfahren besonders effizient mit bestehenden Industrieprozessen kombiniert werden. So kann beispielsweise beim Betrieb des Verfahrens in einem Werk für Roheisenproduktion eine besonders effiziente Verknüpfung vorhandener Gasnetze mit dem vorliegenden Verfahren realisiert werden, wo beispielsweise Gichtgas als Kühlgas Verwendung findet. Dessen vergleichsweise hoher Ge- halt an Kohlenstoffdioxid kann in der Reduktionszone mit dem dort vorhandenen Pyrolysekoks zu Kohlenstoffmonoxid reduziert werden. Dadurch wird eine Nutzung und gleichzeitige Veredelung des Gichtgases erreicht, während, verglichen mit der Nutzung von Luft als Kühlgas, weniger Stickstoff in das Verfahren eingebracht wird. A particularly preferred embodiment provides that the introduced at the bottom of the vertical shaft cooling gas from one or more gas streams from industrial processes, preferably from combustion and / or calcination or gases from the pig iron production, preferably top gas and / or coke gas and / or city gas consists. By using suitable gas streams from industrial processes, the process can be combined particularly efficiently with existing industrial processes. Thus, for example, when operating the method in a plant for pig iron production, a particularly efficient linkage of existing gas networks can be realized with the present method, where, for example, blast furnace gas is used as cooling gas. Its comparatively high content of carbon dioxide can be reduced to carbon monoxide in the reduction zone with the pyrolysis coke present there. As a result, use and simultaneous refinement of the top gas is achieved while, compared to the use of air as the cooling gas, less nitrogen is introduced into the process.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass dem Schüttgutwanderbett reiner Sauerstoff oder ein Gasgemisch mit gegenüber Luft angereichertem Sauerstoffanteil zugegeben wird. Preferably, it is provided that the bulk material moving bed pure oxygen or a gas mixture is added with air enriched oxygen content.
Die Zugabe von reinem Sauerstoff oder einem Gasgemisch mit gegenüber Luft angereichertem Sauerstoffanteil hat den Vorteil, dass die Gasfracht von nicht an den Reaktionen teilnehmenden in dem Synthesegas enthaltenen Gasen, wie beispielsweise Stickstoff, reduziert wird. Auf diese Weise wird der Heizwert des Synthesegases erhöht. Bevorzugt wird der reine Sauerstoff oder das Gasgemisch mit gegenüber Luft angereichertem Sauerstoffanteil direkt mittels Einstecklanzen im Bereich der Oxidationszone und/oder im Bereich der Pyrolysezone zugegeben, während an der Unterseite des Vertikalschachts vorzugsweise Synthesegas und/oder brennbare Gase und/oder reduzierbare Gase als Kühlgas zugegeben werden. The addition of pure oxygen or a gas mixture with air enriched oxygen content has the advantage that the gas load of non-participating in the reactions contained in the synthesis gas gases, such as nitrogen, is reduced. In this way, the calorific value of the synthesis gas is increased. Preferably, the pure oxygen or the gas mixture with air enriched oxygen content is added directly by means of insertion lances in the region of the oxidation zone and / or in the region of the pyrolysis zone, while Synthesis gas and / or combustible gases and / or reducible gases may be added as cooling gas at the bottom of the vertical shaft.
Weiterhin ist besonders zweckmäßig, dass als kohlenstoffreiche Substanzen wenigstens teilweise Kunststoffabfälle und/oder organische Abfälle eingesetzt werden. Kunststoffabfälle und/oder organische Abfälle fallen in großen Mengen an und haben durch ihren hohen Anteil an Kohlenstoff einen geeigneten Brennwert für die in dem Verfahren ablaufenden Prozesse. Insbesondere unreine Kunststoffabfälle, wie beispielsweise Kompositmaterialien, kunststoffhaltige Abfall-Fraktionen, Shredderfraktionen aus dem Schrott-Recycling, kunststoff- haltige Produktionsrückstände und dergleichen können vorzugsweise durch das Verfahren zu Synthesegas verarbeitet werden. Dies betrifft auch kohlenwasserstoffreiche Mischmaterialien, wie zum Beispiel Teersande, Ölschiefer oder in sonstiger Weise mit Kohlenwasserstoffen versetzte Medien. Die Herstellung von Synthesegas erfolgt hierbei in einer ersten Stufe durch thermische Spaltung der organischen Bestandteile zu Pyrolysegas unter Bildung von Pyrolysekoks. In der darunterliegenden Reduktionszone reagiert der Pyrolysekoks in einer zweiten Stufe durch die Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid. Weiterhin bildet der Pyrolysekoks mit im Prozess enthaltenem Wasserdampf zusätzliches Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff durch die heterogene Wassergasreaktion. In einer dritten Stufe erfolgt in der Oxidati- onszone die nahezu vollständige Oxidation der noch vorhandenen Bestandteile an Pyrolysekoks. Die Oxidationszone wird im Allgemeinen in Fest- oder Wanderbettvergasern als Reakti- onsfront bezeichnet. Etwaige in dem Synthesegas enthaltene Schadstoffe sind vorzugsweise durch Anlagerungsreaktionen an das Schüttgutwanderbett bindbar. Nicht vergasbare Bestandteile der Kunststoffabfälle und insbesondere der unreinen Kunststoffabfälle, etwa Metalle und seltene Erden, verbleiben im Schüttgutwanderbett und sind durch nachgelagerte Prozesse aufbereitbar oder können dem Recycling zugeführt werden. Darüber hinaus ist in einer weitere Ausführungsform vorgesehen, dass organische Schwersieder, vorzugsweise in flüssiger Form, als kohlenstoffreiche Substanzen verwendet werden. Furthermore, it is particularly expedient that at least partially waste plastics and / or organic waste are used as carbon-rich substances. Plastic waste and / or organic waste accumulate in large quantities and have a suitable calorific value for the processes occurring in the process due to their high proportion of carbon. In particular, impure plastic waste, such as, for example, composite materials, plastic-containing waste fractions, shredder fractions from scrap recycling, plastic-containing production residues and the like can preferably be processed by the process into synthesis gas. This also applies to hydrocarbon-rich mixed materials, such as tar sands, oil shale or otherwise mixed with hydrocarbons media. The production of synthesis gas takes place here in a first stage by thermal decomposition of the organic components to pyrolysis gas to form pyrolysis coke. In the underlying reduction zone, the pyrolysis coke reacts in a second stage by the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide. Furthermore, the pyrolysis coke with water vapor contained in the process forms additional carbon monoxide and hydrogen by the heterogeneous water gas reaction. In a third stage, almost complete oxidation of the remaining components of pyrolysis coke occurs in the oxidation zone. The oxidation zone is generally referred to in fixed bed or moving bed gasifiers as the reaction front. Any pollutants contained in the synthesis gas are preferably bindable by addition reactions to the bulk material moving bed. Non-gasifiable components of the plastic waste and in particular the impure plastic waste, such as metals and rare earth, remain in the bulk material moving bed and can be treated by downstream processes or can be recycled. In addition, it is provided in a further embodiment that organic high boilers, preferably in liquid form, are used as carbon-rich substances.
Schwersieder sind insbesondere Destillationsrückstände, Zwischendestillate und Raffinerierückstände. Durch das Verfahren und die verschiedenen Prozesszonen lassen sich auch Schwersieder in dem Verfahren mit dem Vertikalschachtofen bis auf ihre nicht vergasbaren Bestand- teile vergasen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schwersieder vorzugsweise mittels Einstecklanzen im Bereich der Pyrolysezone und/oder der Reduktionszone und/oder der Oxida- tionszone direkt in das Schüttgutwanderbett eingebracht und/oder über den Gasraum am oberen Ende der oberen Schüttgutzone in das Schüttgutwanderbett dosiert und/oder direkt dem Schüttgutmaterial vor Eintritt in den Vertikalschacht zugesetzt werden. High boilers are in particular distillation residues, intermediate distillates and refinery residues. Thanks to the process and the various process zones, high-boiling components can also be gasified in the vertical shaft furnace process down to their non-gasifiable constituents. It is particularly advantageous if the high boilers preferably by means of insertion lances in the region of the pyrolysis zone and / or the reduction zone and / or the Oxida- tion zone introduced directly into the bulk material moving bed and / or metered via the gas space at the upper end of the upper Schüttgutzone in the bulk material moving bed and / or be added directly to the bulk material before entering the vertical shaft.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass als kohlenstoffreiche Substanzen wenigstens teilweise phosphorhaltige Klärschlämme eingesetzt werden. In one embodiment, it is provided that at least partially phosphorus-containing sewage sludge are used as high-carbon substances.
Durch das Einsetzen von phosphorhaltigen Klärschlämmen lässt sich der hohe Organikanteil der Klärschlämme in vorteilhafter Weise in Synthesegas umsetzen. Die Residualprodukte der Pyrolyse und der Oxidation enthalten mit Phosphor angereicherte Asche. Diese Asche lässt sich vorteilhaft als Dünger verwenden oder zu Dünger aufbereiten. Besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz von Kalkmaterialien als Schüttgutwanderbett, da auf diese Weise das aus dem Vertikalschacht ausgeleitete Material, zumindest teilweise als kombinierter Kalk-/Phos- phordünger verwendet werden kann. By using phosphorus-containing sewage sludge, the high organic content of the sewage sludge can be advantageously converted into synthesis gas. The residual products of pyrolysis and oxidation contain phosphorus-enriched ash. This ash can be used advantageously as fertilizer or processed to fertilizer. Particularly advantageous in this case is the use of lime materials as a bulk material moving bed, since in this way the material discharged from the vertical shaft can at least partially be used as a combined lime / phosphorus fertilizer.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass als kohlenstoffreiche Substanz wenigstens teilweise aluminiumhaltige Reststoffe und/oder aluminiumhaltige Ab- fälle eingesetzt werden. A further preferred variant of the method provides that at least partially aluminum-containing residues and / or aluminum-containing waste are used as the high-carbon substance.
Der Einsatz von Aluminium als Bestandteil der kohlenstoffreichen Substanz führt dazu, dass Aluminium insbesondere bei Anwesenheit von Wasserdampf in der Pyrolysezone und der Reduktionszone unter starker Wärmeenergiefreisetzung zu Aluminiumhydroxid und Wasserstoff reagiert. Dadurch können die Synthesegasausbeute und der Wasserstoffanteil im Synthesegas deutlich erhöht werden. Weiterhin steht die freiwerdende Wärmeenergie zur Kompensation der endothermen Reaktionen in der Pyrolysezone und in der Reduktionszone zur Verfügung. The use of aluminum as a constituent of the carbon-rich substance leads to aluminum reacting in particular in the presence of water vapor in the pyrolysis zone and the reduction zone with strong release of heat energy to aluminum hydroxide and hydrogen. As a result, the synthesis gas yield and the hydrogen content in the synthesis gas can be significantly increased. Furthermore, the heat energy released is available to compensate for the endothermic reactions in the pyrolysis zone and in the reduction zone.
Darüber hinaus wird das Aluminiumhydroxid in der Oxidationszone weitgehend zu Aluminiumoxid oxidiert, das gegebenenfalls aus dem Schüttgutwanderbett zurückgewonnen werden kann. Durch die nahezu vollständige Oxidation des Aluminiums besteht im Falle einer Deponie- rung der Aschen aus dem Schüttgutwanderbett kein weiteres Wasserstoffbildungspotenzial, wodurch Probleme hinsichtlich der ungewollten Wasserstoffentwicklung im Falle des sogenannten Spülversatzes als mögliche Untertage-Entsorgung vermieden werden. In addition, the aluminum hydroxide in the oxidation zone is largely oxidized to alumina, which may optionally be recovered from the bulk moving bed. Due to the almost complete oxidation of the aluminum in the case of a dumping of the ashes from the bulk material moving bed no further hydrogen formation potential, whereby problems with regard to the unwanted hydrogen evolution in the case of so-called Spülversatzes as possible underground disposal are avoided.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in den kohlenstoffreichen Substanzen vorhandene Metallanteile, wie sie z.B. bei Elektroschrott in großen Anteilen zu finden sind und/oder andere Wert- Stoffe, wie beispielsweise Aluminium, Halogene oder Phosphor, chemisch oder physikalisch aus dem ausgeleiteten Schüttgutmaterial rückgewonnen werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Metallanteile bzw. Wertstoffe, die nicht im Prozess vergast wurden, einer weiteren Verwertung zugeführt werden können. Die angereicherten Residualmaterialien sind beispielsweise in nasschemischen Verfahren aufbereitbar, was insbesondere auf Seltene Erden zutrifft. Alter- nativ können die angereicherten Residualmaterialien direkt dem Recycling zugeführt werden. Preferably, it is provided that in the carbon-rich substances present metal components, such as those found in electronic scrap in large proportions and / or other valuable substances, such as aluminum, halogens or phosphorus, chemically or physically be recovered from the discharged bulk material. This results in the advantage that the metal components or recyclables, which were not gasified in the process, can be supplied to a further utilization. The enriched residual materials can be prepared, for example, in wet-chemical processes, which applies in particular to rare earths. Alternatively, the enriched residual materials can be recycled directly.
Weiterhin ist besonders zweckmäßig, dass das Schüttgutwanderbett zumindest teilweise den Vertikalschacht mehrfach im Kreislauf durchläuft. Dadurch ergibt sich einerseits der Vorteil, dass der Bedarf an nicht vergasbarem Material auf ein Minimum begrenzt werden kann und anderseits der Vorteil, dass sich Residualmaterialien anreichern. Solche Residualmaterialien sind beispielsweise Asche, Metalle oder Mineralien. Die angereicherten Residualmaterialien lassen sich anschließend sortieren, gegebenenfalls aufbereiten und dem Recycling zuführen. Furthermore, it is particularly expedient that the bulk material moving bed at least partially passes through the vertical shaft several times in the circulation. This results on the one hand in the advantage that the need for non-gasifiable material can be kept to a minimum and on the other hand, the advantage that accumulate residual materials. Such residual materials are, for example, ashes, metals or minerals. The enriched residual materials can then be sorted, optionally treated and recycled.
Alternativ ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das an der Entnahmestelle aus dem Schüttgutwanderbett abgezogene Synthesegas nachfolgend durch ein Nebenschüttgutwander- bett geleitet wird, das ein Nebenschüttgutmaterial mit einem Anteil von wenigstens 10 % bis zu einem Anteil von 100 % an alkalischen Materialien enthält. Alternatively, it is provided in one embodiment that the synthesis gas withdrawn from the bulk material moving bed at the removal point is subsequently passed through a secondary bulk material bed which contains a secondary bulk material with a proportion of at least 10% up to a proportion of 100% of alkaline materials.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass an der Entnahmestelle abgezogene Synthesegas durch ein Nebenschüttgutwanderbett zu leiten, da in diesem Nebenschüttgutwanderbett etwaige Aerosole, Teer oder sonstige feste Bestandteile, die von dem Synthesegas mitgeführt werden, zurückgehalten werden. Auf diese Weise wird das Synthesegas gereinigt. Außerdem besteht so die Möglichkeit, das Synthesegas in dem Nebenschüttgutwanderbett separat von den in dem Vertikalschacht ablaufenden Prozessen nachzubehandeln. Furthermore, it is advantageous that at the extraction point withdrawn synthesis gas to pass through a Nebenschüttgutwanderbett, as in this Nebenschüttgutwanderbett any aerosols, tar or other solid constituents that are carried by the synthesis gas, are retained. In this way, the synthesis gas is purified. In addition, it is possible to post-treat the synthesis gas in the Nebenschüttgutwanderbett separately from the running in the vertical shaft processes.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Nebenschüttgutwanderbett in einem Nebenschacht des Vertikalschachtofens im Gegenstrom zu dem Synthesegas geführt wird, wobei der Nebenschacht des Vertikalschachtofens von dem Vertikalschacht des Vertikalschachtofens getrennt angeordnet ist. It is preferably provided that the Nebenschüttgutwanderbett is guided in a secondary shaft of the vertical shaft furnace in countercurrent to the synthesis gas, wherein the secondary shaft of the vertical shaft furnace is arranged separately from the vertical shaft of the vertical shaft furnace.
Durch das Führen des Nebenschüttgutwanderbettes im Gegenstrom zu dem Gasstrom des Synthesegases und durch die separate Anordnung des Nebenschüttgutwanderbettes in einem Nebenschacht des Vertikalschachtofens ist die Nachbehandlung des Synthesegases von den Prozesszonen des Vertikalschachts vorteilhafterweise entkoppelt. Etwaige durch das Neben- schüttgutwanderbett aus dem Synthesegas entfernte Bestandteile oder mitgeführte Elemente des Synthesegases können vorteilhaft in dem Nebenschüttgutwanderbett gebunden werden und getrennt von dem Schüttgutwanderbett entsorgt oder nachbehandelt werden. Das Führen des Gasstroms im Gegenstrom zum Festbett hat darüber hinaus den Vorteil eines effektiven Wärmetauschs. By guiding the Nebenschüttgutwanderbettes in countercurrent to the gas stream of the synthesis gas and by the separate arrangement of Nebenschüttgutwanderbettes in a side shaft of the vertical shaft furnace, the aftertreatment of the synthesis gas from the process zones of the vertical shaft is advantageously decoupled. Any components or entrained elements of the synthesis gas removed from the synthesis gas by the by-product bulk material moving bed can advantageously be bound in the secondary bulk material moving bed and be disposed of separately or post-treated separately from the bulk material moving bed. Passing the gas stream in countercurrent to the fixed bed also has the advantage of effective heat exchange.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Synthesegas in einem mittleren Bereich des Ne- benschachts zugeleitet wird und in einem oberen Bereich des Nebenschachts oder an einer Oberseite des Nebenschachts abgezogen wird. Preferably, it is provided that the synthesis gas is supplied in a central region of the secondary shaft and is withdrawn in an upper region of the secondary shaft or on an upper side of the secondary shaft.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Nebenschüttgutmaterial über den oberen Bereich des Nebenschachts entgegen der Strömungsrichtung des Synthesegases verläuft. Ein unterer Bereich des Nebenschachts, der sich unterhalb des oberen Bereichs liegt, wird somit nicht durch das Synthesegas durchströmt. Das nach unten wandernde Nebenschüttgutwanderbett kann aber die Wärme des durch das Nebenschüttgutwanderbett strömende Synthesegas aufnehmen. Dies ist vorteilhaft, denn die dem Synthesegas entzogene Wärme steht dann in dem unteren Bereich des Nebenschachts zur Verfügung. This results in the advantage that the Nebenschüttgutmaterial extends over the upper region of the secondary shaft counter to the flow direction of the synthesis gas. A lower region of the secondary shaft, which lies below the upper region, is thus not flowed through by the synthesis gas. However, the down-migrating Nebenschüttgutwanderbett can absorb the heat of the flowing through the Nebenschüttgutwanderbett syngas. This is advantageous because the heat extracted from the synthesis gas is then available in the lower region of the secondary shaft.
Eine weitere Ausführungsform der Synthesegasreinigung im Nebenschacht sieht vor, dass das Nebenschüttgutwanderbett in einem Nebenschacht des Vertikalschachtofens im Gleichstrom zu dem Synthesegas geführt wird, wobei der Nebenschacht des Vertikalschachtofens vorzugsweise von dem Vertikalschacht des Vertikalschachtofens getrennt angeordnet ist. Diese Ausgestaltung des Verfahrens erlaubt eine stark vereinfachte konstruktive Realisierung, weil das Synthesegas einfach am oberen Ende des Nebenschachts, beispielsweise über einen ausgebil- deten Hohlraum, eingebracht werden kann. Dadurch ist ein homogenes Einströmen in das Nebenschüttgutmaterial gewährleistet. Dabei kann die im Falle einer Gegenstromführung konstruktiv aufwändigere Gasführung in einen mittleren Bereich des Nebenschachts entfallen. Another embodiment of the synthesis gas purification in the secondary shaft provides that the Nebenschüttgutwanderbett is guided in a secondary shaft of the vertical shaft furnace in cocurrent to the synthesis gas, the secondary shaft of the vertical shaft furnace is preferably arranged separately from the vertical shaft of the vertical shaft furnace. This embodiment of the method allows a greatly simplified structural realization, because the synthesis gas can be easily introduced at the upper end of the secondary shaft, for example via a trained cavity. This ensures a homogeneous inflow into the Nebenschüttgutmaterial. In the case of a countercurrent flow, the design of the gas duct, which is structurally more complex, can be omitted in a central region of the secondary duct.
In einer weiteren Ausgestaltung der Gleichstromführung ist vorgesehen, dass das Synthesegas im oberen Bereich des Nebenschachts zugeleitet wird und im unteren Bereich des Neben- Schachts abgezogen wird. Dadurch ergibt sich eine Mischtemperatur des Nebenschüttgutmate- rials und dem Synthesegas am unteren Ende des Nebenschachts. In a further embodiment of the direct-current conduction, it is provided that the synthesis gas is supplied in the upper region of the secondary shaft and withdrawn in the lower region of the secondary shaft. This results in a mixing temperature of the Nebenschüttgutmate- rials and the synthesis gas at the bottom of the secondary shaft.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Nebenschüttgutmaterial mittels eines Wärmetauschers gekühlt wird. Durch das Vorsehen eines Wärmetauschers, insbesondere in dem unteren Bereich des Nebenschachts, ergibt sich der Vorteil, dass die von dem Synthesegas an das Nebenschüttgutwanderbett abgegebene Wärme in ein Wärmetau- schermedium überführt werden kann, welches die Wärme an geeigneten Stellen des Vertikalschachtofens wieder abgibt. Vorzugsweise erfolgt dies in der Pyrolysezone, oder zwischen der Oxidationszone und der Reduktionszone mittels Einstecklanzen. Bevorzugt ist das Wärmetauschermedium ein Medium, das in den in dem Vertikalschacht ablaufenden Prozessen ver- wendbar ist. Weiterhin bevorzugt ist das Wärmetauschermedium ein brennbares Gas, Wasser, Wasserdampf oder Synthesegas. Für die Vorteile der Einleitung von brennbarem Gas und/oder Synthesegas in den Vertikalschacht wird auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen. Die Einleitung von Wasser oder Wasserdampf in den Vertikalschacht ist von Vorteil, da Wasser mit Pyrolysekoks gemäß der Boudouard-Reaktion unter Bildung von Kohlenstoffmonoxid und Was- serstoff reagiert. Weiterhin besteht ein weiterer Vorteil, wenn als Schüttgutmaterial Calciumoxid verwendet wird. Durch die Einleitung von Wasser oder Wasserdampf kann die Hydratisierung des Schüttgutmaterials einsetzen, wodurch Wärmeenergie freigesetzt wird, die für die Prozesse in dem Vertikalschacht zur Verfügung steht. Dies geschieht insbesondere dann, wenn die Eigentemperatur des Schüttgutmaterials an der Einleitstelle von Wasser oder Wasserdampf un- terhalb von 450 °C gehalten wird. In a further embodiment of the method it is provided that the Nebenschüttgutmaterial is cooled by means of a heat exchanger. By providing a heat exchanger, in particular in the lower region of the secondary shaft, there is the advantage that the heat released by the synthesis gas to the secondary bulk material moving bed into a heat exchanger. shear medium can be transferred, which gives off the heat at appropriate points of the vertical shaft furnace again. This is preferably done in the pyrolysis zone, or between the oxidation zone and the reduction zone by means of insertion lances. The heat exchange medium is preferably a medium which can be used in the processes taking place in the vertical shaft. Further preferably, the heat exchange medium is a combustible gas, water, steam or synthesis gas. For the advantages of the introduction of combustible gas and / or synthesis gas in the vertical shaft reference is made to the above statements. The introduction of water or steam into the vertical well is advantageous because water reacts with pyrolysis coke according to the Boudouard reaction to form carbon monoxide and hydrogen. Furthermore, there is another advantage when calcium oxide is used as the bulk material. The introduction of water or steam may utilize the hydration of the bulk material, thereby releasing heat energy available for the processes in the vertical well. This happens in particular when the intrinsic temperature of the bulk material at the point of introduction of water or water vapor is kept below 450 ° C.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Nebenschüttgutmate- rial in dem unteren Bereich des Nebenschachts ungekühlt aus dem Nebenschacht ausgeleitet wird. Durch die ungekühlte Ausleitung des Nebenschüttgutmaterials ergibt sich der Vorteil, dass das Nebenschüttgutmaterial, das durch das Synthesegas erwärmt wurde, als Eingangsmaterial für weitere Prozesse zur Verfügung steht. Die Erwärmung des Nebenschüttgutmaterials gestaltet sich hierbei vorteilhaft, sofern für die Anschlussprozesse Wärmeenergie benötigt wird. In a further embodiment of the method it is provided that the Nebenschüttgutmate- rial is discharged uncooled from the side shaft in the lower region of the secondary shaft. The uncooled discharge of Nebenschüttgutmaterials has the advantage that the Nebenschüttgutmaterial that has been heated by the synthesis gas is available as input material for other processes available. The heating of Nebenschüttgutmaterials designed here advantageous if heat energy is required for the connection processes.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Nebenschüttgutmaterial in einem unteren Bereich des Nebenschachts ungekühlt aus dem Nebenschacht entnommen und zumindest teilweise als heißes nichtvergasbares Material im Vertikalschacht eingesetzt und die ent- haltene Wärmeenergie in der Pyrolysezone genutzt wird. A further advantageous embodiment provides that the Nebenschüttgutmaterial taken uncooled in a lower portion of the secondary shaft from the secondary shaft and at least partially used as a hot non-gasifiable material in the vertical shaft and the heat energy contained in the pyrolysis zone is used.
Die Nutzung des Nebenschüttgutmaterials als heißes nichtvergasbares Material im Vertikalschacht ermöglicht eine effiziente Nutzung der im Synthesegas enthaltenen Wärmeenergie für die endothermen Prozesse in der Pyrolyse und Reduktionszone. Die Effizienz wird dabei insbesondere durch den nahezu idealen Wärmetausch des heißen Synthesegases mit dem Ne- benschüttgutmaterial im Nebenschacht realisiert. Bei dieser Verfahrensweise kann der Wirkungsgrad des Verfahrens deutlich gesteigert werden, da ein erheblicher Teil des Wärmeinhalts des heißen Synthesegases nicht verlorengeht, sondern in den Vertikalschacht zurückgeführt wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Nebenschuttgutwanderbett unterhalb des mittleren Bereiches des Nebenschachts in dem unteren Bereich des Nebenschachts durch im Gegenstrom eingeleitetes Kühlgas abgekühlt wird und/oder das Nebenschüttgutwan- derbett in dem unteren Bereich des Nebenschachts durch einen Wärmetauscher gekühlt wird. Das Kühlgas kann hierbei Synthesegas oder ein brennbares Gas sein. Es ergibt sich somit der Vorteil, dass das Nebenschüttgut abgekühlt aus dem Nebenschacht ausgeleitet wird. Insbesondere bei nachgeschalteten Förder- oder Fraktionierungsvorrichtungen, die für die Förderung bzw. Fraktionierung des Nebenschüttgutmaterials zu dessen Wiederverwendung eingesetzt werden können, ist es von Vorteil, wenn das Nebenschüttgutmaterial soweit gekühlt vorliegt, dass die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit der Förder- oder Fraktionierungsanlage geringer sind. The use of the Nebenschüttgutmaterials as a hot non-gasified material in the vertical shaft allows efficient use of the heat energy contained in the synthesis gas for the endothermic processes in the pyrolysis and reduction zone. The efficiency is realized in particular by the almost ideal heat exchange of the hot synthesis gas with the secondary bulk material in the secondary shaft. In this procedure, the efficiency of the process can be significantly increased because a significant portion of the heat content of the hot synthesis gas is not lost, but is returned to the vertical shaft. A further preferred embodiment provides that the Nebenschuttgutwanderbett is cooled below the central region of the secondary shaft in the lower region of the secondary shaft by countercurrently introduced cooling gas and / or the Nebenschüttgutwan- bed in the lower region of the secondary shaft is cooled by a heat exchanger. The cooling gas may be synthesis gas or a combustible gas. This results in the advantage that the secondary bulk material is discharged cooled from the secondary shaft. In particular, in downstream conveying or fractionating devices that can be used for the promotion or fractionation of Nebenschüttgutmaterials for its reuse, it is advantageous if the Nebenschüttgutmaterial is present so far cooled that the requirements for the heat resistance of the conveying or fractionation are lower.
Weiterhin ist besonders zweckmäßig, dass die mittlere Korngröße des Schüttgutwanderbetts größer als die mittlere Korngröße des Nebenschüttgutwanderbettes ist. Durch das Vorsehen einer geringeren Korngröße für das Nebenschüttgutwanderbett ergibt sich der Vorteil, dass das Nebenschüttgutwanderbett das Synthesegas durch dessen größere wirksame Oberfläche besser filtern kann. Somit werden in vorteilhafter Weise sowohl feste, als auch gasförmige Verunreinigungen des Synthesegases durch das Nebenschüttgutwanderbett gefiltert bzw. aufgenommen, welche von dem Schüttgutwanderbett nicht zurückgehalten werden. Durch das Nachschalten eines feinkörnigeren Nebenschüttgutwanderbettes im Synthesegasstrom nach dem Schüttgutwanderbett kann das Schüttgutwanderbett grobkörniger gestaltet werden, sodass hier in besonders vorteilhafter Weise ein höherer Gasdurchsatz möglich ist. Daher ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mittlere Korngröße des Schüttgutmaterials und die mittlere Korngröße des Nebenschüttgutmaterials im Bereich von 5 mm bis 30 cm, vorzugsweise im Bereich von 5 mm bis 15 cm liegen oder die mittlere Korngröße des Schüttgutmaterials über 1 cm liegt und die mittlere Korngröße des Nebenschüttgutmaterials unter 10 cm liegt. Furthermore, it is particularly expedient that the mean grain size of the bulk material moving bed is greater than the mean grain size of Nebenschüttgutwanderbettes. By providing a smaller grain size for the Nebenschüttgutwanderbett there is the advantage that the Nebenschüttgutwanderbett can better filter the synthesis gas through its larger effective surface. Thus, both solid and gaseous pollutants of the synthesis gas are advantageously filtered or absorbed by the secondary bulk moving bed, which are not retained by the bulk material moving bed. By downstream of a fine-grained Nebenschüttgutwanderbettes in the synthesis gas stream after the bulk material moving bed, the bulk material moving bed can be made coarser, so that in a particularly advantageous manner, a higher gas flow rate is possible. Therefore, it is preferably provided that the mean grain size of the bulk material and the mean grain size of Nebenschüttgutmaterials in the range of 5 mm to 30 cm, preferably in the range of 5 mm to 15 cm or the mean grain size of the bulk material is greater than 1 cm and the average grain size of Nebenschüttgutmaterials is less than 10 cm.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass Wasser und/oder Wasserdampf an einer oder mehreren Positionen dem Schüttgutwanderbett und/oder dem Nebenschüttgutwanderbett zugegeben werden. Wasser und/oder Wasserdampf wird vorzugsweise im oberen Bereich des Nebenschüttgutwanderbettes und/oder im unteren Bereich des Schüttgutwanderbetts als Kühlme- dium zugegeben. Der Vorteil der Wasserzugabe oder der Zugabe von Wasserdampf in die Pyrolysezone besteht darin, dass das Schüttgutwanderbett bis zum Erreichen einer Eigentemperatur von ca. 450 °C gezielt hydratisiert werden kann, sofern das Schüttgutwanderbett aus Cal- ciumoxid besteht. Die Hydratisierung ist exotherm und kann daher notwendige Wärmeenergie für die Pyrolyse der kohlenstoffhaltigen Substanzen zur Verfügung stellen. Weiterhin ist die Hydratisierung mittels Wasser oder Wasserdampf vorteilhaft, da das sich zumindest teilweise bildende Calciumhydroxid dazu eignet, Halogene oder Schwefel in Form thermisch weitestgehend stabilen Salzen zu binden. Auf diese Weise wird das Synthesegas von Halogenen und/o- der Schwefel gereinigt, welche bei der Pyrolyse oder Oxidation von beispielsweise Polyvinylchloriden oder vulkanisiertem Kautschuk freigesetzt werden. Insbesondere bei Wasserzugabe oder der Zugabe von Wasserdampf in den unteren Bereich des Schüttgutwanderbetts wird durch die Wassergas-Shift-Reaktion im Schüttgutwanderbett durch das Kohlenstoffmono- xid als Reduktionsmittel der Wasserdampf unter Bildung von Kohlenstoffdioxid zu Wasserstoff reduziert. Auf diese Weise entsteht das stabile Kohlenstoffdioxid und der im Synthesegas bei bestimmten Folgeanwendungen erwünschte Wasserstoff. Das Kohlenstoffdioxid kann durch das Boudouard-Gleichgewicht durch den in dem Pyrolysekoks vorhandenen Kohlenstoff bevorzugt zu Kohlenstoffmonoxid reduziert werden. Aus der Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Koh- lenstoffmonoxid ergibt sich der Vorteil, dass das Synthesegas ein reaktionsfreudiges Gas ent- hält und die Fracht an weitestgehend passiven Gasen vermindert wird. A preferred embodiment provides that water and / or steam are added to the bulk material moving bed and / or the Nebenschüttgutwanderbett at one or more positions. Water and / or water vapor is preferably added in the upper region of the secondary bulk material moving bed and / or in the lower region of the bulk material migrating bed as cooling medium. The advantage of the addition of water or the addition of water vapor in the pyrolysis zone is that the bulk material moving bed can be specifically hydrated until reaching a temperature of about 450 ° C, provided that the bulk material moving bed consists of calcium oxide. The hydration is exothermic and therefore may require necessary heat energy for the pyrolysis of carbonaceous substances. Furthermore, the hydration by means of water or steam is advantageous because the at least partially forming calcium hydroxide is suitable to bind halogens or sulfur in the form of thermally stable salts as far as possible. In this way, the synthesis gas is purified of halogens and / or sulfur, which are released in the pyrolysis or oxidation of, for example, polyvinyl chlorides or vulcanized rubber. Particularly when water is added or when water vapor is added to the lower region of the bulk material moving bed, the water gas shift reaction in the bulk material moving bed reduces the water vapor to hydrogen by forming carbon dioxide as the reducing agent. In this way, the stable carbon dioxide and the hydrogen desired in the synthesis gas in certain subsequent applications is produced. The carbon dioxide may preferably be reduced to carbon monoxide by the Boudouard balance by the carbon present in the pyrolysis coke. The advantage of the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide is that the synthesis gas contains a reactive gas and the cargo is reduced to a large extent to passive gases.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Vertikalschachtofen zur Durchführung des Verfahrens aufweisend einen Vertikalschacht mit einem in dem Vertikalschacht kontinuierlich oder in Intervallen verlaufenden Schüttgutwanderbett, aufweisend ein Schüttgutmaterial aus einer kohlenstoffreichen Substanz und einem selbst nicht vergasbaren Material, wobei der Vertikalschacht in einem mittleren Bereich eine Entnahmestelle für das Synthesegas aufweist. The invention further relates to a vertical shaft furnace for carrying out the method comprising a vertical shaft with a continuously extending in the vertical shaft or at intervals Schüttgutwanderbett, comprising a bulk material of a carbon-rich substance and a self-gasification material, the vertical shaft in a central region a removal point for the Has synthesis gas.
Dadurch, dass der Vertikalschacht in einem mittleren Bereich eine Entnahmestelle aufweist, sind in dem Vertikalschacht vorteilhafterweise mehrere Prozesszonen ausbildbar, die voneinander durch die Entnahmestelle getrennt sind. Es bilden sich also ein oberer Bereich und ein unterer Bereich aus. Durch die von der Entnahmestelle hergestellten Separierung der Bereiche wer- den durch den Vertikalschachtofen voneinander getrennte Prozessräume vorgehalten, in denen Prozesse separat voneinander durchführbar sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Anforderungen an die Prozesse hinsichtlich Parameter, wie beispielsweise Temperatur, Druck und/oder Stöchiometrie unterschiedlich sind. Because the vertical shaft has a removal point in a central region, a plurality of process zones can advantageously be formed in the vertical shaft, which are separated from one another by the removal point. Thus, an upper area and a lower area are formed. As a result of the separation of the areas produced by the removal point, separate vertical spaces are provided by the vertical shaft furnace, in which processes can be carried out separately from one another. This is particularly advantageous when the requirements on the processes with respect to parameters such as temperature, pressure and / or stoichiometry are different.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Vertikalschachtofens sieht vor, dass das Schütt- gutmaterial vor und/oder nach Eintritt in den Vertikalschacht durch eine Mischvorrichtung vermischbar ist. Zusätzlich kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die kohlenstoffreiche Substanz und das selbst nicht vergasbare Material mittels eines oder mehrerer rotierender Systeme, vorzugsweise durch parallele Befüllung eines Drehkübels und/oder über gemeinsame und/oder parallele Dosierung über eine oder mehrere rotierender Schurren vor und/oder nach Eintritt in den Vertikalschacht miteinander vermischbar sind. Durch das Vorsehen einer Mischvorrichtung ist vorteilhaft sichergestellt, dass das Schüttgutmaterial des Schüttgutwanderbetts homogen vorliegt. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die kohlenstoffreiche Substanz und das selbst nicht vergasbare Material einzeln in abwechselnden Intervallen in den Vertikalschacht einleitbar sind. Durch die einzelne Einleitung der Bestandteile des Schüttgutwanderbetts ist die Zusammensetzung des Schüttgutwanderbetts kontrolliert einstellbar. Dadurch, dass die Bestandteile einzeln in abwechselnden Intervallen einleitbar sind, ist der Vertikalschachtofen in unterschiedlichen Fahrweisen fahrbar. Bevorzugt ist vorgesehen, dass mittels eines stati- sehen Feststoffverteilers eine gezielte Verteilung der Materialien des Schüttgutwanderbetts in Abhängigkeit ihrer unterschiedlichen Korngrößen erreichbar ist. Durch eine gezielte Verteilung der Materialien in Abhängigkeit von der Korngröße ist eine Einflussnahme auf die Einstellung des Schüttwinkels in dem Schüttgutwanderbett vornehmbar. A further preferred embodiment of the vertical shaft furnace provides that the bulk material can be mixed before and / or after entry into the vertical shaft by a mixing device. In addition, in one embodiment it can be provided that the carbon-rich substance and the material which can not be gasified by means of one or more rotating systems, preferably by parallel filling of a rotary bucket and / or via common and / or parallel metering via one or more rotating chutes before and / or after entry into the vertical shaft are miscible with each other. By providing a mixing device is advantageously ensured that the bulk material of the bulk material moving bed is homogeneous. Alternatively, it can be provided that the carbon-rich substance and the self-gasifiable material can be introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft. Due to the individual introduction of the components of the bulk material moving bed, the composition of the bulk material moving bed is controlled adjustable. Because the components can be introduced individually at alternating intervals, the vertical shaft furnace can be moved in different ways. It is preferably provided that a targeted distribution of the materials of the bulk material moving bed as a function of their different particle sizes can be achieved by means of a static solids distributor. By a targeted distribution of the materials as a function of the grain size, an influence on the adjustment of the angle of repose in the bulk material moving bed is vornehmbar.
Weiterhin ist für den Vertikalschachtofen besonders zweckmäßig, dass ein unteres Ende einer oberen Schüttgutzone des Vertikalschachts einen kleineren inneren Durchmesser aufweist als ein oberes Ende einer unteren Schüttgutzone des Vertikalschachts. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Durchmesser sind Drücke, die in dem Vertikalschachtofen entstehen, vorteilhafterweise kompensier- oder beeinflussbar, sodass die Herstellung eines bestimmten Druckprofils in dem Vertikalschachtofen erreichbar ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Vertikalschachtofens sieht vor, dass der Vertikalschacht im Bereich der oberen Schüttgutzone und/oder im Bereich der unteren Schüttgutzone ganz oder teilweise konisch ausgebildet ist. Vorzugsweise nimmt der innere Durchmesser in den konischen Bereichen von oben nach unten zu. Durch eine konische Ausprägung der Bereiche ergibt sich der Vorteil, dass einer Materialausdehnung des Schüttguts Rechnung getra- gen werden kann, sodass das Schüttgut in dem Vertikalschacht nicht mit der Wandung des Vertikalschachts verkantet. Furthermore, it is particularly expedient for the vertical shaft furnace that a lower end of an upper bulk cargo zone of the vertical shaft has a smaller inner diameter than an upper end of a lower bulk cargo zone of the vertical shaft. By providing different diameters are pressures that arise in the vertical shaft furnace, advantageously compensated or influenced, so that the production of a certain pressure profile in the vertical shaft furnace can be achieved. A further advantageous embodiment of the vertical shaft furnace provides that the vertical shaft in the region of the upper Schüttgutzone and / or in the region of the lower Schüttgutzone is completely or partially conical. Preferably, the inner diameter in the conical regions increases from top to bottom. The conical shape of the regions affords the advantage that a material expansion of the bulk material can be taken into account, so that the bulk material in the vertical shaft does not jam with the wall of the vertical shaft.
Der Vertikalschachtofen kann dadurch weitergebildet werden, dass in dem mittleren Bereich des Vertikalschachts wenigstens über einen Teil des Umfanges des Schüttgutwanderbettes eine oder mehrere radiale Mischkammern ausgebildet sind, vorzugsweise auf der Höhe der Entnahmestelle für das Synthesegas. Ein Vorteil der radialen Mischkammern in dem mittleren Bereich ist, dass eine besonders homogene Durchmischung des durch das Verfahren entstehenden Synthesegases erreichbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung des Vertikalschachtofens ist vorgesehen, dass das Schüttgutwanderbett im Bereich der Mischkammern eine oder mehrere Abböschungen aufweist. Vorzugsweise weist das Schüttgutwanderbett im mittleren Bereich des Vertikalschachts zur Gewährleistung eines für die Erzeugung der Abböschungen notwendigen Fließbettverhaltens ei- nen geeigneten Böschungswinkel auf. Ein Vorteil hierbei ist, dass sich durch das Vorsehen von Abböschungen die Grenzoberfläche zwischen dem Schüttgutwanderbett und den Mischkammern in dem mittleren Bereich erhöht. Somit ergibt sich der Vorteil, dass Synthesegase, die in dem Verfahren produziert werden, besonders leicht über diese Grenzfläche ableitbar sind. The vertical shaft furnace can be further developed in that in the central region of the vertical shaft at least over part of the circumference of the bulk material moving bed one or more radial mixing chambers are formed, preferably at the level of the extraction point for the synthesis gas. An advantage of the radial mixing chambers in the middle region is that a particularly homogeneous mixing of the synthesis gas produced by the process can be achieved. In a further embodiment of the vertical shaft furnace it is provided that the bulk material moving bed has one or more slopes in the area of the mixing chambers. The bulk material moving bed preferably has a suitable angle of repose in the middle region of the vertical shaft in order to ensure a fluidized bed behavior necessary for the production of the quarries. An advantage of this is that the boundary surface between the bulk material moving bed and the mixing chambers in the central region increases due to the provision of excavations. Thus, there is the advantage that synthesis gases produced in the process are particularly easily derivable via this interface.
Für den Vertikalschachtofen ist in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen, dass der Verti- kalschachtofen einen von dem Vertikalschacht getrennt angeordneten Nebenschacht aufweist und zwischen dem Nebenschacht und dem Vertikalschacht eine Strömungsverbindung besteht. Durch das Vorsehen eines Nebenschachts ergibt sich der Vorteil, dass das in dem Verfahren entstehende Synthesegas in dem Nebenschacht reinigbar ist. Zudem sind in dem Nebenschacht weitere Einrichtungen vorsehbar, die eine Nachbehandlung des Synthesegases ermög- liehen. In an alternative embodiment, it is provided for the vertical shaft furnace that the vertical shaft furnace has a secondary shaft arranged separately from the vertical shaft and there is a flow connection between the secondary shaft and the vertical shaft. By providing a secondary shaft there is the advantage that the synthesis gas produced in the process can be cleaned in the secondary shaft. In addition, additional facilities can be provided in the secondary shaft which make it possible to treat the synthesis gas after treatment.
Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung des mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Synthesegases als Brenngas für die thermische Verwertung und/oder als Brenngas für die Verstromung und/oder als Rohstoff in chemischen Prozessen. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass das Synthesegas vor Ort, also dort, wo das Ver- fahren abläuft, direkt Verwendung finden kann. Auf diese Weise sind Abgase und/oder etwaige Abwärme dem Verfahren zuführbar, wodurch der Energiebedarf des Verfahrens weiter reduziert werden kann. Moreover, the invention relates to the use of the synthesis gas produced by a method according to any one of the preceding claims as a fuel gas for thermal utilization and / or as a fuel gas for power generation and / or as a raw material in chemical processes. It is particularly advantageous here that the synthesis gas can be used directly on site, ie where the process is taking place. In this way, exhaust gases and / or any waste heat can be supplied to the process, whereby the energy requirement of the process can be further reduced.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Synthesegas vor seiner Verwertung gefiltert und je nach weiterer Anwendung gegebenenfalls abgekühlt wird. Eine Filterung sorgt für ein staub- freies Synthesegas, das in gefilterter Form und gegebenenfalls auch nach Abkühlung auch für anspruchsvolle Verwendungen, beispielsweise in Verbrennungsmotoren, eingesetzt werden kann. Preferably, it is provided that the synthesis gas is filtered prior to its use and optionally cooled depending on further use. Filtering ensures a dust-free syngas, which can be used in filtered form and, where appropriate, also after cooling, for demanding applications, for example in internal combustion engines.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Vertikalschachtofens mit einem Vertikalschacht zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas; Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it: Figure 1 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft for carrying out the process for the production of synthesis gas.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Vertikalschachtofens mit einem Vertikalschacht und einem Nebenschacht zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas, wobei im Nebenschacht eine Gegenstromfahrweise realisiert ist und Fig. 2 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft and a secondary shaft for carrying out the process for the production of synthesis gas, wherein in the secondary shaft a countercurrent mode is realized and
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Vertikalschachtofens mit einem Vertikalschacht und einem Nebenschacht zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas, wobei im Nebenschacht eine Gleichstromfahrweise realisiert ist. Fig. 3 is a schematic representation of a vertical shaft furnace with a vertical shaft and a secondary shaft for carrying out the method for the production of synthesis gas, wherein in the secondary shaft a Gleichstromfahrweise is realized.
Figur 1 zeigt einen Vertikalschachtofen 1 zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas 130 aus kohlenstoffreichen Substanzen 1 12. Der Vertikalschachtofen 1 weist einen Vertikalschacht 100 auf, in dem ein Schüttgutwanderbett 1 10 von oben nach unten wandert. Das Schüttgutwanderbett 1 10 besteht aus Schüttgutmaterial 1 1 1 , welches aus einer Schüttgutquelle 120 gespeist wird. Das Schüttgutmaterial 1 1 1 setzt sich aus zwei Materialien zusammen. Das erste Material besteht aus der kohlenstoffreichen Substanz 1 12, welche zu Synthesegas 130 verarbeitet wird. Das zweite Material ist ein selbst nicht vergasbares Material 1 13, das nicht zu Synthesegas 130 verarbeitet wird. Zur Sicherstellung einer homogenen Verteilung der kohlenstoffreichen Substanz 1 12 und dem selbst nicht vergasbaren Material 1 13 im Schüttgutmaterial 1 1 1 wird vorzugsweise ein nicht dargestellter Drehkübel mit den beiden Mate- rialien unter Rotation befüllt, bevor das Schüttgutmaterial als Mischung in den Vertikalschacht eingeleitet wird. 1 shows a vertical shaft furnace 1 for carrying out the method for producing synthesis gas 130 from carbon-rich substances 1 12. The vertical shaft furnace 1 has a vertical shaft 100, in which a bulk material moving bed 1 10 moves from top to bottom. The bulk material moving bed 1 10 consists of bulk material 1 1 1, which is fed from a bulk material source 120. The bulk material 1 1 1 is composed of two materials. The first material consists of the carbon-rich substance 1 12, which is processed to synthesis gas 130. The second material is a self-gasifiable material 13, which is not processed into syngas 130. To ensure a homogeneous distribution of the carbon-rich substance 1 12 and the self-gasifiable material 1 13 in the bulk material 1 1 1 is preferably an unrepresented spin tub with the two materials mate- rials filled under rotation before the bulk material is introduced as a mixture in the vertical shaft.
Das Schüttgutmaterial 1 1 1 wird aus dem Drehkübel an einer Oberseite 101 des Vertikalschachts 100 in den Vertikalschacht 100 über einen Gasraum 103 eingeleitet und durchläuft den Vertikalschacht 100 schwerkraftbedingt. Die Einleitung kann vorzugsweise über einen bewegten oder statischen Feststoffverteiler 1 16 erfolgen, über den eine gezielte Verteilung des Schüttgutmaterials in Abhängigkeit der seiner unterschiedlichen Korngrößen im Schüttgutwanderbett 1 10 erfolgen kann. The bulk material 1 1 1 is introduced from the rotary bucket on an upper side 101 of the vertical shaft 100 in the vertical shaft 100 via a gas space 103 and passes through the vertical shaft 100 by gravity. The introduction can preferably take place via a moving or static solids distributor 16, via which a targeted distribution of the bulk material material can be effected as a function of its different particle sizes in the bulk material moving bed 110.
Das Schüttgutmaterial 1 1 1 wird an der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 entnommen und einer später zu beschreibenden Nachbehandlung zugeführt. Alternativ zur oben beschriebenen Einleitung der kohlenstoffreichen Substanz 1 12 und dem selbst nicht vergasbaren Material 1 13 als Mischung, können beide Materialien auch einzeln in abwechselnden Intervallen in den Vertikalschacht eingeleitet werden, wodurch die Materialien quasi schichtweise im Schüttgutwanderbett 1 10 vorliegen. In diesem Fall kann die Einleitung ebenfalls vorzugsweise über einen bewegten oder statischen Feststoffverteiler 1 16 erfolgen, über den eine gezielte Verteilung der Materialien in Abhängigkeit ihrer unterschiedlichen Korngrößen im Schüttgutwanderbett 1 10 erfolgen kann. The bulk material 1 1 1 is removed at the bottom 102 of the vertical shaft 100 and fed to a post-treatment to be described later. As an alternative to the above-described introduction of the carbon-rich substance 1 12 and the self-gasifiable material 1 13 as a mixture, both materials can also be introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft, whereby the materials are quasi-layered in the bulk material moving bed 1 10. In this case, the introduction can also preferably take place via a moving or static solids distributor 16, via which a targeted distribution of the materials depending on their different particle sizes in the bulk material moving bed 110 can take place.
Als kohlenstoffreiche Substanz 1 12 können beispielsweise kohlenstoffreiche Abfälle, wie z.B. Biomasse, Kunststoffe, Klärschlamm, ölhaltige Sande oder Ölschiefer verwendet werden. Das selbst nicht vergasbare Material 1 13 besteht vorzugsweise aus einem mineralischen Material, bevorzugt aus einem kalzitischen Material, besonders bevorzugt aus Calciumoxid. For example, as high-carbon substance 1 12, high-carbon wastes such as e.g. Biomass, plastics, sewage sludge, oily sands or oil shale can be used. The self-gasifiable material 1 13 is preferably made of a mineral material, preferably of a calcitic material, particularly preferably of calcium oxide.
Der Strom des Schüttgutmaterials 1 1 1 erfolgt von der Oberseite 101 des Vertikalschachtes 100 zu der Unterseite 102 des Vertikalschachtes 100, wobei das Schüttgutmaterial 1 1 1 verschiedene Prozesszonen des Vertikalschachts 100 durchläuft. Zunächst durchläuft das Schüttgutmaterial 1 1 1 eine Pyrolysezone 141 . In der Pyrolysezone 141 werden organische Verbindungen thermisch gespalten. Hierbei werden organische Moleküle in Moleküle aufgespalten, die kurzkettiger als die Ausgangsmoleküle sind. Die Aufspaltung erfolgt in einem Temperaturbereich zwischen 200 °C und 900 °C The flow of the bulk material 1 1 1 takes place from the top 101 of the vertical shaft 100 to the bottom 102 of the vertical shaft 100, wherein the bulk material 1 1 1 different process zones of the vertical shaft 100 passes. First, the bulk material 1 1 1 passes through a pyrolysis 141. In the pyrolysis zone 141 organic compounds are thermally split. In doing so, organic molecules are split into molecules that are shorter than the parent molecules. The splitting takes place in a temperature range between 200 ° C and 900 ° C
Nach der Pyrolysezone 141 in Richtung der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 befindet sich eine Oxidationszone 143. In der Oxidationszone 143 wird ein Rückstand der Pyrolyse zu Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlenstoffmonoxid oxidiert. Dieser Rückstand der Pyrolyse wird auch als Pyrolysekoks bezeichnet. After the pyrolysis zone 141 in the direction of the underside 102 of the vertical shaft 100 there is an oxidation zone 143. In the oxidation zone 143, a residue of the pyrolysis is oxidized to carbon dioxide or carbon monoxide. This residue of pyrolysis is also referred to as pyrolysis coke.
Zwischen der Oxidationszone 143 und der Pyrolysezone 141 befindet sich eine Reduktionszone 142, in der der Kohlenstoffdioxid mit elementarem Kohlenstoff durch das Boudouard-Gleichge- wicht in Kohlenstoffmonoxid umgesetzt wird. Diese Reaktion ist endotherm und wird durch die unter der Reduktionszone 142 liegenden Oxidationszone 143, in der die exotherme Oxidation des Pyrolysekokses erfolgt, mit Wärmeenergie versorgt. Eine zusätzliche Versorgung mit Wärmeenergie erfolgt aus der fühlbaren Wärme des aus der Pyrolysezone 141 kommenden Schüttgutwanderbetts. Nach der Oxidationszone 143 folgt eine Nachkühlzone 144, in der das Schüttgutwanderbett abgekühlt wird. Das Schüttgutwanderbett 1 10 wird aus dem Vertikalschacht 100 über eine Ausleitungsvorrichtung 150 ausgeleitet. Between the oxidation zone 143 and the pyrolysis zone 141 there is a reduction zone 142, in which the carbon dioxide is reacted with elemental carbon by the Boudouard equilibrium in carbon monoxide. This reaction is endothermic and is supplied with heat energy by the oxidation zone 143 below the reduction zone 142, in which the exothermic oxidation of the pyrolysis coke occurs. An additional supply of heat energy takes place from the sensible heat of the bulk material moving bed coming from the pyrolysis zone 141. After the oxidation zone 143 is followed by a post-cooling zone 144, in which the bulk material moving bed is cooled. The bulk material moving bed 1 10 is discharged from the vertical shaft 100 via a discharge device 150.
Über die Steuerung des durch die Ausleitungsvorrichtung 150 ausgeleiteten Stoffstroms des Schüttgutwanderbetts 1 10 lässt sich dessen Verweildauer in dem Vertikalschacht 100 steuern. Auf diese Weise ist der Prozess durch die Verweildauer der kohlenstoffreichen Substanz 1 12 bzw. deren Rückständen in den unterschiedlichen Prozesszonen 141 , 142, 143, 144 einstellbar. About the control of the discharged through the discharge device 150 material flow of the bulk material moving bed 1 10 can be the residence time in the vertical shaft 100 control. In this way, the process is adjustable by the residence time of the carbon-rich substance 1 12 or its residues in the different process zones 141, 142, 143, 144.
Das Schüttgutmaterial 1 1 1 des Schüttgutwanderbetts 1 10 wird nach dem Ausleiten an der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 in eine Separationsvorrichtung 10 geleitet, wo das Schütt- gutmaterial 1 1 1 in drei Korngrößenfraktionen nach Grobkorn 151 , Mittelkorn 152 und Feinkorn 153 fraktioniert wird. The bulk material 1 1 1 of the bulk material moving bed 1 10 is passed after discharge at the bottom 102 of the vertical shaft 100 in a separation device 10, where the bulk material 1 1 1 is fractionated into coarse grain 151, middle grain 152 and fine grain 153 in three particle size fractions.
Die Fraktion des Grobkorns 151 kann zu der Schüttgutquelle 120 zurückgeführt werden und ergänzt in der Schüttgutquelle 120 das selbst nicht vergasbare Material 1 13. The fraction of the coarse grain 151 can be returned to the bulk material source 120 and supplements the self-gasifiable material 1 13 in the bulk material source 120.
Die Mittelkornfraktion 152 wird entsorgt oder steht einer weiteren Verwendung zu Verfügung. Die Feinkornfraktion 153, die teilweise auch die in der Pyrolysezone 141 und/oder in der Oxidationszone 143 entstehende Asche enthält, bildet einen Feingut-Abfall 154, der entsorgt oder bei Anreicherung von wertvollen Residualmaterialien verwertet wird. The mid-grain fraction 152 is disposed of or is available for further use. The fine grain fraction 153, which also partially contains the ashes produced in the pyrolysis zone 141 and / or in the oxidation zone 143, forms a fine waste 154 which is disposed of or utilized in the enrichment of valuable residual materials.
Der Vertikalschacht 100 wird zusätzlich zu dem Schüttgutwanderbett 1 10 mit einem Gasstrom durchströmt. Der Gasstrom verläuft in einer oberen Schüttgutzone 1 14 des Vertikalschachts 100 im Gleichstrom mit dem Schüttgutwanderbett 1 10. Das heißt, dass der Gasstrom in Richtung von der Oberseite 101 des Vertikalschachts 100 in Richtung der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 verläuft und hierbei die Pyrolysezone 141 durchströmt. The vertical shaft 100 is traversed in addition to the bulk material moving bed 1 10 with a gas stream. The gas stream runs in an upper bulk material zone 14 of the vertical shaft 100 in direct current with the bulk material moving bed 1. That is, the gas stream runs in the direction from the upper side 101 of the vertical shaft 100 in the direction of the underside 102 of the vertical shaft 100 and in this case the pyrolysis zone 141 flows through ,
In einer unteren Schüttgutzone 1 15 des Vertikalschachts 100 verläuft der Gasstrom im Gegenstrom zu dem Schüttgutwanderbett 1 10. Das heißt, dass der Gasstrom in Richtung von der Un- terseite 102 des Vertikalschachts 100 zu der Oberseite 101 des Vertikalschachts 100 verläuft. In a lower bulk material zone 1 15 of the vertical shaft 100, the gas stream runs in countercurrent to the bulk material moving bed 1 10. That is to say, the gas stream runs in the direction from the lower side 102 of the vertical shaft 100 to the upper side 101 of the vertical shaft 100.
Zwischen der oberen Schüttgutzone 1 14 des Vertikalschachts und der unteren Schüttgutzone 1 15 des Vertikalschachts liegt ein mittlerer Bereich 104 des Vertikalschachts. In diesem mittleren Bereich 104 treffen sich der mit dem Schüttgutwanderbett 100 verlaufende Gasstrom aus der oberen Schüttgutzone 1 14 und der gegen das Schüttgutwanderbett 1 10 verlaufende Gasstrom aus der unteren Schüttgutzone 1 15. Der Druck innerhalb des Vertikalschachts 100 ist in dem mittleren Bereich 104 am niedrigsten. Between the upper Schüttgutzone 1 14 of the vertical shaft and the lower Schüttgutzone 1 15 of the vertical shaft is a central portion 104 of the vertical shaft. In this central region 104, the gas flow which runs with the bulk material moving bed 100 is discharged the upper bulk material zone 14 and the gas flow flowing from the lower bulk zone 15 against the bulk material moving bed 110. The pressure within the vertical shaft 100 is lowest in the central area 104.
In dem mittleren Bereich 104 des Vertikalschachts 100 werden die aus der in der oberen Schüttgutzone 1 14 befindlichen Pyrolysezone 141 stammenden Gase, sowie die aus der in der unteren Schüttgutzone 1 15 befindlichen Reduktionszone 142 stammenden Gase an einer Entnahmestelle 131 des Vertikalschachts 100 abgezogen. In the middle region 104 of the vertical shaft 100, the gases originating from the pyrolysis zone 141 located in the upper bulk material zone 14 and the gases originating from the reduction zone 142 located in the lower bulk zone 15 are withdrawn at a removal point 131 of the vertical shaft 100.
Das Schüttgutwanderbett 1 10 bildet in dem mittleren Bereich 104 des Vertikalschachts 100 gemeinsam mit dem Vertikalschacht 100 eine radiale Mischkammer 105 aus, die wenigstens über einen Teil des Umfangs des Schüttgutwanderbettes 1 10 ausgebildet ist. In dieser radialenThe bulk material moving bed 1 10 forms, in the middle region 104 of the vertical shaft 100, together with the vertical shaft 100, a radial mixing chamber 105, which is formed over at least part of the circumference of the bulk material moving bed 1 10. In this radial
Mischkammer 105 werden der aus der unteren Schüttgutzone 1 15 stammende Gasstrom und der aus der oberen Schüttgutzone 1 14 stammende Gasstrom vermischt. Mixing chamber 105 of the resulting from the lower Schüttgutzone 1 15 gas stream and from the upper Schüttgutzone 1 14 derived gas stream are mixed.
In einem Vorwärmbereich 145 im oberen Bereich der Pyrolysezone 141 und/oder innerhalb der Pyrolysezone 141 werden Luft 50 und/oder Erdgas 60 und/oder ein Wärmetauschermedium 21 durch obere Einstecklanzen 106 eingeleitet. Brennbare Gase werden in dieser oberen Schüttgutzone 1 14 zumindest partiell verbrannt, um Wärmeenergie bereitzustellen. Eingeleitete Medien 50, 60, 21 , die Wärmeenergie tragen, geben ihre Wärmeenergie in diesem Vorwärmbereich 145 an das Schüttgutmaterial 1 1 1 ab. Das Schüttgutmaterial 1 1 1 durchläuft jedenfalls zunächst einen Vorwärmbereich 145, in dem das Schüttgutmaterial 1 1 1 vorgewärmt wird. Alternativ können die Medien 50, 60, 21 auch direkt in den Gasraum 103 eingeleitet werden, wo brennbare Gase zumindest partiell verbrannt werden um Wärmeenergie bereitzustellen. Eingeleitete Medien 50, 60, 21 , die Wärmeenergie tragen und oder das Oxidationsgas, strömen aufgrund des herrschenden Überdrucks im Gasraum 103 in das Schüttgutwanderbett 1 10 ein und geben ihre Wärme an das Schüttmaterial 1 1 1 ab. Anstatt des Erdgases 60 können auch andere brennbare Gase eingeleitet werden. Ebenfalls ist es möglich, durch die Einstecklanzen 106 und/oder durch den Gasraum überhitzte brennbare Gase oder ein überhitztes reduzierbares Gas, wie z.B. Kohlenstoffdioxid einzuleiten. In a preheating region 145 in the upper region of the pyrolysis zone 141 and / or within the pyrolysis zone 141, air 50 and / or natural gas 60 and / or a heat exchange medium 21 are introduced through upper insertion lances 106. Flammable gases are at least partially burned in this upper bulk zone 14 to provide thermal energy. Introduced media 50, 60, 21, which carry heat energy, give their heat energy in this preheating area 145 to the bulk material 1 1 1 from. In any case, the bulk material 1 1 1 first passes through a preheating area 145, in which the bulk material 1 1 1 is preheated. Alternatively, the media 50, 60, 21 may also be introduced directly into the gas space 103, where combustible gases are at least partially combusted to provide thermal energy. Introduced media 50, 60, 21, the heat energy carry and or the oxidizing gas, flow due to the prevailing overpressure in the gas space 103 in the bulk material moving bed 1 10 and give their heat to the bulk material 1 1 1 from. Instead of the natural gas 60, other combustible gases may be introduced. It is also possible to use flammable gases superheated by the injectors 106 and / or the gas space, or a superheated, reducible gas, such as e.g. To introduce carbon dioxide.
Durch die Verbrennung von Erdgas 60 oder die Einleitung von Wärmeenergie tragenden Medien 50, 60, 21 wird die Temperatur des Schüttgutwanderbetts 1 10 von einer Temperatur unter 200 °C beim Eintrag in den Vertikalschacht 100 auf eine Temperatur über 200 °C in der Pyrolysezone 141 erhöht. By the combustion of natural gas 60 or the introduction of heat energy-carrying media 50, 60, 21, the temperature of the bulk material moving bed 1 10 of a temperature below Increased 200 ° C when entering the vertical shaft 100 to a temperature above 200 ° C in the pyrolysis 141.
Unterhalb der Oxidationszone 143 kann vorgesehen sein, dass Wasserdampf 70 über untere Einstecklanzen 108 eingeleitet wird. In diesem Fall wird der Wasserdampf als Kühlgas einge- setzt, um das Wanderbett bis auf eine Eigentemperatur abzukühlen, die oberhalb 450 °C liegt. Diese Temperatur-Untergrenze wird eingehalten, um eine an dieser Stelle unerwünschte Hydratisierung bei Verwendung von Calciumoxid als selbst nicht vergasbares Material 1 13 auszuschließen. Below the oxidation zone 143, it may be provided that water vapor 70 is introduced via lower insertion lances 108. In this case, the steam is used as the cooling gas to cool the moving bed to a temperature above 450 ° C. This lower temperature limit is maintained to preclude undesirable hydration at this point when calcium oxide is used as the non-gasifiable material.
Optional kann Wasserdampf 70 auch in der oberen Schüttgutzone 1 14 über die oberen Ein- stecklanzen 106 eingeleitet werden. Hier steht bei Verwendung von Calciumoxid als selbst nicht vergasbares Material 1 13 die durch die Hydratisierung freiwerdende Energie für die Pyrolyse des kohlenstoffreichen Substanz 1 12 zur Verfügung. Optionally, water vapor 70 can also be introduced in the upper bulk material zone 14 via the upper insertion lances 106. Here is when using calcium oxide as self-gasifying material 1 13, the energy released by the hydration for the pyrolysis of the carbon-rich substance 1 12 available.
Zwischen der Oxidationszone 143 und der Reduktionszone 142 kann Leichtöl 30 und/oder Schweröl 80 in das Schüttgutwanderbett 1 10 durch mittlere Einstecklanzen 107 eingebracht werden. Durch das Einbringen von Leichtöl 30 und/oder Schweröl 80 lässt sich die Synthesegasmenge und der Heizwert des Synthesegases 130 erhöhen. Weiterhin kann die Temperatur in der Oxidationszone 143 gesteuert werden, sodass eine weitestgehende Oxidation der kohlenstoffreichen Pyrolyserückstände und der kohlenstoffreichen Rückstände aus der Reduktionszone gewährleistet ist, ohne dass eine oxidative Überhitzung stattfindet. Durch das Einleiten von Wasser 40 zwischen der Oxidationszone 143 und der Reduktionszone 142 über die mittleren Einstecklanzen 107 wird das Wasser 40 als Kühlmittel eingesetzt, das durch seine Verdampfungsenthalpie und Wärmeaufnahme die Steuerung der Temperatur in der Oxidationszone 143 erlaubt, sodass eine weitestgehende Oxidation der kohlenstoffreichen Pyrolyserückstände und der kohlenstoffreichen Rückstände aus der Reduktionszone 142 gewähr- leistet ist, ohne dass eine oxidative Überhitzung stattfindet. Between the oxidation zone 143 and the reduction zone 142, light oil 30 and / or heavy oil 80 can be introduced into the bulk material moving bed 1 10 through middle insertion lances 107. By introducing light oil 30 and / or heavy oil 80, the amount of synthesis gas and the calorific value of the synthesis gas 130 can be increased. Furthermore, the temperature in the oxidation zone 143 can be controlled so that the oxidation of the carbon-rich pyrolysis residues and the carbon-rich residues from the reduction zone is ensured to the greatest possible extent without oxidative overheating taking place. By introducing water 40 between the oxidation zone 143 and the reduction zone 142 via the middle insertion lances 107, the water 40 is used as a coolant, which allows the control of the temperature in the oxidation zone 143 by its enthalpy of vaporization and heat absorption, so that a most extensive oxidation of the carbon-rich pyrolysis residues and the carbon-rich residues from the reduction zone 142 are ensured without oxidative overheating taking place.
Zur vollständigen Oxidation der kohlenstoffreichen Rückstände aus der Pyrolysezone 141 und der Reduktionszone 142 in der Oxidationszone 143 erfolgt an der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 eine Versorgung mit sauerstoffhaltigem Gas 90. Als sauerstoffhaltiges Gas kann Luft 50 und/oder ein Gasgemisch mit einem Anteil an Sauerstoff verwendet werden. Bevorzugt wird die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas 90 über die Unterseite des Vertikalschachts 100 so eingestellt, dass die Oxidationszone 143 und die Reduktionszone 142 un- terstöchiometrisch mit Sauerstoff versorgt sind, sodass in den mittleren Bereich 104 des Vertikalschachts 100 kein Sauerstoff übergeleitet wird. Auf diese Weise besteht das Synthesegas 130, das sich im mittleren Bereich 104 aus dem mit dem Schüttgutwanderbett 1 10 in der oberen Schüttgutzone 1 14 gleichlaufenden Gasstrom und dem Gasstrom aus der unteren Schüttgutzone 1 15 bildet, aus einem Gasgemisch, das keinen Sauerstoff enthält. Durch die Einleitung von Luft 50 oder sauerstoffhaltigem Gas 90 an der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 wird das Schüttgutwanderbett 1 10 in der unteren Schüttgutzone 1 15 des Vertikalschachts 100 und insbesondere in der Nachkühlzone 144 abgekühlt. For complete oxidation of the carbon-rich residues from the pyrolysis zone 141 and the reduction zone 142 in the oxidation zone 143 takes place at the bottom 102 of the vertical shaft 100, a supply of oxygen-containing gas 90. As the oxygen-containing gas can be used 50 and / or a gas mixture with a proportion of oxygen become. Preferably, the supply of oxygen-containing gas 90 via the bottom of the vertical shaft 100 is adjusted so that the oxidation zone 143 and the reduction zone 142 are stoichiometrically oxygenated so that no oxygen is transferred to the central region 104 of the vertical shaft 100. In this way, there is the synthesis gas 130, which forms in the central region 104 from the gas flow flowing parallel to the bulk material moving bed 1 10 in the upper Schüttgutzone 1 14 and the gas stream from the lower Schüttgutzone 1 15, from a gas mixture containing no oxygen. By the introduction of air 50 or oxygen-containing gas 90 at the bottom 102 of the vertical shaft 100, the bulk material moving bed 110 is cooled in the lower bulk zone 15 of the vertical shaft 100 and in particular in the aftercooling zone 144.
Besonders bevorzugt erfolgt die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas 90 und/oder Luft 50 über die Unterseite des Vertikalschachts über zwei getrennt einstellbare Teilströme. Um eine optimale Gasverteilung in der Nachkühlzone 144 zu erreichen, wird ein Kühlgas-Randstrom 91 über den äußeren Randbereich des Schuttgutwanderbetts 1 10 in die Nachkühlzone 144 einge- leitet, während ein Kühlgas-Zentralstrom 92 in den Bereich des Zentrums des Schüttgutwanderbetts 1 10 in die Nachkühlzone 144 eingeleitet wird. Particularly preferably, the supply of oxygen-containing gas 90 and / or air 50 takes place via the underside of the vertical shaft via two separately adjustable partial flows. In order to achieve an optimum gas distribution in the aftercooling zone 144, a cooling gas edge stream 91 is introduced into the aftercooling zone 144 via the outer edge region of the bulk material moving bed 1 10, while a central cooling gas stream 92 is introduced into the region of the center of the bulk material moving bed 1 10 Aftercooling zone 144 is initiated.
Dem Verfahren sind als kohlenstoffreiche Substanzen feste oder flüssige Schwersieder 109 über das Schüttgutmaterial zuführbar. Außerdem können flüssige Schwersieder 109 dem Verfahren über die oberen Einstecklanzen 106, die mittleren Einstecklanzen 107 und/oder die unte- ren Einstecklanzen 108 zugeführt werden. The process can be supplied as high-carbon substances solid or liquid high boilers 109 on the bulk material. In addition, liquid high boilers 109 may be supplied to the process via the upper insertion lances 106, the middle insertion lances 107 and / or the lower insertion lances 108.
Das an der Unterseite 102 des Vertikalschachts 100 zugeführte Kühlgas ist in dem Schüttgutwanderbett in einem Kühlgas-Randstrom 91 an der Außenseite des Schüttgutwanderbetts 1 10 und in einem Kühlgas-Zentralstrom 92 in einem zentralen Bereich des Schüttgutwanderbetts 1 10 führbar. Figur 2 zeigt den Vertikalschachtofen 1 mit einem Nebenschacht 210, der ebenfalls in Form eines Vertikalschachts ausgebildet ist und durch den das gebildete Synthesegas im Gegenstrom zum Nebenschüttgutwanderbett 220 geführt wird. The supplied at the bottom 102 of the vertical shaft 100 cooling gas is in the bulk material moving bed in a cooling gas edge stream 91 on the outside of the bulk material moving bed 1 10 and in a central cooling gas stream 92 in a central region of the bulk material moving bed 1 10 feasible. FIG. 2 shows the vertical shaft furnace 1 with a secondary shaft 210 which is likewise designed in the form of a vertical shaft and through which the synthesis gas formed is conducted in countercurrent to the secondary bulk material moving bed 220.
In dem Nebenschacht 210 verläuft ein Nebenschüttgutwanderbett 220 von oben nach unten kontinuierlich. Das Nebenschüttgutwanderbett 220 wird durch eine Nebenschüttgutquelle 230 mit Nebenschüttgutmaterial 221 gespeist und verläuft von einer Oberseite 21 1 des Nebenschachts 210 zu einer Unterseite 212 des Nebenschachts 210. Das Nebenschüttgutwanderbett 220 besteht aus einem Nebenschüttgutmaterial 221 , vorzugsweise einem mineralischen Material, bevorzugt aus Calciumoxid und/oder Calciumcarbonat. In Nebenschachtgut 210 runs a Nebenschüttgutwanderbett 220 from top to bottom continuously. The Nebenschüttgutwanderbett 220 is fed by a Nebenschüttgutquelle 230 with Nebenschüttgutmaterial 221 and extends from a top 21 1 of the secondary shaft 210 to a bottom 212 of the secondary shaft 210th The Nebenschüttgutwanderbett 220 consists of a Nebenschüttgutmaterial 221, preferably a mineral material, preferably from calcium oxide and / or calcium carbonate.
Vorzugsweise ist die mittlere Korngröße des Nebenschüttgutmaterials 221 geringer als die mittlere Korngröße des Schüttgutmaterials 1 1 1. In das Nebenschüttgutwanderbett 220 wird das aus dem mittleren Bereich 104 des Vertikalschachts 100 an der Entnahmestelle 131 entnommene Synthesegas 130 eingeleitet. Preferably, the average particle size of Nebenschüttgutmaterials 221 is less than the mean grain size of the bulk material 1 1 1. In the Nebenschüttgutwanderbett 220 from the middle portion 104 of the vertical shaft 100 at the removal point 131 extracted synthesis gas 130 is introduced.
Hierzu bildet das Nebenschüttgutwanderbett 220 mit dem Nebenschacht 210 eine radiale Kammer 213 aus, die wenigstens über einen Teil des Umfangs des Nebenschüttgutwanderbettes 220 ausgebildet ist. Durch diese radiale Kammer 213 strömt das Synthesegas 130 in das Ne- benschüttgutwanderbett 220 ein. For this purpose, the Nebenschüttgutwanderbett 220 forms with the secondary shaft 210 a radial chamber 213, which is formed over at least a portion of the circumference of Nebenschüttgutwanderbettes 220. Through this radial chamber 213, the synthesis gas 130 flows into the secondary bulk material moving bed 220.
Das Synthesegas 130 durchströmt das Nebenschüttgutwanderbett 220 hierbei in einem oberen Bereich 214 des Nebenschachts 210 im Gegenstrom. Das Synthesegas 130 wird in dem oberen Bereich 214 des Nebenschachts 210 aus dem Nebenschacht 210 an einer AbleitungsstelleThe synthesis gas 130 flows through the secondary bulk material moving bed 220 in an upper region 214 of the secondary shaft 210 in countercurrent. The synthesis gas 130 is in the upper portion 214 of the secondary shaft 210 from the secondary shaft 210 at a discharge point
216 abgeleitet. Insbesondere die Verwendung von Calciumoxid als Nebenschüttgutmaterial 221 in dem Nebenschüttgutwanderbett 220 gestaltet sich vorteilhaft, da Anteile des Synthesegases 130, die Halogene und insbesondere Chlor enthalten, durch Calciumhydroxid gebunden werden, was durch die Einleitung von Wasser 40 oder Wasserdampf 70 beispielsweise über Nebeneinstecklanzen216 derived. In particular, the use of calcium oxide as Nebenschüttgutmaterial 221 in the Nebenschüttgutwanderbett 220 is advantageous because portions of the synthesis gas 130, the halogens and chlorine in particular, are bound by calcium hydroxide, resulting from the introduction of water 40 or steam 70, for example via Nebeneinstecklanzen
217 im oberen Bereich des Nebenschachts 210 durch Hydratisierung erzeugt werden kann. Ha- logene und insbesondere Chlor entstehen beispielsweise bei der Oxidation oder der Pyrolyse von Polyvinylchloriden. 217 in the upper region of the secondary shaft 210 can be generated by hydration. Halogens and, in particular, chlorine are formed, for example, in the oxidation or pyrolysis of polyvinyl chlorides.
Außerdem kann das Synthesegas 130 durch das Vorsehen von Calciumoxid als Nebenschüttgutmaterial von Schwefelverbindungen gereinigt werden. In addition, synthesis gas 130 can be purified by providing calcium oxide as a minor bulk material of sulfur compounds.
Das Nebenschüttgutwanderbett 220 dient außerdem der Ableitung von Wärme aus dem Synthesegas 130, welches den Vertikalschacht 100 mit dem Schüttgutwanderbett 1 10 an der Entnahmestelle 131 mit einer Temperatur von über 600 °C verlässt. Durch den Gegenstrom, der zwischen dem ablaufenden Nebenschüttgutwanderbett 220 und dem aufsteigenden Synthesegas 130 ausgebildet wird, lässt sich die Wärmeaufnahme durch das Nebenschüttgutwanderbett 220 effizient gestalten. The Nebenschüttgutwanderbett 220 also serves to dissipate heat from the synthesis gas 130, which leaves the vertical shaft 100 with the bulk material moving bed 1 10 at the removal point 131 at a temperature of about 600 ° C. The countercurrent, which is formed between the running Nebenschüttgutwanderbett 220 and the rising synthesis gas 130, the heat absorption by the Nebenschüttgutwanderbett 220 can make efficient.
Das Nebenschüttgutwanderbett 220 wird aus dem Nebenschacht 210 über eine Nebenauslei- tungsvorrichtung 240 ausgeleitet. Über die Steuerung der Nebenausleitungsvorrichtung 240 lässt sich die Verweildauer des Nebenschüttgutwanderbettes 220 in dem Nebenschacht 210 steuern. The secondary bulk material moving bed 220 is discharged from the secondary shaft 210 via a secondary discharge device 240. By controlling the Nebenausleitungsvorrichtung 240, the residence time of Nebenschüttgutwanderbettes 220 can be controlled in the secondary shaft 210.
Das durch die Nebenausleitungsvorrichtung 240 ausgeleitete Nebenschüttgutmaterial 221 wird der Separationsvorrichtung 10 zugeleitet, wo das Nebenschüttgutmaterial 221 , ebenso wie das Schüttgutmaterial 1 1 1 , nach Grobkorn 151 , Mittelkorn 152 und Feinkorn 153 fraktioniert wird. The Nebenschüttgutmaterial 221 discharged through the Nebenausleitungsvorrichtung 240 is fed to the separation device 10, where the Nebenschüttgutmaterial 221, as well as the bulk material 1 1 1, according to coarse grain 151, center grain 152 and fines 153 is fractionated.
Das in der Separationsvorrichtung 10 abgetrennte Mittelkorn 152 kann zumindest teilweise der Nebenschüttgutquelle 230 zugegeben werden und kann zusammen mit dem Nebenschüttgutmaterial 221 das Nebenschüttgutwanderbett 220 bilden. Hierbei bilden sowohl das fraktionierte und aus der Ausleitungsvorrichtung 150 ausgeleitete Schüttgutmaterial 1 1 1 des Schüttgutwan- derbetts 1 10 des Vertikalschachts 100, als auch das das fraktionierte Nebenschüttgutmaterial 221 des Nebenschüttgutwanderbettes 220 des Nebenschachts 200 in einer gemeinsamen Fraktion das Mittelkorn 152. The middle grain 152 separated in the separation device 10 can be at least partially added to the secondary bulk material source 230 and, together with the secondary bulk material 221, can form the secondary bulk material moving bed 220. Here, both the fractionated bulk material 1 1 1 of the bulk material moving bed 1 10 of the vertical shaft 100 and the fractionated secondary bulk material 221 of the secondary bulk material moving bed 220 of the secondary shaft 200 in a common fraction form the middle grain 152.
Im unteren Bereich 215 des Nebenschachtes 210 ist ein Wärmetauscher 20 angeordnet. Der Wärmetauscher 20 nimmt die Wärme des Nebenschüttgutwanderbettes 220 auf, die durch das Synthesegas 130 auf das Nebenschüttgutwanderbett 220 abgegeben wurde. Durch den Wärmetauscher 20 strömt ein Wärmetauschermedium 21 , das die Wärme hin zu den oberen Einstecklanzen 106 des Vertikalschachts 100 transportiert. Als Wärmetauschermedium 21 kann Erdgas 60, Synthesegas 130, Wasser 40 oder Wasserdampf 70 eingesetzt werden. In the lower region 215 of the secondary shaft 210, a heat exchanger 20 is arranged. The heat exchanger 20 receives the heat of Nebenschüttgutwanderbettes 220, which was discharged through the synthesis gas 130 to the Nebenschüttgutwanderbett 220. A heat exchanger medium 21, which transports the heat toward the upper insertion lances 106 of the vertical shaft 100, flows through the heat exchanger 20. Natural gas 60, synthesis gas 130, water 40 or steam 70 can be used as the heat exchanger medium 21.
Das Wärmetauschermedium 21 wird durch die oberen Einstecklanzen 106 in das Schüttgut- wanderbett 1 10 eingebracht und gibt die Wärme dort an das Schüttgutwanderbett 1 10 ab. Auf diese Weise werden das selbst nicht vergasbare Material 1 13 und die kohlenstoffreichen Substanzen 1 12 angewärmt oder auf die notwendige Pyrolysetemperatur aufgeheizt. The heat exchanger medium 21 is introduced through the upper insertion lances 106 into the bulk material moving bed 110 and discharges the heat there to the bulk material moving bed 110. In this way, the self-gasifiable material 1 13 and the carbon-rich substances 1 12 are warmed or heated to the required pyrolysis temperature.
Der Wärmeeintrag durch das Wärmetauschermedium 21 trägt zu einer Verringerung des Energiebedarfs in der Pyrolysezone 141 und in der nachfolgenden Reduktionszone 142 und Oxidati- onszone 143 bei. Weiterhin wird die Qualität des Synthesegases verbessert, da die Dosierung von Luft 50 für die Zufeuerung ganz oder teilweise entfallen kann. Dadurch gelangt weniger Stickstoff in die Pyrolysezone, der den Heizwert des Synthesegases 130 reduziert. The heat input through the heat exchanger medium 21 contributes to a reduction in the energy requirement in the pyrolysis zone 141 and in the subsequent reduction zone 142 and oxidation zone 143. Furthermore, the quality of the synthesis gas is improved because the dosage of air 50 for the firing may be omitted in whole or in part. As a result, less nitrogen reaches the pyrolysis zone, which reduces the calorific value of the synthesis gas 130.
Das Nebenschüttgutwanderbett 220 wird vorzugsweise durch eine Einleitung von kaltem Synthesegas 130 in an der Unterseite 212 des Nebenschachts 210 gekühlt. Das Synthesegas 130 durchströmt das Nebenschüttgutwanderbett 220 im Gegenstrom und trifft in einem mittleren Bereich 218 des Nebenschachts 210 auf das Synthesegas 130, das an der Entnahmestelle 131 des Vertikalschachts 100 austritt und in die radiale Kammer 213 des Nebenschachts 210 eingeleitet wird. The minor bulk moving bed 220 is preferably cooled by introduction of cold syngas 130 into at the bottom 212 of the secondary shaft 210. The synthesis gas 130 flows through the Nebenschüttgutwanderbett 220 in countercurrent and meets in a central region 218 of the secondary shaft 210 on the synthesis gas 130, which emerges at the removal point 131 of the vertical shaft 100 and is introduced into the radial chamber 213 of the secondary shaft 210.
Das aus dem Nebenschacht 210 an der Ableitungsstelle 216 abgeleitete Synthesegas 130 wird durch einen nicht dargestellten Synthesegaswärmetauscher geleitet, wobei das Synthesegas 130 in diesem Synthesegaswärmetauscher weiter abgekühlt wird. Die dem Synthesegas 130 entzogene Wärme ist dem Vertikalschacht 100 an den oberen Einstecklanzen 106 über ein geeignetes Wärmemedium, welches beispielsweise Wasserdampf 70, Luft 50, Erdgas 60 oder Synthesegas 130 ist, zuführbar. Im weiteren Verlauf durchläuft das Synthesegas 130 eine ebenfalls nicht dargestellte Synthesegasfiltration, wobei in dem Synthesegas 130 enthaltener Feinstaub abgeschieden wird. The synthesis gas 130 derived from the secondary shaft 210 at the discharge point 216 is passed through a synthesis gas heat exchanger, not shown, wherein the synthesis gas 130 is further cooled in this synthesis gas heat exchanger. The heat extracted from the synthesis gas 130 can be supplied to the vertical shaft 100 at the upper insertion lances 106 via a suitable heat medium, which is, for example, water vapor 70, air 50, natural gas 60 or synthesis gas 130. In the further course of the synthesis gas 130 passes through a synthesis gas filtration, also not shown, wherein in the synthesis gas 130 contained particulate matter is deposited.
Im Anschluss durchläuft das von dem Feinstaub filtrierte Synthesegas 130 einen zweiten Synthesegaswärmetauscher und wird einem Quench-Kreislauf zugeleitet, worin das Synthesegas 130 in verschiedenen Prozessschritten von Schweröl 80, Leichtol 30 und Wasser 40 getrennt wird. Das abgeschiedene Schweröl 80 und/oder Leichtol 30 und/oder Wasser 40 kann über die mittleren Einstecklanzen 107 zwischen der Oxidationszone 143 und der Reduktionszone 142 dem Vertikalschacht 100 zugeführt werden. Das abgeschiedene Wasser 40 kann weiterhin auch über die Einstecklanzen 106 in den Vorwärmbereich 145 dem Vertikalschacht 100 und/oder über die Nebeneinstecklanzen 217 in den Nebenschacht 210 eingeleitet werden. Das filtrierte und durch Kondensation von Schweröl 80, Leichtol 30 und Wasser 40 befreite Synthesegas 130 steht als Treibstoff für Motoren, beispielsweise für die Verstromung zur Verfügung. Weiterhin kann das in dem Prozess gewonnene Synthesegas 130 thermisch, beispielsweise als Ersatz von fossilen Brennstoffen oder stofflich genutzt zu werden. Speziell in der Verstromung des Synthesegases 130 entstehen Wärme sowie wasserdampf- und kohlenstoffdioxidhaltige Motorenabgase, die an geeigneten Stellen dem Prozess, vorzugsweise über die Einstecklanzen 106, 108 zugeführt werden können. Thereafter, the syngas 130 filtered by the particulate matter passes through a second synthesis gas heat exchanger and is fed to a quench circuit wherein the synthesis gas 130 is separated from heavy oil 80, light oil 30 and water 40 in various process steps. The separated heavy oil 80 and / or Leichtol 30 and / or water 40 can be supplied via the middle Einstecklanzen 107 between the oxidation zone 143 and the reduction zone 142 to the vertical shaft 100. The separated water 40 can also be introduced via the insertion lances 106 into the preheating area 145 of the vertical shaft 100 and / or via the Nebeneinstecklanzen 217 in the secondary shaft 210. The filtered and freed by condensation of heavy oil 80, Leichtol 30 and water 40 synthesis gas 130 is available as a fuel for engines, for example for power generation. Furthermore, the synthesis gas 130 recovered in the process may be used thermally, for example as a substitute for fossil fuels or as a material. Especially in the generation of electricity from the synthesis gas 130 heat and engine exhaust gases containing water vapor and carbon dioxide, which can be supplied to the process at suitable locations, preferably via the insertion lances 106, 108.
In einem anderen, nicht dargestellten, Ausführungsbeispiel werden dem Schüttgutwanderbett 1 10 als kohlenstoffreiche Substanzen 1 12 Klärschlämme, beispielsweise in kompaktierter Form, zugeführt. Hierbei wird der Prozess analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, vorzugsweise mit der Ausnahme, dass das durch die Nebenausleitungsvorrichtung 240 ausgeleitete Nebenschüttgutmaterial 221 kompaktiert wird und dem Kreislauf des Nebenschüttgut- wanderbettes 220 nicht weiter zugeführt wird. Alternativ kann das brikettierte Nebenschüttgut- material zu einer Anreicherung der durch die Prozessierung von Klärschlämmen anfallenden Phosphate auch mehrfach in dem Schüttgutwanderbett 100 eingesetzt werden. In another, not shown, embodiment of the bulk material moving bed 1 10 as carbon-rich substances 1 12 sewage sludge, for example in compacted form, fed. In this case, the process is carried out analogously to the first exemplary embodiment, preferably with the exception that the secondary bulk material 221 discharged through the secondary diverter 240 is compacted and is no longer supplied to the cycle of the secondary bulk material bed 220. Alternatively, the briquetted Nebenschüttgut- material to enrich the accumulating by the processing of sewage sludge phosphates are also used several times in the bulk material moving bed 100.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vertikalschachtofen 1 mit einem Nebenschacht 310, der ebenfalls in Form eines Vertikalschachts ausgebildet ist und durch den das gebildete Synthesegas 130 im Gleichstrom zum Nebenschüttgutwanderbett 320 hingeführt und durch dieses hindurchgeleitet wird. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a vertical shaft furnace 1 with a secondary shaft 310, which is likewise embodied in the form of a vertical shaft and through which the synthesis gas 130 formed is guided in direct current to the secondary bulk material moving bed 320 and passed therethrough.
Der Vertikalschacht 100 entspricht dem Vertikalschacht 100 gemäß den Ausführungen zu den Figuren 1 und 2, worauf an dieser Stelle Bezug genommen wird. The vertical shaft 100 corresponds to the vertical shaft 100 according to the embodiments of FIGS. 1 and 2, to which reference will be made at this point.
In dem Nebenschacht 310 verläuft das Nebenschüttgutwanderbett 320 von einer Oberseite 31 1 des Nebenschachts 310 zu einer Unterseite 312 des Nebenschachts 310 kontinuierlich. Das Nebenschüttgutwanderbett 320 wird durch eine Nebenschüttgutquelle 330 mit Nebenschüttgutmaterial 321 gespeist. In the secondary shaft 310, the secondary bulk material moving bed 320 runs continuously from an upper side 31 1 of the secondary shaft 310 to an underside 312 of the secondary shaft 310. The Nebenschüttgutwanderbett 320 is fed by a Nebenschüttgutquelle 330 with Nebenschüttgutmaterial 321.
Das Nebenschüttgutwanderbett 320 weist ein Nebenschüttgutmaterial 321 auf, vorzugsweise ein mineralisches Material, bevorzugt Calciumoxid und/oder Calciumcarbonat. The Nebenschüttgutwanderbett 320 has a Nebenschüttgutmaterial 321, preferably a mineral material, preferably calcium oxide and / or calcium carbonate.
In das Nebenschüttgutwanderbett 320 wird das aus dem mittleren Bereich 104 des Vertikalschachts 100 an der Entnahmestelle 131 entnommene Synthesegas 130 über einen Hohlraum 322 an einem oberen Bereich 314 des Nebenschachts 320 eingeleitet. In the Nebenschüttgutwanderbett 320 from the central region 104 of the vertical shaft 100 at the removal point 131 extracted synthesis gas 130 is introduced via a cavity 322 at an upper portion 314 of the secondary shaft 320.
Das Synthesegas 130 durchströmt das Nebenschüttgutwanderbett 320 im Gleichstrom und wird in einem unteren Bereich 315 des Nebenschachts 310 aus dem Nebenschacht 310 an einer Ableitungsstelle 316 abgeleitet. Insbesondere die Verwendung von Calciumcarbonat als Nebenschüttgutmaterial 321 in dem Nebenschuttgutwanderbett 320 gestaltet sich im Gleichstrom vorteilhaft, da in diesem Fall eine Abkühlung durch Dosierung von Wasser 40 oder Wasserdampf 70 über Sprühdüsen 317 direkt über den Hohlraum 322 erfolgen kann, ohne dass das Nebenschüttgutmaterial 321 hydratisiert wird. Dadurch kann eine effiziente direkte Kühlung im Nebenschüttgutwanderbett 320 realisiert werden. The synthesis gas 130 flows through the Nebenschüttgutwanderbett 320 in cocurrent and is derived in a lower portion 315 of the auxiliary shaft 310 from the secondary shaft 310 at a discharge point 316. In particular, the use of calcium carbonate as Nebenschüttgutmaterial 321 in the Nebenschuttgutwanderbett 320 designed in the DC advantageous, since in this case a cooling by metering of water 40 or water vapor 70 via spray nozzles 317 can be done directly through the cavity 322 without the Nebenschüttgutmaterial 321 is hydrated , As a result, an efficient direct cooling in the secondary bulk moving bed 320 can be realized.
Das Nebenschüttgutwanderbett 320 wird aus dem Nebenschacht 310 über eine Nebenauslei- tungsvorrichtung 340 ausgeleitet. Über die Steuerung der Nebenausleitungsvorrichtung 340 lässt sich die Verweildauer des Nebenschüttgutwanderbettes 320 in dem Nebenschacht 310 steuern. The Nebenschüttgutwanderbett 320 is discharged from the secondary shaft 310 via a secondary discharge device 340. By controlling the Nebenausleitungsvorrichtung 340, the residence time of Nebenschüttgutwanderbettes 320 in the secondary shaft 310 can be controlled.
Das durch die Nebenausleitungsvorrichtung 340 ausgeleitete Nebenschüttgutmaterial 321 wird der Separationsvorrichtung 10 zugeleitet, wo das Nebenschüttgutmaterial 321 , ebenso wie das Schüttgutmaterial 1 1 1 , nach Grobkorn 151 , Mittelkorn 152 und Feinkorn 153 fraktioniert wird. Das in der Separationsvorrichtung 10 abgetrennte Mittelkorn 152 kann zumindest teilweise der Nebenschüttgutquelle 330 zugegeben werden und kann zusammen mit dem Nebenschüttgutmaterial 321 das Nebenschüttgutwanderbett 320 bilden. Hierbei bilden sowohl das fraktionierte und aus der Ausleitungsvorrichtung 150 ausgeleitete Schüttgutmaterial 1 1 1 des Schüttgutwanderbetts 1 10 des Vertikalschachts 100, als auch das das fraktionierte Nebenschüttgutmaterial 321 des Nebenschüttgutwanderbettes 320 des Nebenschachts 310 in einer gemeinsamen Fraktion das Mittelkorn 152. The Nebenschüttgutmaterial 321 discharged through the Nebenausleitungsvorrichtung 340 is fed to the separation device 10, where the Nebenschüttgutmaterial 321, as well as the bulk material 1 1 1, according to coarse grain 151, center grain 152 and fines 153 is fractionated. The middle grain 152 separated in the separation device 10 can be added at least partially to the secondary bulk material source 330 and, together with the secondary bulk material 321, can form the secondary bulk material moving bed 320. Here, both the fractionated and discharged from the discharge device 150 bulk material 1 1 1 of the bulk material moving bed 1 10 of the vertical shaft 100, as well as the fractionated Nebenschüttgutmaterial 321 of Nebenschüttgutwanderbettes 320 of the auxiliary shaft 310 in a common fraction, the middle grain 152.
Im unteren Bereich 315 des Nebenschachtes 310 ist ein Wärmetauscher 20 angeordnet, der analog der Beschreibung der Figur 2 Anwendung findet. Als Wärmetauschermedium 21 kann Erdgas 60, Synthesegas 130, Wasser 40 oder Wasserdampf 70 eingesetzt werden. In the lower region 315 of the secondary shaft 310, a heat exchanger 20 is arranged, which is analogous to the description of Figure 2 application. Natural gas 60, synthesis gas 130, water 40 or steam 70 can be used as the heat exchanger medium 21.
Das aus dem Nebenschacht 310 im unteren Bereich 315 des Nebenschachts 310 an der Ablei- tungsstelle 316 abgeleitete Synthesegas 130 kann analog der Beschreibung der Figur 2 weiter aufbereitet und verwendet werden. The synthesis gas 130 derived from the secondary shaft 310 in the lower region 315 of the secondary shaft 310 at the discharge point 316 can be further processed and used analogously to the description of FIG.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfall renssch ritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways. All resulting from the claims, the description and the drawing features and advantages, including design details, spatial arrangements and decay renssch ridden, can be essential to the invention both in itself and in various combinations.
Bezugszei chen l iste Vertikalschachtofen Reference numeral vertical shaft furnace
120 Schüttgutquelle  120 bulk material source
Sortiervorrichtung 130 Synthesegas Sorting device 130 synthesis gas
131 Entnahmestelle  131 sampling point
Wärmetauscher heat exchangers
Wärmetauschermedium 141 Pyrolysezone Heat exchange medium 141 pyrolysis zone
142 Reduktionszone  142 reduction zone
Leichtöl light oil
143 Oxidationszone  143 oxidation zone
Wasser water
144 Nachkühlzone  144 post-cooling zone
Luft air
145 Vorwärmbereich  145 preheating area
Erdgas natural gas
Wasserdampf 150 Ausleitungsvorrichtung Water vapor 150 discharge device
Schweröl 151 Grobkorn Heavy oil 151 coarse grain
152 Mittelkorn  152 middle grain
sauerstoffhaltiges Gas oxygen-containing gas
153 Feinkorn  153 fine grain
Kühlgas-Randstrom Cooling gas Rand
154 Feingut-Abfall  154 fine waste
Kühlgas-Zentralstrom Cooling gas central power
210, 310 Nebenschacht  210, 310 side shaft
Vertikalschacht vertical shaft
21 1 , 31 1 Oberseite des Nebenschachts Oberseite des Vertikalschachts  21 1, 31 1 Top side of the secondary shaft Top side of the vertical shaft
212, 312 Unterseite des Nebenschachtes Unterseite des Vertikalschachts  212, 312 Bottom of the secondary shaft Bottom of the vertical shaft
213 radiale Kammer des Nebenschachts Gasraum  213 radial chamber of the secondary shaft gas space
214, 314 oberer Bereich des Nebenschachts mittlerer Bereich  214, 314 upper area of the secondary shaft middle area
215, 315 unterer Bereich des Nebenschachts radiale Mischkammer  215, 315 lower area of the secondary shaft radial mixing chamber
216, 316 Ableitungsstelle  216, 316 derivation point
obere Einstecklanzen upper insertion lances
217 Nebeneinstecklanzen  217 side insertion lances
mittlere Einstecklanzen medium plug-in lances
218 mittlerer Bereich des Nebenschachts untere Einstecklanzen  218 middle section of the secondary shaft lower insertion lances
Schwersieder high boiler
220, 320 Nebenschüttgutwanderbett  220, 320 Nebenschüttgutwanderbett
Schüttgutwanderbett 221 , 321 Nebenschüttgutmaterial Bulk material bed 221, 321 Nebenschüttgutmaterial
Schüttgutmaterial bulk material
kohlenstoffreiche Substanz 230, 330 Nebenschüttgutquelle carbon-rich substance 230, 330 Nebenschüttgutquelle
selbst nicht vergasbares Material 240, 340 Nebenausleitungsvorrichtung obere Schüttgutzone self-gasifiable material 240, 340 side skim upper skimmed zone
untere Schüttgutzone 317 Sprühdüsen lower bulk solids 317 spray nozzles
Feststoffverteiler 322 Hohlraum Solids distributor 322 cavity

Claims

Patentans prüche  Patentans praise
Verfahren zur Herstellung von Synthesegas (130) aus kohlenstoffreichen Substanzen (1 12), wobei ein Schüttgutwanderbett (1 10) aus einem Schüttgutmaterial (1 1 1 ) besteht, das sich aus den kohlenstoffreichen Substanzen (1 12) und einem selbst nicht vergasbaren Material (1 13) zusammensetzt und wobei das Schüttgutwanderbett (1 10) in einem Vertikalschacht (100) eines Vertikalschachtofens (1 ) kontinuierlich oder in Intervallen von oben nach unten wandert und von Gas durchströmt wird, wobei das selbst nicht vergasbare Material (1 13) und Rückstände der kohlenstoffreichen Substanzen (1 12) an der Unterseite (102) des Vertikalschachts (100) ausgeleitet werden, wobei in dem von dem Gas durchströmten Schüttgutwanderbett (1 10) zur Erzeugung von Bestandteilen des Synthesegases (130) wenigstens eine Pyrolysezone (141 ) und eine Reduktionszone (142) ausgebildet werden, in welcher Reaktionsprodukte aus einer ebenfalls in dem Schüttgutwanderbett ausgebildeten Oxidationszone (143) reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas (130) in einem mittleren Bereich (104) des Vertikalschachts (100) an einer Entnahmestelle (131 ) zwischen einer oberen Schüttgutzone (1 14) und einer unteren Schüttgutzone (1 15) abgezogen wird und die kohlenstoffreichen Substanzen (1 12) wenigstens teilweise mit dem Schüttgutwanderbett (1 10) von der Pyrolysezone (141 ) in der oberen Schüttgutzone (1 14) über den mittleren Bereich (104) in die Reduktionszone (142) und in die Oxidationszone (143) in der unteren Schüttgutzone (1 15) des Schüttgutwanderbetts (1 10) bewegt werden, wobei ein Anteil des Synthesegases (130) in einer in der oberen Schüttgutzone (1 14) ausgebildeten Pyrolysezone (141 ) des Schüttgutwanderbetts (1 10) erzeugt wird und ein weiterer Anteil des Synthesegases (130) in einer Reduktionszone (142) in der unteren Schüttgutzone (1 15) erzeugt wird und die obere Schüttgutzone (1 14) im Gleichstrom und die untere Schüttgutzone (1 15) im Gegenstrom durchströmt wird. A process for the production of synthesis gas (130) from carbon-rich substances (1 12), wherein a bulk material moving bed (1 10) consists of a bulk material (1 1 1), which consists of the carbon-rich substances (1 12) and a self-gasifiable material ( 1 13) and wherein the bulk material moving bed (1 10) in a vertical shaft (100) of a vertical shaft furnace (1) moves continuously or at intervals from top to bottom and is traversed by gas, the self-gasification material (1 13) and residues the carbon-rich substances (1 12) at the bottom (102) of the vertical shaft (100) are discharged, wherein in the flowed through by the gas bulk material moving bed (1 10) for generating components of the synthesis gas (130) at least one pyrolysis zone (141) and a Reduction zone (142) can be formed, in which reaction products from a likewise formed in the bulk material moving bed oxidation zone (143) Reduzi be distinguished, characterized in that the synthesis gas (130) in a central region (104) of the vertical shaft (100) at an extraction point (131) between an upper Schüttgutzone (1 14) and a lower Schüttgutzone (1 15) is subtracted and the carbon-rich substances (1 12) at least partially with the bulk material moving bed (1 10) of the pyrolysis zone (141) in the upper Schüttgutzone (1 14) over the central region (104) in the reduction zone (142) and in the oxidation zone (143) a portion of the synthesis gas (130) in one in the upper Schüttgutzone (1 14) formed pyrolysis zone (141) of the bulk material moving bed (1 10) is generated and another Proportion of the synthesis gas (130) in a reduction zone (142) in the lower Schüttgutzone (1 15) is generated and the upper Schüttgutzone (1 14) in cocurrent and the lower Schüttgutzone (1 15) in countercurrent is being streamed.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das in die obere Schüttgutzone (1 14) eingeleitete selbst nicht vergasbare Material (1 13) vor der Aufwärmung einen Gewichtsanteil am Schüttgutmaterial (1 1 1 ) von mindestens 20 % aufweist und dass das selbst nicht vergasbare Material (1 13) im Schüttgutmaterial (1 1 1 ) in der oberen Schüttgutzone (1 14) mittels aufgeheiztem Gas auf eine Eigentemperatur von mehr als 350 °C aufgewärmt wird. A method according to claim 1, characterized in that in the upper Schüttgutzone (1 14) introduced itself non-gasifiable material (1 13) prior to warming a weight fraction of the bulk material (1 1 1) of at least 20% and that Even non-gasifiable material (1 13) in the bulk material (1 1 1) in the upper bulk material zone (1 14) is warmed up to a temperature of more than 350 ° C by means of heated gas.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffreiche Substanz (1 12) und das selbst nicht vergasbare Material (1 13) mittels eines oder mehrerer rotierender Systeme, vorzugsweise durch parallele Befüllung eines Drehkübels und/oder über gemeinsame und/oder parallele Dosierung über eine oder mehrere rotierender Schurren vor und/oder nach Eintritt in den Vertikalschacht (100) miteinander vermischt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon-rich substance (1 12) and the self-gasifiable material (1 13) by means of one or more rotating systems, preferably by parallel filling of a rotary bucket and / or via common and / or parallel Dosing over one or more rotating chutes before and / or after entering the vertical shaft (100) are mixed together.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffreiche Substanz (1 12) und das selbst nicht vergasbare Material (1 13) einzeln in abwechselnden Intervallen in den Vertikalschacht eingeleitet werden und sich dadurch eine schichtweise Anordnung der Materialien im Schüttgutwanderbett (1 10) ergibt, bevor dieses von oben nach unten durch den Vertikalschacht (100) wandert. A method according to claim 2, characterized in that the carbon-rich substance (1 12) and the self-gasifiable material (1 13) are introduced individually at alternating intervals in the vertical shaft and thereby a layered arrangement of the materials in the bulk material moving bed (1 10) results before it moves from top to bottom through the vertical shaft (100).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der kohlenstoffreichen Substanz (1 12) und des selbst nicht vergasbaren Materials (1 13) in den Vertikalschacht (1 10) einzeln und/oder als Mischung über einen bewegten oder statischen Feststoffverteiler (1 16) erfolgt, über den eine gezielte Verteilung der Materialien in Abhängigkeit ihrer unterschiedlichen Korngrößen im Schüttgutwanderbett (1 10) erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the introduction of the carbon-rich substance (1 12) and the self-gasification material (1 13) in the vertical shaft (1 10) individually and / or as a mixture via a moving or static solids distribution ( 1 16) takes place, via which a targeted distribution of the materials as a function of their different particle sizes in the bulk material moving bed (1 10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende der oberen Schüttgutzone (1 14) einen kleineren inneren Durchmesser aufweist als das obere Ende der unteren Schüttgutzone (1 15). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the lower end of the upper Schüttgutzone (1 14) has a smaller inner diameter than the upper end of the lower Schüttgutzone (1 15).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalschacht (100) im Bereich der oberen Schüttgutzone (1 14) und/oder im Bereich der unteren Schüttgutzone (1 15) ganz oder teilweise konisch ausgebildet ist, wobei der innere Durchmesser in den konischen Bereichen von oben nach unten zunimmt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical shaft (100) in the region of the upper Schüttgutzone (1 14) and / or in the region of the lower Schüttgutzone (1 15) is completely or partially conical, wherein the inner diameter in the conical areas increases from top to bottom.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mittleren Bereich (104) des Vertikalschachts (100) wenigstens über einen Teil des Umfanges des Schüttgutwanderbettes eine oder mehrere radiale Mischkammern (105) ausgebildet sind, in welchen die Anteile des Synthesegases (130) aus der unteren Schüttgutzone (1 15) mit den Anteilen des Synthesegases aus der oberen Schüttgutzone (1 14) vermischt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the central region (104) of the vertical shaft (100) at least over part of the circumference of the bulk material moving bed one or more radial mixing chambers (105) are formed, in which the proportions of the synthesis gas (130) from the lower Schüttgutzone (1 15) with the proportions of the synthesis gas from the upper Schüttgutzone (1 14) are mixed.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Misch- kammern (105) eine oder mehrere Abböschungen des Schüttgutwanderbetts (1 10) erzeugt werden, wobei das Schüttgutwanderbett (1 10) im mittleren Bereich (104) des Vertikalschachts (100) zur Gewährleistung eines für die Erzeugung der Abböschungen notwendigen Fließbettverhaltens zur Ausbildung eines geeigneten Böschungswinkels mindestens 50 % Gewichtsanteil des selbst nicht vergasbaren Materials (1 13) enthält. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Synthesegases (130) an der Entnahmestelle (131 ) zwischen 600 °C und 1300 °C beträgt. 9. The method according to claim 8, characterized in that for the formation of the mixing chambers (105) one or more Abböschungen the bulk material moving bed (1 10) are generated, wherein the bulk material moving bed (1 10) in the central region (104) of the vertical shaft (100 ) to ensure a necessary for the production of Abböschungen fluidized bed behavior to form a suitable slope angle at least 50% by weight of the self-gasification material (1 13) contains. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the synthesis gas (130) at the removal point (131) is between 600 ° C and 1300 ° C.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbst nicht vergasbare Material (1 13) des Schüttgutwanderbettes (1 10) ein Kalkma- terial in einem Anteil von 10 % bis 100 % enthält, wobei das Kalkmaterial vorzugsweise1 1. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material is not self-gasifiable (1 13) of the bulk material moving bed (1 10) lime material in a proportion of 10% to 100%, wherein the lime material is preferably
Branntkalk und/oder Kalkstein besteht. Quicklime and / or limestone.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der oberen Schüttgutzone (1 14) ein Gasraum (103) im Vertikalschacht (100) ausgebildet ist, in dem ein überhitztes Gas durch oxidative Prozesse gebildet, und/oder in den ein überhitztes Gas eingeleitet wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at the upper end of the upper Schüttgutzone (1 14) a gas space (103) in the vertical shaft (100) is formed in which an overheated gas formed by oxidative processes, and / or in an overheated gas is introduced.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufeuerung und/oder eine Einleitung von überhitztem Gas im Schüttgutwanderbett (1 10), im Bereich der Oxidationszone (143) und/oder im Bereich der Pyrolysezone (141 ) unter Verwendung von Einstecklanzen (106, 107) erfolgt. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Pyrolysezone (141 ) eine Beheizung durch Zugabe von heißem selbst nicht vergasbarem Material (1 13) als Bestandteil des Schüttgutmaterials (1 1 1 ) erfolgt, wobei das heiße selbst nicht vergasbare Material eine Eigentemperatur von mehr als 450 °C aufweist und vorzugsweise aus industriellen Prozessen bereitgestellt wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a firing and / or an introduction of superheated gas in the bulk material moving bed (1 10), in the region of the oxidation zone (143) and / or in the region of the pyrolysis zone (141) using Insertion lances (106, 107) takes place. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the region of the pyrolysis zone (141) is a heating by adding hot self not gasifiable material (1 13) as part of the bulk material (1 1 1), wherein the hot itself is not gasifiable material has an inherent temperature of more than 450 ° C and is preferably provided by industrial processes.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (40) und/oder Wasserdampf (70) in dem Schüttgutwanderbett (1 10) zur Hydratisierung von Kalkmaterial als Bestandteil des Schüttgutmaterials (1 1 1 ) und Ausnutzung der dabei freiwerdenden Prozesswärme zugegeben werden. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that water (40) and / or steam (70) in the bulk material moving bed (1 10) for hydration of lime material as part of the bulk material (1 1 1) and utilization of the released process heat be added.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kohlenstoffdioxidhaltiges Gas in dem Schüttgutwanderbett (1 10) zur Carbonisierung von Kalkmaterial als Bestandteil des Schüttgutmaterials (1 1 1 ) und Ausnutzung der dabei freiwerdenden Prozesswärme zugegeben und/oder durch Zugabe von Luft (50) oder von sauerstoffhaltigem Gas (90) durch Oxidation gebildet wird. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that carbon dioxide-containing gas in the bulk material moving bed (1 10) for the carbonization of lime material as part of the bulk material (1 1 1) and utilization of the process heat released thereby added and / or by adding air ( 50) or oxygen-containing gas (90) is formed by oxidation.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Unterseite (102) des Vertikalschachts (100) zur Ausbildung einer Nachkühlzone (144) ein Kühlgas eingeleitet wird. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on a lower side (102) of the vertical shaft (100) for forming a Nachkühlzone (144), a cooling gas is introduced.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Unterseite (102) des Vertikalschachts (100) eingeleitete Kühlgas das Synthesegas (130) beinhaltet und/oder mindestens ein brennbares Gas (60) beinhaltet oder alternativ Luft (50) beinhaltet. 18. Method according to claim 17, characterized in that the cooling gas introduced at the lower side (102) of the vertical shaft (100) contains the synthesis gas (130) and / or contains at least one combustible gas (60) or alternatively contains air (50).
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Unterseite (102) des Vertikalschachts (100) eingeleitete Kühlgas eine Mischung aus reduzierbarem Gas und Luft beinhaltet. 19. The method according to claim 17, characterized in that on the underside (102) of the vertical shaft (100) introduced cooling gas includes a mixture of reducible gas and air.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schüttgutwanderbett (1 10) reiner Sauerstoff oder ein Gasgemisch mit gegenüber Luft angereichertem Sauerstoffanteil zugegeben wird. 20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bulk material moving bed (1 10) pure oxygen or a gas mixture is added with air enriched oxygen content.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffreiche Substanzen (1 12) wenigstens teilweise Kunststoffabfälle und/oder organische Abfälle eingesetzt werden. 21. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as high-carbon substances (1 12) at least partially plastic waste and / or organic waste are used.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Schwersiedern (109) als kohlenstoffreiche Substanzen (1 12), wobei die Schwersieder vorzugsweise in flüssiger Form vorzugsweise mittels Einstecklanzen (106, 107) im Bereich der Pyrolysezone (141 ) und/oder Reduktionszone (142) und/oder Oxidati- onszone (143) direkt in das Schüttgutwanderbett (1 10) eingebracht, und/oder über den Gasraum (103) am oberen Ende der oberen Schüttgutzone in das Schüttgutwanderbett dosiert, und/oder direkt dem Schüttgutmaterial (1 1 1 ) vor Eintritt in den Vertikalschacht (100) zugesetzt werden. 22. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use of high boilers (109) as carbon-rich substances (1 12), wherein the high boilers preferably in liquid form preferably by means of insertion lances (106, 107) in the region of the pyrolysis zone (141) and / or reduction zone (142) and / or oxidation zone (143) introduced directly into the bulk material moving bed (1 10), and / or via the gas space (103) at the upper end of the upper Schüttgutzone in the bulk material moving bed dosed, and / or directly the bulk material (1 1 1) before entering the vertical shaft (100) are added.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffreiche Substanzen (1 12) wenigstens teilweise phosphorhaltige Klärschlämme eingesetzt werden. 23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that are used as high-carbon substances (1 12) at least partially phosphorus-containing sewage sludge.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenstoffreiche Substanz (1 12) wenigstens teilweise aluminiumhaltige Reststoffe und/oder aluminiumhaltige Abfälle eingesetzt werden. 24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as carbon-rich substance (1 12) at least partially aluminum-containing residues and / or aluminum-containing wastes are used.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den kohlenstoffreichen Substanzen (1 12) vorhandene Metallanteile und/oder andere Wertstoffe chemisch oder physikalisch aus dem ausgeleiteten Schüttgutmaterial rückgewonnen werden. 25. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the high-carbon substances (1 12) existing metal components and / or other valuable substances are chemically or physically recovered from the discharged bulk material.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett (1 10) zumindest teilweise den Vertikalschacht (100) mehrfach im Kreislauf durchläuft. 26. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bulk material moving bed (1 10) at least partially passes through the vertical shaft (100) several times in the circulation.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Entnahmestelle (131 ) aus dem Schüttgutwanderbett (1 10) abgezogene Synthesegas (130) nachfolgend durch ein Nebenschüttgutwanderbett (220) geleitet wird, das ein Nebenschüttgutmaterial (221 ) mit einem Anteil von wenigstens 10 % bis zu einem Anteil von 100 % an alkalischen Materialien enthält. 27. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at the removal point (131) from the bulk material moving bed (1 10) withdrawn synthesis gas (130) is subsequently passed through a Nebenschüttgutwanderbett (220) comprising a Nebenschüttgutmaterial (221) with a Contains at least 10% to a proportion of 100% of alkaline materials.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenschüttgutwanderbett (220) in einem Nebenschacht (210) des Vertikalschachtofens (1 ) im Gegenstrom zu dem Synthesegas (130) geführt wird, wobei der Nebenschacht (210) des Vertikalschachtofens (1 ) von dem Vertikalschacht (100) des Vertikalschachtofens (1 ) getrennt angeordnet ist. 28. The method according to claim 27, characterized in that the Nebenschüttgutwanderbett (220) in a secondary shaft (210) of the vertical shaft furnace (1) in countercurrent to the synthesis gas (130) is guided, wherein the secondary shaft (210) of the vertical shaft furnace (1) of the vertical shaft (100) of the vertical shaft furnace (1) is arranged separately.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas (130) in einem mittleren Bereich (218) des Nebenschachts (210) zugeleitet wird und in einem oberen Bereich (214) des Nebenschachts (210) oder an einer Oberseite (21 1 ) des Nebenschachts (210) abgezogen wird. 29. The method according to any one of claims 27 to 28, characterized in that the synthesis gas (130) in a central region (218) of the secondary shaft (210) is fed and in an upper portion (214) of the secondary shaft (210) or on a Top side (21 1) of the secondary shaft (210) is deducted.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenschüttgutwan- derbett (320) in einem Nebenschacht (310) des Vertikalschachtofens (1 ) im Gleichstrom zu dem Synthesegas (130) geführt wird, wobei der Nebenschacht (310) des Vertikalschachtofens (1 ) von dem Vertikalschacht (100) des Vertikalschachtofens (1 ) getrennt angeordnet ist. 30. The method according to claim 27, characterized in that the Nebenschüttgutwan- derbett (320) in a secondary shaft (310) of the vertical shaft furnace (1) is guided in cocurrent to the synthesis gas (130), wherein the secondary shaft (310) of the vertical shaft furnace (1 ) is arranged separately from the vertical shaft (100) of the vertical shaft furnace (1).
31. Verfahren nach den Ansprüchen 27 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas (130) im oberen Bereich des Nebenschachts (31 1 ) zugeleitet wird und im unteren Bereich (315) des Nebenschachts (310) abgezogen wird. 31. The method according to claims 27 and 30, characterized in that the synthesis gas (130) in the upper region of the secondary shaft (31 1) is fed and in the lower region (315) of the secondary shaft (310) is withdrawn.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ne- benschüttgutmaterial (221 ) in einem unteren Bereich (215) des Nebenschachts (210) un- gekühlt aus dem Nebenschacht (210) ausgeleitet wird oder mittels eines Wärmetauschers (20) gekühlt wird. 32. Method according to claim 27, characterized in that the secondary bulk material (221) is discharged uncooled from the secondary shaft (210) in a lower region (215) of the secondary shaft (210) or by means of a heat exchanger ( 20) is cooled.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenschüttgutmaterial (221 ) in einem unteren Bereich (215) des Nebenschachts (210) ungekühlt aus dem Nebenschacht (210) entnommen und zumindest teilweise als heißes nicht vergasbares Material (1 13) im Vertikalschacht (100) eingesetzt und die enthaltene Wärmeenergie in der Pyrolysezone (141 ) genutzt wird. 33. The method according to any one of the preceding claims 27 to 32, characterized in that the Nebenschüttgutmaterial (221) in a lower portion (215) of the secondary shaft (210) uncooled from the secondary shaft (210) removed and at least partially as a hot non-gasifiable material ( 1 13) in the vertical shaft (100) is used and the heat energy contained in the pyrolysis zone (141) is used.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Ne- benschüttgutwanderbett (220) unterhalb des mittleren Bereiches (218) des Nebenschachts (210) in dem unteren Bereich (215) des Nebenschachts (210) durch im Gegenstrom eingeleitetes Kühlgas abgekühlt wird und/oder das Nebenschüttgutwanderbett (220) in dem unteren Bereich (215) des Nebenschachts (210) durch einen Wärmetauscher (20) gekühlt wird. 34. Method according to claim 27, characterized in that the secondary bulk material moving bed (220) below the middle region (218) of the secondary shaft (210) in the lower region (215) of the secondary shaft (210) is introduced by countercurrent flow Cooling gas is cooled and / or the Nebenschüttgutwanderbett (220) in the lower portion (215) of the secondary shaft (210) by a heat exchanger (20) is cooled.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße des Schüttgutwanderbetts (1 10) größer als die mittlere Korngröße des Ne- benschüttgutwanderbettes (220) ist. 35. The method according to any one of claims 27 to 34, characterized in that the average grain size of the bulk material moving bed (1 10) is greater than the mean grain size of the secondary bulk material moving bed (220).
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße des Schüttgutmaterials (1 1 1 ) und die mittlere Korngröße des Neben- schüttgutmaterials (221 ) im Bereich von 5 mm bis 30 cm, vorzugsweise im Bereich von 5 mm bis 15 cm liegen oder die mittlere Korngröße des Schüttgutmaterials (1 1 1 ) über 1 cm liegt und die mittlere Korngröße des Nebenschüttgutmaterials (221 ) unter 10 cm liegt. 36. The method according to any one of claims 27 to 35, characterized in that the mean grain size of the bulk material (1 1 1) and the average grain size of the Nebengutgutgutmaterials (221) in the range of 5 mm to 30 cm, preferably in the range of mm to 15 cm or the mean grain size of the bulk material (1 1 1) is over 1 cm and the mean grain size of Nebenschüttgutmaterials (221) is less than 10 cm.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (40) und/oder Wasserdampf (70) an einer oder mehreren Positionen dem Schüttgutwanderbett (1 10) und/oder dem Nebenschüttgutwanderbett (220) zugegeben werden. 37. The method according to any one of claims 27 to 36, characterized in that water (40) and / or steam (70) at one or more positions of the bulk material moving bed (1 10) and / or the Nebenschüttgutwanderbett (220) are added.
38. Vertikalschachtofen (1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend einen Vertikalschacht (100) mit einem in dem Vertikalschacht (100) kontinuierlich oder in Intervallen verlaufenden Schüttgutwanderbett (1 10), aufweisend ein Schüttgutmaterial (1 1 1 ) aus einer kohlenstoffreichen Substanz (1 12) und einem selbst nicht vergasbaren Material (1 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalschacht (100) in einem mittleren Bereich (104) eine Entnahmestelle (131 ) für das Synthesegas aufweist. 38. vertical shaft furnace (1) for performing the method according to one of the preceding claims comprising a vertical shaft (100) with a in the vertical shaft (100) extending continuously or at intervals Schüttgutwanderbett (1 10), comprising a bulk material (1 1 1) from a High-carbon substance (1 12) and a self-gasifiable material (1 13), characterized in that the vertical shaft (100) in a central region (104) has a removal point (131) for the synthesis gas.
39. Vertikalschachtofen (1 ) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutmaterial (1 1 1 ) vor und/oder nach Eintritt in den Vertikalschacht (100) durch eine Mischvorrichtung vermischbar ist. 39. Vertical shaft furnace (1) according to claim 38, characterized in that the bulk material (1 1 1) before and / or after entry into the vertical shaft (100) can be mixed by a mixing device.
40. Vertikalschachtofen (1 ) nach einem der Ansprüche 38 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein unteres Ende einer oberen Schüttgutzone (1 14) des Vertikalschachts (1 10) einen kleineren inneren Durchmesser aufweist als ein oberes Ende einer unteren Schüttgutzone (1 15) des Vertikalschachts (1 10). 40. vertical shaft furnace (1) according to any one of claims 38 to 39, characterized in that a lower end of an upper Schüttgutzone (1 14) of the vertical shaft (1 10) has a smaller inner diameter than an upper end of a lower Schüttgutzone (1 15) of the vertical shaft (1 10).
41. Vertikalschachtofen (1 ) nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalschacht (100) im Bereich der oberen Schüttgutzone (1 14) und/oder im Bereich der unteren Schüttgutzone (1 15) ganz oder teilweise konisch ausgebildet ist. 41. vertical shaft furnace (1) according to one of claims 38 to 40, characterized in that the vertical shaft (100) in the region of the upper Schüttgutzone (1 14) and / or in the region of the lower Schüttgutzone (1 15) is wholly or partly conical ,
42. Vertikalschachtofen (1 ) nach einem der Ansprüche 38 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem mittleren Bereich (104) des Vertikalschachts (100) wenigstens über einen Teil des Umfanges des Schüttgutwanderbettes (1 10) eine oder mehrere radiale Mischkammern (105) ausgebildet sind. 42. vertical shaft furnace (1) according to one of claims 38 to 41, characterized in that in the central region (104) of the vertical shaft (100) at least over part of the circumference of the bulk material moving bed (1 10) one or more radial mixing chambers (105) are formed.
43. Vertikalschachtofen (1 ) nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutwanderbett (1 10) im Bereich der Mischkammern (105) eine oder mehrere Abböschun- gen aufweist. 43. vertical shaft furnace (1) according to claim 42, characterized in that the bulk material moving bed (1 10) in the region of the mixing chambers (105) has one or more Abböschun- conditions.
44. Vertikalschachtofen (1 ) nach einem der Ansprüche 38 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalschachtofen (1 ) (1 ) einen von dem Vertikalschacht (1 10) getrennt angeordneten Nebenschacht (210) aufweist und zwischen dem Nebenschacht (210) und dem Vertikalschacht (1 10) eine Strömungsverbindung besteht. 44. vertical shaft furnace (1) according to one of claims 38 to 43, characterized in that the vertical shaft furnace (1) (1) of the vertical shaft (1 10) arranged separately secondary shaft (210) and between the secondary shaft (210) and the Vertical shaft (1 10) has a flow connection.
45. Verwendung des mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 37 hergestellten Synthesegases (130) als Brenngas für Zwecke der Mobilität, für die thermische Verwertung und/oder als Brenngas für die Verstromung und/oder als Rohstoff in chemischen Prozessen. 46. Verwendung des Synthesegases (130) nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas (130) vor seiner Verwertung gefiltert wird. 45. Use of the synthesis gas (130) produced by a method according to any one of claims 1 to 37 as a fuel gas for mobility purposes, for thermal utilization and / or as fuel gas for power generation and / or as raw material in chemical processes. 46. Use of the synthesis gas (130) according to claim 45, characterized in that the synthesis gas (130) is filtered prior to its utilization.
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