Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Festbettverga- sungsreaktor zur Vergasung organischer, aschereicher und zur Schlackenbildung neigender Feststoffe, insbesondere von Rest- oder Abfallstoffen wie Klärschlamm, Holz oder Gülle, mit einer FeststoffVorratskammer zur Aufnahme der Feststoffe, die nach unten hin durch einen Rost begrenzt ist, und mit einer Produktgasleitung zum Abtransport des ausgegasten Produktgases, wobei die FeststoffVorratskam¬ mer eine eine Luft- und/oder Sauerstoffzufuhr aufweisende Oxidationszone aufweist. Ferner richtet sich die Erfin¬ dung auf vorteilhafte Verwendungen des Vergasungsreak¬ tors, insbesondere zur Entsorgung von Klärschlamm.

Der bei der Abwasserreinigung in kommunalen oder indu¬ striellen Kläranlagen anfallende Klärschlamm ist in ge¬ trockneter Form ein organischer Feststoff mit einem hohen Brennwert von ca. 10.000-14.000 kJ/kg. Beim Trocknen des Klärschlammes verfestigt sich dieser und bildet soge¬ nannte Pellets. Diese Pellets können in einem Vergasungs¬ reaktor verbrannt bzw. verglüht werden und geben dabei energiereiches Schwachgas (Produktgas) ab, welches in ei¬ nem Dieselmotor verbrannt werden kann. Ein an den Diesel¬ motor angeschlossener Generator wird zur Stromerzeugung

genutzt. Die erzeugte Abwärme des Motors kann zur Trock¬ nung des Klärschlammes verwendet werden.

Nach dem Stand der Technik ist die Klärschlammverbrennung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erst dann zweckmä¬ ßig, wenn die Kläranlage eine Größe von mehr 0,5 Millio¬ nen oder 1 Million angeschlossener Einwohner aufweist. Bei kleineren Anlagen ergibt der Investitions- und Be¬ triebsaufwand ein nicht akzeptiertes Kosten-/Nutzenver¬ hältnis.

Die bisher bekannten Vergasungsreaktoren können nur char¬ genweise betrieben werden, da bei ihnen die sich bilden¬ den Schlacken durch die Rüttelroste oder andere Austra¬ gungsmechanismen nicht wirksam und gleichmäßig aus dem Brennraum ausgetragen werden können. Das heißt, daß der Reaktor mit einer Charge Pellets beladen und dann so lan¬ ge betrieben werden kann, bis sämtliche Pellets ausge¬ glüht sind. Danach muß der Vergasungsvorgang beendet und die Schlacke aus dem Brennraum entfernt werden.

Beispielhaft sei an dieser Stelle die Vergasungsanlage der Firma IMBERT Energietechnik beschrieben, die als Sauggasanlage ausgeführt ist und einen Festkraftstoffbe¬ hälter aufweist, der eine FeststoffVorratskammer auf¬ weist, die sich nach unten hin verjüngt und die nach un¬ ten hin durch einen Rost begrenzt ist. Ein seitlich in die Feststoffvorratskammer führendes Luftrohr ermöglicht die Luftzufuhr in die Oxidationszone der Feststoffvor¬ ratskammer. Diese FeststoffVorratskammer ist innerhalb eines zylindrischen Reaktorbehälters angeordnet, der in seinem oberen Bereich eine Absaugöffnung zum Absaugen des Produktgases aufweist. Die IMBERT Vergasungsanlage arbei¬ tet als Sauggasanlage, das heißt, an die im oberen Be¬ reich des Reaktors integrierte Absaugöffnung wird ein Un-

terdruck angelegt, der das Produktgas aus dem Feststoff- vorratsbehälter absaugt. Hierbei wird das Produktgas durch den Rost aus der Feststoffvorratskammer gesaugt und an der Außenwand der Feststoffvorratskammer vorbei in den oberen Bereich des Reaktors geleitet, bevor es den Reak¬ tor verläßt.

Derartige Vergasungsreaktoren, respektive Holzgasanlagen, werden normalerweise zur Vergasung von Holz oder holzähn¬ lichen Materialien eingesetzt. Darüber hinaus ist es in derartigen Anlagen auch möglich, andere Materialien, ins¬ besondere zu Pellets geformten, getrockneten Klärschlamm zu vergasen.

Zur Vergasung des Klärschlammes werden die Klärschlamm¬ pellets unterstöchiometrisch verglüht. Dies geschieht bei einer Temperatur zwischen 850 °C und 1100 °C oder sogar von bis zu 1400 °C. Hierbei verschlacken die Klärschlamm¬ pellets stark und mehrere, benachbarte Pellets verschmel¬ zen zu einem großen Schlackeklumpen. Diese Verschlackung macht es erforderlich, den Vergasungsreaktor in relativ kurzen Abständen zu entleeren und zu reinigen, so daß der Vergasungsprozeß unterbrochen werden muß. Jede Unterbre¬ chung hat jedoch zur Folge, daß der Vergasungsprozeß neu gestartet werden muß, das heißt, die Pellets müssen mit¬ tels extern zugeführter Energie auf Betriebstemperatur gebracht werden. Folglich hat ein derartiger Vergasungs- reaktor einen sehr ungünstigen Wirkungsgrad.

Darüber hinaus treten in der Anheizphase ungünstige Be¬ triebszustände hinsichtlich der Gasqualität durch die zunächst bei niedrigeren Temperaturen schwelende Masse auf. Im Gas befinden sich vermehrt Teere und Öle, die sich in den nachfolgenden Rohrleitungen niederschlagen

können oder im nachfolgenden Motor unvollständig ver¬ brannt werden und sich ablagern können.

Aus dem Dokument DE-PS 425 634 ist ein Schachtgaserzeuger bekannt, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Dieser Schachtgaserzeuger weist im Bereich der abgebauten Schlacke ein Abstichmesser auf, mit dem jeweils ein Teil der Schlacke abgetrennt und anschließend mittels eines Schiebers (Ausdrückstempels) aus dem Schachtgaserzeuger in eine Lore oder dergleichen befördert wird.

Dieser Schachtgaserzeuger arbeitet nach dem Gegenstrom¬ prinzip. Die in dem Dokument DE-PS 425634 bekannte Vor¬ richtung ist in Gleichstromvergasern jedoch nicht ein¬ setzbar, da bei der Gleichstromvergasung die Schüttung auf einem Rost aufliegt, durch den das Gas hindurchge¬ führt wird. Der beschriebene Ausdrückstempel verhindert nicht, daß sich in den RostZwischenräumen Schlackereste ansammeln. Der Prozeß wird dadurch behindert und kann vollständig zum Erliegen kommen. Der verstopfte Rost kann - wie bereits oben beschrieben - nur durch Beenden des Vergasungsvorgangs von den Schlackerückständen befreit werden, so daß diese bekannte Vorrichtung die oben be¬ schriebenen Nachteile hinsichtlich einer wirtschaftlichen Nutzung ebenfalls aufweist.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Auf¬ gabe zugrunde, einen Vergasungsreaktor der eingangs ge¬ nannten Art zu schaffen, dem weniger externe Energie zu¬ geführt werden braucht und der somit einen höheren Wir¬ kungsgrad hat. Ferner soll eine günstige Verbrennung bzw. Vergasung erzielt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung soll es möglich sein, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand eine Klärschlammverbrennung bzw.

Klärschlammveraschung oder -Vergasung bei Anlagen mit An¬ schlußwerten von weniger als 0,5 Millionen Einwohnern, beispielsweise von 50.000 Einwohnern oder mehr, zu reali¬ sieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe gemäß dem ersten Aspekt der Er¬ findung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einem Gleichstrom-Festbettvergasungsreaktor der eingangs ge¬ nannten Art dem Rost eine Schlackentrennvorrichtung und ein Austragungsmechanismus, mittels dessen die abge¬ trennte Schlacke aus dem Vergasungsreaktor herausförder- bar ist, nachgeschaltet sind und daß die Luft- und/oder Sauerstoffzufuhr einen umlaufenden Ringkanal aufweist, der über eine Anzahl von Öffnungen mit der Oxidationszone verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein kontinuierlich arbeitender Vergasungsreaktor nicht ständig neu gezündet werden braucht und folglich bei einem geringeren Einsatz von Fremdenergie einen höhe¬ ren Wirkungsgrad erzielt.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgeführter Verga¬ sungsreaktor hat den Vorteil, daß die Vergasung konti¬ nuierlich betrieben werden kann. In dem Fall, daß sich auf dem Rost eine Schlackenschicht gebildet hat, tritt die Schlackentrennvorrichtung in Aktion und trennt die Schlacke von den restlichen Brennstoffen (beispielsweise Klärschlammpellets) ab. Diese abgetrennte Schlacke wird dann vom Austragungsmechanismus aus dem Vergasungsreaktor herausgebracht, ohne daß die Vergasung der in der Fest- stoffvorratskammer befindlichen Feststoffe unterbrochen wird.

Durch die Schaffung eines kontinuierlich arbeitenden Ver¬ gasungsreaktors enfällt das im Stand der Technik notwen¬ dige Anfahren des Vergasungsreaktors nach einer Entlee¬ rung, so daß dem Vergasungsreaktor deutlich weniger Fremdenergie zugeführt werden muß. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad des Vergasungsreaktors deutlich.

Des weiteren wird durch die quasi-kontinuierliche Austra¬ gung der Schlacke ein unterbrechungsfreier Prozeß ermög¬ licht, bei dem ungünstige Betriebszustände vermieden wer¬ den.

Eine weitere, vorteilhafte Besonderheit besteht darin, daß um die Oxidationszone herum ein Ringkanal angeordnet ist, der über eine Anzahl von Öffnungen mit der Oxida¬ tionszone verbunden ist. Die in den Ringkanal eingebrach¬ te Luft bzw. der in den Ringkanal eingebrachte Sauerstoff verteilt sich annähernd gleichmäßig im Ringkanal und ge¬ langt durch die Öffnungen in die Oxidationszone. Hier¬ durch wird eine gute und gleichmäßige Luft- und/oder Sau¬ erstoffzufuhr der Oxidationszone im Gleichstromverfahren sowie eine kontinuierliche und wirtschaftliche Vergasung der Feststoffe, insbesondere von Klärschlammpellets ge¬ währleistet.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors ist die Schlackentrennvorrichtung als horizontal ausgerichteter Trennschieber ausgebildet, der etwa 5 bis 50 cm oberhalb des Rostes angeordnet ist. Die¬ ser Trennschieber wird vorzugsweise elektrisch angetrie¬ ben und trennt die ausgebildete Schlackenschicht von den restlichen Feststoffen ab. Gleichzeitig hält der Trenn¬ schieber die glühenden Feststoffe in der Feststoffvor¬ ratskammer, während die abgetrennte Schlackenschicht aus¬ getragen wird.

Die Austragung erfolgt vorzugsweise durch das Wegklappen einer unterhalb der Feststoffvorratskammer angebrachten Entleerungsklappe. Zusammen mit der Entleerungsklappe ist das Rost verschwenkbar, damit die abgetrennte Schlacke aus der FeststoffVorratskammer herausfallen kann.

Die Verschlackung der Feststoffe, insbesondere von Klär¬ schlammpellets, geschieht langsam und annähernd gleich¬ mäßig. Beim Verschlacken verklumpen die Feststoffe bzw. Pellets zu einer annähernd geschlossenen Masse, so daß es nur schwer möglich ist, das ausgegaste Produktgas durch die Schlackenschicht hindurchzusaugen. Deshalb werden an der Oberseite des Trennschiebers nach oben ragende Stege oder Stifte angebracht, die kleine Kanäle oder Unterbre¬ chungen in die oberhalb des Trennschiebers befindliche Schlacke einarbeiten, so daß nach Entfernen des Trenn¬ schiebers eine bessere Durchlüftung der Schlackenschicht gewährleistet ist.

In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist unter¬ halb des Rostes eine Produktgasleitung angeordnet, über deren freies Ende eine Glocke angeordnet ist. Durch diese Glocke wird das Produktgas gezwungen, die Strömungsrich¬ tung zu ändern. Dies bewirkt, daß sich in dem Produktgas¬ strom befindende Staub- oder Schmutzpartikel durch die Massenträgheit ausgesondert werden, denn diese Partikel setzen ihre Abwärtsbewegung fort, während das Gas unter die Glocke gelenkt wird. Die sich absetzenden Staub- oder Schmutzpartikel werden beim Öffnen der Klappe mit ausge¬ worfen, so daß sich im Gasabzugsbereich keine Verunreini¬ gungen ansammeln können.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Glocke zusam¬ men mit dem freien Ende der Produktgasleitung und der

Entleerungsklappe verschwenkbar angeordnet, damit diese den Auswurf der abgetrennten Schlackenschicht nicht be¬ hindern.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge¬ mäßen Vergasungsreaktors sind in der Feststoffvorratskam¬ mer mehrere, übereinander angeordnete Oxidationszonen ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei jede der Oxidations¬ zonen über entsprechende Öffnungen mit der Luft- und/oder Sauerstoffzufuhr verbunden. Dies hat den Vorteil, daß die Feststoffe an mehreren Stellen gleichzeitig verglühen, so daß in der Feststoffvorratskammer eine gleichmäßigere Temperatur vorherrscht. Dies hat zur Folge, daß die ein¬ zelnen Klärschlammpellets sehr viel länger glühen und da¬ mit eine vollständigere Verbrennung erfolgt. Diese voll¬ ständigere Verbrennung hat zur Folge, daß mehr Produktgas ausgegast werden kann, wodurch die Produktausbeute bzw. der Wirkungsgrad des Reaktors weiter erhöht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Oxidationszone eine Reduktionszone nachgeschaltet. In dieser Reduktionszone wird den glühenden Feststoffen kein Sauerstoff zugeführt, so daß sich hier das im Produktgas gewünschte CO und Methan bildet.

Über den in die Oxidationszone zugeführten Sauerstoff, entweder in Form von reinem Sauerstoff oder in Form von Umgebungsluft, kann der Vergasungsprozeß beeinflußt und gesteuert werden. Deshalb ist es vorteilhaft, jede Oxida¬ tionszone mit einer unabhängigen Luft- und/oder Sauer¬ stoffzufuhr auszustatten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Oxidations¬ zone darüber hinaus mit einem unabhängigen Ringkanal ver-

sehen, um eine präzise Ansteuerung und Versorgung der je¬ weiligen Oxidationszone mit Sauerstoff zu gewährleisten.

In noch einer weiteren, besonders bevorzugten Ausfüh¬ rungsform ist im Bereich der Oxidationszone eine Zündvor¬ richtung anbringbar, mittels der die Feststoffe auf Zünd¬ bzw. Glühtemperatur erhitzbar sind. Besonders zum Anfah¬ ren des Vergasungsreaktors ist es erforderlich, die noch kalten Feststoffpellets vorzuwärmen und zu zünden. Diese Zündvorrichtung kann ein elektrischer Heißgaserzeuger, ein Ölbrenner oder ein Gasbrenner sein. Nachdem die Fest¬ stoffe einmal angezündet sind und sich in der Oxidations¬ zone eine ausreichende Glut ausgebildet hat, wird keine weitere Zündenergie mehr zugeführt. Von nun an wird der Vergasungsprozeß über die Sauerstoffzufuhr gesteuert.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zündung durch dieselben Öffnungen in der Oxidationszone, durch die die Luft bzw. der Sauerstoff in die Oxidationszone gelangt.

Während des Vergasungsprozesses kann es vorkommen, daß die Temperatur in einer oder mehreren der Oxidationszonen so stark absinkt, daß selbst über die Erhöhung der Sauer¬ stoffzufuhr keine ordnungsgemäße Ausgasung mehr erreicht wird. In diesem Falle kann die Temperatur in der Oxida¬ tionszone durch Einschalten der Zündvorrichtung angehoben werden. Hierbei ist es vorteilhaft, für jede Oxidations¬ zone eine eigene Zündvorrichtung vorzusehen, damit eine optimale Steuerung des Vergasungsprozesses in den einzel¬ nen Oxidationszonen gewährleistet ist.

Zur besseren Steuerung der Luft- und/oder Sauerstoffzu¬ fuhr erfolgt diese zwangsangetrieben. Hierzu kann an ei¬ ner Lufteintrittsöffnung des Vergasungsreaktors ein Ge-

blase oder an der Produktgasleitung eine Saugvorrichtung angebracht sein.

Bevorzugterweise werden verschiedene Oxidationszonen durch verschiedene, unabhängig voneinander arbeitende Ge¬ bläse mit Luft und/oder Sauerstoff versorgt.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der Oxidationszone kleiner als derjenige der benachbarten Zonen. Dies hat den Vorteil, daß sich die in diesem Bereich verstärkt bildenden Schlacken nicht an der Wand der Feststoffvorratskammer aufhängen können und so¬ mit eine Austragung behindern.

Damit die Feststoffpellets ordnungsgemäß nach unten sin¬ ken, verbreitern sich die Oxidationszonen zu den benach¬ barten Zonen hin konisch.

Der erfindungsgemäße Vergasungsreaktor arbeitet also kon¬ tinuierlich, denn während der Austragung der Schlacke wird die Vergasung nicht unterbrochen. Dies führt zu ei¬ nem hohen Wirkungsgrad, da durch die entfallende Anfahr¬ phase deutlich weniger Fremdenergie zugeführt werden muß. Das bei der Vergasung von getrocknetem Klärschlamm ent¬ stehende Produktgas setzt sich im wesentlichen aus CO, CH ₄ , H ₂ sowie geringen Mengen an C ₂ Gasen zusammen.

Die energetische Nutzung von Biomasse, insbesondere die Verwertung von organischen Rest- oder Abfallstoffen, ge¬ winnt zunehmend an Bedeutung, da durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen fossile Energieträger einge¬ spart und C0 ₂ -Emissionen effektiv reduziert werden kön¬ nen. Darüber hinaus sollen viele nicht mehr stofflich verwertbare Rest- und Abfallstoffe aufgewertet und als hochwertige Brennstoffe genutzt werden. Ein anderes An-

liegen ist es, die zu entsorgenden Reststoffe auf ein Mi¬ nimum zu reduzieren.

Klärschlämme der kommunalen und industriellen Abwas¬ serreinigung sind nicht vermeidbare Reststoffe, die stofflich oder thermisch verwertet werden sollten. Der stofflichen Verwertung sind einerseits durch gesetzliche Rahmenbedingungen und andererseits durch die aktuelle Marktsituation Grenzen gesetzt. Die stoffliche Verwertung der Klärschlämme kann mittelfristig keine ausreichende Entsorgungsicherheit gewährleisten, da die Abnahme der Schlämme durch Akzeptanzprobleme und Veränderungen in der Schadstoffbelastung nicht mit hinreichender Sicherheit im voraus kalkulierbar ist.

Es werden daher erhebliche Anstrengungen unternommen, ge¬ eignete Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, welche es mit einem unter ökologischen und ökonomischen Ge¬ sichtspunkten vernünftigen Aufwand ermöglichen sollen, Klärschlamm einer thermischen Verwertung zuzuführen, durch die dessen Energiegehalt genutzt und eine Reduzie¬ rung des Reststoffes auf seinen Ascherückstand erzielt wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschen¬ derweise festgestellt, daß die außerordentlich schwieri¬ gen Anforderungen an eine ökologisch und ökonomisch zweckmäßige Verwertung biologischer, organischer Brenn¬ stoffe, insbesondere von Rest- und Abfallstoffen wie Klärschlamm, Holz oder Gülle dadurch gelöst werden kön¬ nen, daß die Brennstoffe als Feststoff in einem erfin¬ dungsgemäßen Vergasungsreaktor vergast werden, ohne daß, wie bisher für erforderlich gehalten wurde, die entspre¬ chende Anlage eine Größe aufweisen muß, die ihrer weiten Verbreitung und flächendeckenden Anwendung entgegensteht.

Selbstverständlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf kleine An¬ lagegrößen begrenzt, sondern auch vorteilhafterweise in Großanlagen einsetzbar. Mit der Erfindung werden Ziele erreicht, um die die Fachwelt sich schon lange bemüht hat. Um dabei besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Ökonomie oder Ökologie zu erhalten sowie hinsichtlich der konstruktiven Erfordernisse zu gewährleisten, werden be¬ vorzugt die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kom¬ bination miteinander eingesetzt.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Brennstoff, insbeson¬ dere Klärschlamm, vor dem Vergasen in einem Vergasungsre¬ aktor auf eine Trockensubstanzgehalt von 80 bis 99 %, be¬ vorzugt zwischen 85 und 95 % getrocknet wird. Durch eine vorteilhafte Abstimmung des Trocknungs- und Vergasungs¬ prozesses werden vorteilhafte Resultate erzielt.

Nach einem anderen bevorzugten Merkmal wird vorgeschla¬ gen, daß der Brennstoff, insbesondere der Klärschlamm, in Teilstücke mit einer definierten geometrischen Raumform, vorzugsweise in im wesentlichen gleichartig geformte Teilstücke geformt wird. Der Durchmesser der Partikel bzw. Teilstücke liegt dabei vorteilhafterweise in einem Korngrößenbereich von 5 bis 30 mm. Dabei wird der Fest- stoffanteil des Brennstoffs geformt und ein strukturier¬ tes Material, beispielsweise ein Granulat erzeugt, das mehrere vorteilhafte Merkmale aufweist. Zum einen hat es eine den Wasserentzug unterstützende, große Oberfläche, was beispielsweise für eine anschließende Trocknung durch Wärmezufuhr vorteilhaft ist. Zum anderen ist der Migra¬ tionsweg für die in dem Feststoffanteil enthaltene Feuch¬ tigkeit an die Oberfläche des strukturierten Materials verkürzt, was ebenfalls für die weitere Trocknung vor-

teilhaft ist. Ferner kann dem Brennstoff, insbesondere Klärschlamm, durch das Formen eine Struktur gegeben wer¬ den, die es ermöglicht, ihn zu einer Schüttung bzw. einem Haufwerk zu stapeln, die in dem Vergasungsreaktor hinrei¬ chend stabil ist. Auch die Erzeugung einer möglichst gro¬ ßen Oberfläche bzw. Porosität im Inneren des Materials für die Zufuhr von Sauerstoff und einen optimalen Vergasungsprozeß kann auf diese Weise erzielt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich im Rahmen der Erfin¬ dung herausgestellt, wenn zur Vergrößerung des Oberflä¬ chen/Volumen-Verhältnisses des Feststoffanteils des Brennstoffs der Brennstoff mittels einer Formgebungsein¬ richtung in Teilstücke geformt wird, bei denen das Ver¬ hältnis der Quadratwurzel aus der Hüllfläche zu der Ku¬ bikwurzel aus dem Volumen auf einen Wert größer als 1,0, bevorzugt zwischen 2,0 und 3,5 eingestellt wird.

Vorteilhafterweise kann der Brennstoff mittels einer Formgebungseinrichtung in eine zylinderartige Form zu ei¬ nem Würstchen-, Spaghetti- oder nudelfδrmigen Gut geformt werden. Der Durchmesser beträgt vorteilhafterweise zwi¬ schen 6 und 15 mm und die Länge zwischen 5 und 50 mm. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf eine spezielle Formgebung der strukturierten Teilstücke beschränkt, son¬ dern es sind auch alle anderen Formgebungen einsetzbar, bei denen der Feststoffanteil in der erforderlichen Weise strukturiert wird. Geeignete Formen und Möglichkeiten zur Herstellung eines großen Oberflächen/Volumen-Verhältnis¬ ses sind in der Veröffentlichung von R. Schilp, "Zur Technologie der Pastengranulierung" , Sonderdruck Chemie- Ingenieur-Technik Heft 5/1977, Seite 374 beschrieben.

Für die erfindungsgemäße Anwendung haben sich besonders solche Teilstücke, insbesondere von würstchenartiger

Form, als vorteilhaft herausgestellt, deren Durchmesser größer als 5 mm, bevorzugt größer als 8 mm und besonders bevorzugt größer als 10 mm ist. Das durch einen vorteil¬ hafterweise im Anschluß an das Formen der Teilstücke durchgeführten Trocknungsprozeß bedingte Schrumpfen der Teilstücke führt zu einer Verkleinerung ihrer Größe, und die Teilstücke verringern im Vergasungsreaktor nochmals stark ihren Durchmesser, so daß die angegebenen Abmessun¬ gen vorteilhaft sind, um der Bildung einer dichten Masse bei der Verschlackung entgegenzuwirken. Der optimale Durchmesser liegt ca. bei 10 bis 15 mm.

Je größer die geformten Teilstücke sind, desto mehr ist auch im Falle eines anschließenden Schrumpfens in einer Wasserentzugsvorrichtung oder in dem Vergasungsreaktor der Zugang von Sauerstoff in den Kernbereich der Teil¬ stücke erschwert. Nach einem anderen vorteilhaften Merk¬ mal wird daher vorgeschlagen, daß der Durchmesser der Teilstücke insbesondere von würstchenförmigen Teilstük- ken, kleiner als 50 mm, bevorzugt kleiner als 35 mm und besonders bevorzugt kleiner als 20 mm ist.

Der Brennstoff wird vorzugsweise in einer pastösen Konsi¬ stenz in Teilstücke geformt, da hierbei der Energieauf¬ wand zum Formen der Teilstücke und die Anforderungen an die mechanische Stabilität der zum Formen verwendeten Vorrichtung niedrig sind und die gebildeten Teilstücke noch eine hinreichende Stabilität für ihre Weiterverar¬ beitung aufweisen. Nach einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal wird daher vorgeschlagen, daß der Brennstoff, insbesondere Klärschlamm, vor dem Formen in Teilstücke mittels einer Entwässerungsvorrichtung auf einen Trocken¬ substanzgehalt zwischen 15 und 45 %, vorzugsweise zwi¬ schen 20 und 35 % entwässert wird. Der Trockensubstanzge¬ halt des originären Klärschlamms liegt ca. zwischen 3 und

6 %, und als Entwässerungsvorrichtung dient vorteilhaf¬ terweise eine konventionelle mechanische Vorrichtung. Das Vorentwässern kann beispielsweise in einer Zentrifuge, Siebbandpresse, Kammer-Filterpresse oder dergleichen durchgeführt werden.

Nach einem besonders bevorzugten Merkmal wird vorgeschla¬ gen, daß der Brennstoff, insbesondere Klärschlamm, mit¬ tels einer Formgebungseinrichtung geformt wird, die eine Förderschnecke, ein Förderband, einen Trogkettenförderer oder ein Becherwerk, eine Aufnahmeeinrichtung für eine bestimmte Menge des mittels der Förderschnecke transpor¬ tierten Brennstoffs, eine Matrize mit Perforationslöchern und eine Pressorgan, mittels dessen der vorzugsweise pastöse Brennstoff durch die Perforationslöcher unter Ausbildung würstchenförmiger Teilstücke durchgepresst wird, aufweist. Weitere vorteilhafte Merkmale geeigneter Formgebungseinrichtungen, die im erfindungsgemäßen Zusam¬ menhang vorteilhaft sind, sind in den Dokumenten EP 0225351 Bl, DE 4013761 C2 und DE 4446739 AI beschrieben, auf die insoweit Bezug genommen wird.

Wie bereits erläutert wurde, ist es im erfindungsgemäßen Zusammenhang vorteilhaft, wenn der Brennstoff, insbeson¬ dere mittels einer Formgebungseinrichtung in Teilstücke geformter Brennstoff, mittels einer Wasserentzugsvorrich¬ tung getrocknet wird. Eine solche Wasserentzugsvorrich¬ tung kann prinzipiell mittels allen bekannten Wasserent¬ zugsverfahren, insbesondere Trockungsverfahren realisiert sein, deren Endprodukt die erforderliche Struktur für das erfindungsgemäße Vergasen in dem Vergasungsreaktor auf¬ weist, mit dem also eine stabile Schüttung ausbildbar ist und das durch seine Lockerheit und Porosität für genügend Sauerstoffzufuhr sorgt. Prinzipiell kommt hierfür auch ein Trommeltrockner oder ein Extruder in Betracht.

Besonders bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung eine Was¬ serentzugsvorrichtung, die ein Trockner mit einer Trock¬ nungseinrichtung ist, in der der Brennstoff mit heißer Trocknungsluft getrocknet wird. Besonders bevorzugt ist ein Bandtrockner mit einer Bandfördereinrichtung zum För¬ dern des darauf aufgebrachten Brennstoffs durch die Trocknungseinrichtung, wobei die Bandfördereinrichtung Perforationsδffnungen aufweist und ein Trockengasström die Perforationsöffnungen und die Brennstoffschicht durchströmt.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorge¬ schlagen, daß die Bandfördereinrichtung von einem die Trocknungseinrichtung bildenden Trocknungsofen umgeben ist, der in Längsrichtung der Bandfδrdereinrichtung meh¬ rere Kammern aufweist, in denen Trocknungsluft im Gegen¬ strom abwechselnd hin- und hergehend durch die Perforati- onsδffnungen der Bandfδrdereinrichtung und die Brenn¬ stoffschicht geleitet wird.

Hinsichtlich der Trocknungstemperaturen sind keine beson¬ dere Anforderungen zu stellen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, eine besonders schonende Trocknung anzu¬ streben. Die Temperatur der Trocknungsluft kann daher zwischen den einzelnen Trocknungskammern variieren. Zum Beispiel kann die Temperatur in den ersten Kammern größer als 150° C sein und sollte in den letzten Kammern nicht größer als 150° C sein.

Die Verweilzeit in dem Trockner, d.h. die Trocknungs- dauer, beträgt in praktischen Fällen ca. 15 bis 60 min. Die Teilstücke schrumpfen dabei um ca. 5 bis 20%. In besonderen Anwendungsfällen kann es unter verfahrens¬ technischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten vor-

teilhaft sein, wenn der Brennstoff derart getrocknet wird, daß die strukturierten Teilstücke an der Außenflä¬ che eine harte, trockene Kruste aufweisen, die eine wei¬ chere Kernzone mit einem höheren Feuchtegehalt umgibt.

Weitere vorteilhafte Merkmale geeigneter Bandtrockner sind in den Dokumenten EP 0225351 Bl, DE 4013761 C2 und DE 4446739 AI beschrieben, auf die insoweit Bezug genom¬ men wird. Um besonders vorteilhafte Ergebnisse beim Ver¬ gasen der Brennstoffe, insbesondere von Klärschlamm, in dem Vergasungsreaktor zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoffe als Granulat mit einer offenporigen, porösen Struktur in dem Vergasungsreaktor vergast werden. Das Granulat kann mittels einer Trocknungseinrichtung, insbesondere einem Bandtrockner, der den Vorteil einer homogenen Korngröße sowie einer besonderen Struktur des gebildeten Granulates bzw. Trockengutes aufweist und ins¬ besondere vorteilhafterweise mit mittels einer Formge¬ bungseinrichtung geformten Teilstücken gespeist wird, er¬ zeugt werden. Die Kombination einer Formgebungseinrich¬ tung und eines Bandtrockners zum Erzeugen des Granulates für den Vergasungsreaktor ist daher bevorzugt. Ein weite¬ res vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß die Brenn¬ stoffe als Granulat, insbesondere mit einer offenporigen, porösen Struktur, vergast werden, die zu einem stabilen, luftdurchlässigen Haufwerk in dem Vergasungsreaktor auf¬ geschüttet werden.

Durch die poröse Struktur des Granulates bzw. durch die Möglichkeit, ein luftdurchlässiges Haufwerk aufzuschüt¬ ten, wird der Vergasungsprozeß vorteilhaft begünstigt. Die Wärmeenergie kann sehr gut in den Schüttkörper und in das granulatförmige Vergasungsprodukt eindringen. Das entstehende Produktgas kann widerstandsarm aus dem Ver¬ gasungsprodukt und aus der Schüttung austreten. Es sind

Schütthöhen bis zu 4 m, bevorzugt zwischen 1,0 und 2,5 m erzielbar, wobei das Haufwerk und das Granulat gleichmä¬ ßig, homogen und mit geringem Strömungswiderstand durch¬ strömbar sind. Das spezifische Gewicht des Granulates ist relativ klein, so daß die mechanische Belastung des Hauf¬ werks und demzufolge die mechanische Verdichtung in dem Vergasungsreaktor gering sind. Die Verdichtung bzw. die Schichtung des Haufwerks ist dann so gering, daß der Ver¬ gasungsprozeß vorteilhaft durchführbar ist.

Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal wird vorgeschla¬ gen, daß die Brennstoffe unter Aufrechterhaltung einer luftdurchlässigen Schüttung dosiert in die Schwelzone des Vergasungsreaktors eingefüllt werden. Ein anderes vor¬ teilhaftes Merkmal kann darin bestehen, daß die Brenn¬ stoffe in einer Aufgabevorrichtung des Vergasungsreaktors mechanisch segmentiert werden. Dabei kann der Brennstoff im Aufgabetrichter des Vergasungsreaktors an die mechani¬ schen Einrichtungen im Vergasungsreaktor angepaßt und eine gasdichte Abtrennung von Aufgabe- und Schwelraum ge¬ währleistet werden.

Bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Abstimmung von Formung und Trocknung der Brennstoffe kann eine gleichmä¬ ßige, homogene und intensive Ausgasung der offenporig strukturierten Schüttung und des offenporig strukturier¬ ten Brennstoffs, das heißt eine Vergasung und Entgasung des Materials bis in die Kernbereiche erzielt werden. Aufgrund des offenporigen Schüttkörpers wird dabei in der Oxidationszone des Vergasungsreaktors eine Veraschung mit lockerer Schlacken- oder Aschestruktur erzeugt. Dadurch kann auch eine konstruktiv unaufwendige Schlackentrenn¬ vorrichtung bzw. ein einfacher Austragungsmechnismus vor¬ gesehen werden, um die Schlacke kontinuierlich oder dis¬ kontinuierlich aus dem Vergasungsreaktor zu entnehmen,

ohne daß er dabei außer Betrieb gesetzt werden muß. Das dabei gewonnene Produktgas kann zur Energieerzeugung ver¬ wendet werden.

Damit ist die Möglichkeit eröffnet, Rest- oder Abfall- Stoffe einer ökologisch und ökonomisch sinnvollen Verwer¬ tung zuzuführen. Die Entsorgung einer Tonne Klärschlamm verursacht nach dem derzeitigen Stand der Technik Kosten in Höhe von ca. DM 500,--. Mit dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren kann dagegen eine positive Energiebilanz erzielt werden, ohne daß die hohen Entsorgungskosten aufgewendet werden müssen. Das beim Veraschen entstehende Endprodukt können granulatartige, fingernagelgroße Körner sein, die nicht riechen und keine oder gebundene Schadstoffe ent¬ halten. Dieses Endprodukt kann beispielsweise als Füllma¬ terial im Straßenbau eingesetzt werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors und seiner Anwendungen ergeben sich aus der Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombi¬ nationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Aus¬ führungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charak¬ ter. Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs¬ gemäßen Vergasungsreaktors,

Fig. 2 den Vergasungsreaktor gemäß Figur 1 mit geöff¬ neter Entleerungklappe,

Fig. 3 ein Prinzipbild einer erfindungsgemäßen Anlage zum Veraschen von Klärschlamm,

Fig. 4 einen Bandtrockner zu Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockheizkraftwerk mit einem Vergasungsre¬ aktor, Fig. 6 Einzelheiten zu Fig. 5 und Fig. 7 ein Steuerungsschema.

Die einzelnen Figuren der Zeichnungen zeigen den erfin¬ dungsgemäßen Vergasungsreaktor stark schematisiert, damit sein Aufbau besser gezeigt werden kann. Auch die vorteil¬ haften Verwendungsbeispiele des Vergasungsreaktors bzw. der Bandtrockner sind schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors 1 mit einer in einem Reaktorgehäuse 2 eingelassenen Feststoffvorratskammer 4, die über eine Brennstoffzufuhr 6 mit energiereichen, verbrennbaren Feststoffen befüllbar ist. Zur Vergasung wird vorzugs¬ weise Klärschlamm verwendet, der bei den meisten Kläran¬ lagen als Abfallprodukt anfällt. Dieser sehr energierei¬ che Klärschlamm muß jedoch getrocknet werden, bevor er in den Vergasungsreaktor eingefüllt werden kann. Zur Trock¬ nung des Klärschlammes wird vorzugsweise die Abwärme des Vergasungsreaktors und/oder des Dieselmotors verwendet, welcher mit dem aus dem Klärschlamm gewonnenen Produktgas betrieben wird. Der getrocknete Klärschlamm liegt in Form von kleinen, etwa 1 bis 5 cm großen Klumpen, sogenannten Pellets, bzw. als Granulat vor.

Die Feststoffvorratskammer 4 ist schichtartig in mehrere Zonen unterteilt, wobei ganz oben eine Vorrats- und Trocknungszone 8, gefolgt von einer Schwelzone 10 ange¬ ordnet ist. An die Schwelzone 10 schließt sich eine Oxi¬ dationszone 12 an, wobei letztere nahtlos in eine Reduk¬ tionszone 14 übergeht. Im unteren Bereich der Feststoff- Vorratskammer 4 ist dann noch eine Schlackenzone 16 ange-

ordnet, die nach unten hin von einem Rost 18 begrenzt ist.

Unterhalb des Rostes 18 ist ein Produktgassammeiraum 20 vorgesehen, in den eine Produktgasleitung 22 hineinragt. Zwischen einem freien Ende der Produktgasleitung 22 und dem Rost 18 ist eine im wesentlichen konvex ausgebildete Glocke 24 angeordnet, deren Öffnung zum freien Ende der Produktgasleitung 22 hin ausgerichtet ist.

Unterhalb der FeststoffVorratskammer 4 ist das Reaktorge¬ häuse 2 mit einer Entleerungsklappe 26 versehen, die ver¬ schwenkbar angeordnet ist. Zusammen mit der Entleerungs¬ klappe 26 lassen sich das freie Ende der Produktgaslei¬ tung 22, die Glocke 24 und der Rost 18 verschwenken, so daß die Feststoffvorratskammer 4 in vollkommen ausge¬ schwenktem Zustand nach unten hin offen ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Zwischen der Reduktionszone 14 und der Schlackenzone 16 ist ein elektrisch angetriebener Trennschieber 28 vorge¬ sehen, der in die FeststoffVorratskammer 4 einfahrbar ist.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vergasungsreaktor 1 wird nach einer Anfahrphase kontinuierlich betrieben. Die sich mit der Zeit angesammelte Schlacke wird durch den Trennschieber 28 von den übrigen, glühenden Feststoffpellets abgetrennt. Durch Öffnen der Entlee¬ rungsklappe 26 fällt die abgetrennte Schlacke aus dem Vergasungsreaktor 1 heraus, wie dies in Fig. 2 darge¬ stellt ist. Eine derartige Abtrennung und Entleerung der Schlacke erfolgt in gewissen Abständen, ca. alle 10 bis 15 Minuten. Während der Abtrennung und Austragung der

Schlacke wird der Vergasungsprozeß jedoch nicht unterbro¬ chen, sondern fortgeführt.

Im folgenden wird die Funktionsweise eines erfindungsge¬ mäßen Vergasungsreaktors 1 beschrieben:

Die noch leere Feststoffvorratskammer 4 wird durch Öffnen einer Beschickungsschleuse 30 mit getrocknetem Klär¬ schlamm befüllt. Nachdem die Feststoffvorratskammer 4 ihren Sollfüllstand erreicht hat, wird die Beschickungs¬ schleuse 30 geschlossen, so daß der auch ansonsten gas¬ dichte Vergasungsreaktor 1 im Über- bzw. Unterdruckbe¬ trieb (ca. 20 mbar) gefahren werden kann. Die Feststoffvorratskammer 4 ist im Bereich der Oxidations¬ zone 12 eingeschnürt ausgeführt, so daß sich zwischen der Feststoffvorratskammer 4 und dem Reaktorgehäuse 2 ein Ringkanal 32 ausbildet. In diesem Ringkanal 32 wird eine nicht dargestellte Zündvorrichtung, beispielsweise ein Gasbrenner, eingeführt, mit dem die in der FeststoffVor¬ ratskammer 4 befindlichen Klärschlammpellets aufgeheizt und gezündet werden. Parallel dazu wird über eine am Re¬ aktorgehäuse 2 angebrachte Lufteintrittsöffnung 34 Luft und/oder reiner Sauerstoff mittels eines Gebläses 36 in den Ringkanal 32 eingeblasen.

Im Bereich der Oxidationszone 12 sind in der Feststoff¬ vorratskammer 4 Öffnungen 38 vorgesehen, durch die die Luft bzw. der Sauerstoff gleichmäßig in die Oxidations¬ zone 12 eindringen kann, um die in den Pellets stattfin¬ dende Verbrennung zu unterstützen.

Nachdem die Pellets gezündet haben und sich in der Fest- stoffvorratskammer 4 eine Betriebstemperatur von ca. 1400 °C eingestellt hat, wird die Zündvorrichtung ausgeschal¬ tet und entfernt. Nachfolgend wird die in den Pellets

stattfindende Reaktion und Ausgasung durch eine mehr oder weniger starke Luft- und/oder Sauerstoffzufuhr gesteuert.

Beim Verglühen verkleinern sich die Pellets und bilden einen zusammenhängenden Schlackeklumpen. Dieser Schlacke- klumpen wird durch den Trennschieber 28, der sich paral¬ lel zum Rost 18 in die FeststoffVorratskammer 4 einschie¬ ben läßt, von den übrigen, die Glut bildenden Pellets ab¬ getrennt. Durch Wegschwenken des Rostes 18, der Entlee¬ rungsklappe 26, der Glocke 24 und die Produktgasleitung 22 öffnet sich die FeststoffVorratskammer 4, so daß der Schlackeklumpen nach unten herausfallen kann. Nachdem der Schlackeklumpen entfernt ist, wird der Rost 18, die Ent¬ leerungsklappe 26, die Glocke 24 und die Produktgaslei¬ tung 22 wieder zurückgeschwenkt, um das Reaktorgehäuse wieder gasdicht zur verschließen. Anschließend wird der Trennschieber 28 wieder herausgezogen, so daß die in der Feststoffvorratskammer 4 befindlichen, glühenden Pellets nach unten auf den Rost 18 durchrutschen. Der in der Vor¬ rats- und Trocknungszone 8 der Feststoffvorratskammer 4 erzeugte Freiraum wird durch Öffnen der Beschickungs- schleuse 30 mit frischen Pellets aufgefüllt.

Die in der Oxidationszone befindliche Glut erwärmt nun¬ mehr die nachgerutschten, frischen Pellets, bis auch diese gezündet sind. Normalerweise wird die in der Oxida¬ tionszone befindliche Glut durch eine Luft- und/oder Sauerstoffzufuhr angeheizt, in Ausnahmefällen jedoch kön¬ nen die nachgerutschten Pellets auch durch ein erneutes Einsetzen der Zündvorrichtung vorgewärmt und gezündet werden.

In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist die Feststoffvorratskammer sehr viel größer ausgeführt und weist mehrere, übereinanderliegende Ringkanäle und

Oxidationszonen auf. Hierdurch wird die Verbrennung der Pellets noch intensiver, was zu einer höheren Ausgasung und einer besseren Ausbeute führt.

Im normalen Betrieb des Vergasungsreaktors 1 muß die neu angefallene Schlacke etwa alle 10 bis 15 Minuten abge¬ führt werden. Hierbei ist die Entleerungsklappe nur etwa 10 bis 20 Sekunden lang geöffnet, so daß der Vergasungs- prozeß deshalb nicht unterbrochen werden braucht.

In Fig. 3 ist ein PrinzipablaufSchema zu einer erfin¬ dungsgemäßen Anlage zum Vergasen von Klärschlamm 40 dar¬ gestellt. Der nasse Klärschlamm 40 mit einem Trockensub¬ stanzgehalt zwischen ca. 3 bis 6 % wird in einer Entwäs¬ serungsvorrichtung 41 auf einen Trockensubstanzgehalt von ca. 25 % entwässert. Der entwässerte Klärschlamm 50 wird dann in einer Formgebungseinrichtung 42 in würstchenför- mige Teilstücke 43 mit ca. 12 mm Durchmesser und einer Länge von ca. 30 bis 100 mm strukturiert.

Die Formgebungseinrichtung 42 umfaßt beispielsweise eine Matrize mit Perforationslöchern, durch die der Klärschlamm 50 mittels eines Pressorgans hindurchgepreßt wird. Eine derartige Formgebungseinrichtung 42 ist in den Dokumenten EP 0225351 Bl und DE 4446739 AI beschrieben. Durch die Bildung würstchenförmiger Strangteile in der Formgebungseinrichtung 42 wird die Oberfläche der struk¬ turierten Klärschlammteilstücke 43 für die zur Trocknung erforderliche Wärmezufuhr vergrößert und der Feuchteent¬ zug aus dem Material verbessert . Hiermit wird eine hohe spezifische Trocknungsleistung erzielt. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer Formgebungseinrichtung 42 ist in dem Dokument EP 0225351 Bl in Fig. 1 beschrieben.

Die strukturierten Teilstücke 43 werden auf einem Trans¬ portband durch einen Bandtrockner 44 transportiert. Das Transportband weist eine Schlitzlochung auf, welche die Belüftung der Teilstücke 43 unterstützt. Die strukturier¬ ten Teilstücke sind auf den Transportband derart gela¬ gert, daß sie möglichst wenig bewegt werden und damit die Reibung untereinander minimiert ist. Dadurch wird die Staubbildung vermieden.

Die Trocknungszone des Bandtrockners 44 ist in einzelne Trocknungskammern unterteilt, in denen das zu trocknende Gut mit heißen Trocknungsgasen durchströmt wird. Die Trocknungskammern sind unterteilt in einen Produktraum, in dem das Transportband mit dem darauf befindlichen Klärschlamm von Trocknungsluft durchströmt wird, und einen Umlufträum, in dem die Wärmeenergie der Trocknungs- luft zugeführt wird. Ein sich im Umlufträum befindender Ventilator sorgt für die Zirkulation der Umluft bzw. die Erzeugung des Umluftstromes. Bei indirekter Beheizung ist dort zusätzlich ein Wärmetauscher angeordnet, der für die zur Trocknung notwendige Erhöhung der Trocknungslufttem¬ peratur sorgt.

Die einzelnen Trocknungskammern sind untereinander so ab¬ gedichtet, daß eine gegenseitige Beeiflussung der Umluft- ströme vermieden wird. Durch seitliche Öffnungen in den Trocknungskammern wird die zum Transport der Brüden not¬ wendige Transportluft zu- bzw. abgeführt. Diese wird als axiale Verschiebeluft innerhalb des Trockners im Gegen¬ strom zur Tansportrichtung des Klärschlammes geführt. In Verbindung mit der Umluft resultiert daraus ein Kreuzge¬ genstrom. Durch diesen Kreuzgegenstrom trifft der nasse Klärschlamm auf schon mit Feuchte beladene Trocknungs- luft. Hierdurch wird verhindert, daß sich die Poren der

Granulate verschließen und dadurch die Trocknung behin¬ dert wird.

Die Trocknung des Klärschlammes wird noch durch den Schrumpfungsprozeß der Granulate und die im Klärschlamm enthaltenen Inhomogenitäten, die zu einer tannenbaumför- migen Auffächerung der Oberfläche der Klärschlammstücke führt, intensiviert. Weitere Einzelheiten des Bandtrock¬ ners 44 sind in Verbindung mit Fig. 4 erläutert.

Im Auslaufteil des Bandtrockners 44 werden die getrockne¬ ten Teilstücke vom Transportband abgenommen und mittels einer Fördervorrichtung weitergefördert. Der Trockensub¬ stanzgehalt liegt bei ca. 95 %. Die getrockneten Teil¬ stücke bzw. das Granulat 45 haben eine solche Lockerheit und Porosität, das sie zu einer stabilen Schüttung in dem Vergasungsreaktor 1 aufgeschichtet und vergast werden können.

In dem Vergasungsreaktor 1 wird durch Hochtemperaturver¬ gasung bei Temperaturen von ca. 850 °C bis 1000 °C aus getrocknetem Klärschlamm durch unterstöchiometrische Ver¬ brennung (Vergasung) ein brennbares Produktgas 23 er¬ zeugt. Das Produktgas 23 kann als Brennkraftstoff zum Be¬ treiben einer Brennkraftmaschine 46 verwendet werden, die elektrische Energie 47 und/oder thermische Energie 48 er¬ zeugen kann.

Der dem Vergasungsreaktor 1 zugeführte Brennstoff durch¬ wandert diesen von oben nach unten in einer relativ sta¬ bilen Schüttung bei steigenden Temperaturen bis zum Er¬ reichen der Glutzone. Bei etwa 150 °C beginnen leicht¬ flüchtige Substanzen aus dem Material auszugasen. Mit steigenden Temperaturen bilden sich Pyrolysegase, die in der Glutzone bei Temperaturen um 1000 °C aufgespalten und

teilweise verbrannt werden. In der nachfolgenden Redukti¬ onszone reagieren die gasförmigen Bestandteile unterein¬ ander sowie mit dem noch nicht vergasten Kohlenstoff. Da¬ bei entsteht das eigentliche Produktgas 23, dessen brenn¬ bare Hauptbestandteile Kohlenmonoxid, Methan und Wasser¬ stoff sind.

Aufgrund der hohen Temperaturen entsteht ein weitgehend öl- und teerfreies Produktgas 23. Sein Heizwert beträgt ca. 4000 kJ/m ³ . Das Produktgas 23 (Brenngas) wird vor¬ zugsweise über einen Filter zur Entstaubung aus dem Ver¬ gasungsreaktor 1 abgezogen. Die bei hohen Temperaturen entstehenden Schlacken werden durch einen speziellen Aus¬ tragungsmechanismus schichtenweise aus dem Vergasungs¬ reaktor 1 ausgetragen. Der Glührückstand der Schlacke kann kleiner als 1 Gewichtsprozent sein.

Vorteilhafterweise kann Produktgas 23 des Vergasungsreak¬ tors 1 zum Trocknen des Brennstoffs für den Vergasungsre¬ aktor 1 in dem Bandtrockner 44, wo es zu Heizzwecken ver¬ brannt wird, verwendet werden. Auch die thermische Ener¬ gie 48 der Brennkraftmaschine 46 oder deren Abwärme 49 des Motors, des Motorkühlwassers oder Abgases kann vor¬ teilhafterweise zum Trocknen dem Bandtrockner 44 zuge¬ führt werden.

Die Brennkraftmaschine 46 ist vorteilhafterweise ein Gas- Diesel-Motor, d.h. ein Zweistoffbrenner für Gas- und Dieselbetrieb; dies hat Vorteile für eine konstante Kraft- oder Stromerzeugung. Das Produktgas 23 kann über einen Gaskühler angesaugt, verdichtet und durch Ein¬ spritzen von Diesel oder Heizöl in einem Anteil von bei¬ spielsweise 10 bis 20 % gezündet werden. Die Anwendung der Zündstrahltechnik ermöglicht dabei die sichere Zün¬ dung und gute gleichmäßige Verbrennung des Produktgases

23. Darüber hinaus werden Schwankungen beim Heizwert des Produktgases ausgeglichen. Die Brennkraftmaschine 46 be¬ findet sich vorteilhafterweise mit einem angeflanschten Synchrongenerator sowie den Wärmetauschern für Motorkühl- wasser und Abgas in einer kompakten, schnell demontier¬ baren Schall- und Wärmedämmhaube. Die Strahlungswärme kann über einen Drucklüfter abführt werden. Die Motor-, Kühlwasser- und Abgaswärme wird auf einen Heizkreislauf übertragen und zum Trocknen des Klärschlammes eingesetzt. Das Abgas des Verbrennungsmotors kann zusätzlich kataly- tisch gereinigt werden.

Mit der beispielhaft dargestellten Anlage sind verschie¬ dene ökologische und ökonomische Vorteile bei der Klär¬ schlammvergasung erzielbar. Aus dem kostenlos zur Ver¬ fügung stehenden, ansonsten nur mit erheblichen wirt¬ schaftlichen Aufwendungen entsorgbaren Energieträger Klärschlamm wird gekoppelt Strom und Wärme erzeugt. Dabei wird die Kohlendioxidbelastung der Umwelt reduziert, da der Klärschlamm nachgeliefert wird. Die erzeugte elektri¬ sche Energie 47 kann zur Deckung der elektrischen Grund¬ last einer Kläranlage verwendet werden, sowie der voll¬ ständigen Deckung des Eigenbedarfs der Trocknungs- und Vergasungsanlage. Das Austrocknen des Klärschlammes vor der Vergasung kann weitgehend oder sogar ausschließlich mit seinem eigenen Energiegehalt erfolgen, so daß nur wenig oder gar keine zusätzliche Energie erforderlich ist. Der Klärschlamm 40 wird auf seinen Ascherückstand reduziert und die Aschen können beispielsweise im Stra¬ ßenbau oder in der Baustoffindustrie verwendet werden.

Das gesamte Verfahren der thermischen Verwertung des Klärschlamms 40 weist eine positive Energiebilanz auf. Eine beispielhafte Anlage, in der 50 bis 100 kg/h trocke¬ ner Klärschlamm in einem Vergasungsreaktor 1 vergast

wird, benötigt ca. 150 kW thermische und 10 kW elektri¬ sche Energie zum Entwässern und Trocknen des Klärschlamms 40. Abfallprodukt dieses Vorganges ist ein Filtrat oder Kondensat. Der Vergasungsreaktor 1 erzeugt aus dem Klärschlamm ca. 80 kW thermische Leistung und außer dem Ascherückstand Produktgas 23, das in der Brennkraftma¬ schine 46 60 kW elektrische und 120 kW thermische Lei¬ stung erzeugen kann.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erzielt, wenn die Formgebungseinrichtung 42 und die Wasserentzugsvor¬ richtung, das heißt der Bandtrockner 44, zur Erzeugung eines im Vergasungsreaktor 1 unter günstigen Bedingungen vergasbaren Granulats 45 ausgebildet sind. Dabei haben sich insbesondere die in den Dokumenten EP 0225351 Bl und DE 4013761 C2 beschriebene Formgebungseinrichtungen 42 und Bandtrockner 44, insbesondere bei geeigneter Größe der strukturierten Teilstücke 43, als vorteilhaft her¬ ausgestellt. Durch das Strukturieren wird die Oberfläche der Teilstücke 43 vergrößert und eine hohe spezifische Trocknungsleistung ermöglicht.

Die Figur 4 erläutert einen solchen Bandtrockner 44 nä¬ her. Der vorentwässerte Klärschlamm 50 wird der Formge¬ bungseinrichtung 42 zugeführt. Die geformten Teilstücke 43 werden auf die Fördereinrichtung 51 gegeben, bei der es sich um eine Bandfördereinrichtung handelt. Die würst- chenförmigen, brockigen oder auch anders geformten Teil¬ stücke 43 werden in einem schichtfδrmigen durchlüftbaren Trocknungshaufwerk 53 angeordnet. Die Fördereinrichtung 51 bzw. das Endlosband 53 ist luftdurchlässig ausgebildet und wird mit der Vorschubgeschwindigkeit 54 durch den Bandtrockner 44 bewegt. Hierbei wird das durchlüftbare Trocknungshaufwerk 52 aus den zu trocknenden Teilstücken 43 durch den Trockner bewegt. Ein Trockengasstrom 55 wird

dabei abwechselnd durch das luftdurchlässige Endlosband 53 und das Trocknungshaufwerk 52 bzw. in umgekehrter Richtung durchgeleitet, wobei der Trockengasstrom 55 im Gegenstrom zu der Vorschubgeschwindigkeit 54 von ca. 0,2 bis 0,4 m/min gelenkt wird.

Die Trocknungszone ist in einzelne Trocknungskammern auf¬ geteilt. In jeder Trocknungskammer wird das Trocknungs¬ haufwerk 52 mit heißen Trockengasen 55 durchströmt. Durch einen Schrumpfungsprozeß der Teilstücke 43 und die im Klärschlamm enthaltenen Ungleichartigkeiten entsteht eine vorteilhafte tannenbaumförmige Auffächerung der Oberflä¬ che.

Die Beheizung und Lüftung kann in vielfältiger Weise aus¬ geführt werden. Bei einer direkten oder indirekten Behei¬ zung kann zur Minimierung der Abluftbelastung der Luft- strom im Umluftkreislauf geführt werden. Nur ein geringer Luftanteil wird nach dem Trocknen als Abluft über einen Biowäscher oder einen Biofilter in die Umgebung abgegeben. Eine indirekte Beheizung bietet sich vor allem dann an, wenn Fremdenergie, z.B. in Form von Dampf oder Thermalöl zur Verfügung steht.

Weitere Einzelheiten sind in den genannten Literaturstel¬ len beschrieben. Mit einem solchen Bandtrockner 44 kann zur intensiven Wasserverdampfung die Oberfläche des Klärschlammes vergrößert werden, zur Erzielung niedriger Wartungskosten eine unaufwendige Konstruktion mit lang¬ samlaufenden Teilen realisiert werden, eine geringe Ab- luftmenge erzeugt, und durch eine interne Wärmerückgewin¬ nung ein geringer Energiebedarf erzielt werden.

Die Figuren 5 bis 7 veranschaulichen vorteilhafte Mög¬ lichkeiten zur Einbindung eines erfindungsgemäßen Ver-

gasungsreaktors 1 in ein Modul eines Blockheizkraftwerks 56 zur Erzeugung von Wärme und Strom. Das Blockheizkraft¬ werk 56 umfaßt eine Brennkraftmaschine 46 in einer Schalldämmhaube 57, die über einen angeschlossenen Gene¬ rator 58 elektrische Energie 47 erzeugt. Die elektrische Energie 47 kann entweder in das Netz eingespeist oder zum direkten Antreiben elektrischer Motoren verwendet werden. Die Brennkraftmaschine 46 ist eine Gas- oder Gas-Diesel- Maschine, die im letztgenannten Fall mit Zündöl 59 ver¬ sorgbar ist. Das Innere der Schalldämmhaube 57 wird mit¬ tels Kühlluft 66 gekühlt.

Die Brennkraftmaschine 46 kann mittels Produktgas 23 ei¬ nes Vergasungsreaktors 1 oder alternativ mittels Erdgas betrieben werden. Der Vergasungsreaktor 1 wird mit einem geeignetem Brennstoff, insbesondere mit zu Granulat 45 getrocknetem Klärschlamm gespeist. Er weist eine Ver¬ gasungsluftzufuhr 60 auf und erzeugt neben dem Produktgas 23 noch Asche oder Schlacke 61.

Die Abwärme der Brennkraftmaschine 46 kann auf verschie¬ dene Weise genutzt werden. Das Abgas 62 wird einem Abgas- Wärmetauscher 63 zugeführt, in dem Abgaswärme entzogen wird, und anschließend über einen Abgaskamin 64 oder einen Auspuff abgelassen. Mittels des Abgaswärmetauschers 63 wird thermische Energie 48 gewonnen, die beispiels¬ weise zu Heizzwecken verwendet werden kann oder mittels der der Trockengasstrom 55 einer Wasserentzugsvorrich¬ tung, insbesondere eines Bandtrockners 44 erwärmbar ist. Die thermische Energie 48 kann wasser- oder luftgebunden vorliegen. Der Rücklauf dieses Kreislaufes kann über einen Kühlwasserwärmetauscher 65 mittels des Motorkühl- wassers 78 der Brennkraftmaschine 46 vorgewärmt werden.

Die Figur 6 veranschaulicht die Einbindung eines Band¬ trockners 44 in den Betrieb eines Blockheizkraftwerks 56. Entwässerter Klärschlamm 50 wird mittels einer Formge¬ bungseinrichtung 42, die einen Distributor 67, einen Do¬ sierer 68, einen Verteiler 69 und Matrizenklammern 70 um¬ faßt, in strukturierte Teilstücke 43 geformt, die in den Bandtrockner 44 eingebracht und darin getrocknet werden. Der Bandtrockner 44 weist mehrere Trocknungskammern auf, die in dem dargestellten Beispielsfall jeweils gleichsin¬ nig von oben nach unten von einem Trockengasstrom 55 durchströmt werden. Das getrocknete Granulat 45 wird in einem Vergasungsreaktor 1 vergast, wobei Schlacke 61 und Produktgas 23 entstehen. Mittels des Produktgases 23 wird die Brennkraftmaschine 46 des Blockheizkraftwerks 56 ge¬ speist.

Der Trockengasstrom 55 des Bandtrockners 44 wird als Um¬ luft 71 im Kreis geführt, wobei ein geringer Teil als Ab¬ luft 72 abgegeben wird. Der Trockengasstrom 55 kann er¬ forderlichenfalls mittels eines Brenners 73, der mit ei¬ nem fossilen Energieträger 74, beispielsweise Öl, Gas oder Faulgas, und mit Verbrennungsluft 75 gespeist wird, erhitzt werden. Zur Wärmerückgewinnung können eine oder mehrere der nachfolgend beschreibenen Wärmetauscher vor¬ handen sein.

Ein erster Wärmetauscher 76, 77 dient zum Erwärmen des Trockengasstromes 55 mittels aus dem Trockengasstrom 55 rückgewonnener thermischer Energie. Ein zweiter Wärmetau¬ scher 65 dient zum Erwärmen des Trockengasstromes 55 mit¬ tels aus dem Motorkühlwasser 78 der Brennkraftmaschine 46 rückgewonnener thermischer Energie. Mittels eines dritten Wärmetauschers 63 kann thermische Energie aus dem Abgas 62 zurückgewonnen werden. Ein weiterer Wärmetauscher 79 kann zum Wärmeaustausch zwischen dem Abgas 62 und dem

Kühlwasser 78 vorgesehen sein. Die Umluft 71 oder die Ab¬ luft 72 können mittels Kühlwasser 80 gekühlt werden.

Die Figur 7 veranschaulicht ein Steuerungsschema eines Blockheizkraftwerks 56. Mit 81 ist die Schlammaufgabe des Bandtrockners 44 bezeichnet. Der getrocknete Klärschlamm wird mittels der Trockengutübergabe 82 dem Vergasungsre¬ aktor 1 zugeführt. Mittels des Produktgases 23 kann das Blockheizkraftwerk 56 bzw. dessen Gasmotor 46 gespeist werden. Die Abwärme 84 des Gasmotors 46 wird ebenfalls dem Bandtrockner 44 oder dem Blockheizkraftwerk 56 zugeführt. Der Gasmotor 46 oder das Blockheizkraftwerk 56 können mit einem fossilen Energieträger 74 (Erdgas) oder Produktgas 23 gespeist werden. Die Abwärme 85 des Bandtrockners 44 wird ebenfalls dem Blockheizkraftwerk 56 zugeführt oder in der internen Wärmerückgewinnung des Bandtrockners 44 genutzt.

Mittels einer Solaranlage 86 kann dem Bandtrockner 44 oder dem Blockheizkraftwerk 56 Wärmeenergie zugeführt werden. Ferner ist eine Wärmepumpe 87 vorgesehen, mittels der aus der Umgebung gewonnene Wärmeenergie dem Block¬ heizkraftwerk 56 oder dem Bandtrockner 44 zugeführt wer¬ den kann. Überschüssige Wärmeenergie kann zur Warmwasser¬ erzeugung oder für eine Heizungsanlage verwendet werden.

Zur Steuerung der Anlage und zur Optimierung des Betrie¬ bes unter ökologischen und/oder ökonomischen Gesichts¬ punkten ist eine Steuereinrichtung 88 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 88 arbeitet vorzugsweise automatisch, wobei sie vorteilhafterweise einen Betriebsdatenspeicher zum Speichern von Betriebsparametern umfaßt. Betriebspa¬ rameter im diesen Sinne sind beispielsweise der Erdgas- preis, der Strompreis oder Kenngrößen der Wärmepumpe. Ferner ist eine Zustandsgrδßenerfassung zum Erfassen des

Betriebszustandes der Anlage, beispielsweise der Menge der erzeugten Abwärme, der Menge des Produktgases 23 oder des Gasverbrauchs oder des Betriebszustandes der Wärme¬ pumpe 87 vorgesehen.

Die Steuereinrichtung 88 umfaßt auch ein Steuerungssystem zum Steuern des Blockheizkraftwerkes und der daran ange¬ schlossenen Komponenten, die eine oder mehrere der darge¬ stellten umfassen können. Nach einem vorteilhaften Merk¬ mal ist vorgeschlagen, daß ein Lernspeicher vorgesehen ist, in dem bei dem Betrieb der Anlage gesammelte Erfah¬ rungswerte gespeichert sind, sowie eine Entscheidungsein¬ heit zum Prognostizieren des künftigen Betriebes durch einen Vergleich des aktuellen Betriebszustandes mit den Erfahrungswerten und zum Steuern der Anlage auf Basis des Ergebnisses dieses Vergleichs. Vorteilhafterweise können dabei die Daten in dem Lernspeicher nach Tageszeit und/oder Wochentag geordnet gespeichert sein.

Bezugszeichenliste

Vergasungsreaktor Reaktorgehäuse Feststoffvorratskammer Brennstoffzufuhr Vorrats- und Trocknungszone Schwelzone Oxidationszone Reduktionszone Schlackenzone Rost Produktgassammelräum Produktgasleitung Produktgas Glocke Entleerungsklappe Trennschieber Beschickungsschleuse Ringkanal Lufteintrittsδffnung Gebläse Öffnungen Klärschlamm Entwässerungsvorrichtung Formgebungseinrichtung Teilstücke Bandtrockner Granulat Brennkraftmaschine Elektrische Energie Thermische Energie

Abwärme Vorentwässerter Klärschlamm Fördereinrichtung Trocknungshaufwerk Endlosband Vorschubgeschwindigkeit Trockengasstrom Blockheizkraftwerk Schalldämmhaube Generator Zündöl Vergasungsluftzufuhr Schlacke Abgas Abgaswärmetauscher Abgaskamin Kühlwasserwärmetauscher Kühlluft Distributor Dosierer Verteiler Matrizenklammern Umluft Abluft Brenner Fossiler Energieträger Verbrennungsluft Erster Wärmetauscher Erster Wärmetauscher Motorkühlwasser Weiterer Wärmetauscher Kühlwasser Schlammaufgabe TrockengutÜbergabe

84 Abwärme zu 46

85 Abwärme zu 44

86 Solaranlage

87 Wärmepumpe

88 Steuereinrichtung