Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flugstromvergasung fester Brennstoffe unter Druck.

Feste Brennstoffe wie Kohlen, Petrolkoks, Biomassen oder andere kohlenstoffhaltige Stäube werden überwiegend in Flugstromvergasern vergast und als Vergasungsstoffe bezeichnet. Flugstromvergaser zeichnen sich dadurch aus, dass die Vergasungsstoffe in Form des Trockeneintrags mittels Dichtstromförderung und Gas als Transportmedium oder in Form des Nasseintrags mittels Slurries, üblicherweise mit Wasser als Transportmedium, in die Vergaser eingebracht werden. Der Eintrag in den Vergasungsraum erfolgt über Brenner, die in der Regel bündig mit den Reaktorwänden abschließen. Reaktorwände und Brenner, insbesondere deren Kopfbereiche, sind wassergekühlt. Die Vermischung der Vergasungsstoffe mit den Vergasungsmitteln, die im Wesentlichen aus Sauerstoff und im Bedarfsfall Wasserdampf bestehen, erfolgt durch die Brenner. Dabei bilden sich vor den Brennern Vergasungsflammen aus, in denen Maximaltemperaturen bis zu 3.000 °C herrschen. Die Flammen werden von rezirkulierenden, heißen Gasen umströmt, die mit nicht umgesetzten Vergasungsstoffpartikeln und Schlacketröpfchen beladen sind. Auf Grund der Rezirkulation gleicht das Reaktionsprinzip dem eines Rührkessel-Reaktors mit Temperaturausgleich im überwiegend gesamten Vergasungsraum. Um - im Falle von Vergasern mit Nassquenchung der Schlacke - die Wärmeverluste durch Strahlung aus dem Vergasungsraum in den Schlackeabkühlraum zu begrenzen, ist der Schlackeabfluss nach unten hin zu einer Schlackeablaufdüse eingeengt. Des Weiteren müssen ausreichend niedrige Viskositäten der an den Wänden abfließenden Schlacken erreicht werden. Die Temperaturen in den Vergasungsräumen werden durch Anpassung der Sauerstoffmengen dementsprechend eingestellt, dass die Schmelztemperaturen der Aschen der Vergasungsstoffe um mindestens 50 K überschritten werden. Aus den Vergasungsräumen werden die Rohsynthesegase zusammen mit den überwiegend flüssigen Schlacken oder getrennt von den Schlacken abgeführt.

Es bestehen grundlegende Unterschiede im Aufbau der Wände der Vergaser. Für Vergaser mit Trockeneintrag kommen sowohl wassergekühlte Reaktorwände (Kühlschirm-Vergaser) oder ausgemauerte Reaktorwände (ausgemauerte Vergaser) zum Einsatz. Letztere sind aus Gründen des Verschleißes nur dann zweckmäßig, wenn Vergasungsstoffe mit sehr geringem Aschegehalt vergast werden. Im Falle des Nasseintrags werden vorzugsweise ausgemauerte Vergaser verwendet. Die wesentlichen Nachteile der bekannten Flugstromvergaser betreffen:

a) die Komplexität des Prozesses, die hervorgerufen wird durch die Anforderungen an einen effizienten und sicherheitstechnisch einwandfreien Betrieb, hierbei insbesondere die sicherheitskritische Funktion des Brenners einschließlich Pilotbrenner bei Kühlschirm-Vergasern und die Dichtstromförderung,

b) die in Folge der Rezirkulation nicht effektiv genutzten Reaktionsräume mit der Folge verminderter spezifischer Leistungen,

c) die bei Nasseintrag erreichbaren geringeren Vergasertemperaturen, die einen unvollständigen Kohlenstoff-Umsatz zur Folge haben,

d) die hohen thermischen und korrosiven Beanspruchungen ausgemauerter Vergaser, e) die vergleichsweise großen Sauerstoffmengen, um die Aschen weit über ihren Schmelztemperaturen aufzuschmelzen,

f) die Begrenzung der Aschegehalte auf ca. 25 % bezogen auf die trockenen Vergasungsstoffe,

g) die Gefahr der Verlegungen des Schlackeablaufs.

Die genannten Nachteile betreffen in der Praxis

(1 ) zu hohe Investitionskosten (große Reaktionsräume sowie hoher apparativer Aufwand insbesondere für Vergaser mit Kühlschirmen und Einspeisesystemen für Trockeneintrag), (2) zu hohe Instandhaltungsaufwendungen (insbesondere für ausgemauerte Vergaser), (3) zu hohe Betriebskosten (insbesondere für Bespannungs- und Fördergase für Vergaser mit Trockeneintrag sowie für die Feinaufmahlung der Kohlen kleiner 100 μηη), (4) die Druckbegrenzung auf ca. 40 bar bei Vergasern mit Trockeneintrag infolge der hohen Mengen an Schleusenbespannungsgasen und Fördergasen der Dichtstromförderung (insbesondere für low rank Kohlen) und (5) die Störanfälligkeit des Vergasungsbetriebes im allgemeinen und bezüglich der Schlackeeigenschaften (insbesondere fehlende Benetzung des Kühlschirmes oder Verstopfung der Schlackeablaufdüse) und des Trockeneintrages (insbesondere Verlegungen im Dichtstromfördersystem) im besonderen.

US 2010/0146857 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrzonenvergasungsreaktors mit den Verfahrensschritten:

- Einbringen eines brennwertreichen Brennmaterials und eines Oxidationsmittels in eine erste Zone,

- Vergasen dieses brennwertreichen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel in der ersten Zone,

- Einbringen eines brennwertarmen sauerstoffhaltigen Rohmaterials in eine zweite Zone und

- Vergasen dieses brennwertarmen sauerstoffhaltigen Ausgangsmaterials in der zweiten Zone.

Als brennwertreiches Ausgangsmaterial wird Kohle, Öl oder Gas eingesetzt. Als brennwertarmes Ausgangsmaterial wird brennwertarme Kohle und Biomasse in trockener Form dem Vergasungsreaktor zugeführt.

CN 101985568 A beschreibt einen zweistufig Sauerstoff-geblasenen, trockenentaschten Druckvergaser für aschereiche Kohlen mit hohen Ascheschmelzpunkten. Hierbei handelt es sich um einen Flugstromvergaser mit abwärtsgerichteter Strömung mit einem zentralen Kohle-Vergasungsmittel-Brenner, dessen Vergasungsintensität durch ein zusätzlich aufgeprägtes Rührkesselverhalten (vgl. Fig. 1 die Boxeranordnung der Düsen (4) und (5) und den im Querschnitt vergrößerten Reaktionsraum (6) in Höhe der zweiten Stufe des Sauerstoffeintrags) erhöht werden soll.

Es wurden Lösungen vorgestellt, das insgesamt nachteilige Prinzip des Rührkessels analog dem Transportprinzip eines Fluid-Catalytic-Crackers zu ersetzen. Die Lehre nach EP 0 634 470 A1 (Transportprinzip) ist nicht geeignet, da die vermiedenen Nachteile des Rührkesselprinzips durch andere Nachteile mehr als kompensiert werden. Das Verfahren nutzt eine Brennkammer (Combuster) zum Koksabbrand mit einem übergangslos angeordneten Steigrohr (Riser), in dem die heißen Verbrennungsgase mit dem frischen Vergasungsstoff kontaktiert werden sollen. Da verfahrensbedingt nur Temperaturen unterhalb des Aschesinterpunktes eingestellt werden können, ist eine Rückführung der physikalischen Wärme des Feststoffes (als Wärmeträger) und von nicht umgesetztem Vergasungsstoff in Mischung mit Bettmaterial (z. T. Asche oder Absorbentien) zwingend erforderlich, um einen Wirkungsgradabfall zu vermeiden. Die für die Vergasungsstoffrückführung, welche die 10- bis 250-fache Menge des Vergasungsstoffeintrags erreichen soll, vorzusehenden Apparaturen verursachen eine hohe Komplexität des Systems mit der Folge, dass die genannten Nachteile (1 ) bis (4) voll zu tragen kommen.

Einen weiteren Ansatz stellt die Lehre nach US 7 547 423 B2 dar, bei welchem das Rührkesselverhalten durch das eines kompakten Rohrreaktors ersetzt werden soll. Da der Reaktor auf Erfahrungen eines Feststoffraketentriebwerkes basieren soll, ist die Vergasungsstoff- und -mittelverteilung (Brenner) am Eintritt des Reaktors sehr aufwendig gestaltet (mehrfache Teilung des Feststoffstromes in viele kleine Röhren) und neigt aufgrund seiner Komplexität zu einer hohen Störanfälligkeit. Weiterhin soll die Innenwand des Vergasers von einer festen, zum Gasraum hin flüssigen Schlackeschicht bedeckt sein, die im Falle eines Flammenabrisses kein Zündpotential zu Verfügung stellen kann, um einen explosionsgefährlichen Sauerstoffdurchbruch in den Rohsynthesegasweg zu verhindern. Daher sind zusätzlich hohe sicherheitstechnische Anforderungen an das System gestellt.

Aus den dargestellten Problemen leitet sich die Aufgabe der Erfindung ab, welche die grundlegende apparative Vereinfachung der Flugstromvergasung (brennerlos), die Erhöhung der Vergasungsdrücke bis 100 bar bei Anwendung des Trocken-eintrages, die Flexibilisierung bezüglich des Spektrums und der Körnungen der Einsatzkohlen und die Verringerung der Störanfälligkeit der Vergasung sowie die sicherheitstechnische Vereinfachung umfasst.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Flugstromvergasung fester Brennstoffe unter Druck mittels eines Flugstromvergasers mit einem Druckreaktor mit zwei Vergasungsräumen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen enthalten die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5.

Das Verfahren zur Flugstromvergasung fester Brennstoffe unter Druck wird mittels eines Flugstromvergasers mit einem Druckreaktor mit zwei Vergasungsräumen und einer vertikal nach unten gerichteten Strömung geführt, in den von oben brennerlos, vorzugsweise mittels Schwerkraft staubförmige Vergasungsstoffe eingetragen werden, in den in mindestens zwei Stufen erste und zweite sauerstoffhaltige Vergasungsmittel zugeführt werden, so dass sich ein erster, oberer Vergasungsraum und sich daran anschließend ein zweiter, unterer Vergasungsraum ausbilden, und aus dem Vergasungsprodukte, die aus mit flüssigen Schlacken und/oder Feststoffen beladenen Rohsynthesegasen bestehen, aus den Vergasungsräumen nach unten ausgetragen werden, wobei die ersten Vergasungsmittel örtlich getrennt von der Zuführung der Vergasungsstoffe, aber örtlich nicht höher als die Vergasungsstoffe, von oben in den ersten Vergasungsraum eingetragen werden, wobei der Eintrag der ersten Vergasungsmittel in mindestens einer Ebene mittels ringförmig auf mindestens einem Umfang des Flugstromvergasers verteilter erster Vergasungsmitteldüsen erfolgt, wobei die ersten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel 10 bis 60 % des Masseanteils der Summe aller zugeführten Vergasungsmittel betragen, wobei die ersten Vergasungsmittel mengenmäßig und in der Zusammensetzung so bemessen werden, dass eine Teilvergasung der Vergasungsstoffe so stattfindet, dass die ersten Vergasungsprodukte Temperaturen von mindestens 600 °C auf-weisen und der Kohlenstoffumsatz der ersten Vergasungsprodukte, bezogen auf den Kohlenstoff-Eintrag der Vergasungsstoffe, höchstens 80 % beträgt, wobei die ersten Vergasungsprodukte von oben in den, unter dem ersten Vergasungsraum angeordneten, zweiten Vergasungsraum strömen, der sich nach unten hin in Strömungsrichtung erweitert, wobei die zweiten Vergasungsmittel oberhalb oder unterhalb und in der Nähe des Eingangs des zweiten Vergasungsraumes eingetragen werden, wobei der Eintrag der zweiten Vergasungsmittel in mindestens einer Ebene mittels ringförmig auf mindestens einem Umfang des Flugstromvergasers verteilter zweiter Vergasungsmitteldüsen erfolgt, wobei die zweiten Vergasungsmittel mengenmäßig und in der Zusammensetzung so bemessen werden, dass eine weitgehend vollständige Vergasung der Vergasungsstoffe stattfindet und die gewünschten Zusammensetzungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte erzielt werden. Die Kennzeichnung "weitgehend vollständige Vergasung" wird bei der Vergasung verwendet, weil Vergasungsprozesse in der Regel nicht vollständig, also zu 100% Umsatz des Kohlenstoffes (Kohlenstoff-Umsatz), ablaufen. Weitgehend vollständige Vergasung im Sinne der erfindungsgemäßen Flugstromvergasung bezeichnet dabei einen Kohlenstoffumsatz von 90 - 99,9 %, vorzugsweise von 95 - 99,9 %, besonders bevorzugt von 98 - 99,9 %.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Flugstromvergasung fester Brennstoffe unter Druck ist dadurch charakterisiert, dass einem brennerlos von oben eingetragenen, staubförmigem Vergasungsstoffstrom in mindestens zwei Stufen erste und zweite sauerstoffhaltige Vergasungsmittel zugegeben werden, so dass sich ein erster, oberer Vergasungsraum und sich daran anschließend ein zweiter, unterer Vergasungsraum ausbilden. Durch die in der Menge und in der Zusammensetzung bemessenen Zugaben der ersten Vergasungsmittel wird eine Teilvergasung der Vergasungsstoffe durchgeführt, wobei sich Temperaturen in dem ersten, oberen Vergasungsraum einstellen, die größer als 600 °C sind. Des Weiteren wird der Kohlenstoffumsatz der ersten Vergasungsprodukte, bezogen auf den Kohlenstoff- Eintrag der Vergasungsstoffe, auf höchstens 80 % begrenzt. Durch die in der Menge und in der Zusammensetzung bemessenen Zugaben der zweiten Vergasungsmittel werden im zweiten Vergasungsraum so hohe Temperaturen eingestellt, dass eine weitgehend vollständige Vergasung stattfindet und die gewünschten Zusammensetzungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte erzielt werden. Dabei ist der Austrag der Asche in trockener Form und/oder in Form aufgeschmolzener Schlacke möglich.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Vergasungsreaktor zur Flugstromvergasung fester Brennstoffe unter Druck gelöst, der einen Druckreaktor umfasst, mit einem ersten oberen, innen überwiegend oder vollständig ausgemauerten Reaktorteil mit einem ersten Vergasungsraum, mit einem zweiten, kühlbaren und/oder ausgemauerten Reaktorteil mit einem zweiten Vergasungsraum, einem Quenchraum und einem Rohgasabgang, mit mindestens einem Bodenproduktabzug, wobei der innere lichte Durchmesser des zweiten Vergasungsraumes 130 bis 340 % des inneren lichten Durchmessers des ersten Vergasungsraumes beträgt, wobei am oberen Ende des ersten Vergasungsraumes mindestens ein Schwerkrafteintrag zur brennerlosen Zuführung fester Vergasungsstoffe angeordnet ist, der ringförmig von nach unten geneigten, in den ersten Vergasungsraum gerichteten Vergasungsmitteldüsen für die Zuführung erster Vergasungsmittel umgeben ist wobei Vergasungsmitteldüsen für zweite Vergasungsmittel oberhalb oder unterhalb und in der Nähe des Eingangs des zweiten Vergasungsraumes in mindestens einer Ebene über mindestens einen Umfang des Flugstromvergasers angeordnet sind.

Dabei sind die Vergasungsmitteldüsen für die ersten Vergasungsmitteldüsen so angeordnet und ausgelegt, dass die ersten Vergasungsmittel 10 bis 60 % des Masseanteils der Summe aller zugeführten Vergasungsmittel betragen und die ersten Vergasungsmittel mengenmäßig und in der Zusammensetzung so bemessen, dass eine Teilvergasung der Vergasungsstoffe so stattfindet, dass die ersten Vergasungsprodukte Temperaturen von mindestens 600 °C aufweisen und der Kohlenstoffumsatz der ersten Vergasungsprodukte, bezogen auf den Kohlenstoff-Eintrag der Vergasungsstoffe, höchstens 80 % beträgt. Die Vergasungsmitteldüsen für die zweiten Vergasungsmitteldüsen sind so angeordnet und ausgelegt, dass die zweiten Vergasungsmittel mengenmäßig und in der Zusammensetzung so bemessen sind, dass eine weitgehend vollständige Vergasung der Vergasungsstoffe stattfindet und die gewünschten Zusammensetzungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte erzielt werden.

Der Eintrag der Vergasungsstoffe erfolgt von oben, vorzugsweise über einen zentralen Eintrag an der höchsten Position am Kopf des ersten Vergasungsraumes, in den vorzugsweise zylindrisch ausgeführten und vorzugsweise ausgemauerten ersten Vergasungsraum, vorzugsweise nach dem Prinzip des Schwerkrafteintrages. Im Bedarfsfall können Einbauten oder eine Gasströmung (Inertgase und/oder Brenngase) zur ersten Auflockerung des Vergasungsstoffstromes eingesetzt werden.

Der erste Vergasungsraum kann im freien Querschnitt nach unten hin vorteilhafterweise erweitert ausgeführt sein. Ebenfalls am Kopf des ersten Vergasungsraumes, aber örtlich nicht höher als der Eintrag der Vergasungsstoffe, werden die ersten sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel zugegeben. Der Eintrag der ersten Vergasungsmittel erfolgt vorzugsweise in einer Ebene mittels über den Umfang des Druckreaktors verteilter erster Vergasungsmitteldüsen. Die ersten Vergasungsmitteldüsen sind entweder als wassergekühlte Sauerstoff-Düsen, wassergekühlte Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch- Düsen oder als nichtgekühlte Zweistoffdüsen ausgeführt, bei denen der innere Sauerstoffstrom von Manteldampf in einem Ringspalt als Vergasungsdampf umströmt wird. Die Zugabe der ersten Vergasungsmittel ist so einzustellen, dass aufgrund der Wärmefreisetzung der Vergasungsreaktionen das Mauerwerk im ersten Vergasungsraum Temperaturen größer als 600 °C aufweist, welche eine inhärente Zündsicherheit gewährleisten und den Entfall eines klassischen Pilotbrenners ermöglichen. Ist bei heizwertreichen Vergasungsstoffen die Zugabe endotherm reagierender Vergasungsmittel (z. B. Wasserdampf, Kohlendioxid) zur Temperaturbegrenzung erforderlich, werden die endotherm reagierenden Vergasungsmittel vorzugsweise mit den ersten Vergasungsmitteln zugegeben.

Der erste Vergasungsraum ist üblicherweise als Aufsatz auf den zweiten Vergasungsraum ausgeführt. Die vergasungsseitigen, lichten Querschnitte des ersten aufgesetzten Vergasungsraumes und des zweiten Vergasungsraumes sind am Übergang vom ersten zum zweiten Vergasungsraum vorzugsweise gleich groß. Der zweite Vergasungsraum weitet sich abhängig vom Systemdruck in einem Übergangsbereich auf einen lichten inneren Durchmesser von 130 bis 340 % des lichten Durchmessers des ersten Vergasungsraumes auf. Die Innenwand des zweiten Vergasungsraumes ist vorzugsweise als Druckwassermantel mit Siedewasser-Naturumlauf ausgeführt, wobei der Innenmantel wärmeisoliert, vorzugsweise bestiftet und bestampft oder mit einem Siliziumcarbid- Mauerwerk versehen, ist. Eine weitere vorteilhafte Lösung zur Wärmeisolierung der Innenwand des zweiten Vergasungsraumes besteht darin, die Innenwand teilweise oder vollständig mit einem keramischen, wärmeisolierenden Mauerwerk auszustatten. Die Innenkontur des zweiten Vergasungsraumes ist zylindrisch, kann aber auch vorzugsweise nach unten hin über die gesamte Länge oder über Teile der Länge um 1 -2° konisch erweitert sein, um die Feststoffablagerungen an der Wand zu reduzieren.

Den absteigenden ersten Vergasungsprodukten werden am oder in der Nähe des Eingangs des zweiten Vergasungsraumes zweite Vergasungsmittel in mindestens einer Ebene mittels auf mindestens einem Umfang des Druckreaktors verteilten zweiten Vergasungsmitteldüsen, mindestens 2 bis höchstens 12, eingetragen. Dabei können die zweiten Vergasungsmittel sowohl oberhalb oder unterhalb, jedoch in Nähe des Eingangs des zweiten Vergasungsraumes eingetragen werden.

Die zweiten Vergasungsmitteldüsen sind entweder radialsymmetrisch oder tangential ausgerichtet und sind 0 bis 90°, vorzugsweise 60°, nach unten gegen die Horizontale angestellt. Die zweiten Vergasungsmitteldüsen sind entweder als wassergekühlte Sauerstoff- Düsen, wassergekühlte Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch-Düsen oder als nichtgekühlte Zweistoffdüsen ausgeführt, bei denen der innere Sauerstoffstrom von Manteldampf in einem Ringspalt als Vergasungsdampf umströmt wird.

Im zweiten Vergasungsraum stellt sich eine nach unten gerichtete Strömung ein, die ein Auftreten größerer Rezirkulationszellen der Strömung unterbindet. Die Zugabe der zweiten Vergasungsmittel wird so bemessen, dass eine weitgehend vollständige Vergasung stattfindet und die gewünschten Zusammensetzungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte erzielt werden. Üblicherweise werden die Temperaturen der zweiten Vergasungsprodukte oberhalb der Ascheschmelztemperaturen eingestellt, so dass sich flüssige Schlacke bildet. Temperaturen unterhalb der Ascheschmelztemperaturen können jedoch dann vorteilhaft realisiert werden, wenn hochschmelzende, reaktionsfähige Vergasungsstoffe eingesetzt werden, bei denen ein ausreichend vollständiger Kohlenstoffumsatz auch unterhalb der Ascheschmelztemperatur erreicht werden kann.

Der zweite Vergasungsraum ist nach unten hin durch den Quenchraum begrenzt. Am unteren Ende des zweiten Vergasungsraumes ist die Vergaserinnenwand gering oder vorzugsweise gar nicht eingeschnürt. Diese apparatetechnische Vereinfachung, die die üblicherweise erforderliche Schlackeablaufdüse überflüssig macht, ist möglich, da die Beladungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte mit flüssigen Schlacken und/oder Feststoffen so hoch sind, dass eine strahlungsbedingte Auskühlung des zweiten Vergasungsraumes nicht erfolgt. Die Partikelbeladung der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte ist hoch, weil aufgrund des rezirkulationsarmen Strömungsprofils nur eine geringe Menge an Aschen und Schlacken auf die Vergaserwand auftrifft und anhaftet, so dass der weitaus überwiegende Teil der Aschen und Schlacken in Form von Partikeln mit dem Gasstrom transportiert wird. Durch die vergleichsweise geringe Beaufschlagung der Vergaserinnenwände mit Aschen und Schlacken kann die Vergasung im zweiten Vergasungsraum bei Temperaturen unter, am oder über dem Schlackeschmelzpunkt betrieben werden.

In den sich an den zweiten Vergasungsraum nach unten hin anschließenden Quenchraum wird Wasser zur Abschreckung (Quenchung) der zweiten Vergasungsprodukte eingedüst, wobei die Quenchung einerseits eine sichere Kühlung der Rohsynthesegase auf Temperaturen unterhalb des Aschesinterpunktes sicherstellt und andererseits eine Vorabscheidung der Partikel in ein am unteren Ende des Quenchraumes befindlichen Wasserbades realisiert. Die Quenchung ist als Sprühquench ausgestaltet, wobei der erforderliche Wasserstrom vorzugsweise durch in mindestens einer Ebene möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilte, entweder radialsymmetrisch oder tangential ausgerichtete Quenchdüsen eingebracht wird. Die Strahlrichtung der Düsen ist vorzugsweise 0 bis 30° gegen die Horizontale nach oben und/oder unten angestellt. Die Rohsynthesegase verlassen den Quenchraum seitlich, wobei der Gasauslass vorzugsweise mit einer davor befindlichen Prall- und Umlenkplatte ausgestattet ist.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass in der Kombination von (A) vollständiger örtlicher Trennung der Zuführung der Vergasungsstoffe und der Vergasungsmittel, (B) des gestuften Eintrags der Vergasungsmittel und (C) der gestuften Querschnittserweiterung der Vergasungsräume zur Gewährleistung rückvermischungsarmer Strömungen in den Vergasungsräumen solche Bedingungen für die Flugstromvergasung geschaffen werden, dass eine grundlegende Vereinfachung der gesamten Vergasungstechnologie einschließlich der Erweiterung der Stoffpalette der Vergasungsstoffe möglich wird. Die Lehre unterscheidet sich dadurch grundlegend vom Stand der Technik oder den in CN101985568A (Two-stage oxygen gasifier) vorgestellten Lösungsansätzen.

Die wichtigsten Vereinfachungen betreffen den Entfall der apparativ, betriebstechnisch und sicherheitstechnisch aufwendigen Brennertechnologien, den Entfall der dafür erforderlichen, aufwendigen und störanfälligen Dichtstromförderung der Vergasungsstoffe, die Reduzierung der Qualitätsanforderungen der Vergasungsstoffe insbesondere hinsichtlich Begrenzung der Korngrößen, Wassergehalte, Aschegehalte und Aschequalitäten, die mögliche Erhöhung des Vergaserdruckes auf 100 bar und die grundlegenden konstruktiven, apparatetechnischen und sicherheitstechnischen Vereinfachungen des Vergasungsreaktors und des Vergasungsbetriebes.

Die Aufgabe der Vermischung von Vergasungsstoff und Vergasungsmittel wird durch die weitgehend rezirkulationsfrei ausgestaltete Strömung im ersten Vergasungsraum erreicht, wodurch ein bestimmter von der Brennertechnologie erzwungener Eintrittsgeschwindigkeitsbereich der staubförmigen Vergasungsstoffe sowie die durch die Dichtstromförderung auferlegte Begrenzung der Korngrößen und der Wassergehalte der Vergasungsstoffe nicht mehr erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Schwerkrafteintrages, der nur im Bedarfsfall Einbauten oder eine geringe Gasströmung (Inertgase und/oder Brenngase) zur weiteren Auflockerung des Vergasungsstoffstromes erfordert. Dadurch wird die erforderliche Fördergasmenge bis nahe der Gasfüllung des Lückenvolumens reduziert (750-2000 kg Vergasungsstoff pro m ³ (i. B.) Gas), was eine Anhebung des Druckniveaus bis auf 100 bar ohne nennenswerte Einschränkungen hinsichtlich der Rohsynthesegasqualität (Anteil von inerten Gasen geringer als 7 Vol.-%) ermöglicht. Grundlegend kann damit die Drucklimitierung auf 60 bis 70 bar, die einen wesentlichen Nachteil aller anderen Flugstromvergasungsverfahren mit trockenem Vergasungsstoffeintrag darstellt, eliminiert werden. Die apparativ sehr aufwendige Dichtstromförderung entfällt und führt durch die genannten Vereinfachungen zu einer wesentlichen Investitions- und Betriebskostenreduktion.

Erfindungswesentlich ist eine Auftrennung des Vergasungsraumes in einen ersten kleinen und einen zweiten großen Vergasungsraum, wobei der erste Vergasungsraum vorzugsweise überwiegend ausgemauert ist, um eine stabile Zündung und Zündsicherheit ohne Einsatz eines klassischen Pilotbrenners zu gewährleisten. Die Ausmauerung des ersten Vergasungsraumes muss im Vergaserbetrieb Temperaturen von mehr als 600 °C, vorzugsweise mehr als 700 °C, aufweisen, um eine Zündung der sich mischenden Vergasungsstoff-Vergasungsmittel-Strömung sicherzustellen. Die Aufheizzeit für die Ausmauerung, die durch mindestens einen mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betriebenen und am oberen Ende des ersten Vergaserraumes angeordneten Anfahrbrenner realisiert wird, ist einerseits durch die wesentlich höhere erreichbare Wärmestromdichte durch den reduzierten inneren Durchmesser des ersten Vergasungsraumes und andererseits durch die geringere erforderliche Endtemperatur deutlich reduziert.

Der Anfahrbrenner bleibt vorteilhaft während des stationären Vergasungsbetriebes installiert und wird vorzugsweise mit einer geringen Menge brennbarer Gase, vorzugsweise recyceltem Synthesegas gespült. Dies hat den Vorteil, dass auf einen Ausbau des Anfahrbrenners verzichtet werden kann und dieser zur Bespannung eingesetzt werden kann und dass beim Verbleib des Brenners zum Spülen kein Stickstoff eingetragen wird, welcher speziell bei hohen Drücken die Gasqualität belastet. Weiterhin sorgt die geringe Zugabe an brennbaren Gasen durch die exotherme Reaktion mit den ersten Vergasungsmitteln oder mit einer geringen, im Anfahrbrenner zugegebenen Menge an Sauerstoff für eine lokale Erwärmung auf über 600°C. Damit ist neben einem heißen Mauerwerk am Kopf des ersten Vergasungsraumes eine zusätzliche Zündsicherheit gewährleistet, die eine wesentliche Flexibilisierung der Einsatzstoffe hinsichtlich Korngröße und Feuchtegehalt zulässt.

Da aus "Mark J. Hornick and John E. McDaniel Tampa Electric Polk Power Station Integrated Gasification Combined Cycle Project - Final Report. Technical Report DE-FC-21 - 91 Mc27363, 2002" bekannt ist, dass Reaktorausmauerungen durch den Angriff flüssiger Schlacken einer starken Abzehrung unterliegen, werden die ersten Vergasungsmittel hinsichtlich der Mengen und Zusammensetzungen so gewählt, dass eine Teilvergasung stattfindet, bei der die Temperaturen so begrenzt sind, dass wenig bzw. keine flüssigen Schlacken auftreten. Dies ist in der Regel der Fall, wenn der Kohlenstoffumsatz der ersten Vergasungsprodukte, bezogen auf den Kohlenstoff-Eintrag der Vergasungsstoffe, höchstens 80 % beträgt. Durch die niedrigen Temperaturen im ersten Vergasungsraum werden die ersten Vergasungsmitteldüsen und der Vergasungsstoffeintrag nur geringen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dadurch wird die Dauerbetriebsstabilität der Düsen und sonstigen Einbauten erhöht.

Der Wegfall des klassischen Pilotbrenners bei einem Vergaser mit trockenem Kohleeintrag bringt nicht nur apparative Vereinfachungen, sondern auch eine verringerte Störanfälligkeit aufgrund der reduzierten Komplexität, eine Verringerung der Betriebskosten aufgrund des stark reduzierten Brenngasbedarfs sowie eine sicherheitstechnische Vereinfachung.

Die sauerstoffhaltigen, ersten Vergasungsmittel für den ersten Reaktionsraum werden durch erste Vergasungsmitteldüsen aufgegeben, die ebenfalls am Kopf nahe dem Kohleeinlass symmetrisch nach unten geneigt angeordnet sind. Dabei ist wichtig, dass die ersten Vergasungsmittel örtlich nicht höher als die Vergasungsstoffe in den ersten Vergasungsraum eingetragen werden, um sicherzustellen, dass die ersten Vergasungsmittel sofort mit den nach unten fallenden Vergasungsstoffen in Berührung kommen. Sicherheitstechnisch wichtig ist, dass am unteren Ende des ersten Vergasungsraumes noch freier Kohlenstoff vorliegt, so dass unkontrollierte Reaktionen von freiem Sauerstoff nicht stattfinden können (inhärente Sicherheit).

Der bei heizwertreichen Vergasungsstoffen notwendige Zusatz von endotherm reagierenden Vergasungsmitteln (z. B. Wasserdampf, Kohlendioxid) zur Temperaturbegrenzung kann prinzipiell in beiden Vergasungsräumen erfolgen. Ein hoher Gasmassenstrom im ersten Vergasungsraum verursacht eine gute Durchmischung der ersten Vergasungsmittel und der Vergasungsstoffe sowie ein homogeneres Geschwindigkeitsprofil mit einem geringen Durchmesserunterschied zwischen den beiden Vergasungsräumen. Daher wird vorzugsweise die gesamte erforderliche Menge an endotherm reagierenden Vergasungsmitteln im ersten Vergasungsraum zugegeben.

Die verwendeten ersten Vergasungsmitteldüsen sind als wassergekühlte Sauerstoff-Düsen, wassergekühlte Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch-Düsen oder als nichtgekühlte Zweistoffdüsen ausgeführt, bei denen der innere sauerstoffhaltige Gasstrom von Manteldampf in einem Ringspalt als Vergasungsdampf umströmt wird. Die Austrittsgeschwindigkeit der ersten Vergasungsmittel liegt zwischen 5 und 40 m/s, vorzugsweise zwischen 5 und 20 m/s, wobei im Falle der Zweistoffdüsen die Geschwindigkeiten des Manteldampfes rund 10 % höher sind als die des inneren Gasstromes. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Vergasungsstoffe (z. B. Wassergehalt, Reaktivität, Flüchtigengehalt, Heizwert) und des Systemdrucks stellen sich im ersten Vergasungsraum Kohlenstoffumsätze von 30 bis 80 %, vorzugsweise 40 - 65 %, ein. Dabei liegen die Partikelverweilzeiten im ersten Vergasungsraum bei ca. 1 s und die Gasaustrittsgeschwindigkeiten am unteren Ende betragen 1 bis 5 m/s, vorzugsweise 2 m/s.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Vergasungsraum als Aufsatz oberhalb des zweiten Vergasungsraumes ausgeführt. Im zweiten Vergasungsraum erfolgt eine Zugabe von weiteren sauerstoffhaltigen, zweiten Vergasungsmitteln zu dem mit Partikeln beladenen Rohsynthesegasstrom der ersten Vergasungsprodukte, die aus dem ersten Vergasungsraum in den zweiten Vergasungsraum einströmen. Die Mengen und die Zusammensetzungen der zweiten Vergasungsmittel sind so zu bemessen, dass ein nahezu vollständiger Umsatz des Kohlenstoffes der Vergasungsstoffe in gasförmige Produkte und die gewünschten Zusammensetzungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte erzielt werden.

Die zweiten Vergasungsmitteldüsen sind vorzugsweise im Einschnürungsbereich auf einem gemeinsamen Umfang entweder radialsymmetrisch oder leicht tangential ausgerichtet, um einerseits eine ausreichende Durchmischung der Ströme und andererseits eine minimale Ausbildung von Rezirkulationsgebieten zu erzielen. Eine weitere vorzugsweise Anordnung der zweiten Vergasungsmitteldüsen betrifft die Anordnung einer Düsenebene am Ausgang des ersten Vergasungsraumes derart, dass die Düsen vertikal soweit nach unten geneigt sind, dass die Düsenstrahlen frei in den zweiten Vergasungsraum abstrahlen. Auf diese Weise können die zweiten Vergasungsmitteldüsen in „kälterer", Material schonenderer, Umgebung platziert werden. Die Austrittsgeschwindigkeiten der Vergasungsmittel liegt zwischen 5 und 40 m/s, vorzugsweise zwischen 5 und 20 m/s, wobei im Fall der Zweistoffdüsen die Geschwindigkeiten des Manteldampfes rund 10 % höher als die des inneren Gasstromes liegen.

In Abhängigkeit des Systemdruckes, der Zuteilung endotherm reagierender Vergasungsmittel und der Eigenschaften der Vergasungsstoffe (z. B. Wassergehalt, Reaktivität, Flüchtigengehalt, Heizwert) variieren die Anteile der sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel für den zweiten Vergasungsraum bezogen auf den Gesamtvergasungsmittelbedarf zwischen 90 und 40 %. Um sich erfindungsgemäß die beschriebenen Vorteile der Ausbildung einer überwiegend rezirkulationsarmen Strömung im zweiten Vergasungsraum zunutze zu machen, weist der vergasungsseitige, lichte Querschnitt eine Erweiterung im oberen Bereich des zweiten Vergasungsraumes auf. Abhängig vom Systemdruck weitet sich der lichte innere Durchmesser des zweiten Vergasungsraums auf 130 bis 340 % des lichten Durchmessers des ersten Vergasungsraumes in einem Übergangsbereich auf. Die Kontur des Übergangsbereiches kann konisch oder geschwungen ausgestaltet sein und ist vorzugsweise derart geformt, dass eine möglichst konstante Gasströmungsgeschwindigkeit über den Querschnitt erreicht wird. Die Vergaserinnenwand des zweiten Vergasungsraums ist vorzugsweise kühlbar in Form eines Druckwassermantels mit Siedewasser-Naturumlauf ausgeführt, wobei der äußere Mantel drucktragend und der Innenmantel vorzugsweise bestiftet und bestampft oder mit einem wärmeisolierenden Mauerwerk beispielsweise aus Siliziumcarbid ausgeführt, ist. Der Wassermantel-Druck liegt dabei um 1 bis 3 bar über dem Systemdruck des Vergasungsraumes.

Die Innenkontur des zweiten Vergasungsraumes ist zylindrisch, kann aber auch vorzugsweise über die Länge oder über Teile der Länge nach unten hin um 1 -2° konisch erweitert sein, um einerseits die Feststoffablagerung an der Wand zu reduzieren und andererseits die Ausbildung der Transportströmung nicht zu stören. Es lagern sich nur ca. 5 bis 20 % der Gesamtschlacke an der gekühlten Wand ab, so dass eine feste Schlackeschicht entsteht, welche die Reaktorwand vor Abzehrung schützt und eine Isolation für zu starken Wärmeverlust darstellt. Nach innen geht die feste Schlackeschicht in eine flüssige Schicht über, so dass neu abgelagerte Schlacketröpfchen nach unten ablaufen können.

Der Reaktionsraum ist so dimensioniert, dass die mittleren Gasgeschwindigkeiten am unteren Ende des zweiten Vergasungsraums zwischen 1 und 5 m/s, vorzugsweise 2 m/s, betragen und die Partikel Verweilzeiten im Mittel von ca. 2 s nach Kontaktierung mit den zweiten Vergasungsmitteln im zweiten Vergasungsraum aufweisen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Ausbildung einer überwiegenden Pfropfenströmung der größte Anteil der festen oder flüssigen Vergasungsprodukte im Gasstrom verbleibt und nicht durch Rezikulationen an der Wand abgelagert wird. Daher ist keine enge, verstopfungsanfällige Einschnürung des zweiten Vergasungsraumes am Übergang zum Quenchraum erforderlich, da die Strahlungswärmeverluste nach unten durch die hohen Partikelbeladungen der Rohsynthesegase der zweiten Vergasungsprodukte begrenzt sind. Vorteilhaft ist eine geringe Einschnürung mit Abtropfkante bis höchstens 80% des lichten Durchmessers am unteren Ende des zweiten Vergasungsraumes, um die Quenchwasserdüsen im oberen Teil des darunter befindlichen Quenchraums vor direktem Feststoff- bzw. Tröpfchenaufprall zu schützen.

Die sichere Kühlung der Rohsynthesegase auf Temperaturen unterhalb der Aschesintertemperaturen und eine Vorabscheidung der Feststoffpartikel in ein am unteren Ende des Quenchraums befindliches Wasserbad erfolgt durch eine Eindüsung von Wasser (Quenchung). Dabei gibt das Rohsynthesegas einen Teil seiner fühlbaren Wärme an das Wasser ab, welches seinerseits in der Mischung vorgewärmt, verdampft wird. Die Austrittstemperaturen der gekühlten Syntheserohgase liegen damit vorzugsweise in der Nähe der systemdruckabhängigen Sättigungstemperatur und können durch Quenchwasserüberschuss bei Bedarf weiter gesenkt werden. Die Quenchung selbst ist als Sprühquench ausgestaltet, wobei der erforderliche Wasserstrom vorzugsweise durch in mindestens einer Ebene gleichmäßig über mindestens einen Umfang verteilte, entweder radialsymmetrisch oder tangential, ausgerichtet, mindestens 3 Quenchdüsen eingebracht wird. Die Strahlrichtung der Düsen ist vorzugsweise 0 bis 30° gegen die Horizontale nach oben und/oder unten angestellt. Durch eine ausreichende Austrittsgeschwindigkeit von ca. 20 bis 50 m/s wird gewährleistet, dass die Wassereinmischung mindestens den Kern der Gasströmung erreicht.

Die Rohsynthesegase verlassen den Reaktor seitlich über mindestens einen Auslass, wobei der Auslass vorzugsweise durch mindestens eine davor befindliche Prall- und Umlenkplatte vor einer Kurzschlussströmung geschützt wird. Am unteren Ende des Quenchraumes befindet sich ein Wasserbad, dessen Füllstand auf konstante Höhen geregelt wird. Feste Vergasungsrückstände lagern sich unterhalb der Wasseroberfläche ab und werden nach unten abgezogen. Die Schüttung wird durch einen konischen Rost auf den entsprechenden Austrittsdurchmesser reduziert und periodisch mithilfe einer Wasserströmung nach unten hin an ein Feststoffausschleusesystem übergeben.

Anhand von Figur 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung einen Vergasungsreaktor zur Flugstromvergasung bestehend aus einem ersten ausgemauerten Reaktorteil (31 ) und einem zweiten unteren gekühlten Reaktorteil (32) mit brennerlosem Eintrag von Vergasungsstoffen (4). Der erste ausgemauerte Reaktorteil (31 ) des Vergasungsreaktors zur Flugstromvergasung beinhaltet einen ersten Vergasungsraum (1 ) und wird von einem zylindrischen Druckgefäß umfasst, das aus einem äußeren Druckmantel (12) und einer inneren feuerfesten Ausmauerung (1 1 ) besteht. Der zweite gekühlte Reaktorteil (32) des Vergasungsreaktors zur Flugstromvergasung ist unterhalb des ersten ausgemauerten Reaktorteils (31 ) angeordnet und beinhaltet einen zweiten Vergasungsraum (2) und einen Quenchraum (3) und wird von einem zylindrischen Druckgefäß umfasst, das aus einem äußeren Druckmantel (16), einem Wasserraum (17) und einem Innenmantel (18) besteht. Mantelwasserzuführung (27) und Mantelwasserabführung (28) gewährleisten die Zu- und Abführung des Kühlwassers.

Der innere lichte Durchmesser des zweiten Vergasungsraumes (2) beträgt 195 % des inneren lichten Durchmessers des ersten Vergasungsraumes (1 ). Der Innenmantel (18) ist bestiftet und mit einem feuerfesten Material (15) als keramischen Schutz bestampft.

Am oberen Ende des Vergasungsreaktors zur Flugstromvergasung befindet sich ein ausgemauerter Vergasungsstoffzuführungsstutzen (10), welcher ringförmig in einer Ebene von 4 Vergasungsmitteldüsen (9) für erste Vergasungsmittel (7) umgeben ist, sowie ein nach innen versetzt angeordneter, ausgemauerter Anfahrbrennerstutzen (33) für den Anfahrbrenner.

Die 4 Vergasungsmitteldüsen (9) für erste Vergasungsmittel (7) sind 45° gegen die Horizontale nach unten angestellt, in gleichmäßigen Abständen auf einem Umfang verteilt und radial ausgerichtet.

Am unteren Ende des Vergasungsreaktors zur Flugstromvergasung befindet sich ein Bodenproduktabzug (25), bei der nur die sich aufbauende und quasikontinuierlich abgezogene Schüttung aus Schlackegranulat (24), welche sich unterhalb des Wasserspiegels (22) im Quenchraum (3) innerhalb eines konischen Schlackerosts (30) aufbaut, angedeutet ist.

Am oberen Ende im Einschnürungsbereich des zweiten Vergasungsraumes (2) befinden sich 6 Vergasungsmitteldüsen (13) für zweite Vergasungsmittel (8), die in einer Ebene auf einem Umfang gleichmäßig verteilt sind und 60° gegen die Horizontale nach unten geneigt radial angeordnet sind und somit zur Ausbildung einer rezirkulationsarmen Transportströmung beitragen. Im oberen Bereich des Quenchraumes (3) befinden sich 8 gleichmäßig über den Umfang verteilte Quenchwasserdüsen (21 ), die unterhalb einer lokalen Einschnürung (20) von 80 % des lichten Innendurchmessers, ausgerichtet an der Horizontale jeweils radial angeordnet sind. Im unteren Bereich des Quenchraums (3) befindet sich seitlich ein Rohsynthesegasabgang (34), welcher durch eine Umlenkplatte (23) vor Kurzschlussströmungen geschützt wird.

Im Vergasungsreaktor zur Flugstromvergasung mit einer thermischen Leistung von 1000 MW wird bei einem Druck von 100 bar staubförmige amerikanische Steinkohle (Pittsburgh#8) (4) mit einem Wassergehalt von 2,4 Ma.-%, einem Aschegehalt von 10,0 Ma.- % und einer Ascheschmelztemperatur von 1.350 °C vergast.

Die mengenmäßige Zuführung der ersten (7) und zweiten Vergasungsmittel (8) wird im Folgenden der besseren Verständlichkeit halber auf der Bezugsbasis von einem kg Trockensteinkohle (4) erläutert. Auf 1 kg Trockensteinkohle (2) werden insgesamt 0,6 m ³ (i. N.) Sauerstoff (5) und 0,1 13 kg Wasserdampf (6) in den Vergasungsreaktor zugeführt. Im Ausführungsbeispiel werden als erste Vergasungsmittel (7) 0,093 m ³ (i.N.) Sauerstoff (5) und 0,1 13 kg Wasserdampf (6) auf 1 kg Trockensteinkohle (2) eingesetzt, wobei der Wasserdampf aufgrund des hohen Heizwertes der Steinkohle als endothermes Vergasungsmittel eingesetzt wird. Als zweite Vergasungsmittel (8) werden 0,507 m ³ (i.N.) Sauerstoff (5) auf 1 kg Trockensteinkohle (2) eingesetzt. Über den am Anfahrbrennerstutzen (33) angeordneten Anfahrbrenner werden 0,0055 m ³ (i.N.) auf 1 kg Trockensteinkohle (2) trockenes, recyceltes Synthesegas (35) zugeführt.

Zur Gaskühlung im Quenchraum (3) wird bezogen auf 1 kg Trockensteinkohle 2,029 kg auf 175°C vorgewärmtes Quenchwasser (19) eingesprüht, wobei ca. 10 % davon als Überschussquenchwasser (29) wieder abgeführt werden.

Die ersten Vergasungsmittel (7) werden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/s und einer Temperatur von 262 °C über die Vergasungsmitteldüsen (9), ausgeführt als gekühlte Wasserdampf-Sauerstoff-Gemischdüse, in den ersten Vergasungsraum (1 ) des oberen ausgemauerten Reaktorteils (31 ) eingedüst. Unter intensiver Vermischung der beteiligten Eintragstoffe bildet sich eine bis zu 900 °C heiße, vertikal nach unten gerichtete Gas- Feststoff-Strömung aus, die eine Feststoffverweilzeit von etwa 1 s im ersten Vergasungsraum (1 ) ermöglicht und zu einer Gasgeschwindigkeit am unteren Ende von ca. 2 m/s führt. Die Ausmauerung (1 1 ) wird durch die Strömung auf Temperaturen von größer 600 °C aufgeheizt, wodurch ein ausreichendes Zündpotential und Zündsicherheit sichergestellt ist. Die vertikal nach unten gerichtete Gas-Feststoff-Strömung verlässt den ersten Vergasungsraum (1 ) am unteren Ende und geht durch eine Erweiterung über in den zweiten Vergasungsraum (2) des zweiten gekühlten Reaktorteils (32). Die Erweiterung erfolgt von 0,87 m lichten Durchmesser des ersten Vergasungsraums (1 ) auf 1 ,7 m lichten Durchmesser des zweiten Vergasungsraums. Die zweiten Vergasungsmittel (7) werden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 m/s und einer Temperatur von 25 °C über die zweiten Vergasungsmitteldüsen (13), ausgeführt als gekühlte Sauerstoff-Gemischdüse, in den zweiten Vergasungsraum (2) des unteren gekühlten Reaktorteils (32) eingedüst. Unter intensiver Vermischung der beteiligten Eintragstoffe bildet sich eine im unteren Bereich mindestens 1450 °C heiße, vertikal nach unten gerichtete Gas-Feststoff/Flüssigkeit- Strömung aus, die eine Feststoffverweilzeit von etwa 2 s im zweiten Vergasungsraum (2) ermöglicht und zu einer Gasgeschwindigkeit am unteren Ende von ca. 2 m/s führt.

Die Produkte des zweiten Vergasungsraums (2) gehen an einer Einschnürung (20) auf einen lichten Durchmesser auf ca. 1 ,36 m über in den Quenchraum (3), wo Quenchwasser (19) mit einer Geschwindigkeit von 40 m/s eingedüst wird. Unter intensiver Vermischung der Eintragsströme kommt es entsprechend der fühlbaren Wärme der Gas-Feststoff- Flüssigkeits-Strömung aus dem zweiten Vergasungsraum (2) zu einer Verdampfung eines Teils des Quenchwassers und einer weiteren Abkühlung auf ca. 256° C durch Quenchwasserüberschuss. Dabei werden die flüssigen Schlacketröpfchen granuliert und zusammen mit dem größten Teil der festen Stäube im Wasserbad abgeschieden, so dass es zum Absetzen dieser Schlackegranulate (24) unterhalb des Spiegels der Wasseroberfläche (22) kommt. Der Spiegel der Wasseroberfläche (22) wird durch das Ablassen des Überschussquenchwassers (29) auf einer mehr oder weniger gleichen Höhe gehalten. Durch eine Umlenkplatte (23) vor dem Austritt der Rohsynthesegase (26) wird die Gasströmung gezwungen ihre Richtung zu ändern, wodurch eine weitere Abscheidung von Partikeln in das Wasserbad erreicht wird. Die 2 mm oder kleineren körnigen Feststoffe gelangen mit einem Kohlenstoffanteil von kleiner 0,67 Ma.-% zum Bodenproduktabzug (25).

Bezugszeichenliste

1 Erster Vergasungsraum

2 Zweiter Vergasungsraum

3 Quenchraum

4 Vergasungsstoff

5 Sauerstoff

6 Wasserdampf

7 erste Vergasungsmittel

8 zweite Vergasungsmittel

9 Vergasungsmitteldüsen für erste Vergasungsmittel

10 Vergasungsstoffzuführungsstutzen

1 1 Ausmauerung

12 Äußerer Druckmantel des ersten Vergasungsraums

13 Vergasungsmitteldüsen für zweite Vergasungsmittel

14 Transportströmung

15 Bestiftung und Bestampfung der Innenwand

16 Äußerer Druckmantel des zweiten Vergasungsraums

17 Wasserraum

18 Innenmantel

19 Quenchwasser

20 Einschnürung

21 Quenchwasserdüsen

22 Wasserspiegel im Quenchraum

23 Prall- oder Umlenkplatte

24 Schlackegranulat

25 Bodenproduktabzug

26 Rohsynthesegase

27 Mantelwasserzuführung

28 Mantelwasserabführung

29 Überschussquenchwasser

30 konischer Schlackerost

31 oberer ausgemauerter Reaktorteil

32 unterer gekühlter Reaktorteil

33 Anfahrbrennerstutzen

34 Rohsynthesegasabgang

35 Brennbares Gas

36 Sauerstoffhaltiges Gas