Stand der Technik [2] Die Herstellung von Nutzgas aus Kohlenstoffträgern durch Vergasung mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, in der Regel Luft, ist allgemein bekannt (z. B.

DE 43 44 569 C2). Allen diesen Vergasungsverfahren ist gemeinsam, dass infolge des gewollten und erforderlichen Sauerstoffmangels, der für die Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff unabdingbar ist, eine reduzierende Atmo- sphäre im Vergasungsapparat herrscht. Das ist unabhängig davon, welche Technologie für die Gaserzeugung (Festbett, Wirbelschicht) für die Vergasung eingesetzt wird. Durch die reduzierende Atmosphäre im Inneren des Vergasungsapparates ist bedingt, dass der Vergasungsrest, auch Vergaserasche genannt, d. h. die den Vergasungsapparat verlassenden festen Reststoffe, neben Kohlenstoffanteilen auch Metallsulfide sowie, bei natürlichem Calciumgehalt oder zugesetztem Kalk zur Schwefeleinbindung, Calciumsulfid enthält.

[3] Neben dem Kohlenstoffgehalt ist insbesondere wegen des Gehaltes an Calciumsulfid die Vergaserasche oft nicht deponierbar, da sich bei Zutritt von Feuchtigkeit Schwefel- wasserstoff entwickelt. Aus diesem Grund wird diese Verga- serasche in der Praxis oft im geschlossenen System mit Wasser behandelt und der entstehende Schwefelwasserstoff weiter verarbeitet, z. B. über eine Verbrennung zu Schwefel- dioxid und weiter zu Schwefelsäure oder mittels Claus- Verfahren zu elementarem Schwefel. Eine solche zwangs- läufige Koppelproduktion ist jedoch wirtschaftlich proble- matisch und nicht in jedem Fall wünschenswert. Derartige Verfahren sind der Energiewirtschaft branchenfremd und auch unerwünscht stark von der aktuell für die Schwefelprodukte herrschenden Marktsituation beeinflusst.

[4] Bei dem Verfahren zur Vergasung von Kohle oder derglei- chen nach DE 33 18 217 C2 wird der Staub aus dem Produktgas zum Wirbelschichtvergaser zurückgeführt und ein Teil des entstaubten Produktgases neben einem O2-haltigen Verga- sungsmittel unterhalb der Vergasungskammer zugeführt und das Rauchgas als Wirbelgas zum Wirbelbett geleitet.

[5] Die DE 43 39 973 Cl beschreibt ein Verfahren zur Verga- sung von Abfallstoffen mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases, wobei die in den Abfallstoffen enthaltenen Schad- stoffe in einen Zustand überführt werden sollen, der für die Umwelt nicht schädlich ist. Die Abfallstoffe werden in einem HTW-Vergaser vergast und das erzeugte staubbeladene Rohgas zunächst über einen Abscheider geführt, wo die festen, nicht vollständig umgesetzten Bestandteile abge- schieden und wieder in den HTW-Vergaser eingeführt werden.

Das Rohgas wird nachfolgend gekühlt und einer Trockenent- staubung unterzogen. Das Bodenprodukt (Restkoks) aus dem HTW-Vergaser sowie der Staub aus der Rohgas-Entstaubung

werden in einem gesonderten Staubvergaser mit einem sauer- stoffhaltigen Vergasungsmittel bei Temperaturen oberhalb 1500 °C verbrannt oder vergast, damit die nicht vergasten Reststoffe in einen für die Umwelt unschädlichen Zustand überführt werden. In einer Ausgestaltung kann das im Staub- vergaser erzeugte Rohgas nach einer Wäsche dem im HTW- Vergaser erzeugten Rohgas vor der Wäsche beigemengt werden.

Darstellung der Erfindung [6] Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vergasung eines Kohlenstoffträgers zur Erzeugung eines Nutzgases der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgrad erzielt und gleichzeitig der Austrag einer schadstofffreien Asche gewährleistet wird.

[7] Die Erfindung löst die Aufgabe für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Einrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen ange- geben und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.

[8] Verfahrensgemäß wird der Kohlenstoffträger in einem Vergasungsapparat in einer als solche bekannten Weise unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in einer reduzierenden Atmosphäre vergast und ein Nutzgas hergestellt. Der dabei anfallende feste Vergasungsrest besteht aus Asche mit einem Restgehalt an Kohlenstoff und auch Erdalkalisulfid, insbesondere Calciumsulfid, wenn ein Kohlenstoffträger mit einem Gehalt an Schwefel zum Einsatz kommt, wie z. B. Braunkohle oder aufbereitete Abfälle be- stimmter Herkunft.

[9] Der feste Vergasungsrest, sowohl in grober wie in feiner Form (Staub), wird einem gesonderten, nachgeordneten Verbrennungsapparat zugeführt und in einer oxidierenden Atmosphäre unter Zuführung von Sauerstoff oder einem sauer- stoffhaltigen Gas verbrannt. Dabei erfolgt eine vollständi- ge Verbrennung des in der Asche enthaltenen Kohlenstoffs und, soweit gegeben, eine Oxydation des Calciumsulfids zu Calciumsulfat.

[10] Das bei der Verbrennung anfallende Reaktionsgas ent- hält insbesondere Kohlendioxid sowie Restsauerstoff und wird ohne jegliche Abkühlung gemeinsam mit dem eigentlichen Vergasungsmittel dem Vergasungsapparat zugeführt. Dabei kann eine Heißentstaubung zwischengeschaltet werden.

[11] Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet durch die Kopplung eines Vergasungsapparates und eines Verbrennungs- apparates eine vollständige Umsetzung des aus dem einge- setzten Kohlenstoffträger stammenden Kohlenstoffs, ein- schließlich der vollständigen Nutzung des Reaktionsgases aus dem Verbrennungsprozess durch die Rückführung in den Vergasungsapparat.

[12] Der Verbrennungsrest, d. h. die Asche aus dem Ver- brennungsapparat, ist schadstofffrei und gut deponierfähig.

Dabei wird als"schadstofffreie Asche"eine Asche ver- standen, die unter idealen Verfahrensbedingen anfällt. In der Praxis kann jedoch realerweise keine absolute Schad- stofffreiheit garantiert werden, da die Einsatzstoffe und Bedingungen oft variieren. Danach wird unter schadstoff- freier Asche auch eine Asche verstanden, die unter gegebe- nen Praxisbedingungen weitgehend oder nahezu"schadstoff- frei"ist. So ist, wie bereits erwähnt, dabei z. B. Voraus- setzung, dass Calciumverbindungen oder andere basische

Bestandteile in der Asche des Kohlenstoffträgers vorhanden sind. Anderenfalls muss je nach Schwefelgehalt zum Kohlen- stoffträger ein Kalkzusatz erfolgen.

[13] In vorteilhafter Weise kann dabei auch die bei der Verbrennung im Verbrennungsapparat freigesetzte Wärme in Form des heißen Reaktionsgases genutzt werden. Das gesamte Verfahren wird in einem geschlossenen Vergasungs-und Verbrennungprozess durchgeführt und kann thermodynamisch als ein in sich geschlossener Prozess betrachtet werden, bei dem ein Kohlenstoffträger und ein Vergasungsmittel eingebracht und den ein Nutzgas und schadstofffreie Asche ausgebracht werden.

[14] Unerwünschte Teer-und Staubbestandteile im erzeugten Nutzgas können in bekannter Weise entfernt und in vorteil- hafter Weise dem Verbrennungsapparat zugeführt und im Verbrennungsprozess vollständig oxydiert werden.

[15] Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vergasung mit reinem Sauerstoff erfolgt oder dem Vergasungsmittel andere Bestandteile als Wertträger zugesetzt werden sollen.

[16] Das erzeugte Nutzgas kann sowohl als Brenngas zur Wärmeerzeugung, als Brenngas in entsprechenden Gasturbinen oder auch als Synthesegas, beispielsweise für die Methanol- synthese oder die Fischer-Tropsch-Synthese, eingesetzt werden. Der jeweils vorgesehene Verwendungszweck des Nutz- gases bestimmt auch die weitere Aufbereitung bzw. Reinigung des Nutzgases.

Ausführungsbeispiel [17] Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungs- beispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung in schematischer Dar- stellung.

[18] Ein Vergasungsapparat 1 ist als Wirbelschicht-Verga- sungsapparat ausgebildet und weist einen Anströmboden 2 auf. Oberhalb des Anströmbodens 2 ist eine Zuführung 3 für einen festen Kohlenstoffträger und unterhalb des Anströmbo- dens 2 ist eine Zuleitung 4 für das Vergasungsmittel vor- handen. Am unteren Ende des Vergasungsapparates 1 befindet sich eine Einrichtung 5 zum Austragen des groben Verga- sungsrestes. Zum Austragen, des teilweise erheblichen Flugstaubes ist im oberen Abschnitt zusätzlich eine Ein- richtung 6 zur Entnahme des feinen Vergasungsrestes vor- gesehen. In der Praxis kann das auch leicht über einen nachgeordneten Nutzgas-Entstauber erfolgen. Zur Ableitung des Nutzgases befindet sich oberhalb des Vergasungsappara- tes 1 eine Gasleitung 14.

[19] Verfahrenstechnisch zum Vergasungsapparat 1 nach- geordnet ist ein Verbrennungsapparat 7 vorhanden, der einen Anströmboden 8 aufweist. Oberhalb des Anströmbodens 8 ist eine Zuführeinrichtung 9 für den Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 und unterhalb des Anströmbodens 8 ist eine Zuleitung 10 für ein Verbrennungsmittel vorhanden. Die Zuführeinrichtung 9 ist beispielhaft als Transportschnecke ausgebildet und ist über eine Transporteinrichtung 11 mit den Einrichtungen 5 bzw. 6 für den groben und feinen Verga- sungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 verbunden.

[20] Zur Ableitung des im Verbrennungsapparat 7 entstehen- den Reaktionsgases ist oben eine Gasleitung 12 vorhanden, die vom Verbrennungsapparat 7 zum Vergasungsapparat 1 führt, wobei in die Gasleitung 12 ein Entstauber 13 in Form eines Heißgasentstaubers eingeordnet ist.

[21] In der Gasleitung 12 befindet sich noch ein nicht dargestellter Sensor zur Ermittlung des aktuellen Sauer- stoffanteiles im Reaktionsgas. Das Messergebnis wird einem Zentralrechner für die Regelung des Vergasungsprozesses im Vergasungsapparat 1 zugeführt.

[22] Zur Abführung der Asche aus dem Verbrennungsapparat 7 ist eine Einrichtung 15 zum Austragen des groben Verga- sungsrestes und im oberen Abschnitt eine Einrichtung 16 zur Entnahme des feinen Vergasungsrestes, d. h. des Flugstaubes, vorhanden. Der Staub aus dem Entstauber 13 wird über die Einrichtung 17 abgeführt.

[23] Nachfolgend wird die Einrichtung im Betriebszustand näher beschrieben. Als fester Kohlenstoffträger soll schwe- felhaltige Braunkohle vergast werden. Das erzeugte Nutzgas soll beispielhaft zum Betrieb einer Gasturbine eingesetzt werden. Die Asche soll problemlos deponierfähig sein.

[24] Die in einer Vorstufe konditionierte und aufbereitete Braunkohle wird über die Zuführung 3 in den Vergasungs- apparat 1 eingebracht und parallel wird über die Zuleitung 4 ein sauerstoffhaltiges Gas als Vergasungsmittel zuge- führt. Im Zuge des Vergasungsprozesses wird in bekannter Weise ein Nutzgas erzeugt, welches über die Gasleitung 14 zu einem nicht dargestellten Sammelbehälter abgeleitet wird. Nach der stetigen Vergasung verbleibt im unteren Abschnitt des Vergasungsapparates 1 ein grober Vergasungs-

rest, der zwangsläufig in der reduzierenden Vergasungs- Atmosphäre kohlenstoffhaltig ist und Erdalkalisulfide beinhaltet.

[25] Der grobe Vergasungsrest wird über die Einrichtung 5 ausgetragen. Der Flugstaub wird von der Einrichtung 6 abgeschieden und gemeinsam mit dem groben Vergasungsrest als fester Vergasungsrest über die Transporteinrichtung 11 und der Zuführeinrichtung 9 dem Verbrennungsapparat 7 zugeführt. Über die Zuleitung 10 wird parallel ein sauer- stoffhaltiges Gas als Verbrennungsmittel zugeführt. Der Vergasungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 wird im Ver- brennungsapparat 7 in einer oxidierenden Atmosphäre voll- ständig verbrannt.

[26] Das im Verbrennungsapparat 7 erzeugte Reaktionsgas ist im Wesentlichen ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauer- stoff. Das Reaktionsgas wird als sauerstoffhaltiges Gas über die Gasleitung 12 und den Entstauber 13 ohne gesonder- te Kühlung in die Zuleitung 4 und in den Vergasungsapparat 1 eingeleitet. Die Summe der Gasströme aus der Zuleitung 4 und der Gasleitung 12 ist dem Querschnitt des Anströmbodens 2 angepasst, so dass im Vergasungsapparat 1 eine Wirbel- schicht aufrecht erhalten wird.

[27] Das Reaktionsgas wird im Vergasungsapparat 1 innerhalb des Gesamtprozesses durch Reaktion des Kohlenstoffträgers mit dem Vergasungsmittel, welches neben anderen möglichen Bestandteilen in jedem Fall Sauerstoff enthalten muss, vollständig umgesetzt, so dass aus dem Vergasungsapparat 1 über die Gasleitung 14 ausschließlich das gewünschte Nutz- gas abgeleitet wird. Dieses Nutzgas enthält als Zielprodukt des Verfahrens im Wesentlichen Wasserstoff und Kohlenmon- oxid.

[28] Die einzelnen Stoffströme innerhalb des gesamten Verfahresprozesses werden so gesteuert und aufeinander abgestimmt, dass nach erfolgter Reaktion im Verbrennungs- apparat 7 ein sauerstoffhaltiges Reaktionsgas entsteht.

Dazu wird auch über den Sensor in der Gasleitung 12 ständig der aktuelle Sauerstoffanteil im Reaktionsgas ermittelt und über den Zentralrechner die Zufuhr der erforderlichen Menge Vergasungsmittel über die Zuleitung 4 geregelt. Dabei kann der Gesamtprozess, d. h. insbesondere der Vergasungsprozess im Vergasungsapparat 1 autotherm betrieben werden oder auch mit Zuführung von Fremdwärme erfolgen.

[29] Die erfindungsgemäße Verfahrensführung gewährleistet, dass der groben und feinen Kohlenstoff enthaltende Verga- sungsrest aus dem Vergasungsapparat 1 im Verbrennungs- apparat 7 vollständig zu Kohlendioxid umgesetzt wird.

[30] Der Verbrennungsrest aus dem Verbrennungsapparat 7, der über die Einrichtungen 15,16 und 17 abgeführt wird, besteht aus einer vollständig oxydierten Asche, die unter Wassereinwirkung keinen Schwefelwasserstoff bilden kann und als einziges Abprodukt des Verfahrens problemlos deponie- fähig ist.