Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung

5 von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Edukten durch Vergasung in einem Wirbelschichtreaktor.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bekannt aus

DE 10 2004 032 830 AI . Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur

10 Vergasung von Biomasse sind bekannt aus der DE 102 270 74 AI . Weitere

Verfahren und Vorrichtungen im Umfeld der Erfindung sind bekannt aus der DE 10 2007 006 980 AI, der DE 10 2008 032 166 AI, der DE 10 2006 022 265 AI, der DE 10 2009 039 845 AI, der DE 102 58 485 AI, der DE

10 2004 045 772 AI, der DE 10 2007 012 452 AI, der DE 10 2008 036 734

15 AI, der EP 1 865 046 AI, dem Fachartikel„Choren fuel ^® aus dem Carbo- V ^® - Vergaser", Tagungsbericht Biomasse-Vergasung - Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003, Seiten 234 bis 238 und dem Fachartikel„Der Blaue Turm - Wasserstoff aus Biomasse", Tagungsbericht Biomasse- Vergasung - Internationale Tagung Leipzig, Oktober 2003, Seiten 240 bis

20 249.

Abhängig vom zu vergasenden Edukt kommt es bei der Vergasung zu unerwünschten Verklebungen von Asche und/oder von Eduktmaterial, beispielsweise von Biomasse, mit dem Wirbelschichtmaterial und/oder mit

25 Komponenten der Erzeugungsvorrichtung. Dies führt entweder dazu, dass

bestimmte Edukte mit den Verfahren und Vorrichtungen zur Synthesegaserzeugung nach dem Stand der Technik nicht zum Einsatz kommen können, oder dass diese Verfahren und Vorrichtungen nur mit geringem und damit unwirtschaftlichem Wirkungsgrad betrieben werden können. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Edukten durch Vergasung in einem Wirbelschichtreaktor derart weiterzubilden, dass auch bei Einsatz von erweichungskritischen Edukten eine unerwünschte Verklebung bei ordentlichem Vergasungs-Wirkungsgrad verringert oder nach Möglichkeit ganz vermieden ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Verfahren mit zwei Erwärmungsstufen zur Möglichkeit führt, zunächst einen ersten Pyrolyse- Vergasungsschritt bei der ersten, niedrigeren Vergasungstemperatur durch- zuführen. Diese erste Vergasungstemperatur wird so gewählt, dass sie niedriger ist als eine Ascheerweichungstemperatur der Edukte bzw. niedriger ist als eine Erweichungstemperatur der Edukte generell. Bei dem Pyrolyse- Vergasungs schritt ergibt sich entsprechend eine Verringerung einer Agglomeration von Asche bzw. Edukten im ersten, tief gelegenen Wirbel- schicht-Bereich. Durch den Pyrolyseschritt können 50 % bis 80 % der Edukte vergast werden. Durch die Vorgabe einer Höhenerstreckung einer Heizwirkung bei der Erwärmung des ersten, tief gelegenen Wirbelschicht- Bereichs kann eine entsprechende Höhenerstreckung desjenigen Wirbelschicht-Bereiches vorgegeben werden, in dem aufgrund der Erwärmung auf die erste Vergasungstemperatur der Pyrolyseschritt erfolgt. In diesem ersten, tief gelegenen und auf die erste Vergasungstemperatur erwärmten Wirbelschicht-Bereich wird nach Möglichkeit eine homogene erste Vergasungstemperatur eingestellt. Die erste Vergasungstemperatur kann im Bereich zwischen 600 °C und 770 °C liegen und kann insbesondere im Be- reich zwischen 700 °C und 770 °C liegen. Die nach dem Pyrolyseschritt noch verbleibenden restlichen und leichteren Edukte-Partikel werden durch die Wirbelschicht nach oben in den zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitt getragen und dann im zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitt bei der höheren zweiten Vergasungstemperatur mit höherer Umsatzgeschwindigkeit vergast. In dem zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitt können bei der zweiten Vergasungstemperatur weiterhin homogene Gasphasenreaktionen ablaufen, die im ersten, tief gelegenen Wirbelschicht-Bereich erzeugte Pyrolysegase weiter zu dem zu erzeugenden Synthesegas umsetzen. Zudem kann schon im zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitt bei der höheren zweiten Vergasungstemperatur eine Reduktion eines unerwünschten Teergehalts im erzeugten Synthesegas erfolgen. Die zweite Vergasungstemperatur kann im Bereich zwischen 770 °C und 1000 °C oder im Bereich zwischen 770 °C und 900 °C liegen und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 770 °C und 810 °C. Die Wirbelschicht kann bei der Synthesegaserzeugung stationär sein und kann Blasen bilden. Alternativ zu einer stationären Wirbelschicht kann im Wirbelschichtreaktor auch eine zirkulierende Wirbelschicht vorliegen. Der erste Wirbelschicht-Bereich und der zweite Reaktor- Gehäuseabschnitt liegen in ein und demselben Reaktorgehäuse vor. Als Edukte zur Synthesegas-Erzeugung kann Biomasse oder auch Kohle zum Einsatz kommen. Bei der Erwärmung auf die erste Vergasungstemperatur und bei der Erwärmung auf die zweite Vergasungstemperatur handelt es sich jeweils um eine aktive Erwärmung, also um eine Erwärmung unabhängig von einer beim Erzeugungsverfahren etwa entstehenden Reakti- onswärme. Das Erwärmen kann durch externe Energiezufuhr geschehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Erwärmen des ersten Wirbelschicht- Bereichs und/oder des zweiten Wirbelschicht-Bereichs durch Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, durch Zufuhr eines Synthesegases und/oder durch Zufuhr von Dampf erfolgen.Die Wirbelschicht selbst ist in zwei Tempera- turzonen, also in zwei Wirbelschicht-Bereiche unterteilt, wobei der erste, tief gelegene Wirbelschicht-Bereich auf die erste Vergasungstemperatur und der zweite, höher liegende Wirbelschicht-Bereich auf die höhere zweite Vergasungstemperatur erwärmt wird. Sowohl der Pyrolyseschritt als auch die Umsetzung der restlichen, leichteren Partikel und die homogenen Gasphasenreaktionen zur Umsetzung der zunächst erzeugten Pyrolysegase können dann innerhalb der Wirbelschicht ablaufen. Das Erwärmen eines Reaktor-Gehäuseabschnitts, der einen Wirbelschicht-Bereich enthält, wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung einer Erwärmung dieses Wirbel- schicht-Bereichs selbst gleichgestellt. Auch eine Erwärmung von mehr als zwei übereinander angeordneten Wirbelschicht-Bereichen ein und derselben Wirbelschicht auf verschiedene Temperaturen ist möglich.

Das Verfahren nach Anspruch 2 nutzt unterschiedliche Prinzipien zur Be- reitstellung von Wärmeenergie zum Erwärmen der beiden aneinander angrenzenden Wirbelschicht-Bereiche. Da in dem ersten, tief gelegenen Wirbelschicht-Bereich eine vergleichsweise niedrige Vergasungstemperatur des Wirbelschichtreaktors erreicht werden muss, kann zum allothermen Energieeintrag beispielsweise ein Brenner zum Einsatz kommen, wobei eine Oberflächentemperatur des Brenners niedrig und deutlich unterhalb eines Erweichungspunktes der Edukte gehalten werden kann. Über den autothermen Energieeintrag wird dann die zweite, höhere Vergasungstemperatur im zweiten Wirbelschicht-Bereich erreicht. Die Einträge in der ersten und in der zweiten Wirbelschicht müssen nicht ausschließlich allotherm bzw. autotherm geschehen, sondern der allotherme Energieeintrag einerseits und der autotherme Energieeintrag andererseits können hauptsächliche Energieeinträge darstellen, die durch andere Energieeinträge noch unterstützt werden. Es kann im ersten, tief gelegenen Wirbelschicht-Bereich und/oder im zweiten, höher gelegenen Wirbelschicht-Bereich jeweils eine Kombination aus einem allothermen und einem autothermen Energieeintrag stattfinden.

Bei einem Verfahren nach Anspruch 3 wird oberhalb der zweiten Tempera- turzone, die auf die zweite Vergasungstemperatur erwärmt ist, eine dritte Temperaturzone zur Nachreaktion vorgesehen, wobei die Nachreaktionstemperatur höher ist als die zweite Vergasungstemperatur. In diesem weiteren Reaktor-Gehäuseabschnitt wird ein unerwünschter Teergehalt im erzeugten Synthesegas durch Nachreaktion nochmals reduziert. Die Nachre- aktionstemperatur kann im Bereich zwischen 830 °C und 1000 °C, kann im Bereich zwischen 830 °C und 900 °C und kann im Bereich zwischen 830 °C und 850 °C liegen. Beim erfindungsgemäßen Synthesegas- Erzeugung s verfahren können auch mehr als drei Temperaturzonen bzw. mehr als drei Temperaturstufen zum Einsatz kommen. Der weitere, auf die Nachreaktionstemperatur erwärmte Reaktor-Gehäuseabschnitt kann direkt an die Wirbelschicht angrenzen. Alternativ kann der weitere, auf die Nachreaktionstemperatur erwärmte Reaktor-Gehäuseabschnitt von der Wirbelschicht beabstandet sein. Beim Erwärmen auf die Nachreaktionstemperatur handelt es sich um eine aktive bzw. autotherme Erwärmung. Es gilt, was vorstehend in Bezug auf die Erwärmung auf die erste bzw. auf die zweite Vergasungstemperatur schon ausgeführt wurde. Die Nachreaktion kann in einem Entgasungsabschnitt des Reaktors erfolgen.

Bei einem Verfahren nach Anspruch 4 können restliche Asche/Edukte- Agglomerate, die sich ggf. am Boden des Wirbelschichtreaktors anreichern, vom Boden des Wirbelschichtreaktors her entnommen werden, sodass diese Agglomerate einen Wärmeeintrag in die Wirbelschicht nicht unerwünscht erschweren. Die Entnahme der Agglomerate kann periodisch erfolgen. Diese Entnahme kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfol- gen. Diese Entnahme kann insbesondere geregelt, also beispielsweise abhängig von einer gemessenen Wirbelschichttemperatur oder einem gemessenen Wirbelschicht-Temperatuφrofll erfolgen. Das Nachfüllen des Wirbelschicht-Bettmaterials dient dazu, dass im Wirbelschichtreaktor inner- halb vorgegebener Grenzen eine konstante Menge Wirbelschichtmaterial enthalten ist, sodass im Wirbelschichtreaktor konstante Verhältnisse herrschen. Durch das kontrollierte Entnehmen und Nachfüllen können Edukt- materialien verwertet und Wirbelschichtmaterialien verwendet werden, die allgemein, also unabhängig von einer Erweichung der Materialien, Sink- Stoffe beinhalten, die zum unerwünschten bodenseitigen Anreichern neigen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Synthesegas-Erzeugungsverfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Synthesegas- Erzeugungsvorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Synthesegas-Erzeugungsvorrichtung entsprechen denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Synthesegas-Erzeugungsverfahren bereits erläutert wurden. Der erste, tief gelegene Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt einerseits und der zweite, höher gelegene Reaktor-Gehäuseabschnitt andererseits, die auf die beiden Vergasungstemperaturen über die beiden Heizeinrichtungen er- wärmt werden können, können Abschnitte ein und desselben Reaktorgehäuses sein. Dies ist aber nicht zwingend. Die Vorteile der Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7 entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3 erläutert wurden. Eine Querschnittsabweichung innerhalb des Reaktorgehäuses nach Anspruch 8 kann zur Optimierung der Reaktionsbedingungen in den verschiedenen Reaktorgehäuseabschnitten genutzt werden. Ein Entgasungs- Gehäuseabschnitt kann beispielsweise einen größeren Querschnitt aufweisen als ein Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt. Dies führt zu einem großen möglichen Reaktionsvolumen bei der Nachreaktion. Alternativ kann ein Entgasungs-Gehäuseabschnitt auch sich zu einem rohrförmigen Gehäuseabschnitt mit im Vergleich zum sonstigen Reaktorgehäuse geringen Rohrdurchmesser verjüngen. Dies kann zur erwünschten Beschleunigung eines Synthesegas/Feststoffgemisches genutzt werden.

Ein Wärmetauscher nach Anspruch 9 kann durch einen Brenner geheizt werden. Auch eine anderweitige Beheizung des Wärmetauschers ist möglich. Als Brenngas kann ein Erdgas/Luftgemisch und/oder ein Synthesegas/Luftgemisch zum Einsatz kommen. Auch ein anderes Brenngas kann zum Einsatz kommen. Der Wärmetauscher kann die erzeugte Wärme über eine Wärmeübertragungsfläche, beispielsweise über eine Brenner- Mantelfläche, im Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt abgeben. Die Wärme - übertragungsfläche, beispielsweise die Brenner-Mantelfläche, kann mit großer Oberfläche gestaltet sein.

Eine Heizeinrichtung nach Anspruch 10 lässt sich durch Zugabe insbesondere eines sauerstoffhaltigen Gases in ihrer Heizleistung mit geringer Reaktionszeit steuern und/oder regeln. Die Zuführeinheit kann die einzige Wärmequelle der jeweiligen Heizeinrichtung sein. Die Heizeinrichtung kann auch eine Kombination eines Wärmetauschers mit einer derartigen Zuführeinheit für ein insbesondere sauerstoffhaltiges Gas darstellen.

Die Vorteile einer Vorrichtung nach Anspruch 1 1 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf den Anspruch 4 bereits erläutert wurden.

Ein Wirbelschicht-Kreislauf nach Anspruch 12 kann zur Erhöhung eines Reaktor- Wirkungsgrades eingesetzt werden. In den Wirbelschicht- Kreislauf kann das Wirbelschichtmaterial einschließlich von noch nicht vergasten Kohlenstoffresten sowie Asche in einem Abscheider, insbesondere einem Zyklon, abgeschieden und mit Luft nachverbrannt werden. Dies kann dazu genutzt werden, das Wirbelschichtmaterial wieder zu erhitzen, bevor dieses innerhalb des Kreislaufs der Wirbelschicht wieder zugeführt wird.

Ein Flugstromreaktor nach Anspruch 13 stellt eine Variante zur Umsetzung restlicher, leichterer Partikel nach dem Pyrolyseschritt und/oder zur Reduzierung des Teergehaltes über eine Nachreaktion dar. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Längsschnitt-Darstellung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhal- tigen Edukten durch Vergasung; und

Fig. 2 bis 6 weitere Ausführungen einer derartigen Vorrichtung. Eine Vorrichtung 1 dient zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Edukten, beispielsweise aus Biomasse oder aus Kohle, durch Vergasung. Die Vorrichtung 1 hat einen Wirbelschichtreaktor 2. Ein Reaktorgehäuse 3 des Wirbelschichtreaktors 2 ist funktionell unterteilt in mehrere Gehäuseabschnitte 4 bis 6. Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind diese Gehäuseabschnitte 4 bis 6 Teile ein und desselben Reaktorgehäuses 3.

Der erste, tief gelegene Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 4 dient zur Aufnahme eines ersten, tief gelegenen Wirbelschicht-Bereichs 7 einer Wirbel- schicht 8 des Wirbelschichtreaktors 2. Als Wirbelschichtmaterial kann

Sand eingesetzt werden. Eine obere Phasengrenze 9 der Wirbelschicht 8 ist in der Fig. 1 durch eine geschwungene Linie angedeutet. Diese Phasengrenze liegt in etwa auf Höhe einer oberen Grenze des zweiten Reaktor- Gehäuseabschnitts 5, der oberhalb des Wirbelschicht-Gehäuseabschnitts 4 liegt und direkt an diesen angrenzt. Der zweite Reaktor-Gehäuseabschnitt 5 ist in Form eines zweiten Wirbelschicht-Gehäuseabschnitts ausgebildet und dient zur Aufnahme eines zweiten Wirbelschicht-Bereichs 10 der Wirbelschicht 8. Oberhalb des zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitts 5 hat der Wirbelschichtreaktor 3 den Entgasungs-Gehäuseab schnitt 6. Dieser grenzt nach oben direkt an den Reaktor-Gehäuseabschnitt 5 an. Ein Querschnitt des Entga- sungs-Gehäuseabschnitts 6 vergrößert sich am Übergang zum Reaktor- Gehäuseabschnitt 5 über einen Erweiterungskonus 1 1. Im Bereich des Ent- gasungs-Gehäuseabschnitts 6 hat das Reaktorgehäuse 3 also einen Gehäuse-Querschnitt, der vom Gehäuse-Querschnitt des Wirbelbett- Gehäuseabschnitts 4 und vom Gehäuse-Querschnitt des Reaktor- Gehäuseabschnitts 5 abweicht und im Falle der Ausführung nach Fig. 1 größer ist. Die Vorrichtung 1 hat eine erste Heizeinrichtung 12 zum Erwärmen des Wirbelschicht-Bereichs 7 im Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 4 auf eine erste Vergasungstemperatur. Die erste Heizeinrichtung 12 hat eine als Wärmetauscher ausgeführte Heizeinheit in Form eines Brenners 13 und eine weitere Heizeinheit in Form einer Zuführeinheit 14 für sauerstoffhaltiges Gas. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird über die Zuführeinheit 14 Wasserdampf und/oder Luft und/oder Sauerstoff dem Wirbelschicht- Bereich 7 zugeführt. Das sauerstoffhaltige Gas wird im Bereich eines Bo- dens 14a des Reaktorgehäuses 3 im Wirbelschicht-Bereich 7 über eine Mehrzahl von Düsen 14b zugeführt, die in der Fig. 1 schematisch dargestellt sind. Diese Düsen 14b können ringförmig um den Brenner 13 angeordnet sein. Die Düsen 14b strömen das sauerstoffhaltige Gas nach oben hin aus. Bei einer alternativen, nicht dargestellten Gestaltung der Zuführ- einheit 14 können alternativ oder zusätzlich Düsen entsprechend den Düsen 14b vorgesehen sein, die das sauerstoffhaltige Gas nach unten hin auss- strömen.

Der Brenner 13 wird über ein brennfähiges Luft-/Gasgemisch betrieben, das über eine in der Fig. 1 schematisch durch zwei Pfeile dargestellte Zuführleitung 15 dem Brenner 13 zugeführt wird. Bei dem Gas des Luft- /Gasgemisches kann es sich um Erdgas, um Synthesegas oder um eine Mischung aus beiden handeln. Der Brenner 13 ist rohrförmig ausgeführt, wobei eine Rohr-Längsachse 15a des Brenners 13 mit einer Längsachse des ebenfalls rohrförmigen Reaktorgehäuses 3 zusammenfällt. Der Brenner 13 "steht" also zentral im Wirbelschicht-Bereich 7. Ein oberseitiger Abschluss des Brenners 13 reicht bis nahe einer Bereichsgrenze zwischen den Wirbelschicht-Bereichen 7 und 10 bzw. zwischen den Gehäuseabschnitten 4 und 5. Die Heizeinrichtung 12 hat eine Heizleistung, die es ermöglicht, den Wirbelschicht-Bereich 7 längs einer gesamten Höhenerstreckung des Brenners 13, also innerhalb des ersten, tief gelegenen Wirbelschicht- Gehäuseabschnitts 4, auf eine erste Vergasungstemperatur im Bereich zwischen 600 °C und 770 °C, insbesondere im Bereich zwischen 700 °C und 770 °C, zu bringen. Diese erste Vergasungstemperatur ist niedriger als eine Ascheerweichungstemperatur bzw. als eine Biomasse- Erweichungstemperatur.

Die Heizleistung der ersten Heizeinrichtung 12 kann zwischen dem Brenner 13 und der Zuführeinrichtung 14 gesteuert oder geregelt vorgegeben verteilt werden. Hierzu hat die Vorrichtung 1 eine schematisch dargestellte Steuer-/Regeleinrichtung 16. Diese steht mit Steuerventilen 17 einerseits der Zuführeinheit 14 und andererseits der Zuführleitung 15 in nicht dargestellter Weise in Signalverbindung. Zudem kann die Steuer- /Regeleinrichtung 16 mit in der Fig. 1 nicht dargestellten Messfühlern, beispielsweise mit Temperatur- oder Gas-Konzentrations-Sensoren, die im Reaktor 2 untergebracht sind, in Signalverbindung stehen.

Die Vorrichtung 1 hat eine zweite Heizeinrichtung 18 zum Erwärmen des Reaktor-Gehäuseabschnitts 5 auf eine zweite Vergasungstemperatur, die höher ist als die erste Vergasungstemperatur. Die zweite Heizeinrichtung 18 ist, vergleichbar zur Zuführeinheit 14 der ersten Heizeinrichtung 12, als Zuführeinrichtung für ein sauerstoffhaltiges Gas ausgeführt. Komponenten der zweiten Heizeinrichtung 18, die denjenigen in der Zuführeinheit 14 entsprechen, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen erläutert. Auch die zweite Heizeinrichtung 18 kann über die Steuer-/Regeleinrichtung 16 gesteuert bzw. geregelt werden. Die zweite Vergasungstemperatur liegt im Bereich zwischen 770 °C und 1000 °C und insbesondere im Bereich zwischen 770 °C und 900 °C oder im Bereich zwischen 770 °C und 810 °C.

Die zweite Heizeinrichtung 18 ist im Reaktor-Gehäuseabschnitt 5 nahe der Bereichsgrenze zum Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 4 angeordnet.

Im Entgasungs-Gehäuseabschnitt 6 des Reaktorgehäuses 3 ist eine weitere Heizeinrichtung in Form einer Nachreaktions-Heizeinrichtung 19 angeordnet. Die Nachreaktions-Heizeinrichtung 19 ist oberhalb der Phasengrenze 9 angeordnet. Eine strukturelle Ausführung mit der Nachreaktions- Heizeinrichtung 19 entspricht derjenigen der zweiten Heizeinrichtung 18. Die Nachreaktions-Heizeinrichtung 19 dient zum Erwärmen von oberhalb der Phasengrenze 9 vorliegenden Medien innerhalb des Reaktorgehäuses 3 auf eine Nachreaktionstemperatur, die höher ist als die zweite Vergasungstemperatur. Die Nachreaktionstemperatur kann im Bereich von 830 °C liegen, kann aber auch höher sein und im Bereich zwischen 830 °C und 1000 °C liegen und beispielsweise 850 °C, 900 °C oder 1000 °C betragen.

Die Nachreaktions-Heizeinrichtung 19 ist auf Höhe des Erweiterungskonus 1 1 des Reaktorgehäuses 3 angeordnet.

Die Zuführeinheit 14 bzw. die Heizeinrichtungen 18, 19 können ringförmi- ge Düsen-Leitungsabschnitte aufweisen, die um die zentrale Längsachse 15a des Reaktorgehäuses 3 herumgeführt sind.

Die Vorrichtung 1 hat eine Zuführeinrichtung 20 zum Zuführen der Eduk- te, die vergast werden sollen, in den ersten Wirbelschicht-Bereich 7. Die Zuführeinrichtung 20 ist als Förderschnecke ausgeführt. Ein Zuführende 21 der Förderschnecke durchtritt eine Gehäusewand des Reaktorgehäuses 3 im Bereich eines unteren Drittels des Gehäuseabschnitts 4 oberhalb der Düsen 14b der Zuführeinheit 14 der ersten Heizeinrichtung 12.

Die Vorrichtung 1 hat oberhalb des Entgasungs-Gehäuseabschnitts 6 eine Abführeinrichtung für das erzeugte Synthesegas in Form eines schematisch angedeuteten Auslasses 22. Die Vorrichtung 1 hat weiterhin eine Entnahmeeinrichtung 23 zum boden- seitigen Entnehmen eines Teils des Wirbelschicht-Betts. Die Entnahmeeinrichtung hat ein Entnahmeventil 24, das in einer Entnahmeleitung 25 angeordnet ist, welche vom Boden 14a des Reaktorgehäuses 3 nach unten ausmündet. Die Entnahmeleitung 25 führt die entnommenen Wirbelschicht- Anteile hin zu einem in der Fig. 1 schematisch angedeuteten Entnahmebehälter 26.

Die Vorrichtung 1 hat weiterhin eine Nachfülleinrichtung 27 zum Nachfüllen von Wirbelschicht-Bettmaterial, insbesondere zum Ausgleichen der Entnahme durch die Entnahmeeinrichtung 23. Die Nachfülleinrichtung 27 hat einen Nachfüllbehälter 28, der über eine Nachfüllleitung 29 mit einem oberseitigen Gehäusedeckel 30 des Reaktorgehäuses 3 verbunden ist und über diesen in den Entgasungs-Gehäuseab schnitt 6 von oben her einmündet. In der Nachfüllleitung 29 ist ein Nachfüllventil 31 angeordnet. Das Entnahmeventil 24 einerseits und das Nachfüllventil 31 andererseits kann jeweils in Form einer Schleuse mit zwei sequentiell angeordneten Ventileinheiten ausgeführt sein. Das Entnahmeventil 24 und das Nachfüllventil 31 stehen wiederum in nicht dargestellter Weise mit der Steuer- /Regeleinrichtung 16 in Signalverbindung. Die Vorrichtung 1 arbeitet zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Edukten durch Vergasung im Wirbelschichtreaktor 2 folgendermaßen: Der erste, tief gelegene Wirbelschicht-Bereich 7 wird mit der ersten Heizeinrichtung auf die erste Vergasungstemperatur durch externe Energiezufuhr erwärmt. Der Reaktor-Gehäuseabschnitt 5 wird mit der zweiten Heizeinrichtung 18 auf die zweite Vergasungstemperatur durch externe Energiezufuhr erwärmt. Mit der Zuführeinrichtung 20 werden die zu vergasenden Edukte in den Wirbelschicht-Bereich 7 eingeführt. Da die erste Vergasungstemperatur geringer ist als eine Ascheerweichungs- bzw. Biomassenerweichungstemperatur, ist beim ersten Vergasungsschritt im Gehäuseabschnitt 4 des Reaktorgehäuses eine Agglomeration von Asche bzw. Biomasse im Wirbelschicht-Bereich 7 verringert oder gar ganz verhindert. In dem ersten Wirbelschicht-Bereich 7 findet eine Pyrolyse statt, wobei etwa 50 % bis 80 % der Biomasse vergast werden. Im gesamten Gehäuseabschnitt 4 wird diese erste Vergasungstemperatur möglichst homogen eingestellt. Eine Ist-Vergasungstemperatur weicht dabei von einer vorgegebenen Soll- Vergasungstemperatur um maximal 30 °C bis 50 °C ab. Wenn beispielsweise eine Soll-Temperatur von 720 °C für die erste Verga- sungstemperatur vorgegeben wird, liegt im gesamten Gehäuseabschnitt 4 eine Ist-Temperatur im Bereich zwischen 670 °C und 770 °C vor, bevorzugt im Bereich zwischen 690 °C und 750 °C und weiter bevorzugt mit noch kleinerer Abweichung zur Soll-Temperatur. Bei der Pyrolyse im Gehäuseabschnitt 4 noch nicht vollständig umgesetzte, leichtere Biomassen-Partikel werden über die Wirbelschicht 8 vom Gehäuseabschnitt 4 nach oben in den Gehäuseabschnitt 5 getragen und hierdurch vom ersten, unteren Wirbelschicht-Bereich 4 örtlich abgegrenzt. Diese leichteren Partikel werden nun aufgrund der höheren zweiten Vergasungs- temperatur im Wirbelschicht-Bereich 10 mit ausreichender Umsatzgeschwindigkeit vergast. Im Wirbelschicht-Bereich 10 verlaufen zudem homogene Gasphasenreaktionen ab, die zu einer weiteren Umsetzung der im Wirbelschicht-Bereich 7 erzeugten Pyrolysegase führen.

Aufgrund der höheren zweiten Vergasungstemperatur wird ein Teergehalt im erzeugten Synthesegas reduziert. Durch die Nachreaktion im Entga- sungs-Gehäuseabschnitt 6 aufgrund der höheren Nachreaktionstemperatur kann der Teergehalt im erzeugten Synthesegas vor dem Auslass 22 weiter reduziert werden.

Restliche Asche- und/oder Biomassen- Agglomerationen bzw. Verklebungen mit dem Bettmaterial der Wirbelschicht 8 sinken in der Wirbelschicht 8 nach unten und können über die Entnahmeeinrichtung 23 durch Ansteue- rung des Entnahme ventils 24 gesteuert abgeführt werden. Ein entsprechender Verlust an Bettmaterial kann über die Nachfülleinrichtung 27 gesteuert ausgeglichen werden.

Anhand der Fig. 2 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Vor- richtung 32 zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlestoffhaltigen Eduk- ten durch Vergasung beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.

Bei der Vorrichtung 32 ist anstelle der zweiten Heizeinrichtung 18 ein zweiter Brenner 33 zum Erwärmen des Reaktor-Gehäuseabschnitts 5 auf die zweite Vergasungstemperatur vorgesehen. Der Brenner 33 kann mit einem Luft/Erdgas-Gemisch betrieben werden. Anders als der erste Bren- ner 13 ist der zweite Brenner 33 nicht stehend, sondern liegend eingebaut und durchtritt, vergleichbar zur Zuführeinrichtung 20, eine Mantelwand des Reaktorgehäuses 3. Ein Endbereich des Brenners 33 ragt bis über die Längsachse 15a hinaus in den Wirbelschicht-Bereich 10 hinein und sorgt somit für einen guten Wärmeaustausch mit dem Wirbelbett im Bereich des Wirbelschicht-Bereichs 10. Abgesehen von der Anordnung entspricht der Aufbau des Brenners 33 dem des Brenners 13.

Abgesehen davon, dass zum Erwärmen des Reaktor-Gehäuseabschnitts 5 auf die Vergasungstemperatur nun der Brenner 33 eingesetzt wird, entspricht das Erzeugungsverfahren für das Synthesegas, also die Arbeitsweise der Vorrichtung 32, demjenigen, welches im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 beschrieben wurde. Anhand der Fig. 3 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Vorrichtung 34 zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlestoffhaltigen Eduk- ten durch Vergasung beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht noch- mals im Einzelnen diskutiert.

Im Unterschied zur Vorrichtung 32 hat die Vorrichtung 34 anstelle der als Zuführeinheit ausgeführten Nachreaktions-Heizrichtung 19 einen weiteren, dritten Brenner 35. Dieser ist wie der Brenner 33 quer zur Längsachse 15a des Reaktorgehäuses 3 eingebaut und durchtritt die Mantelwand des Reaktorgehäuses 3 auf Höhe des Erweiterungskonus 1 1. Beim Brenner 35 handelt es sich um einen offenen Brenner. Der Brenner 35 kann mit einem Sauerstoff/Erdgas-Gemisch betrieben werden. Ein Endbereich des Brenners 35 ragt in den Entgasungs-Gehäuseabschnitt 6 bis etwa zur Längsach- se 15a des Reaktorgehäuses 3 hinein. Bis auf die Tatsache, dass zum Erwärmen des Entgasungs-Gehäuseabschnitts 6 auf die Nachreaktionstemperatur nunmehr der Brenner 35 zum Einsatz kommt, entspricht die Arbeitsweise der Vorrichtung 34 bei der Synthesegas-Erzeugung durch Vergasung derjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 bereits erläutert wurde.

In Abwandlung zur Ausführung nach Fig. 3 ist eine weitere, nicht dargestellte Ausführung der Synthesegas-Erzeugungsvorrichtung möglich, bei der anstelle des zweiten Brenners 33 wiederum eine Zuführeinheit in Form der zweiten Heizeinrichtung 18 nach Fig. 1 zum Einsatz kommt. Anstelle der Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der als erste Heizeinrichtung 12 ausschließlich ein Brenner oder ausschließlich eine Zuführeinheit für ein sauerstoffhaltiges Gas zur Er- wärmung des ersten, tief gelegenen Wirbelschicht-Bereichs 7 zum Einsatz kommt.

Anhand der Fig. 4 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Vorrichtung 36 zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlestoffhaltigen Eduk- ten durch Vergasung beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Die Vorrichtung 36 nach Fig. 4 arbeitet mit einer zirkulierenden Wirbelschicht 8. Hierzu hat die Vorrichtung 36 einen Wirbelschicht-Kreislauf 37. Der Wirbelbett-Gehäuseabschnitt 4, der Reaktor-Gehäuseabschnitt 5 und der Entgasungs-Gehäuseabschnitt 6 sind Bestandteile des Wirbelschicht- Kreislaufs 37, ebenso wie der Auslass 22 für das Synthesegas. Letzterer steht mit einem Abscheider 38 in Fluidverbindung, der als Zyklon- Abscheider ausgeführt sein kann. Das im Abscheider 38 von dem Wirbelschichtmaterial getrennte Synthesegas verlässt den Abscheider 38 über einen Auslass 39. Das im Abscheider 38 abgeschiedene Wirbelschichtmate - rial wird über einen Bodenauslass 40 des Abscheiders 38 und eine Rückführleitung 41 zurück in das Reaktorgehäuse 3 geführt. Hierzu mündet die Rückführleitung 41 in den Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 4 des Reaktorgehäuses 3 knapp oberhalb der Zuführeinheit 14 der ersten Heizeinrichtung 12 ein.

Grundsätzlich läuft die Vergasungsreaktion in der Vorrichtung 36 analog zu dem ab, was vorstehend im Zusammenhang mit dem Synthesegas- Erzeugung s verfahren bei der Vorrichtung 1 nach Fig. 1 erläutert wurde. Der Wirbelschichtreaktor 2 wird bei der Vorrichtung 36 so betrieben, dass zumindest ein Teil des Wirbelschichtenmaterials durch den Entgasungs- Gehäuseabschnitt 6 nach oben und über den Auslass 22 aus dem Reaktorgehäuse 3 ausgetragen wird. Das so ausgetragene Wirbelschichtmaterial wird über den Abscheider 38 und die Rückführleitung 41 dem Reaktorgehäuse 3 wieder zugeführt, sodass sich eine zirkulierende Wirbelschicht in der Vorrichtung 36 ausbildet.

Anhand der Fig. 5 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Vorrichtung 42 zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlestoffhaltigen Eduk- ten durch Vergasung beschrieben. Komponenten und Funktionen, die den- jenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Bei der Vorrichtung 42 liegt ein einziger Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 43 vor, der vom Boden 14a des Reaktorgehäuses 3 bis zur Phasengrenze 9 im Reaktorgehäuse 3 reicht. Die erste Heizeinrichtung 12 ist bei der Vorrichtung 42 ähnlich aufgebaut und angeordnet wie bei der Vorrichtung 1 und erwärmt die Wirbelschicht 8 auf die erste Vergasungstemperatur. Oberhalb der ersten Heizeinrichtung 12 kann, wie vorstehend in Zusammenhang mit den Heizeinrichtungen 18 und 33 bereits erläutert, eine weitere Heizeinrichtung angeordnet sein, die einen Wirbelschicht-Bereich erwärmt, der höher liegt als derjenige Wirbelschicht-Bereich, der durch die Heizeinrichtung 12 erwärmt wird.

Ein zweiter Reaktor-Gehäuseabschnitt ist bei der Vorrichtung 42 durch einen Auslassabschnitt 44 gebildet, der neben der Funktion des Synthese- gas-Auslasses entsprechend dem Auslass 22 bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4 auch die Funktion des auf die zweite Vergasungstemperatur zu erwärmenden, zweiten Reaktor-Gehäuseabschnitts hat. Für diese Erwärmung auf die zweite Vergasungstemperatur dient eine zweite Heizeinrichtung 45 der Vorrichtung 42 in Form einer Zuführeinheit für ein sau- erstoffhaltiges Gas. Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird Luft und/oder Sauerstoff über die Zuführeinheit 45 zugeführt.

Der Auslassabschnitt 44 verbindet das Reaktorgehäuse 3 mit einem ebenfalls rohrförmigen Entgasungsabschnitt 46. Letzterer hat die Funktion des Entgasungs-Gehäuseabschnitts 6 bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4. Im Entgasungsabschnitt 46 ist wiederum eine Zuführeinheit 47 angeordnet, die die Funktion der Nachreaktions-Heizeinrichtung der Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4 hat. Der Auslassabschnitt 44 und der Entgasungsabschnitt 46 haben einen Rohrquerschnitt, der deutlich geringer ist als der Querschnitt des Reaktorgehäuses 3. Der Auslassabschnitt 44 einerseits und der Entgasungsabschnitt 46 andererseits haben also einen kleineren Querschnitt als der Wir- belschicht-Gehäuseabschnitt 43.

Beim Synthesegas-Erzeugungsverfahren mit der Vorrichtung 42 nach Fig. 5 wird nach dem ersten Pyrolyseschritt im Wirbelschicht-Gehäuseabschnitt 43 das das Reaktorgehäuse 42 durch den Auslassabschnitt 44 verlassende Gemisch aus Synthesegas und restlichen, leichten Biomasse-Partikeln mit der zweiten Heizeinrichtung 45 auf die zweite Vergasungstemperatur gebracht, wodurch die zunächst noch unvergasten Partikel dann vergast werden und die weiteren homogenen Umsetzungs-Gasphasenreaktionen anlaufen. Nachfolgend durchtritt das Synthesegas mit den mitgeführten Feststof- fen den Entgasungsabschnitt 46 und wird mit der dritten Heizeinrichtung 47 auf die Nachreaktionstemperatur erwärmt. Hierdurch findet dann die Nachreaktion zum Teerabbau im Synthesegas statt. Dem Entgasungsabschnitt 46 kann dann wiederum ein Abscheider nachgeordnet sein. Anhand der Fig. 6 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Vorrichtung 48 zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlestoffhaltigen Eduk- ten durch Vergasung beschrieben. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.

Im Bereich der Wirbelschicht 8 ist die Vorrichtung 48 aufgebaut wie die Vorrichtung 1 nach Fig. 1. Im Unterschied zur Vorrichtung 42 nach der Fig. 5 hat die Vorrichtung 48 nach Fig. 6 einen Brenner 49, der am Über- gang zwischen dem Auslassabschnitt 44 und dem Entgasungsabschnitt 46 angeordnet ist. Der Brenner 49 sorgt für eine Erwärmung der noch nicht pyrolytisch umgesetzten restlichen, leichten Biomasse-Partikel auf die zweite Vergasungstemperatur und ggf. nachfolgend im weiteren Verlauf im Entgasungsabschnitt 46 auch auf die Nachreaktionstemperatur. Der Brenner 49 stellt also die Nachreaktions-Heizeinrichtung der Vorrichtung 48 dar. Das Synthesegas-Erzeugungsverfahren entspricht ansonsten dem, das vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 und insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bereits erläutert wurde.

Der Auslassabschnitt 44 und der Entgasungsabschnitt 46 bilden zusammen mit den dort angeordneten Heizeinheiten einen Flugstromreaktorteil 50 der Vorrichtung 42 bzw. 48. Dem Flugstromreaktor 50 ist eine Abführeinrichtung 51 nachgeordnet, die in den Fig. 5 und 6 schematisch angedeutet ist und in der das Synthesegas von den mitgeführten Feststoffanteilen über einen Abscheider getrennt wird.