Verfahren und Vorrichtung zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein einstufiges Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung. Der Brennstoff wird bei diesem Verfahren entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum zugeführt und von einem Vergasungsmedium und einem entstehenden Produktgas in gleicher Richtung durchströmt. Ein entsprechender Vergaser zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe weist einen Vergasungsraum und eine Brennstoffzuführung auf, welche den Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zuführt sowie eine Zuführung für ein Vergasungsmedium in den Vergasungsraum. Weiterhin weist der Vergaser einen oberseitig an dem Vergasungsraum angeordneten Auslass für ein Produktgas auf.

Verfahren der thermochemischen Vergasung sind im Stand der Technik seit langem bekannt, wobei in Zusammenhang mit der regenerativen Energieerzeugung sowie der Abfall- und Reststoffentsorgung seit längerem ein großes Potential in der Vergasung gesehen wird. Dennoch konnte sich bis jetzt kein derartiges Verfahren in größeren Stückzahlen am Markt etablieren.

Wirbelschichtvergaser nach dem Stand der Technik bedingen eine relativ komplexe Anlagentechnik und der Teergehalt der produzierten Gase macht für die meisten Anwendungen eine weitere, aufwändige Gasreinigung nötig. Sie werden daher üblicherweise nur für Anlagengrößen größer 1 MW elektrisch eingesetzt.

Festbettvergaser werden gewöhnlich in Gegenstrom- und Gleichstromvergaser unterteilt, Kreuzstromvergaser und Doppelfeuervergaser stellen die häufigsten Misch- und Sonderformen dar, kämpfen aber im Wesentlichen mit

den gleichen Problemen wie die beiden Grundformen. Die Gegenstromver- gaser haben zwar einen sehr guten Wirkungsgrad, sind aber wegen der extremen Teerbeladung des Produktgases für kleine und mittlere Anlagen völlig ungeeignet.

Absteigende Gleichstromvergaser sind in Form des Imbertvergasers und ähnlicher Geräte während des 2. Weltkrieges in großen Stückzahlen betrieben worden und werden in dieser oder leicht abgewandelter Form für die meisten kleineren Vergaseranlagen eingesetzt, da sie ein teerarmes Gas liefern. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff durch die Schwerkraft nach unten sinkt und der Vergaser vom Vergasungsmittel und Produktgas ebenfalls in dieser Richtung durchströmt wird. Sie erfordern grobstückigen Brennstoff mit relativ enger Korngrößenverteilung, da sonst die untenliegende Reduktionszone durch Feinanteile „verstopft" und damit für das Produktgas nicht mehr durchlässig genug ist. Zudem kann es zu einer Bildung von Brücken und Gaskanälen in Oxidations- und Reduktionszonen kommen, so dass ein mit einem hohen Teergehalt belastetes Brenngas erzeugt wird.

Zur Behebung dieser Probleme verwenden zahlreiche Erfindungen Rührwerke oder Vibratoren, wie z.B. DE 197 55 700 C2, wo mittels eines Rührwerkes die Kanalbildung verhindert werden soll. Die EP 0 955 350 B1 schlägt hingegen vor, mittels einer Drallbildung mit Hilfe der zugeführten Luft das Durchleiten ungecrackten Teers aus dem Pyrolysegas zu verhindern. Unterhalb der Oxidationszone wird hierbei ein Diaphragma eingesetzt, an welchem sich feste Partikel ansammeln sollen.

Weiterhin sind aufsteigende Gleichstromvergaser bekannt, bei welchen der Brennstoff von unten zugeführt wird. Auch hier kann es zu einer Kanal- und Brückenbildung und zu Problemen durch die Teerbeladung des Produktgases kommen. Die DE 44 17 082 C1 beschreibt einen aufsteigenden Gleichstromvergaser mit einem luftgekühlten Rührwerk zur Vermeidung von Kanal-

und Brückenbildung. Das Rührwerk trägt mittels eines Drehflügels gleichzeitig die Asche durch eine seitliche öffnung aus dem Reaktionsbehälter aus. Weiterhin ist eine Nachverbrennungskammer mit Sekundärluftzuführung oberhalb der Pyrolysezone vorgesehen, um die teerbeladenen Pyrolysegase zu cracken und staubförmigen Pyrolysekoks abzuscheiden.

Bauteile im Bereich der Oxidationszone sind hohen thermischen Belastungen sowie einem starken Verschleiß ausgesetzt. Zudem sind Einbauten bei Temperaturen deutlich über 1.000 ⁰ C teuer und besitzen eine geringe Lebenserwartung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vergasungsverfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche bei einfacher Anlagentechnik die Erzeugung eines teerarmen Produktgases ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

Bei einem einstufigen Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung wird ein Brennstoff entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum zugeführt und von einem Vergasungsmedium und einem entstehenden Produktgas in gleicher Richtung durchströmt. Als Brennstoffe kommen hierbei sämtliche kohlenstoffhaltige Feststoffe wie Biomasse, Klärschlamm, Kunststoffe und dgl. in Frage. Bei einem einstufigen Vergaser ist ein Vergasungsraum vorgesehen, eine Brennstoffzuführung, welche den Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zuführt sowie eine Zuführung für ein Vergasungsmedium. Oberseitig an dem Vergasungsraum ist weiterhin ein Aus- lass für ein Produktgas angeordnet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Brennstoff dem Vergasungsraum kontinuierlich oder zumindest quasikontinuierlich zugeführt wird, dass das Vergasungsmedium durch den

zugeführten Brennstoff hindurch einer sich schichtförmig ausbildenden Oxi- dationszone zugeführt wird und hierbei die Menge des zugeführten Vergasungsmediums durch eine Regeleinheit derart eingestellt wird, dass in einer Reduktionszone oberhalb der Oxidationszone eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet wird.

Die Brennstoffzuführung ist hierbei vorzugsweise regelbar zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Brennstoffzufuhr ausgebildet. Die Zuführung für das Vergasungsmedium ist unterhalb von sich im Vergasungsraum schichtförmig ausbildenden Reaktionszonen angeordnet, um eine gleichmäßige Durchströmung der sich im Wesentlichen homogen ausbildenden Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone zu erzielen. Durch die kontinuierliche Zuführung des Brennstoffes wird der Brennstoff in dem Vergasungsraum weitgehend homogen von unten nach oben durch den Vergasungsraum gefördert und durch das Vergasungsmedium von unten angeströmt. Der Brennstoff selbst bildet hierdurch einen Anströmboden zur Erzeugung einer stationären Wirbelschicht. Die zugeführte Menge des Vergasungsmediums ist hierbei durch eine Regeleinheit derart regelbar, dass in den unteren Bereichen des Vergasers in der Brennstoffzuführung und der Pyrolysezone ein Festbett vorliegt, in der oben liegenden Reduktionszone sich jedoch eine Wirbelschicht ausbilden kann. Dies wird ermöglicht durch die Volumenvergrößerung des durchströmenden Vergasungsmediums in Folge des starken Temperaturanstiegs in der Oxidationszone und durch die sich bildenden Pyrolyse- und Verbrennungsgase. So ist es möglich, ohne Verwendung eines mechanischen Anströmbodens und ohne weitere Fluidisierungsmittel im gleichen Reaktorgefäß, ohne mechanische Trennung, gleichzeitig eine Pyrolyse im Festbett und eine Koksvergasung durch Reduktion im Fließbett durchzuführen. Durch die Verwendung des Brennstoffes als Anströmboden bzw. die entsprechende Zuführung des Vergasungsmediums kann eine über einen breiten Luftmengenbereich stabile Wirbelschicht erzeugt werden. Hierdurch ist eine wesentlich verbesserte Umsetzung des in der Oxidationszone gebildeten Pyrolysekokses in Gas und Flugasche möglich. Durch die gleichmäßi-

ge Durchströmung der Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone kann hierbei ein vergleichsweise teerarmes Gas erzeugt werden, wobei durch die kontinuierliche Brennstoffzufuhr und die nahezu vollständige Umsetzung des Pyrolysekokses eine sehr gleichmäßige Qualität des Gases erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Vergaser arbeitet somit nach dem Grundprinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung, welches kombiniert ist mit einer integrierten Wirbelschicht.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Reduktionszone oberhalb der Oxidationszone vollständig als stationäre Wirbelschicht ausgebildet. Die Umsetzung des Brennstoffes bzw. des Pyrolysekokses kann hierdurch in günstiger Weise und in kurzer Zeit erfolgen.

Vorteilhafterweise wird der Brennstoff in dem Vergasungsraum berührungslos aufgelockert und durchmischt. Die Auflockerung und Durchmischung des Brennstoffes erfolgt nicht aktiv vermischend, sondern ausschließlich passiv, indem kontinuierlich hinreichend rieselfähiger, frischer Brennstoff zugeführt wird. Durch die gleichmäßige Durchströmung der Reaktionszonen und die Einleitung des Vergasungsmediums von unten durch den Brennstoff hindurch wird die Vermischung und Auflockerung weiter unterstützt.

Der Brennstoff wird hierdurch ständig in Bewegung gehalten, wodurch eine Kanal- und Brückenbildung im Brennstoff vermieden werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Vergasers gelingt es daher, ohne mechanische Teile im Vergasungsraum, welche stets hohen Belastungen ausgesetzt sind, ein teerarmes Gas gleichmäßiger Qualität bei einem hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Vorrichtungen zur Förderung und/oder Durchmischung des Brennstoffes sind hierbei ausschließlich außerhalb des Vergasungsraumes angeordnet, so dass in den temperaturbelasteten Zonen des Vergasungsraumes keine Bauteile liegen. Der erfindungsgemäße Vergaser kann hierdurch störungsarm

betrieben werden und ist nur geringem Verschleiß ausgesetzt. Zudem ist der bauliche Aufwand eines derartigen Vergasers gering. Je nach Art des verwendeten Brennstoffes können jedoch auch zusätzliche Mischeinrichtungen verwendet werden.

Vorzugsweise wird das Verfahren hierbei derart geführt, dass der Brennstoff in der Oxidationszone mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit von oben nach unten verbrannt wird. Dies kann durch eine entsprechende kontinuierliche Zuführung des Vergasungsmediums erzielt werden, so dass sich bei einem gleichbleibenden Verhältnis der Zufuhr des Vergasungsmediums und des Brennstoffes eine schichtförmige Oxidationszone ausbildet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn als Brennstoff ein pelletförmiger Brennstoff verwendet wird, wobei vorzugsweise Holzpellets zum Einsatz kommen. Insbesondere mit Holzpellets steht ein genormter Brennstoff mit definierten Eigenschaften zur Verfügung, der in großer Menge am Markt verfügbar ist. Die Homogenität und Rieselfähigkeit pelletierter Brennstoffe ermöglicht eine relativ einfache Vergaserkonstruktion unter Verwendung einfacher Fördertechnik und führt so zu kostengünstigen Gesamtanlagen. Der Mehrpreis gegenüber nicht pelletierten Brennstoffen wird damit mehr als wett gemacht. Hackschnitzel kleiner Körnung sind jedoch ebenso denkbar und geeignet.

Vorzugsweise wird das Vergasungsmedium gemeinsam mit dem Brennstoff zugeführt und durchströmt nacheinander eine Pyrolysezone, die Oxidationszone und die Reduktionszone. Bei einer Vorrichtung zum Vergasen fester Brennstoffe ist die Zuführung für das Vergasungsmedium vorzugsweise gemeinsam mit der Brennstoffzuführung ausgebildet.

Eine Ausführung mit einer getrennten Zuführung für das Vergasungsmedium ist ebenso möglich. Vorzugsweise erfolgt jedoch auch hier die Zufuhr des Vergasungsmediums von ganz unten, da hierdurch die Durchmischung des Brennstoffs unterstützt wird. Weiterhin wird die Entstehung von Kanälen und

das Zurückrieseln von Feinanteilen verhindert. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das Vergasungsmedium unterhalb der Pyrolysezone beispielsweise über eine Ringdüse seitlich zuzuführen.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Vergaser mit unterschiedlicher Leistung betreibbar ist. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoff mit nach oben hin abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergasungsraum gefördert wird. Durch den Abbrand des Brennstoffes in der Oxidationszone mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit nach unten hin verschiebt sich hierbei lediglich die Lage der Oxidationszone innerhalb des Vergasungsraumes, wobei sich jedoch stets selbstregelnd ein stabiler Betriebspunkt einstellt.

Um den Vergaser mit unterschiedlicher Leistung betreiben zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Vergasungsraum einen sich nach oben erweiternden Querschnitt aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass der Brennstoff mit nach oben hin abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergaser geführt wird. Hierdurch ist in günstiger Weise eine Anpassung an die in den einzelnen Reaktionszonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufenden Prozesse möglich. Die Lage der Oxidationszone in dem Vergasungsraum stellt sich hierbei stets an der Stelle ein, wo Abbrandgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit übereinstimmen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Ascheaustragvorrichtung lediglich durch den Auslass für das Produktgas und das austretende Produktgas gebildet ist. Die entstehende Asche wird hierbei vollständig durch das austretende Produktgas ausgetragen. Durch den oberen Abbrand und die nahezu vollständige Stoffumsetzung sind keine weiteren Austragvorrichtungen für die Asche erforderlich.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Vergasungsraum von einer Isolierung vorzugsweise aus keramischen Fasern um-

geben. Die thermische Belastung der Vergaseraußenwand kann hierdurch reduziert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Vergasungsmedium und/oder der Brennstoff vorgewärmt werden. Ein Teil der benötigten Prozesswärme kann hierdurch von außen in den Prozess eingebracht werden. Ebenso kann die benötigte Prozesswärme jedoch auch vollständig autotherm durch unterstö- chiometrische Verbrennung eines Teiles des Brennstoffes erfolgen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Reduktionszone eine Zuführung für überhitzten Wasserdampf und/oder Luft angeordnet ist. Die Reduktion der Oxidationsprodukte kann hierdurch günstig beeinflusst und die Gaszusammensetzung an die Erfordernisse angepasst werden.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn in dem Vergasungsraum wenigstens ein Temperatursensor angeordnet ist, welcher den Füllstand des Vergasungsraumes überwacht. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn in dem Vergasungsraum eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet ist, welche die Lage der sich ausbildenden Reaktionszonen, insbesondere der Oxidationszone, erfassen. Da sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einzelnen Reaktionszonen sehr homogen und schichtförmig ausbilden, weisen diese deutliche Temperaturdifferenzen auf. Die Lage der Reaktionszonen sowie der Füllstand in dem Vergasungsraum kann hierdurch einfach, kostengünstig und ohne die Anordnung bewegter Teile durch Tem- peratursensoren erfasst werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Wand des Vergasungsraumes aus einem herkömmlichen Stahl ausgeführt ist. Durch die gleichmäßige Durchströmung der Reaktionszonen sowie den hohen Stoffumsatz in der Wirbelschicht kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein teerarmes Produktgas bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von maximal etwa 850 °C erzeugt werden. Dabei liegt im Bereich der hohen Temperaturen eine redu-

zierende Atmosphäre vor. Der bauliche Aufwand des Vergasers kann somit durch Verwendung eines herkömmlichen Stahls gering gehalten werden. Besondere Feuerfestauskleidung, hochtemperaturbeständige Stähle oder Keramiken sind nicht erforderlich.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die mit dem Produktgas ausgetragene Asche mittels einer Abscheideeinrichtung aus dem Produktgas abgeschieden wird. Dies kann mit einfachen Mitteln, beispielsweise einem Zyklonabscheider, bewerkstelligt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vergasers in einem schematischen Vertikalschnitt sowie eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Reduktionszone in Form einer Wirbelschicht ausgebildet ist.

In beiden Figuren weist der Vergaser 1 eine Brennstoffzuführung 2 im Vergaserboden mit einer Fördereinheit 5 für den Brennstoff auf. Im Inneren des Vergasers 1 ist ein Vergasungsraum 3 angeordnet, welcher im gezeigten Beispiel einen veränderlichen Querschnitt aufweist. Vorliegend ist der Vergasungsraum 3 kegelstumpfförmig ausgeführt und von der äußeren Vergaserwandung durch eine Isolierung 4 getrennt.

Im oberen Bereich des Vergasungsraumes 3 ist ein Gassammeiraum 12 ausgebildet, in welchem die entstehenden Gase 14 gesammelt und durch den oberseitig an dem Vergasungsraum 3 angeordneten Auslass 7 abgezogen werden. Weiterhin weist der Vergaser 1 eine Zuführung 6 für ein Verga-

sungsmedium 16 auf, welche mit einer Regeleinheit 15 in Wirkverbindung steht. Durch die Regeleinheit 15 ist erfindungsgemäß die Menge des zugeführten Vergasungsmediums 16 derart steuerbar, dass sich selbsttätig ohne mechanische Anströmböden in dem Vergasungsraum und ohne zusätzliche Fluidisierungsmittel eine Wirbelschicht 17 ausbildet.

Figur 1 zeigt hierbei einen Vergaser 1 , bei welchem die Zuführung 6 für das Vergasungsmedium 16 gemeinsam mit der Zuführung 2 für den Brennstoff 8 ausgebildet ist. Hierdurch wird der Brennstoff 8 von unten von dem Vergasungsmedium 16 durchströmt, so dass die Durchmischung des Brennstoffes 8 unterstützt und eine gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmediums 16 über den gesamten Querschnitt sichergestellt wird.

Die Zufuhr des Vergasungsmediums 16 kann jedoch auch, wie in Figur 2 gezeigt, unterhalb der Pyrolysezone 9 seitlich durch eine Ringdüse erfolgen. Auch hier erfolgt jedoch die Zufuhr des Vergasungsmediums 16 durch den Brennstoff 8 hindurch, um hierdurch eine Durchmischung des Brennstoffes 8 und gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmediums 16 zu erzielen. Zusätzliche mechanische Mischeinrichtungen sind somit nicht erforderlich. Zudem kann hierdurch verhindert werden, dass Feinanteile aus den obenliegenden Reaktionszonen 9, 10, 1 1 zurück in den Brennstoff 8 gelangen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Brennstoff 8 entgegen der Schwerkraft kontinuierlich oder quasikontinuierlich, d.h. die gleiche Menge an Brennstoff je Zeiteinheit, durch die Brennstoffzuführung 2 in den Vergasungsraum 3 gedrückt und durch den Vergaser 1 gefördert. Der Brennstoff 8 wird hierbei vom Vergasungsmedium 16 und Produktgas 14 in der gleichen Richtung durchströmt. Es handelt sich in dieser Hinsicht also um eine aufsteigende Gleichstromvergasung. Als Vergasungsmedium 16 kommt vorteilhafterweise vorgewärmte Luft zum Einsatz. Der Prozess kann jedoch auch vollständig autotherm geführt werden.

Der Abbrand des Brennstoffes 8 erfolgt dabei von oben nach unten, wobei sich bei einem geeigneten gleichbleibenden Verhältnis Luftzufuhr zu Brennstoffzufuhr eine schichtförmige Oxidationszone 10 ausbildet. Durch die in der Oxidationszone 10 herrschenden Temperaturen von über 800 °C bildet sich unterhalb derselben eine ebenfalls schichtförmige Pyrolysezone 9, in welcher sich der Brennstoff 8 bei Temperaturen um 500 °C in Pyrolysekoks und gasförmige Verbindungen zersetzt. Das mit der von unten durch den Brennstoff 8 strömenden Luft 16 in der Pyrolysezone 9 gebildete Gas-Luftgemisch unterhält die Energieerzeugung in der Oxidationszone 10, wo ein Teil dieser Gase und des Pyrolysekokses verbrennt. Der verbleibende in der Pyrolysezone 9 gebildete Pyrolysekoks wandert allmählich durch die Oxidationszone 10 nach oben und bildet darüber eine Reduktionszone 1 1 aus. Die Darstellung der Figur 2 zeigt hierbei einen Prozess, bei welchem die Reduktionszone 1 1 im Wesentlichen vollständig in Form einer Wirbelschicht 17 ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders gute und schnelle Umsetzung des Pyrolysekokses erzielt werden. Je nach Prozessführung und evtl. auch baulichen Gegebenheiten des Vergasers 1 ist jedoch auch ein Verfahren nach Figur 1 möglich, wobei die Reduktionszone 1 1 oberhalb der Oxidationszone 10 zunächst schichtförmig ausgebildet wird. Im oberen Bereich des Vergasungsraumes liegt die Reduktionszone 11 hingegen als Wirbelschicht 17 vor. In jedem Falle wird die Vergasung nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung durchgeführt, welche jedoch erfindungsgemäß mit einer integrierten Wirbelschicht 17 in der Reduktionszone 1 1 kombiniert ist.

In der Reduktionszone 1 1 , 17 wird der Pyrolysekoks unter anderem von CO ₂ und H ₂ O aus der Pyrolysezone 9 und der Oxidationszone 10 durchströmt, wobei diese endotherm zu den brennbaren Gasen CO und H ₂ reduziert werden, wodurch der Pyrolysekoks vergast wird.

Wenn sich nun in der Reduktionszone 11 durch Feinanteile die Zwischenräume im Pyrolysekoks zusetzen, so führt der dadurch ansteigende Gasdruck dazu, dass der Pyrolysekoks angehoben und damit gelockert wird. Es

bildet sich erfindungsgemäß durch die entspreche Einstellung der zugeführten Menge des Vergasungsmediums 16 und die Anströmung des Brennstoffs 8 von unten ein Gleichgewicht zwischen Gasdruck und Gewichtskraft des Pyrolysekokses bis hin zum Fließbett.

Das von unten zugeführte Vergasungsmedium 16, vorzugsweise Luft, erfährt in der Oxidationszone 10 einen sprunghaften Temperaturanstieg und damit verbunden eine Volumenvergrößerung. Zusammen mit den entstehenden Pyrolyse- und Verbrennungsgasen führt dies insbesondere beim bevorzugten Einsatz handelsüblicher Holzpellets als Brennstoff zur dauerhaften Ausbildung einer Wirbelschicht 17 in der Reduktionszone 1 1. Damit wird die von Festbettvergasern bekannte kritische Kanalbildung in diesem Bereich vollständig unterbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 bildet der Brennstoff 8 durch seine kontinuierliche Förderung bei entsprechender Regelung der Zufuhr des Vergasungsmediums 16 einen Anströmboden zur Wirbelschichterzeugung. Die Wirbelschicht 17 kann hierbei ohne weitere Fluidisierungsmittel erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, den in der Oxidationszone 10 gebildeten Pyrolysekoks nahezu vollständig zu Gas und Flugasche umzusetzen und damit einen hohen Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass die Wirbelschicht 17 in dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 über einen relativ breiten Luftmengenbereich stabil ist und damit die Regelung der Luftmenge durch die Regeleinheit 15 auf die für die thermochemische Vergasung nötigen Luftraten problemlos möglich ist.

Die entstehende Asche wird vorzugsweise als Flugasche ohne zusätzliche Austragsvorrichtungen mit dem Prozessgas 14 ausgetragen und danach mit einfachen Mitteln, beispielsweise durch einen Zyklonabscheider, aus dem Produktgas 14 abgeschieden. Durch den oberen Abbrand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie die Führung des Vergasungsmediums 16

sowie das Produktgas 14 durch den Vergaser 1 und die gute Umsetzung des Brennstoffs 8 ist das Produktgas 14 mit dem Auslass 7 als Austragvorrichtungen für die Asche vollkommen ausreichend. Sofern dennoch überschüssiger Pyrolysekoks entsteht oder gezielt erzeugt werden soll, kann dieser ebenfalls zusammen mit der entstehenden staubförmigen Asche mit dem Produktgas 14 abgezogen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren führt die gleichmäßige Durchströmung der sich sehr homogen ausbildenden Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszonen 9, 10, 1 1 zur Erzeugung eines teerarmen Gases sehr gleichmäßiger Qualität bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von etwa 850 °C in der Oxidationszone 10. Dadurch wird es möglich, einen erfindungsgemäßen Vergaser 1 ohne Verwendung spezieller hochtemperaturbeständiger Stähle oder Keramiken auszuführen. Selbst herkömmlicher Baustahl ist verwendbar, da durch die reduzierende Atmosphäre der unterstöchiometri- schen Verbrennung keine nennenswerte Oxidation stattfindet. Die Vermeidung der im Stand der Technik üblichen keramischen Bauteile führt zudem bedingt durch geringe Wärmekapazitäten vorteilhafterweise zu kurzen Aufheiz- und Abkühlzeiten beim An- und Abfahren erfindungsgemäßer Vergaser 1.

Eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Vergasers 1 besitzt wie im Beispiel dargestellt einen sich nach oben erweiternden Querschnitt des Vergasungsraumes 3. Dies erlaubt den Betrieb mit unterschiedlicher Leistung, denn es bewirkt, dass der Brennstoff 8 mit abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergaser 1 nach oben wandert. Der in der Oxidationszone 10 mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit nach unten zu erfolgende Ab- brand führt nun dazu, dass sich selbstregelnd ein stabiler Betriebspunkt einstellt, bei dem die Oxidationszone 10 an der Stelle verharrt, wo Abbrandge- schwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit des Brennstoffes 8 übereinstimmen.

Weiterhin sorgt die kontinuierliche oder quasikontinuierliche Zufuhr neuen Brennstoffes 8 insbesondere in Verbindung mit dem wechselnden Querschnitt des Vergasungsraumes 3 für eine ständige Bewegung und Durchmischung des Materials und verhindert damit ohne weitere mechanische Vorrichtungen die Kanal- und Brückenbildung in Oxidations- und Reduktionszone 10, 1 1.

Im Vergasungsraum ist weiterhin eine Mehrzahl übereinander angeordneter Temperatursensoren 13 angeordnet, welche mit der Regeleinheit 15 zusammenwirken und den Füllstand des Vergasungsraumes 3 sowie die Lage der Reaktionszonen (9, 10, 1 1 ) messtechnisch erfassen. Die Grenzen zwischen dem Brennstoff 8 und der Pyrolyse- und Oxidationszone (9, 10) sowie zwischen der Reduktionszone (1 1 ) und dem darüber liegenden Gassammel- raum (12) sind aufgrund der sehr homogenen Ausbildung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 durch deutliche Temperaturdifferenzen gekennzeichnet. Die regelungstechnisch wichtige Lage der Reaktionszonen 9, 10, 1 1 , insbesondere der Oxidationszone 10, sowie die Füllhöhe können somit kostengünstig und ohne bewegte Teile in einfacher Weise erfasst werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein erfindungsgemäßer Vergaser 1 ohne bewegte Teile im heißen Bereich auskommt und keine mechanisch belasteten heißen Teile aufweist, welche im Stand der Technik häufig eine Störquelle darstellen. Der erfindungsgemäße Vergaser 1 findet durch selbstregelnde Eigenschaften bei geringem mechanischen und/oder elektronischen Regelungsaufwand einen stabilen Betriebspunkt und liefert damit dauerhaft ein teerarmes Produktgas mit nur geringfügig schwankender Qualität. Kanal- und Brückenbildung sowie Teerschlupf können vermieden werden. Der erfindungsgemäße Vergaser 1 ist daher insbesondere für kleine und mittlere Anlagen bis ca. 1 MW elektrisch geeignet, da keine aufwändige Gasnachbehandlung erforderlich ist. Ebenso ist es möglich, direkt ein motorfähiges Produktgas zu erzeugen. Weiterhin ist

mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei entsprechender Prozessführung auch die Herstellung von Holzkohle möglich.

Der eingesetzte Brennstoff 8 braucht nicht grobstückig zu sein und darf hohe Mengen Feinanteil enthalten, da durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und Prozessführung eine Verstopfungsneigung vermieden wird. Somit können Brennstoffe 8 verwendet werden, die in ausreichender Menge am Markt verfügbar sind.

Durch den einfachen konstruktiven Aufbau und eine einfache Regelungstechnik mittels der Regeleinheit 15 kann der erfindungsgemäße Vergaser 1 zudem kostengünstig hergestellt und betrieben werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.