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Title:
METHOD AND PLANT FOR GENERATING A GASIFICATION AGENT FOR A GASIFICATION PROCESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/092876
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for generating a gasification agent (2) for a gasification process and for generating product gas by gasification of at least one carbon carrier (1), wherein, in the gasification process, a product gas (5) is generated by gasification of liquid, solid or paste-like carbon carriers (1) having a calorific value greater than 12 MJ/kg in a fluidised bed of a gasification reactor (3) and with the addition of the gasification agent (2), wherein a low-calorie fuel with a calorific value of between 2.5 and 12 MJ/kg, such as slag, for example from refuse incineration, or such as old tyres, municipal waste, sewage sludge, biomass, and carbon-containing residues discharged from the product gas (5) and/or from the gasification reactor (3) are burnt in order to generate the gasification agent (2) in a separate melting furnace (9) with the addition of an oxidising agent (10), and wherein the generated gasification agent (2) is supplied at least partially, preferably in full, to the gasification reactor (3) for direct heat transfer.

Inventors:
MEIER WINFRIED (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/025163
Publication Date:
June 08, 2017
Filing Date:
December 02, 2016
Export Citation:
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Assignee:
WINCIP GMBH (DE)
International Classes:
C10J3/48; C10J3/80
Domestic Patent References:
WO2006123018A12006-11-23
Foreign References:
DE19652770A11998-06-25
EP0489226A11992-06-10
US4696678A1987-09-29
DE19652770A11998-06-25
Attorney, Agent or Firm:
SCHLEITZER, Dirk-Karsten (DE)
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Claims:
1 . Verfahren zur Erzeugung eines Vergasungsmittels (2) für einen Vergasungs- prozess und zur Produktgaserzeugung durch Vergasung wenigstens eines Kohlenstoffträgers (1 ), wobei in dem Vergasungsprozess ein Produktgas (5) durch Verga- sung von flüssigen, festen oder pastösen Kohlenstoffträgern (1 ) mit einem Heizwert von größer 12 MJ/kg in einer Wirbelschicht eines Vergasungsreaktors (3) und unter der Zufuhr des Vergasungsmittels (2) erzeugt wird, wobei ein niederkalorischer Brennstoff mit einem Heizwert zwischen 2,5 bis 12 MJ/kg, wie Schlacke, beispielsweise aus der Müllverbrennung, oder beispielsweise Altreifen, Siedlungsabfälle, Klärschlämme, Biomasse, und aus dem Produktgas (5) und/oder aus dem Vergasungsreaktor (3) abgeführte kohlenstoffhaltige Reststoffe zur Erzeugung des Vergasungsmittels (2) in einer separaten Schmelzfeuerung (9) unter Zufuhr eines Oxi- dationsmittels (10) verbrannt werden und wobei das erzeugte Vergasungsmittel (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, dem Vergasungsreaktor (3) zur di- rekten Wärmeübertragung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Vergasungsmittels (2) beim Eintritt in den Vergasungsreaktor (3) wenigstens 1200 °C, vorzugsweise wenigstens 1400 °C, beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Grobasche (1 1 ) aus dem Vergasungsreaktor (3) abgeführt und in der Schmelzfeuerung (9) verbrannt wird und/oder dass mit dem Produktgas (5) ausgetragene kohlenstoffhaltige Reststoffe, vorzugsweise zusammen mit Flugasche (7), vom Produktgas (5) abgetrennt und in der Schmelzfeuerung (9) verbrannt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel (2) einen Kohlendioxidgehalt von größer oder gleich 60 Vol.-%, vorzugsweise von größer oder gleich 70 Vol.-%, weiter vorzugs- weise von größer oder gleich 95 Vol.-%, besonders bevorzugt bis 100 Vol.-%, aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel (2) einen Sauerstoffgehalt von kleiner oder gleich 40 Vol.-%, vorzugsweise von kleiner oder gleich 30 Vol.-%, aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasungstemperatur im Vergasungsreaktor (3) zwischen 800 °C und 1 100 °C, vorzugsweise zwischen 950 °C und 1000 °C, beträgt.

5 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel (10) einen Sauerstoffgehalt von größer oder gleich 90 Vol.-%, vorzugsweise von größer oder gleich 95 Vol.-%, weiter vorzugsweise bis 100 Vol.-%, aufweist.

10 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vergasungsreaktor (3) ein Inertgas (18), insbesondere Kohlendioxid, zugeführt wird.

9. Kombinierte Vergasungs- und Feuerungsanlage (4) zur Erzeugung eines Verl s gasungsmittels (2) für einen Vergasungsprozess und zur Produktgaserzeugung durch Vergasung von flüssigen, festen oder pastösen Kohlenstoffträgern (1 ) mit einem Heizwert von größer 12 MJ/kg in einer Wirbelschicht, mit wenigstens einem Vergasungsreaktor (3), mit wenigstens einer vom Vergasungsreaktor (3) räumlich getrennten Schmelzfeuerung (9), mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung zur 20 Abscheidung kohlenstoffhaltiger Reststoffe aus dem Vergasungsreaktor (3) und/oder zur Abscheidung kohlenstoffhaltiger Reststoffe aus dem Produktgas (5), und mit wenigstens einer Zuführeinrichtung zur Zufuhr von niederkalorischen Brennstoffen mit einem Heizwert zwischen 2,5 bis 12 MJ/kg, wie Schlacken, beispielsweise aus der Müllverbrennung, oder beispielsweise von Altreifen, Sied- 25 lungsabfällen, Klärschlämmen, Biomassen, zur Schmelzfeuerung (9), ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Verfahren und Anlage zur Erzeugung eines

Vergasungsmittels für einen Vergasungsprozess

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine kombinierte Verga- sungs- und Feuerungsanlage zur Erzeugung eines Vergasungsmittels für einen Vergasungsprozess und zur Erzeugung eines Produktgases durch Vergasung wenigstens eines Kohlenstoffträgers, wobei in dem Vergasungsprozess in einer Wirbelschicht eines Vergasungsreaktors unter Zufuhr des Vergasungsmittels ein Produktgas durch Vergasung von flüssigen, festen oder pastösen Kohlenstoffträgern mit einem Heizwert größer 12 MJ/kg erzeugt wird.

Bei der Wirbelschichtvergasung handelt es sich um ein erprobtes Verfahren, das vor allem im Bereich der Kohlevergasung, aber auch im Bereich der Vergasung von Biomassen und/oder sonstigen kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen eingesetzt wird. In Wirbelschichtvergasern wird der zu vergasende feinkörnige Kohlenstoffträger in ein fluidisiertes Bettmaterial eingebracht und von unten her durch einen Anströmboden von einem Vergasungsmittel durchströmt. Nach Überschreiten einer minimalen Fluidisierungsgeschwindigkeit des Gases bildet sich eine stationäre Wirbelschicht mit definierter Oberfläche aus. Oberhalb des Wirbelbettes ist eine heiße Reaktionszone vorhanden, die vom aus dem Wirbelbett freigesetzten Gas durchströmt wird und in der das Gas weiterreagieren kann. Bei steigender Gasgeschwindigkeit expandiert die Wirbelschicht, so dass es zu einer gleichmäßigen Verteilung des Feststoffs über die Reaktorhöhe kommt. Bei der zirkulierenden Wirbelschichtvergasung wird das vom Synthesegas bzw. Produktgas mitgerissene Bett- material, die so genannte "Flugasche", in einem dem Vergasungsreaktor nachgeschalteten Heißzyklon vom Produktgas abgetrennt und in den Vergasungsreaktor zurückgeführt.

Die thermische Leistung von Wirbelschichtvergasern liegt üblicher Weise im Be- reich zwischen 1 MWthermisch und weit über 100 MWthermisch- Der Feststoffgehalt im Produktgas ist aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeiten im Vergasungsreaktor größer als bei Festbettvergasern, zudem ist der Ausbrand der Asche in der Regel schlecht. Diese besteht bei der zirkulierenden Wirbelschichtvergasung zu ca. 80 % aus Kohlenstoff, was sich negativ aus den Kaltgaswirkungsgrad des Verga- sungsprozesses auswirkt. Bei der Vergasung handelt es sich um einen endothermen Prozess, wobei dem Vergasungsreaktor Wärme auf hohem Temperaturniveau zuzuführen ist. Bei der autothermen Vergasung wird die für den Vergasungsprozess benötigte Reaktionswärme durch partielle Oxidation des kohlenstoffhaltigen Einsatzmaterials im Inne- ren des Vergasers bereitgestellt. Die partielle Oxidation des Kohlenstoffträgers führt zu einer Verringerung des Kalkgaswirkungsgrades des Vergasungsprozesses. Darüberhinaus entsteht bei der partiellen Oxidation des Kohlenstoffträgers Rauchgas, das das Produktgas verdünnt und damit zu einer Heizwertsenkung des Produktgases führt. Insbesondere bei der Vergasung mit Luft als Vergasungsmittel kommt es zu einer starken Verdünnung des Produktgases durch den Stickstoffan- teil der Luft. Aufgrund der Wärmebereitstellung durch partielle Oxidation des Kohlenstoffträgers ist ein wirtschaftlicher Betrieb des Vergasungsprozesses daher in der Regel nur bei der Vergasung von höherkalorischen Einsatzmaterialien möglich. Niederkalorische Einsatzmaterialien lassen sich dagegen nur eingeschränkt für den Vergasungsprozess nutzen. Bei der Vergasung mit Luft schränkt der vergleichsweise geringe Heizwert des Produktgases dessen Nutzungsmöglichkeiten ein.

Ändert sich die Menge und/oder die Zusammensetzung des kohlenstoffhaltigen Einsatzmaterials für den Vergasungsprozess, ändert sich auch die Reaktionswär- me für den endotherm Vergasungsprozess, die durch partielle Oxidation des Kohlenstoffträgers bereitgestellt werden muss. Die Einstellung einer optimalen Sauerstoffmenge für den Vergasungsprozess ist jedoch verfahrenstechnisch aufwendig, insbesondere dann, wenn Luft als Vergasungsmittel eingesetzt wird. Hierbei kommt es durch den Stickstoffanteil der Luft zur Abkühlung des Vergasungsprozesses und zu einer mehr oder weniger starken Verdünnung des Produktgases durch die veränderte Menge des Vergasungsmittels. Die Erzeugung eines Produktgases mit im Wesentlichen gleichbleibendem Heizwert ist daher nur eingeschränkt möglich.

Bei der allothermen Vergasung wird die Reaktionswärme für den Vergasungspro- zess ganz oder teilweise aus einer externen Wärmequelle gedeckt. Dadurch wird die Verdünnung des Produktgases vermieden und es lassen sich Produktgase mit höheren Heizwerten erzeugen. Hauptproblem bei der Realisierung einer allothermen Vergasung ist allerdings der Wärmeeintrag in den Vergasungsreaktor. Die al- lotherme Vergasung ist bislang mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.

Die energetische Verwertung von niederkalorischen Brennstoffen, wie Schlacken, Altreifen, Siedlungsabfällen, Klärschlämmen oder Biomassen, stellt sich als problematisch dar. In der Regel werden diese Brennstoffe zusammen mit energetisch hochwertigeren Brennstoffen einer thermischen Nutzung durch Verbrennung zugeführt. Beispielsweise ist eine gemeinsame Verbrennung mit Feststoffen in befeuerten Kraftwerken (Kohlekraftwerken, Braunkohlekraftwerken) möglich. Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Verfahren zur Vergasung von niederkalori- sehen Brennstoffen bekannt. Bei der Klärschlammvergasung beispielsweise kann einem zuvor getrockneten Klärschlammgranulat bei Temperaturen um 850 °C das organische Restmaterial in einem Wirbelschichtvergaser zur Erzeugung eines Synthesegases entzogen werden. Dieses Synthesegas ist ein Schwachgas, das zur Schlammtrocknung und zum Antrieb von Gasmotoren verwendet werden kann. Die Vergasung von niederkalorischen Brennstoffen ist jedoch verfahrenstechnisch aufwendig und in der Regel lediglich nach dem Prinzip "Verwerten statt Entsorgen" wirtschaftlich gerechtfertigt.

Aus der Entgegenhaltung DE 196 52 770 A1 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Anlage zur Produktgaserzeugung bekannt, wobei kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe in Form von Abfallstoffen, Biomassen oder auch Kohle in einer zirkulierenden Wirbelschicht in einem Vergasungsreaktor unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases vergast werden. Aus dem Vergasungsprozess stammender Flugstaub wird aus dem Vergasungsreaktor abgezogen und in einer Brennkammer verbrannt. Die dabei entstehenden festen oder flüssigen und gasförmigen Verbrennungsprodukte werden gemeinsam in den oberen Bereich des Vergasungsreaktors aufgegeben, wo sie vom Wirbelbett aufgenommen werden. Aus der Brennkammer kann flüssige Schlacke abgezogen werden, so dass sie nicht in den Vergasungsreaktor gelangt.

Die Vergasung von niederkalorischen Festbrennstoffen, beispielsweise von kommunalem oder industriellem Müll, Biomassen oder sonstigen Reststoffen, erfordert üblicherweise eine Vorsortierung, um den Vergasungsprozess störende Bestandteile aus dem Festbrennstoff auszusondern. Anschließend muss der verbleibende Festbrennstoff in der Regel zerkleinert werden, um eine geringe Stückigkeit zu erreichen, bevor er vergast wird. Um einen höheren Heizwert des aus den Vergasungsreaktor kommenden Gases zu erreichen, werden die Festbrennstoffe zudem vor der Vergasung getrocknet. Da der Vergasungsprozess aufwendig ist und durch eine nicht gleichbleibende Brennstoffzusammensetzung zusätzlich erschwert wird, ist die Wirtschaftlichkeit der energetischen Nutzung von niederkalorischen Brennstoffen durch Vergasung meist nicht gegeben. Zudem wird in der Regel ein Synthesegas mit einem geringen Heizwert erzeugt, was die Nutzungsmöglichkeiten des Synthesegases einschränkt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine kombinierte Vergasungs- und Feuerungsanlage jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine energetische Verwertung von niederkalorischen Brenn- Stoffen bei hoher Wirtschaftlichkeit und geringen Anforderungen an die Verfahrenstechnik ermöglichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus, ein Verfahren und eine Anlage jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei einfa- eher Prozessführung und geringem technischen Aufwand die Erzeugung eines Synthesegases bzw. Produktgases mit hohem Heizwert ermöglichen und mit denen sich ein hoher Kaltgaswirkungsgrad des Vergasungsprozesses erreichen lässt.

Im Übrigen sollen das Verfahren und die Anlage die Erzeugung eines Synthesega- ses bzw. Produktgases mit im Wesentlichen gleichbleibendem Heizwert auch bei einer Änderung der Menge und/oder der Zusammensetzung des für die Vergasung eingesetzten Kohlenstoffträgers in einfacher Weise zulassen.

Die vorgenannten Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine Anlage mit den Merkmalen von Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Feuerung wenigstens ein weiterer, nicht aus dem Vergasungsprozess stammender Kohlenstoffträger mit einem Heizwert (bei 25 °C) von kleiner 12 MJ/kg, insbesondere von kleiner 10 MJ/kg, weiter insbesondere von kleiner 8 MJ/kg, zugeführt, wobei in der Feuerung heizwertarme Brennstoffe, verschiedenartigste Schlacken, beispielsweise aus der Müllverbrennung, oder auch beliebige andere Materialien, beispielsweise Altreifen, Siedlungs- abfalle, Klärschlämme, Biomasse, heizwertfreien Materialien zur Schlackeverbesserung und dergleichen, verbrannt werden können. In der Feuerung wird aus dem niederkalorischen Brennstoff und aus dem Produktgas und/oder aus dem Vergasungsreaktor abgeführten kohlenstoffhaltigen Reststoffen ein Vergasungsmittel erzeugt und für eine Wärmeübertragung zum Vergasungsreaktor weitergeleitet. Das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Vergasungsmittels für einen Vergasungsprozess von Kohlenstoffträgern mit einem Heizwert von größer 12 MJ/kg durch Verbrennung niederkalorischer Brennstoffe in einem vom Vergasungsprozess getrennten Verbrennungsprozess. Der Heizwert des niederkalorischen Kohlenstoffträgers liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 2,5 bis 12 MJ/kg. Grundsätzlich ist es möglich, dass der Feuerung bedarfsweise zusätzlich noch ein weiterer nicht aus dem Vergasungsprozess stammender (externer) Kohlenstoffträger mit einem Heizwert von größer als 12 MJ/kg zugeführt wird. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass in der Feuerung lediglich der niederkalorische Brennstoff zusammen mit aus dem Produktgas und/oder aus dem Vergasungsreaktor abgeführten kohlenstoffhaltigen Reststoffen verbrannt wird.

Der Einsatz von niederkalorischen Brennstoffen als Kohlenstoffträger in der Feuerung eröffnet die Möglichkeit, niederkalorische Brennstoffe zur Erzeugung eines Vergasungsmittels zu nutzen und damit den Vergasungsprozess, in dem Kohlenstoffträger mit einem Heizwert von größer 12 MJ/kg vergast werden, hochwirt- schaftlich zu betreiben und ein Synthesegas mit hohem Heizwert zu erzeugen. Zudem ist die energetische Nutzung niederkalorischer Brennstoffe in der Feuerung bei sehr hohen Feuerungstemperaturen auch bei wechselnder Brennstoffzusammensetzung verfahrenstechnisch einfach durchführbar und leicht Steuer- und regelbar.

Die Synthese- bzw. Produktgaserzeugung erfolgt in einem Wirbelschichtvergaser, insbesondere in einer zirkulierenden Wirbelschicht, wobei die Hauptbestandteile des Synthesegases Wasserstoff, Kohlenmonoxid und gegebenenfalls Methan sowie weitere Kohlenwasserstoffe sind. In dem Vergasungsreaktor kommt es dann zur direkten Wärmeübertragung zwischen dem Vergasungsmittel und der Vergasungszone mit dem zu vergasenden Kohlenstoffträger, wobei sich das Vergasungsmittel im Vergasungsreaktor mit der Atmosphäre des Vergasungsreaktors vermischt. Erfindungsgemäß werden kohlenstoffhaltige Reststoffe aus dem Synthesegas und/oder aus dem Vergasungsreaktor abgeführt und in einer separaten Feuerung unter Zuführung eines Oxidationsmittels verbrannt. Das Rauchgas aus der Feuerung wird dann als Vergasungsmittel genutzt und zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, dem Vergasungsreaktor zugeführt. Das erzeugte Synthesegas kann ein Rohstoff für die chemische Industrie sein und/oder als Brennstoff genutzt werden. Die erfindungsgemäße Anlage weist dementsprechend we- nigstens einen nach dem Prinzip der Wirbelschichtvergasung arbeitenden Vergasungsreaktor, insbesondere einen zirkulierenden Wirbelschicht-Vergaser, wenigstens eine von dem Vergasungsreaktor räumlich getrennte Feuerung und wenigstens eine Abscheideeinrichtung zur Abscheidung kohlenstoffhaltiger Reststoffe aus dem Vergasungsreaktor und/oder zur Abscheidung kohlenstoffhaltiger Reststoffe aus dem Synthesegas auf.

In der Feuerung kommt es erfindungsgemäß zur Oxidation von Kohlenstoffanteilen der aus dem Vergasungsprozess stammenden Rückstände. Die Feuerung liefert somit das Vergasungsmittel für den Wirbelschichtreaktor und die Vergasungsenergie in Form von Wärme, wobei das Rauchgas der Feuerung im Wesentlichen Kohlendioxid und gegebenenfalls Sauerstoff sowie Wasserdampf aufweisen kann. Durch Einsatz der heißen Rauchgase aus der Feuerung als Vergasungsmittel kann die für den endothermen Vergasungsprozess erforderliche Reaktionswärme zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig ohne innere partielle Oxidation des eingesetzten Kohlenstoffträgers, bereitgestellt werden, was zu einer Verbesserung des Kaltgaswirkungsgrades des Vergasungsprozesses führt. Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgelegt, dass wenigstens 90 %, insbesondere wenigstens 80 %, der für den endothermen Vergasungsprozess erforderlichen Reaktionswärme durch die Wärme des Vergasungsmittels bereit gestellt wird. Weiter vorzugsweise wird die für den endothermen Vergasungsprozess erforderliche Reaktionswärme vollständig durch die Wärme des Vergasungsmittels gedeckt. Das im Vergasungsmittel enthaltene Kohlendioxid kann dann im Vergasungsreaktor mit dem Kohlenstoff des Kohlenstoffträgers gemäß dem Boudouard-Gleichgewicht zu Koh- lenmonoxid umgesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Erzeugung des Vergasungsmittels aus kohlenstoffhaltigen Rückständen des Vergasungsprozesses lässt es zu, wenigstens 90 Gew.-%, vor- zugsweise wenigstens 95 Gew.-%, weiter vorzugsweise 98 Gew.-% oder mehr, des mit dem kohlenstoffhaltigen Einsatzmaterial in den Vergaser eingebrachten Kohlenstoffs zu einem Synthese- bzw. Produktgas umzuwandeln. Durch die Verbrennung der Vergasungsrückstände in der Feuerung ist es möglich, die Wirbelschichtvergasung weitestgehend unabhängig von der Brennstoffqualität des für den Ver- gasungsprozess eingesetzten Kohlenstoffträgers zu betreiben. Insbesondere ist es nicht erforderlich, den Vergasungsprozess so zu führen, dass ein bestimmter hoher Kohlenstoffumsatz bei der Vergasung in der Wirbelschicht erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage eignen sich daher auch zum Einsatz von Kohlenstoffträgern mit vergleichsweise geringerem Heizwert für den Vergasungsprozess. Die Feuerung bietet damit die Möglichkeit, die Gesamtanlage gas- und kostenoptimiert zu betreiben, bei einfacher Prozessführung und geringem technischen Aufwand. Da der Vergasungsprozess in dem Vergasungsreaktor und der Verbrennungspro- zess in der Feuerung unabhängig voneinander gesteuert werden können, gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren äußerst flexibel im Arbeitsbereich. Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Anlage eine Steuer- und/oder Regelungs- einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Vergasungsreaktors einerseits und des Betriebs der Feuerung andererseits umfassen. Durch eine aufeinander abgestimmte Steuerung und/oder Regelung des Vergasungsprozesses und des Feuerungsprozesses lässt sich eine hohe Wirtschaftlichkeit und eine einfache Verfahrensführung erreichen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in einem Bereich von vorzugsweise 40 % bis 100 % der erreichbaren Gasleistung des Vergasungsreaktors eine gleichbleibend stabile Gasqualität auch bei wechselnder Zusammensetzung der in der Feuerung einerseits eingesetzten niederkalorischen Brennstoffe und/oder der im Vergasungsprozess eingesetzten höherkalorischen Brennstoffe erreichen.

Für eine hohe Wirtschaftlichkeit des Vergasungsprozesses liegt der Heizwert des für den Vergasungsprozess eingesetzten Kohlenstoffträgers bei größer 12 MJ/kg. Die Heizwertangabe bezieht sich dabei auf eine Temperatur von 25 °C und ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge, bei der es nicht zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenden Wasserdampfes kommt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Kohlenstoffträgers. Grundsätzlich können in dem Vergasungsprozess zusätzlich auch Kohlenstoffträger mit geringerem Heizwert eingesetzt werden.

Die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe aus dem Produktgas und/oder aus dem Vergasungsreaktor erfolgt in wenigstens einer Brennkammer. Vorzugsweise ist eine Schmelzfeuerung vorgesehen, die bei solchen Temperaturen betrieben wird, dass wenigstens ein Teil der Asche schmelzflüssig anfällt und in diesem Zustand aus der Feuerung abgeführt werden kann. In der Schmelzfeuerung kann es zu einer Verglasung der gebildeten Asche kommen. Als Feuerung kann eine offene Schmelzfeuerung, eine Schmelzkammerfeuerung, eine Zyklonfeuerung oder eine Zykloidfeuerung verwendet werden. Vorzugsweise ist jedoch eine Schmelzkammerfeuerung vorgesehen. Im Gegensatz zu nur schwer verwertbaren Aschen aus Trockenfeuerungen ist das Schlackengranulat aus Schmelzfeuerungen ein begehrter Rohstoff, etwa für den Straßenbau oder in der Steine-Erden-Industrie. Außerdem kann bei der durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen Schla- cke mit hydraulischen Eigenschaften, ähnlich wie bei der Flugasche aus Kraftwerken und bei der Hochofenschlacke aus der Stahlproduktion, gerechnet werden.

Die Temperatur bei der Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe aus dem Synthese- bzw. Produktgas und/oder aus dem Vergasungsreaktor in der Feuerung sollte möglichst hoch sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Vergasungsmittel mit einer Temperatur von wenigstens 1200 °C, vorzugsweise wenigstens 1400 °C, weiter vorzugsweise wenigstens 1500 °C, besonders bevorzugt wenigstens 1600 °C, oder auch wenigstens 1800 °C, in den Vergasungsreaktor eintritt. Grund- sätzlich kann die Temperatur des Vergasungsmittels beim Eintritt in den Vergasungsreaktor auch größer als 2000 °C sein. Die Feuerung ist als Schmelzfeuerung ausgebildet, so dass hohe Vergasungsmitteltemperaturen erreicht werden können. Die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe in einer Schmelzkammer bietet darüberhinaus den Vorteil einer einfachen Ein-/Ausfuhr von Brennstoffen in die Schmelzkammer bei hohen Betriebsdrücken der Feuerung. Der schmelzförmige Austrag verhindert die Ausbildung von Schlackenrückständen in der Schmelzkammer, so dass die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe in der Schmelzkammer wenig wartungsaufwändig ist. Zusätzlich zu dem Vergasungsmittel aus der Feuerung kann dem Vergasungsreaktor jedoch auch direkt Sauerstoff und/oder Dampf und/oder gegebenenfalls auch Luft zugeführt werden, wobei die Zufuhr von Sauerstoff eine Teiloxidation des in dem Vergasungsreaktor eingesetzten Kohlenstoffträgers zur Folge hat und damit die für den endothermen Vergasungsprozess erforderliche Reaktionswärme ledig- lieh zu einem (bestimmten) Anteil über das Vergasungsmittel aus der Feuerung und zu einem (anderen) Anteil durch partielle Oxidation im Inneren des Vergasers bereitgestellt wird. Durch Zufuhr von Dampf zum Vergasungsprozess lässt sich die Produktgaszusammensetzung vorteilhaft beeinflussen. Der für den Vergasungsprozess eingesetzte Kohlenstoffträger wird partikelförmig in den Vergasungsreaktor eingebracht und kann einen mittleren Korndurchmesser bzw. Partikeldurchmesser von kleiner oder gleich 5 mm, vorzugsweise von kleiner oder gleich 2 mm, aufweisen. Im Ergebnis können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise sehr feinkörnige Kohlenstoffträger eingesetzt werden, so dass ein hoher Kohlenstoffumsatz in der Wirbelschicht gewährleistet ist.

Als kohlenstoffhaltiger Reststoff bzw. Rückstand des Vergasungsprozesses kann insbesondere Grobasche (Restkoks) aus dem Wirbelschichtreaktor abgeführt und in der Schmelzfeuerung verbrannt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Grobasche kontinuierlich aus dem Vergasungsreaktor ausgetragen wird, um die Feststofffüllung im Vergasungsreaktor im Wesentlichen konstant zu halten. Der Kohlenstoffgehalt der Grobasche kann zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, vor- zugsweise zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-%, betragen. Zur Abscheidung von Grobasche aus dem Vergasungsprozess weist die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine vorzugsweise automatisch betriebene Abscheideeinrichtung auf, die Teil des Vergasungsreaktors sein kann. Im übrigen sind entsprechende Transporteinrichtungen vorgesehen, um die Grobasche von dem Vergasungsreaktor zur Feuerung zu transportieren.

Bei einer weiter bevorzugten Variante der Erfindung wird die mit dem Produktgas ausgetragene Flugasche, die ebenfalls kohlenstoffhaltig ist, vom Produktgas abgetrennt und in der Feuerung verbrannt. Auch hierzu sind entsprechende Abscheide- und Transporteinrichtungen vorgesehen. Die Flugaschebeladung des Produktgases kann zwischen 30 g/Nm 3 bis 120 g/Nm 3 , vorzugsweise zwischen 40 g/Nm 3 und 100 g/Nm 3 , betragen. Der mittlere Korndurchmesser der Flugasche kann weniger als 100 μιη, vorzugsweise weniger als 60 μιη, weiter vorzugsweise weniger als 45 μιη, betragen. Der Kohlenstoffgehalt der Flugasche kann zwischen 30 Gew.-% und 70 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 40 Gew.-% und 60 Gew.-%, betragen.

Im übrigen können neben partikelförmigen Bestandteilen auch solche kohlenstoffhaltigen Bestandteile aus dem Produktgas abgetrennt und in der Feuerung verbrannt werden, die zunächst gasförmig im Produktgas vorliegen, wie beispielswei- se Kohlenwasserstoffverbindungen.

Zur Abscheidung kohlenstoffhaltiger Reststoffe aus dem Produktgas kann das Produktgas nach dem Austritt aus dem Vergasungsreaktor abgekühlt und gereinigt werden. Das Produktgas kann nach dem Austritt aus dem Vergasungsreaktor zu- nächst in wenigstens einer Kühleinrichtung auf eine Temperatur von 300 °C bis 500 °C, vorzugsweise von 350 °C bis 400 °C, abgekühlt werden. Die erfindungsgemäße Anlage kann zu diesem Zweck einen Abhitzekessel aufweisen, in dem das Produktgas abgekühlt wird. Hierbei sedimentiert eine Teilmenge der Flugasche. In einer nachfolgenden weiteren Kühleinrichtung, vorzugsweise einem Quencher, kann das Produktgas auf eine Temperatur von weniger als 80 °C, vorzugsweise von weniger als 60 °C, abgekühlt werden. Bei der Abkühlung in einem Quencher können aus dem Kreislaufwasser des Quenchers Flugasche und Kohlenwasserstoffe, wie Teerverbindungen, abgeschieden werden. Anschließend kann das kalte Produktgas in einer Filtereinrichtung gefiltert werden, beispielsweise in einem Nass-Elektrofilter, um Flugstaub abzuscheiden. Eine weitere Abkühlung des Produktgases auf eine Temperatur von weniger als 40 °C, insbesondere von weniger als 30 °C, kann in einer weiteren nachgeschalteten Kühleinrichtung erfolgen, um den Wassergehalt des Produktgases zu reduzieren. Nach der Gasreinigung kann das Produktgas dann verdichtet werden, beispielsweise auf einen Systemdruck von 2 bar abs .

Das Vergasungsmittel aus der Feuerung kann als Hauptbestandteile Kohlendioxid und Sauerstoff aufweisen, was insbesondere von der Wahl des Oxidationsmittels für die Feuerung abhängt. Der Kohlendioxidgehalt des Vergasungsmittels kann im Bereich zwischen 60 Vol.-% und 100 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 70 Vol.-% und 100 Vol.-%, liegen. Der Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels kann bis 40 Vol.-%, vorzugsweise bis 30 Vol.-%, betragen.

Die Vergasungstemperatur kann im Bereich zwischen 800 °C und 1 100 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 950 °C und 1000 °C, liegen. Damit lässt sich die Entstehung von Teer weitestgehend unterbinden. Da die Temperatur in der Feuerung vorzugsweise deutlich höher liegt, kann eine Abkühlung des Vergasungsmit- tels nach dem Austritt aus der Feuerung und vor dem Eintritt in den Vergasungsreaktor vorgesehen sein, wobei die hierbei gewonnene Abwärme auf einem hohen Temperaturniveau anfällt und prozesstechnisch weiterverwendet werden kann. Insbesondere lässt sich die Abkühlung des Vergasungsmittels vor dem Eintritt in den Vergasungsreaktor in Abhängigkeit von der für den Vergasungsprozess erfor- derlichen Reaktionswärme steuern und/oder regeln. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, das Vergasungsmittel dem Vergasungsprozess ohne Zwischenkühlung direkt auf dem Temperaturniveau der Feuerung zuzuführen.

Um einen hohen Heizwert des Produktgases sicherzustellen, erfolgt die Verbren- nung der kohlenstoffhaltigen Reststoffe in der Feuerung vorzugsweise mit Sauerstoff hoher Reinheit, vorzugsweise mit reinem Sauerstoff. Der Sauerstoffgehalt des der Feuerung zugeführten Oxidationsmittels kann vorzugsweise mehr als 90 Vol.- %, weiter vorzugsweise mehr als 95 Vol.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Vol.- %, betragen.

Die Feuerung kann insbesondere bei Temperaturen zwischen 1500 °C und 2200 °C, vorzugsweise zwischen 1700 °C und 2000 °C, betrieben werden, insbesondere in einer Schmelzkammer. Im Übrigen kann die Feuerung bei Überdruck betrieben werden, insbesondere bei einem Druck von größer als 1 ,5 bar a b S , weiter insbesondere bei einem Druck von größer als 2 bar a bs- Das Druckniveau der Feuerung kann über dem Druckniveau des Vergasungsprozesses liegen, wobei das für die Feuerung eingesetzte Oxidationsmittel auf einen ausreichend hohen Druck verdichtet werden kann, um alle nachfolgenden System druckverluste zu kompensieren. Die Gasförderung des Vergasungsmittels zum Vergasungsreaktor wird dann allein aufgrund des Überdrucks des Oxidationsmittels gewährleistet. Damit ist keine zusätzliche Verdichtung des Vergasungsmittels vor dem Eintritt in den Vergasungsreaktor erforderlich.

Aus der Feuerung kann ein kohlenstoffarmer, respektive kohlenstofffreier Verbrennungsrückstand, insbesondere verglaste Schlacke, abgeführt werden. Der Kohlenstoffgehalt des Verbrennungsrückstands beträgt hierbei vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, weiter vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, besonders bevorzugt weni- ger als 1 Gew.-%.

Der Druck des Vergasungsmittels vor dem Eintritt in den Vergasungsreaktor kann im Bereich zwischen 1 ,5 bis 2,5 bar a b S , vorzugsweise im Bereich zwischen 1 ,6 bis 2,0 bar a bs, liegen. Auf diesem Druckniveau kann auch der Vergasungsprozess ab- laufen.

Zur Temperaturregelung und/oder Steuerung des Vergasungsprozesses kann dem Vergasungsreaktor auch ein Inertgas, insbesondere Kohlendioxid, zugeführt werden. Damit ist eine prozesstechnisch einfache Steuerungs- und/oder Regelung der Vergasungstemperatur möglich, was die Erzeugung eines Produktgases mit im Wesentlichen gleichbleibendem Heizwert vereinfacht.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 1 schematisch ein Verfahren zur Produktgaserzeugung durch Vergasung von flüssigen, festen o- der pastösen Kohlenstoffträgern 1 in einer zirkulierenden Wirbelschicht, wobei der Kohlenstoffträger 1 unter Zufuhr eines Vergasungsmittels 2 in einem Vergasungsreaktor 3 einer kombinierten Vergasungs- und Feuerungsanlage 4 vergast und dabei ein Produktgas 5 erzeugt wird. Nicht dargestellt ist, dass der Vergasungsreaktor 3 einen Rückfuhrzyklon aufweist, um feste Bestandteile aus dem Produktgas 5 in den Vergasungsreaktor 3 zurückzuführen. Nach dem Austritt aus dem Rückführzyklon kann das Produktgas 5 einen Feststoffgehalt zwischen 40 und 200 g/Nm 3 , vorzugsweise zwischen 60 und 140 g/Nm 3 , aufweisen. Das Produktgas 5 wird nach dem Durchströmen des Rückfuhrzyklons in einer Gasreinigungsvorrichtung 6 abgekühlt und gereinigt. Die Gasreinigungsvorrichtung 6 kann wenigstens eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des Produktgases 5, insbe- sondere einen Abhitzekessel, aufweisen, um mit dem Produktgas 5 aus dem Vergasungsreaktor 3 transportierte Flugasche zumindest teilweise zu sedimentieren. Hierbei kann das Produktgas 5 auf eine Temperatur von beispielsweise 350 °C bis 400 °C abgekühlt werden. Darüber hinaus kann die Gasreinigungsvorrichtung 6 eine weitere Kühleinrichtung zur nachfolgenden noch stärkeren Abkühlung des Produktgases 5, insbesondere auf Temperaturen von 60° C oder weniger, aufweisen. Beispielsweise kann wenigstens ein Quencher vorgesehen sein, wobei aus dem Kreislaufwasser des Quenchers Flugasche und Kohlenwasserstoffe, eventuell Teerverbindungen, abge- schieden werden können.

Im Übrigen kann die Gasreinigungsvorrichtung 6 wenigstens eine Filtereinrichtung, beispielsweise einen Nass-Elektrofilter, aufweisen, um das Produktgas 5 vom Flugstaub zu reinigen. Das gereinigte Produktgas 5 kann über eine weitere nicht dargestellte Kühleinrichtung auf Temperaturen von weniger als 40 °C, insbesondere von weniger als 30 °C, abgekühlt werden, um den Wassergehalt des Produktgases 5 zu reduzieren. Anschließend kann eine Verdichtung des gereinigten und getrockneten Produktgases mit einem nicht dargestellten Verdichter vorgesehen sein, wobei das Produktgas 5 beispielsweise auf einen Druck von ca. 2 bar a b S verdichtet werden kann und für weitere Anwendungen zur Verfügung steht.

Die in der Gasreinigungsvorrichtung 6 aus dem Produktgas 5 abgeschiedenen kohlenstoffhaltigen Reststoffe, insbesondere Flugasche 7 und ein kohlenstoffhaltiger Filterkuchen 8, werden nachfolgend in einer als Schmelzkammer ausgebildeten Feuerung 9 mit einem Oxidationsmittel 10 verbrannt. Als weiterer kohlenstoffhaltiger Reststoff kann Grobasche 1 1 aus dem Vergasungsreaktor 3 abgeführt und der Feuerung 9 zugeführt werden. Hierfür sind nicht im einzelnen dargestellte Abscheide- und Transporteinrichtungen vorgesehen. In der Feuerung 9 wird das Vergasungsmittel 2 erzeugt. Bei dem Oxidationsmittel 10 handelt es sich vorzugsweise um reinen Sauerstoff.

Aschen aus dem Vergasungsprozess und Rückstände aus der Produktgasreinigung enthalten in hohen Konzentrationen Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff wird bei der gezeigten kombinierten Vergasungs- und Feuerungsanlage 4 genutzt, um mit vorzugsweise reinem Sauerstoff ein Rauchgas als Vergasungsmittel 2 bei einer Temperatur von vorzugsweise 1700 °C bis 2000 °C zu erzeugen. Das Vergasungsmittel 2 weist im Wesentlichen Kohlendioxid und Sauerstoff auf, wobei die Verbrennung der Reststoffe in der Feuerung 9 vorzugsweise bei Sauerstoffüber- schuss erfolgt.

Zusätzlich wird wenigstens ein weiterer Kohlenstoffträger 12, wie Schlacke, Altreifen, Siedlungsabfälle, Klärschlämme oder Biomassen oder dergleichen, der Feue- rung 9 zugeführt und dort verbrannt. Hierbei ist eine Nutzung von heizwertarmen bzw. niederkalorischen Brennstoffen als weiterer Kohlenstoffträger 12 in der kombinierten Vergasungs- und Feuerungsanlage 4 vorgesehen.

Aus der Vergasungsmittelproduktion wird eine verglaste Schlacke 14 erhalten, die vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt von deutlich unter 1 Gew.-% aufweist und vielseitig weiterverwendbar ist.

Das aus der Schmelzkammer austretende Vergasungsmittel 2 kann gegebenenfalls in einem Wärmeübertrager 13 abgekühlt werden, um die dem Vergasungspro- zess zugeführte Reaktionswärme der Höhe nach zu steuern und/oder zu regeln. Aus dem Wärmeübertrager 13 und gegebenenfalls bei der Abkühlung des Produktgases 5 in der Gasreinigungsvorrichtung 6 freigesetzte Wärme 15 steht als Prozessabwärme für eine weitere Nutzung zur Verfügung. Weiter ergibt sich aus Fig. 1 , dass dem Vergasungsreaktor 3 wenigstens ein weiteres Vergasungsmittel 16, insbesondere Sauerstoff, zugeführt werden kann, um zusätzliche Reaktionswärme durch Teiloxidation des Kohlenstoffträgers 1 im Vergasungsreaktor 3 bereitzustellen. Darüberhinaus kann die Zugabe von Wasserdampf 17 zum Vergasungsprozess vorgesehen sein, um die Zusammensetzung des Pro- duktgases 5 zu verändern.

Schließlich kann die Zugabe eines Inertgases 18, insbesondere von Kohlendioxid, zum Vergasungsreaktor 3 vorgesehen sein, um die Temperatur des Vergasungsprozesses und/oder die Produktgaszusammensetzung in gewünschter Weise zu beeinflussen. Bezugszeichenliste Kohlenstoffträger

Vergasungsmittel

Vergasungsreaktor

Vergasungs- & Feuerungsanlage

Produktgas

Gasreinigungsvorrichtung

Flugasche

Filterkuchen

Feuerung

Oxidationsmittel

Grobasche

Kohlenstoffträger

Wärmeübertrager

Schlacke

Wärme

Vergasungsmittel

Wasserdampf

Inertgas