[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung von festen, feingemahlenen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit sauerstoffhaltigen Gasen in einem Flug- stromverfahren unter erhöhtem Druck bei einer Temperatur oberhalb des Schlackeschmelzpunktes, durch das ein Synthesegas erzeugt wird und an den Reaktorwänden des Vergasungsreaktors flüssige Schlacke abgeschieden wird, wobei die Abkühlung der hohen Temperaturen des Synthesegases nicht ausschließlich durch Zugabe von einem gekühlten gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Fremdmedium oder durch Eindüsung von Wasser nach der Erzeugung des Synthesegases erfolgt, sondern durch Zusatz- oder Nachvergasung von biologischen oder nachwachsenden Brennstoffen in den Synthesegasstrom während der Erzeugung. Die Zugabe der nachwachsenden Brennstoffe erfolgt in Ausführungsrichtung des Synthesegases in mindestens einer nachgeschalteten Brennerebene des Reaktionsraumes, wodurch die Enthalpie des heißen Synthesegases zum Teil zur Vergasung eines nachwachsenden Brennstoffes genutzt werden kann. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur endothermen Vergasung von festen, nachwachsenden Brennstoffen in einer zweiten Brennerebene innerhalb des Reaktionsraumes oder im Abkühlraum eines gekühlten Reaktors, der sich in einem Druckbehälter befindet.

[0002] Eine Möglichkeit zur Herstellung von Synthesegas ist die Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft. Durch die Reaktion des Brennstoffes mit dem Gas, der in der Regel in feingemahlenem Zustand in den Reaktionsraum zugeführt wird, entsteht ein Synthesegas, das zu einem wesentlichen Bestandteil aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Gibt man dem sauerstoffhaltigen Gas Wasserdampf hinzu, so erhält man ein Synthesegas, das auch Wasserstoff enthält. Die Brennstoffe werden typischerweise zur Reaktion in einem Flugstromverfahren in dem Reaktionsraum umgesetzt, wobei Sauerstoff oder ein sauerstoffangereichertes Gas unter Druck mit dem feingemahlenen Brennstoff gemischt und über einen oder mehrere Brenner in einer Staubflamme in den Reakti- onsraum eingedüst werden. Das so erhaltene Synthesegas besitzt in einer typischen Ausführungsform des Verfahrens eine Temperatur von 1200 - 1600 °C.

[0003] Um die hohe Temperatur des Synthesegases schnell und wirksam abzuführen und um Anbackungen in nachgeschalteten Prozessanlagen zu vermeiden, wird das Synthesegas nach dem Erhalt einem sogenannten „Quenchprozess" zugeführt.

BESTÄTIGUNGSKOPtE Dabei wird das Synthesegas mit einem kühleren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Medium gemischt oder durch Eindüsung von Wasser abgekühlt, so dass dieses seine hohe innere Enthalpie nach der Erzeugung schnell und effizient abführen kann. Als Brennstoffe werden beispielhaft Kohle, Koks, Biomasse oder Petrolkoks ein- gesetzt. Die Brennstoffe werden vor der Vergasungsreaktion typischerweise durch einen Mahlvorgang in eine feinverteilte Form überführt. Eine typische Korngröße der Brennstoffe vor der Vergasungsreaktion beträgt 0,05 bis 0,5 mm. Um eine optimale Wirksamkeit der Flugstromvergasung zu erreichen, kann der Brennstoff mit einem Drall in die Flugstromflamme eingeblasen werden, was durch tangential vorgesehene Ein- blasungsdüsen und -brenner in die Flugstromwolke geschieht.

[0004] Bei der Durchführung des Quenchprozesses wird eine große Menge an gasförmigem, dampfförmigem oder flüssigem Kühlungsmittel oder Wasser zugeführt, welches oftmals nur zum Teil in den Vergasungsprozess zurückgeführt werden kann. Zudem geht ein großer Teil der Wärmeenthalpie des Synthesegases verloren, da das Kühlmittel oftmals durch Auskondensieren und Wiederverdampfung in den Prozess zurückgeführt werden muss. Dies ist energieaufwendig und bedeutet einen großen apparativen Aufwand. Günstig wäre es, einen Prozess zur Verfügung zu stellen, der die hohe innere Energie des erhaltenen Synthesegases durch einen Folgeprozess nutzt. Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Wär- meenthalpie des heißen Synthesegases noch in der Flugstromvergasung für einen Folgeprozess nutzt.

[0005] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches durch mindestens eine weitere Brennerebene, die hinter der ersten Brennerebene angeordnet ist, und die sich über einen in Gasströmungsrichtung hinteren Teilbereich der gesam- ten Höhe des Reaktors erstreckt, einen nachwachsenden Rohstoff als Brennstoff in den Reaktionsraum zuführt, wodurch eine weitere Vergasungsreaktion des nachwachsenden Rohstoffes in dem Reaktionsraum erfolgt. Diese Reaktion ist endotherm, wodurch ein großer Teil der in dem Synthesegas enthaltenen Enthalpie für die weitere Reaktion chemisch genutzt wird. Die Vergasung von nachwachsenden Brennstoffen liefert ein aschearmes Synthesegas, da pflanzliche Rohstoffe einen erheblich geringeren Anteil an aschebildenden Verbrennungsstoffen enthalten. Auf diese Weise besitzt das so erhaltene Synthesegas einen erheblich geringeren Feststoffgehalt. Durch die nachgeschaltete Vergasung der nachwachsenden Rohstoffe kann die Temperatur des Synthesegases insbesondere im Reaktionsraum zum Herunterkühlen des Gases ener- getisch genutzt und gesteuert werden, was zu einer Energieeinsparung des Prozesses führt. Die Brenner können dabei als solche oder als Brennerlanzen ausgeführt werden. [0006] Im Stand der Technik sind Verfahren zur Vergasung von biologischen oder nachwachsenden Brennstoffen im Gemisch mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen bekannt. Die EP 1027407 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas, Synthesegas und Reduktionsgas aus nachwachsenden und fossilen Brennstoffen durch Verbrennen in einem Brenner mit gasförmigem Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen. Der Brennstoff wird beim Eintritt in die Reaktionskammer in Rotation versetzt, um die mineralischen Bestandteile, die bei der Reaktionstemperatur flüssig vorliegen, aus der Vergasungsreaktion an die Reaktorwand zu befördern und diese dadurch abzutrennen. Das Vergasungsmittel wird durch eine zentrale Öffnung im Boden der Brennkammer in den Vergasungsreaktor geleitet und bildet einen Tauchstrahl. Dem Vergaser wird ebenfalls ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff zugeführt, wobei die Zugabeposition des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes nicht näher beschrieben wird.

[0007] Für die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es hingegen erforderlich, den Brennstoff in zwei Ebenen in den Reaktor zu führen. Nur dadurch kann die Enthal- pie der Vergasung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes zur endothermen Zusatzvergasung von biologischen Brennstoffen genutzt werden. Da mit der Zusatzvergasung von nachwachsenden Brennstoffen eine Herunterführung der Synthesegastemperatur erreicht werden kann, lässt sich das Verfahren auch als „chemical quench" bezeichnen.

[0008] Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch die Vergasung von festen, feingemahlenen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen mit Sauerstoff oder einem sauerstoffangereicherten Gas in einem Flugstromverfahren unter erhöhtem Druck bei Temperaturen oberhalb des Schlackeschmelzpunktes, wobei • der feingemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoff im Gemisch mit Sauerstoff oder einem sauerstoffangereicherten Gas von außen in horizontaler Richtung konzentrisch in einen feuerfesten Reaktionsraum eingeleitet wird, so dass der Brennstoff in einer Flugstromvergasung in dem Reaktionsraum zu Synthesegas reagiert, und • der feingemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoff innerhalb einer ersten

Brennerebene in den Reaktionsraum eingeleitet wird, die sich über einen in Gasströmungsrichtung vorderen Teilbereich der gesamten Höhe des Reaktionsraumes erstreckt, und • das erhaltene Synthesegas unter einem Druck von 0,1 bis 8 MPa steht und in aufwärts oder abwärts führender Richtung aus dem Reaktionsraum ausgeführt wird, und

• das so erhaltene Synthesegas nach der Ausführung in einen zweiten Reaktionsraum geleitet wird, der als Auffangraum gestaltet ist und in dem das zugeführte Gas zur Kühlung mit einem kühleren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Stoff vermischt wird, und

• die Verweilzeit des Synthesegases nach der Einleitung des Brennstoffes im Flugstrom und vor Eintritt in den nachgeschalteten Auffangraum zur Kühlung im Flugstrom zwischen 1 und 10 Sekunden beträgt,

und das dadurch gekennzeichnet ist, dass

• innerhalb einer zweiten oder weiteren Brennerebene oder einer zweiten oder weiteren Brennerlanzenebene, die sich über einen Teilbereich der gesamten Höhe der Reaktionsstrecke erstreckt und die sich in Gasrich- tung stromabwärts gerichtet hinter der ersten Brennerebene befindet, ein nachwachsender Brennstoff im Gemisch mit einem dampf- oder sauerstoffhaltigen Gas konzentrisch in den Reaktionsraum eingeleitet wird, so dass eine weitere Flugstromvergasung entsteht, durch die die Temperatur des ausströmenden Gases sinkt und die Enthalpiedifferenz zur Zusatzvergasung der nachwachsenden Rohstoffe genutzt wird.

[0009] Zur Steuerung der Reaktion ist insbesondere die Verweilzeit des Brennstoffes mit Sauerstoff oder dem sauerstoffhaltigen Gas in dem Reaktionsraum von großer Bedeutung. Diese kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Drallgeschwindigkeit in dem Reaktionsraum verlängert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung be- trägt die Verweilzeit in dem Reaktor nach der Einleitung des nachwachsenden Brennstoffes und vor Eintritt in den nachgeschalteten Reaktionsraum zur Kühlung im Flugstrom in dem Reaktor 1 bis 10 Sekunden. Dies kann durch die tangentiale Anordnung des Brenners oder der Brenner in den Reaktionsraum erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Verweilzeit des Synthesegases nach der Einleitung des biologischen Brennstoffes und vor Eintritt in den nachgeschalteten Auffangraum zur Kühlung im Flugstrom in dem Reaktor 2 bis 5 Sekunden. Zur Steuerung der Reaktion kann der Reaktion auch Wasserdampf zugegeben werden, so dass der Brennstoff im Gemisch mit einem dampf- oder sauerstoffhaltigen Gas, Wasserdampf, oder einem sauerstoffhaltigen Gas und Wasserdampf in den Reaktionsraum eingeleitet wird. Bei dem sauerstoffhaltigen Gas kann es sich beispielhaft um Luft handeln.

[0010] Die Verweilzeit des Brennstoffes in dem Reaktionsraum kann insbesondere durch eine Änderung der Brennerausrichtung zur Verstärkung des tangentialen Dralls erhöht werden. Wird der Brennstoff durch tangential angeordnete Brenner der ersten oder zweiten Brennerebene oder beider Brennerebenen tangential zum zylindrischen Reaktionsraum eingeleitet, so erhält der Flugstrom in dem Reaktionsraum einen Drall, wodurch sich die Verweilzeit des Brennstoffes in der Flugstromvergasung erhöht. Auf diese Weise kann die Vergasungsreaktion optimiert werden.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die vertikale Höhe der ersten Brennerebene 10 Prozent der Höhe des gesamten Reaktionsraumes und enthält 1 bis 6 Brenner. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die vertikale Höhe der zweiten Brennerebene ebenfalls 10 Prozent der Höhe des gesamten Reaktionsraumes und enthält 1 bis 4 Brenner. Zwischen den Brennerebenen kann sich dann eine beliebig breite brennerfreie Ebene befinden. Als Brennerebene wird dabei eine Anordnung von Brennern verstanden, die in Kreisform konzentrisch um den zylindrischen Reaktionsraum angeordnet sind, wobei die Eindüsung des Brennstoffes in horizontaler Richtung erfolgt. Die Brenner müssen dabei nicht genau in einer Höhe angeordnet sein, jedoch ist zur Erlangung einer optimalen Vergasung eine Anordnung in derselben Höhe von Vorteil. Die Brenner sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass diese den Brennstoff tangential in die Reaktionskammer eindüsen.

[0012] Die Temperatur der Vergasungsreaktion wird im Verlaufe der Gasführung durch die Zugabe des nachwachsenden Brennstoffes deutlich gesenkt. Typischerweise beträgt die Temperatur bei der Durchführung der Vergasungsreaktion 1400 bis 2000 ⁰ C. Durch die Zugabe des nachwachsenden Brennstoffes wird die Vergasungstemperatur vor Austritt aus dem Reaktionsraum in der Flamme merklich gesenkt. Die Flammentemperatur beträgt nach der Einleitungsstelle des nachwachsenden Brennstoffes 1400 bis 1600 ⁰ C. Typische Drücke zur Durchführung der Vergasungsreaktion sind 0,1 bis 8 MPa. Bevorzugte Drücke zur Durchführung der Vergasungsreaktion sind 1 bis 4 MPa. Zur Durchführung der Reaktion wird das wasserdampf- oder sauerstoffhaltige Reaktionsgas durch Kompressoren auf den benötigten Druck komprimiert. Typischerweise werden in der zweiten Brennerebene 5 bis 40 Prozent des gesamten Brennstoffes vergast. Dies ist jedoch nur ein Richtwert. Der kohlenstoffhaltige Brennstoff kann in der ersten Brennerebene durch tangential angeordnete Einleitungsvorrichtungen in den Reaktionsraum eingeleitet werden, so dass der kohlenstoffhaltige Brennstoff einen Drall erhält, wodurch sich die Verweilzeit des Brennstoffes in dem Reaktor erhöht.

[0013] An den Vergasungsreaktor schließt sich in vielen Ausführungsformen durch einen Austrittsstutzen ein Abkühlraum an, in dem eine Vermischung des heißen Syn- thesegases mit einem kühleren gas- oder dampfförmigen Fremdmedium erfolgt. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, den nachwachsenden Brennstoff konzentrisch in den Abkühlraum einzuleiten. Dies geschieht durch Öffnungen, die in dem Abkühlraum angeordnet sind. Dadurch erfolgt eine weitere Reaktion mit dem Synthesegas, wodurch die Temperatur des Synthesegases weiter gesenkt wird. Dadurch wird die Wärmeenthalpie des Synthesegases zur weiteren Vergasung genutzt. Dies ist möglich, da an dieser Stelle der Sauerstoffgehalt des Synthesegases für eine Nachvergasung ausreicht. Je nach Bedarf kann der Sauerstoffgehalt im Reaktionsgas auch erhöht werden.

[0014] Zur Nachvergasung ist es prinzipiell möglich, in dem Abkühlraum in Gas- Strömungsrichtung zunächst die Eindüsung des gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Stoffes zum Quenchen und dann die Einleitung des nachwachsenden Rohstoffes durchzuführen. Dies geht jedoch nur, wenn der Quenchprozess keine übermäßige Herunterkühlung des Synthesegases herbeiführt. Aus diesem Grund wird in einer bevorzugten Ausführungsform zunächst der nachwachsende Rohstoff in den Abkühlraum eingeleitet und dann ein Quenchen des Synthesegases durchgeführt.

[0015] Die Einleitung des nachwachsenden Rohstoffes in dem Abkühlraum kann ebenfalls im Gemisch mit einem feingemahlenen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff erfolgen. Auf diese Weise kann auch die Temperatur des Synthesegases im Abkühlraum beeinflusst werden, da mit steigendem Kohlenstoffanteil des Brennstoffes, je nach verbleibendem Sauerstoffanteil, die Temperatur im Synthesegas weiter ansteigt. Auch die Eindüsung des Brennstoffes in dem Abkühlraum kann beispielsweise in mehreren Ebenen oder mit einem Drall erfolgen.

[0016] Der nachwachsende Brennstoff wird für diese Ausführungsform durch tangential angeordnete Einleitungsvorrichtungen in den Reaktionsraum oder Abkühlraum eingeleitet, so dass der nachwachsende Brennstoff einen Drall erhält, wodurch sich die Verweilzeit des nachwachsenden Brennstoffes in dem Reaktor oder Abkühlraum erhöht. Dadurch wird die Effizienz der Vergasungsreaktion erhöht. Nach Einleitung des nachwachsenden Brennstoffes in dem Abkühlraum beträgt die Temperatur des Synthesegases typischerweise noch 1100 bis 1300 ⁰ C. [0017] Als Brennstoffe kommen für die erste Brennerebene des Reaktors insbesondere kohlenstoffhaltige, fossile Brennstoffe in Betracht. Dies sind beispielhaft Kohlen, Koks, Petrolkoks oder Bitumen. Die Brennstoffe werden vor der Vergasung kleingemahlen. Als Brennstoffe für die zweite Brennerebene oder die Brennerebene des Abkühlraumes kommen alle biologischen oder nachwachsenden Rohstoffe in Betracht. Dies sind insbesondere zerkleinerte, feingemahlene Energiepflanzen, Holz in beliebiger Form, Stroh, Gräser, Getreidepflanzen, biologische Reststoffe, Meerespflanzen oder Viehdung. Diese Brennstoffe werden für die Vergasung üblicherweise vorbehandelt.

[0018] Zu einer Vorbehandlung gehört insbesondere ein Mahlvorgang. Dies können aber auch zusätzliche Trocknungsschritte, Pressvorgänge, eine Torrefizierung oder Karbonisierungsschritte sein. Eine Torrefizierung bezeichnet dabei in allgemeiner Form die thermische Behandlung von Biomasse unter Luftabschluss bei relativ niedrigen Temperaturen von 200 bis 300 ⁰ C. Auch eine Kombination dieser Verfahrens- schritte kann angewendet werden. Je nach Bedarf können auch die nachwachsenden Rohstoffe für die zweite Brennerebene oder die Brenner des Abkühlraumes mit kohlenstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen gemischt werden. Auch ist es möglich, die erste und die zweite Brennerebene mit einem Gemisch von kohlenstoffhaltigen oder nachwachsenden Brennstoffen zu versorgen. Die Mischungsverhältnisse der Brennerebe- nen können auch verschieden sein. Auf diese Weise lässt sich bei geeigneter Reaktionsführung durch das Mischungsverhältnis von kohlenstoffhaltigem Brennstoff zu nachwachsendem Brennstoff in der zweiten Ebene des Reaktionsgefäßes oder in den weiteren Brennerebenen des Abkühlraumes die Temperatur des Synthesegases steuern.

[0019] Als Fremdmedien zur Herunterkühlung des Synthesegases können insbesondere Wasser, Wasserdampf oder zurückgeführtes und gekühltes Synthesegas verwendet werden. Es ist aber auch möglich, Fremdgase wie Stickstoff oder Kohlendioxid zu verwenden.

[0020] Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung von Verga- sungsreaktionen mit einer nachfolgenden Einleitung von biologischen Brennstoffen in den Vergaser. Diese umfasst typischerweise einen Druckvergasungsreaktor, der einen Reaktionsraum umgeben von einem druckdichten Mantelgefäß darstellt. Zur Ausführung kommt ein Vergasungsreaktor, wie er im Stand der Technik üblich ist. Geeignete Ausführungsformen werden beispielhaft in der WO 2009118082 A1 aufgeführt. [0021] Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur Nutzung der Enthalpie eines Synthesegases durch Zusatz- und Nachvergasung von nachwachsenden Brennstoffen, wobei

• diese aus einem feuerfesten Reaktionsraum besteht, das zur Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen durch Umsetzung mit einem sauerstoffhaltigen oder wasserdampf- und sauerstoffhaltigen Gas geeignet ist, und

• dieser feuerfeste Reaktionsraum einen oder mehrere Brenner enthält, die in einer Brennerebene konzentrisch angeordnet sind und über die ein Brennstoff in horizontaler Richtung in den Reaktionsraum oder vom

Deckelbereich ausgehend einleitbar ist, und

• sich in vertikaler Richtung abwärts oder aufwärts führend an diesen Reaktionsraum ein zweiter Raum anschließt, der als Auffangraum gestaltet ist, und der mit Zuführungseinrichtungen für gasförmige, dampfförmige oder flüssige Kühlmedien ausgestattet ist,

und die dadurch gekennzeichnet ist, dass

• sich zwischen der ersten Brennerebene in dem Reaktionsraum und dem Auffangraum weitere Brenner befinden, die ebenfalls konzentrisch in einer Brennerebene angeordnet sind, und über die ein nachwachsender Brennstoff in horizontaler Richtung in den Reaktionsraum einleitbar ist.

[0022] Der Reaktionsraum umfasst Einleitungsvorrichtungen für Brennstoff und das Reaktionsgas. Zur Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, das erzeugte Synthesegas in abwärts führender Richtung oder in aufwärts führender Richtung aus dem Reaktionsraum auszuführen. Eine zweite Brennerebene zur Zufüh- rung von nachwachsenden Brennstoffen befindet sich gasstromabwärts von der ersten Brennerebene. In beiden Fällen befindet sich die zweite Brennerebene zwischen der ersten Brennerebene und dem Abkühlraum zur Herunterkühlung.

[0023] In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die vertikale Höhe der ersten Brennerebene im Reaktionsraum 10 Prozent der Höhe des gesamten Reaktions- raumes und enthält 1 bis 6 Brenner. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die vertikale Höhe der zweiten Brennerebene ebenfalls 10 Prozent der Höhe des gesamten Reaktionsraumes und enthält 1 bis 4 Brenner. Zwischen den Brennerebenen kann sich dann eine beliebig breite brennerfreie Ebene befinden. Als Brenner- ebene wird dabei eine Anordnung von Brennern verstanden, die in Kreisform konzentrisch um den zylindrischen Reaktionsraum angeordnet sind, wobei die Eindüsung des Brennstoffes in horizontaler Richtung erfolgt. Die Brenner müssen dabei nicht genau in einer Höhe angeordnet sein, jedoch ist zur Erlangung einer optimalen Vergasung eine Anordnung in derselben Höhe von Vorteil.

[0024] Es ist auch möglich, eine weitere Brennerebene in den oberen Bereich des Reaktionsraumes einzubauen, wobei sich diese bevorzugt im Deckelbereich des Reaktionsraumes befindet, so dass diese den Brennstoff vertikal oder näherungsweise vertikal von oben in den Reaktionsraum eindüst. Auch in der zweiten Brennerebene zur Eindüsung des nachwachsenden Rohstoffes sind die Brenner vorteilhaft konzentrisch innerhalb einer Brennerebene angeordnet. In dieser Brennerebene befinden sich typischerweise 1 bis 4 Brenner.

[0025] Die Brenner können beliebig gestaltet sein, sind jedoch so geartet, dass sie einen feinverteilten Brennstoff in den Reaktionsraum eindüsen können. Bevorzugt sind diese als Brennerlanzen oder Düsen gestaltet. Diese düsen den Brennstoff im Gemisch mit einem sauerstoffhaltigen Gas ein. Bei den Brennern der ersten Ebene handelt es sich bevorzugt um Düsen, die den Brennstoff im Gemisch mit einem sauerstoffhaltigen Gas eindüsen.

[0026] Die Brenner der ersten Brennerebene können so angeordnet sein, dass diese tangential zur zylinderförmigen Brennerwand ausgerichtet sind, so dass die Flugströmung einen Drall erhält. Auch die Brenner der zweiten Brennerebene können tangential zur zylinderförmigen Brennerwand ausgerichtet sein, so dass die Flugstromströmung hinter der ersten Brennerebene bei der Durchführung der Vergasungsreaktion einen weiteren Drall erhält.

[0027] Die Brenner können durch spezielle Vorrichtungen gegen fließende, glutflüssige Schlacke geschützt sein. Beispielhaft befindet sich in Schlackefließrichtung oberhalb der Brenner der zweiten Brennerebene mindestens ein gekühlter Schlackeabweiser, der die Brenner vor von der Wandung ablaufender glutflüssiger Schlacke schützt. Dabei kann es sich beispielhaft um einen Stahlschurz handeln, der sich in Schlackefließrichtung oberhalb der Brenner befindet, und der mit einer indirekten Kühlung ausgerüstet ist und der die Brenner vor mit dem Gasstrom ablaufender glutflüssiger Schlacke schützt. Geeignet sind jedoch auch Keramikvorsprünge oder Mauerwerk. Die Brenner der zweiten Brennerebene können auch in einer Brennernische angeord- net sein. Der Reaktionsraum wird nach unten durch einen Ausführungsstutzen für das heiße Synthesegas abgeschlossen, wenn dieses in vertikaler Richtung ausgeführt wird.

[0028] Wird das Reaktionsgas aus dem Reaktionsraum in abwärts führender Richtung ausgeführt, so befindet sich in einer typischen Ausführungsform unterhalb des Reaktionsraums ein Auffangraum für das Synthesegas. In einer weiteren Ausführ- nungsform befindet sich zwischen dem Auffangraum und dem Abkühlraum ein Ausfuhrstutzen, wodurch ein vertikaler Abkühlraum gebildet wird. Sowohl der Auffangraum als auch der Abkühlraum können Vorrichtungen zur Zuführung von gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Kühlungsmedien besitzen.

[0029] Die genannten Räume können auch einen Sprühquench, einen Wasser- quench oder ein Wasserbad umfassen. Der Wasserquench kann beispielhaft als Wasserfilm gestaltet sein, der durch einen Kontakt mit dem erhaltenen Nutzgas dieses herunterkühlt. Der Auffangraum enthält dann einen oder mehrere Ausführungsstutzen für das erhaltene Synthesegas. In dem darunterliegenden Wasserbad werden die bei der Vergasung anfallenden festen Anfallstoffe gesammelt und ebenfalls über einen oder mehrere Stutzen aus dem Reaktionsraum ausgeführt.

[0030] In den Abkühlraum, der sich zwischen Reaktionsgefäß und Auffangraum befindet, können erfindungsgemäß ebenfalls nachwachsende Brennstoffe konzentrisch eingeleitet werden. Hierzu sind in einer Ausführungsform in dem Abkühlraum in kon- zentrischer Anordnung Brenner vorhanden, über die ein nachwachsender Brennstoff in horizontaler Richtung in den Abkühlraum einleitbar ist. Die Einleitung des nachwachsenden Rohstoffes in den Abkühlraum kann auch im Gemisch mit einem feingemahlenen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff erfolgen. Auf diese Weise kann auch die Temperatur des Synthesegases im Abkühlraum beeinflusst werden, da mit steigendem Kohlen- Stoffanteil des Brennstoffes, je nach verbleibendem Sauerstoffanteil, die Temperatur im Synthesegas weiter ansteigt.

[0031] Auch diese Brenner können mit Vorsprüngen oder Nischen gegen die ablaufende glutflüssige Schlacke geschützt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Wand des Reaktionsraumes an der Austrittstelle für das Synthesegas mit einem Vor- sprung auszustatten, so dass sich die Zuführungsbrenner für nachwachsenden Rohstoff in dem Abkühlraum im Strömungsschatten des Vorsprunges befinden.

[0032] Um die Verweilzeit und die Durchmischung weiter zu erhöhen, können die Brenner auch tangential zur zylinderförmigen Brennerwand angeordnet sein, so dass der Brennstoff tangential in den Abkühlraum eingeleitet wird. Dadurch erhält der Brennstoff in dem Abkühlraum einen Drall, wodurch sich die Verweilzeit des nachwachsenden Brennstoffes in dem Abkühlraum erhöht. Die Einleitung oder Eindüsung erfolgt beispielhaft unter Druck mit einem Fremdgas. Auch in dem Abkühlraum können die Brenner in mehreren Ebenen angeordnet sein. Die Eindüsung des Brennstoffes in dem Abkühlraum kann somit in mehreren Ebenen erfolgen. Bei den Brennern der zweiten Ebene im Reaktionsraum oder den weiteren Ebenen handelt es sich ebenfalls bevorzugt um Düsen, die den Brennstoff im Gemisch mit einem sauerstoffhaltigen Gas eindüsen.

[0033] Unterhalb des Ausführungsstutzens ist ein Wasserbad für die anfallenden Feststoffe vorgesehen, das zum Auffangen und Abkühlen der festen Anfallstoffe einer Kohlevergasungsreaktion geeignet ist. Dieses kann seinerseits mit Auslassvorrichtungen für die heruntergekühlten Feststoffe ausgestattet sein. Oberhalb des Wasserbades zum Auffangen der Feststoffe und unterhalb der Zuführungseinrichtungen für die gas- förmigen, dampfförmigen oder flüssigen Fremdmedien befindet sich typischerweise ein Ausführungsstutzen für heruntergekühltes Synthesegas. Dieser ist seitlich angebracht, so dass das Synthesegas und gasförmige Reaktionsprodukte in seitlicher Richtung ausgeführt wird.

[0034] Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besitzen den Vorteil der Herunterführung der Temperatur eines durch Kohlevergasung hergestellten Synthesegases unter Ausnutzung der überschüssigen Wärmeenthalpie durch eine zusätzliche Vergasung von nachwachsenden Brennstoffen. Der erfindungsgemäße Prozess erbringt eine wesentlich bessere Ausnutzung der Enthalpie einer Vergasungsreaktion. Auch kann eine gekoppelte Vergasung von Kohle und nachwach- sendem Rohstoff unter gleichzeitiger Reduzierung des Aschegehaltes des erhaltenen Synthesegases erreicht werden.

[0035] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Gasen wird anhand von vier Zeichnungen genauer erläutert, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. FIG. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Vergasungsreaktor zur Zusatzvergasung von nachwachsenden Brennstoffen. FIG. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Vergasungsreaktor zur Zusatz und Nachvergasung von nachwachsenden Brennstoffen, in dem nachwachsender Brennstoff in den Abkühlraum eingeleitet wird. FIG. 3 zeigt den unteren Teil des Reaktionsraums mit Abkühlraum. FIG. 4 zeigt den unteren Teil des Reaktionsraums mit Ab- kühlraum und einem Wandvorsprung. [0036] FIG. 1 zeigt einen Reaktor zur Zusatzvergasung von nachwachsenden Brennstoffen. In einem gekühlten Reaktionsraum (1) mit einem Deckel (1a), der sich in einem druckdichten Mantelgefäß (2) befindet, wird zur Vergasung von festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff im Gemisch mit Dampf oder einem sauerstoffhaltigen Gas (3a) unter Druck eingeleitet. Der kohlenstoffhaltige, feste und feingemahlene Brennstoff wird mit einem sauerstoffhaltigen Reaktionsgas über Brenner oder Brennerlanzen (3) in die Brennkammer eingeleitet, wobei die Brenner horizontal und konzentrisch angeordnet sind. Die Zahl der Brenner in der Brennerebene beträgt idealerweise 1 bis 6. Über Brenner oder Brennerlanzen (4), die in einer weiteren Brennerebene unterhalb der ersten Brennerebene sitzen, wird ein Brennstoff aus feingemahlenen nachwachsenden Brennstoffen (4a) im Gemisch mit dampf- oder einem sauerstoffhaltigen Gas in die Brennkammer des Reaktionsraumes zur Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen eingeleitet. Durch diese Anordnung entsteht eine Flugstromvergasung, die den Brennstoff in einer Verweilzeit von 1 bis 10 Sekunden zu Synthesegas umsetzt. Die Brenner der zweiten Brennerebene sind durch gekühlte Schlackeabweiser (4b) vor herabfließender glutflüssiger Schlacke geschützt. Durch die endotherme Vergasung des nachwachsenden Rohstoffes wird die Temperatur des aus dem Reaktionsraum ausströmenden Synthesegases (5a) deutlich gesenkt. Das Synthesegas wird über einen Austrittsstutzen (5) aus dem Reaktionsraum (1) aus- geführt und in einen Reaktionsraum zum Herunterkühlen (6) geleitet, wo es mit einem kühleren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Fremdmedium oder Wasser über Zugabedüsen (7) vermischt wird. Die anfallenden Feststoffe werden in ein Wasserbad (8) geführt, abkühlt und nach der Abkühlung über einen Austrittsstutzen (9) ausgeschleust. Das erhaltene Synthesegas wird über einen seitlichen Austrittsstutzen (10) entnommen.

[0037] FIG. 2 zeigt den gleichen Reaktor mit einem Ausführungsstutzen, der weitere Brenner enthält. Das Synthesegas wird über einen Austrittsstutzen (11a) aus dem Reaktionsraum (1) ausgeführt. Der Austrittsstutzen (11a) mündet in einen Abkühlraum (11) zum Herunterkühlen. Im Eingangsteil des Abkühlraums (11) befindet sich ein Ein- leitungsstutzen oder Brenner für nachwachsenden Brennstoff (12). Erfindungsgemäß wird an dieser Stelle über Zugabedüsen (12) der nachwachsende Brennstoff (12a) eingeleitet. Dieser reagiert in dem Abkühlraum (11) mit dem Synthesegas. Durch die endotherme Vergasung des nachwachsenden Rohstoffes wird die Temperatur des Synthesegases in dem Abkühlraum (11) deutlich gesenkt. Im Eingangsbereich des Abkühl- raums (11) beträgt die Temperatur typischerweise 1500 ⁰ C, während diese nach der Reaktion 1200 ⁰ C beträgt. Daran anschließend wird über einen Einleitungsstutzen (7) ein dampfförmiges, gasförmiges oder flüssiges Fremdmedium (7a) eingeleitet. Das Synthesegas (13) wird in einen Auffangraum (6) zum Herunterkühlen geleitet. Die anfallenden Feststoffe werden in ein Wasserbad (8) geführt, abgekühlt und nach der Abkühlung über einen Austrittsstutzen (9) für Feststoffe ausgeschleust. Das erhaltene Synthesegas (13) wird über einen seitlichen Austragsstutzen (10) für Synthesegas (13) entnommen.

[0038] FIG. 3 zeigt den Austrittsstutzen (11a), der das Synthesegas aus dem Reaktionsraum (1) ausführt und dabei einen Abkühlraum (11) bildet. In dem Reaktionsraum (1) wird eine Flugstromvergasung durchgeführt. Das Synthesegas in dem Reaktionsraum besitzt in dieser Ausführungsform als Strömungsrichtung (14) einen Drall und verlässt den Reaktionsraum (1) nach einer durchschnittlichen Verweilzeit von 1 bis 10 Sekunden. Der Synthesegasstrom verlässt den Vergasungsreaktor (1) in vertikal abwärtsführender Richtung (14a) in den Abkühlraum (11). Erfindungsgemäß wird kurz nach Verlassen des Reaktionsraumes (1) in das heiße Synthesegas ein nachwachsender Brennstoff (12a) eingeleitet. Nach Durchlaufen einer Reaktionsstrecke wird ein Fremdmedium (7a) zum Abkühlen eingeleitet.

[0039] FIG. 4 zeigt den gleichen Austrittsstutzen (11a), der hier mit einem Wandvorsprung (15) des Reaktionsraumes (1) ausgestattet ist, wodurch sich an der Einleitungsstelle des Synthesegasstroms (14b) in den Abkühlraum eine Einengung bildet. Dadurch steigt die Strömungsgeschwindigkeit in dem Abkühlraum (11) an. Im Strö- mungsschatten dieses Wandvorsprungs wird der nachwachsende Brennstoff (12a) eingeleitet. Dadurch kommt es typischerweise zu einer besseren Vermischung des Brennstoffes mit dem Synthesegas. Zusätzlich werden die Brenner vor der Bedeckung mit glutflüssiger Schlacke geschützt. Nach Durchlaufen einer Reaktionsstrecke wird ein Fremdmedium (7a) zum Abkühlen eingeleitet.

[0040] Bezugszeichenliste

1 Reaktionsraum zur Vergasung 1a Deckel des Reaktionsraumes

2 Druckdichtes Mantelgefäß

3 Brennerlanzen für festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff

3a Kohlenstoffhaltiger Brennstoff im Gemisch mit einem sauerstoffhaltigen Gas

4 Brennerlanzen für festen, nachwachsenden Rohstoff als Brennstoff einer weiteren Brennerebene

4a Nachwachsender Brennstoff im Gemisch mit einem dampf- und sauerstoffhaltigen Gas 4b Gekühlter Schlackeabweiser zum Schutz vor ablaufender glutflüssiger Schlacke Austrittsstutzen für Synthesegas aus dem Reaktionsraum a Ausströmendes Synthesegas aus dem Reaktionsraum Auffangraum zum Herunterkühlen des Synthesegases Zugabedüsen für kühleres Fremdmedium a Dampfförmiges, flüssiges der gasförmiges Fremdmedium Wasserbad für auszuschleusende Feststoffe Austrittsstutzen für Wasser und auszuschleusende Feststoffe 0 Seitlicher Austragssstutzen für heruntergekühltes Synthesegas 1 Abkühlraum 1a Austrittsstutzen aus dem Reaktor für Synthesegas und Feststoffe 2 Zugabedüsen für nachwachsenden Brennstoff im Abkühlraum 2a Nachwachsender Brennstoff 3 Synthesegas 4 Strömungsrichtung des Synthesegases in dem Reaktionsraum 4a Strömungsrichtung des Synthesegases beim Verlassen des Reaktionsraumes4b Einleitungsgasstrom des Synthesegases in den Abkühlraum 5 Wandvorsprung des Reaktionsraumes mit Einengung der Strömung