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Title:
GASIFIER AND METHOD FOR PRODUCING A COMBUSTIBLE GAS FROM CARBON-CONTAINING FEED MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/172896
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gasifier, comprising a bed region, into or onto which the carbon-containing fuel can be introduced, an air distributor, via which a reactant for producing a product gas can be introduced, and a freeboard, in which endothermic post-reactions of the gasification occur, wherein the freeboard for supporting the endothermic post-reactions is divided into at least two sections such that a gas can be fed in stages, with which gas the product gas reacts, whereby heat is released. The invention further relates to a method for gasifying solid fuel particles, comprising introducing carbon-containing fuel (B) into or onto a bed region, introducing a reactant for producing a product gas via an air distributor, providing a freeboard having at least two sections, wherein a gas is fed in stages through the sections of the freeboard, and controlling the temperature in order to support endothermic post-reactions, such that the product gas reacts with the gas fed in stages, heat thereby being released.

Inventors:
STEER THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/051695
Publication Date:
November 19, 2015
Filing Date:
January 28, 2015
Export Citation:
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Assignee:
STEENOVA UG & CO KG (DE)
International Classes:
C10J3/36; C10J3/72; C10K1/00
Domestic Patent References:
WO2011101022A12011-08-25
Foreign References:
DE202011004328U12012-06-25
DE20200935U12003-05-28
DE102007006982A12008-08-14
Attorney, Agent or Firm:
ZEITLER, MICHAEL (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Vergaser (21 1), umfassend einen Bettbereich (211a), in oder auf den kohlenstoffhaltiger Brennstoff (B) eingebracht werden kann, einen Luftverteiler (355), über den ein Reaktionsmittel (351) zur Erzeugung eines Produktgases eingebracht werden kann, ein Freeboard (21 1b), in dem endotherme Nachreaktionen der Vergasung stattfinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Freeboard (21 lb) zur Unterstützung der endothermen Nachreaktionen in zumindest zwei Sektionen (21 Ibl, 21 lb2) eingeteilt ist um in Stufen ein Gas (354) zuführen zu können, mit dem das Produktgas unter Wärmefreisetzung reagiert.

2. Vergaser nach Anspruch 1 , wobei der Bettbereich (21 1a) als Wirbelbett

ausgeführt ist.

3. Vergaser nach Anspruch 1, wobei der Bettbereich (21 la) als Festbett ausgeführt ist.

4. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der exotherme Bestandteil des Gases (354) aus Sauerstoff oder einer seiner Verbindungen besteht oder Sauerstoff einer der wesentlichen Reaktionspartner ist.

5. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als exothermes Gas (354) Luft oder mit Sauerstoff angereichte Luft eingesetzt wird.

6. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Gas (354) zur Unterstützung endothermer Reaktionen Wasserdampf zugegeben wird.

7. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Vorrichtung zur Temperaturmessung in jeder der zumindest zwei Sektionen (21 lbl , 21 lb2) vorgesehen ist, um abhängig von dem Ergebnis der

Temperaturmessung (632) sauerstofftragendes Gas und Wasserdampf in den einzelnen Sektionen gesteuert zugegeben zu können.

8. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Freeboard (21 1 b) derart gestaltet ist, dass neben dem Produktgas auch der in der Asche des Produktgases enthaltene Kohlenstoff mit dem Produktgas unter

Wärmefreisetzung reagiert.

9. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Freeboard (21 1 b) derart gestaltet ist, dass neben dem Produktgas auch der in der Asche des Produktgases enthaltene Kohlenstoff mit Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff reagiert.

10. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergaser (21 1) unter Druck betrieben wird.

11. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergaser (21 1) unter Druck betrieben wird und der Druck so hoch ist, dass das erzeugte Gas ohne Nachverdichtung einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann.

12. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Freeboard (21 1 b) einen größeren Querschnitt in Gasströmungsrichtung aufweist als der Bettbereich (21 1 a), so dass die Geschwindigkeit des Gases in dem Freeboard (21 1 b) kleiner ist als in dem Bettbereich (21 1 a) und somit die Verweildauer des Produktgases in dem Freeboard (21 1b) erhöht wird.

13. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Vergaser eine für die Staubabscheidung geeignete Gasreinigungsvorrichtung (222)

nachgeschaltet ist und die Gasreinigungsvorrichtung (222) mindestens einen Wärmetauscher (240a, 240b) enthält.

14. Verfahren zum Vergasen von Festbrennstoffpartikeln umfassend

Einbringen von kohlenstoffhaltiger Brennstoff (B) in oder auf einen Bettbereich (21 1a),

Einbringen eines Reaktionsmittels (351) zur Erzeugung eines Produktgases über einem Luftverteiler (355),

Bereitstellen eines Freeboards (21 lb) mit mindestens zwei Sektionen (21 Ibl , 21 1 b2), gekennzeichnet durch stufenweises Zuführen eines Gases (354) durch die Sektionen des Freeboards (21 1 b) und

Steuern der Temperatur um endotherme Nachreaktionen zu unterstützen so dass das Produktgas mit dem stufenweise zugeführten Gas (354) unter

Wärmefreisetzung reagiert.

15. Verfahren nach Anspruch 14 weiterhin umfassend

Zugeben von Wasserdampf zu dem Gas (354) zur Unterstützung endothermer Reaktionen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15 weiterhin umfassend

Messen der Temperatur des Produktgases in jeder der mindestens zwei Sektionen (211 b 1 , 211 b2) und abhängig von dem Ergebnis der Temperaturmessung (632) Hinzufügen von sauerstofftragendem Gas und Wasserdampf entsprechend dem Ergebnis der Temperaturmessung.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Verfahren bei einem Druck in einem durchgeführt wird so dass das erzeugte Gas ohne

Nachverdichtung einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann.

Description:
Beschreibung.

Vergaser und Verfahren zur Erzeugung eines brennbaren Gases aus

kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen

STAND DER TECHNIK

Vergasung

Die Vergasung fester Brennstoffe ist seit langem von großem Interesse. Durch die Vergasung wird aus einem festen Brennstoff ein brennbares Gas. Dieses lässt sich in den hochwertigen Arbeitsmaschinen wie Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen nutzen. Ebenso lässt sich das Gas auch für weitere thermochemische Prozesse wie die Synthese von Erdgas oder von flüssigen Treibstoffen nutzen. Weiterhin bietet sich die Nutzung in Brennstoffzellen an.

Vergasungsmedium

Die Vergasung erfolgt stets unter Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid als der wesentlichen kennzeichnenden Reaktion. Als Sauerstoffträger kann für diese Reaktion entweder Sauerstoff aus der Luft, reiner Sauerstoff oder Wasserdampf verwendet werden. Je nach Vergasungsmedium spricht man von luftgeblasenen Vergasern, sauerstoffgeblasenen Vergasern oder wasserdampf-geblasenen Vergasern. Zur Durchführung der Vergasungsreaktionen wird Wärme benötigt. Bei luft- und sauerstoffgeblasenen Vergasern laufen bei der Oxidation exotherme Reaktionen ab, über die die erforderliche Wärme bereitgestellt wird. Diese Vergaser werden als autotherm bezeichnet. Die Reaktion zwischen Wasserdampf und Kohlenstoff ist endotherm, sie benötigt Energie. Die zur Vergasung erforderliche Wärme muss daher extern bereitgestellt werden, genauso wie die Wärme für die Reaktion von Wasserdampf und Kohlenstoff. Diese Vergaser werden als allotherm bezeichnet. Das Gas aus einer allothermen Vergasung mit Wasserdampf besitzt den höchsten Heizwert, das aus einer luftgeblasenen autothermen Vergasung den niedrigsten.

Bauart

Der Brennstoff kann im Vergaser in einem festen Bett vorliegen. Er kann sich - bauart-abhängig - von unten nach oben bewegen oder von oben nach unten. Genauso kann in diesem festen Bett das Vergasungsmedium von oben nach unten oder von unten nach oben strömen. All diese Bauarten haben die nachteilige Eigenschaft, dass das Vergasungsmedium vorzugsweise dort entlangströmt, wo sich kein Brennstoff befindet. Es gibt daher große Unterschiede in Verhältnis von Brennstoff zu Vergasungsmedium über den Querschnitt des Reaktors und damit große Ungleichgewichte in der Gasqualität. Die Baugröße dieser Art von Reaktoren ist daher eng begrenzt und bislang nur im kleinen Leistungsbereich darstellbar. Alternativ kann der Brennstoff in einem inerten Bett vorliegen, das von unten mit dem Vergasungsmedium fluidisiert wird, in diesem Falle gewährleistet das fluidisierte inerte Bett eine Gleichverteilung von Brennstoff und Vergasungsmedium, so dass sich keine Beschränkung in der Baugröße ergibt. Das Bett muss jedoch zu Beginn des Betriebs extern auf die Betriebstemperatur aufgeheizt werden, was zusätzlichen Aufwand zur Folge hat. Solche Wirbelschichtvergaser sind daher in der Bauweise sehr viel aufwändiger als Festbettvergaser.

Gasqualität und Reaktionen Die Oxidation des Kohlenstoffs zu Kohlenmonoxid erfolgt üblicherweise nicht für den gesamten Kohlenstoff. Ein Teil des Kohlenstoffs verbleibt entweder als fixer Kohlenstoff in der Asche oder als Kohlenwasserstoff, der nicht aufgespalten wird, im erzeugten Gas. Die Kohlenwasserstoffe werden aus den Kohlenwasserstoffen im Brennstoff gebildet, teilweise unter Verkürzung der Ketten. Die meisten dieser Kohlenwasserstoffe sind langkettig. Langkettige Kohlenwasserstoffe kondensieren bei Abkühlung bereits bei relativ hohen Temperaturen ab ca. 250 °C als Teere aus. Bei allen Vergasern ist die Bildung von Teeren bei Abkühlung daher ein Problem. im Vergaser laufen gleichzeitig zahlreiche Gleichgewichtsreaktionen ab. Eine bekannte hierunter ist die sogenannte Shift-Reaktion. Bei ihr wird ein Sauerstoffatom zwischen Wasserstoff und Kohlenmonoxid ausgetauscht, so dass wahlweise Wasserstoff und Kohlendioxid oder Wasserdampf und Kohlenmonoxid gebildet werden. Alle vier Gase liegen in Summe im Gleichgewicht vor. Bei einer Temperatur von 700 °C ist diese Reaktion gerade energieneutral, d.h. sie ist hier weder exotherm noch endotherm. Das Gas aus einer Vergasung hat daher bei ausreichender Verweilzeit üblicherweise eine Temperatur von ca. 700 °C. Das Aufspalten der Kohlenwasserstoffe ist grundsätzlich eine endotherme

Reaktion. Die Edukte haben einen höheren Heizwert als der Kohlenwasserstoff. Aus der Petrochemie ist bekannt, dass bei Temperaturen um 800 °C Wasserdampf in der Lage ist, K ohl en Wasserstoffe aufzuspalten. Aus dem praktischen Betrieb vieler Vergaser ist bekannt, dass auch bei längerer Verweilzeit die endothermen Reaktionen in etwa ab einer Temperatur unterhalb von 700 °C zum Erliegen kommen. Eine vollständige Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff erhöht den Heizwert des Gases im Vergleich zu den Ausgansprodukten um 30 bis 40%. Da diese Wärme einem Vergaser üblicherweise nicht zur Verfügung gestellt werden kann, erfolgt nur in geringem Umfang eine Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe. Die meisten Kohlenwasserstoffe verbleiben als komplexe Ketten im Produktgas, was zu den bekannten Problemen mit Teeren und Teerkondensation bei der Gasreinigung führt.

Qualität der Asche aus der Vergasung Die Oxidation des fixen Kohlenstoffs aus der Asche stellt ein Spezialproblem dar.

Die Asche enthält üblicherweise noch einen sehr hohen Gehalt an Restkohlenstoff, so dass die Entsorgung oftmals sehr problematisch und mit hohen Kosten verbunden ist.

Verwendung des erzeugten Gases in einer Arbeitsmaschine

Bei den meisten realisierten Vergasern wird das erzeugte Gas in einer Kolbenarbeitsmaschine (Verbrennungsmotor) verwendet. Hierbei ist die Abkühlung des Gases auf ca. 50°C erforderlich. Es ist daher Stand der Technik, für diese Vergaser ausschließlich sehr trockenes Holz zu verwenden. Der Einsatz von trockenem Holz hat zwei wesentliche Gründe. Zum einen ist es beim Einsatz von sehr trockenem Holz möglich, auch in luftgeblasenen Festbettvergasern eine Maximaltemperatur von etwas über 1.000 °C zu erreichen. In diesem Temperaturbereich wird ein Großteil der Teere chemisch in kürzere Ketten aufgespalten, so dass das Kondensationsproblem entschärft wird. Zum anderen ist bei sehr trockenen Brennstoffen der Gehalt an Wasserdampf im erzeugten Gas noch so niedrig, dass es bei der Abkühlung auf ca. 50 °C noch nicht zur Kondensation des Wasserdampfes kommt. Sofern ein Verbrennungsmotor als Arbeitsmaschine zum Einsatz kommt, kann der Vergaser atmosphärisch betrieben werden, was die Konstruktion stark vereinfacht.

Wenn man die Abkühlung des Gases unter die Kondensationstemperatur der Teere vermeiden will, kommt als Arbeitsmaschine nur eine Gasturbine in Frage. Die fühlbare Wärme des Gases ist in der Gasturbine direkt nutzbar und steigert den Wirkungsgrad. Dieser Einsatzzweck hat aber den großen Nachteil, dass das Gas der Brennkammer der Gasturbine unter Druck zugeführt werden muss. Der Druck muss mindestens dem Druck der Brennkammer entsprechen, unter Berücksichtigung von Druckverlusten in Regelventilen liegt er sogar leicht darüber. Die Realisierung eines Vergasers unter Druck ist wesentlich aufwändiger als die einer drucklosen Bauform. Die im Gas enthaltenen Teere werden in der Brennkammer der Gasturbine verbrannt, so dass sie keinen Problemstoff mehr darstellen wie bei der Nutzung in einem V erbrennun gsmotor, sondern einen wertvollen Energieträger. Da die Verbrennung in der Brennkammer einer Gasturbine jedoch verhältnismäßig schnell abläuft, sollte darauf geachtet werden, den Anteil an Teeren niedrig zu halten.

Die Verwendung des Gases in Arbeitsmaschinen ist aus zwei Gründen Ziel vieler Entwicklungen. Bei Verbrennungsanlagen mit Wärmenutzung über einen Dampf- oder ORC-Kreislauf ergeben sich höhere Mindestleistungsgrößen als bei Arbeitsmaschinen, so dass der Einsatz von Arbeitsmaschinen einen kleineren Leistungsbereich erschließt, der mit den traditionellen Prozessen nicht erreichbar ist. Weiterhin versprechen die Arbeitsmaschinen auch im kleinen Leistungsbereich einen wesentlich höheren elektrischen Wirkungsgrad, als dies mit den traditionellen Prozessen erreichbar ist. Wirkungsgrade von über 40% sind derzeit im kleinen und mittleren Leistungsbereich nur mit Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen im Kombiprozess darstellbar. Der Bereich oberhalb von 50% ist ausschließlich den Gasturbinen im Kombiprozess vorbehalten.

Moderne Wirbelschichtfeuerung

In einer modernen Wirbelschichtfeuerung erfolgt im Bereich des Wirbelbettes eine unvollständige Verbrennung. Im Wirbelbett wird der Brennstoff getrocknet, entgast und teilweise verbrannt. An der Verbrennung können sowohl die flüchtigen Kohlenwasserstoffe teilnehmen als auch der fixe Kohlenstoff der Asche. Die Asche verbleibt so lange im Wirbelbett, bis sie klein gerieben ist und mit dem Rauchgas ausgetragen wird.

Im Freeboard (- eine zweite Reaktionszone die oberhalb der Wirbelschicht angeordnet ist) einer modernen Wirbelschichtfeuerung erfolgt bei einer Temperatur von ca. 900 - 950 °C eine Nachverbrennung des teilverbrannten Brennstoffs. Dort werden unter weiterer Zugabe von sauerstoffhaltigen Gasen - üblicherweise Luft -die Kohlenwasserstoffe komplett zerlegt und zu Kohlendioxid und Wasserdampfverbrannt. Ebenso reagiert dort der noch in der Asche befindliche Kohlenstoff mit dem Sauerstoff zu Kohlendioxid. Es ergibt sich in aller Regel eine praktisch kohlenstofffreie Asche.

Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe des sauersto ffhalti gen Gases mehrfach sektioniert werden kann, ohne dass sich Einschränkungen hinsichtlich der Stabilität der Verbrennungsreaktionen ergäben. Sauerstoffmoleküle, die bei diesen Temperaturen Reaktionspartner finden, oxidieren diese spontan unter Wärmefreisetzung. Mit Hilfe der Sektionierung kann die Feuerraumtemperatur über den gesamten Bereich in einem sehr engen Band gehalten werden. Da in allen Sektionen mit Ausnahme der letzten unterstöchiometrische Bedingungen herrschen, wird die Bildung von Stickoxiden weitestgehend verhindert. Moderne Wirbelschichtfeuerungen sind so konzipiert, dass sie ein sehr weites Band unterschiedlichster Brennstoffe verbrennen können. Die Brennstoffe können dort auch einen sehr hohen Wassergehalt aufweisen. Die Aufheizung der Wirbelschichtfeuerung erfolgt auf einfache Weise über einen

Brenner, der oberhalb der Wirbelschicht im Freeboard angeordnet ist. Dieser heizt gleichzeitig das Freeboard sowie - durch Wärmestrahlung - auch die darunter befindliche Wirbelschicht auf. Zielsetzung der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel und den Zweck, einen Vergaser und ein Verfahren bereitzustellen, so dass zum einen die Flexibilität bei den einsetzbaren Brennstoffen erhalten bleibt, das Wissen aus der Verbrennungskinetik genutzt und auf den Vergaser angewandt wird und zum anderen die vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich der erzielbaren Wirkungsgrade bei der Vergasung und nachgeschalteter Arbeitsmaschinen genutzt werden können bzw. erhalten bleiben.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen luftgeblasenen Vergaser (21 1), der als Festbettvergaser oder als Wirbel schichtvergaser ausgeführt sein kann, der über ein Gebläse oder einen Verdichter (341) angeblasen und über einen Luftverteiler (355) mit der erforderlichen Reaktionsluft (350) versorgt wird. Der Luft kann Wasserdampf beigemischt werden. Auf oder in die Wirbelschicht (21 l a) oder das Festbett wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff (B) aufgegeben (410). Die Wirbelschicht oder das Festbett (21 l a) haben erfindungsgemäß die Aufgabe, den Brennstoff zu trocknen und die flüchtigen Bestandteile auszutreiben. Im Falle eines Wirbelschichtvergasers hat das Wirbelbett darüber hinaus die Aufgabe, die gesamte verbleibende kohlenstoffhaltige Asche klein zu reiben, so dass sie dann mit dem Gas ausgetragen wird. Im Falle des Festbettes wird lediglich ein Teil der Asche als Flugasche mit ausgetragen. Das Produktgas besteht somit in wesentlichen aus den komplexen Kohlenwasserstoffen, klein geriebener Asche sowie einem Teil Reaktionsprodukt aus der Verbrennung eines Teils des Brennstoffs mit Luft und einem weiteren Anteil von Inertgasen aus der Verbrennungsluft. Im Freeboard (21 1 b) sollen erfindungsgemäß die komplexen Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid zerlegt werden. Hierzu wird dem Freeboard (21 lb) über weitere Luftdüsen (354) Luft zugeführt. Die Luft reagiert mit einem Teil des Produktgases unter Freisetzung von Energie. Diese freigesetzte Energie wird genutzt, um die endothermen Reaktionen zur Spaltung der Kohlenwasserstoffe bereitzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird dem Freeboard (21 1b) neben dem sauersto fftragenden Gas auch Wasserdampf zugeführt, um die endothermen Reaktionen entsprechend zu unterstützen. Die zur kompletten Spaltung der Kohlenwasserstoffe erforderliche Energie ist so hoch, dass das Produktgas bei der Reaktion mit der zugeführten Luft auf eine Temperatur zwischen 1.500 °C und 2.000 °C aufgeheizt werden müsste. Dies verbietet sich jedoch zumeist, da die Asche des Brennstoffs bei diesen Temperaturen zumeist zu schmelzen beginnt, wodurch der weitere Prozessablauf der Heißgasreinigung nicht mehr möglich wäre.

Erfindungsgemäß wird die Verbrennungsluft dem Freeboard (21 lb) vorteilhaft in mehrere Sektionen (21 l bl, 21 lb2, etc.) aufgeteilt zugegeben, denen jeweils nur ein Teil der Reaktionsluft zugeführt wird (354a, 354b, etc.). Die Temperaturerhöhung lässt sich so auf ein Maß begrenzen, bei dem die Aschen der eingesetzten Brennstoffe nicht schmelzen. Hier kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass die Zugabe von sauerstoffhaltigem Gas die Temperatur mittels der exotherm ablaufenden Reaktionen erhöht und die Zugabe von Wasserdampf die Temperatur mittels der endotherm ablaufenden Reaktionen erniedrigt. Durch das sektionale Zugeben der Reaktionsluft müssen keine extra Zonen unterschiedlicher Temperatur ausgebildet werden oder sich von selbst einstellen, sondern die Temperatur wird aktiv gesteuert, um dort die endothermen Reaktionen ablaufen zu lassen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird im Freeboard (21 1b) in den einzelnen Sektionen die Temperatur (632) gemessen, um hiermit die schnelle Wärmefreisetzung über die Zugabe von Sauerstoff und den Wärmeverbrauch durch die langsameren endothermen Reaktionen zwischen Wasserdampf und den Kohlenwasserstoffen gezielt zu steuern und im Gleichgewicht zu halten.

Im Freeboard (21 lb) ist neben dem Produktgas auch die Asche aus dem Brennstoff enthalten, die noch Kohlenstoff enthält. Die Zufuhr von sauersto f fhalti gen Gas in diesen Bereich führt auch dazu, dass der Kohlenstoff aus der Asche mit dem Sauerstoff reagiert, wodurch der Kohlenstoff aus der Asche als Brennstoff genutzt wird. Eine aufwändige Entsorgung von Asche mit erheblichem Kohlenstoffanteil, wie es bei Vergasern heute noch Stand der Technik ist, kann somit entfallen.

Vorteilhaft ist das Freeboard (21 lb) des Vergasers gegenüber der Wirbelschicht (21 1 a) oder dem Festbett im Querschnitt erweitert. Die Erweiterung des Querschnitts (21 l c) geht einher mit der Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der Gase. Die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt in erheblichem Maße die Größe der Partikel, das der Gasstrom mit austragen kann. Die Querschnittserweiterung führt dazu, dass Partikel, die aus der Wirbelschicht oder dem Festbett ausgetragen werden, lange in dem darüber liegenden Freeboard (211b) verbleiben bzw. in dem Bereich der Querschnittserweiterung auf und ab wandern. Die Verweilzeit dieser Teilchen wird somit ganz wesentlich erhöht. Die Erhöhung der Verweilzeit trägt ganz erheblich zur vollständigen Reaktion des Kohlenstoffs der Asche mit dem zugeführten Sauerstoff bzw. dem zugeführten Wasserdampf bei.

Der Druck im Vergaser kann in einem weiten Bereich liegen. Vorteilhaft ist er so gewählt, dass das (heiße) Produktgas ohne weitere Verdichtung genutzt werden kann, z.B. in der Brennkammer einer Arbeitsmaschine. Wenn nun der Brennkammerdruck in einer Micro-Gasturbine ca. 5 bar beträgt, so würde der Druck im Vergaser ca. 5,5 - 6 bar betragen. Bei einer "großen" Gastrubine mit einem Brennkammerdurck von typisch 15 bar würde der Druck im Vergaser ca. 16 - 17 bar betragen. Wenn man das Gas in einem chemischen Reaktor nutzt, könnte der Druck auch 30 oder 40 bar betragen. Vorteilhaft wird der Vergaser daher nicht atmosphärisch, sondern unter Druck betrieben. Der Brennstoff wird in diese Falle über eine Druckschleuse in den Reaktor eingeschleust. Die Druckschleuse wird vorteilhaft so gestaltet, dass mit ihr gezielt Falschluft in den Reaktor eingetragen wird. Die Falschluft nimmt ebenfalls an der Reaktion teil und ermöglicht, dass auf aufwändige Dichtungskonstruktionen oder den Einsatz von speziellen, teuren Inertgasen wie Stickstoff verzichtet werden kann.

Der Reaktor ist vorteilhaft mit einer Gasreinigung (222) verbunden, in der der Staub aus dem Gas abgeschieden wird (S). Die zulässigen Temperaturen in der Gasreinigung liegen werkstofftechnisch begründet üblicherweise deutlich unter den Betriebstemperaturen des Vergasers. Der Vergaser ist daher vorteilhaft mit einem Wärmetauscher (240a) verbunden, bei denen das staubbeladene Rohgas abgekühlt und die Wärme genutzt wird, um das Reingas nach der Staubabscheidung wieder aufzuheizen, bevor es einer weiteren Verwendung (V) zugeführt wird.

Vorteilhaft ist der Reaktor auch mit einem Wärmetauscher (240b) versehen, mit deren Hilfe das dem Prozess zuzuführende sauerstoffhaltige Gas und / oder der dem Prozess zuzuführende Wasserdampf unter Abkühlung des Rohgases vor der Staubabscheidung aufgeheizt werden.

Der Luftverteiler (355) ist im Falle einer Wirbelschicht vorteilhaft so konstruiert, dass Grobteile (G) aus dem Brennstoff über Freiräume zwischen den Luftverteilern leicht nach unten in einen Bereich festen Sandes unterhalb der Wirbelschicht (21 1 a) abgezogen werden können.

Im Freeboard (21 1b) befindet sich vorteilhaft ein Brenner (450), mit dem der Reaktor und gegebenenfalls auch die Wirbelschicht (21 1 a) aufgeheizt werden können. Der Brenner (450) kann mit einer Luftebene (354) kombiniert sein. Der Anfahrvorgang findet vorteilhaft in überstöchiometrischer Fahrweise statt. Die überstöchiometrische Fahrweise gewährleistet auch in diesem Fall einen vollständigen Ausbrand der Kohlenwasserstoffe und der Asche. Der Druckaufbau erfolgt möglichst schnell, jedoch unter Vermeidung der Kondensation von Wasserdampf an kalten Oberflächen. Der Übergang vom Aufheiz- in den Vergasungsbetrieb erfolgt kontinuierlich durch Verringerung der Sauerstoffzufuhr bzw. der Erhöhung der Brennstoffzufuhr.