Ölsand und/oder Ölschiefer

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Synthesegas durch direkte Vergasung von in Ölsanden und/oder Ölschiefern enthaltenen Kohlenstoffanteilen in einem vertikalen Prozessraum mit einer Kalzinierzone und einer Oxidationszone, in welcher die kalzinierten kohlenstoffreichen Anteile mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite des vertikalen Reaktionsraumes abgezogen werden, der vertikale Prozessraum in der Form eines Vertikalschachtofens ausgebildet wird, der von einem Schüttgut, das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise unterhalb der Oxidationszone eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird, indem dass das Schüttgut zumin- dest teilweise durch den natürlichen inerten Gesteinsanteil in den Ölsanden und/oder dem Ölschiefer bereitgestellt, durch Zusatz von alkalischen Stoffen unter reduk- tiven Bedingungen, die im vertikalen Prozessraum bei Temperaturen von oberhalb von 400 °C aus den Bestandteilen der Ölsande und/oder Ölschiefer entstehenden gasförmigen

Schwefelverbindungen durch chemische Reaktion mit den alkalischen Stoffen in feste Schwefelverbindungen überführt, diese festen Schwefelverbindungen zumindest teilweise mit den gasförmigen Reaktionsprodukten ausgetragen, und bei Temperaturen oberhalb von 300 °C aus der Gasphase durch

Feingutabtrennung entfernt werden.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgrund des weltweit stark steigenden Bedarfs an fossilen Brennstoffen und Erdöl-basierten Rohstoffen, sowie die langfristig zu erwartende Verknappung konventioneller Erdölvorkommen, erlangt die Gewinnung von Energieträgern und Rohstof- fen aus Ölschiefer- und/oder Ölsandvorkommen zunehmend an Bedeutung .

Natürlich vorkommende Ölsande oder Ölschiefer bestehen aus Erdgestein und enthalten bis zu 20 % eines Bitumengemisches. Dieses Bitumengemisch enthält im Wesentlichen organische KohlenstoffVerbindungen unterschiedlicher Molgewichte und Siedepunkte .

Stand der Technik:

Um diese KohlenstoffVerbindungen einer gezielten Gewinnung zugänglich zu machen, muss das Bitumengemisch zunächst vom Erdgesteinsanteil abgetrennt werden.

Die Abtrennung des Bitumens aus diesen Erdgesteinsmassen kann im Wesentlichen über zwei Technologien erfolgen.

Gewinnung im Tagebau:

Bei dieser Methode wird die Bitumen-haltige Gesteinsmasse mit Abräumbaggern bzw. Radladern abgetragen und mittels Schwerlastfahrzeugen zu den Aufbereitungsanlagen transportiert. Die Aufbereitung erfolgt in der Regel in folgenden Prozessschritten : 1. Brechen / Zerkleinern des Gesteins in der Regel unter

Zuführung von Wasserdampf bzw. Heißwasser

2. Überführung der dabei entstehenden Suspension in den

ersten Extraktionsschritt, wo sich Sediment und Wasser als untere Trennschicht, und Bitumen mit Schaum als obe re Trennschicht ausbildet.

3. Abführen der unteren Sediment- und Wasserschicht in zu- meist künstlich angelegte Stauseen oder Wasserlagunen

4. Abführen der oberen Bitumenschicht in den zweiten Extraktionsschritt, wo Reste von Wasser und Feinpartikel abgetrennt werden. Der Bitumen wird zumeist in einem or ganischen Lösungsmittel (in der Regel „Naphtha", welche ein Produkt des Leichtölgewinnungsprozesses ist) gelöst Man erhält den sogenannten Roh-Bitumen.

5. Der Roh-Bitumen wird in eine nachfolgende Bitumenaufbe- reitung („Upgrading" ) überführt.

Gewinnung über die sogenannte „Insitu-Methode" :

Bei dieser Technologie wird der Roh-Bitumen bereits im Erd- reich, unterhalb der Erdoberfläche und ohne Abbau der Gesteinsmassen gewonnen. Dies geschieht wie folgt:

6. Hochdruck-Wasserdampf wird in tiefe Bitumen-haltige Gesteinsschichten injiziert. Dadurch wird eine thermische Verflüssigung des Roh-Bitumens erreicht.

7. Dieser verflüssigte Roh-Bitumen wird gezielt in unterir dische Sammelpunkte geleitet und von dort mittels geeig neter Pump-Fördertechnik an die Erdoberfläche gefördert

8. Der so gewonnene Roh-Bitumen folgt dann in der Regel dem weiteren Vorgehen entsprechend dem o.g. Punkt 5. Gewinnung von Leichtöl und flüssiger Treibstoffe aus Ron- Bitumen :

Der Roh-Bitumen wird (ggf. aus beiden Gewinnungsmethoden) in die nächste Aufbereitungsanlage („Upgrading" ) zusammengefahren. Dort werden zumeist folgende Prozessschritte durchgeführt:

9. Aus der Mischung bestehend aus Roh-Bitumen und Naphtha werden die flüchtigen Kohlenwasserstoffe abdestilliert.

Am Ende bleibt ein unlöslicher Rückstand, der sogenannte Pet-Koks zurück. Dieser kann je nach Einsatzmaterial bis zu 10 % Schwefelanteile enthalten. 10. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus der Destillation werden durch fraktionierte Kondensation in Naphtha, Kerosin und Gasöl aufgetrennt, wobei Naphtha in der Regel zumindest teilweise in den Prozess zurückgeführt wird. 11. Je nach Qualitätsanforderung an die einzelnen Fraktionen kann im weiteren Schritt eine Entschwefelung erfolgen. Dies geschieht zumeist mittels Hydrierung und Abtrennung von elementarem Schwefel. 12. Am Ende des Prozesses steht die Lagerung und der Abtransport der flüssigen Fraktionen.

Das oben beschriebene Verfahren zur Gewinnung von Leichtöl und Treibstoffen aus Ölschiefer und/oder Ölsanden weist je- doch erhebliche wirtschaftliche und ökologische Nachteile auf .

So erfordert die Extraktion des Roh-Bitumens aus den Ge ^¬ steinsmassen erhebliche Mengen an Heißwasser und Wasserdampf. Pro Volumeneinheit gewonnenem Leichtöl müssen bis zu 6 Volumeneinheiten Heißwasser bzw. Dampf eingesetzt werden. Die Bereitung von Dampf und Heißwasser erfolgt zumeist in Heizkesseln mit Erdgasfeuerung. Der Bedarf an Erdgas ist extrem hoch und führt zu einer außerordentlich ungünstigen Energiebilanz des Gesamtprozesses. Weiterhin ist dadurch der spezifische C0 ₂ -Ausstoss pro Barrel gewonnenem Leichtöl im Grunde ökologisch und im Hinblick auf notwendige Schonung wertvoller Ressourcen inakzeptabel.

Der hohe Wasserbedarf des Verfahrens führt, trotz Bemühung um zumindest teilweise Kreislauffahrweise , zu einem entsprechend hohen Anfall an kontaminiertem Abwasser. Dieses enthält ver- fahrensbeding neben dem Sedimentanteil vor allem Restkonzent- rationen an Bitumen, polycyclischen Aromaten, auch PAK genannt, und Schwermetallen. Bei den PAK handelt sich um ein Gemisch von aromatischen organischen Stoffen unterschiedlichster Molgewichte. In solchen PAK-Gemischen sind in der Regel auch stark toxische Stoffe enthalten. Hierbei ist ins- besondere Benzo (a) pyren zu nennen, das im Verdacht steht Krebs zu erzeugen.

Diese kontaminierten Abwässer werden zumeist in künstlich angelegten Stauseen oder künstlichen Lagunen verbracht. Dort bilden Sie ein sehr hohes Kontaminationsrisiko für Natur und Umwelt. Es handelt sich hierbei zum Teil um die größten künstlich angelegten Gewässer weltweit.

Der bei der Destillation des Roh-Bitumens (Schritt

9.) zurückbleibende Pet-Koks enthält Schwefel in Konzentrationen von bis zu 10 %. Hierbei handelt sich im Grunde um einen wertvollen Energieträger. Dieser kann jedoch aufgrund seines extremen Schwefelgehaltes nicht ohne weiteres in Verbren ^¬ nungsprozessen, z.B. zur Erzeugung von Wasserdampf oder Heiß- wasser eingesetzt werden. Die Gewährleistung einer Umweltgerechten, thermischen Verwertung ist daher fraglich, und wenn überhaupt nur mit unverhältnismäßigem Aufwand für eine Rauchgasentschwefelung möglich.

Für die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern das eine umweltgerechte und energieeffiziente Verwertung von Kohlenstoffträgem, enthalten in Ölsanden und/oder Ölschiefer erlaubt, ohne derart große Mengen an kontaminierten Reststoffen zu erzeugen. Gleichzeitig sollte ein Verfahren bereitgestellt werden, das fossile Ressourcen (z.B. Erdgas) schont und das aus sich selber heraus ausreichend Energieträger generieren kann, um den Verwertungsprozess mit dem notwendigen Eigenenergiebedarf zu versorgen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass schwefelarmes Synthesegas gewonnen wird, indem durch direkte Vergasung von in Ölsanden und/oder Ölschiefern enthaltenen Kohlenstoffanfeilen in einem vertikalen Prozessraum mit einer Kalzinierzone und einer Oxidationszone , in welcher die kalzinierten koh- lenstoffreichen Anteile mit sauerstoffhaltigem Gas oxidieren, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte an der Oberseite des vertikalen Reaktionsraumes abgezogen werden, der vertikale Prozessraum in der Form eines Vertikalschachto ens ausgebildet wird, der von einem Schüttgut, das selbst nicht oxidiert wird, kontinuierlich von oben nach unten durchströmt wird, das sauerstoffhaltige Gas wenigstens teilweise unterhalb der Oxidationszone eingeleitet wird, wodurch der aufsteigende Gasstrom gefördert wird, indem das Schüttgut zumindest teilweise durch den natürlichen inerten Gesteinsanteil in den Ölsanden und/oder dem Ölschiefer bereitgestellt, durch Zusatz von alkalischen Stoffen unter reduktiven Bedingungen, die im vertikalen Prozessraum bei Temperaturen von oberhalb von 400 °C aus den Bestandteilen der Ölsande und/oder Ölschiefer entstehenden gasförmigen Schwefelverbindungen durch chemische Reaktion mit den alkalischen Stoffen in feste Schweielverbin- düngen überführt, diese festen Schwefelverbindungen zumindest teilweise mit den gasförmigen Reaktionsprodukten ausgetragen, und bei Temperaturen oberhalb von 300 °C aus der Gasphase durch Feingutabtrennung (18) entfernt werden. Um die in den Ölsanden bzw. den Ölschiefern enthaltenen Kohlenstoffanteile besonders effizient vergasen zu können ist es vorteilhaft, die Ölsande bzw. Ölschiefer vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum mittels mechanischer Energie auf eine Korngrösse von kleiner 300 mm zu zerkleinern. Dadurch können die im vertikalen Prozessraum ablaufenden Reaktionen besonders effizient gestaltet werden, da in diesem Fall die Reaktionsoberfläche der Ölsande bzw. Ölschiefer erhöht wird, gleichzeitig aber eine ausreichende Gasdurchlässigkeit im Schüttgut gewährleistet wird.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, als alkalische Stoffe Metalloxide, Metallcarbonate, Metallhydroxide oder Mischungen aus zwei o- der drei dieser Stoffe einzusetzen. Diese können gezielt in den vertikalen Prozessraum oder in die Gasphase oberhalb der Kalzinierzone eindosiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Metalloxide, Metallcarbonate, Metallhydroxide oder Mischungen aus zwei oder drei dieser Stoffe vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum den Ölsanden und/oder dem Öl- schiefer beizumischen.

Als besonders vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, dass die alkalischen Stoffe zumindest teilweise in feinkörniger Form mit einer Korngröße von kleiner 2 mm als Feststoff und/oder als Suspension in Wasser eingesetzt werden.

Als besonders bevorzugte Ausführungsform stellte sich eine Variante heraus, bei der die eingesetzten Metalloxide, Me- tallcarbonate und Metallhydroxide Elemente der Alkalimetalle oder Elemente der Erdalkalimetalle und besonders bevorzugt Calcium als Kation enthalten. Calcium hat hierbei den Vorteil, dass die entsprechenden Einsatzstoffe Calciumoxid, Cla- ciumcarbonat oder Calciumhydroxid geeignete physikalische und chemische Stoffeigenschaften aufweisen, um in dem vorliegen Verfahren nahezu optimale Ergebnisse hinsichtlich Bindung der gasförmigen Schwefelverbindungen zu erzielen. Weiterhin sind die resultierenden Schwefelverbindungen des Calciums beson- ders geeignet, um bei einer Temperatur von oberhalb 300 °C aus der Gasphase als Feststoff abgetrennt zu werden.

Verfahren des bisherigen Standes der Technik weisen oftmals erhebliche verfahrenstechnische Probleme auf, die durch Bil- dung von Öl- oder Teer-haltigen Spaltprodukten hervorgerufen werden. Diese Probleme werden im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass im vertikalen Prozessraum und/oder in der Gasphase der abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte in Gegenwart von Wasserdampf und Calciumoxid und/oder Calci- umcarbonat und/oder Calciumhydroxid eine Calcium-katalysierte Reformierung oberhalb von 400 °C durchgeführt wird. Dabei werden wesentliche Anteile der entstehenden Öl- und/oder Teer-haltigen Spaltprodukte, die eine Kettenlänge von größer C4 aufweisen, zu Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt.

Der benötigte Wasserdampf kann dabei gezielt in den vertika ^¬ len Prozessraum und/oder in die Gasphase oberhalb der Kalzinierzone eindosiert werden. Vorteilhaft ist auch eine Ausfüh- rungsform, bei der Wasserdampf aus der Restfeuchte der Ölsan- de und/oder des Ölschiefers in situ bereitgestellt wird. In diesem Fall kann ggf. ganz auf eine Dosierung von Wasser verzichtet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich auch parallel zum weiter oben beschriebenen Verfahren des Standes der Technik zur Abtrennung von Roh-Bitumen vom Gesteinsanteil der Ölsande oder Ölschiefer durchgeführt werden. In diesem Fall, können als Wasser für die Calcium-katalysierte Reformierung auch vorteilhaft wässrige Medien aus dem Ölsandverwertungs- prozess, beispielsweise aus der Extraktion des Rohbitumens eingesetzt werden. Um eine besonders effiziente Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gewährleisten ist es vorteilhaft, einen möglichst hohen Anteil der feinkörnigen alkalischen Stoffe und der festen Schwefelverbindungen aus dem vertikalen Prozessraum über die Gasphase auszutragen. Dies wird erreicht, indem die Strömungsgeschwindigkeit der an der Oberseite des vertikalen Prozessraums abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte durch geeignete Prozessführung auf mindestens 10 m/s eingestellt wird, und damit der Austrag der feinkörnigen alkalischen Stoffe und der festen Schwefelverbindungen aus dem ver- tikalen Prozessraum über die Gasphase in großen Teilen gewährleistet wird.

Für das Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, dass ausreichend alkalische Stoffe zur Bindung von Schwefelprodukten im Prozess bereitgestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass die feinkörnigen alkalischen Stoffe in einem Mengenverhältnis von mindestens 1 g pro Nm ³ entstehender gasförmiger Reaktionsprodukte eingesetzt werden müssen, um gute Ergebnisse zu erzielen. Dadurch kann außerdem eine Ge- samt-Staubkonzentration in der Gasphase der abgezogenen gasförmigen Reaktionsprodukte von mindestens 1 g Feststoff pro Nm ³ gewährleistet werden. Diese Mindest-Staubkonzentration hat sich als notwendig erwiesen, um einen stabilen Prozess zur Herstellung von schwefelarmem Synthesegas sicherzustellen .

Um den Staub aus dem Synthesegas effizient abzutrennen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Feingutabtrennung der feinkörnigen alkalischen Stoffe und der festen Schwefelverbindungen aus der Gasphase über stationäre Filterflächen durchzuführen, auf deren Anströmseite sich ein Belag des festen Fitrationsgutes als Tiefenfiltrationsschicht ausbildet. Dadurch wird ein finaler intensiver Kontakt der gasförmigen Spaltprodukte mit den feinkörnigen alkalischen Stoffen vor der endgültigen Feingutabtrennung gewährleistet und damit ein Höchstmaß gasförmiger Schwefelverbindungen mit den alkalischen Stoffen zur Reaktion gebracht und aus dem System entfernt .

Das für das Verfahren notwendige Schüttgutwanderbett wird zumindest teilweise durch den Gesteinsanteil der eingesetzten Ölsande oder Ölschiefer gebildet. Je nach Eigenschaften der eingesetzten Ölsande oder Ölschiefern kann es jedoch vorteil- haft sein, das Schüttgutwanderbett teilweise durch zusätzliche Dosierung von Grobgut zu ergänzen, um die Fließfähigkeit des Schüttgutes und/oder dessen Gasdurchlässigkeit zu erhöhen. Dies geschieht vorteilhaft, indem das Grobgut den Ölsan- den und/oder dem Ölschiefer vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum beigemischt wird.

Es hat sich herausgestellt, dass das Verfahren besonders vorteilhaft betrieben werden kann, wenn als Grobgut Mineralstof- fe und/oder andere organische Stoffe bzw. Stoffgemische mit einer Korngrösse im Bereich von 2 mm bis 300 mm eingesetzt werden. Man erzielt ebenfalls gute Ergebnisse, wenn als Grobgut Holz und/oder sonstige biogene Materialien mit einer Korngröße im Bereich von 2 mm bis 300 mm eingesetzt werden.

Eine wichtige Steuergröße für den Betrieb des Verfahrens ist die Dosiermenge des sauerstoffhaltigen Gases und des sich daraus ergebenden Gesamtlambdas . Der Prozess wird unter reduk- tiven Gesamtbedingungen durchgeführt, wobei dabei ein Gesamt- lambda von kleiner 0,5 über alle Stufen des Prozessraumes eingestellt wird. Bevorzugt kann das Verfahren auch mit einem Gesamtlamda von 0,3, oder darunter betrieben werden.

Je nach Bitumengehalt der eingesetzten Ölsande oder Ölschie- fer kann es sinnvoll sein, den Heizwert durch Zusatz weiterer Kohlenstoffträger zu erhöhen. Dies kann vorteilhaft geschehen, indem den Ölsanden oder dem Ölschiefer solche Kohlenstoffträger vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum beigemischt werden.

Um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des vertikalen Prozessraums mit dem Schüttgut zu gewährleisten, kann das sauerstoffhaltige Gas dem vertikalen Prozessraum in Form von Druckimpulsen zugeführt werden. Die dadurch erzeugten mecha- nischen Kräfte tragen zur Auflockerung und/oder zur Fließun ^¬ terstützung des Schüttgutes bei. Diese Druckimpulse können beispielsweise in regelmäßigen Intervallen ausgelöst werden, um Brückenbildungen oder Verstopfungen im Schüttgut bereits in der Entstehung vorzubeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der in den Ölsanden/Ölschiefern enthaltene Roh-Bitumen nicht mehr über aufwändige und Umweltbelastende Trennverfahren von der Gesteinsmasse isoliert werden muss, sondern in einem einzigen Verfahrensschritt besonders effizient und Umweltverträglich in ein hochwertiges Synthesegas bestehend im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und niederen Kohlenwasserstoffen überführt werden kann. Dabei besteht ein besonderer Vorteil darin, dass das so erhaltene Synthesegas sehr rein und insbesondere Schwefel-arm ist und dadurch für eine Vielzahl von weiteren Verwendungen zur Verfügung gestellt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, das Synthesegas durch chemische Weiterveredelung, beispielsweise durch Anwendung der Fischer-Tropsch-Synthese in verschiedenste Kohlenwasserstoffe oder auch flüssige Treibstoffe zu überführen. Diese Ausführungsform ist insbesondere auch deshalb von großem Vorteil, weil die sonst anfallenden Sedimente und Abwässer bei der Abtrennung des Rohbitumens oder auch der sonst anfallende Pet- Koks verfahrensbedingt nicht entstehen, sondern vielmehr eine vollständige Überführung der gesamten organischen Bestandteile der Ölsande/Ölschiefer in Synthesegas erfolgen kann.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeipiel für das erfindungsgemäße Verfahren. Dieses soll das Verfahren erläutern, aber nicht einschränken .

Die im Tagebau gewonnenen Ölsande bzw. Ölschiefer (A) werden über Brecheranlagen (1) mechanisch auf eine Korngröße von kleiner als 30 cm zerkleinert und einem Gegenstromvergaser

(2), der als vertikaler Prozessraum ausgebildet ist, von oben über eine vertikale Schurre zugeführt. Das Schüttgut wird dabei ganz oder teilweise aus dem Gesteinsanteil aus dem Öls- and/Ölschiefer (A) gebildet. Je nach Qualität und physikali- scher Beschaffenheit der Ölsande oder dem Ölschiefer kann es vorteilhaft sein, dem Schüttgut noch weiteres Grobgut (3) mit einer Korngröße von 2 mm bis 300 mm beizumischen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Fließverhalten oder die Gasdurchlässigkeit des Schüttgutes verbessert werden soll. Dem Schüttgut können außerdem noch weitere Kohlenstoffträger (4) zugemischt werden, um den verwertbaren Kohlenstoffanteil im Schüttgut zu erhöhen. Hierbei können neben Holz und bioge- nen Stoffen auch eine Vielzahl unterschiedlichster Kohlenstoffträger eingesetzt werden. Beispielsweise auch Reststoffe, die bei der bisherigen Verwertung von Ölsanden oder Ölschiefern anfallen. Insbesondere kann es sich hierbei um Bitumen-haltige Sedimente oder Pet-Kokse handeln.

Das Gemisch aus Schüttgut, Grobgut und Reststoffen durchströmt den vertikalen Prozessraum (2) durch eigene Schwerkraft von oben nach unten. Der Gegenstromvergaser weist im mittleren Bereich Brennerlanzen (5) auf, die für eine Grundlastfeuerung im vertikalen Prozessraum und für die stationäre Ausbildung einer Brennzone (6) sorgen. Diese Brennerlanzen können mit fossilen Brennstoffen (7) und sauerstoffhaltigem Gas (8) betrieben werden. Alternativ zu den fossilen Brennstoffen kann auch Synthesegas aus dem Gegenstromvergaser (9) eingesetzt werden.

Am unteren Ende des vertikalen Prozessraums wird sauerstoffhaltiges Gas (10) eingeleitet. Dieses Gas dient zunächst zur Abkühlung des Schüttgutes vor Verlassen des vertikalen Prozessraums in einer Kühlzone (11). Dabei wird das sauerstoffhaltige Gas vorgewärmt, während es weiter im vertikalen Prozessraum nach oben strömt. Entsprechend des Gegenstromverga- sungsprinzips reagiert der Sauerstoff aus dem sauerstoffhaltigen Gas mit den kohlenstoffhaltigen Materialien im Schüttgut durch Oxidation, wobei die Menge an sauerstoffhaltigem Gas so eingestellt wird, dass sich im vertikalen Prozessraum ein Gesamtlamda von kleiner 0,5 einstellt. Dadurch bildet sich zunächst eine Brennzone (6) aus, in der Reste des koh ^¬ lenstoffhaltigen Materials mit Sauerstoff zu C0 ₂ reagieren. Weiter oben im Prozessraum nimmt der Sauerstoff weiter ab, sodass schliesslich nur noch Verschwelung zu CO stattfinden kann, bis noch weiter oben schliesslich der gesamte Sauerstoff verbraucht ist und sich eine Pyrolysezone (12) bei vollständig reduktiven Bedingungen ausbildet.

Betrachtet man umgekehrt den Fluss des Schüttgutgemisches bestehend aus Ölsanden/Ölschiefern, Schüttgut und alkalischen Stoffe von oben nach unten, so findet in der Pyrolysezone (12) zunächst eine Trocknung der üblicherweise feuchten Einsatzmaterialien bis zu einer Eigentemperatur von 100 °C statt. Danach steigt die Eigentemperatur der Materialien weiter an, sodass der Vergasungsprozess einsetzt und bei einer Eigentemperatur von bis zu 500 °C die Bildung von Methan, Wasserstoff und CO einsetzt. Nach weitgehender Entgasung steigt die Eigentemperatur der Materialien durch die aus der Brennzone (6) aufsteigenden Heißgase weiter an, sodass die kohlenstoffreichen Materialien schliesslich vollständig entgast sind und nur noch aus Restkoks, dem sogenannten Pyroly- sekoks, und Ascheanteilen bestehen. Der Pyrolysekoks wird mit dem Schüttgut im vertikalen Prozessraum weiter nach unten transportiert, wo er bei Temperaturen oberhalb von 800 °C mit den C0 ₂ -Anteilen aus der Brennzone durch Boudouard-Umwandlung teilweise in CO umgewandelt und ebenfalls vergast wird. Ein Teil des Pyrolysekokses reagiert in dieser Zone auch gemäß der Wassergasreaktion mit Wasserdampf, der ebenfalls in den Heißgasen enthalten ist, unter Bildung von CO und Wasserstoff. Reste des Pyrolysekokses werden schliesslich in der Brennzone (6) mit dem von unten einströmenden Sauerstoffhal- tigen Gas bei Temperaturen unterhalb von 1800°C praktisch vollständig verbrannt und thermisch genutzt. Dadurch ist es möglich, dass sich der Gegenstromvergaser praktisch vollständig mit der für die Vergasung notwendigen Energie versorgen kann. Man spricht hierbei auch vom autothermen Vergasungsverfahren.

In die Kühlzone kann auch Wasser (13) über Wasserlanzen (14) als weiteres Kühl und Vergasungsmittel eindosiert werden.

Das im vertikalen Prozessraum gebildete Synthesegas wird am oberen Ende abgesaugt (15), sodass sich im oberen Gasraum (16) des vertikalen Prozessraums vorzugsweise ein leichter Unterdruck von 0 bis - 200 mbar einstellt.

Während des Vergasungsprozesses können, je nach Qualität der Einsatzstoffe, erheblich Anteile an gasförmigen Schwefelverbindungen entstehen. Daher ist es vorteilhaft, wenn den Öls- anden/Ölschiefern und dem Schüttgut vor Eintritt in den vertikalen Prozessraum alkalische Stoffe (16) zugemischt werden. Hierbei eignen sich besonders Metalloxide, Metallhydroxide oder Metalcarbonate, wobei der Einsatz von feinkörnigem Cal- ciumoxid besonders bevorzugt ist, da dieses durch seine Reak- tivität und große Oberfläche spontan mit den gebildeten gasförmigen Schwefelverbindungen reagiert und dabei feste Schwefelverbindungen bildet, die ganz überwiegend zusammen mit dem abgesaugten Synthesegas aus dem vertikalen Prozessraum ausgetragen werden. Weiterhin können auch andere Schadstoffe, bei- spielsweise Chlor, Chlorwasserstoff oder auch Schwermetalle sehr effektiv am Calciumoxid gebunden und in gleicher Weise aus dem Prozess ausgetragen werden.

Zusätzlich kann es sinnvoll sein, auch grobkörnige Metalloxi- de, Metallhydroxide oder Metalcarbonate als Schüttgut (3) einzusetzen, um einerseits das Schüttgut anteilig zu den koh ^¬ lenstoffhaltigen Materialien zu vergrößern und andererseits auch alkalische Reaktionspartner im unteren Teil des vertika- len Prozessraums für die Bindung der gasförmigen Schwefelverbindungen zur Verfügung zu stellen.

Das abgesaugte Synthesegas enthält Staub, der im Wesentlichen aus den festen Schwefelverbindungen, feinkörnigen alkalischen Stoffen, weiteren Schadstoffen und inerten Partikeln besteht. Dieses staubhaltige Synthesegas kann im Gasraum (16) des vertikalen Prozessraums oder nach Verlassen des vertikalen Prozessraums bei (15) in Gegenwart von Wasserdampf und feinkör- nigem Calciumoxid bei Temperaturen von oberhalb 400 °C behandelt werden. Diese Temperatur kann durch entsprechende Einstellung der Menge an sauerstoffhaltigem Gas (10) am unteren Ende des vertikalen Prozessraums oder durch die Heizleistung der Brennerlanzen (14) in der Brennzone eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer Direktfeuerung in das Synthesegas über Brennerlanzen (17), die stö- chiometrisch mit Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas oder auch mit einem Überschuss an sauerstoffhaltigem Gas betrieben werden. Diese thermische Nachbehandlung in Gegenwart von Was- serdampf und Calciumoxid gewährleistet die Spaltung von im

Synthesegas noch in geringen Mengen vorhandenen Ölen und Teeren durch katalytische Wirkung des Calciumoxids .

Das staubhaltige Synthesegas wird anschliessend bei Tempera- turen oberhalb von 300 °C über eine Heißgasfiltration (18) vom Staub befreit. Der Schwefelhaltige Filterstaub (19) wird aus dem Prozess ausgeschleust und einer Entsorgung oder alternativen Verwendung zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, den Filterstaub zumindest teilweise wieder als feinkörnige alkalische Stoffe dem Schüttgut bei (16) beizumischen und dadurch eine teilweise Kreislauffahrweise des Filterstaubes zu betreiben. Das resultierende Synthesegas (9) ist praktisch Schwefelfrei und kann als Rohstoff oder Brennstoff für unterschiedlichste Anwendungen bereitgestellt werden. Je nach Standortbedingungen oder Anforderungen bei der weiteren Verwendung des Synthesegases kann es erforderlich sein, das Synthesegas mittels Gaskühler (20) abzukühlen und von Kondensaten zu befreien, bevor die Verwertung erfolgen kann. Das anfallende Kondensat (21) kann zumindest teilweise wieder als Kühl- und Vergasungsmittel über die Wasserlanzen (14) im vertikalen Prozessraum eingesetzt werden.

Das am unteren Ende des vertikalen Reaktionsraums austretende Schüttgutgemisch (22) enthält im Wesentlichen grobkörniges Schüttgut, Reste an Aschen und feinkörniges Schüttgut. Das feinkörnige Schüttgut kann noch geringe Anteile an Schwefelprodukten und anderen Schadstoffen enthalten.

Der gesamte Schüttgutström kann insgesamt abgelagert werden (23) . Besonders bevorzugt ist jedoch eine Siebung des Schüttgutgemisches (24), wobei die Grobfraktion (25) vorzugsweise zumindest teilweise im Kreislauf geführt, und erneut als Schüttgut-Zusatz bei (3) im vertikalen Prozessraum eingesetzt werden kann.

Die feine Siebfraktion (26) wird zusammen mit dem Schwefelhaltigen Filterstaub (19) aus dem Prozess ausgeschleust und einer Entsorgung oder alternativen Verwendung zugeführt.

Auch hier ist es in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens möglich, die feine Siebfraktion zumindest teilweise wieder als feinkörnige alkalische Stoffe dem Schüttgut bei (16) beizumischen und dadurch eine teilweise Kreislauffahrweise der feinen Siebfraktion zu betreiben.