Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit der aus beliebigen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie z. B. Hausmüll oder biogenem Material, durch sukzessives Trocknen, Pyrolisieren und Vergasen sowie Verbrennen der verbliebenen Reststoffe hochwertiges Synthesegas hergestellt werden kann. Die Anordnung ermöglicht es, den Volumenstrom bei der Pyrolyse genau zu kontrollieren sowie eine Verkokung bzw. Verschlackung praktisch vollständig zu vermeiden; hierdurch sind hohe Ausbeuten und Standzeiten erreichbar. Des Weiteren erfolgt eine nahezu vollständige Trennung des Synthe- segases von Reststoffen, insbesondere von Teer.

Aufgrund der Erdölverknappung und der damit verbundenen steigenden Treibstoffpreise erlangen Verfahren und Anlagen zur Gewinnung von Treibstoff aus kohlenstoffhaltigen Reststoffen, wie z. B. Müll oder biogenen Stoffen, immer mehr an Bedeutung.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt (JP 2007 246 685 A, DE10 2005 035 921 A1 und WO 2008/034424 A) bei denen die kohlenstoffhaltigen Reststoffe sukzessive getrocknet, pyrolisiert, vergast und verbrannt werden. Hierzu werden üblicherweise die kohlenstoffhaltigen Reststoffe von oben in eine sogenannte Pyrolysekammer, die von einem von unten nach oben gerichteten Gasstrom durchströmt wird, eingebracht. Das dabei entstehende Synthesegas wird vom Teer und von den festen Reaktionsprodukten getrennt, katalytischen Reaktionen, wie z. B. der Fischer-Tropsch- Synthese, unterzogen und schließlich werden die als Brenn- und/oder Treibstoff geeigneten Reaktionsprodukte, z. B. mittels fraktionierter Destillation, separiert.

Bei der Vergasung mit herkömmlichen Anlagen tritt, insbesondere bei ungleichartigem Müll mit hohem Kunststoffanteil, häufig das Problem auf, dass sich in der Pyrolysekammer größere Mengen von Schlacke und Verkokungen bilden. Diese können zum Verstopfungen des Vergasungsofens führen. Die zu vergasenden kohlenstoffhaltigen Reststoffe werden dann zu lange pyrolisiert oder der Stoffstrom kommt völlig zum Erliegen, wodurch sich die Ausbeute verringert. Bei einer solchen Blockierung entstehen zusätzlich noch Ausfallszeiten und es werden Wartungsarbeiten erforderlich.

In EP 0 863 197 A1 wird deshalb ein Verfahren vorgestellt, bei dem eine mit einer spi- ralförmigen Rührvorrichtung ausgestattete Pyrolysekammer verwendet wird. Während der Pyrolyse der Ausgangsstoffe dreht sich die Rührvorrichtung im Uhrzeigersinn, wodurch die Verkokung in der Pyrolysekammer verringert und die Wärmeleitung verbessert werden soll. Nach Beendigung der Pyrolyse wird die Drehrichtung der Rührvorrichtung umgekehrt, und so das bei der Pyrolyse gebildete Kohlenschwarz (Carbon Black) aus der Pyrolysekammer entfernt.

Die Rührvorrichtung wirkt einer Verkokung der Pyrolysekammer zwar entgegen, sie kann sie jedoch nicht vollständig verhindern. Mit dem Verfahren bzw. der hierfür verwendeten Anlage ist außerdem kein kontinuierlicher Durchsatz der Ausgangsstoffe möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kontinuierlich betreibbare Anordnung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen zu finden, bei der Verstopfungen durch Schlacke und/oder aufgrund Verkokung während der Pyrolyse der Ausgangsstoffe vermieden werden. Die Anlage soll eine nahezu vollständige Trennung des Synthesegases von Reststoffen, insbesondere von Teer, ermöglichen. Die Temperatur sowie die Prozesszeit der Pyrolyse sollen mit geringer Toleranz einstellbar sein, sodass kontinuierlich hohe Ausbeuten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.

Ausgegangen wird von einer Anordnung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Aus- gangsstoffen, wie z. B. Hausmüll oder biogenem Material, mit einer länglichen, senkrecht angeordneten, sich nach unten aufweitende Prozesskammer mit kreisrundem Querschnitt, in der ein Temperaturgradient von oben ca. 80°C nach unten bis maximal 1400 ⁰ C eingestellt ist. Aufgrund des Temperaturgradienten bilden sich in der Prozesskammer vier funktionelle Zonen aus: jeweils eine Zone zum Trocknen, zum Pyrolisieren, zum Vergasen und zum Verbrennen der Ausgangsstoffe. Die Prozesskammer ist mit mindestens einer Beschickungseinrichtung, mit mindestens einem Auslass für flüssige und feste Reststoffe, der sich am unteren Ende der Prozesskammer befindet, sowie mit mindestens einem Auslass für das Synthesegas, der in die Seitenwand der Prozesskammer oberhalb von deren Mitte eingebracht ist, versehen. Nach Maßgabe der Erfindung ist in der Prozesskammer konzentrisch und von deren oberen Ende beginnend ein sich nach unten stetig aufweitender Schneckenförderer angeordnet, der sich aus einer Schneckenwelle, deren Durchmesser entsprechend ansteigt, und einer diese eng umgebenden Laderöhre zusammensetzt.

Der Schneckenförderer reicht nicht bis zum unteren Ende der Prozesskammer. Im Abschnitt der Prozesskammer, der nicht vom Schneckenförderer durchsetzt ist, erfolgt die Vergasung und die Verbrennung der Ausgangstoffe. Der Schneckenförderer hat einen kleineren Durchmesser hat als die Prozesskammer, sodass zwischen der Seitenwand der Prozesskammer und der Laderöhre ein Gaskanal frei bleibt, an dessen oberem Ende sich der Auslass für das Synthesegas befindet.

Dadurch, dass ein Schneckenförderer eingesetzt ist, der die Trocknungs- und die Pyrolysezone der Prozesskammer durchsetzt, wird eine Blockierung dieser beiden Zonen durch Schlacke oder aufgrund von Verkokung vermieden. Durch die ständige Bewegung der Ausgangsstoffe wird die Bildung von größeren Schlackestücken oder das Verkoken erschwert. Bilden sich dennoch Schlackestücke (Verkokungen), können diese keine Blockierung verursachen, da sie, einen hinreichend starken Antriebs des Schneckenförderers vorausgesetzt, von der Schneckenwelle nach unten transportiert und ggf. auch zerkleinert werden. Zudem wirkt die sich kontinuierlich nach unten hin aufweitende Laderöhre des Schneckenförderers Blockierungen entgegen.

In der Vergasungs- und der Verbrennungszone können sich praktisch keine Blockierungen mehr bilden, da dort die Ausgangsstoffe bereits in Synthesegas, flüssige Bestand- teile, wie z. B. Teer, und pulverförmige oder kleinstückige feste Bestandteile (Asche) umgesetzt sind.

Der untere Auslass der Prozesskammer ist mit einem Feuerrost bedeckt, der mittels einer Achsverlängerung starr mit der Schneckenwelle verbunden ist, d. h., der Feuer- rost dreht sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Schneckenwelle. Der Feuerrost hat die Geometrie eines mit der Spitze nach oben weisenden Kegelmantels mit einem Öffnungswinkel von 100 bis 120°. Durch diese Ausgestaltung des Feuerrostes wird bewirkt, dass Teer und kleinstückige feste Bestandteile nach unten aus der Prozesskammer ausgebracht werden, ohne dass sich dabei Verstopfungen bilden können. Das heiße Synthesegas steigt in dem zwischen dem Schneckenförderer und der Prozesskammer gebildeten Gaskanal auf und wird über mindestens einen Auslass, der im oberen Teil der Prozesskammer in die Seitenwand eingebracht ist, zur weiteren Verarbeitung abgeführt. Auf diese Weise wird im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen eine verbesserte Trennung des Synthesegases vom Teer erreicht, wodurch einerseits die Ausbeute des Prozesses erhöht und andererseits der bei der Weiterverarbeitung Synthesegases erforderliche Reinigungsaufwand (z. B. mit Gaswäschern) nachhaltig verringert wird.

Ggf. bei der Pyrolyse gebildetes Dioxin wird beim Durchtritt durch die Verbrennungszone, in der eine Temperatur von 1000 bis 1200 ⁰ C herrscht, vollständig zersetzt. Eine Rückbildung des Dioxins in der Anlage ist ausgeschlossen, da das Synthesegas im Gaskanal auf einer Temperatur von 850-900 ⁰ C gehalten wird. Das Gas benötigt dabei etwas 4-5 Sekunden um von der Vergasungszone über den Gaskanal in einen zur Ab- kühlung des Synthesegases eingesetzten Wärmetauschers zu gelangen.

Die Laderöhre besteht bevorzugt aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Metall; sie bildet eine Begrenzungswand des Gaskanals und wird infolgedessen vom entlangströmenden heißen Synthesegas konstant auf der erforderlichen Pyrolysetempera- tur gehalten. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit der Laderöhre wird gleichzeitig eine homogene Temperaturverteilung in der seitlich geschlossenen Pyrolysezone erreicht, wodurch die Ausbeute von Synthesegas weiter erhöht wird.

Da mit der Anlage beliebige kohlenstoffhaltige Ausgangsstoffe umgesetzt werden kön- nen, ist es, um maximale Ausbeuten zu erreichen, erforderlich, dass bei der Pyrolyse neben der Temperatur auch die Prozesszeit, abhängig von der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe, mit geringen Toleranzen vorgegeben werden kann. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Anlage über die Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der Schneckenwelle ohne Weiteres möglich. Hierbei sollte allerdings die Fördergeschwin- digkeit der Beschickungseinheit möglichst gleich groß wie die des Schneckenförderers gewählt werden.

Es ist vorgesehen, eine Schneckenwelle, bei der der Winkel zwischen jeweils zwei Gängen der Schneckenwelle 20 bis 120° beträgt, einzusetzen und diese mit Drehzah- len zwischen 3 und 12 min ^"1 zu betrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laderöhre durch die Deckenwand der Prozesskammer geführt und die Schneckenwelle über ein flüssigkeitsgekühltes Kugeloder Rollenlager mit der Laderöhre und/oder der Deckenwand verbunden.

Die erfindungsgemäße Anordnung verfügt über zwei Beschickungseinrichtungen.

Die erste Beschickungseinheit ist für Stückgrößen > 100 mm vorgesehen und besteht aus einem mit mehreren Verschlüssen ausgestatteten Fallrohr, das oberhalb des durch die Deckenwand der Prozesskammer geführten Schneckenförderers angebracht ist und in einen oben liegenden Einlass des Schneckenförderers mündet.

Die zweite Beschickungseinrichtung für Ausgangsstoffe mit Stückgrößen < 100 mm ist seitlich des Schneckenförderers angeordnet und umfasst einen üblicherweise waage- recht angeordneten Belade-Schneckenförderer sowie einen Trichter, der im Einlass des Belade-Schneckenförderers mündet. Der Belade-Schneckenförderer ist durch die Seitenwand der Prozesskammer geführt und sein Auslass ist mit einem seitlichen Einlass des Schneckenförderers verbunden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigt die Figur einen seitlichen Schnitt der Anlage in schematischer Darstellung.

Beim Betrieb der in der Figur dargestellten Anlage werden der Prozesskammer 1 kontinuierlich kohlenstoffhaltige Ausgangsstoffe zugeführt, wobei Ausgangsstoffe mit Stück- großen > 100 mm über die Beschickungseinrichtung 6 und mit Stückgrößen kleiner 100 mm über die Beschickungseinrichtung 7 eingebracht werden.

Die Beschickungseinrichtung 6 besteht aus dem mit drei Schiebern 21 ausgestatteten Fallrohr 22, das oberhalb des durch die Deckenwand 17 der Prozesskammer 1 geführ- ten Schneckenförderers 10 angebracht ist und in den oben liegenden Einlass 23 des Schneckenförderers 10 mündet. Die Schieber 21 bilden ein Schleusensystem, das ein Einbringen der Ausgangsstoffe praktisch ohne Gasaustausch zwischen der Prozesskammer 1 und der Umgebung ermöglicht. Die seitlich des Schneckenförderers 10 angeordnete Beschickungseinrichtung 7 um- fasst den Trichter 24 und den Belade-Schneckenförderer 25. Der Trichter 24 mündet im Einlass 26 des Belade-Schneckenförderers 25, der Belade-Schneckenförderer ist durch die Seitenwand der Prozesskammer geführt und sein Auslass 27 ist mit einem seitli- chen Einlass 28 des Schneckenförderers 10 verbunden. Auch hier ist aufgrund des Aufbaus ein Gasaustausch mit der Umgebung minimiert.

Der sich nach unten hin aufweitende Schneckenförderer 10 besteht aus der Schneckenwelle 11 , die von der Laderöhre 12 umgeben ist, und erstreckt sich über die am oberen Ende der Prozesskammer 1 beginnende Trocknungszone 2 sowie die Pyrolysezone 3. Das untere Ende des Schneckenförderers 10 definiert somit den Beginn der Vergasungszone 4, an die sich die Verbrennungszone 5 anschließt.

Die Schneckenwelle ist auf einer Seite durch das an der Deckenwand 17 befestigte RoI- lenlager 18 geführt und auf der anderen Seite über eine Achsverlängerung 20 mit dem regelbaren Antrieb 16, der auf Drehzahlen von 3 und 12 min ^"1 eingestellt werden kann, verbunden. Der Winkel zwischen jeweils zwei Gängen der Schneckenwelle 10 beträgt ca. 40°. Der Drehsinn der Schneckenwelle 11 und die Drehrichtung des Antriebs 16 sind so gewählt, dass die Ausgangsstoffe mit definierter Vorschubgeschwindigkeit von oben nach unten durch die Trocknungszone 2 und die Pyrolysezone 3 transportiert werden.

Nach der Pyrolyse treten am Ende der Schneckenförderers 10 die aus Synthesegas sowie flüssigen und kleinstückigen festen Komponenten bestehenden Reaktionsproduk- te aus und gelangen in die Vergasungszone 4 und die Verbrennungszone 5. Dort strömt das Synthesegas in den aus der Seitenwand 14 der Prozesskammer 1 und der Laderöhre 12 gebildeten Gaskanal 15, steigt darin auf und wird schlieOlich mittels des Gassauslasses 9, der auf Höhe der Grenze zwischen der Trocknungs- 2 und Pyrolysezone 3 seitlich in die Wand 14 eingelassen ist, zur Weiterverarbeitung (z. B. Fischer- Tropsch-Synthese) aus der Prozesskammer 1 entnommen.

Die Asche und Teer werden über den untenliegenden, vom Feuerrost 19 bedeckten Auslass 8 aus der Prozesskammer 1 abgeführt. Der Feuerrost 19 ist als Gitter ausgeführt, das die Geometrie eines mit der Spitze nach oben weisenden Kegelmantels mit Öffnungswinkel 120° aufweist. Der Gitterrost 19 ist starr mit der Achsverlängerung 20 und dreht sich folglich mit derselben Geschwindigkeit wie die Schneckenwelle 11. Blockierungen des Auslasses 8 werden so nahezu vollständig vermieden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Prozesskammer

2 Trocknungszone 3 Pyrolysezone

4 Vergasungszone

5 Verbrennungszone

6 Beschickungseinrichtung für Stückgrößen > 100 mm

7 Beschickungseinrichtung für Stückgrößen < 100 mm 8 untenliegender Auslass

9 Auslass für das Synthesegas

10 Schneckenförderer

11 Schneckenwelle

12 Laderöhre 13 vom Schneckenkörper nicht durchsetzter Abschnitt

14 Seitenwand der Prozesskammer

15 Gaskanal

16 Antrieb

17 Deckenwand der Prozesskammer 18 Kugel- oder Rollenlager

19 Feuerrost

20 Achsverlängerung

21 Verschlüsse/Schieber

22 Fallrohr 23 obenliegender Einlass des Schneckenförderers

24 Trichter

25 Belade-Schneckenförderer

26 Einlass des Belade-Schneckenförderers

27 Auslass des Belade-Schneckenförderers 28 seitlicher Einlass des Schneckenförderers