DE102016210350A1 - Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel - Google Patents

Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung), mittels eines Vergasungsreaktors (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1), der von unten nach oben einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a), eine Verbindung mit einem Verbindungs-Reaktionsraum, einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b), aufweist, a) wobei der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) direkt oder über ein Konnektorrohr mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung steht und beide einen gemeinsamen Druckraum bilden, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist, c) wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) in einem Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung angewendet werden, d) und wobei die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der stationären Wirbelschicht, zirkulierenden Wirbelschicht, Strahlwirbelschicht oder Sprudelschicht durchgeführt wird, e) wobei die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Nachoxidations-Wanderbett im Gegenstrom nachoxidiert und teilweise vergast werden (Nachoxidation).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel.
  • Die Vergasung fester Brennstoffe in der Wirbelschicht weist gegenüber der Flugstrom-Vergasung Vorteile bezüglich des geringeren Sauerstoffverbrauchs, der geringeren Vergasungstemperaturen, der geringeren Rohgastemperaturen, der Toleranz gegenüber höheren Aschegehalten oder der geringeren Anforderungen an die Brennstoff-Vorbehandlung (Korngröße 0–ca. 5 mm) auf. Diesbezüglich besonders vorteilhaft ist die Wirbelschicht-Vergasung für Kohlen, die eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweisen (Braunkohlen, Hartbraunkohlen, subbituminöse Kohlen etc.). Eine Abwandlung der klassischen Wirbelschicht-Vergasung stellt die Sprudelschichtvergasung (Spouted bed) dar, bei der die Vergasungsmittel, bestehend aus Sauerstoff, Wasserdampf, CO2 oder Luft allein oder in Mischungen, am Boden der Wirbelschicht in Bereiche hoher Feststoffdichte eingeblasen werden, wobei die Feststoffe um den/die Vergasungsmittel-Jet/s Feststoffe zirkulieren. In den Gebieten, in denen sich durch die Oxidation hohe Temperaturen einstellen, wird die freigesetzte Asche gesintert oder geschmolzen und bildet Granulate, die nach Erreichen einer bestimmten Größe von mehreren Millimetern bis zu über einen Zentimeter nach unten fallen und als Bodenprodukt abgezogen werden.
  • Zwei der größten Nachteile, warum sich Wirbelschicht-Verfahren, wie das Hochtemperatur-Winkler(HTW)-Verfahren, nicht stärker am Markt durchsetzen konnten, sind die nach oben hin begrenzten Vergaser- bzw. Rohgastemperaturen und die fehlende Deponiefähigkeit der festen Vergasungsrückstände. Der Aufwand für die Gasaufbereitung und für die Nachbehandlung der Vergasungsrückstände durch Nachvergasung bzw. Nachoxidation ist hoch. Insgesamt stehen geringeren Synthesegasausbeuten höhere CO2-Emissionen gegenüber.
  • Die Vergasertemperaturen können nicht frei gewählt werden. Sie sind entsprechend des Ascheschmelzverhaltens der eingesetzten Kohlen nach oben hin begrenzt, um zu vermeiden, dass die Aschen weder im Freeboard des WS-Vergasers noch bei der Abkühlung des staubbeladenen Rohgases betriebsstörende Ablagerungen, Anbackungen oder Verschlackungen hervorrufen. Die Partikeltemperaturen am Vergaseraustritt sollten unterhalb eines kritischen Wertes liegen, im Folgenden als kritische Aschesintergrenze bezeichnet. Diese ist bei den in Wirbelschichtvergasern eingesetzten Kohlen, die vorzugsweise eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweisen (Braunkohlen, Hartbraunkohlen, subbituminöse Kohlen etc.), häufig sehr niedrig. Typische Werte für Braunkohlen liegen bei ca. 1.000 °C, für „junge“ Steinkohlen bei ca. 1.100 °C. Bei Zumischung von Biomassen verringern sich die Werte deutlich. Die Temperaturbegrenzung hat zur Folge, dass das Rohgas mit steigenden Prozessdrücken zunehmende Anteile unerwünschter Gaskomponenten und Spurenstoffe enthält, wie z.B. aliphatische Kohlenwasserstoffe von Methan bis C4-Kohlenwasserstoffe oder aromatische Kohlenwasserstoffe BETX und Naphthalin. Die hohen Methan-Gehalte bis 10 Vol.-% und darüber schließen die Anwendung der Wirbelschicht- oder der Sprudelschichtvergasung auf dem für die chemischen Synthesen erforderlichen hohen Druckniveau bis 60 bar praktisch aus.
  • Um die Temperaturen der Wirbelschichtvergasung zu erhöhen und eine vollständige Vergasung einschließlich Nachoxidation der festen Vergasungsrückstände zu erreichen, werden verschiedene Ansätze verfolgt.
  • In DE 10 2007 006 982B4 soll die Vergasung in einem zylinderförmigen Wirbelschichtreaktor bei Temperaturen bis maximal zur Ascheschmelztemperatur bis ca. 1.200 °C durchgeführt werden. Im Freeboard oberhalb der Wirbelschicht müssen aber Sauerstoff-arme bis -freie Vergasungsmittel zugeführt werden, um die Temperaturen der den Vergaser verlassenden staubhaltigen Rohgase auf Werte bis auf und unterhalb der kinetischen Reaktionsendtemperaturen, die unterhalb der kritischen Aschesintergrenze liegen, abzusenken. Bei niedriginkohlten Kohlen liegen die Reaktionsendtemperaturen bei ca. 900 °C und tiefer, so dass gleichgewichtsbedingt eine Rückbildung von Methan, höheren Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak stattfindet. Die Lösung ist deshalb nicht geeignet, um eine grundlegende Verbesserung der Gasqualität zu erreichen. An die Wirbelschicht schließt sich nach unten hin ein Wanderbett an, in dem die Nachvergasung und Nachoxidation der Kohlenstoff-haltigen Vergasungsrückstände der Wirbelschicht stattfinden soll. Abgesehen davon, dass es wegen lokaler Überschüttungen des Wanderbetts Schwierigkeiten bereitet, durch randliche Eindüsung von Vergasungsmitteln über dem Wanderbett eine gleichmäßige Wirbelschicht zu bilden, erfordert die für die Vermeidung von Verschlackungen erforderliche schnelle Absenkung der Temperatur im Freeboard einen hohen Verteilungsaufwand über dem Querschnitt. Dies ist bei Wirbelschichtvergasern großer Leitungen nicht ohne weiteres zu gewährleisten.
  • DE 102007006980B4 verfolgt einen gegenteiligen Ansatz. Im Freeboard wird ein zentraler Hot-Spot erzeugt, der von einem kälteren Reaktionsraum mit endothermen Reaktionen umhüllt wird. Da die hohen Temperaturen im Oberteil des Vergasers auftreten, sind große Vergaserhöhen erforderlich, um die nötigen Abklinglängen für die hohen Temperaturen bis zum Rohgasabgang zu gewährleisten. Dabei treten ebenfalls sekundäre Reaktionen der Neubildung von Methan, höheren Kohlenwasserstoffen oder Ammoniak auf. Schließlich überdeckt der zentrale Hot-Spot nicht den gesamten Vergaserquerschnitt, so dass Gase aus der Wirbelschicht, die unerwünschte Gaskomponenten enthalten, thermisch unbehandelt zum Rohgasabgang nach oben strömen.
  • Es gibt verschiedene Lösungsansätze, um die noch stark kohlenstoffhaltigen, festen Vergasungsrückstände (C > 5 Ma.-%), das sind die unten abgezogenen Bodenprodukte und die mit dem Rohgas ausgetragenen Stäube, zu behandeln. Insbesondere sollen Alternativen für die aufwendige Kühlung des heißen, feinkörnigen bis staubförmigen Materials zur Herstellung der Lager- und Transportfähigkeit, und für die externe Nachverbrennung, die vorzugsweise in einer Wirbelschichtfeuerung durchgeführt wird, gefunden werden. Für die Verwertung der Stäube bietet sich an, diese nach möglichst trockener Abscheidung in den Vergaser zurückzuführen, z.B. DE10 2007 006 981 B4 , DE 10 2007 006 982 B4 , EP 1 201 731 A1 .
  • Lösungsvorschläge zur Nachvergasung und Nachoxidation des Bodenprodukts in einem Wanderbett streben die gleichzeitige Abkühlung der nachoxidierten Bodenprodukte mit den entgegenströmenden, kalten Vergasungsmitteln an. Gemäß DE 10 2007 006 982 B4 ist unter der Wirbelschichtvergasung ein Wanderbett für die Nachvergasung des Bodenprodukts bei Temperaturen unterhalb des Ascheerweichungspunktes beschrieben. Die praktische Realisierung ist dadurch stark eingeschränkt, dass die vorgesehene Ausbildung einer gleichmäßigen Wirbelschicht oberhalb des Wanderbettes nur schwer realisiert werden kann, da die Abströmung über dem Querschnitt des Wanderbetts nicht gleichmäßig erfolgt, d.h. es bilden sich lokale Aufschüttungen von nicht- oder nur teilweise vergaster Kohle, so dass die Vergasungsmittel, die in diese nichtfluidisierten Bereiche eingeblasen werden, Schlacken bilden. Dadurch ist ein gleichmäßiger Betrieb der Wirbelschicht und in der Folge des Wanderbetts nicht gewährleistet.
  • EP 1 201 731 A1 sieht in Fortsetzung des eingeengten Querschnittes des Bodenproduktabzugs unterhalb der Wirbelschichtzone eine zweite Nachvergasungszone vor. In diese Zone werden gestuft Vergasungsmittel bis hin zu flüssigem Wasser eingedüst. Da eine Fluidisation zwingend vermieden werden muss, sind die Zufuhr der Vergasungsmittel und der Reaktionsumsatz stark begrenzt. Eine vollständige Nachoxidation von Bodenprodukten der Wirbelschichtvergasung mit höheren C-Gehalten kann nicht sichergestellt werden.
  • In DE 4 339 973 C1 werden die C-haltigen Vergasungsrückstände der Wirbelschichtvergasung einem Flugstromvergaser zugeführt und in diesem vollständig vergast. Der hohe technische Aufwand steht einer Realisierung jedoch entgegen.
  • In Abwandlung der Wirbelschichtvergasung zu einer intern zirkulierenden Wirbelschichtvergasung durch Einsatz staubförmiger Kohle schlägt DE 10 2007 006 981 B4 vor, unterhalb der intern zirkulierenden Wirbelschichtvergasung mit Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenze eine Wanderbett-Vergasung anzuordnen. Die in der intern zirkulierenden Vergasung gebildeten Aschegranulate sollen nach unten ins Festbett fallen und dort mit sauerstoffarmen, sekundären Vergasungsmitteln verschlackungsfrei nachoxidiert werden. Der über Kopf ausgetragene Staub wird aus dem Rohgas abfiltriert und vollständig in den Vergaser zurückgeführt. Der Vorschlag berücksichtigt nicht, dass das Gas aus dem Festbett ungleichmäßig verteilt über den Querschnitt des Wanderbetts nach oben strömt. Die ungleichmäßige Gasströmung sowie die Aufschüttungen und Anreicherungen von nicht- oder nur teilweise vergaster Kohle im Wanderbett verhindern den regulären Betrieb dieses Wanderbetts, so dass der Prozess in der vorgeschlagenen Weise nur eingeschränkt durchgeführt werden kann.
  • DE 10 2013 107 311 A1 beschreibt die Anordnung eines Nachoxidationsreaktors unterhalb der Wirbelschicht, in dem die versinterungsfreie Nachbehandlung des C-haltigen Bodenprodukts mit Oxidationsmitteln (O2/Dampf oder O2/CO2) vorgesehen ist. Die Zuführung der Oxidationsmittel ist mit offenporigen, keramischen Elementen, die über die Höhe des Nachoxidationsreaktors variabel und vielgestaltig angeordnet sein können, vorgesehen. Zur Steuerung des Prozesses, soll der Kohlenstoffgehalt des nachoxidierten Bodenproduktes kontinuierlich messtechnisch erfasst werden. Abgesehen davon, dass die keramischen Elemente thermoschockbeständig sein müssten und extrem harschen Bedingungen ausgesetzt sind, wäre eine vollständige Nachoxidation auf Grund der ungleichmäßigen Verteilung des Oxidationsmittels und der C-haltigen Bodenprodukte über die Höhe und den Querschnitt des Reaktors schwer möglich.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel bei hohen Drücken zu entwickeln, bei dem der Kohlenstoff der Vergasungsstoffe unter Bildung von CO und untergeordnet von CO2 weitestgehend umgewandelt wird.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung), mittels eines Vergasungsreaktors (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1), der von unten nach oben
    einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einer Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel,
    eine Verbindung mit einem Verbindungs-Reaktionsraum,
    einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b),
    aufweist,
    • a) wobei der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) direkt oder über ein Konnektorrohr mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung steht und beide einen gemeinsamen Druckraum bilden, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist,
    • b) wobei der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum bildet, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) durch den Verbindungs-Reaktionsraum miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht,
    • c) wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) in einem Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung angewendet werden,
    • d) wobei die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der stationären Wirbelschicht, zirkulierenden Wirbelschicht, Strahlwirbelschicht oder Sprudelschicht durchgeführt wird,
    • e) wobei die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Nachoxidations-Wanderbett im Gegenstrom nachoxidiert und teilweise vergast werden (Nachoxidation),
    • f) wobei die gebildeten Nachoxidations-Bodenprodukte (Aschen) als deponiefähige Aschen unterseits des Nachoxidations-Wanderbetts und die gebildeten Nachoxidations-Rohgase nach oben in die Primärvergasung abgezogen werden,
    • g) wobei das Nachoxidations-Wanderbett im Nachoxidations-Festbettvergaser aus einem unteren zylindrischen Teil und einem oberen, sich einschnürenden Teil, dessen oberes Ende höchstens bis zum unteren Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) reicht, gebildet wird,
    • h) wobei die aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach oben steigenden Gase (umfassend Nachoxidations-Rohgase und weitere Gase) mit Strömungsgeschwindigkeiten in das untere Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) eingeleitet werden, die höchstens so groß sind, dass die das Nachoxidations-Wanderbett bildenden Primärvergasungs-Bodenprodukte, von oben aus dem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser durch die Verbindung in das Nachoxidations-Wanderbett fallen können,
    • i) wobei die aus dem oberen Ende der Verbindung nach oben in den Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser eintretenden Gase mit Strömungsgeschwindigkeiten eingeleitet werden, die mindestens so groß sind, dass die Primärvergasungs-Bodenprodukte oberhalb des oberen Endes der Verbindung fluidisiert werden,
    • j) wobei die Menge der nach oben in das Nachoxidations-Wanderbett eingebrachten Nachoxidations-Vergasungsmittel und die Menge der aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach unten abgezogenen Nachoxidations-Bodenprodukte so eingestellt werden, dass die Nachoxidation unterhalb des oberen Endes des zylindrischen Teils des Wanderbetts abgeschlossen ist,
    • k) wobei in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) die festen C-haltigen Vergasungsstoffe über Vergasungsstoff-Einträge (b13) auf Höhen eingetragen werden, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) liegen,
    • l) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel seitlich und/oder zentral mittels Vergasungsmitteldüsen (27) über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) auf Höhen eingetragen werden, die mindestens in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) liegen und die bis zum unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) reichen,
    • m) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel so eingedüst werden und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Strömungsimpulsen versehen sind, dass sie die gegenüberliegenden Wände des Primärvergasers nicht berühren, und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen, und in Verbindung mit den aus dem Nachoxidation-Wanderbett aufsteigenden Gasen zur Ausbildung einer Sprudelschichtvergasung ausgehend von der Zentralfluidisierung führen.
  • Vorteilhaft wird der Sauerstoff-Gehalt der Nachoxidations-Vergasungsmittel so eingestellt, dass in der Oxidationszone des Nachoxidations-Wanderbettes höchstens ein dauerhaftes Sintern und/oder ein lokales und zeitlich befristetes Schmelzen der Asche, jedoch keine Verschlackung, eintritt.
  • Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 30 – 5 % mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln (Nachoxidations-Sauerstoff) eingebracht.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) über Quenchdüsen (12) derart Quenchwasser (22) eingedüst, dass die Temperaturen der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden.
  • Zur Erfindung gehört auch ein Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung),
    mit einem Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Drehrost mit Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a),
    mit einem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13)
    mit einer Verbindung zwischen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) und Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) als direkte Verbindung oder Verbindung über ein Konnektorrohr zur druckdichten und unterbrechungsfreien Verbindung der Reaktionsräume von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a),
    wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) kleineren Querschnitt aufweist,
    wobei die Vergasungsstoffeinträge (b13) als Schrägrohreinträge am Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die Vergasungsstoffe in den Randbereich des Primärvergasungs-Reaktionsraumes (b1) eingetragen werden,
    wobei der mehrteilige Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mehrere über den Umfang in mindestens einer Ebene, am unteren Ende des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers gleichverteilte, abwärts geneigte und auf die Primärvergasung-Vergaserachse in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ausgerichtete Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4) aufweist,
    wobei der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mit den Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4) so ausgestaltet ist, das die Primärvergasungs-Vergasungsmittel so eingedüst werden und die Primärvergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Strömungsimpulsen versehen sind, dass sie die gegenüberliegenden Wände des Primärvergasers nicht berühren, und die Primärvergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen, und in Verbindung mit den aus dem Nachoxidation-Wanderbett aufsteigenden Gasen zur Ausbildung einer Sprudelschichtvergasung ausgehend von der Zone der Zentralfluidisierung führen.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors besteht darin, dass am Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) zusätzlich Zuführungen (9) für Nachoxidations-Prozessstoffe (35) angeordnet sind.
  • Vorteilhaft ist bei Verbindung des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) über das Konnektorrohr (c) dessen oberes Ende bündig im Boden des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und dessen unteres Ende bündig oder nicht bündig im Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) mündet,
    wobei die Kontur des Konnektorrohres (c) der eines Zylinders oder eines sich zum oberen Ende und/oder zum unteren Ende hin erweiternden Rohres entspricht,
    und wobei die Länge des Konnektorrohres (c) mindestens so groß wie dessen mittlerer Durchmesser ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vergasungsreaktors weist der Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) einen Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) auf, in den Quenchdüsen (12) zur Eindüsung von Quenchwasser (22) hineinreichen.
  • Der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) steht direkt oder über ein Konnektorrohr (c) mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung. Beide bilden einen gemeinsamen Druckraum, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist.
  • Direkter Anschluss heißt, dass der untere Teil des Bodens des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und der Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) so verbunden sind, dass der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung stehen.
  • Kleinerer Querschnitt der Verbindung heißt, dass die das Nachoxidations-Wanderbett bildenden Primärvergasungs-Bodenprodukte von oben aus dem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser durch die Verbindung in das Nachoxidations-Wanderbett fallen können.
  • Die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe wird mit primären Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Vergasungsmittel) in der Wirbelschicht oder in der Sprudelschicht durchgeführt. Unterhalb der Primärvergasung ist eine Nachoxidations-Vergasung mit einem Nachoxidations-Wanderbett angeordnet, in der die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Gegenstrom vergast und nachoxidiert werden (Nachoxidation), wobei die gebildeten Nachoxidations-Bodenprodukte (Aschen) als deponiefähige Aschen unterseits des Nachoxidations-Wanderbetts und die gebildeten Nachoxidations-Rohgase nach oben in die Primärvergasung abgezogen werden.
  • Oberhalb der Primärvergasung sind nacheinander ein Gasberuhigungsraum, ein Rohgasabgang und ein oder mehrere Heißgaszyklone zur Abscheidung und Rückführung der mit den Staub beladenen Rohgasen ausgetragenen C-haltigen Stäuben in die Primärvergasung angeordnet.
  • Die Heißgaszyklone verlassenden und mit C-haltigen Feinstäuben beladenen Rohgase werden einer nassen oder trockenen Totalentstaubung unterzogen, (v) die abgeschiedenen C-haltigen Feinstäube teilweise oder vollständig in die Primärvergasung zurückgeführt oder teilweise oder vollständig in einer Feuerung nachverbrannt.
  • Der Vergasungsreaktor (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1) umfasst von unten nach oben einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) und mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), eine direkte Verbindung oder Verbindung mittels eines Konnektorrohres mit einem Verbindungs-Reaktionsraum, einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), im Bedarfsfall mit einem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3), und mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b).
  • Der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) bildet einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) durch den Verbindungs-Reaktionsraum miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht,
    wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) im Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung und in dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung übergehend in das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung angewendet werden.
  • Der Nachoxidations-Festbettvergaser (a) umfasst von unten nach oben einen Ascheaustrag (a1), einen Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), einen Drehrost (a21), ein Nachoxidations-Wanderbett (a22), ein Nachoxidations-Gasdom (a23), mindestens einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) und einen zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25).
  • Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) weist einen sich mit einem Konuswinkel von 25–40 konisch nach oben hin erweiternden Boden des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) auf, der in einen zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) übergeht und mit mindestens einem Vergasungsstoff-Eintrag (b13), mindestens einem Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) und bei Bedarf mit mindestens einem Primärvergasungs-Prozessstoff-Eintrag (b15) ausgestattet ist.
  • Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) wird nach unten von einem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) der Primärvergasungs-Bodenprodukte begrenzt, über den sich zentral eine Zone der Zentralfluidisierung (b112) erstreckt, wobei der Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) den Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) bis zu dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) oder bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) fortsetzt.
  • Der im Bedarfsfall vorzusehende Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) setzt den Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) fort und weist einen unteren Quenchbereich (b31) mit mindestens einer Quenchdüse oder mindestens einer Quenchdüsenebene (b311) und einem oberen Vergleichmäßigungsbereich (b32) auf, der bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) reicht.
  • Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr (c), das einen zylindrischen oder sich im Durchmesser nach oben hin stetig, konisch leicht erweiternden oder nach unten hin stetig konisch oder stufenförmig leicht erweiternden Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) aufweist und dessen Verhältnis von Länge zu mittlerem, lichten Durchmesser in den für die apparatetechnische Ausführung erforderlichen Bereichen variiert werden kann, der den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) mit dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) unterbrechungsfrei miteinander verbindet, und bei Bedarf einen Konnektorrohr-Prozessstoff-Eintrag umfasst.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt sich an den Rohgasabgang eine direkte oder indirekte Kühlung der mit Feinstäuben beladenen Rohgase, eine Abscheidung der Feinstäube und eine Bereitstellung der gekühlten, abgetrennten nassen oder trockenen Feinstäube an. Die Feinstäube werden aus dem Wasser abgetrennt und als Primärvergasungs-Prozessstoffe in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) zurückgeführt.
  • Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr werden in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) seitlich über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) die festen C-haltigen Vergasungsstoffe, seitlich und/oder zentral über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) die Primärvergasungs-Vergasungsmittel, von oben nach unten aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube, von unten nach oben aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) die mit Konnektorrohr-Stäuben beladenen Konnektorrohr-Rohgase und bei Bedarf seitlich über die Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträge (b15) Primärvergasungs-Prozessstoffe eingebracht.
  • Aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden von oben nach unten über den Bodenprodukt-Abzug (b111) die Primärvergasungs-Bodenprodukte und von unten nach oben aus dem zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) die mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase ausgebracht,
    wobei die festen Vergasungsstoffe auf Höhen eingetragen werden, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen,
    und wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel auf Höhen eingedüst werden, die mindestens in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) liegen und die bis zum unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen können, und wobei die Primärvergasungs-Prozessstoffe auf allen Höhen direkt in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) oder über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) eingetragen werden können.
  • In den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von unten nach oben aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) die mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase und von oben nach unten aus dem im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) rezirkulierende Feinstäube eingetragen und aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) von oben nach unten rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube ausgetragen und von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase abgezogen, die im Falle eines nicht vorgesehenen Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) die von unten seitlich über den Rohgasabgang (b4) abgezogenen, mit Feinstäuben beladenen Rohgase darstellen.
  • In den im Bedarfsfall vorzusehenden Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) werden nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den Quenchbereich (b31) von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase und von oben nach unten, aber auch von unten nach oben, oder vom Rand in die Mitte, aber auch von der Mitte zum Rand über die Quenchdüsenebenen (b311) Quenchflüssigkeiten, vorzugsweise Quenchwässer, eingedüst und dass aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) von unten seitlich über den Rohgasabgang (b4) die mit Feinstäuben beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase abgezogen und von oben nach unten aus dem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) Quenchzonen-Feinstäube ausgetragen.
  • Bei Verbindung mit einem Konnektorrohr werden in den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) von oben nach unten über den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) die Primärvergasungs-Bodenprodukte und von unten nach oben über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) die mit Nachoxidations-Stäuben beladenen Nachoxidations-Rohgase eingetragen und aus dem Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) von oben nach unten die Konnektorrohr-Bodenprodukte und von unten nach oben die mit Konnektorrohr-Stäuben beladenen Konnektorrohr-Rohgase abgezogen. In den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) können bei Bedarf über einen Konnektorrohr-Prozessstoff-Eintrag von oben nach unten oder von unten nach oben Konnektorrohr-Prozessstoffe eingetragen werden.
  • In den Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden von oben nach unten über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) Primärvergasungs-Bodenprodukte, unter Ausbildung des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) mit einer oberen Begrenzung in Form eines Nachoxidations-Schüttkegels und darüber eines Nachoxidations-Gasdoms (a23), und bei Bedarf über einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) Nachoxidations-Prozessstoffe in den Nachoxidations-Gasdom (a23) eingedüst und über den Drehrost (a21) von unten nach oben die Nachoxidations-Vergasungsmittel eingebracht.
  • Aus dem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a23) von unten nach oben die mit Nachoxidations-Stäuben beladenen Nachoxidations-Rohgase und von oben nach unten über den Ascheaustrag (a1) die gekühlten Nachoxidations-Bodenprodukte (C-freien Aschen), abgezogen.
  • Über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) werden staubförmige bis feinkörnige, C-haltige Vergasungsstoffe mit Korngrößen entsprechend < ca. 0,5 mm bis < ca. 2 mm und bei Bedarf Primärvergasungs-Prozessstoffe eingetragen.
  • Die Mengen und die Zusammensetzungen der Primärvergasungs-Vergasungsmittel können so eingestellt werden, dass aus dem Rohgasabgang (b4) Rohgase mit den gewünschten Gasqualitäten und Feinstäube abgezogen werden können, die entweder vollständig vergast sind, d.h. einen deponiefähigen, geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, oder deren Kohlenstoff-Gehalte gezielt höhere Werte bis ca. 50 Ma.-% aufweisen.
  • Die Mengen und die Zusammensetzungen der Nachoxidations-Vergasungsmittel werden so eingestellt, dass über den Ascheaustrag (a1) abgekühlte, Kohlenstoff-freie, nicht geschmolzene, gesinterte und höchstens partiell geschmolzene Aschen abgezogen werden, wobei die Zusammensetzungen der Nachoxidations-Vergasungsmittel so eingestellt werden, dass es nicht zu betriebsstörenden Schlackebildungen im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) kommt, und wobei die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel so begrenzt werden, dass es nicht zu nichtregulären, kanalartigen Durchströmungen des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) kommt.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 30 – 5 % mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln (Nachoxidations-Sauerstoff) eingebracht.
  • Der Querschnitt des zylindrischen Teils des Nachoxidations-Reaktionsraums (a2) und die Höhe des Nachoxidations-Wanderbetts (a22), gemessen von der Oberkante des Drehrosts (a21) bis zum zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25), sind nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so bemessen, dass 60–90 % der mit den festen C-haltigen Vergasungsstoffen eingebrachten Aschen mit Qualitäten gemäß P über den Ascheaustrag (a1) Weise abgezogen werden,
  • Die Leerrohr-Geschwindigkeiten der aus dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) austretenden Nachoxidations-Rohgase, bezogen auf den freien Querschnitt des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111), weisen vorteilhaft Werte auf, die weit über den Wirbelpunkt-Geschwindigkeiten, d.h. bei für schnelle Wirbelschichten bis hin zu zirkulierenden Wirbelschichten typischen Geschwindigkeiten, liegen, und so bemessen sind, dass die Zone der Zentralfluidisierung (b112) mindestens derart bis zur Höhe der untersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) reicht, wobei deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) mindestens so bemessen, dass sich der Sauerstoff der eingedüsten Primärvergasungs-Vergasungsmittel chemisch vollständig umgesetzt hat, bevor die Primärvergasungs-Rohgase in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) eintreten.
  • Der Querschnitt des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) und des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) sind nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so bemessen, dass sich mittlere Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen und mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase einstellen, die denen der Sinkgeschwindigkeiten der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit vorgegebenen Austrags-Korndurchmessern im Bereich bis 0,1 mm entsprechen.
  • Vorteilhaft wird die Länge des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2), unter Einbeziehung von mindestens Vergasungsdruck, Vergasungstemperatur am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) und Reaktionsfähigkeit der Sekundärvergasungs-Feinstäube, so bemessen, dass mindestens eine ausreichend lange Zeit zur Einstellung der Werte für die Kohlenstoff-Gehalte der Quenchzonen-Feinstäube bzw. der Feinstäube eingestellt wird.
  • Ein Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) wird dann vorgesehen, wenn der Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) auf eine Höhe unterhalb des Rohgasabgangs (b4) zu begrenzen ist, um die Kohlenstoff-verbrauchenden, endothermen Vergasungsreaktionen bei den gewünschten Werten für die Kohlenstoff-Gehalte der Sekundärvergasungs-Feinstäube im Bereich bis ca. 50 Ma.-% einzufrieren, und/oder wenn die Temperaturen der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden sollen.
  • Eine Temperaturabsenkung im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen im Quenchbereich (b31) wird derart vorgenommen, dass die Quenchung mittels mehrerer Quenchdüsen in mindestens einer Quenchdüsenebene (b311), die eine vorzugsweise wandnahe oder eine über den Querschnitt gleichmäßige Quenchung vornehmen, soweit abgeschlossen ist, dass mindestens eine Abkühlung der wandnahen Quenchzonen-Feinstäube auf Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen erfolgt, bei der es nicht zu betriebsstörenden Anbackungen oder Ablagerungen an den Innenwänden des Vergasungsreaktors (v) bis einschließlich des Rohgasabgangs (b4) sichergestellt ist, und der sich anschließende Vergleichmäßigungsbereich (b32) soweit erstreckt, dass die Vergleichmäßigung der Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen mindestens bis zum Rohgasabgang (b4) abgeschlossen ist.
  • Vorteilhaft werden die Primärvergasungs-Vergasungsmittel mittels der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14), die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen aufweisen, auf mindestens einer und höchstens drei Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen, die jeweils mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen enthalten, deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Winkeln von –30° bis +30° gegen die Horizontale und auf die Vergaserachse oder mit Winkeln von < 30° von der Vergaserachse weggerichtet sind, eingedüst. Dabei sind die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit solchen Strömungsimpulsen versehen, dass sie die gegenüberliegenden Wände nicht berühren, und dass die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der mindestens untersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen. Die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der obersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene reichen nicht wesentlich über die Höhe hinaus, die den Übergang vom konischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) in einen zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) markiert.
  • Die Primärvergasungs-Vergasungsmittel können zusätzlich zur oder anstelle der untersten der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen über eine zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse, die auf der Vergaserachse in der Höhe oder oberhalb des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111) im unteren Bereich der Zone der Zentralfluidisierung (b112) angeordnet ist, vertikal nach oben eingedüst werden.
  • Die festen Vergasungsstoffe werden seitlich über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) gravimetrisch mittels Schrägrohren und/oder mechanisch mittels Förderschnecken und/oder pneumatisch oder hydraulisch mittels Rohrleitungen eingetragen, wobei ein oder mehrere über den Umfang verteilte Einträge vorgesehen sind und wobei die Einträge über die Schrägrohre kurz oberhalb der Höhe des Beginns des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) liegen.
  • Mittels der Prozessstoff-Einträge (a24), (b15) und des Prozessstoff-Eintrages des konnektorrohres (c), die aus Rohren oder Düsen bestehen, können zu vergasende oder thermisch zu behandelnde, gasförmige, flüssige oder feste Prozesstoffe oder Gemischen daraus in die Reaktionsräume (a2), (b1) oder (c1) eingebracht oder eingedüst werden, wobei gasförmige und flüssige Prozessstoffe vorzugsweise in die Reaktionsräume (b1) und (c1) und feste Prozessstoffe, wie die abgetrennten trockenen oder nassen Feinstäube, vorzugsweise in den Reaktionsraum (a2) eingebracht oder eingedüst werden.
  • Die Mengen der in den Nachoxidations-Gasdom (a23) eingedüsten gasförmigen und/oder flüssigen Prozessstoffe werden so eingestellt, dass die Leerrohr-Geschwindigkeiten der aus dem zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) austretenden Nachoxidations-Rohgase im gewünschten Maße erhöht werden, wobei vorzugsweise die endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf/verdampfendes Wasser und/oder CO2 zum Einsatz kommen.
  • Vorteilhaft wird nahezu die gesamte Menge der insgesamt zugeführten, endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf und ggfs. CO2 mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln eingebracht und den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln mindestens soviel endotherm reagierende Vergasungsmittel zugemischt, dass eine Spülfunktion bei Sauerstoff-Unterbrechung gewährleistet ist.
  • In der erfindungsgemäßen Weise führt die Kopplung der fünf verschiedenen Reaktorprinzipien der Festbettvergasung, der Flugstromvergasung, der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung, der Strahlwirbelschichtvergasung und der Wirbelschichtvergasung zu einem neuen Vergasungsreaktor, der die Prinzipien auf neue Art und Weise so miteinander verbindet, dass sich deren Nachteile in Vorteile verwandeln.
  • Zum ersten betrifft das die Ankopplung der Festbettvergasung an den Bodenprodukt-Abzug (b111) der zentral fluidisierten Sprudelschicht-Sprudelschichtvergasung über eine direkte Verbindung oder eine Verbindung mittels des Konnektorrohrs (c).
  • Die Nachteile der Festbettvergasung, das sind in diesem Zusammenhang der hohe Überschuss des endotherm reagierenden Vergasungsmittels Wasserdampf im Vergasungsmittel und der geringe Reaktionsumsatz des Wasserdampfs, heben die Nachteile des Bodenproduktabzugs der Wirbelschichtvergasung, das sind in diesem Zusammenhang die aufwendige Bodenprodukt-Kühlung, der hohe C-Gehalt der Bodenprodukte und die mit zunehmendem Prozessdruck nicht mehr sinnvoll realisierbare hohe Gaseinspeisung oder Gasrezirkulation für die Basisfluidisierung, auf. In der erfindungsgemäße Weise wird durch die Kopplung erstmals eine Anhebung des Prozessdrucks der Sprudelschicht- oder der Wirbelschichtvergasung auf hohe Prozessdrücke > 60 bar ohne Zusatzaufwand für die Basisfluidisierung möglich. Die nach dem Stand der Technik notwendige Einspeisung oder Rezirkulation großer Mengen kalter Gase und deren Wiederaufheizung entfallen. Die minderwertigen, aufgeheizten Nachoxidations-Vergasungsgase mit typischen Wasserdampfgehalten von 60 bis 80 Vol.-% stellen hochwertige Vergasungsmittel für die Vergasung Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) dar. Die Vorteilsnutzung wird durch die Verbindung am Übergang von der Festbett- zur zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung unter Anwendung des Konnektorrohrs (c) möglich.
  • Die zentrale Position der direkten Verbindung oder Verbindung über das Konnektorrohr (c) hebt einen weiteren Nachteil der Festbettvergasung, den seitlichen Gasabgang, auf und ermöglicht dadurch eine über die gesamte Betthöhe symmetrische Durchströmung des Nachoxidations-Wanderbetts (a22).
  • Durch die Ankopplung der Festbettvergasung an den Bodenprodukt-Abzug (b111) mittels des Konnektorrohres (c) und die Ausbildung einer Zone intensiver Zentralfluidisierung (b112), die von einer Sprudelschichtvergasung umgeben ist, wird ein neues Vergasungsprinzip einer intensiv vermischten Sprudelschichtvergasung geschaffen, hier als zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung bezeichnet. Ein wichtiges Merkmal der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung ist der große Abstand der gegenüberliegenden Vergaserinnenwände an der unteren, engsten Stelle des Bodenprodukt-Abzugs (b111), an der die Zentralfluidisierung beginnt. Dementsprechend können hohe Mengen von Primärvergasungs-Vergasungsmitteln in geringen vertikalen Abständen zum Bodenprodukt-Abzug (b111) mittels der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) mit nur wenigen Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen seitlich eingedüst werden, ohne dass die gegenüberliegenden Wände berührt werden. Die bereits starke Zentralfluidisierung (b112) am Boden des Vergasungsreaktors wird durch die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen, die in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, noch verstärkt.
  • Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) kann deshalb mit einen wesentlich stärkeren Konuswinkel des Primärreaktionsraums von 25–40° gegenüber der klassischen Wirbelschichtvergasung von < 25° ausgestattet werden. Die nach oben gerichtete Zentralfluidisierung (b112) kann vorteilhaft mit einer vertikal nach oben gerichteten Eindüsung von Primärvergasungs-Vergasungsmittel über eine zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse, die sich auf der Vergaserachse in der Höhe oder oberhalb des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111) im unteren Bereich der Zone der Zentralfluidisierung (b112) befindet, kombiniert werden. Mit dieser zentralen Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse können theoretisch die gesamten Primärvergasungs-Vergasungsmittel eingetragen werden, wobei sich ein weit nach oben erstreckender, zentraler Vergasungsmittel-Düsenstrahl ausbildet, der die Höhe des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) verlängert.
  • Zur Verringerung der Höhe des Vergasungsreaktors ist es deshalb von Vorteil, wenn zusätzlich oder anstelle der Mono-Eindüsung über die zentrale Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düse die seitliche Eindüsung von Primärvergasungs-Vergasungsmitteln über mindestens eine Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene erfolgt. Die konzentrierte, seitliche Eindüsung ist besonders vorteilhaft deshalb, da die starke, bodennahe Fluidisierung mit ihren hohen Wärme- und Stoffübergängen höchste Energiedichten für die stark exothermen chemischen Reaktionen des Sauerstoffs durch Partialoxidation ermöglicht, wodurch die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen der obersten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene auf eine Höhe begrenzt werden können, die den Übergang vom konischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) markiert.
  • Angepasst an die stofflichen und Prozessbedingungen, bei denen die Vergasung durchgeführt werden soll, sind eine bis drei Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen anzuwenden, wobei eine Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düseneben aus Symmetriegründen mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen umfasst, deren Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Winkeln von –30° bis +30° gegen die Horizontale und auf die Vergaserachse hin oder mit Winkeln von < 30° zur Vergaserachse hin ausgerichtet sind. Vorzugsweise werden mit 10–20° abwärtsgerichtete und zentral auf die Vergaserachse ausgerichtete Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen eingesetzt. Von der Vergaserachse weggerichtete Vergasungsmittel-Düsenstrahlen werden zur besseren Ausnutzung des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) durch eine aufgeprägte Drallströmung vorzugsweise bei den höheren Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen angewendet.
  • Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung beseitigt einen entscheidenden Nachteil der bisherigen Wirbelschicht- oder der Sprudelschichtvergasung, der darin besteht, dass eine starke Einschnürung des zylindrischen Vergaserraums hin zu einem engen Bodenprodukt-Abzug notwendig ist. Bei der klassischen Wirbelschicht wird dies durch einen langgezogenen, sich konisch verengenden Reaktionsraum realisiert, der eine unnötige Verlängerung des Reaktionsraums des Wirbelschichtvergasers bedingt und der mittels vieler, über die Höhe gestufter Vergasungsmittel-Düsenebenen fluidisiert werden muss. Bei der Sprudelschichtvergasung nach dem Stand der Technik ist ein hoher Fluidisierungsaufwand über den gesamten (Sieb)Boden des Sprudelschichtvergasers erforderlich.
  • Zum Zweiten werden die bisher nicht überwindbaren Limitierungen der Vergasungstemperaturen der Wirbelschicht- oder Sprudelschichtvergasung und der Flugstromvergasung aufgehoben. Die bisherige Wirbelschicht- oder die Sprudelschichtvergasung arbeitet bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Ascheschmelzpunktes, weshalb trotz Anwendung eines Rückführzyklon keine vollständigen C-Umsätze erreicht werden können und die Rohgase hohe Anteile unerwünschter Gaskomponenten und Spurenstoffe enthalten. Demgegenüber werden bei der Flugstromvergasung vollständige C-Umsätze und hochwertige Rohgase erreicht, jedoch bei den zur Verfügung stehenden kurzen Verweilzeiten im Vergaser nur unter Anwendung hoher Vergasertemperaturen oberhalb der Aschefließtemperaturen. Die Nachteile der getrennt betriebenen Reaktorprinzipien werden durch die Kombination und Übereinander-Anordnung der Reaktorprinzipen in Verbindung mit dem Einsatz der festen Vergasungsstoffe in einer speziellen Körnung, die im Bereich von 0–0,1 mm bis ca. 0–2mm liegt, überwunden.
  • Durch die Übereinander-Anordnung der Reaktorprinzipen der Festbettvergasung, der Flugstromvergasung, der zentral fluidisierten Sprudelschicht-Vergasung und der Wirbelschichtvergasung können die Vergasungstemperaturen auf für Wirbelschicht- und Sprudelschichtvergasung untypisch hohe Werte und auf für Flugstromvergasung untypisch niedrige Werte verschoben werden. Beispielsweise können für Braunkohlen erstmals die Vergasungstemperaturen am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) auf 1.100 °C und darüber angehoben und damit näher an den Schmelzpunkt von z.B. 1.250 °C herangerückt werden, wobei in den Vergasungsmittel-Strahlen lokal Vergasungstemperaturen deutlich oberhalb des Fließpunktes von ca. 1.400 °C herrschen. Die Anwendung sehr hoher Temperaturen in der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) und untypisch hoher Temperaturen in der Wirbelschichtvergasung im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) ermöglicht die Anwendung hoher Drücke bis 60 bar und darüber, wodurch erstmals die für Synthesegase geforderten Gasqualitäten, beispielsweise niedrige Methangehalte kleiner 5 Vol.-% bei einem Druck von 60 bar und darüber, erreicht werden. Mit der Druckerhöhung geht bei gleicher Leistung eine Verringerung der Gasgeschwindigkeiten, d.h. eine Erhöhung der Verweilzeit, sowie eine Erhöhung der Partialdrücke der endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf und Kohlendioxid einher. Damit steigt die Reaktionsgeschwindigkeit der endothermen Vergasungsprozesse, so dass für den vollständigen bzw. den gewünschten Kohlenstoff-Umsatz nur geringe Verweilzeiten im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) von wenigen Sekunden ausreichend sind.
  • Die spezielle Körnung der festen Vergasungsstoffe im Bereich von 0–0,1 mm bis ca. 0–2 mm, die zwischen den für die Flugstromvergasung und den für die Wirbelschichtvergasung typischen Werten von < 0,1 mm und < 4–6 mm liegt, ist einerseits optimal für die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung und andererseits für die finale Vergasung unter den Bedingungen der Wirbelschichtvergasung im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2). In der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung sind Korngrößen oberhalb der Staubkörnung > 0,1 mm erforderlich, um einen zu starken Austrag aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) zu vermeiden, andererseits wären die für die Wirbelschichtvergasung typischen Werten < 4–6 mm zu grob, um bei den angestrebten hohen, auf den Querschnitt bezogenen Vergaserleistungen in wenigen Sekunden die vollständigen bis gewünschten Kohlenstoff-Umsätze der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit Kohlenstoff-Gehalten im Bereich bis ca. 50 Ma.-% zu erreichen. Dies ist nur möglich, wenn die in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) eintretenden Sekundärvergasungs-Feinstäube eine Körnung aufweisen, die nur so groß ist, dass die aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen Sekundärvergasungs-Feinstäube oder Feinstäube Korndurchmesser im Bereich bis 0,1 mm aufweisen.
  • Im Folgenden werden die Reaktorprinzipien in den verschiedenen Reaktionsräumen auf dem Weg der Feststoffe, zunächst nach unten bis zum Ascheaustrag (a1) und dann nach oben bis zum Rohgasabgang (b4), kurz erläutert werden. Die festen Vergasungsstoffe und ggfs. die Primärvergasungs-Prozessstoffe werden über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) wandnah in den sich konisch nach oben hin erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) eingebracht. Sie werden auf Höhen eingetragen, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen. Als Vergasungsstoff-Einträge (b13) kommen Schrägrohre für den Schwerkrafteintrag und/oder Förderschnecken für den mechanischen Eintrag und/oder Rohrleitungen für den pneumatischen oder hydraulischen Eintrag in Frage, wobei der Höhe des Eintrags über die Schrägrohre kurz oberhalb der Höhe des Beginns des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) liegt.
  • Die festen Vergasungsstoffe werden von der wandnahen Abwärtsströmung durch Schwerkraft überwiegend in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) transportiert. Von hier wird der größte Teil der Feststoffe nach oben transportiert und reagiert bei örtlich sehr hohen Temperaturen bis > 2.000 °C mit den seitlich und/oder zentral eingedüsten Primärvergasungs-Vergasungsmitteln. Dabei verringern sich die Korngrößen der kohlenstoffhaltigen Vergasungsstoffe und die freigesetzten Aschen schmelzen und agglomerieren unter Bildung von Schmelzagglomeraten. Im gesamten Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) herrschen so intensive Wärme- und Stoffübertragungsbedingungen, dass die eintretenden festen Vergasungsstoffe und ggfs. die Primärvergasungs-Prozessstoffe auf kürzester Wegstrecke vermischt und aufgeheizt und die durch die Oxidationsreaktionen aufgeheizten Vergasungsstoffe und schmelzflüssigen Aschen oder Schmelzagglomerate ebenso schnell wieder abkühlen und erstarren. Die extreme Fluidisierung in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) wird durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) nach oben strömenden Rohgase, die weit über den Wirbelpunkt-Geschwindigkeiten, d.h. bei für schnelle Wirbelschichten bis hin zu zirkulierenden Wirbelschichten typischen Geschwindigkeiten, liegen, erreicht. Sie wird unterstützt durch die Eindüsung der Primärvergasungs-Vergasungsmittel, die auf die Zone der Zentralfluidisierung (b112) gerichtet ist, und verlängert diese nach oben. Die Höhe der Zone der Zentralfluidisierung (b112) erreicht – ohne diese Verlängerung – das mindestens Doppelte bis Fünffache des Durchmessers des Bodenprodukt-Abzugs (b111). Obwohl im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) infolge der stark dominierenden, exothermen Reaktionen der Partialoxidation die höchsten Energiedichten auftreten, wird durch die hohen Kohlenstoff-Konzentrationen der zirkulierenden Feststoffe permanent sichergestellt, dass die Vergaserwände frei von Anbackungen von Aschen oder Schlacken bleiben oder Verschlackungen in den Strömungen der Sprudelschichtvergasung eintreten. Die Zirkulationsströmung der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung um die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ist so stark, dass eine starke konische Erweiterung des Bodens des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis zum zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) mit Konuswinkeln von 25–40 °möglich ist, ohne dass der Boden mit zusätzlichen Gaszuführungen fluidisiert werden muss.
  • Ein Teil der Feststoffe, das sind die Primärvergasungs-Bodenprodukte, sinken im Gegenstrom zu den Rohgasen, die nach oben ausströmen und eine Sichterwirkung entfalten, durch den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) in den Verbindungs- bzw. Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1). Die Primärvergasungs-Bodenprodukte bestehen überwiegend aus gröberen und schwereren, aschereichen Partikeln einschließlich der entstandenen Ascheagglomerate, wobei deren Korngrößen bis zu 10 mm reichen können. Da die Temperaturen der Primärvergasungs-Bodenprodukte normalerweise deutlich höher sind als die der entgegen strömenden Sekundärvergasungs-Rohgase, finden im Konnektor-Reaktionsraum unter Abkühlung der Primärvergasungs-Bodenprodukte endotherme Vergasungsreaktionen statt, d.h. die Kohlenstoffgehalte der nach unten austretenden Konnektorrohr-Bodenprodukte sind etwas niedriger als die der von oben eintretenden Primärvergasungs-Bodenprodukte. Die Strömungszustände im Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) können zwischen einer kanalartigen Wanderbett-Durchströmung und einer pneumatischen Förderung wechseln oder sich überlagern, wobei das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung dominiert. Besonders in der Nähe des zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgangs (a25) findet eine weitere Korngrößen- und Dichte-Separation zugunsten gröberer und schwererer, aschereicher Partikel als Einsatzmaterial für das Nachoxidations-Wanderbett (a22) statt.
  • Die geometrische Gestaltung des Konnektorrohr-Reaktionsraums (c1) kann hinsichtlich Länge, Durchmesser, Durchmessererweiterungen, Einlauf- und Auslaufgestaltung in vielfältiger Weise an die Anforderungen der konkrete Anwendung des Vergasungsreaktors (v) angepasst werden, so z.B. das Verhältnis von Länge zu mittlerem Durchmesser entsprechend einer optimalen apparatetechnischen Ausführung. Vorteilhafter Weise kann der eingeschnürte Druckmantel des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit dem ebenfalls eingeschnürten Druckmantel des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) durch eine Flanschverbindung in Höhe des Konnektorrohrs (c) miteinander verbunden sein. Auch ist es möglich, in die Flanschverbindung einen verstellbaren Schieber einzubauen, mit dem die beiden Reaktionsräume im Bedarfsfall (z.B. zum An- oder Abfahren des Vergasungsreaktors (v)) feststoffseitig voneinander getrennt werden können.
  • Die aus dem Nachoxidations-Gasabgang (a25) nach unten austretenden Konnektorrohr-Bodenprodukte gelangen unter Ausbildung des Nachoxidations-Schüttkegels und des Nachoxidations-Gasdoms (a23) in das Nachoxidations-Wanderbett (a22). Im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) ist das Reaktorprinzip der Festbettvergasung realisiert, wobei im Gegensatz zu der üblichen Lurgi-Festbettvergasung von Kohlen nach dem Stand der Technik im Nachoxidations-Wanderbett (a22) keine Trocknungs- und Pyrolysezone vorhanden ist und Schüttung vorliegt, die wesentlich heißer und in den meisten Fällen viel feinkörniger ist. Entsprechend der stofflichen und granulometrischen Eigenschaften des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) werden die Zusammensetzungen und die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel eingestellt. Was die Zusammensetzungen betrifft, ist die bevorzugte Steuergröße das sogenannte Dampf/Sauerstoff-Verhältnis, ausgedrückt in kg Dampf pro Nm3 Sauerstoff. Dieses wird so eingestellt, dass mittels des Drehrosts (a21) nicht geschmolzene, gesinterte und höchstens partiell geschmolzene Aschen abgezogen werden und es nicht zu betriebsstörenden Schlackebildungen im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) kommt. Übliche Werte für das Dampf/Sauerstoff-Verhältnis liegen bei 5–7 kg/Nm3 für Vergasungsstoffe mit hohen Ascheschmelzpunkten und 7–10 kg/Nm3 für solche mit niedrigen Ascheschmelzpunkten. Was die Mengen der Nachoxidations-Vergasungsmittel betrifft, ist die bevorzugte Steuerungsgröße die reale Sauerstoffmenge oder die flächenbezogene, spezifische Sauerstoffbelastung. Die flächenbezogene Sauerstoffmenge wird entsprechend der Körnungen der sich im Nachoxidations-Wanderbett (a22) bildenden Aschen so begrenzt, dass es nicht zu nichtregulären, kanalartigen Durchströmungen des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) kommt. Typische Werte betragen 200 bis 500 Nm3 Sauersoff/m2 Querschnittsfläche des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) in Abhängigkeit von der Körnigkeit der Schüttungen.
  • Die nachoxidierten, deponiefähigen Aschen mit Kohlenstoff-Gehalten < 5 Ma.-% werden mittels des Drehrosts (a21) in den Ascheaustrag (a1) ausgetragen, wobei der Drehrost (a21) entsprechend der Temperaturen der ausgetragenen, abgekühlten Aschen, die in einem Korridor von 100–200 K oberhalb der Temperaturen der Nachoxidations-Vergasungsmittel liegen, gesteuert wird.
  • Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) reicht über den konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12). Hier gehen der heiße Gas-Feststoff-Jet und die großräumige Feststoff-Rezirkulationsströmung von einer Strahlwirbelschicht in eine Wirbelschicht über, in der sich die Strömungsgeschwindigkeiten und die Temperaturen der mit Primärvergasungs-Stäuben beladenen Primärvergasungs-Rohgase über den Querschnitt ausgleichen und das Reaktorprinzip einer Wirbelschichtvergasung vorherrscht. In den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) treten aus dem darüber liegenden Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube ein.
  • Die von unten nach oben in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, heißen Primärvergasungs-Rohgase, die mit Kohlenstoff-reichen Primärvergasungs-Stäuben beladen sind, sind das Ergebnis der überwiegend ablaufenden Reaktionen der Totaloxidation unter Bildung von CO2 und H2O. Sie kühlen sich Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) in Folge der endothermen, Kohlenstoff-verbrauchenden Vergasungsreaktionen unter Bildung von CO und H2 ab. Die für die Vergasung charakteristischen Vergasungstemperaturen sind die sich am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) einstellenden Abklingtemperaturen der endothermen Vergasungsreaktionen. Die Korngrößen der Primärvergasungs-Stäube verringern sich bis auf die Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube, die mit den Sekundärvergasungs-Rohgasen aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen werden, wobei die Kohlenstoff- Gehalte abnehmen. Um die vorgegebenen, geringen Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube mit Werten kleiner 0,1 mm zu erreichen, werden die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase entsprechend niedrig eingestellt. Die in Verbindung mit hohen Vergasungsdrücken realisierbaren, niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase sind ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung. Sie ermöglichen die weitgehend vollständigen bis gewünschten Kohlenstoff-Umsatz über eine kurze Weglänge der Strömung, d.h. bei geringer Bauhöhe des Vergasungsreaktors (v). Im Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) nehmen Korngrößen von unten nach oben ab du es herrscht das Reaktorprinzip einer Wirbelschichtvergasung vor. Dieser Bereich wird solange ausgedehnt, dass von unten nach oben in den Quenchzonen-Reaktionsraum oder in den Rohgasabgang Sekundärvergasungs-Feinstäube oder Feinstäube abgezogen werden, die entweder vollständig vergast sind, d.h. einen deponiefähigen, geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, oder deren Kohlenstoff-Gehalte gezielt höhere Werte bis ca. 50 Ma.-% aufweisen. Im Falle der Vergasung bei hohen Temperaturen, bei denen die Temperaturen an die Reaktionsfähigkeiten der festen Vergasungsstoffe angepasst sind, und begünstigt durch hohe Vergasungsdrücke, ist die vollständige Vergasung der Stäube in einer Zeit von nur wenigen Sekunden abgeschlossen. Vorgegebene, höhere Werte für die Kohlenstoff-Gehalte bis ca. 50 Ma.-% werden durch einen entsprechend kürzeren Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) oder niedrigere Vergasungstemperaturen am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) erreicht. Hohe Kohlenstoff-Gehalte sind beispielsweise bei hohen Vergasungstemperaturen als sogenannter Putz-Kohlenstoff erwünscht, um Verschlackungen oder Verlegungen zu vermeiden. Im Falle der Vergasung bei niedrigen Temperaturen am Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2), beispielweise zur Erzeugung von Methanreichen Rohgasen, werden ebenfalls hohe Kohlenstoff-Gehalte der Sekundärvergasungs-Feinstäube angestrebt.
  • Im Falle der Vergasung bei hohen Temperaturen am Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) kann es von Vorteil oder erforderlich sein, wenn oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) ein Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) angeordnet ist, dessen Aufgabe es ist, im Quenchbereich (b31) Quenchflüssigkeiten, vorzugsweise Quenchwässer, einzudüsen. Die Menge der einzudüsenden Quenchflüssigkeiten wird so eingestellt, dass die Temperaturen oberhalb des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden. Die Eindüsung erfolgt mittels mehrerer Quenchdüsen in mindestens einer Quenchdüsenebene (b311) entweder querschnittsgleich oder mindestens wandnah. Der sich über dem Quenchbereich (b31) anschließende Vergleichmäßigungsbereich (b32) ist so weit ausgedehnt, dass die Vergleichmäßigung der Temperaturen unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen mindestens bis zum Rohgasabgang (b4) abgeschlossen ist. Die eingedüsten Quenchwässer kühlen nicht nur die Quenchzonen-Feinstäube. Im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) reagieren die Quenchwässer unter den vorherrschenden Bedingungen der Wirbelschichtvergasung übergehend in die Flugstromvergasung auch in gewissem Maß mit dem Kohlenstoff der Kohlenstoff-haltigen Quenchzonen-Feinstäube, wobei Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet werden. Aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) werden nach oben über den Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) die mit Feinstäuben beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase abgezogen. Der Quenchprozess kann vorteilhaft zur Schadstoffentsorgung genutzt werden. Als Quenchflüssigkeiten kommen neben thermisch zu behandelnden Abwässern, die mit anorganischen oder organischen Substanzen belastet sind, auch chemisch zu behandelnde Flüssigkeiten, wie Ammoniakwässer, in Frage.
  • Der Vergasungsreaktor (v) wird entsprechend der vorgegebenen Randbedingungen dimensioniert und ausgelegt. Die wichtigsten, vorgegebenen Randbedingungen sind die thermische Leistung, die Rohgasqualität, die Eigenschaften der festen Vergasungsstoffe und der Vergasungsdruck. Die wichtigsten Kriterien für die Dimensionierung der Hauptabmessungen Höhe und Durchmesser des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) und des Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) sind die erforderlichen Verweilzeiten der festen Vergasungsstoffe, damit die weit überwiegende Vergasung der eingesetzten Vergasungsstoffe gewährleistet ist, was darin zum Ausdruck kommt, dass 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) eingebracht werden. Die niedrigen Werte stehen für wenig reaktionsfähige Kohlen, insbesondere Steinkohlen, bei der der Anteil der Nachoxidation höher ist, und die hohen Werte umgekehrt für reaktionsfreudige Kohlen, wie Braunkohlen. Der Nachoxidations-Reaktionsraums (a2) ist hinsichtlich des Querschnitts des zylindrischen Teils und der Höhe des Nachoxidations-Wanderbetts (a22), gemessen von der Oberkante des Drehrosts (a21) bis zum zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25), so bemessen, dass 60–90 % der mit den festen C-haltigen Vergasungsstoffen eingebrachten Aschen über den Ascheaustrag (a1) abgezogen werden können. Hierfür sind über den Drehrost (a21) 30 – 5 % des mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln insgesamt zugeführten Sauerstoffs (Nachoxidations-Sauerstoff) einzubringen.
  • Anhand der in 1 gezeigten Prinzipdarstellung eines Vergasungsreaktors zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel wird die Erfindung näher beschrieben.
  • Der Vergasungsreaktor (v) mit einem Vergasungsreaktionsraum (v1) wird aus einem Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einem Drehrost (a21) mit Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel (36), einem Konnektorrohr (c) mit einem Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1), einem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) mit Quenchdüsen (12) zur Eindüsung von Quenchwasser (22), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13) gebildet.
  • Der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) stellt einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum dar, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) über den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) miteinander verbunden ist und der vom Ascheaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht.
  • Der Nachoxidations-Festbettvergaser (a) umfasst – von unten nach oben gesehen – einen Ascheaustrag (a1) und einen Nachoxidations-Reaktionsraum (a2), der einen Drehrost (a21), ein Nachoxidations-Wanderbett (a22), ein Nachoxidations-Gasdom (a23), einen Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) in Form einer Nachoxidations-Prozessstoff-Düsenebene (8) von 6 über den Umfang verteilten Nachoxidations-Prozessstoff-Düsen (9) und einem zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25).
  • Der Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) wird von einem – von unten nach oben gesehen – aus einem sich mit einem Konuswinkel von 45° konisch nach oben hin erweiternden Boden (2) des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11), ausgestattet mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14), der in einen zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) übergeht, ausgestattet mit drei Vergasungsstoff-Einträgen (b13) und Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträgen (b15), gebildet.
  • Der mehrteilige Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) besteht aus zwei übereinander liegenden Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen (3) mit je sechs über den Umfang gleichverteilten Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4). Die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4) sind übereinander versetzt angeordnet, mit einem Neigungswinkel (5) 15° abwärts geneigt und zentral auf die Vergaserachse ausgerichtet. Die untere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene (6) ist in der Höhe des ersten Drittels des konischen Bodens (2) und die obere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene (7) in der Höhe von 90 % des konischen Bodens (2) angeordnet. Die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen sind wassergekühlte und verschleißgeschützte Gemischdüsen, mit denen Sauerstoff und Dampf im Gemisch eingedüst werden.
  • Das untere Ende des konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bildet der zentrale Bodenprodukt-Abzug (b111), über den die C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) in das Konnektorrohr (c) abgezogen werden.
  • Der Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) stellt die Verbindung des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) mit dem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) dar. Dieser besteht aus einem unteren Quenchbereich (b31) mit einer Quenchdüsenebene (b311) und einem oberen Vergleichmäßigungsbereich (b32), der bis zum Rohgasabgang (b4) am Kopf (1) des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) reicht.
  • Das Konnektorrohr (c) umfasst einen zylindrischen Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1), dessen Verhältnis von Länge zu lichtem Durchmesser 4 beträgt.
  • Im Folgenden werden die in den Reaktionsräumen ein- und austretenden Stoffe beschrieben. Zum besseren Verständnis der Funktionsweise sind in 1 die Fluide mit gestrichelten Pfeilen und die Feststoffe mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt.
  • In den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden über die Vergasungsstoff-Einträge (b13) mittels Schrägrohreintrag die festen C-haltigen Vergasungsstoffe (25), über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) die Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27), von oben nach unten aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube (40), von unten nach oben aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) die mit Konnektorrohr-Stäuben (32) beladenen Konnektorrohr-Rohgase (33) und über die Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträge (b15) Primärvergasungs-Prozessstoffe (26) eingebracht.
  • Aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) werden von oben nach unten über den Bodenprodukt-Abzug (b111) die Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) und von unten nach oben aus dem zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) die mit Primärvergasungs-Stäuben (28) beladenen Primärvergasungs-Rohgase (29) ausgebracht.
  • Die festen Vergasungsstoffe (25) werden auf Höhen eingetragen, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b12) liegen. Die Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27) der unteren Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene (6) werden auf einer Höhe eingedüst, dass die Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27) in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen und diese nach oben erweitern.
  • Die über die Primärvergasungs-Prozessstoff-Einträge (b15) eingetragenen Primärvergasungs-Prozessstoffe (26) umfassen auch die aus dem mit Feinstäuben (20) beladenem Rohgas (21) in einer Wasserwäsche abgetrennten, nassen Feinstäube.
  • In den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von unten nach oben aus dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) die mit Primärvergasungs-Stäuben (28) beladenen Primärvergasungs-Rohgase (29) und von oben nach unten aus dem Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) rezirkulierende Quenchzonen-Feinstäube (42) eingetragen.
  • Aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden von oben nach unten Sekundärvergasungs-Feinstäube (40) ausgetragen und von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben (23) beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase (24) abgezogen.
  • Im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) treten über den unteren Quenchbereich (b31) von unten nach oben die mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben (23) beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase (24) ein und es werden über Quenchdüsen (12) in der Quenchdüsenebenen (b311) Quenchwasser (22) eingedüst. Aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) werden von unten seitlich über den Rohgasabgang (b4) die mit Feinstäuben (20) beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase (21) abgezogen und von oben nach unten aus dem Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) Quenchzonen-Feinstäube (42) ausgetragen.
  • Nach dem Rohgasabgang (b4) schließt sich eine in 1 nicht dargestellte Rohgas-Wasserwäsche der mit Feinstäuben (20), deren C-Gehalte ca. 50 Ma.-% betragen, beladenen Rohgase (21) mittels eines Venturiwäschers an. Die Feinstäube (20) werden aus dem Wasser abgetrennt und als Primärvergasungs-Prozessstoffe (26) in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12) zurückgeführt.
  • In den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) werden von oben nach unten über den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b11) die Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) und von unten nach oben über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) die mit Nachoxidations-Stäuben (37) beladenen Nachoxidations-Rohgase (38) eingetragen.
  • Aus dem Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) werden von oben nach unten die Konnektorrohr-Bodenprodukte (34) und von unten nach oben die mit Konnektorrohr-Stäuben (32) beladenen Konnektorrohr-Rohgase (33) abgezogen.
  • In den Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden von oben nach unten über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) die Konnektorrohr-Bodenprodukte (34) unter Ausbildung des Nachoxidations-Wanderbetts (a22) mit einer oberen Begrenzung in Form eines Nachoxidations-Schüttkegels (11) und darüber eines Nachoxidations-Gasdoms (a23) und über den Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag (a24) mittels Nachoxidations-Prozesssstoff-Düsen (9) Nachoxidations-Prozessstoffe (35), welche konzentrierte Abwässer aus der Rohgas-Wasserwäsche umfassen, in den Nachoxidations-Gasdom (a23) eingedüst und über den Drehrost (a21) von unten nach oben die Nachoxidations-Vergasungsmittel (36) eingebracht.
  • Die Nachoxidations-Prozessstoffe (35) werden auf die Oberfläche (10) des sich ausbildendenden Nachoxidations-Schüttkegels (11) aufgesprüht, wodurch das Nachoxidations-Wanderbett (a22) gekühlt wird. Aus dem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) werden über den zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgang (a25) von unten nach oben die mit Nachoxidations-Stäuben (37) beladenen Nachoxidations-Rohgase (38) und von oben nach unten über den Ascheaustrag (a1) die gekühlten Nachoxidations-Bodenprodukte (C-freie Aschen) (39) abgezogen.
  • Die festen Vergasungsstoffe (25) werden von der wandnahen Abwärtsströmung durch Schwerkraft überwiegend in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) transportiert. Von hier wird der größte Teil der Feststoffe nach oben transportiert und reagiert bei örtlich sehr hohen Temperaturen bis > 2.000 °C mit den seitlich eingedüsten Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (27). Dabei verringern sich die Korngrößen der kohlenstoffhaltigen Vergasungsstoffe (25) und die freigesetzten Aschen schmelzen und agglomerieren unter Bildung von Schmelzagglomeraten. Im gesamten Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) herrschen so intensive Wärme- und Stoffübertragungsbedingungen, dass die eintretenden festen Vergasungsstoffe (25) und die Primärvergasungs-Prozessstoffe (26) auf kürzester Wegstrecke vermischt und aufgeheizt und die durch die Oxidationsreaktionen aufgeheizten, festen Vergasungsstoffe und schmelzflüssigen Aschen oder Schmelzagglomerate ebenso schnell wieder abkühlen und erstarren. Die extreme Fluidisierung in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) wird durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Bodenprodukt-Abzug (b111) nach oben strömenden Sekundärvergasungs-Rohgase erreicht. Die Strömungsgeschwindigkeiten, auf den freien Querschnitt des zentralen Bodenprodukt-Abzugs (b111) bezogen, liegen bei 2–6 m/s und damit in dem für zirkulierende Wirbelschichten typischen Bereich. Die Höhe der Zone der Zentralfluidisierung (b112) erreicht – ohne die Verlängerung durch die Eindüsung der Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27) – das Dreifache des Durchmessers des Bodenprodukt-Abzugs (b111).
  • Durch die Eindüsung der Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27) in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) verlängert diese nach oben auf das etwa 6-fache. Obwohl im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b11) infolge der stark dominierenden, exothermen Reaktionen der Partialoxidation die höchsten Energiedichten auftreten, wird durch die hohen Kohlenstoff-Konzentrationen der zirkulierenden Feststoffe permanent sichergestellt, dass die Vergaserwände frei von Anbackungen von Aschen oder Schlacken bleiben oder Verschlackungen in den Strömungen der Sprudelschichtvergasung eintreten.
  • Die Zirkulationsströmung der zentral fluidisierten Sprudelschichtvergasung um die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ist so stark, dass keine zusätzlichen Gaszuführungen über den Boden (2) zur Fluidisierung erforderlich sind.
  • Die Primärvergasungs-Bodenprodukte (30), sinken im Gegenstrom zu den Konnektorrohr-Rohgasen (33), die nach oben ausströmen und eine Sichterwirkung entfalten, durch den zentralen Bodenprodukt-Abzug (b111) in den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1). Die Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) bestehen überwiegend aus gröberen und schwereren, aschereichen Partikeln einschließlich der entstandenen Ascheagglomerate. Da die Temperaturen der Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) deutlich höher sind als die der entgegen strömenden Konnektorrohr-Rohgase (33), finden im Konnektor-Reaktionsraum (c1) unter Abkühlung der Primärvergasungs-Bodenprodukte (30) endotherme Vergasungsreaktionen statt, d.h. die Kohlenstoffgehalte der nach unten austretenden Konnektorrohr-Bodenprodukte (34) sind niedriger als die der von oben eintretenden Primärvergasungs-Bodenprodukte (30).
  • Im Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) dominiert das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung. Besonders in der Nähe des zentralen oberen Nachoxidations-Gasabgangs (a25) findet eine weitere Korngrößen- und Dichte-Separation zugunsten gröberer und schwererer, aschereicher Partikel als Einsatzmaterial für das Nachoxidations-Wanderbett (a22) statt. Die nachoxidierten, deponiefähigen nahezu C-freien Aschen werden bei Temperaturen um ca. 400 °C mittels Drehrost (a21) in den Ascheaustrag (a1) ausgetragen.
  • Die zentral fluidisierte Sprudelschichtvergasung im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) reicht über den konischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) bis in den zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraum (b12). Hier gehen der heiße Gas-Feststoff-Jet und die großräumige Feststoff-Rezirkulationsströmung in eine hochexpandierte Wirbelschicht über, in der sich die Strömungsgeschwindigkeiten und die Temperaturen der mit Primärvergasungs-Stäuben (28) beladenen Primärvergasungs-Rohgase (29) über den Querschnitt ausgleichen und das Reaktorprinzip einer Wirbelschichtvergasung vorherrscht.
  • Die von unten nach oben in den Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, heißen Primärvergasungs-Rohgase (29), die mit Kohlenstoff-reichen Primärvergasungs-Stäuben (28) beladen sind, sind das Ergebnis der überwiegend ablaufenden Reaktionen der Totaloxidation unter Bildung von CO2 und H2O. Sie kühlen sich im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) in Folge der endothermen, Kohlenstoff-verbrauchenden Vergasungsreaktionen unter Bildung von CO und H2 ab. Am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) werden die Abklingtemperaturen der endothermen Vergasungsreaktionen bei ca. 1100 °C erreicht. Die Korngrößen der Primärvergasungs-Stäube (28) verringern sich bis auf die Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube (23), die mit den Sekundärvergasungs-Rohgasen (24) aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen werden, wobei die Kohlenstoff-Gehalte abnehmen. Um die vorgegebenen, geringen Austrags-Korndurchmesser der Sekundärvergasungs-Feinstäube (23) mit Werten kleiner 0,1 mm zu erreichen, werden die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten der aus dem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) abgezogenen, mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben (23) beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase (24) entsprechend niedrig eingestellt. Sie ermöglichen den weitgehend vollständigen Kohlenstoff-Umsatz über eine kurze Weglänge der Strömung, d.h. bei geringer Bauhöhe des Vergasungsreaktors (v). Im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) nehmen die Korngrößen von unten nach oben ab und es herrscht das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung vor. Dieser Bereich wird solange ausgedehnt, dass von unten nach oben in den Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) Feinstäube abgezogen werden, deren Kohlenstoff-Gehalte gezielt Werte bis ca. 50 Ma.-% aufweisen, sodass ein entsprechend kürzerer Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) realisiert wird. Hohe Kohlenstoff-Gehalte sind bei hohen Vergasungstemperaturen als sogenannter Putz-Kohlenstoff erwünscht, um Verschlackungen oder Verlegungen zu vermeiden.
  • Oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) ist ein Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) angeordnet, dessen Aufgabe es ist, in den unteren Quenchbereich (b31) Quenchwasser (22) einzudüsen. Die Menge der einzudüsenden Quenchwässer wird so eingestellt, dass die Temperaturen oberhalb des Quenchzonen-Reaktionsraums (b3) auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen im Bereich von ca. 950 °C abgesenkt werden. Die Eindüsung erfolgt mittels mehrerer Quenchdüsen (12). Die eingedüsten Quenchwasser (22) kühlen nicht nur den Feinstaub. Im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) reagieren die Quenchwässer unter den vorherrschenden Bedingungen der Wirbelschichtvergasung übergehend in Bedingungen der Flugstromvergasung auch mit dem Kohlenstoff der Kohlenstoff-haltigen Feinstäube, wobei Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff gebildet werden. Aus dem Vergleichmäßigungsbereich (b32) werden nach oben über den Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) die mit Feinstäuben (20) beladenen, gequenchten und abgekühlten Rohgase (21) abgezogen. Der Quenchprozess wird dabei vorteilhaft zur Schadstoffentsorgung genutzt.
  • Die apparatetechnische Gestaltung der Ummantelung des Reaktionsraums ist in 1 nicht dargestellt und umfasst, wie für Festbett-Druckreaktoren üblich, einen Druckbehälter mit Wassermantel und Sattdampferzeugung und einen inneren Mantel mit feuerfester Ausmauerung.
  • Im Folgenden werden die wichtigsten Stoff- und Prozessdaten des Vergasungsreaktors (v) für die Erzeugung von Synthesegas beschrieben, in dem bei einem Vergasungsdruck von 60 bar getrocknete Braunkohlen mit Wassergehalten um ca. 12 Ma.-% und Körnungen um ca. 0–2 mm mit Sauerstoff und Wasserdampf als Vergasungsmittel vergast werden. Die eingesetzte Braunkohle zeichnet sich durch hohe Reaktionsfähigkeiten, mittlere Ascheschmelztemperaturen um ca. 1.250 °C, kritische Aschesintergrenzen um ca. 1.000 °C und bei trockener Veraschung sehr feinkörnige Aschen mit Körnungen < ca. 0,2 mm aus.
  • Als Nachoxidations-Vergasungsmittel (36) treten in den Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) 11 % des Gesamtsauerstoffs (Nachoxidations-Sauerstoff) und 96 % des insgesamt zugeführten Vergasungsmittels Wasserdampf ein. Die Sauerstoff-Belastungen des freien Querschnitts des Nachoxidations-Reaktionsraums (a2) liegt bei ca. 200 Nm3/m2, und das Dampf/O2-Verhältnis beträgt ca. 7 kg/m3 (i.N.). Die nachoxidierten Aschen der Nachoxidations-Bodenprodukte (39) werden mit C-Gehalten < 5 Ma.-% und Temperaturen um ca. 400 °C abgezogen. Die mit Nachoxidations-Stäuben (37) beladenen Nachoxidations-Rohgase (38) treten mit Temperaturen um 900 °C in den Konnektorrohr-Reaktionsraum (c1) ein. Als Primärvergasungs-Vergasungsmittel (27) treten in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) 89 % des Gesamtsauerstoffs (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 4 % des insgesamt zugeführten Vergasungsmittels Wasserdampf ein, wobei 1/3 des Primärvergasungs-Sauerstoffs über die untere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene (6) und 2/3 über die obere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene (7) eingedüst werden. In den Gemischdüsen wird der Primärvergasungs-Sauerstoff im Gemisch mit 5 Vol.-% Wasserdampf eingedüst. Am oberen Ende des Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) werden Temperaturen von 1.150–1.200 °C erreicht, wobei ca. 62 % des im Vergasungsstoff (25) enthaltenen Kohlenstoffs umgesetzt wurden. Im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) stellen sich Gasströmungsgeschwindigkeiten von etwa 0,5 m/s und mittlere Gasverweilzeiten von ca. 5 s ein. Am oberen Ende des Sekundärvergasungs-Reaktionsraums (b2) werden Vergasungstemperaturen von ca. 1.100 °C und ein Kohlenstoffumsatz von ca. 85 % des im Vergasungsstoff (25) enthaltenen Kohlenstoffs erreicht. Durch den zusätzlichen C-Umsatz im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) wird im gesamten Vergasungs-Reaktionsraum (v) ein Kohlenstoffumsatz von ca. 99,8 % des im Vergasungsstoff (25) enthaltenen Kohlenstoffs erreicht. Das Rohgas wird im Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) auf eine Temperatur von ca. 950 °C abgekühlt.
  • Bezugszeichenliste
    • v
    Vergasungsreaktor
    v1
    Vergasungs-Reaktionsraum
    a
    Nachoxidations-Festbettvergaser
    a1
    Ascheaustrag
    a2
    Nachoxidations-Reaktionsraum
    a21
    Drehrost
    a22
    Nachoxidations-Wanderbett
    a23
    Nachoxidations-Gasdom
    a24
    Nachoxidations-Prozessstoff-Eintrag
    a25
    zentraler oberer Nachoxidations-Gasabgang
    b
    Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser
    b1
    Primärvergasungs-Reaktionsraum
    b11
    konischer Primärvergasungs-Reaktionsraum
    b111
    zentraler Bodenprodukt-Abzug
    b112
    Zone der Zentralfluidisierung
    b12
    zylindrischer Primärvergasungs-Reaktionsraum
    b13
    Vergasungsstoff-Einträge
    b14
    mehrteiliger Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag
    b15
    Primärvergasungs-Prozessstoff-Eintrag
    b2
    Sekundärvergasungs-Reaktionsraum
    b3
    Quenchzonen-Reaktionsraum
    b31
    unterer Quenchbereich
    b311
    Quenchdüsenebene
    b32
    oberer Vergleichmäßigungsbereich
    b4
    Rohgasabgang
    c
    Konnektorrohr
    c1
    Konnektorrohr-Reaktionsraum
    1
    Kopf Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser
    2
    Boden des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser
    3
    zwei übereinander liegende Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebenen
    4
    Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen
    5
    Neigungswinkel 15°
    6
    untere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene
    7
    obere Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsenebene
    8
    Nachoxidations-Prozessstoff-Düsenebene
    9
    Nachoxidations-Prozessstoff-Düsen
    10
    Oberfläche des Nachoxidations-Schüttkegels
    11
    Nachoxidations-Schüttkegel
    12
    Quenchdüsen
    20
    (C-haltige) Feinstäube
    21
    beladene Rohgase
    22
    Quenchwasser
    23
    Sekundärvergasungs-Feinstäube
    24
    beladene Sekundärvergasungs-Rohgase
    25
    Vergasungsstoff
    26
    Primärvergasungs-Prozessstoff
    27
    Primärvergasungs-Vergasungsmittel
    28
    Primärvergasungs-Stäube
    29
    beladene Primärvergasungs-Rohgase
    30
    (C-haltige) Primärvergasungs-Bodenprodukte
    32
    Konnektorrohr-Stäube
    33
    beladene Konnektorrohr-Rohgase
    34
    Konnektorrohr-Bodenprodukte
    35
    Nachoxidations-Prozessstoffe
    36
    Nachoxidations-Vergasungsmittel
    37
    Nachoxidations-Stäube
    38
    beladene Nachoxidations-Rohgase
    39
    Nachoxidations-Bodenprodukte (C-freie Asche)
    40
    rezirkulierende Sekundärvergasungs-Feinstäube
    41
    Quenchzonen-Feinstäube
    42
    rezirkulierende Quenchzonen-Feinstäube
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007006982 B4 [0006, 0008, 0009]
    • DE 102007006980 B4 [0007]
    • DE 102007006981 B4 [0008, 0012]
    • EP 1201731 A1 [0008, 0010]
    • DE 4339973 C1 [0011]
    • DE 102013107311 A1 [0013]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung, mittels eines Vergasungsreaktors (v) mit einem Vergasungs-Reaktionsraum (v1), der von unten nach oben einen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einer Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel, eine Verbindung mit einem Verbindungs-Reaktionsraum, einen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b), aufweist, a) wobei der Reaktionsraum des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) direkt oder über ein Konnektorrohr mit dem Reaktionsraum des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) unterbrechungsfrei in Verbindung steht und beide einen gemeinsamen Druckraum bilden, wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) einen kleineren Querschnitt aufweist, b) wobei der Vergasungs-Reaktionsraum (v1) einen unterbrechungsfrei zusammenhängenden Reaktionsraum bildet, bei dem der Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) mit dem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) durch den Verbindungs-Reaktionsraum miteinander verbunden ist und der vom Aschaustrag (a1) bis zum Rohgasabgang (b4) reicht, c) wobei im Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) im Nachoxidations-Wanderbett das Reaktorprinzip der Festbettvergasung, im Verbindungs-Reaktionsraum überwiegend das Reaktorprinzip der Flugstromvergasung und im Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) das Reaktorprinzip der zentral-fluidisierten Sprudelschichtvergasung, übergehend in das der Strahlwirbelschichtvergasung, im Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2) das Reaktorprinzip der Wirbelschichtvergasung angewendet werden, d) wobei die Primärvergasung der eingetragenen festen Vergasungsstoffe mit Primärvergasungs-Vergasungsmitteln in der stationären Wirbelschicht, zirkulierenden Wirbelschicht, Strahlwirbelschicht oder Sprudelschicht durchgeführt wird, e) wobei die aus der Primärvergasung abgezogenen C-haltigen Primärvergasungs-Bodenprodukte mit Nachoxidations-Vergasungsmitteln im Nachoxidations-Wanderbett im Gegenstrom nachoxidiert und teilweise vergast werden, f) wobei die gebildeten Nachoxidations-Bodenprodukte als deponiefähige Aschen unterseits des Nachoxidations-Wanderbetts und die gebildeten Nachoxidations-Rohgase nach oben in die Primärvergasung abgezogen werden, g) wobei das Nachoxidations-Wanderbett im Nachoxidations-Festbettvergaser aus einem unteren zylindrischen Teil und einem oberen, sich einschnürenden Teil, dessen oberes Ende höchstens bis zum unteren Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) reicht, gebildet wird, h) wobei die aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach oben steigenden Gase mit Strömungsgeschwindigkeiten in das untere Ende der Verbindung zum Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) eingeleitet werden, die höchstens so groß sind, dass die das Nachoxidations-Wanderbett bildenden Primärvergasungs-Bodenprodukte von oben aus dem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser durch die Verbindung in das Nachoxidations-Wanderbett fallen können, i) wobei die aus dem oberen Ende der Verbindung nach oben in den Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser eintretenden Gase mit Strömungsgeschwindigkeiten eingeleitet werden, die mindestens so groß sind, dass die Primärvergasungs-Bodenprodukte oberhalb des oberen Endes der Verbindung fluidisiert werden, j) wobei die Menge der nach oben in das Nachoxidations-Wanderbett eingebrachten Nachoxidations-Vergasungsmittel und die Menge der aus dem Nachoxidations-Wanderbett nach unten abgezogenen Nachoxidations-Bodenprodukte so eingestellt werden, dass die Nachoxidation unterhalb des oberen Endes des zylindrischen Teils des Wanderbetts abgeschlossen ist, k) wobei in den Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) die festen C-haltigen Vergasungsstoffe über Vergasungsstoff-Einträge (b13) auf Höhen eingetragen werden, die zwischen dem oberen Bereich des sich konisch erweiternden Primärvergasungs-Reaktionsraums (b11) und dem unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) liegen, l) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel seitlich und/oder zentral mittels Vergasungsmitteldüsen (27) über die Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Einträge (b14) auf Höhen eingetragen werden, die mindestens in der Zone der Zentralfluidisierung (b112) liegen und die bis zum unteren Bereich des zylindrischen Primärvergasungs-Reaktionsraums (b1) reichen, m) wobei die Primärvergasungs-Vergasungsmittel so eingedüst werden und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Strömungsimpulsen versehen sind, dass sie die gegenüberliegenden Wände des Primärvergasers nicht berühren, und die Vergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen, und in Verbindung mit den aus dem Nachoxidation-Wanderbett aufsteigenden Gasen zur Ausbildung einer Sprudelschichtvergasung ausgehend von der Zentralfluidisierung führen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Gehalt der Nachoxidations-Vergasungsmittel so eingestellt wird, dass in der Oxidationszone des Nachoxidations-Wanderbettes höchstens ein dauerhaftes Sintern und/oder ein lokales und zeitlich befristetes Schmelzen der Asche, jedoch keine Verschlackung, eintritt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass 70–95 % des Sauerstoffs der insgesamt zugeführten Vergasungsmittel mit den Primärvergasungs-Vergasungsmitteln (Primärvergasungs-Sauerstoff) und 30 – 5 % mit den Nachoxidations-Vergasungsmitteln (Nachoxidations-Sauerstoff) eingebracht werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) über Quenchdüsen (12) derart Quenchwasser (22) eingedüst wird, dass die Temperaturen der mit Sekundärvergasungs-Feinstäuben beladenen Sekundärvergasungs-Rohgase auf Werte unterhalb der kritischen Aschesintergrenzen abgesenkt werden.
  5. Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthese-, Reduktions- und/oder Brenngasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe von sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln, die Wasserdampf und ggfs. CO2 als endotherm reagierende Vergasungsmittel enthalten, bei erhöhten Drücken unter Anwendung der Wirbelschichtvergasung (Primärvergasung), mit einem Nachoxidations-Festbettvergaser (a) mit einem Druckbehälter mit einem Nachoxidations-Reaktionsraum (a2) zur Aufnahme eines Wanderbettes, mit einem Drehrost mit Zuführung für Nachoxidations-Vergasungsmittel mit einem Ascheaustrag (a1) am Boden des Nachoxidations-Festbettvergasers (a), mit einem Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) mit einem Primärvergasungs-Reaktionsraum (b1) mit einer Zone für die Zentralfluidisierung (b112), mit einem Sekundärvergasungs-Reaktionsraum (b2), mit einem Rohgasabgang (b4) am Kopf des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b), mit einem mehrteiligen Primärvergasungs-Vergasungsmitteleintrag (b14), mit mehreren Vergasungsstoffeinträgen (b13), mit einer Verbindung zwischen Nachoxidations-Festbettvergaser (a) und Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) als direkte Verbindung oder Verbindung über ein Konnektorrohr (c) zur druckdichten und unterbrechungsfreien Verbindung der Reaktionsräume von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a), wobei die Verbindung zwischen Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergaser (a) einen gegenüber den Reaktionsräumen von Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) und Nachoxidations-Festbettvergasers (a) kleineren Querschnitt aufweist, wobei die Vergasungsstoffeinträge (b13) als Schrägrohreinträge am Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass die Vergasungsstoffe in den Randbereich des Primärvergasungs-Reaktionsraumes (b1) eingetragen werden, wobei der mehrteilige Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mehrere über den Umfang in mindestens einer Ebene, am unteren Ende des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers gleichverteilte, abwärts geneigte und auf die Primärvergasung-Vergaserachse in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) ausgerichtete Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4) aufweist, wobei der Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Eintrag (b14) mit den Primärvergasungs-Vergasungsmittel-Düsen (4) so ausgestaltet ist, dass die Primärvergasungs-Vergasungsmittel so eingedüst werden und die Primärvergasungsmittel-Düsenstrahlen mit Strömungsimpulsen versehen sind, dass sie die gegenüberliegenden Wände des Primärvergasers nicht berühren, und die Primärvergasungsmittel-Düsenstrahlen in die Zone der Zentralfluidisierung (b112) eindringen, sie jedoch nicht durchdringen, und in Verbindung mit den aus dem Nachoxidation-Wanderbett aufsteigenden Gasen zur Ausbildung einer Sprudelschichtvergasung ausgehend von der Zone der Zentralfluidisierung führen.
  6. Vergasungsreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) zusätzlich Zuführungen (9) für Nachoxidations-Prozessstoffe (35) angeordnet sind.
  7. Vergasungsreaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verbindung des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) über das Konnektorrohr (c), dessen oberes Ende bündig im Boden des Primärvergasungs-Wirbelschichtvergasers (b) und dessen unteres Ende bündig oder nicht bündig im Nachoxidations-Gasdom (a23) des Nachoxidations-Festbettvergasers (a) mündet, wobei die Kontur des Konnektorrohres (c) der eines Zylinders oder eines sich zum oberen Ende und/oder zum unteren Ende hin erweiternden Rohres entspricht, und wobei die Länge des Konnektorrohres (c) mindestens so groß wie dessen mittlerer Durchmesser ist.
  8. Vergasungsreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärvergasungs-Wirbelschichtvergaser (b) oberhalb des Sekundärvergasungs-Reaktionsraumes (b2) einen Quenchzonen-Reaktionsraum (b3) aufweist, in den Quenchdüsen (12) zur Eindüsung von Quenchwasser (22) hineinreichen.
DE102016210350.4A 2016-06-10 2016-06-10 Vergasungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegasen aus festen Vergasungsstoffen mit Hilfe sauerstoffhaltiger Vergasungsmittel Active DE102016210350B4 (de)

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