EP0609802A1 - Kontinuierliche Entgasung und/oder Vergasung eines festen Brennstoffs oder Abfallstoffs - Google Patents

Kontinuierliche Entgasung und/oder Vergasung eines festen Brennstoffs oder Abfallstoffs Download PDF

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EP0609802A1
EP0609802A1 EP94101381A EP94101381A EP0609802A1 EP 0609802 A1 EP0609802 A1 EP 0609802A1 EP 94101381 A EP94101381 A EP 94101381A EP 94101381 A EP94101381 A EP 94101381A EP 0609802 A1 EP0609802 A1 EP 0609802A1
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EP
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gaseous
heat
gasification
helical
reactor
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EP94101381A
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Helmut Juch
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    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
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    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
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    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel

Definitions

  • the invention relates to the degassing and gasification of solid carbon-containing fuels and waste materials and an apparatus suitable for this, which meets the various ecological and operating conditions, for the continuous provision of a gaseous secondary fuel.
  • the invention relates to a process for the continuous, at least partial conversion of a solid, lumpy fuel or combustible waste material into a gaseous fuel by presorting, processing, at least partially degassing and / or at least partially gasifying in a vertical-axis shaft-like reactor, the starting material being in the form a feed column that slides down, successively a preheating and drying zone, a degassing zone, an oxidation zone and a reduction zone passes through, the preheated gaseous gasification agent is injected centrally into the lower part of the interior of the feed column and the gaseous and vaporous reaction products produced by degassing and gasification, which finally form the desired gaseous fuel, are passed downwards in a direct current to the feed column, diverted upwards and redirected and on the outside of the reactor wall, in a vertical direction, countercurrently to the feed column.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method of at least partial degassing and / or at least partial gasification of a pre-sorted, prepared solid particulate fuel or combustible waste material, the device comprising a vertical-axis shaft-like reactor with a gas-tight charging device and gas-tight ash discharge or slag discharge device , further consists of an introduction of the gaseous gasification agent and a discharge of the gaseous fuel to be produced, as well as of heat exchangers, in such a way that an at least partially provided with a highly refractory lining reactor shaft and a downwardly narrowing narrowing refractory ceramic stove, the underside of which with a Grate with a variable passage cross-section, vertically displaceable, rotatable ceramic counterpart is lockable, furthermore a triple cylindrical jacket s and how a freely movable reactor shaft suspension is provided.
  • grate serves as the closing organ - based on the firing system - which causes the ashes to fall through or the slag to run off or, if necessary, to remove the high-carbon components (coke, charcoal) that are not to be gasified.
  • Numerous grate constructions, including rotary grates, have become known, which were mostly made of metallic materials and could not be fully satisfied due to limited heat resistance and insufficient high-temperature corrosion resistance.
  • the problem has been solved in a good approximation by a rotatable, conical ceramic body.
  • the throughput of the primary fuel can be regulated within wide limits by means of the annular gap formed by this body together with the stove and intended for the discharge.
  • Executed gas generators for wood as an insert usually work in direct current with descending gasification and use the jacket for the limited preheating of the air usually used as a gasifying agent. Additional air preheating devices in the area of the range have also been proposed, or attempts have been made to keep the latter below tolerable temperatures by means of special cooling air.
  • Central air supply pipes for introducing the gasification agent into the inside of the charging column from above, from the side or from below have already been implemented. However, their probation usually failed due to an inadmissible hindrance to the downward movement of the feed and led to blockages, channel formation or the notorious "hanging" of the latter.
  • An effective one Air preheating in the central air supply pipe has been attempted only in exceptional cases and generally only related to a partial air flow.
  • the discharge organs were often poorly designed and hardly allowed the behavior of the loading column to be influenced in the sense of achieving optimal mechanical and thermodynamic conditions.
  • the above-mentioned methods and devices were therefore unable to replace the traditional chamber furnaces of the gas works and coking plants and the traditional coal kiln.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for the continuous, at least partial degassing and / or gasification of a lumpy primary carbon-containing solid energy source in the form of a fuel and / or combustible waste material in a shaft-like reactor, which is as simple as possible in process control and plant can be used universally and directly, without additional cleaning, dedusting and detoxification devices and catalytic converter batteries supply a gaseous fuel which is as pure as possible and which can be used directly for motor, chemical, metallurgical or heating purposes.
  • the method should have the highest possible efficiency and make maximum use of the exergy content of the primary energy source while avoiding the usual losses.
  • the device is said to be particularly suitable for processing organic waste such as rubbish, garbage, sewage sludge, wood and paper waste, etc. and to enable rapid adaptation to the various input materials without loss of time or business interruption.
  • the gaseous gasification agent is first guided and heated at high speed in a helical, downward movement in countercurrent to a corresponding upward helical movement of the gaseous fuel produced within the jacket section of the shaft-like reactor, also in a helical motion through the interior of a stove body with a high heat capacity and further heated, deflected vertically upwards at the lower end of the reactor and after passing through an artificially extended distance while simultaneously heating further inside a central body protruding from below into the lower part of the charging column the latter is injected, and that the gaseous fuel produced leaving the charging column is expelled downward through an annular passage is reduced and conducted at high speed in countercurrent to the gasification agent and cooled, and that the high heat capacity of the hearth body is used to bridge interruptions in operation and to carry out intermittent processes which require a certain temperature program and are superimposed on the continuous process.
  • the object is further achieved in that in the above-mentioned device for supplying the gaseous gasification agent between its introduction and its discharge into the charging column, a series of heat exchangers, which are arranged in succession and are arranged locally in a falling direction and which consist essentially of cylindrical or conical basic shapes, consist of increasing temperature is provided, and that a ceramic central body for guiding and injecting the gaseous gasification agent from below into the lower part of the charging column is provided, which projects comparatively deep into the latter.
  • 1 is a basic schematic representation of the material flows of the process (flow diagram). It is a specifically organized treatment and processing of essentially carbon-containing primary energy sources with the greatest possible consideration of ecological and economic conditions (environmental conditions).
  • the process consists of separating out, reading out and separating out the resulting starting materials, branching off non-combustible materials, preparing and mixing the real primary energy sources pre-concentrated in this way in one Intermediate product, optionally comminuting or vice versa compacting for the production of a lumpy feed suitable for further processing for a thermal reactor and degassing or gasifying the latter into a gaseous secondary fuel.
  • 2 shows a schematic longitudinal section (vertical section) through the basic structure of the device with the flows of the gaseous media (in perspective).
  • the arrow indicated above and pointing vertically downward represents the task of the feed in the form of lumpy fuel.
  • 2 is the introduction of the gaseous gasifying agent (in the present case preferably atmospheric air) into the shaft-like reactor 3 (essentially a cylindrical wall), also abbreviated as reactor shaft.
  • the flow of the gasification agent is shown throughout as a solid solid line, that of the gaseous secondary fuel generated as a broken dash-dotted line.
  • 4 is the outer jacket of the shaft-like reactor, 5 the discharge of the gaseous fuel to be generated.
  • 6 represents the helical guidance (trajectory) of the gaseous gasification agent in the jacket section of the reactor.
  • FIG. 7 is the corresponding, locally interposed helical guidance of the gaseous fuel in the jacket section, which takes place in counterflow to FIG. 6. It is a matter of heat transfer along a helical heat exchanger, the flow of the gasification agent being heated (preheating) and that of the gaseous fuel being cooled becomes.
  • the stove or specifically the refractory ceramic stove body is called.
  • 9 is the helical guidance of the gasification agent in the hearth body 8 for the purpose of further heating.
  • 10 represents a full cone as a counterpart to the stove, stove top and grate, which protrudes from below into the charging column. In the present case, the full cone 10 is rotatable about its axis and vertically displaceable in its longitudinal direction.
  • 11 is the vertically upward feed of the gasification agent into the full cone 10
  • 12 the helical guide and the arrow 13 the vertical discharge of the gasification agent from the full cone (injection into the interior of the feed).
  • 14 represents the gaseous fuel that is generated in the feed and flows vertically downwards. The latter is deflected and directed vertically upwards between the cooker 8 and the outer jacket 4.
  • the annular passage 15 forming the grate, the cross section of which is adjustable.
  • 16 is the discharge of solid and / or liquid reaction products which, depending on the management, consists of ash, slag and solid distillation residue (coke, semi-coke, charcoal, partially degassed carbon-containing product).
  • FIG. 3 shows a simplified longitudinal section (vertical section) through the device.
  • the reference numerals 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11, 13 and 16 correspond exactly to those in FIG. 2.
  • a feed device with gas-tight feed locks 51 in the form of slides lying in horizontal planes, opening or closing linearly or rotatably.
  • the feed slides down by gravity vertically within the circular cross-section of the cylindrical wall of the shaft-like reactor 3.
  • a heat exchanger consisting of a helical channel 21 for the gasifying agent and a channel 22 for the gaseous fuel.
  • the channels 21 and 22 in helical form are nested one inside the other in the manner of a two-start thread and the gaseous media flow through them in the opposite direction.
  • the flow of the gasification agent is directed downwards, that of the gaseous fuel upwards.
  • the full lines 6 refer to the gasification agent, the broken lines to the gaseous fuel.
  • the lower part of the reactor shaft 3 has a refractory lining 17, while the outer jacket 4 is provided with a heat-insulating layer 28 over its entire length.
  • the refractory hearth body 8 has a double-conical concave inner profile 18 with narrowing and is equipped along the latter with at least one conical-helical channel 25 for the gasifying agent in the form of a downward spiral.
  • This coil serves at the same time for further preheating of the gaseous gasification agent and for cooling the hottest zone of the stove body 8.
  • the latter is provided with a heat-insulating layer 29 on all sides on its outer boundary surface in order to reduce heat losses.
  • the gasification agent (upward feed 11) arrives via a flexible connector (not specified in any more detail) into the feed pipe 19 carrying the full cone 10 as a counterpart.
  • the latter is firmly connected and serves as a carrier and guide for the full cone 10 Coaxial shaft 20 provided in vertical bearings.
  • the full cone 10 which is provided on its lower end face with a heat-insulating layer 30, is provided in its interior with at least one conical-helical channel 23 (helical shape) for the gasification agent, which is located at the cone tip in the outlet opening 24 (vertical discharge 13 and injection into the feed ) ends.
  • the gaseous fuel 14 (dash-dotted arrow) generated in the feed, flowing vertically downward, passes through the ring-shaped, rust-forming passage 15 between the cooker 8 and its counterpart (in the present case full cone 10), undergoes a deflection 26 below the cooker / grate section and arrives in the hollow cylindrical space 27 between the cooker 8 and the outer jacket 4, where it is guided vertically upwards.
  • the gaseous fuel is introduced into the helical channel 22 in the jacket section of the reactor.
  • the solid and liquid reaction products (ash, slag, distillation residues) fall vertically downward (indicated by the vertical dashed arrow discharge 16) into the container 31 provided for this.
  • Fig. 4 relates to a schematic vertical section through the jacket section of the reactor shaft with a first embodiment of the heat exchanger.
  • the channels for the gaseous media, designed as helices, are nested one inside the other on the principle of a two-start thread. This takes place in the helical channel 21 for the gasification agent Flow perpendicular to the plane of the drawing towards the viewer, which is indicated by the profile of arrowhead 6 (ring with point).
  • the flow takes place perpendicular to the plane of the drawing away from the viewer, which is shown by the profile of the arrow end 7 (ring with cross, drawn in broken lines).
  • the gaseous media are thus guided in opposite directions (countercurrent principle), so that optimal heat transfer is ensured and the gaseous fuel produced leaves the reactor at the lowest possible temperature.
  • Average velocities of the gaseous media of approx. 3 m / s are aimed for. 28 is the heat-insulating layer of the outer jacket 4.
  • FIG. 5 shows a schematic vertical section through the jacket section of the reactor shaft with a second embodiment of the heat exchanger.
  • the channels for the gaseous media which are designed as helices, are put over one another on the principle of two radially arranged threads (external thread + internal thread).
  • the helical channel 21 for the gasification agent is axially offset by half the slope relative to the channel 22 for the gaseous fuel, in order to make the construction more favorable in terms of strength on the one hand and freedom from tension on the other hand.
  • FIG. 4 With regard to flows of the gaseous media (arrow tips 6 and arrow ends 7 in profile), the statements made under FIG. 4 apply. This is also the countercurrent principle.
  • the function of thermal insulation Insulating layer 28 goes without saying.
  • Fig. 6 relates to a perspective view of a first embodiment of the full cone as a counterpart, stove top and grate with guidance of the gasification agent.
  • 10 shows the full cone, which acts as a counterpart, stove top and grate and protrudes from below into the interior of the lowest part of the charging column.
  • the full cone 10 has cavities for guiding and further heating the gasification agent (usually air).
  • the gasification agent usually air
  • the cross section can also have a different shape, e.g. that have a hexagon or square etc.
  • the representation 34 is the inlet opening on the lower end face of the full cone 10
  • 24 is the outlet opening for the gasifying agent located opposite the cone tip.
  • the representation is deliberately chosen so that the full cone 10 appears transparent, while the channel 23 acts like a spiral made of solid material. This corresponds to the hollow shape required on the one hand in the production of the ceramic body and the necessary solid core on the other hand.
  • Fig. 7 shows a perspective view of a second embodiment of the full cone as a counterpart, stove top and grate with guidance of the gasification agent.
  • 10 represents the full cone, the functions of which are identical to those described in FIG. 6.
  • the only contiguous cavity for guiding the gasification agent here has the shape of a wavy channel 35 lying on a virtual conical surface and having a circular cross section.
  • 34 and 24 correspond to the reference numerals of FIG Fig. 6.
  • the representation of the full cone 10 as a hollow shape and the channel 35 as a solid core also corresponds to that of Fig. 6. The same applies to what has been said about channel cross sections.
  • Fig. 8 is a schematic longitudinal section of a pipe connection for circulating gas, also shown with a heat exchanger. At the edge of the left half of the figure, the contour of the shaft-like reactor is indicated in thin lines.
  • the reference numerals 3, 10, 18 and 27 correspond exactly to those in FIG. 3.
  • the dash-dotted arrow 36 means the circulation gas is withdrawn from the lower part of the charging column (in the present case in the lower part of the oven space).
  • the recycle gas is used to heat the feed more effectively.
  • 37 represents the recycle gas return to the top of the feed column.
  • 38 is the corresponding pipeline for the recycle gas.
  • 39 is the required hot gas blower, which is designed for a temperature of at least 800 o C. It advantageously has a rotor made of highly refractory ceramic material with high heat resistance and high temperature corrosion resistance.
  • the pipeline 38 and the hot gas blower 39 are provided with a heat-insulating covering.
  • a counterflow heat exchanger 41 for circulating gas is additionally shown as an option. It consists of two chambers separated by a heat-conducting partition 44 and is used, if necessary, for further heating of the recycle gas 42 (dash-dotted arrow).
  • the heating gas 43 moves in countercurrent to the latter (dashed arrow).
  • the heating gas can be a specially provided fuel gas or a high-temperature exhaust gas.
  • the heat flow Q ⁇ is indicated by the arrow 45. This additional device can be used to increase the performance and efficiency of the entire system.
  • FIG. 9 shows a longitudinal section (vertical section) through an embodiment of the hearth / grate section with a fixed conical central body.
  • 3 is the actual shaft-like reactor (cylindrical wall, inside)
  • 4 is the outer jacket of the reactor.
  • the cooker 8 consists of two rotationally symmetrical, coaxially arranged ceramic parts.
  • the outer part has a cylindrical outer surface and a double-conical inner profile 18.
  • the inner part is cylindrical in the lower part and conical in the upper part and has a central channel for guiding the gasification agent. At the cone tip of this central body there is the vertically upward-pointing outlet opening 46 for the gasifying agent.
  • the hollow-cone-shaped ring body 47 delimited by an outer cone and an inner cylinder as a counterpart, stove top and grate.
  • the ring body 47 is rotatably and vertically displaceably mounted (not shown) and, together with the lower part of the outer part of the cooker 8, forms an annular passage 15 which forms the grate and through which the solid and liquid reaction products are discharged.
  • Both the outer part and the inner part (central body) of the cooker 8 preferably have a helical channel (helix) for the gasification agent similar to FIG. 3 (25 and 23) (not shown in this figure).
  • the shaft-like reactor 3 and its outer jacket 4 correspond exactly to the structure according to FIG. 9 and FIG. 3.
  • the hearth 8 here consists of two rotationally symmetrical, coaxially arranged ceramic parts, of which the outer part is a hollow cylinder.
  • the inner part is conical in the lower part, in the upper paraboloid and has a central channel with branches for guiding the gasification agent. Thanks to this stove construction, the cross section of the charging column is not radially inward but radially outward as it moves downward.
  • the plant was designed for the continuous gasification of waste wood.
  • the ceramic hearth body 8 consisted of a high-alumina fired ramming mass, in which there was a conical helical channel 25 (spiral) of 1.2 dm 2 circular cross-section and a total of 5 turns.
  • the cylindrical outer wall of the hearth body 8 was protected by a heat-insulating insulating layer 29 made of ceramic wool with a radial thickness of 50 mm.
  • the full cone 10 as a counterpart, stove top and grate had an opening angle of 60 o and a largest diameter of 620 mm.
  • the gas generator was also equipped with a gas-tight loading device consisting of a shaft-like structure with two loading locks 51 designed as slides. Carbon steel of approximately 10 mm thickness was used for all these parts. The same applies to the part of the container 31 adjoining the reactor for solid and liquid reaction products such as ash, slag and possibly distillation residues (charcoal, coke, semi-coke).
  • the actual shaft-like reactor 3 was only firmly connected to the outer jacket 4 in the uppermost part, so that it could extend freely in all directions.
  • the outer jacket 4, for its part, was supported by trusses and articulated levers on a three-legged frame made of strong steel profiles with feet.
  • Example 1 A plant for the continuous gasification of lumpy, organic waste such as plastic, composite material, old cardboard etc. was provided.
  • Cr / Ni steel of 14 mm thickness was used analogously to Example 1. Ceramic wool was also used for the insulating insulating layers 28, 29 and 30.
  • the helical Channels 21 and 22 were arranged according to FIG. 4, had a radial width of 500 mm and a height of 230 mm and consisted of 5 mm thick Cr / Ni steel sheet.
  • the stove body made of Al203 8 had a helical channel 25 of a total of 4 turns and a circular cross section of 3.8 dm2. The average speed of the gasification agent was approximately 15 m / s.
  • the full cone 10 mm had an aperture angle of 70 ° and a maximum diameter of the 880th It was made of Al203 and had a conical-wavy channel 35 of 1.55 dm2 circular cross-section. There were a total of 3 full trapezoidal waves. The speed of the gasification agent, based on normal conditions, was about 37 m / s in channel 35.
  • the full cone 10 was arranged to be movable in the same way and provided with corresponding drives, as was described under Example 1.
  • Example 1 is referred to as regards the feeding device and the discharge of the reaction products.
  • a sheet thickness of 14 mm for the carbon steel used was chosen.
  • the gas generator was supported or suspended in the frame as in Example 1.
  • Feed material primary fuel: lumpy organic waste
  • Primary fuel throughput 600 kg / h
  • Piece size of the insert 20 - 60 mm
  • Gas yield 3.5 m3 / kg use
  • Lower heating value of the gas (moist) 3600 kJ / Nm3
  • the plant was designed for the continuous gasification of compacted sewage sludge and similar waste materials originally produced in fine form.
  • the starting material was first air-dried and then further dewatered under high pressure and pressed into oval briquettes.
  • the basic structure of the gas generator corresponded to that of Example 1.
  • the outer jacket 4 and the casing of the cooker 8 exposed to high temperatures an austenitic, stabilized one was used Cr / Ni / Mo steel of 20 mm thickness is used.
  • the heat-insulating insulation layers 28, 29 and 30 were made of high alumina ceramic fiber for operating temperatures up to 1800 o C.
  • the helical channels 21 and 22 were shown in FIG. 5 arranged and passed as the intermediate wall 33 of Cr / Ni / Mo steel of 6 mm thickness. They had a radial width of 375 mm and an axial height of 750 mm.
  • the stove made of Al203 8 was assembled from several ring-segment-shaped sintered parts, which were interconnected by means of ceramic adhesive with a high elasticity with the interposition of thin Al203 layers of felt.
  • the hearth 8 was broken through by a helical channel 25 of a total of 3 turns with a circular cross section of 5.6 dm 2.
  • the average velocity of the gasification agent, based on the normal state, was approx. 25 m / s.
  • the full cone 10 mm had an opening angle of 65 ° and a maximum diameter of the 1300th It consisted of Al203 and had a conical-helical channel 23 with 2 1/2 turns of 2.8 dm2 circular cross-section analogous to Example 1.
  • the speed of the gasification agent, based on normal conditions, was about 50 m / s in channel 23.
  • the movement possibilities of the full cone 10 have already been described in Example 1.
  • Example 1 With regard to the additional construction elements, reference is made to Example 1.
  • the sheet thicknesses were generally chosen to be approximately 18 mm for the construction material carbon steel.
  • the rotor of the hot gas blower 39 was composed of a heat-resistant nickel-based superalloy for operating temperatures up to 950 o C. For even higher temperatures can be used, where appropriate, rotors made of ceramic material such as silicon nitride, silicon carbide or ceramic composite. Since the recycle gas removal 36 takes place in the ember bed of the charging column, the gas removed is largely free of tars, tar distillates, phenols, alcohols and acetic acid, so that serious high-temperature corrosion problems need not be expected. However, if the gas contains not negligible amounts of sulfur, it must be largely nickel-free, high-chrome materials are used.
  • the components of the reactor 3, the outer jacket 4, the casing of the Cookers 8 and the helical channels 21 and 22 were made from a ferritic, high-chromium iron base alloy with high oxidation, scale and corrosion resistance, doped with aluminum and silicon additives.
  • the load-bearing parts were made from 30 mm sheets, the heat exchangers from 10 mm thick ones.
  • the heat insulating layers 28, 29, 30 and 40 consisted of Al203 felt materials with a certain inherent strength.
  • the helical channels 21 and 22 were nested according to FIG. 4, arranged analogously to Example 2.
  • the cooker 8 according to FIG. 9 consisted of two parts, a peripheral part with a double-conical concave inner profile with narrowing and a cylindrical central part in the lower part and a fixed conical part in the upper part. Both parts were provided with helical channels (not shown in FIG. 9) for the gasification agent (analogous to reference numerals 25 and 23 in FIG. 3).
  • the channel in the peripheral part of the hearth 8 had a circular cross section of 20 dm 2 and had 5 1/2 turns.
  • the average velocity of the gasification agent in this channel was approx. 30 m / s.
  • the hearth in the central body had a circular cross section of 12 dm2 and had 4 1/2 turns.
  • part of the gas flow generated namely approx. 4 m3 / s, was removed from the hearth section in a manner similar to Example 3 (circulating gas extraction 36) and by means of a hot gas blower 39 injected via the countercurrent heat exchanger 41 as recycle gas 42 into the upper part of the feed column (recycle gas return 37).
  • the circulating gas 42 was additionally heated by the heating gas 43 via the heat-conducting partition 44 (heat flow Q ⁇ with reference numeral 45).
  • the pipeline 38 had a cross section of 40 dm 2, so that the average gas velocity, based on normal conditions, was 10 m / s.
  • Ferritic Cr / Al steel with a wall thickness of 12 mm was used for the pipeline 38 and the heat exchanger 41.
  • the insulating panel 40 had a thickness of 100 mm and was made of Al203 wool.
  • the rotor of the hot gas blower 39 consisted of a heat-resistant ferritic Cr / Al / Si / Fe alloy.
  • the additional construction elements were made from low-carbon steel sheet with a thickness of approx. 25 mm. Reference is made to the description under Example 1.
  • the plant was designed for the continuous degassing of lumpy hard coal.
  • the hard coal had a content of approx. 15 to 20% volatile components.
  • a strong gas with a comparatively high calorific value was produced.
  • the degassing was carried out at a maximum temperature in the oven portion of 550 o C.
  • an excess of oxygen was initially used, ie practically gasified, in order to bring the feed to the reaction temperature.
  • the oxygen supply was throttled so far that only the heat balance (heating of the feed, endothermic chemical reactions) was just balanced in the event of an oxygen deficit. This corresponded to about 10% of the amount of normal gasification air.
  • An austenitic Cr / Ni steel of 20 mm thickness was used for the sheet metal bodies of the reactor 3, the outer casing 4 and the casing of the hearth.
  • the heat-insulating layers 28, 29, 30 and 40 consisted of ceramic fiber mats.
  • the helical channels 21 and 22 were arranged as shown in FIG. 5 and, including the intermediate wall 33, were made of 6 mm thick Cr / Ni steel sheet. They had a radial width of 350 mm and an axial height of 475 mm.
  • the peripheral part of the cooker 8 consisted of several sintered full Al203 rings and had no channels.
  • the central body of the stove made of Al203 ramming mass was provided with a helical channel for the gasifying agent (not used in the present case only used in a very reduced amount), not shown in Fig. 10, of 4 dm2 circular cross section.
  • the average speed is approx. 20 m / s.
  • the inserted between the two oven parts of hollow cone-shaped ring body 50 (inner cone) had an opening angle of 45 o and consisted of sintered silicon carbide.
  • the gas generator was equipped with a device for circulating gas including heat exchanger according to FIG. 8 (reference numbers 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45).
  • a multiple of the gas flow generated namely approximately 2 m3 / s, was circulated and practically heated by the heating gas 43 to the reaction temperature of 550 ° C. via the heat exchanger 41.
  • the pipeline 38 had a cross section of 20 dm 2, the average gas velocity was 10 m / s.
  • a common Cr / Ni steel was used as the material.
  • Example 1 For the remaining construction elements, reference is made to Example 1. They consisted exclusively of ordinary soft carbon steel with a thickness of approx. 18 mm.
  • Feed material primary fuel: lumpy coal
  • Primary fuel throughput 3300 kg / h
  • Piece size of the insert 20-75 mm
  • Gas yield 0.9 m3 / kg use
  • Lower heating value of the gas (moist) 12000 kJ / Nm3
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments.
  • hard coal, lignite or wood is essentially used as the starting material and the process is carried out under a lack of oxygen in such a way that the degassing prevails and the gasification recedes and at optionally adjustable maximum temperatures of 500 to 1100 o C in addition to the high-quality gaseous fuel 5 from high calorific value as a further product, a high-carbon distillation residue 16 in the form of coke, semi-coke or charcoal is produced.
  • any carbon-containing fuel or waste material is used as the starting material, and the process is carried out with sufficient oxygen so that the gasification predominates and when the latter is carried out, a maximum temperature in the charging column of at least 1200 ° C. is set, all of which condensable higher carbon compounds such as tars, phenols, acetic acid, alcohols thermally decomposed, pyrolytically split and converted into flammable stable gases such as C0, H2 and CH4.
  • a carbon-containing fuel and predominantly a waste material which can contain Cl, F, Zn, Cd and / or Hg, as well as garbage, rubbish, sewage sludge in lumpy and / or briquetted or pelletized form or in as a starting material any other compact form, with or without a binder, and the gasification is carried out at a maximum temperature in the feed column of at least 1500 ° C. or at least above the vaporization temperature of said toxic heavy metals under reducing conditions, the heavy metal vapors being condensed and branched off or through in a receiver Surcharge chemically bound in the feed and discharged into the slag or ash.
  • part of the gaseous fuel generated is branched off 36 from the lower part of the charging column, optionally additionally heated with the addition of heat 45, and injected as circulating gas 42 into the upper part of the charging column for the purpose of heat transfer, 37; Heat balance continuously or intermittently H20 steam injected into the hottest zone of the ember bed of the charging column, the calorific value of the gaseous fuel to be generated is increased in extreme cases up to values of a strong gas.
  • the device for carrying out the method of at least partial degassing and / or at least partial gasification of a pre-sorted, processed solid particulate fuel or combustible waste material consists of a vertical-axis shaft-like reactor 3 with a gas-tight feed device 51 and gas-tight ash discharge or slag discharge device, and also an introduction 2 of the gaseous gasification agent and a discharge line 5 of the gaseous fuel to be produced as well as from heat exchangers, whereby a reactor shaft 3 provided at least partially with a high refractory lining 17 and a refractory ceramic cooker 8 with a narrowing downward constriction, the underside of which has a grate that can be changed as a grate Passage cross section 15 acting, vertically displaceable, rotatable ceramic counterpart is lockable, a triple cylindrical jacket 4 and a freely movable reactor shaft suspension is available, and for the supply of the gaseous gasification agent between its introduction 2 and its discharge 13 into the charging column a number of
  • the cooker 8 has a radially inward narrowing with a double-conical inner profile, the charging column in the cooker area filling the cross-section of a full circle with decreasing diameter at every level, and the ceramic central body simultaneously forms the rotatable and vertically displaceable counterpart a full cone 10 with at least one feed channel for the gaseous gasification agent.
  • the hearth 8 has a radially outward narrowing with a conical or paraboloid-shaped inner body, the charging column in the hearth area filling the cross-section of a circular ring with increasing inner diameter at every level, and the central body serving to guide the gaseous gasifying agent is also located Space is fixed and is part of the cooker 8, and the ceramic counterpart serving the end of the cooker has the shape of a hollow cone-shaped ring body with an outer cone 47 or an inner cone 50, is rotatable and vertically displaceable and has no channels.
  • the highly refractory ceramic stove body 8 is preferably equipped with cavities for guiding the gaseous gasification agent, which cavities represent at least one helical channel 25 on a virtual double cone surface or cylinder surface, the cross section of which is dimensioned such that the speed of the medium flowing through is at least 5 m / s.
  • the central body which serves, among other things, to guide the gaseous gasification agent, is advantageously provided with cavities in the form of at least one conical helical line 23 or at least one corrugated line 35 wound on a virtual conical surface for this purpose and is made of a ceramic material for good heat conduction high thermal conductivity and is clad on its lower end face to reduce heat loss with a heat-insulating layer 30.
  • the stove body 8 is structurally designed such that it has a high heat capacity and consists of a material of high specific heat such as high-carbon ramming mass, into which a reinforcement consisting of rings and radial spokes made of a material of high thermal conductivity (such as silicon carbide) For better radial heat conduction from the ember bed of the feed is embedded in the hearth body 8 and vice versa.
  • the device is generally designed in an advantageous manner in such a way that the jacket section 4 of the reactor shaft 3 is equipped with a heat-insulating layer 28 forming the outer skin and that between the outer jacket 4 and the actual reactor wall 3 there is a countercurrent heat exchanger consisting of helical elements for heat transfer from the generated gaseous fuel is on the gaseous gasifying agent, such that either arranged in a layer, nested, alternately from one and the other gaseous medium in the opposite direction through which flowed at a speed of at least 3 m / s helical channels 21; 22 are present or that corresponding helical channels 21; 22 are present, those for the gaseous gasification agent outside, those for the gaseous fuel generated are inside and separated by a heat-conducting intermediate jacket 33.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergasung/Entgasung eines stückigen, sortierten und aufbereiteten Brennstoffs/Abfallstoffs in einem schachtartigen Reaktor (3), wobei Beschickung, gasförmiges Vergasungsmittel und erzeugter gasförmiger Brennstoff im Gleichstrom absteigend geführt werden und das Vergasungsmittel (6) in einem sich in der Mantelpartie befindlichen schraubenlinienförmigen Gegenstrom-Wärmeaustauscher (21; 22) vom gasförmigen Brennstoff (7) vorgewärmt und in schraubenlinienförmigen oder wellenförmigen Kanälen (25; 23; 35) im keramischen Herdkörper (8) und in einem als Herdabschluss dienenden beweglichen oder festen, in die untere Partie der Beschickung hineinragenden kegel- oder paraboloidförmigen Zentralkörper (10) weiter aufgeheizt wird. Der Rost wird durch ein einen Vollkegel (10) oder einen hohlkegelförmigen Ringkörper (47; 50) darstellendes, drehbares, vertikal verschiebbares Gegenstück gebildet, das gegenüber der unteren Herdpartie einen einstellbaren ringförmigen Durchlass (15) zum Abzug des erzeugten gasförmigen Brennstoffs (14; 26) und zum Austrag (16) der festen oder flüssigen Reaktionsprodukte in Form von Asche, Schlacke, Destillationsrückstände offen lässt. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Entgasung und Vergasung von festen organischen Energieträgern zwecks Ueberführung in gasförmige Energieträger.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Entgasung und Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Brenn- und Abfallstoffen und eines dazu geeigneten, den verschiedenen ökologischen und Betriebsbedingungen gerecht werdenden Apparates zur kontinuierlichen Bereitstellung eines gasförmigen Sekundärbrennstoffs.
  • Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Ueberführung eines festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs in einen gasförmigen Brennstoff durch Vorsortierung, Aufbereitung, mindestens teilweise Entgasung und/oder mindestens teilweise Vergasung in einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor, wobei das Ausgangsmaterial in Form einer nach abwärts rutschenden Beschickungssäule sukzessive eine Vorwärmungs- und Trocknungs-, eine Entgasungs-, eine Oxydations- und eine Reduktionszone durchläuft, das vorgewärmte gasförmige Vergasungsmittel zentral in die untere Partie des Inneren der Beschickungssäule injiziert wird und die durch Entgasung und Vergasung erzeugten, schliesslich den gewünschten gasförmigen Brennstoff bildenden gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte im Gleichstrom zur Beschickungssäule vertikal absteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Aussenseite der Reaktorwand streichend vertikal im Gegenstrom zur Beschickungssäule nach oben geleitet werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der mindestens teilweisen Entgasung und/oder mindestens teilweisen Vergasung eines vorsortierten, aufbereiteten festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs, wobei die Vorrichtung aus einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor mit gasdichter Beschickungseinrichtung und gasdichter Ascheaustrag- oder Schlackenaustrag-Einrichtung, ferner aus einer Einleitung des gasförmigen Vergasungsmittels und einer Ableitung des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs sowie aus Wärmeaustauschern besteht, dergestalt, dass ein mindestens teilweise mit einer hochfeuerfesten Auskleidung versehener Reaktorschacht und ein eine nach unten zunehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester keramischer Herd, dessen Unterseite mit einem als Rost mit veränderbarem Durchlassquerschnitt wirkenden, vertikal verschiebbaren, drehbaren keramischen Gegenstück abschliessbar ist, ferner ein dreifacher zylindrischer Mantel sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Aufhängung vorgesehen ist.
    • Stand der Technik
  • Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Entgasung und Vergasung von festen fossilen Brennstoffen sind in Form von Gasgeneratoren, Holzvergasern und anderen Geräten und den damit durchgeführten Prozessen in sehr grosser Anzahl bekannt. Dabei wird zwischen Verfahren und Geräten für kontinuierlichen oder intermittierenden Betrieb, für stückigen oder feinpartikelartigen Einsatz und für die Verarbeitung von Kohlen oder Holz unterschieden. Zur Vergasung von Kohlen mit geringem Anteil von flüchtigen und kondensierbaren Bestandteilen wird meist die aufsteigende Vergasung im Gegenstrom zur Beschickungssäule angewendet, während zur Vergasung von Holz und Torf, welche einen hohen Anteil an kondensierbaren Bestandteilen (Teere, Alkohole, Essigsäure etc.) liefern, die absteigende Vergasung im Gleichstrom zur Beschickungssäule bevorzugt wird. Bei letzterer werden die für die Herstellung eines reinen Generatorgases als Sekundärbrennstoff unerwünschten Dämpfe der kondensierbaren Bestandteile durch das heisse Glutbett im unteren Teil der Beschickungssäule geführt, thermisch zersetzt, pyrolytisch gespalten und mit dem Kohlenstoff zu unschädlichen niedrigmolekularen Gasen umgesetzt. Diese chemischen Umsetzungen erfordern aus thermodynamischen und reaktionskinetischen Gründen eine bestimmte Minimaltemperatur. Dies bezieht sich sowohl auf die in der Beschickungssäule erzielte durchschnittliche Höchsttemperatur wie auf die örtliche absolute Maximaltemperatur. Es hat deshalb nicht an jahrzehntelangen Versuchen gefehlt, die sogenannte Hochtemperaturvergasung zu verwirklichen. Zu diesem Zweck muss das Vergasungsmittel (meist Luft) möglichst örtlich konzentriert der Beschickungssäule zentral zugeführt werden. Die üblichen Konstruktionen von Gasgeneratoren mit peripheren Düsen im Herd für die Zuführung des Vergasungsmittels sind dafür weniger geeignet. Die versuchte zentrale Zuführung scheiterte jedoch meist an der Werkstoffproblematik. Metallische Werkstoffe (ohne aktive Kühlung) kommen für die auftretenden lokalen Maximaltemperaturen von über 1500oC nicht mehr in Frage. Herkömmliche keramische Werkstoffe schieden meist wegen ihrer Sprödigkeit aus.
  • Ein weiteres Thema ist die einwandfreie betriebliche Beherrschung des Austrags der festen und/oder flüssigen Produkte am unteren Ende des Herdes. Als Abschlussorgan dient - nach dem Vorbild der Feuerungen - ein sogenannter Rost, der die Asche durchfallen oder die Schlacke abfliessen oder gegebenenfalls die nicht zu vergasenden hochkohlenstoffhaltigen Bestandteile (Koks, Holzkohle) austragen lässt. Es sind zahlreiche Rostkonstruktionen, unter anderem auch Drehroste bekanntgeworden, die meist aus metallischen Werkstoffen gefertigt wurden und wegen beschränkter Warmfestigkeit und ungenügender Hochtemperatur-Korrosionsfestigkeit nicht voll befriedigen konnten. In neuester Zeit wurde das Problem durch einen drehbaren kegelförmigen keramischen Körper in guter Annäherung gelöst. Durch den von diesem Körper zusammen mit dem Herd gebildeten, für den Austrag vorgesehenen Ringspalt lässt sich der Durchsatz des Primärbrennstoffs in weiten Grenzen regeln.
  • Ausgeführte Gasgeneratoren für Holz als Einsatz arbeiten üblicherweise im Gleichstrom mit absteigender Vergasung und benutzen den Mantel zur beschränkten Vorwärmung der üblicherweise als Vergasungsmittel benützten Luft. Es sind auch schon zusätzliche Luftvorwärmungseinrichtungen im Bereich der Herdpartie vorgeschlagen worden, oder es wurde versucht, letztere durch spezielle Kühlluft unterhalb erträglicher Temperaturen zu halten. Zentrale Luftzuführungsrohre zur Einleitung des Vergasungsmittels ins Innere der Beschickungssäule von oben, von der Seite oder von unten sind schon ausgeführt worden. Ihre Bewährung scheiterte jedoch meist an einer unzulässigen Behinderung der abwärts gerichteten Bewegung der Beschickung und führte zu Verstopfungen, zu Kanalbildung oder zum berüchtigten "Hängen" der letzteren. Eine wirkungsvolle Luftvorwärmung im zentralen Luftzuführungsrohr ist nur ausnahmsweise versucht worden und bezog sich in der Regel nur auf einen Teilluftstrom. Ihre Wirkung ist überdies sehr zweifelhaft. In zahlreichen vorgeschlagenen Geräten wurde auf eine Luftvorwärmung überhaupt verzichtet, so dass weder mit einer hohen Vergasungstemperatur noch mit einem hohen Wirkungsgrad gerechnet werden kann. Zur teilweisen Abkühlung der erzeugten Gase wird üblicherweise der Mantel des Reaktorschachts wenigstens teilweise benutzt, indem das Gas durch einen hohlzylindrischen Ringraum geleitet wird. Diese Art der Gaskühlung ist entsprechend der niedrigen Gasgeschwindigkeiten sehr unvollständig, so dass hier mit weiteren Wärmeverlusten gerechnet werden muss. Innerhalb oder unterhalb der Herdpartie des Gasgenerators befindet sich der Rost, der oft zu Betriebsstörungen und Schwierigkeiten Veranlassung gab. Ausser den üblichen festen, gitter- oder zaunartigen Rostkonstruktionen sind auch bewegliche Ausführungen in Form von plattenartigen Drehrosten, kettenartigen Wandergittern oder durchbrochenen Einzel- oder Mehrfachwalzen bekannt geworden. Trotz zum Teil sehr weitgehender Mechanisierung derartiger Geräte befriedigten sie nie recht ganz. Wohl kann damit ein einigermassen sicherer Ascheaustrag gewährleistet werden, doch ist ihre Rückwirkung auf die darüber gelagerte Beschickungssäule und damit deren günstige Beeinflussung gering.
  • Es wurde schon vor sehr langer Zeit versucht, auf kontinuierliche Art und Weise Primärbrennstoffe teilweise oder vollständig zu entgasen, um geeignetere feste Sekundärbrennstoffe wie Koks, Halbkoks, Holzkohle etc. herzustellen. Die meisten dafür vorgeschlagenen Geräte wiesen einen schachtartigen Aufbau auf und waren vollständig aus feuerfesten Steinen gefertigt. Im einen Fall wurden sie von aussen beheizt, was verhältnismässig dünne, mechanisch empfindliche keramische Wände und einen hohen Aufwand an Heizenergie bedingte. Im anderen Fall wurde die Beschickungssäule von innen durch Teilverbrennung des Primärbrennstoffs beheizt, was ein vergleichsweise schlechteres Gas zur Folge hatte und bezüglich optimaler Führung des Entgasungsprozesses speziell hinsichtlich Temperaturverteilung zu wünschen übrig liess. Die Austragsorgane waren oft mangelhaft konzipiert und erlaubten kaum eine Beeinflussung des Verhaltens der Beschickungssäule im Sinne der Erzielung optimaler mechanischer und thermodynamischer Verhältnisse. Die vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen vermochten deshalb die klassischen Kammeröfen der Gaswerke und Kokereien und den traditionellen Kohlenmeiler nicht zu verdrängen.
  • Aus dem Vorstehenden geht klar hervor, dass trotz jahrzehntealter Praxis auf dem Gebiet der Umwandlung kohlenstoffhaltiger fester Primärenergieträger in geeignetere gasförmige oder teilweise gasförmige, teilweise feste Sekundärbrennstoffe ein geeignetes, universell anwendbares Verfahren und das entsprechende vielseitige und anpassungsfähige Gerät zu dessen wirtschaftlicher Durchführung weitgehend fehlt.
  • Die Beseitigung und Weiterbehandlung von Abfallstoffen jeglicher Art, insbesondere von Müll, Kehricht etc. ist in letzter Zeit zu einem gravierenden Problem sowohl der Oekologie wie der Oekonomie geworden. Die bisher üblichen Deponien werden über kurz oder lang wegen ihres schädlichen Einflusses auf die Umwelt nicht mehr zulässig sein. Man ist daher bezüglich Beseitigung brennbarer Abfallstoffe mehr und mehr zu sogenannten Kehrichtverbrennungsanlagen übergegangen. Dieses Verfahren läuft nun zufolge seiner zum Teil toxischen Emissionen ebenfalls Gefahr, in Schwierigkeiten zu kommen. Abgesehen von der schlechten Verwertung der anfallenden thermischen Energie müssen derartige Anlagen vermehrt mit aufwendigen Katalysatorbatterien und anderen Gasreinigungs- und Gasumsetzungsvorrichtungen ausgerüstet werden. Die Umstellung auf andere als Verbrennungsverfahren ist daher zur Zeit ein Gebot der Stunde.
  • Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Druckschriften zitiert:
    • US-PS 4 344 772
    • US-PS 4 306 506
    • US-PS 4 309 195
    • US-PS 4 389 222
    • CH-PS 678 973

    Die bisher üblichen und bekannten Entgasungs- und Vergasungsverfahren und die entsprechenden, zu ihrer Durchführung marktgängigen Geräte lassen in vieler Hinsicht zu wünschen übrig. Ein weiterer Aspekt ist die zurzeit unbefriedigende Situation auf dem Gebiet der Abfall- und Müllbeseitigung und -Verwertung, die dringend nach besseren ökologischen Lösungen verlangt. Es besteht daher ein grosses Bedürfnis zur Weiterentwicklung, Vervollkommnung und Universalisierung der genannten Verfahren und Vorrichtungen sowie deren Anwendungen. Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung obliegt die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Entgasung und/oder Vergasung eines stückigen primären kohlenstoffhaltigen festen Energieträgers in Form eines Brennstoffs und/oder brennbaren Abfallstoffs in einem schachtartigen Reaktor anzugeben, das bei höchstmöglicher Einfachheit in Prozessführung und Anlage sich universell anwenden lässt und unmittelbar, ohne zusätzliche Reinigungs-, Entstaubungs- und Entgiftungseinrichtungen und Katalysatorbatterien einen möglichst reinen, direkt zu motorischen, chemischen, metallurgischen oder Heizzwecken verwendbaren gasförmigen Brennstoff liefert. Das Verfahren soll einen möglichst hohen Wirkungsgrad haben und den Exergieinhalt des primären Energieträgers unter Vermeidung der üblichen Verluste maximal ausnutzen. Die Vorrichtung soll insbesondere für die Verarbeitung von organischem Abfall wie Kehricht, Müll, Klärschlamm, Holz- und Papierabfällen etc. geeignet sein und eine rasche Anpassung an die verschiedenen Einsatzmaterialien ohne Zeitverlust oder Betriebsunterbrechung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähnten Verfahren das gasförmige Vergasungsmittel mit hoher Geschwindigkeit zunächst in einer schraubenlinienförmigen, nach abwärts gerichteten Bewegung im Gegenstrom zu einer entsprechenden aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung des erzeugten gasförmigen Brennstoffs innerhalb der Mantelpartie des schachtartigen Reaktors geführt und erwärmt wird, in ebenfalls schraubenlinienförmiger Bewegung durch das Innere eines Herdkörpers mit hoher Wärmekapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umgelenkt und nach Durchlaufen einer künstlich verlängerten Strecke unter gleichzeitiger Weitererwärmung im Innern eines von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hineinragenden Zentralkörpers in letztere injiziert wird, und dass der die Beschickungssäule verlassende erzeugte gasförmige Brennstoff durch einen ringförmigen Durchlass nach unten ausgestossen, umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit im Gegenstrom zum Vergasungsmittel geführt und gekühlt wird, und dass die hohe Wärmekapazität des Herdkörpers zur Ueberbrückung von Betriebsunterbrüchen und zur Durchführung von ein bestimmtes Temperaturprogramm erheischenden, dem kontinuierlichen Verfahren überlagerten intermittierenden Prozessen herangezogen wird.
  • Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass in der eingangs erwähnten Vorrichtung für die Zufuhr des gasförmigen Vergasungsmittels zwischen dessen Einleitung und dessen Ausstoss in die Beschickungssäule eine Reihe von nach steigender Temperatur hintereinander geschalteter örtlich in fallender Richtung angeordneter im wesentlichen aus zylindrischen oder kegeligen Grundformen bestehender Wärmeaustauscher vorgesehen ist, und dass ein keramischer Zentralkörper zur Führung und Injektion des gasförmigen Vergasungsmittels von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hinein vorgesehen ist, der vergleichsweise tief in letztere hineinragt.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine prinzipielle schematische Darstellung der Materialströme des Verfahrens (Fliessdiagramm),
    Fig. 2
    einen schematischen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit den Strömen der gasförmigen Medien (perspektivisch),
    Fig. 3
    einen vereinfachten Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch die Vorrichtung,
    Fig. 4
    einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorschachts mit einer ersten Ausführung des Wärmeaustauschers,
    Fig. 5
    einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorschachts mit einer zweiten Ausführung des Wärmeaustauschers,
    Fig. 6
    eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführung des Vollkegels als Gegenstück, Herdabschluss und Rost mit Führung des Vergasungsmittels,
    Fig. 7
    eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführung des Vollkegels als Gegenstück, Herdabschluss und Rost mit Führung des Vergasungsmittels,
    Fig. 8
    einen schematischen Längsschnitt einer Rohrverbindung für Umlaufgasführung, zusätzlich mit Wärmeaustauscher,
    Fig. 9
    einen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehendem konischen Zentralkörper,
    Fig. 10
    einen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehendem parabolischen Zentralkörper.
  • Fig. 1 ist eine prinzipielle schematische Darstellung der Materialströme des Verfahrens (Fliessdiagramm). Es handelt sich um eine gezielt organisierte Behandlung und Verarbeitung von im wesentlichen kohlenstoffhaltigen Primärenergieträgern unter möglichst weitgehender Berücksichtigung oekologischer und oekonomischer Verhältnisse (Umweltbedingungen). Das Verfahren besteht prinzipiell in einem Aussondern, Auslesen und Ausscheiden der anfallenden Ausgangsstoffe, Abzweigen nichtbrennbarer Materialien, Aufbereiten und Mischen der auf diese Weise vorkonzentrierten wirklichen Primärenergieträger in einem Zwischenprodukt, gegebenenfalls Zerkleinern oder umgekehrt Kompaktieren zur Herstellung einer für die Weiterverarbeitung geeigneten stückigen Beschickung für einen thermischen Reaktor und Entgasen bzw. Vergasen der letzteren zu einem gasförmigen Sekundärbrennstoff. Letzterer fällt durch optimale Prozessführung mit höchstmöglicher Reinheit an, so dass er direkt in thermischen Maschinen (Kolbenmaschinen, Gasturbinen) ausgenutzt, in Feuerungen oder Heizungen verwendet oder zu chemischen und metallurgischen Zwecken als Reduktionsmittel benutzt werden kann. Das Diagramm erfordert keine weiteren Erklärungen.
  • In Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit den Strömen der gasförmigen Medien (perspektivisch) dargestellt. Der oben angedeutete, senkrecht nach unten gerichtete Pfeil stellt die Aufgabe der in Form von stückigem Brennstoff vorliegenden Beschickung dar. 2 ist die Einleitung des gasförmigen Vergasungsmittels (im vorliegenden Fall bevorzugt atmosphärische Luft) in den schachtartigen Reaktor 3 (im wesentlichen eine zylindrische Wand), auch abgekürzt als Reaktorschacht bezeichnet. Der Strom des Vergasungsmittels ist durchwegs als volle ausgezogene Linie, derjenige des erzeugten gasförmigen Sekundärbrennstoffs als durchbrochene strichpunktierte Linie dargestellt. 4 ist der Aussenmantel des schachtartigen Reaktors, 5 die Ableitung des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs. 6 stellt die schraubenlinienförmige Führung (Trajektorie) des gasförmigen Vergasungsmittels in der Mantelpartie des Reaktors dar. 7 ist die entsprechende, örtlich dazwischengeschaltete schraubenlinienförmige Führung des gasförmigen Brennstoffs in der Mantelpartie, die im Gegenstrom zu 6 erfolgt. Es handelt sich hier also um eine Wärmeübertragung längs eines wendelförmigen Wärmeaustauschers, wobei der Strom des Vergasungsmittels aufgeheizt (Vorwärmung) derjenige des gasförmigen Brennstoffs abgekühlt wird. Mit 8 ist der Herd bzw. konkret der feuerfeste keramische Herdkörper bezeichnet. 9 ist die schraubenlinienförmige Führung des Vergasungsmittels im Herdkörper 8 zum Zweck einer weiteren Aufheizung. 10 stellt einen Vollkegel als Gegenstück zum Herd, Herdabschluss und Rost dar, der von unten in die Beschickungssäule hineinragt. Im vorliegenden Fall ist der Vollkegel 10 um seine Achse drehbar und in seiner Längsrichtung vertikal verschiebbar angeordnet. 11 ist die von unten vertikal nach oben gerichtete Zuführung des Vergasungsmittels in den Vollkegel 10, 12 die schraubenlinienförmige Führung und der Pfeil 13 der vertikale Ausstoss des Vergasungsmittels aus dem Vollkegel (Injektion ins Innere der Beschickung). 14 stellt den in der Beschickung erzeugte, vertikal nach unten strömende gasförmige Brennstoff dar. Letzterer wird umgelenkt und zwischen Herd 8 und Aussenmantel 4 vertikal nach oben geleitet. Zwischen Herd 8 und Gegenstück (im vorliegenden Fall Vollkegel 10) befindet sich der den Rost bildende ringförmige Durchlass 15, dessen Querschnitt einstellbar ist. 16 ist der Austrag fester und/oder flüssiger Reaktionsprodukte, der je nach Betriebsführung aus Asche, Schlacke und festem Destillationsrückstand (Koks, Halbkoks, Holzkohle, teilweise entgastes kohlenstoffhaltiges Erzeugnis) besteht.
  • In Fig. 3 ist ein vereinfachter Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch die Vorrichtung dargestellt. Die Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11, 13 und 16 entsprechen genau denjenigen der Fig. 2. Am Eingang des Reaktors bei der Aufgabe 1 der Beschickung befindet sich eine Beschickungseinrichtung mit gasdichten Beschickungsschleusen 51 in Form von in Horizontalebenen liegenden, linear oder drehbar zu öffnenden bzw. zu schliessenden Schiebern. Die Beschickung rutscht durch Gravitation vertikal innerhalb des kreisförmigen Querschnitts der zylindrischen Wand des schachtartigen Reaktors 3 herunter. In der Mantelpartie des Reaktors zwischen Aussenmantel 4 und Wand 3 befindet sich ein aus je einem schraubenlinienförmigen Kanal 21 für das Vergasungsmittel und einem ebensolchen Kanal 22 für den gasförmigen Brennstoff bestehender Wärmeaustauscher. Die Kanäle 21 und 22 in Wendelform sind im vorliegenden Fall nach Art eines zweigängigen Gewindes ineinandergeschachtelt und werden von den gasförmigen Medien in entgegengesetzter Richtung durchströmt. In diesem Wärmeaustauscher ist also der Strom des Vergasungsmittels nach abwärts, der des gasförmigen Brennstoffs nach aufwärts gerichtet. Dies ist auch durch die mit Punkten und Kreuzchen versehenen Ringe (= Pfeile im Querschnitt) der Symbole 6 und 7 angedeutet. Dabei beziehen sich die vollen Linien 6 auf das Vergasungsmittel, die durchbrochenen Linien auf den gasförmigen Brennstoff. Der Reaktorschacht 3 weist in seinem unteren Teil eine feuerfeste Auskleidung 17 auf, während der Aussenmantel 4 über seiner ganzen Länge mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 28 versehen ist. Der feuerfeste Herdkörper 8 hat ein doppelkegelförmiges konkaves Innenprofil 18 mit Verengerung und ist längs des letzteren mit mindestens einem kegelig-schraubenlinienförmigen Kanal 25 für das Vergasungsmittel in Form eines nach abwärts führenden Wendels ausgerüstet. Dieser Wendel dient gleichzeitig zur weiteren Vorwärmung des gasförmigen Vergasungsmittels und zur Kühlung der heissesten Zone des Herdkörpers 8. Letzterer ist zwecks Herabsetzung von Wärmeverlusten allseitig auf seiner äusseren Begrenzungsfläche mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 29 versehen. Nach dem Durchströmen des Kanals 25 gelangt das Vergasungsmittel (nach oben gerichtete Zuführung 11) über ein nicht näher bezeichnetes flexibles Verbindungsstück in das den Vollkegel 10 als Gegenstück tragende Zuführungsrohr 19. Mit letzterem fest verbunden und als Träger und Führung des Vollkegels 10 dienend, ist die koaxiale, in vertikalen Lagern gelagerte Welle 20 vorgesehen. Diese ist sowohl drehbar wie auch vertikal verschiebbar ausgeführt. Die betreffenden Antriebsmechanismen sind der Uebersichtlichkeit halber weggelassen worden. Der auf seiner unteren Stirnseite mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 30 versehene Vollkegel 10 ist in seinem Innern mit mindestens einem kegelig-schraubenlinienförmigen Kanal 23 (Wendelform) für das Vergasungsmittel versehen, der an der Kegelspitze in der Austrittsöffnung 24 (vertikaler Ausstoss 13 und Injektion in die Beschickung) endet. Der in der Beschickung erzeugte, vertikal nach unten strömende gasförmige Brennstoff 14 (strichpunktierter Pfeil) passiert den ringförmigen, den Rost bildenden Durchlass 15 zwischen Herd 8 und Gegenstück (im vorliegenden Fall Vollkegel 10), erleidet eine Umlenkung 26 unterhalb der Herd/Rost-Partie und gelangt in den hohlzylindrischen Raum 27 zwischen Herd 8 und Aussenmantel 4, wo er vertikal nach oben geführt wird. Am oberen Ende des Raumes 27 wird der gasförmige Brennstoff in den schraubenlinienförmigen Kanal 22 in der Mantelpartie des Reaktors eingeleitet. Ueber den Durchlass 15 fallen die festen und flüssigen Reaktionsprodukte (Asche, Schlacke, Destillationsrückstände) senkrecht nach unten (durch vertikalen gestrichelten Pfeil Austrag 16 angedeutet) in den hiefür vorgesehenen Behälter 31.
  • Fig. 4 bezieht sich auf einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorschachts mit einer ersten Ausführung des Wärmeaustauschers. Im vorliegenden Fall ist in radialer Richtung lediglich eine Schicht vorhanden. Diese wird begrenzt durch die eigentliche zylindrische Wand 3 des schachtartigen Reaktors und die äussere Begrenzung 32 der schraubenlinienförmigen Kanäle, die gleichzeitig die zylindrische Innenseite des Aussenmantels 4 darstellt. Die als Wendel ausgeführten Kanäle für die gasförmigen Medien sind nach dem Prinzip eines zweigängigen Gewindes ineinandergeschachtelt. Im schraubenlinienförmigen Kanal 21 für das Vergasungsmittel erfolgt die Strömung senkrecht zur Zeichnungsebene auf den Beschauer zu, was durch das Profil der Pfeilspitze 6 (Ring mit Punkt) angedeutet ist. Im schraubenlinienförmigen Kanal 22 für den erzeugten gasförmigen Brennstoff erfolgt die Strömung senkrecht zur Zeichnungsebene vom Beschauer weg, was durch das Profil des Pfeilendes 7 (Ring mit Kreuz, gestrichelt gezeichnet) dargestellt ist. Die Führung der gasförmigen Medien erfolgt also gegenläufig (Gegenstromprinzip), so dass ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet ist und der erzeugte gasförmige Brennstoff den Reaktor bei tiefstmöglicher Temperatur verlässt. Es werden mittlere Geschwindigkeiten der gasförmigen Medien von ca. 3 m/s angestrebt. 28 ist die wärmedämmende Isolierschicht des Aussenmantels 4.
  • Fig. 5 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorschachts mit einer zweiten Ausführung des Wärmeaustauschers. In diesem Fall sind in vertikaler Richtung zwei Schichten vorhanden. Sie werden begrenzt durch die eigentliche zylindrische Wand 3 des schachtartigen Reaktors, den wärmeleitenden Zwischenmantel 33 und die äussere Begrenzung 32 der schraubenlinienförmigen Kanäle, die gleichzeitig die zylindrische Innenseite des Aussenmantels 4 darstellt. Die als Wendel ausgeführten Kanäle für die gasförmigen Medien sind nach dem Prinzip von zwei radial übereinander angeordneten Gewinden (Aussengewinde + Innengewinde) übereinandergestülpt. Im vorliegenden Fall ist der schraubenlinienförmige Kanal 21 für das Vergasungsmittel gegenüber dem Kanal 22 für den gasförmigen Brennstoff axial um die halbe Steigung versetzt angeordnet, um die Konstruktion bezüglich Festigkeit einerseits und Spannungsfreiheit andererseits günstiger zu gestalten. Betreffend Strömungen der gasförmigen Medien (Pfeilspitzen 6 und Pfeilenden 7 im Profil) gilt das unter Fig. 4 Gesagte. Auch hier handelt es sich um das Gegenstromprinzip. Die Funktion der wärmedämmenden Isolierschicht 28 versteht sich von selbst.
  • Fig. 6 bezieht sich auf eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführung des Vollkegels als Gegenstück, Herdabschluss und Rost mit Führung des Vergasungsmittels. 10 stellt den Vollkegel dar, der als Gegenstück, Herdabschluss und Rost wirkt und von unten in das Innere des untersten Teils der Beschickungssäule hineinragt. Der Vollkegel 10 weist Hohlräume zur Führung und weiteren letzten Aufheizung des Vergasungsmittels (meist Luft) auf. Im vorliegenden Fall ist ein einziger zusammenhängender Hohlraum in Form eines auf einer virtuellen Kegelmantelfläche liegenden schraubenlinienförmigen Kanals 23 mit kreisrundem Querschnitt vorhanden. Selbstverständlich kann der Querschnitt auch eine andere Form, z.B. die eines Sechsecks oder Vierecks etc. aufweisen. 34 ist die sich an der unteren Stirnfläche des Vollkegels 10 befindliche Eintrittsöffnung, 24 die gegenüber an der Kegelspitze liegende Austrittsöffnung für das Vergasungsmittel. Uebersichtlichkeitshalber ist die Darstellung absichtlich so gewählt, dass der Vollkegel 10 durchsichtig erscheint, während der Kanal 23 wie ein aus vollem Material bestehender Wendel wirkt. Dies entspricht der bei der Herstellung des keramischen Körpers erforderlichen hohlen Form einerseits und dem notwendigen massiven Kern andererseits.
  • Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführung des Vollkegels als Gegenstück, Herdabschluss und Rost mit Führung des Vergasungsmittels. 10 stellt den Vollkegel dar, dessen Funktionen identisch denjenigen sind, die in Fig. 6 beschrieben sind. Der einzige zusammenhängende Hohlraum zur Führung des Vergasungsmittels hat hier die Form eines auf einer virtuellen Kegelmantelfläche liegenden wellenlinienförmigen Kanals 35 mit kreisrundem Querschnitt. 34 und 24 entsprechen den Bezugszeichen der Fig. 6. Die Darstellungsweise des Vollkegels 10 als hohle Form und des Kanals 35 als massiver Kern entspricht ebenfalls derjenigen der Fig. 6. Das gleiche gilt für das über Kanalquerschnitte Gesagte.
  • In Fig. 8 ist ein schematischer Längsschnitt einer Rohrverbindung für Umlaufgasführung, zusätzlich mit Wärmeaustauscher dargestellt. Am Rand der linken Bildhälfte ist die Kontur des schachtartigen Reaktors in dünnen Linien angedeutet. Die Bezugszeichen 3, 10, 18 und 27 entsprechen genau denjenigen der Fig. 3. Der strichpunktierte Pfeil 36 bedeutet die Umlaufgasentnahme aus der unteren Partie der Beschickungssäule (im vorliegenden Fall im unteren Teil des Herdraumes). Das Umlaufgas dient zur wirkungsvolleren Erwärmung der Beschickung. Demgemäss stellt 37 die Umlaufgasrückgabe in die obere Partie der Beschickungssäule dar. 38 ist die entsprechende Rohrleitung für das Umlaufgas. 39 ist das erforderliche Heissgasgebläse, das für eine Temperatur von mindestens 800oC ausgelegt ist. Es weist vorteilhafterweise einen Rotor aus hochfeuerfestem keramischem Werkstoff mit hoher Warmfestigkeit und Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit auf. Die Rohrleitung 38 und das Heissgasgebläse 39 sind mit einer wärmedämmenden Verkleidung versehen.
  • Im rechten Bildteil ist zusätzlich als Option ein Gegenstrom-Wärmeaustauscher 41 für Umlaufgas dargestellt. Er besteht aus zwei durch eine wärmeleitende Zwischenwand 44 getrennten Kammern und dient gegebenenfalls zur weiteren Aufheizung des Umlaufgases 42 (strichpunktierter Pfeil). Im Gegenstrom zu letzterem bewegt sich das Heizgas 43 (gestrichelter Pfeil). Das Heizgas kann ein speziell bereitgestelltes Brenngas oder ein Hochtemperatur-Abgas sein. Der Wärmestrom Q̇ ist durch den Pfeil 45 angedeutet. Diese Zusatzeinrichtung kann zur Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung der gesamten Anlage herangezogen werden.
  • In Fig. 9 ist ein Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehendem konischen Zentralkörper dargestellt. 3 ist der eigentliche schachtartige Reaktor (zylindrische Wand, Innenseite), 4 der Aussenmantel des Reaktors. Der Herd 8 besteht aus zwei rotationssymmetrischen, koaxial zueinander angeordneten keramischen Teilen. Der äussere Teil hat eine zylindrische Aussenfläche und ein doppelkegelförmiges Innenprofil 18. Der innere Teil ist in der unteren Partie zylindrisch, in der oberen kegelig und weist einen zentralen Kanal zur Führung des Vergasungsmittels auf. An der Kegelspitze dieses Zentralkörpers befindet sich die senkrecht nach oben weisende Austrittsöffnung 46 für das Vergasungsmittel. Im Raum zwischen dem äusseren Teil und dem den Zentralkörper bildenden inneren Teil des Herdes 8 befindet sich der hohlkegelförmige, durch einen Aussenkegel und einen Innenzylinder begrenzte Ringkörper 47 als Gegenstück, Herdabschluss und Rost. Der Ringkörper 47 ist drehbar und vertikal verschiebbar gelagert (nicht gezeichnet) und bildet zusammen mit der unteren Partie des äusseren Teils des Herdes 8 einen ringförmigen, den Rost bildenden Durchlass 15, durch welchen die festen und flüssigen Reaktionsprodukte ausgetragen werden. Sowohl der äussere Teil wie der innere Teil (Zentralkörper) des Herdes 8 weist vorzugsweise einen schraubenlinienförmigen Kanal (Wendel) für das Vergasungsmittel ähnlich Fig. 3 (25 und 23) auf (in dieser Figur nicht gezeichnet).
  • Fig. 10 ist ein Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehendem parabolischen Zentralkörper. Der schachtartige Reaktor 3 und sein Aussenmantel 4 entsprechen genau dem Aufbau gemäss Fig. 9 bzw. Fig. 3. Der Herd 8 besteht hier aus zwei rotationssymmetrischen, koaxial zueinander angeordneten keramischen Teilen von denen der äussere Teil ein Hohlzylinder ist. Der innere Teil ist in der unteren Partie kegelig, in der oberen paraboloidförmig und weist einen zentralen Kanal mit Verzweigungen zur Führung des Vergasungsmittels auf. Dank dieser Herdkonstruktion wird die Beschickungssäule auf ihrer Wanderung nach unten in ihrem Querschnitt nicht radial nach innen sondern radial nach aussen eingeengt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Geometrie liegt also hier ein parabolisch/kegeliges konvexes Innenprofil 48 des zentralen Teils des Herdes 8 mit peripherer Verengerung des Durchsatzquerschnitts vor. 49 ist eine Austrittsöffnung für das Vergasungsmittel im zentralen Teil des Herdes 8. 50 ist ein durch einen Aussenzylinder und einen Innenkegel begrenzter hohlkegelförmiger Ringkörper als Gegenstück, Herdabschluss und Rost. Der Ringkörper 50 ist drehbar und vertikal verschiebbar gelagert (nicht gezeichnet) und bildet zusammen mit der unteren Partie des inneren Teils (Zentralkörper) des Herdes 8 einen ringförmigen einstellbaren Durchlass 15. Der äussere wie der innere Teil des Herdes 8 ist vorzugsweise mit einem schraubenlinienförmigen Kanal (Wendel) zwecks Aufheizung des Vergasungsmittels ausgerüstet (nicht gezeichnet).
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Siehe Figuren 1, 2, 3, 5, 6!
    Die Anlage war für die kontinuierliche Vergasung von Altholz vorgesehen. Der Gasgenerator bestand im wesentlichen aus dem zylindrischen schachtartigen Reaktor 3, dem Aussenmantel 4 und dem doppelkegelförmigen Herd 8 mit folgenden Abmessungen:
    Innendurchmesser des Reaktorschachtes = 700 mm
    Höhe der oberen Schachtpartie = 1600 mm
    Innendurchmesser des Aussenmantels = 1600 mm
    Aussendurchmesser des Aussenmantels = 1800 mm
    Dicke der Aussenmantelisolation = 100 mm
    Maximaler Herdinnendurchmesser = 750 mm
    Minimaler Herdinnendurchmesser (Verengerung) = 275 mm
    Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 40o
    Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegels = 60o
    Höhe des Herdes = 1400 mm
    Totale Höhe des Schachtes ohne Beschickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 3500 mm
    Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 3,2 dm²
  • Für den schachtartigen Reaktor 3 und die Innenwand des Aussenmantels 4 wurde durchwegs korrosionsbeständiger austenitischer Cr/Ni-Stahl als Blech von 10 mm Dicke verwendet. Das gleiche gilt für den den keramischen Herd 8 umschliessenden tragenden Blechmantel. Die Isolierschicht 28 des Aussenmantels 4 bestand aus Keramikwolle auf Al₂0₃-Basis. Die Aussenverkleidung des Aussenmantels 4 war aus niedriggekohltem Stahlblech von 3 mm Dicke gefertigt. Die 180 mm x 180 mm messenden schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 5 angeordnet und bestanden samt wärmeleitender Zwischenwand 33 aus Cr/Ni-Stahlblech von 4 mm Dicke. Der über dem Herd 8 liegende Teil des Reaktors 3 war auf der Innenseite mit 5 mm Al₂0₃ beschichtet (Auskleidung 17). Der keramische Herdkörper 8 bestand aus einer hochtonerdehaltigen gebrannten Stampfmasse, in der sich ein kegelig schraubenlinienförmiger Kanal 25 (Wendel) von 1,2 dm² kreisförmigen Querschnitts und total 5 Windungen befand. Die mittlere Geschwindigkeit des Vergasungsmittels Luft, auf Normalzustand bezogen, betrug im Kanal 25 ca. 13 m/s. Die zylindrische Aussenwand des Herdkörpers 8 war durch eine wärmedämmende Isolierschicht 29 aus Keramikwolle von 50 mm radialer Dicke geschützt. Der Vollkegel 10 als Gegenstück, Herdabschluss und Rost hatte einen Oeffnungswinkel von 60o und einen grössten Durchmesser von 620 mm. Er war aus hochtonerdehaltiger Keramik gefertigt und wies 3 1/2 Windungen eines kegeligschraubenlinienförmigen Kanals 23 von 0,5 dm² kreisförmigen Querschnitts auf. Die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels, auf Normalzustand bezogen, betrug im Kanal 23 ca. 32 m/s. Der Vollkegel 10 liess sich im Betrieb intermittierend oder kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 3 Umdrehungen/min drehen und gleichzeitig oder unabhängig um maximal 200 mm heben und senken. Dadurch konnte der ringförmige, den Rost bildende Durchlass 15 den variablen Betriebsbedingungen angepasst werden.
  • Der Gasgenerator war ferner mit einer gasdichten Beschickungseinrichtung bestehend aus einem schachtartigen Aufbau mit zwei als Schieber ausgeführten Beschickungsschleusen 51 ausgerüstet. Für alle diese Teile wurde Kohlenstoffstahl von ca. 10 mm Dicke verwendet. Das gleiche gilt für den an den Reaktor anschliessende Teil des Behälters 31 für feste und flüssige Reaktionsprodukte wie Asche, Schlacke und gegebenenfalls Destillationsrückstände (Holzkohle, Koks, Halbkoks). Der eigentliche schachtartige Reaktor 3 war nur im obersten Teil fest mit dem Aussenmantel 4 verbunden, so dass er freihängend sich nach allen Richtungen dehnen konnte. Der Aussenmantel 4 seinerseits stützte sich über Traversen und Gelenkhebel auf ein dreibeiniges Gestell aus kräftigen Stahlprofilen mit Füssen ab.
  • Die Anlage wurde wie folgt betrieben, wobei sich die nachstehenden Ergebnisse (Mittelwerte) zeigten:
    Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): Altholz
    Durchsatz des Primärbrennstoffs: 250 kg/h
    Stückgrösse des Einsatzes: 30 - 90 mm
    Gasausbeute: 2,3 m³/kg Einsatz
    Gasmenge: 575 Nm³/h (= 160 dm³/s)
    Unterer Heizwert des Gases (feucht): 3200 kJ/Nm³
    Chemo-thermische Leistung des Gases (Nennwert): 500 kW
    Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 18 Vol.-%
    H₂: 8 Vol.-%
    CH₄: 2 Vol.-%
    C0₂: 12 Vol.-%
    N₂+H₂0+0₂: Rest
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • Siehe Figuren 3, 4, 7!
    Es wurde eine Anlage für die kontinuierliche Vergasung von stückigem, organischem Abfall wie Kunststoff, Verbundwerkstoff, Altpappe etc. vorgesehen. Der Gasgenerator bestand im wesentlichen aus den gleichen Bauelementen wie in Beispiel 1 (Reaktor 3, Aussenmantel 4, Herd 8) und hatte folgende Abmessungen:
    Innendurchmesser des Reaktorschachtes = 1000 mm
    Höhe der oberen Schachtpartie = 1800 mm
    Innendurchmesser des Aussenmantels = 2200 mm
    Aussendurchmesser des Aussenmantels = 2450 mm
    Dicke der Aussenmantelisolation = 125 mm
    Maximaler Herdinnendurchmesser = 1050 mm
    Minimaler Herdinnendurchmesser (Verengerung) = 400 mm
    Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 45o
    Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegels = 70o
    Höhe des Herdes = 2000 mm
    Totale Höhe des Schachtes ohne Beschickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 4400 mm
    Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 11,6 dm²
  • Für die tragenden Bauteile des Reaktors 3 und des Aussenmantels 4 sowie der Herdumkleidung wurde analog Beispiel 1 Cr/Ni-Stahl von 14 mm Dicke verwendet. Für die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29 und 30 wurde ebenfalls Keramikwolle herangezogen. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 4 angeordnet, wiesen eine radiale Breite von 500 mm und eine Höhe von 230 mm auf und bestanden aus 5 mm dickem Cr/Ni-Stahlblech. Der aus Al₂0₃ bestehende Herdkörper 8 wies einen schraubenlinienförmigen Kanal 25 von total 4 Windungen und einem kreisförmigen Querschnitt von 3,8 dm² auf. Die mittlere Geschwindigkeit des Vergasungsmittels betrug ca. 15 m/s. Der Vollkegel 10 hatte einen Oeffnungswinkel von 70o und einen grössten Durchmesser von 880 mm. Er war aus Al₂0₃ gefertigt und wies einen kegelig-wellenförmigen Kanal 35 von 1,55 dm² kreisförmigen Querschnitts auf. Es waren total 3 volle trapezförmige Wellen vorhanden. Die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels, auf Normalzustand bezogen, betrug im Kanal 35 ca. 37 m/s. Der Vollkegel 10 war in gleicher Weise beweglich angeordnet und mit entsprechenden Antrieben versehen, wie unter Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Was die Beschickungseinrichtung und den Austrag der Reaktionsprodukte anbelangt, so wird auf Beispiel 1 hingewiesen. Entsprechend der grösseren Dimensionen wurde hier eine Blechstärke des verwendeten Kohlenstoffstahls von 14 mm gewählt. Die Abstützung bzw. Aufhängung des Gasgenerators im Gestell erfolgte wie in Beispiel 1.
  • Betriebsdaten und Ergebnisse dieser Anlage stellten sich wie folgt:
    Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): stückiger organischer Abfall
    Durchsatz des Primärbrennstoffs: 600 kg/h
    Stückgrösse des Einsatzes: 20 - 60 mm
    Gasausbeute: 3,5 m³/kg Einsatz
    Gasmenge: 2100 Nm³/h (= 580 dm³/s)
    Unterer Heizwert des Gases (feucht): 3600 kJ/Nm³
    Chemo-thermische Leistung des Gases (Nennwert): 2000 kW
    Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 20 Vol.-%
    H₂: 10 Vol.-%
    CH₄: 2 Vol.-%
    C0₂: 11 Vol.-%
    N₂+H₂0+0₂: Rest
    • Ausführungsbeispiel 3:
  • Siehe Figuren 3, 5, 6, 8(a)!
    Die Anlage war für die kontinuierliche Vergasung von kompaktiertem Klärschlamm und ähnlichen, ursprünglich in feiner Form anfallenden Abfallstoffen vorgesehen. Das Ausgangsmaterial wurde zunächst an der Luft vorgetrocknet und dann unter hohem Druck weiter entwässert und zu ovalen Briketts gepresst. Der grundsätzliche Aufbau des Gasgenerators entsprach demjenigen von Beispiel 1. Die Hauptabmessungen stellten sich wie folgt:
    Innendurchmesser des Reaktorschachtes = 1500 mm
    Höhe der oberen Schachtpartie = 2200 mm
    Innendurchmesser des Aussenmantels = 3200 mm
    Aussendurchmesser des Aussenmantels = 3520 mm
    Dicke der Aussenmantelisolation = 160 mm
    Maximaler Herdinnendurchmesser = 1600 mm
    Minimaler Herdinnendurchmesser (Verengerung) = 600 mm
    Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 42o
    Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegels = 65o
    Höhe des Herdes = 2800 mm
    Totale Höhe des Schachtes ohne Beschickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 5600 mm
    Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 28 dm²
  • Für die hauptsächlichsten, hohen Temperaturen ausgesetzten Bauteile des Reaktors 3, des Aussenmantels 4 und der Umkleidung des Herdes 8 wurde ein austenitischer, stabilisierter Cr/Ni/Mo-Stahl von 20 mm Dicke verwendet. Die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29 und 30 bestanden aus hochtonerdehaltiger Keramikfaser für Einsatztemperaturen bis 1800oC. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 5 angeordnet und bestanden wie die Zwischenwand 33 aus Cr/Ni/Mo-Stahlblech von 6 mm Dicke. Sie wiesen eine radiale Breite von 375 mm und eine axiale Höhe von 750 mm auf. Der aus Al₂0₃ bestehende Herd 8 war aus mehreren ringsegmentförmigen gesinterten Teilen zusammengebaut, die unter Zwischenschaltung von dünnen Al₂0₃-Filzlagen mittels Keramikkleber hochelastisch miteinander verbunden waren. Der Herd 8 war durch einen schraubenlinienförmigen Kanal 25 von total 3 Windungen mit einem kreisförmigen Querschnitt von 5,6 dm² durchbrochen. Die mittlere Geschwindigkeit des Vergasungsmittels, bezogen auf Normalzustand, betrug ca. 25 m/s. Der Vollkegel 10 hatte einen Oeffnungswinkel von 65o und einen grössten Durchmesser von 1300 mm. Er bestand aus Al₂0₃ und wies einen kegelig-schraubenlinienförmigen Kanal 23 mit 2 1/2 Windungen von 2,8 dm² kreisförmigen Querschnitt analog Beispiel 1 auf. Die Geschwindigkeit des Vergasungsmittels, auf Normalzustand bezogen, betrug im Kanal 23 ca. 50 m/s. Die Bewegungsmöglichkeiten des Vollkegels 10 sind bereits unter Beispiel 1 beschrieben.
  • Bezüglich der zusätzlichen Konstruktionselemente wird auf Beispiel 1 verwiesen. Die Blechstärken wurden im allgemeinen zu ca. 18 mm für das Konstruktionsmaterial Kohlenstoffstahl gewählt.
  • Die Betriebsparameter dieses Gasgenerators sind in nachstehender Tabelle festgehalten:
    Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): brikettierter Klärschlamm
    Durchsatz des Primärbrennstoffs: 1600 kg/h
    Stückgrösse des Einsatzes: 50 mm
    Gasausbeute: 3,2 m³/kg Einsatz
    Gasmenge: 5100 Nm³/h (= 1,4 m³/s)
    Unterer Heizwert des Gases (feucht): 3500 kJ/Nm³
    Chemo-thermische Leistung des Gases (Nennwert): 5000 kW
    Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 19 Vol.-%
    H₂: 10 Vol.-%
    CH₄: 2 Vol.-%
    C0₂: 11 Vol.-%
    N₂+H₂0+0₂: Rest
  • Ein Teil des erzeugten Gasstromes wurde gemäss Fig. 8, linke Bildhälfte der Herdpartie entnommen (Umlaufgasentnahme 36) und mittels eines Heissgasgebläses 39 (0,8 m³/s) über die Rohrleitung 38 mit wärmedämmender Verkleidung 40 in die obere Partie der Beschickungssäule (Umlaufgasrückgabe 37) zurückgeschickt. Dadurch wurde die Beschickung zusätzlich absteigend im Gleichstrom von innen aufgeheizt und die Vergasungstemperatur gesteigert. Für die Rohrleitung 38 mit einem Querschnitt von 10 dm² wurde austenitischer Cr/Ni-Stahl von 8 mm Wandstärke verwendet. Die wärmedämmende Umkleidung 40 hatte eine Dicke von 70 mm und bestand aus Keramikwolle. Der Rotor des Heissgasgebläses 39 bestand aus einer warmfesten Nickelbasissuperlegierung für Betriebstemperaturen bis 950oC. Für noch höhere Temperaturen können gegebenenfalls Rotoren aus keramischem Material wie Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Verbundkeramik eingesetzt werden. Da die Umlaufgasentnahme 36 im Glutbett der Beschickungssäule erfolgt, ist das entnommene Gas weitgehend frei von Teeren, Teerdestillaten, Phenolen, Alkoholen und Essigsäure, so dass nicht mit ernstlichen Hochtemperatur-Korrosionsproblemen gerechnet werden muss. Enthält das Gas jedoch nicht zu vernachlässigende Schwefelmengen, muss mit weitgehend nickelfreien, dafür hochchromhaltigen Werkstoffen gearbeitet werden.
    • Ausführungsbeispiel 4:
  • Siehe Figuren 3, 4, 8, 9!
    Es wurde eine Anlage für die kontinuierliche Vergasung von stückiger Rohbraunkohle vorgesehen. Die grundsätzlichen Bauelemente des Gasgenerators waren die gleichen wie in Beispiel 1. Die Abmessungen sind nachstehend aufgeführt:
    Innendurchmesser des Reaktorschachtes = 3000 mm
    Höhe der oberen Schachtpartie = 2600 mm
    Innendurchmesser des Aussenmantels = 5500 mm
    Aussendurchmesser des Aussenmantels = 5860 mm
    Dicke der Aussenmantelisolation = 180 mm
    Maximaler Herdinnendurchmesser = 3200 mm
    Minimaler Herdinnendurchmesser (Verengerung) = 1600 mm
    Durchmesser des festen Zentralkörpers = 1440 mm
    Maximale radiale Breite des ringförmigen Durchlasses = 80 mm
    Höhe des festen Zentralkörpers = 3000 mm
    Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 35o
    Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegels = 45o
    Höhe des Herdes = 5400 mm
    Totale Höhe des Schachtes ohne Beschickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 9000 mm
    Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 120 dm²
  • In Anbetracht des bei den meisten unbehandelten, nicht aufbereiteten Braunkohlen nicht vernachlässigbaren Schwefelanteils wurden im vorliegenden Fall an den kritischen Stellen nickelhaltige Werkstoffe vermieden. Die Bauteile des Reaktors 3, des Aussenmantels 4, der Umkleidung des Herdes 8 und der schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 wurden aus einer ferritischen hochchromhaltigen, mit Aluminium- und Siliziumzusätzen dotierten Eisenbasislegierung hoher Oxydations-, Zunder- und Korrosionsbeständigkeit gefertigt. Die tragenden Teile waren aus Blechen von 30 mm, die Wärmeaustauscher aus solchen von 10 mm Dicke hergestellt. Die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29, 30 und 40 bestanden aus Al₂0₃-Filzstoffen mit einer gewissen Eigenfestigkeit. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 4 ineinandergeschachtelt analog Beispiel 2 angeordnet. Sie hatten einen quadratischen Querschnitt von 1100 mm x 1100 mm. Der Herd 8 gemäss Fig. 9 bestand aus zwei Teilen, einem peripheren Teil mit doppelkegelförmigem konkaven Innenprofil mit Verengerung und einem in der unteren Partie zylindrischen, in der oberen kegelförmigen feststehenden Zentralkörper. Beide Teile waren mit in Fig. 9 nicht eingezeichneten schraubenlinienförmigen Kanälen für das Vergasungsmittel (analog Bezugszeichen 25 und 23 in Fig. 3) versehen. Der Kanal im peripheren Teil des Herdes 8 hatte einen kreisförmigen Querschnitt von 20 dm² und wies 5 1/2 Windungen auf. Die mittlere Geschwindigkeit des Vergasungsmittels betrug in diesem Kanal ca. 30 m/s. Der Herd im Zentralkörper hatte einen kreisförmigen Querschnitt von 12 dm² und wies 4 1/2 Windungen auf. Die entsprechende mittlere Geschwindigkeit, auf Normalzustand bezogen, betrug ca. 50 m/s. Der zwischen den beiden Herdteilen eingeschobene, drehbare und vertikal verschiebbare, als Gegenstück, Herdabschluss und Rost dienende hohlkegelförmige Ringkörper 47 (Aussenkegel) war in Anbetracht der Forderung auf hohe Warmfestigkeit, Härte und Verschleissfähigkeit aus gesintertem Siliziumkarbid gefertigt.
  • Gemäss Fig. 8 wurde ein Teil des erzeugten Gasstromes, nämlich ca. 4 m³/s ähnlich Beispiel 3 der Herdpartie entnommen (Umlaufgasentnahme 36) und mittels Heissgasgebläse 39 über den Gegenstrom-Wärmeaustauscher 41 als Umlaufgas 42 in die obere Partie der Beschickungssäule (Umlaufgasrückgabe 37) injiziert. Dabei wurde das Umlaufgas 42 zusätzlich vom Heizgas 43 über die wärmeleitende Zwischenwand 44 aufgeheizt (Wärmestrom Q̇ mit Bezugszeichen 45). Die Rohrleitung 38 hatte einen Querschnitt von 40 dm², so dass die mittlere Gasgeschwindigkeit, auf Normalzustand bezogen, 10 m/s betrug. Für die Rohrleitung 38 und den Wärmeaustauscher 41 wurde ferritischer Cr/Al-Stahl von 12 mm Wandstärke verwendet. Die wärmedämmende Verkleidung 40 hatte eine Dicke von 100 mm und bestand aus Al₂0₃-Wolle. Der Rotor des Heissgasgebläses 39 bestand aus einer warmfesten ferritischen Cr/Al/Si/Fe-Legierung.
  • Die zusätzlichen Konstruktionselemente wurden aus niedriggekohltem Stahlblech von ca. 25 mm Dicke gefertigt. Es wird auf die Beschreibung unter Beispiel 1 verwiesen.
  • Betriebsdaten und Ergebnisse für diesen Gasgenerator stellten sich wie folgt:
    Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): stückige Rohbraunkohle (trocken)
    Durchsatz des Primärbrennstoffs: 6000 kg/h
    Stückgrösse des Einsatzes: 30 - 140 mm
    Gasausbeute: 3,6 m³/kg Einsatz
    Gasmenge: 21000 Nm³/h (= 6 m³/s)
    Unterer Heizwert des Gases (feucht): 3300 kJ/Nm³
    Chemo-thermische Leistung des Gases (Nennwert): 20000 kW
    Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 19 Vol.-%
    H₂: 7 Vol.-%
    CH₄: 3 Vol.-%
    C0₂: 10 Vol.-%
    N₂+H₂0+0₂: Rest
    • Ausführungsbeispiel 5:
  • Siehe Figuren 3, 5, 8, 10!
    Die Anlage wurde für die kontinuierliche Entgasung von stückiger Steinkohle ausgelegt. Die Steinkohle hatte einen Gehalt von ca. 15 bis 20 % flüchtigen Bestandteilen. Neben einer beträchtlichen Menge an Halbkoks wurde ein Starkgas mit vergleichsweise hohem Heizwert produziert. Der Entgasungsprozess wurde bei einer maximalen Temperatur in der Herdpartie von 550oC durchgeführt. Zum Anfahren der Anlage wurde zunächst mit Sauerstoffüberschuss gearbeitet, d.h. praktisch vergast, um die Beschickung auf Reaktionstemperatur zu bringen. Dann wurde die Sauerstoffzufuhr so weit heruntergedrosselt, dass bei Sauerstoffunterschuss nur gerade die Wärmebilanz (Aufheizung der Beschickung, endotherme chemische Reaktionen) ausgeglichen wurde. Dies entsprach etwa 10 % der Menge der normalen Vergasungsluft. Es wurde auf möglichst guten Wärmeaustausch und weitgehende Wärmerückgewinnung geachtet. Die Hauptabmessungen des Gasgenerators stellten sich wie folgt:
    Innendurchmesser des Reaktorschachtes = 1600 mm
    Höhe der oberen Schachtpartie = 2400 mm
    Innendurchmesser des Aussenmantels = 3200 mm
    Aussendurchmesser des Aussenmantels = 3520 mm
    Dicke der Aussenmantelisolation = 160 mm
    Herdinnendurchmesser (peripherer Teil) = 1800 mm
    Maximaler Durchmesser des festen Zentralkörpers = 1650 mm
    Fussdurchmesser des Zentralkörpers = 950 mm
    Oeffnungswinkel des kegeligen Teils des Zentralkörpers = 45o
    Maximale radiale Breite des ringförmigen Durchlasses = 75 mm
    Höhe des Herdes (= Höhe des Zentralkörpers) = 3000 mm
    Totale Höhe des Schachtes ohne Beschickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 6000 mm
    Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 16,6 dm²
  • Für die Blechkörper des Reaktors 3, des Aussenmantels 4 und der Umkleidung des Herdes wurde ein austenitischer Cr/Ni-Stahl von 20 mm Dicke verwendet. Die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29, 30 und 40 bestanden aus Keramikfasermatten. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 5 angeordnet und bestanden inklusive Zwischenwand 33 aus Cr/Ni-Stahlblech von 6 mm Dicke. Sie hatten eine radiale Breite von 350 mm und eine axiale Höhe von 475 mm. Der periphere Teil des Herdes 8 bestand aus mehreren gesinterten vollen Al₂0₃-Ringen und wies keine Kanäle auf. Der aus Al₂0₃-Stampfmasse hergestellte Zentralkörper des Herdes war mit einem in Fig. 10 nicht eingezeichneten schraubenlinienförmigen Kanal für das Vergasungsmittel (im vorliegenden Fall nur in sehr reduzierter Menge gebraucht), von 4 dm² kreisförmigem Querschnitt versehen. Bei vollem Vergaserbetrieb (Anfahren) beträgt hier die mittlere Geschwindigkeit ca. 20 m/s. Der zwischen beiden Herdteilen eingeschobene hohlkegelförmige Ringkörper 50 (Innenkegel) hatte einen Oeffnungswinkel von 45o und bestand aus gesintertem Siliziumkarbid.
  • Entsprechend Beispiel 4 war der Gasgenerator mit einer Einrichtung für Umlaufgas inklusive Wärmeaustauscher gemäss Fig. 8 (Bezugszeichen 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45) ausgerüstet. Hier wurde nun ein Mehrfaches des erzeugten Gasstromes, nämlich ca. 2 m³/s umgewälzt und über den Wärmeaustauscher 41 vom Heizgas 43 praktisch auf die Reaktionstemperatur von 550oC aufgeheizt. Die Rohrleitung 38 hatte einen Querschnitt von 20 dm², die mittlere Gasgeschwindigkeit betrug 10 m/s. Im übrigen wird auf Beispiel 4 verwiesen. Als Werkstoff gelangte ein gewöhnlicher Cr/Ni-Stahl zur Verwendung.
  • Ueber die verbleibenden Konstruktionselemente wird auf Beispiel 1 verwiesen. Sie bestanden ausschliesslich aus gewöhnlichem weichen Kohlenstoffstahl von ca. 18 mm Dicke.
  • In nachstehender Zusammenstellung sind Betriebsdaten und Ergebnisse aufgeführt:
    Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): stückige Steinkohle
    Durchsatz des Primärbrennstoffs: 3300 kg/h
    Stückgrösse des Einsatzes: 20-75 mm
    Gasausbeute: 0,9 m³/kg Einsatz
    Gasmenge: 3000 Nm³/h (= 835 dm³/s)
    Unterer Heizwert des Gases (feucht): 12000 kJ/Nm³
    Chemo-thermische Leistung des Gases (Nennwert): 10000 kW
    Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 20 Vol.-%
    H₂: 4 Vol.-%
    CH₄: 26 Vol.-%
    C0₂: 3 Vol.-%
    N₂+H₂0+0₂: Rest
  • Es versteht sich von selbst, dass sämtliche, in den Ausführungsbeispielen erwähnten Vorrichtungen mit den nötigen Ueberwachungs- und Steuergeräten wie Füllstandsanzeiger, Sonden, Thermoelemente, Manometer, Waagen, etc. ausgerüstet waren. Da die hiefür notwendigen Apparaturen dem allgemein bekannten Stand der Technik angehören, erübrigt sich hier eine weitere detaillierte Beschreibung. Es soll nur darauf hingewiesen werden, dass sich durch Einstellen und Verändern des ringförmigen Durchlasses 15 die Bewegung der Beschickungssäule und der Austrag der Reaktionsprodukte und damit die gesamte Betriebsweise bezüglich Durchsatz des zu verarbeitenden Primärbrennstoffs und der Vergasungs- bzw. Entgasungstemperatur in weiten Grenzen variieren und den jeweiligen Anforderungen anpassen lässt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Das Verfahren zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Ueberführung eines festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs in einen gasförmigen Brennstoff durch Vorsortierung, Aufbereitung, mindestens teilweise Entgasung und/oder mindestens teilweise Vergasung in einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor 3, wobei das Ausgangsmaterial in Form einer nach abwärts rutschenden Beschickungssäule 1 sukzessive eine Vorwärmungs- und Trocknungs-, eine Entgasungs-, eine Oxydations- und eine Reduktionszone durchläuft, das vorgewärmte gasförmige Vergasungsmittel zentral 13 in die untere Partie des Inneren der Beschickungssäule injiziert wird und die durch Entgasung und Vergasung erzeugten, schliesslich den gewünschten gasförmigen Brennstoff 14 bildenden gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte im Gleichstrom zur Beschickungssäule vertikal absteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Aussenseite der Reaktorwand streichend vertikal im Gegenstrom zur Beschickungssäule nach oben geleitet werden, wird durchgeführt, indem das gasförmige Vergasungsmittel 2 mit hoher Geschwindigkeit zunächst in einer schraubenlinienförmigen, nach abwärts gerichteten Bewegung 6 im Gegenstrom zu einer entsprechenden aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung 7 des erzeugten gasförmigen Brennstoffs innerhalb der Mantelpartie 4 des schachtartigen Reaktors 3 geführt und erwärmt wird, in ebenfalls schraubenlinienförmiger Bewegung 9 durch das Innere eines Herdkörpers 8 mit hoher Wärmekapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umgelenkt und nach Durchlaufen einer künstlich verlängerten Strecke 12 unter gleichzeitiger Weitererwärmung im Innern eines von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hineinragenden Zentralkörpers in letztere injiziert wird, wobei der die Beschickungssäule verlassende erzeugte gasförmige Brennstoff 14 durch einen ringförmigen Durchlass 15 nach unten ausgestossen, umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit im Gegenstrom 7 zum Vergasungsmittel 6 geführt und gekühlt wird, und indem ferner die hohe Wärmekapazität des Herdkörpers 8 zur Ueberbrückung von Betriebsunterbrüchen und zur Durchführung von ein bestimmtes Temperaturprogramm erheischenden, dem kontinuierlichen Verfahren überlagerten intermittierenden Prozessen herangezogen wird.
  • In einer ersten Verfahrensvariante wird als Ausgangsmaterial im wesentlichen Steinkohle, Braunkohle oder Holz verwendet und der Prozess wird unter Sauerstoffmangel dergestalt geführt, dass die Entgasung überwiegt und die Vergasung zurücktritt und bei wahlweise einstellbaren Maximaltemperaturen von 500 bis 1100oC neben dem hochwertigen gasförmigen Brennstoff 5 von hohem Heizwert als weiteres Erzeugnis ein hochkohlenstoffhaltiger Destillationsrückstand 16 in Form von Koks, Halbkoks oder Holzkohle hergestellt wird.
  • In einer zweiten Verfahrensvariante wird als Ausgangsmaterial irgend ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff oder Abfallstoff verwendet und der Prozess wird unter hinreichendem Sauerstoffangebot dergestalt geführt, dass die Vergasung überwiegt und bei der Durchführung der letzteren eine maximale Temperatur in der Beschickungssäule von mindestens 1200oC eingestellt wird, wobei alle kondensierbaren höheren Kohlenstoffverbindungen wie Teere, Phenole, Essigsäure, Alkohole thermisch zersetzt, pyrolytisch gespalten und in brennbare stabile Gase wie C0, H₂ und CH₄ umgewandelt werden. Vorzugsweise wird als Ausgangsmaterial ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und überwiegend ein Abfallstoff, der Cl-, F-, Zn-, Cd- und/oder Hg-haltig sein kann, ferner Müll, Kehricht, Klärschlamm in stückiger und/oder brikettisierter oder pelletisierter Form oder in irgend einer anderen kompaktierten Form mit oder ohne Bindemittel verwendet und die Vergasung bei einer maximalen Temperatur in der Beschickungssäule von mindestens 1500oC oder mindestens oberhalb der Verdampfungstemperatur der besagten giftigen Schwermetalle unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt, wobei die Schwermetalldämpfe in einer Vorlage kondensiert und abgezweigt oder durch Zuschlag in der Beschickung chemisch gebunden und in die Schlacke oder Asche abgeführt werden.
  • In einer weiteren Verfahrensvariante wird ein Teil des erzeugten gasförmigen Brennstoffs aus der unteren Partie der Beschickungssäule abgezweigt 36, gegebenenfalls unter Zuführung von Wärme 45 zusätzlich aufgeheizt und als Umlaufgas 42 in die obere Partie der Beschickungssäule zwecks Wärmeübertragung injiziert, 37, ferner wird wahlweise zum Ausgleich der Wärmebilanz kontinuierlich oder intermittierend H₂0-Dampf in die heisseste Zone des Glutbettes der Beschickungssäule injiziert, wobei der Heizwert des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs im Extremfall bis zu Werten eines Starkgases gesteigert wird.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der mindestens teilweisen Entgasung und/oder mindestens teilweisen Vergasung eines vorsortierten, aufbereiteten festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs besteht aus einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor 3 mit gasdichter Beschickungseinrichtung 51 und gasdichter Ascheaustrag- oder Schlackenaustrag-Einrichtung, ferner aus einer Einleitung 2 des gasförmigen Vergasungsmittels und einer Ableitung 5 des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs sowie aus Wärmeaustauschern, wobei ein mindestens teilweise mit einer hochfeuerfesten Auskleidung 17 versehener Reaktorschacht 3 und ein eine nach unten zunehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester keramischer Herd 8, dessen Unterseite mit einem als Rost mit veränderbarem Durchlassquerschnitt 15 wirkenden, vertikal verschiebbaren, drehbaren keramischen Gegenstück abschliessbar ist, ferner ein dreifacher zylindrischer Mantel 4 sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Aufhängung vorhanden ist, und für die Zufuhr des gasförmigen Vergasungsmittels zwischen dessen Einleitung 2 und dessen Ausstoss 13 in die Beschickungssäule eine Reihe von nach steigender Temperatur hintereinander geschalteter örtlich in fallender Richtung angeordneter im wesentlichen aus zylindrischen oder kegeligen Grundformen bestehender Wärmeaustauscher, ferner ein keramischer Zentralkörper zur Führung und Injektion des gasförmigen Vergasungsmittels von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hinein vorgesehen ist, der vergleichsweise tief in letztere hineinragt.
  • In einer ersten Ausführung weist der Herd 8 eine radial nach innen gerichtete Verengung mit doppelkegelförmigem Innenprofil auf, wobei die Beschickungssäule im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Vollkreises mit abnehmendem Durchmesser ausfüllt, ferner stellt der keramische Zentralkörper gleichzeitig das drehbare und vertikal verschiebbare Gegenstück in Form eines Vollkegels 10 mit mindestens einem Zuführungskanal für das gasförmige Vergasungsmittel dar.
  • In einer zweiten Ausführung weist der Herd 8 eine radial nach aussen gerichtete Verengerung mit kegel- oder paraboloidförmigem Innenkörper auf, wobei die Beschickungssäule im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Kreisrings mit zunehmendem Innendurchmesser ausfüllt, ferner steht der der Führung des gasförmigen Vergasungsmittels dienende Zentralkörper im Raum fest und ist Bestandteil des Herdes 8, und das dem Herdabschluss dienende keramische Gegenstück hat die Form eines hohlkegelförmigen Ringkörpers mit Aussenkegel 47 oder Innenkegel 50, ist drehbar und vertikal verschiebbar und weist keine Kanäle auf.
  • Vorzugsweise ist der hochfeuerfeste keramische Herdkörper 8 mit Hohlräumen zur Führung des gasförmigen Vergasungsmittels ausgerüstet, welche mindestens einen schraubenlinienförmigen Kanal 25 auf einer virtuellen Doppelkegelfläche oder Zylinderfläche darstellen, dessen Querschnitt derart bemessen ist, dass die Geschwindigkeit des durchströmenden Mediums mindestens 5 m/s beträgt. In analogem Sinne ist der unter anderem der Führung des gasförmigen Vergasungsmittels dienende Zentralkörper zu diesem Zweck in vorteilhafter Weise mit Hohlräumen in Form von mindestens einer kegeligen Schraubenlinie 23 oder mindestens einer auf einer virtuellen Kegelmantelfläche aufgewickelten Wellenlinie 35 versehen und besteht zwecks guter Wärmeleitung aus einem keramischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und ist an seiner unteren Stirnfläche zur Herabsetzung von Wärmeverlusten mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 30 verkleidet. In vorteilhafter Weise ist der Herdkörper 8 konstruktiv derart voluminös gestaltet, dass er eine hohe Wärmekapazität besitzt und aus einem Werkstoff hoher spezifischer Wärme wie hochkohlenstoffhaltige Stampfmasse besteht, in die eine aus Ringen und radialen Speichen bestehende Armierung aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Siliziumkarbid) zum Zwecke besserer radialer Wärmeleitung vom Glutbett der Beschickung in den Herdkörper 8 und umgekehrt eingebettet ist.
  • Die Vorrichtung ist ganz allgemein in vorteilhafter Weise derart konstruktiv gestaltet, dass die Mantelpartie 4 des Reaktorschachts 3 mit einer die Aussenhaut bildenden wärmedämmenden Isolierschicht 28 ausgerüstet ist und dass sich zwischen dem Aussenmantel 4 und der eigentlichen Reaktorwand 3 ein aus schraubenlinienförmigen Elementen bestehender Gegenstromwärmeaustauscher zur Wärmeübertragung vom erzeugten gasförmigen Brennstoff auf das gasförmige Vergasungsmittel befindet, dergestalt, dass entweder in einer Schicht angeordnete, ineinandergeschachtelte, abwechslungsweise vom einen und anderen gasförmigen Medium in entgegengesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s durchströmte schraubenlinienförmige Kanäle 21; 22 vorhanden sind oder dass in zwei Schichten angeordnete entsprechende schraubenlinienförmige Kanäle 21; 22 vorhanden sind, wobei diejenigen für das gasförmige Vergasungsmittel aussen, diejenigen für den erzeugten gasförmigen Brennstoff innen liegen und durch einen wärmeleitenden Zwischenmantel 33 getrennt sind.
    • Vorteile der Erfindung:
    • Das Verfahren ermöglicht die Erreichung höchstmöglicher Energieumwandlungs-Wirkungsgrade dank optimaler Wärmerückgewinnung.
    • Das Verfahren gestattet die grösstmögliche Breite der Prozessführung, angefangen von der Tieftemperatur-Entgasung bis zur Höchsttemperatur-Vergasung inklusive aller Kombinationsmöglichkeiten sowohl simultan kontinuierlich wie nacheinander intermittierend.
    • Das Verfahren liefert einen gasförmigen Sekundärbrennstoff hoher Reinheit und macht die Installation zusätzlicher Einrichtungen wie Gasreiniger und Katalysatoren überflüssig.
    • Die Vorrichtung ist universell verwendbar und für die Verarbeitung und Umwandlung der verschiedensten Primärbrennstoffe und Abfallstoffe von der Steinkohle über das Holz bis zum Müll und Klärschlamm gleicherweise einsetzbar.
    • Die Vorrichtung in ihrer vollständigen Ausführung lässt sich wahlweise für die Erzeugung eines Schwachgases oder eines Starkgases betreiben und gestattet die kurzfristige Umstellung der einen auf die andere Betriebsart ohne Umbau und Zusatzeinrichtungen.
    • Die Vorrichtung ist in ihrem Aufbau einfach und stellt keine hohen Ansprüche an ihre Wartung.
    • Die Vorrichtung lässt sich nach dem Baukastenprinzip von der einfachsten, primitivsten Grundform bis zur höchstentwickelten Ausführung für Spezialzwecke in wirtschaftlicher Weise fabrizieren und zusammenstellen.
    • Die Vorrichtung lässt sich für einen weiten chemo-thermischen Leistungsbereich des Gases von 500 kW bis 20000 kW ausführen.
    Bezeichnungsliste
    • 1
    Aufgabe der Beschickung (fester stückiger Brennstoff)
    2
    Einleitung des gasförmigen Vergasungsmittels (Luft)
    3
    Schachtartiger Reaktor (zylindrische Wand)
    4
    Aussenmantel des schachtartigen Reaktors
    5
    Ableitung des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs
    6
    Schraubenlinienförmige Führung des Vergasungsmittels in Mantelpartie
    7
    Schraubenlinienförmige Führung des gasförmigen Brennstoffs in Mantelpartie (Gegenstrom)
    8
    Herd (feuerfester keramischer Herdkörper)
    9
    Schraubenlinienförmige Führung des Vergasungsmittels im Herdkörper
    10
    Vollkegel als Gegenstück, Herdabschluss und Rost von unten in Beschickungssäule hineinragend (drehbar, verschiebbar)
    11
    Vertikal nach oben gerichtete Zuführung des Vergasungsmittels im Vollkegel
    12
    Schraubenlinienförmige Führung des Vergasungsmittels im Vollkegel
    13
    Vertikaler Ausstoss des Vergasungsmittels aus Vollkegel (Injektion in Beschickung)
    14
    In Beschickung erzeugter, vertikal nach unten strömender gasförmiger Brennstoff
    15
    Ringförmiger, den Rost bildender Durchlass zwischen Herd und Gegenstück
    16
    Austrag fester und flüssiger Reaktionsprodukte (Asche, Schlacke, Destillationsrückstand)
    17
    Feuerfeste Auskleidung des Reaktorschachts
    18
    Doppelkegelförmiges konkaves Innenprofil mit Verengung des Herdes
    19
    Vertikales, den Vollkegel tragendes Zuführungsrohr für Vergasungsmittel
    20
    Drehbare, vertikal verschiebbare Welle als Träger und Führung des Vollkegels
    21
    Schraubenlinienförmiger Kanal (Wendel) für Vergasungsmittel in Mantelpartie
    22
    Schraubenlinienförmiger Kanal (Wendel) für gasförmigen Brennstoff in Mantelpartie
    23
    Kegelig-schraubenlinienförmiger Kanal (Wendel) für Vergasungsmittel im Vollkegel
    24
    Austrittsöffnung für Vergasungsmittel im Vollkegel
    25
    Kegelig-schraubenlinienförmiger Kanal (Wendel) für Vergasungsmittel im Herdkörper
    26
    Umlenkung des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs unterhalb Herd/Rost-Partie
    27
    Hohlzylindrischer Raum zwischen Herd und Aussenmantel zur vertikalen Führung des gasförmigen Brennstoffs
    28
    Wärmedämmende Isolierschicht des Aussenmantels
    29
    Wärmedämmende Isolierschicht des Herdkörpers
    30
    Wärmedämmende Isolierschicht der unteren Stirnfläche des Vollkegels
    31
    Behälter für feste und flüssige Reaktionsprodukte (Asche, Schlacke, Destillationsrückstand)
    32
    Aeussere Begrenzung der schraubenlinienförmigen Kanäle (=Innenseite des Aussenmantels)
    33
    Wärmeleitender Zwischenmantel
    34
    Eintrittsöffnung für Vergasungsmittel im Vollkegel
    35
    Kegelig-wellenlinienförmiger Kanal für Vergasungsmittel im Vollkegel
    36
    Umlaufgasentnahme aus unterer Partie der Beschickungssäule
    37
    Umlaufgasrückgabe in obere Partie der Beschickungssäule
    38
    Rohrleitung für Umlaufgas
    39
    Heissgasgebläse für Umlaufgas
    40
    Wärmedämmende Verkleidung
    41
    Gegenstrom-Wärmeaustauscher für Umlaufgas
    42
    Umlaufgas
    43
    Heizgas (Brennergas, Hochtemperatur-Abgas)
    44
    Wärmeleitende Zwischenwand des Wärmeaustauschers
    45
    Wärmestrom Q̇
    46
    Austrittsöffnung für Vergasungsmittel im zentralen kegeligen Teil des Herdkörpers
    47
    Hohlkegelförmiger Ringkörper (Aussenkegel) als Gegenstück, Herdabschluss und Rost (drehbar, verschiebbar)
    48
    Parabolisch/kegeliges konvexes Innenprofil des zentralen Teils des Herdes mit peripherer Verengung
    49
    Austrittsöffnung für Vergasungsmittel im zentralen Teil des Herdkörpers
    50
    Hohlkegelförmiger Ringkörper (Innenkegel) als Gegenstück, Herdabschluss und Rost (drehbar, verschiebbar)
    51
    Gasdichte Beschickungsschleusen (Schieber)

Claims (12)

  1. Verfahren zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Ueberführung eines festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs in einen gasförmigen Brennstoff durch Vorsortierung, Aufbereitung, mindestens teilweise Entgasung und/oder mindestens teilweise Vergasung in einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor (3), wobei das Ausgangsmaterial in Form einer nach abwärts rutschenden Beschickungssäule (1) sukzessive eine Vorwärmungs- und Trocknungs-, eine Entgasungs-, eine Oxydations- und eine Reduktionszone durchläuft, das vorgewärmte gasförmige Vergasungsmittel zentral (13) in die untere Partie des Inneren der Beschickungssäule injiziert wird und die durch Entgasung und Vergasung erzeugten, schliesslich den gewünschten gasförmigen Brennstoff (14) bildenden gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte im Gleichstrom zur Beschickungssäule vertikal absteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Aussenseite der Reaktorwand streichend vertikal im Gegenstrom zur Beschickungssäule nach oben geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Vergasungsmittel (2) mit hoher Geschwindigkeit zunächst in einer schraubenlinienförmigen, nach abwärts gerichteten Bewegung (6) im Gegenstrom zu einer entsprechenden aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung (7) des erzeugten gasförmigen Brennstoffs innerhalb der Mantelpartie (4) des schachtartigen Reaktors (3) geführt und erwärmt wird, in ebenfalls schraubenlinienförmiger Bewegung (9) durch das Innere eines Herdkörpers (8) mit hoher Wärmekapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umgelenkt und nach Durchlaufen einer künstlich verlängerten Strecke (12) unter gleichzeitiger Weitererwärmung im Innern eines von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hineinragenden Zentralkörpers (10) in letztere injiziert wird, und dass der die Beschickungssäule verlassende erzeugte gasförmige Brennstoff (14) durch einen ringförmigen Durchlass (15) nach unten ausgestossen, umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit im Gegenstrom (7) zum Vergasungsmittel (6) geführt und gekühlt wird, und dass die hohe Wärmekapazität des Herdkörpers (8) zur Ueberbrückung von Betriebsunterbrüchen und zur Durchführung von ein bestimmtes Temperaturprogramm erheischenden, dem kontinuierlichen Verfahren überlagerten intermittierenden Prozessen herangezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial im wesentlichen Steinkohle, Braunkohle oder Holz verwendet wird und dass der Prozess dergestalt geführt wird, dass die Entgasung überwiegt und die Vergasung zurücktritt und dass bei wahlweise einstellbaren Maximaltemperaturen von 500 bis 1100oC neben dem hochwertigen gasförmigen Brennstoff (5) von hohem Heizwert als weiteres Erzeugnis ein hochkohlenstoffhaltiger Destillationsrückstand (16) in Form von Koks, Halbkoks oder Holzkohle hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial irgend ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff oder Abfallstoff verwendet wird und dass der Prozess dergestalt geführt wird, dass die Vergasung überwiegt und dass bei der Durchführung der letzteren eine maximale Temperatur in der Beschickungssäule von mindestens 1200oC eingestellt wird, dergestalt, dass alle kondensierbaren höheren Kohlenstoffverbindungen wie Teere, Phenole, Essigsäure, Alkohole thermisch zersetzt, pyrolytisch gespalten und in brennbare stabile Gase wie C0, H₂, CH₄ und Ballaststoffe umgewandelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und überwiegend ein Abfallstoff, der Cl-, F-, Zn-, Cd- und/oder Hg-haltig sein kann, ferner Müll, Kehricht, Klärschlamm in stückiger und/oder brikettisierter oder pelletisierter Form oder in irgend einer anderen kompaktierten Form mit oder ohne Bindemittel verwendet wird und dass die Vergasung bei einer maximalen Temperatur in der Beschickungssäule von mindestens 1500oC oder mindestens oberhalb der Verdampfungstemperatur der besagten giftigen Schwermetalle unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt und die Schwermetalldämpfe in einer Vorlage kondensiert und abgezweigt oder durch Zuschlag in der Beschickung chemisch gebunden und in die Schlacke oder Asche abgeführt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des erzeugten gasförmigen Brennstoffs aus der unteren Partie der Beschickungssäule abgezweigt (36),gegebenenfalls unter Zuführung von Wärme (45) zusätzlich aufgeheizt und als Umlaufgas (42) in die obere Partie der Beschickungssäule zwecks Wärmeübertragung injiziert (37) wird und dass wahlweise zum Ausgleich der Wärmebilanz kontinuierlich oder intermittierend H₂0-Dampf in die heisseste Zone des Glutbettes der Beschickungssäule injiziert wird, dergestalt, dass der Heizwert des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs im Extremfall bis zu Werten eines Starkgases gesteigert wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der mindestens teilweisen Entgasung und/oder mindestens teilweisen Vergasung eines vorsortierten, aufbereiteten festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffs nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung aus einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor (3) mit gasdichter Beschickungseinrichtung (51) und gasdichter Ascheaustrag- oder Schlackenaustrag-Einrichtung, ferner aus einer Einleitung (2) des gasförmigen Vergasungsmittels und einer Ableitung (5) des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs sowie aus Wärmeaustauschern besteht, dergestalt, dass ein mindestens teilweise mit einer hochfeuerfesten Auskleidung (17) versehener Reaktorschacht (3) und ein eine nach unten zunehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester keramischer Herd (8), dessen Unterseite mit einem als Rost mit veränderbarem Durchlassquerschnitt (15) wirkenden, vertikal verschiebbaren, drehbaren keramischen Gegenstück abschliessbar ist, ferner ein dreifacher zylindrischer Mantel (4) sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Aufhängung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zufuhr des gasförmigen Vergasungsmittels zwischen dessen Einleitung (2) und dessen Ausstoss (13) in die Beschickungssäule eine Reihe von nach steigender Temperatur hintereinander geschalteter örtlich in fallender Richtung angeordneter im wesentlichen aus zylindrischen oder kegeligen Grundformen bestehender Wärmeaustauscher vorgesehen ist, und dass ein keramischer Zentralkörper zur Führung und Injektion des gasförmigen Vergasungsmittels von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hinein vorgesehen ist, der vergleichsweise tief in letztere hineinragt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Herd (8) eine radial nach innen gerichtete Verengung mit doppelkegelförmigem Innenprofil aufweist, dergestalt, dass die Beschickungssäule im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Vollkreises mit abnehmendem Durchmesser ausfüllt, und dass der keramische Zentralkörper gleichzeitig das drehbare und vertikal verschiebbare Gegenstück in Form eines Vollkegels (10) mit mindestens einem Zuführungskanal für das gasförmige Vergasungsmittel darstellt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Herd (8) eine radial nach aussen gerichtete Verengerung mit kegel- oder paraboloidförmigem Innenkörper aufweist, dergestalt, dass die Beschickungssäule im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Kreisrings mit zunehmendem Innendurchmesser ausfüllt, und dass der der Führung des gasförmigen Vergasungsmittels dienende Zentralkörper im Raum fest steht und Bestandteil des Herdes (8) ist, und dass ferner das den Herdabschluss dienende keramische Gegenstück die Form eines hohlkegelförmigen Ringkörpers mit Aussenkegel (47) oder Innenkegel (50) hat, drehbar und vertikal verschiebbar ist und keine Kanäle aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hoch-feuerfeste keramische Herdkörper (8) mit Hohlräumen zur Führung des gasförmigen Vergasungsmittels ausgerüstet ist, welche mindestens einen schraubenlinienförmigen Kanal (25) auf einer virtuellen Doppelkegelfläche oder Zylinderfläche darstellen, dessen Querschnitt derart bemessen ist, dass die Geschwindigkeit des durchströmenden Mediums mindestens 5 m/s beträgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der unter anderem der Führung des gasförmigen Vergasungsmittels dienende Zentralkörper zu diesem Zweck mit Hohlräumen in Form von mindestens einer kegeligen Schraubenlinie (23) oder mindestens einer auf einer virtuellen Kegelmantelfläche aufgewickelten Wellenlinie (35) versehen ist und dass er zwecks guter Wärmeleitung aus einem keramischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und an seiner unteren Stirnfläche zur Herabsetzung von Wärmeverlusten mit einer wärmedämmenden Isolierschicht (30) verkleidet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Herdkörper (8) konstruktiv derart voluminös gestaltet ist, dass er eine hohe Wärmekapazität besitzt und dass er aus einem Werkstoff hoher spezifischer Wärme wie hochkohlenstoffhaltige Stampfmasse besteht, in die eine aus Ringen und radialen Speichen bestehende Armierung aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Siliziumkarbid) zum Zwecke besserer radialer Wärmeleitung vom Glutbett der Beschickung in den Herdkörper (8) und umgekehrt eingebettet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelpartie (4) des Reaktorschachts (3) mit einer die Aussenhaut bildenden wärmedämmenden Isolierschicht (28) ausgerüstet ist und dass sich zwischen dem Aussenmantel (4) und der eigentlichen Reaktorwand (3) ein aus schraubenlinienförmigen Elementen bestehender Gegenstromwärmeaustauscher zur Wärmeübertragung vom erzeugten gasförmigen Brennstoff auf das gasförmige Vergasungsmittel befindet, dergestalt, dass entweder in einer Schicht angeordnete, ineinandergeschachtelte, abwechslungsweise vom einen und anderen gasförmigen Medium in entgegengesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s durchströmte schraubenlinienförmige Kanäle (21; 22) vorhanden sind oder dass in zwei Schichten angeordnete entsprechende schraubenlinienförmige Kanäle (21; 22) vorhanden sind, wobei diejenigen für das gasförmige Vergasungsmittel aussen, diejenigen für den erzeugten gasförmigen Brennstoff innen liegen und durch einen wärmeleitenden Zwischenmantel (33) getrennt sind.
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