WO2010046222A2 - Verfahren und vorrichtung zum thermochemischen vergasen fester brennstoffe - Google Patents

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    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/158—Screws

Definitions

  • the present invention relates to a one-step process for the thermochemical gasification of solid fuels according to the principle of an ascending DC gasification.
  • the fuel is supplied to a gasification chamber against the force of gravity and flows through in the same direction by a gasification medium and an emerging product gas.
  • a corresponding gasifier for the thermochemical gasification of solid fuels has a gasification chamber and a fuel supply, which supplies the fuel against gravity to the gasification chamber and a supply for a gasification medium in the gasification chamber.
  • the carburetor has a top side arranged on the gasification chamber outlet for a product gas.
  • thermochemical gasification has been known for a long time in the prior art, and in connection with regenerative power generation and waste and waste disposal, a great potential has been seen in gasification for quite some time. Nevertheless, no such method has been able to establish itself on the market in large numbers until now.
  • Descending DC gasifiers have been operated in large numbers in the form of the Imbert carburetor and similar equipment during World War II, and are being used in this or slightly modified form for most of the smaller carburetor installations since they provide a low-tar gas. They are characterized in that the fuel sinks by gravity down and the carburetor from the gasification agent and product gas is also flowed through in this direction. They require coarse-grained fuel with a relatively narrow particle size distribution, otherwise the downstream reduction zone will be "clogged" by fines and thus become insufficiently permeable to the product gas fuel gas contaminated with a high tar content is produced.
  • the object of the present invention is to provide a gasification process and a device which, with simple plant technology, enable the production of a low-tarry product gas.
  • a fuel is supplied to a gasification chamber contrary to gravity and flows through a gasification medium and a product gas formed in the same direction.
  • Suitable fuels are all carbonaceous solids such as biomass, sewage sludge, plastics and the like.
  • a gasification space is provided, a fuel supply, which supplies the fuel against gravity to the gasification space and a supply for a gasification medium.
  • an outlet for a product gas is furthermore arranged.
  • the fuel is fed to the gasification chamber continuously or at least quasi-continuously, that the gasification medium through the supplied fuel is fed through a layer forming oxidation tion zone and in this case the amount of the supplied gasification medium is adjusted by a control unit such that in a reduction zone above the oxidation zone, a stationary fluidized bed is formed.
  • the fuel supply is here preferably designed to be adjustable for continuous or quasi-continuous fuel supply.
  • the feed for the gasification medium is arranged below reaction zones which form in a layered manner in the gasification space in order to achieve a uniform flow through the pyrolysis, oxidation and reduction zone, which is formed substantially homogeneously.
  • the fuel in the gasification chamber is conveyed substantially homogeneously from bottom to top through the gasification space and flows through the gasification medium from below.
  • the fuel itself forms a distributor plate for producing a stationary fluidized bed.
  • the supplied amount of the gasification medium is in this case controllable by a control unit such that in the lower regions of the carburetor in the fuel supply and the pyrolysis zone is a fixed bed, in the overhead reduction zone, however, can form a fluidized bed.
  • This is made possible by the increase in volume of the gasification medium flowing through as a result of the strong rise in temperature in the oxidation zone and by the pyrolysis and combustion gases which form.
  • the fuel as a distributor plate or the corresponding supply of the gasification medium, a stable over a wide range of air volume fluidized bed can be generated.
  • a substantially improved implementation of the pyrolysis coke formed in the oxidation zone in gas and fly ash is possible. Due to the uniform ge flow through the pyrolysis, oxidation and reduction zone in this case a comparatively tarerarmes gas can be generated, with a very uniform quality of the gas can be achieved by the continuous fuel supply and the almost complete implementation of the pyrolysis coke.
  • the inventive method or the gasifier according to the invention thus operates on the basic principle of an ascending DC gasification, which is combined with an integrated fluidized bed.
  • the reduction zone above the oxidation zone is completely formed as a stationary fluidized bed.
  • the implementation of the fuel or the pyrolysis coke can be done in a favorable manner and in a short time.
  • the fuel in the gasification space is loosened contactless and mixed.
  • the loosening and mixing of the fuel is not actively mixing, but only passively, by continuously sufficient free-flowing, fresh fuel is supplied. Due to the uniform flow through the reaction zones and the introduction of the gasification medium from below through the fuel through the mixing and loosening is further supported.
  • the fuel is thereby kept constantly in motion, whereby a channel and bridging in the fuel can be avoided.
  • Devices for conveying and / or mixing the fuel are in this case arranged exclusively outside the gasification space, so that there are no components in the temperature-loaded zones of the gasification space.
  • the carburetor according to the invention can thereby trouble-free operated and is exposed to little wear.
  • the structural complexity of such a carburetor is low.
  • additional mixing devices can also be used.
  • the method is preferably carried out in such a way that the fuel in the oxidation zone is burned from top to bottom at a substantially constant speed. This can be achieved by a corresponding continuous supply of the gasification medium, so that forms a layered oxidation zone at a constant ratio of the supply of the gasification medium and the fuel.
  • a pellet-shaped fuel is used as fuel, preferably wood pellets are used.
  • wood pellets are used.
  • the homogeneity and flowability of pelletized fuels enables a relatively simple carburetor design using simple conveyor technology and thus leads to cost-effective overall systems.
  • the extra cost over non-pelleted fuels is more than offset.
  • chips of small grain size are equally conceivable and suitable.
  • the gasification medium is supplied together with the fuel and flows successively through a pyrolysis zone, the oxidation zone and the reduction zone.
  • the feed for the gasification medium is preferably formed together with the fuel supply.
  • the gasifier is operable with different power.
  • the fuel is conveyed through the gasification space with the speed decreasing towards the top.
  • the gasification chamber has an upwardly widening cross-section. This ensures that the fuel is passed through the carburetor with the speed decreasing at the top. As a result, adaptation to the processes taking place at different speeds in the individual reaction zones is possible in a favorable manner.
  • the position of the oxidation zone in the gasification chamber always adjusts itself at the point where the combustion rate and the feed rate coincide.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that an ash discharge device is formed only by the outlet for the product gas and the exiting product gas.
  • the resulting ash is discharged in this case completely by the exiting product gas. Due to the upper burnup and the almost complete material conversion, no further discharge devices for the ash are required.
  • the gasification chamber is surrounded by an insulation, preferably of ceramic fibers. give.
  • the thermal load of the carburetor outer wall can be reduced thereby.
  • the gasification medium and / or the fuel are preheated.
  • Part of the required process heat can thus be introduced into the process from the outside.
  • the required process heat can also be completely autothermal by means of substoichiometric combustion of a part of the fuel.
  • a feed for superheated steam and / or air is arranged in the region of the reduction zone.
  • the reduction of the oxidation products can thereby be favorably influenced and the gas composition adapted to the requirements.
  • At least one temperature sensor is arranged in the gasification space, which monitors the fill level of the gasification space.
  • a plurality of sensors are arranged in the gasification space, which detect the position of the forming reaction zones, in particular the oxidation zone. Since in the method according to the invention or in the device according to the invention, the individual reaction zones develop very homogeneously and in layers, they have clear temperature differences. The position of the reaction zones and the filling level in the gasification space can thereby be detected simply, cost-effectively and without the arrangement of moving parts by means of temperature sensors.
  • a wall of the gasification chamber is made of a conventional steel. Due to the uniform flow through the reaction zones and the high material conversion in the fluidized bed can be generated in the apparatus according to the invention a tarerarmes product gas at relatively low temperatures of about 850 ° C maximum. In the area of high temperatures, a redu- decorating atmosphere. The structural complexity of the carburetor can thus be kept low by using a conventional steel. Special refractory lining, high temperature resistant steels or ceramics are not required.
  • the ash discharged with the product gas is separated from the product gas by means of a separation device. This can be accomplished by simple means, such as a cyclone separator.
  • Figure 1 shows an embodiment of a carburetor according to the invention in a schematic vertical section and a schematic representation of the method according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the method according to the invention, wherein the reduction zone is in the form of a fluidized bed.
  • the carburetor 1 has a fuel supply 2 in the carburetor bottom with a delivery unit 5 for the fuel.
  • a gasification chamber 3 is arranged, which has a variable cross-section in the example shown.
  • the gasification chamber 3 is frusto-conical and separated from the outer Vergaserwandung by an insulation 4.
  • a gas collecting chamber 12 is formed, in which the resulting gases 14 are collected and withdrawn through the outlet 7 arranged on the top side of the gasification chamber 3. Furthermore, the carburetor 1 has a feed 6 for a Verga- sungsmedium 16, which is in operative connection with a control unit 15.
  • the control unit 15 controls the amount of the gasification medium 16 supplied in such a way that a fluidized bed 17 is automatically formed without mechanical distributor bottoms in the gasification space and without additional fluidizing means.
  • FIG. 1 shows a carburetor 1, in which the feed 6 for the gasification medium 16 is formed together with the feed 2 for the fuel 8.
  • the fuel 8 flows through from below from the gasification medium 16, so that the mixing of the fuel 8 is supported and a uniform distribution of the gasification medium 16 over the entire cross section is ensured.
  • the supply of the gasification medium 16 can also, as shown in FIG. 2, take place laterally below the pyrolysis zone 9 through an annular nozzle. Again, however, there is the supply of the gasification medium 16 through the fuel 8 therethrough, to thereby achieve a thorough mixing of the fuel 8 and uniform distribution of the gasification medium 16. Additional mechanical mixing devices are therefore not required. In addition, it can be prevented that fines from the overhead reaction zones 9, 10, 1 1 get back into the fuel 8.
  • the fuel 8 against the force of gravity continuously or quasi-continuously, that is, the same amount of fuel per unit time, pressed by the fuel supply 2 into the gasification chamber 3 and funded by the carburetor.
  • the fuel 8 in this case flows through the gasification medium 16 and product gas 14 in the same direction. It is therefore in this respect an ascending DC gasification.
  • a gasification medium 16 is advantageously used preheated air.
  • the process can also be completely autothermic.
  • the combustion of the fuel 8 takes place from top to bottom, with a layer-shaped oxidation zone 10 is formed at a suitable constant ratio of air supply to fuel.
  • temperatures of about 800 ° C is formed below the same also a layered pyrolysis zone 9, in which decomposes the fuel 8 at temperatures around 500 ° C in pyrolysis and gaseous compounds.
  • the gas-air mixture formed in the pyrolysis zone 9 by the air 16 flowing through the fuel 8 from below through the fuel 8 maintains the energy production in the oxidation zone 10, where a part of these gases and the pyrolysis coke burns.
  • the remaining pyrolysis coke formed in the pyrolysis zone 9 gradually migrates upwards through the oxidation zone 10 and forms a reduction zone 11 over it.
  • the illustration of FIG. 2 shows a process in which the reduction zone 11 is formed essentially completely in the form of a fluidized bed 17.
  • FIG. 1 a method according to FIG. 1 is also possible, wherein the reduction zone 11 above the oxidation zone 10 is initially formed in a layered form. In the upper region of the gasification space, however, the reduction zone 11 is present as a fluidized bed 17. In each case, the gasification is carried out according to the principle of an ascending DC gasification, which, however, according to the invention is combined with an integrated fluidized bed 17 in the reduction zone 11.
  • the pyrolysis coke is flowed through, inter alia, by CO 2 and H 2 O from the pyrolysis zone 9 and the oxidation zone 10, these being reduced endothermically to the combustible gases CO and H 2 , as a result of which the pyrolysis coke is gasified.
  • the resulting gas pressure causes the pyrolysis coke to be raised and thereby loosened. It forms according to the invention by the appropriate adjustment of the supplied amount of the gasification medium 16 and the flow of the fuel 8 from below an equilibrium between the gas pressure and the weight of the pyrolysis coke up to the fluidized bed.
  • the fuel 8 forms a distributor plate for fluidized bed production through its continuous delivery with appropriate control of the supply of the gasification medium 16.
  • the fluidized bed 17 can be produced without further fluidizing agent. This makes it possible to almost completely convert the pyrolysis coke formed in the oxidation zone 10 to gas and fly ash and thus to achieve a high degree of efficiency of the overall process. It has been shown that the fluidized bed 17 is stable in the carburetor 1 according to the invention over a relatively wide range of air volumes and thus the regulation of the amount of air through the control unit 15 to the necessary for the thermochemical gasification air rates is easily possible.
  • the resulting ash is preferably discharged as fly ash without additional discharge devices with the process gas 14 and then separated from the product gas 14 by simple means, for example by a cyclone separator. Due to the upper burnup in the inventive method and the leadership of the gasification medium 16th As well as the product gas 14 through the carburetor 1 and the good implementation of the fuel 8, the product gas 14 with the outlet 7 as discharge devices for the ashes is completely sufficient. If, however, excess pyrolysis coke is produced or intentionally generated, this can likewise be taken off together with the resulting dusty ash with the product gas 14.
  • the uniform flow through the very homogeneously forming pyrolysis, oxidation and reduction zones 9, 10, 1 1 leads to the production of a tarry gas of very uniform quality at comparatively low temperatures of about 850 ° C. in the oxidation zone 10 it is possible to carry out a carburettor 1 according to the invention without the use of special high-temperature-resistant steels or ceramics. Even conventional structural steel can be used, since no significant oxidation takes place due to the reducing atmosphere of the substoichiometric combustion. The avoidance of the usual in the prior art ceramic components also leads due to low heat capacity advantageously short heating and cooling times when starting and stopping inventive carburetor. 1
  • a preferred embodiment of a carburettor 1 according to the invention has, as shown in the example, an upwardly widening cross-section of the gasification space 3. This allows operation with different performance, because it causes the fuel 8 to move upwards through the gasifier 1 with decreasing speed.
  • the firing to be carried out in the oxidation zone 10 at a substantially constant speed now leads to a self-regulating setting of a stable operating point at which the oxidation zone 10 remains at the point where the rate of burnup and feed rate of the fuel 8 coincide.
  • the continuous or quasi-continuous supply of new fuel 8 in particular in connection with the changing cross-section of the gasification chamber 3, ensures a constant movement and thorough mixing of the material and thus prevents the formation of channels and bridges in the oxidation and reduction zone 10, 11 without any further mechanical devices.
  • a plurality of superposed temperature sensors 13 is further arranged, which cooperate with the control unit 15 and the level of the gasification chamber 3 and the position of the reaction zones (9, 10, 1 1) detect by measurement.
  • the boundaries between the fuel 8 and the pyrolysis and oxidation zone (9, 10) and between the reduction zone (1 1) and the gas collecting space above (12) are due to the very homogeneous formation in the inventive method and the carburetor 1 according to the invention characterized by significant temperature differences.
  • the control technology important position of the reaction zones 9, 10, 1 1, in particular the oxidation zone 10, and the filling level can thus be detected in a simple manner cost and without moving parts.
  • an inventive carburetor 1 manages without moving parts in the hot area and has no mechanically loaded hot parts, which often constitute a source of interference in the prior art.
  • the carburetor 1 according to the invention finds by self-regulating properties with low mechanical and / or electronic control effort a stable operating point and thus provides a durable tarerarmes product gas with only slightly fluctuating quality. Channel and bridge formation as well as tar slippage can be avoided.
  • the gasifier 1 according to the invention is therefore particularly suitable for small and medium-sized systems up to about 1 MW electrically, since no complex gas aftertreatment is required. It is also possible to directly produce a motorable product gas. Furthermore is by means of the device according to the invention with appropriate process control and the production of charcoal possible.
  • the fuel 8 used need not be coarse and may contain high amounts of fines, since a tendency to clog is avoided by the inventive device and process control. Thus, fuels 8 which are available in sufficient quantity on the market can be used.
  • the carburetor 1 according to the invention can also be manufactured and operated cost-effectively.

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Abstract

Bei einem einstufigen Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe (8) nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung wird ein Brennstoff (8) entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum (3) zugeführt, ein Vergasungsmedium (16) dem Brennstoff im Gleichstrom zugemischt und ein entstehendes Produktgas (14) im Gleichstrom abgeführt. Der Brennstoff (8) wird dem Vergasungsraum (3) kontinuierlich zugeführt und das Vergasungsmedium (16) wird durch den zugeführten Brennstoff (8) hindurch von unten einer sich schichtförmig ausbildenden Oxidationszone (10) zugeführt. Die Menge des zugeführten Vergasungsmediums (16) wird hierbei durch eine Regeleinheit (15) derart eingestellt, dass in einer Reduktionszone (11) oberhalb der Oxidationszone (10) eine stationäre Wirbelschicht (17) ausgebildet wird. Bei einem entsprechenden Vergaser (1) ist die Brennstoffzuführung (2) zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Brennstoffzufuhr ausgebildet und die Zuführung (6) für das Vergasungsmedium (16) ist unterhalb von sich im Vergasungsraum (3) schichtförmig ausbildenden Reaktionszonen (9, 10, 1 1 ) angeordnet. Der Brennstoff (8) bildet hierbei einen Anströmboden für das Vergasungsmedium (16), um eine Wirbelschicht (17) zu erzielen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein einstufiges Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung. Der Brennstoff wird bei diesem Verfahren entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum zugeführt und von einem Vergasungsmedium und einem entstehenden Produktgas in gleicher Richtung durchströmt. Ein entsprechender Vergaser zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe weist einen Vergasungsraum und eine Brennstoffzuführung auf, welche den Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zuführt sowie eine Zuführung für ein Vergasungsmedium in den Vergasungsraum. Weiterhin weist der Vergaser einen oberseitig an dem Vergasungsraum angeordneten Auslass für ein Produktgas auf.
Verfahren der thermochemischen Vergasung sind im Stand der Technik seit langem bekannt, wobei in Zusammenhang mit der regenerativen Energieerzeugung sowie der Abfall- und Reststoffentsorgung seit längerem ein großes Potential in der Vergasung gesehen wird. Dennoch konnte sich bis jetzt kein derartiges Verfahren in größeren Stückzahlen am Markt etablieren.
Wirbelschichtvergaser nach dem Stand der Technik bedingen eine relativ komplexe Anlagentechnik und der Teergehalt der produzierten Gase macht für die meisten Anwendungen eine weitere, aufwändige Gasreinigung nötig. Sie werden daher üblicherweise nur für Anlagengrößen größer 1 MW elektrisch eingesetzt.
Festbettvergaser werden gewöhnlich in Gegenstrom- und Gleichstromvergaser unterteilt, Kreuzstromvergaser und Doppelfeuervergaser stellen die häufigsten Misch- und Sonderformen dar, kämpfen aber im Wesentlichen mit den gleichen Problemen wie die beiden Grundformen. Die Gegenstromver- gaser haben zwar einen sehr guten Wirkungsgrad, sind aber wegen der extremen Teerbeladung des Produktgases für kleine und mittlere Anlagen völlig ungeeignet.
Absteigende Gleichstromvergaser sind in Form des Imbertvergasers und ähnlicher Geräte während des 2. Weltkrieges in großen Stückzahlen betrieben worden und werden in dieser oder leicht abgewandelter Form für die meisten kleineren Vergaseranlagen eingesetzt, da sie ein teerarmes Gas liefern. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff durch die Schwerkraft nach unten sinkt und der Vergaser vom Vergasungsmittel und Produktgas ebenfalls in dieser Richtung durchströmt wird. Sie erfordern grobstückigen Brennstoff mit relativ enger Korngrößenverteilung, da sonst die untenliegende Reduktionszone durch Feinanteile „verstopft" und damit für das Produktgas nicht mehr durchlässig genug ist. Zudem kann es zu einer Bildung von Brücken und Gaskanälen in Oxidations- und Reduktionszonen kommen, so dass ein mit einem hohen Teergehalt belastetes Brenngas erzeugt wird.
Zur Behebung dieser Probleme verwenden zahlreiche Erfindungen Rührwerke oder Vibratoren, wie z.B. DE 197 55 700 C2, wo mittels eines Rührwerkes die Kanalbildung verhindert werden soll. Die EP 0 955 350 B1 schlägt hingegen vor, mittels einer Drallbildung mit Hilfe der zugeführten Luft das Durchleiten ungecrackten Teers aus dem Pyrolysegas zu verhindern. Unterhalb der Oxidationszone wird hierbei ein Diaphragma eingesetzt, an welchem sich feste Partikel ansammeln sollen.
Weiterhin sind aufsteigende Gleichstromvergaser bekannt, bei welchen der Brennstoff von unten zugeführt wird. Auch hier kann es zu einer Kanal- und Brückenbildung und zu Problemen durch die Teerbeladung des Produktgases kommen. Die DE 44 17 082 C1 beschreibt einen aufsteigenden Gleichstromvergaser mit einem luftgekühlten Rührwerk zur Vermeidung von Kanal- und Brückenbildung. Das Rührwerk trägt mittels eines Drehflügels gleichzeitig die Asche durch eine seitliche Öffnung aus dem Reaktionsbehälter aus. Weiterhin ist eine Nachverbrennungskammer mit Sekundärluftzuführung oberhalb der Pyrolysezone vorgesehen, um die teerbeladenen Pyrolysegase zu cracken und staubförmigen Pyrolysekoks abzuscheiden.
Bauteile im Bereich der Oxidationszone sind hohen thermischen Belastungen sowie einem starken Verschleiß ausgesetzt. Zudem sind Einbauten bei Temperaturen deutlich über 1.0000C teuer und besitzen eine geringe Lebenserwartung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vergasungsverfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche bei einfacher Anlagentechnik die Erzeugung eines teerarmen Produktgases ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Bei einem einstufigen Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung wird ein Brennstoff entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum zugeführt und von einem Vergasungsmedium und einem entstehenden Produktgas in gleicher Richtung durchströmt. Als Brennstoffe kommen hierbei sämtliche kohlenstoffhaltige Feststoffe wie Biomasse, Klärschlamm, Kunststoffe und dgl. in Frage. Bei einem einstufigen Vergaser ist ein Vergasungsraum vorgesehen, eine Brennstoffzuführung, welche den Brennstoff entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum zuführt sowie eine Zuführung für ein Vergasungsmedium. Oberseitig an dem Vergasungsraum ist weiterhin ein Aus- lass für ein Produktgas angeordnet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Brennstoff dem Vergasungsraum kontinuierlich oder zumindest quasikontinuierlich zugeführt wird, dass das Vergasungsmedium durch den zugeführten Brennstoff hindurch einer sich schichtförmig ausbildenden Oxi- dationszone zugeführt wird und hierbei die Menge des zugeführten Vergasungsmediums durch eine Regeleinheit derart eingestellt wird, dass in einer Reduktionszone oberhalb der Oxidationszone eine stationäre Wirbelschicht ausgebildet wird.
Die Brennstoffzuführung ist hierbei vorzugsweise regelbar zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Brennstoffzufuhr ausgebildet. Die Zuführung für das Vergasungsmedium ist unterhalb von sich im Vergasungsraum schichtförmig ausbildenden Reaktionszonen angeordnet, um eine gleichmäßige Durchströmung der sich im Wesentlichen homogen ausbildenden Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone zu erzielen. Durch die kontinuierliche Zuführung des Brennstoffes wird der Brennstoff in dem Vergasungsraum weitgehend homogen von unten nach oben durch den Vergasungsraum gefördert und durch das Vergasungsmedium von unten angeströmt. Der Brennstoff selbst bildet hierdurch einen Anströmboden zur Erzeugung einer stationären Wirbelschicht. Die zugeführte Menge des Vergasungsmediums ist hierbei durch eine Regeleinheit derart regelbar, dass in den unteren Bereichen des Vergasers in der Brennstoffzuführung und der Pyrolysezone ein Festbett vorliegt, in der oben liegenden Reduktionszone sich jedoch eine Wirbelschicht ausbilden kann. Dies wird ermöglicht durch die Volumenvergrößerung des durchströmenden Vergasungsmediums in Folge des starken Temperaturanstiegs in der Oxidationszone und durch die sich bildenden Pyrolyse- und Verbrennungsgase. So ist es möglich, ohne Verwendung eines mechanischen Anströmbodens und ohne weitere Fluidisierungsmittel im gleichen Reaktorgefäß, ohne mechanische Trennung, gleichzeitig eine Pyrolyse im Festbett und eine Koksvergasung durch Reduktion im Fließbett durchzuführen. Durch die Verwendung des Brennstoffes als Anströmboden bzw. die entsprechende Zuführung des Vergasungsmediums kann eine über einen breiten Luftmengenbereich stabile Wirbelschicht erzeugt werden. Hierdurch ist eine wesentlich verbesserte Umsetzung des in der Oxidationszone gebildeten Pyrolysekokses in Gas und Flugasche möglich. Durch die gleichmäßi- ge Durchströmung der Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone kann hierbei ein vergleichsweise teerarmes Gas erzeugt werden, wobei durch die kontinuierliche Brennstoffzufuhr und die nahezu vollständige Umsetzung des Pyrolysekokses eine sehr gleichmäßige Qualität des Gases erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Vergaser arbeitet somit nach dem Grundprinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung, welches kombiniert ist mit einer integrierten Wirbelschicht.
Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Reduktionszone oberhalb der Oxidationszone vollständig als stationäre Wirbelschicht ausgebildet. Die Umsetzung des Brennstoffes bzw. des Pyrolysekokses kann hierdurch in günstiger Weise und in kurzer Zeit erfolgen.
Vorteilhafterweise wird der Brennstoff in dem Vergasungsraum berührungslos aufgelockert und durchmischt. Die Auflockerung und Durchmischung des Brennstoffes erfolgt nicht aktiv vermischend, sondern ausschließlich passiv, indem kontinuierlich hinreichend rieselfähiger, frischer Brennstoff zugeführt wird. Durch die gleichmäßige Durchströmung der Reaktionszonen und die Einleitung des Vergasungsmediums von unten durch den Brennstoff hindurch wird die Vermischung und Auflockerung weiter unterstützt.
Der Brennstoff wird hierdurch ständig in Bewegung gehalten, wodurch eine Kanal- und Brückenbildung im Brennstoff vermieden werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Vergasers gelingt es daher, ohne mechanische Teile im Vergasungsraum, welche stets hohen Belastungen ausgesetzt sind, ein teerarmes Gas gleichmäßiger Qualität bei einem hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Vorrichtungen zur Förderung und/oder Durchmischung des Brennstoffes sind hierbei ausschließlich außerhalb des Vergasungsraumes angeordnet, so dass in den temperaturbelasteten Zonen des Vergasungsraumes keine Bauteile liegen. Der erfindungsgemäße Vergaser kann hierdurch störungsarm betrieben werden und ist nur geringem Verschleiß ausgesetzt. Zudem ist der bauliche Aufwand eines derartigen Vergasers gering. Je nach Art des verwendeten Brennstoffes können jedoch auch zusätzliche Mischeinrichtungen verwendet werden.
Vorzugsweise wird das Verfahren hierbei derart geführt, dass der Brennstoff in der Oxidationszone mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit von oben nach unten verbrannt wird. Dies kann durch eine entsprechende kontinuierliche Zuführung des Vergasungsmediums erzielt werden, so dass sich bei einem gleichbleibenden Verhältnis der Zufuhr des Vergasungsmediums und des Brennstoffes eine schichtförmige Oxidationszone ausbildet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn als Brennstoff ein pelletförmiger Brennstoff verwendet wird, wobei vorzugsweise Holzpellets zum Einsatz kommen. Insbesondere mit Holzpellets steht ein genormter Brennstoff mit definierten Eigenschaften zur Verfügung, der in großer Menge am Markt verfügbar ist. Die Homogenität und Rieselfähigkeit pelletierter Brennstoffe ermöglicht eine relativ einfache Vergaserkonstruktion unter Verwendung einfacher Fördertechnik und führt so zu kostengünstigen Gesamtanlagen. Der Mehrpreis gegenüber nicht pelletierten Brennstoffen wird damit mehr als wett gemacht. Hackschnitzel kleiner Körnung sind jedoch ebenso denkbar und geeignet.
Vorzugsweise wird das Vergasungsmedium gemeinsam mit dem Brennstoff zugeführt und durchströmt nacheinander eine Pyrolysezone, die Oxidationszone und die Reduktionszone. Bei einer Vorrichtung zum Vergasen fester Brennstoffe ist die Zuführung für das Vergasungsmedium vorzugsweise gemeinsam mit der Brennstoffzuführung ausgebildet.
Eine Ausführung mit einer getrennten Zuführung für das Vergasungsmedium ist ebenso möglich. Vorzugsweise erfolgt jedoch auch hier die Zufuhr des Vergasungsmediums von ganz unten, da hierdurch die Durchmischung des Brennstoffs unterstützt wird. Weiterhin wird die Entstehung von Kanälen und das Zurückrieseln von Feinanteilen verhindert. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das Vergasungsmedium unterhalb der Pyrolysezone beispielsweise über eine Ringdüse seitlich zuzuführen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Vergaser mit unterschiedlicher Leistung betreibbar ist. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoff mit nach oben hin abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergasungsraum gefördert wird. Durch den Abbrand des Brennstoffes in der Oxidationszone mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit nach unten hin verschiebt sich hierbei lediglich die Lage der Oxidationszone innerhalb des Vergasungsraumes, wobei sich jedoch stets selbstregelnd ein stabiler Betriebspunkt einstellt.
Um den Vergaser mit unterschiedlicher Leistung betreiben zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Vergasungsraum einen sich nach oben erweiternden Querschnitt aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass der Brennstoff mit nach oben hin abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergaser geführt wird. Hierdurch ist in günstiger Weise eine Anpassung an die in den einzelnen Reaktionszonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufenden Prozesse möglich. Die Lage der Oxidationszone in dem Vergasungsraum stellt sich hierbei stets an der Stelle ein, wo Abbrandgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit übereinstimmen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Ascheaustragvorrichtung lediglich durch den Auslass für das Produktgas und das austretende Produktgas gebildet ist. Die entstehende Asche wird hierbei vollständig durch das austretende Produktgas ausgetragen. Durch den oberen Abbrand und die nahezu vollständige Stoffumsetzung sind keine weiteren Austragvorrichtungen für die Asche erforderlich.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Vergasungsraum von einer Isolierung vorzugsweise aus keramischen Fasern um- geben. Die thermische Belastung der Vergaseraußenwand kann hierdurch reduziert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Vergasungsmedium und/oder der Brennstoff vorgewärmt werden. Ein Teil der benötigten Prozesswärme kann hierdurch von außen in den Prozess eingebracht werden. Ebenso kann die benötigte Prozesswärme jedoch auch vollständig autotherm durch unterstö- chiometrische Verbrennung eines Teiles des Brennstoffes erfolgen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Reduktionszone eine Zuführung für überhitzten Wasserdampf und/oder Luft angeordnet ist. Die Reduktion der Oxidationsprodukte kann hierdurch günstig beeinflusst und die Gaszusammensetzung an die Erfordernisse angepasst werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn in dem Vergasungsraum wenigstens ein Temperatursensor angeordnet ist, welcher den Füllstand des Vergasungsraumes überwacht. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn in dem Vergasungsraum eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet ist, welche die Lage der sich ausbildenden Reaktionszonen, insbesondere der Oxidationszone, erfassen. Da sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einzelnen Reaktionszonen sehr homogen und schichtförmig ausbilden, weisen diese deutliche Temperaturdifferenzen auf. Die Lage der Reaktionszonen sowie der Füllstand in dem Vergasungsraum kann hierdurch einfach, kostengünstig und ohne die Anordnung bewegter Teile durch Tem- peratursensoren erfasst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Wand des Vergasungsraumes aus einem herkömmlichen Stahl ausgeführt ist. Durch die gleichmäßige Durchströmung der Reaktionszonen sowie den hohen Stoffumsatz in der Wirbelschicht kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein teerarmes Produktgas bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von maximal etwa 850 °C erzeugt werden. Dabei liegt im Bereich der hohen Temperaturen eine redu- zierende Atmosphäre vor. Der bauliche Aufwand des Vergasers kann somit durch Verwendung eines herkömmlichen Stahls gering gehalten werden. Besondere Feuerfestauskleidung, hochtemperaturbeständige Stähle oder Keramiken sind nicht erforderlich.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die mit dem Produktgas ausgetragene Asche mittels einer Abscheideeinrichtung aus dem Produktgas abgeschieden wird. Dies kann mit einfachen Mitteln, beispielsweise einem Zyklonabscheider, bewerkstelligt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vergasers in einem schematischen Vertikalschnitt sowie eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Reduktionszone in Form einer Wirbelschicht ausgebildet ist.
In beiden Figuren weist der Vergaser 1 eine Brennstoffzuführung 2 im Vergaserboden mit einer Fördereinheit 5 für den Brennstoff auf. Im Inneren des Vergasers 1 ist ein Vergasungsraum 3 angeordnet, welcher im gezeigten Beispiel einen veränderlichen Querschnitt aufweist. Vorliegend ist der Vergasungsraum 3 kegelstumpfförmig ausgeführt und von der äußeren Vergaserwandung durch eine Isolierung 4 getrennt.
Im oberen Bereich des Vergasungsraumes 3 ist ein Gassammeiraum 12 ausgebildet, in welchem die entstehenden Gase 14 gesammelt und durch den oberseitig an dem Vergasungsraum 3 angeordneten Auslass 7 abgezogen werden. Weiterhin weist der Vergaser 1 eine Zuführung 6 für ein Verga- sungsmedium 16 auf, welche mit einer Regeleinheit 15 in Wirkverbindung steht. Durch die Regeleinheit 15 ist erfindungsgemäß die Menge des zugeführten Vergasungsmediums 16 derart steuerbar, dass sich selbsttätig ohne mechanische Anströmböden in dem Vergasungsraum und ohne zusätzliche Fluidisierungsmittel eine Wirbelschicht 17 ausbildet.
Figur 1 zeigt hierbei einen Vergaser 1 , bei welchem die Zuführung 6 für das Vergasungsmedium 16 gemeinsam mit der Zuführung 2 für den Brennstoff 8 ausgebildet ist. Hierdurch wird der Brennstoff 8 von unten von dem Vergasungsmedium 16 durchströmt, so dass die Durchmischung des Brennstoffes 8 unterstützt und eine gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmediums 16 über den gesamten Querschnitt sichergestellt wird.
Die Zufuhr des Vergasungsmediums 16 kann jedoch auch, wie in Figur 2 gezeigt, unterhalb der Pyrolysezone 9 seitlich durch eine Ringdüse erfolgen. Auch hier erfolgt jedoch die Zufuhr des Vergasungsmediums 16 durch den Brennstoff 8 hindurch, um hierdurch eine Durchmischung des Brennstoffes 8 und gleichmäßige Verteilung des Vergasungsmediums 16 zu erzielen. Zusätzliche mechanische Mischeinrichtungen sind somit nicht erforderlich. Zudem kann hierdurch verhindert werden, dass Feinanteile aus den obenliegenden Reaktionszonen 9, 10, 1 1 zurück in den Brennstoff 8 gelangen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Brennstoff 8 entgegen der Schwerkraft kontinuierlich oder quasikontinuierlich, d.h. die gleiche Menge an Brennstoff je Zeiteinheit, durch die Brennstoffzuführung 2 in den Vergasungsraum 3 gedrückt und durch den Vergaser 1 gefördert. Der Brennstoff 8 wird hierbei vom Vergasungsmedium 16 und Produktgas 14 in der gleichen Richtung durchströmt. Es handelt sich in dieser Hinsicht also um eine aufsteigende Gleichstromvergasung. Als Vergasungsmedium 16 kommt vorteilhafterweise vorgewärmte Luft zum Einsatz. Der Prozess kann jedoch auch vollständig autotherm geführt werden. Der Abbrand des Brennstoffes 8 erfolgt dabei von oben nach unten, wobei sich bei einem geeigneten gleichbleibenden Verhältnis Luftzufuhr zu Brennstoffzufuhr eine schichtförmige Oxidationszone 10 ausbildet. Durch die in der Oxidationszone 10 herrschenden Temperaturen von über 800 °C bildet sich unterhalb derselben eine ebenfalls schichtförmige Pyrolysezone 9, in welcher sich der Brennstoff 8 bei Temperaturen um 500 °C in Pyrolysekoks und gasförmige Verbindungen zersetzt. Das mit der von unten durch den Brennstoff 8 strömenden Luft 16 in der Pyrolysezone 9 gebildete Gas-Luftgemisch unterhält die Energieerzeugung in der Oxidationszone 10, wo ein Teil dieser Gase und des Pyrolysekokses verbrennt. Der verbleibende in der Pyrolysezone 9 gebildete Pyrolysekoks wandert allmählich durch die Oxidationszone 10 nach oben und bildet darüber eine Reduktionszone 1 1 aus. Die Darstellung der Figur 2 zeigt hierbei einen Prozess, bei welchem die Reduktionszone 1 1 im Wesentlichen vollständig in Form einer Wirbelschicht 17 ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders gute und schnelle Umsetzung des Pyrolysekokses erzielt werden. Je nach Prozessführung und evtl. auch baulichen Gegebenheiten des Vergasers 1 ist jedoch auch ein Verfahren nach Figur 1 möglich, wobei die Reduktionszone 1 1 oberhalb der Oxidationszone 10 zunächst schichtförmig ausgebildet wird. Im oberen Bereich des Vergasungsraumes liegt die Reduktionszone 11 hingegen als Wirbelschicht 17 vor. In jedem Falle wird die Vergasung nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung durchgeführt, welche jedoch erfindungsgemäß mit einer integrierten Wirbelschicht 17 in der Reduktionszone 1 1 kombiniert ist.
In der Reduktionszone 1 1 , 17 wird der Pyrolysekoks unter anderem von CO2 und H2O aus der Pyrolysezone 9 und der Oxidationszone 10 durchströmt, wobei diese endotherm zu den brennbaren Gasen CO und H2 reduziert werden, wodurch der Pyrolysekoks vergast wird.
Wenn sich nun in der Reduktionszone 11 durch Feinanteile die Zwischenräume im Pyrolysekoks zusetzen, so führt der dadurch ansteigende Gasdruck dazu, dass der Pyrolysekoks angehoben und damit gelockert wird. Es bildet sich erfindungsgemäß durch die entspreche Einstellung der zugeführten Menge des Vergasungsmediums 16 und die Anströmung des Brennstoffs 8 von unten ein Gleichgewicht zwischen Gasdruck und Gewichtskraft des Pyrolysekokses bis hin zum Fließbett.
Das von unten zugeführte Vergasungsmedium 16, vorzugsweise Luft, erfährt in der Oxidationszone 10 einen sprunghaften Temperaturanstieg und damit verbunden eine Volumenvergrößerung. Zusammen mit den entstehenden Pyrolyse- und Verbrennungsgasen führt dies insbesondere beim bevorzugten Einsatz handelsüblicher Holzpellets als Brennstoff zur dauerhaften Ausbildung einer Wirbelschicht 17 in der Reduktionszone 1 1. Damit wird die von Festbettvergasern bekannte kritische Kanalbildung in diesem Bereich vollständig unterbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 bildet der Brennstoff 8 durch seine kontinuierliche Förderung bei entsprechender Regelung der Zufuhr des Vergasungsmediums 16 einen Anströmboden zur Wirbelschichterzeugung. Die Wirbelschicht 17 kann hierbei ohne weitere Fluidisierungsmittel erzeugt werden. Hierdurch ist es möglich, den in der Oxidationszone 10 gebildeten Pyrolysekoks nahezu vollständig zu Gas und Flugasche umzusetzen und damit einen hohen Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass die Wirbelschicht 17 in dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 über einen relativ breiten Luftmengenbereich stabil ist und damit die Regelung der Luftmenge durch die Regeleinheit 15 auf die für die thermochemische Vergasung nötigen Luftraten problemlos möglich ist.
Die entstehende Asche wird vorzugsweise als Flugasche ohne zusätzliche Austragsvorrichtungen mit dem Prozessgas 14 ausgetragen und danach mit einfachen Mitteln, beispielsweise durch einen Zyklonabscheider, aus dem Produktgas 14 abgeschieden. Durch den oberen Abbrand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie die Führung des Vergasungsmediums 16 sowie das Produktgas 14 durch den Vergaser 1 und die gute Umsetzung des Brennstoffs 8 ist das Produktgas 14 mit dem Auslass 7 als Austragvorrichtungen für die Asche vollkommen ausreichend. Sofern dennoch überschüssiger Pyrolysekoks entsteht oder gezielt erzeugt werden soll, kann dieser ebenfalls zusammen mit der entstehenden staubförmigen Asche mit dem Produktgas 14 abgezogen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren führt die gleichmäßige Durchströmung der sich sehr homogen ausbildenden Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszonen 9, 10, 1 1 zur Erzeugung eines teerarmen Gases sehr gleichmäßiger Qualität bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von etwa 850 °C in der Oxidationszone 10. Dadurch wird es möglich, einen erfindungsgemäßen Vergaser 1 ohne Verwendung spezieller hochtemperaturbeständiger Stähle oder Keramiken auszuführen. Selbst herkömmlicher Baustahl ist verwendbar, da durch die reduzierende Atmosphäre der unterstöchiometri- schen Verbrennung keine nennenswerte Oxidation stattfindet. Die Vermeidung der im Stand der Technik üblichen keramischen Bauteile führt zudem bedingt durch geringe Wärmekapazitäten vorteilhafterweise zu kurzen Aufheiz- und Abkühlzeiten beim An- und Abfahren erfindungsgemäßer Vergaser 1.
Eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Vergasers 1 besitzt wie im Beispiel dargestellt einen sich nach oben erweiternden Querschnitt des Vergasungsraumes 3. Dies erlaubt den Betrieb mit unterschiedlicher Leistung, denn es bewirkt, dass der Brennstoff 8 mit abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergaser 1 nach oben wandert. Der in der Oxidationszone 10 mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit nach unten zu erfolgende Ab- brand führt nun dazu, dass sich selbstregelnd ein stabiler Betriebspunkt einstellt, bei dem die Oxidationszone 10 an der Stelle verharrt, wo Abbrandge- schwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit des Brennstoffes 8 übereinstimmen. Weiterhin sorgt die kontinuierliche oder quasikontinuierliche Zufuhr neuen Brennstoffes 8 insbesondere in Verbindung mit dem wechselnden Querschnitt des Vergasungsraumes 3 für eine ständige Bewegung und Durchmischung des Materials und verhindert damit ohne weitere mechanische Vorrichtungen die Kanal- und Brückenbildung in Oxidations- und Reduktionszone 10, 1 1.
Im Vergasungsraum ist weiterhin eine Mehrzahl übereinander angeordneter Temperatursensoren 13 angeordnet, welche mit der Regeleinheit 15 zusammenwirken und den Füllstand des Vergasungsraumes 3 sowie die Lage der Reaktionszonen (9, 10, 1 1 ) messtechnisch erfassen. Die Grenzen zwischen dem Brennstoff 8 und der Pyrolyse- und Oxidationszone (9, 10) sowie zwischen der Reduktionszone (1 1 ) und dem darüber liegenden Gassammel- raum (12) sind aufgrund der sehr homogenen Ausbildung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Vergaser 1 durch deutliche Temperaturdifferenzen gekennzeichnet. Die regelungstechnisch wichtige Lage der Reaktionszonen 9, 10, 1 1 , insbesondere der Oxidationszone 10, sowie die Füllhöhe können somit kostengünstig und ohne bewegte Teile in einfacher Weise erfasst werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein erfindungsgemäßer Vergaser 1 ohne bewegte Teile im heißen Bereich auskommt und keine mechanisch belasteten heißen Teile aufweist, welche im Stand der Technik häufig eine Störquelle darstellen. Der erfindungsgemäße Vergaser 1 findet durch selbstregelnde Eigenschaften bei geringem mechanischen und/oder elektronischen Regelungsaufwand einen stabilen Betriebspunkt und liefert damit dauerhaft ein teerarmes Produktgas mit nur geringfügig schwankender Qualität. Kanal- und Brückenbildung sowie Teerschlupf können vermieden werden. Der erfindungsgemäße Vergaser 1 ist daher insbesondere für kleine und mittlere Anlagen bis ca. 1 MW elektrisch geeignet, da keine aufwändige Gasnachbehandlung erforderlich ist. Ebenso ist es möglich, direkt ein motorfähiges Produktgas zu erzeugen. Weiterhin ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei entsprechender Prozessführung auch die Herstellung von Holzkohle möglich.
Der eingesetzte Brennstoff 8 braucht nicht grobstückig zu sein und darf hohe Mengen Feinanteil enthalten, da durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und Prozessführung eine Verstopfungsneigung vermieden wird. Somit können Brennstoffe 8 verwendet werden, die in ausreichender Menge am Markt verfügbar sind.
Durch den einfachen konstruktiven Aufbau und eine einfache Regelungstechnik mittels der Regeleinheit 15 kann der erfindungsgemäße Vergaser 1 zudem kostengünstig hergestellt und betrieben werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Einstufiges Verfahren zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe (8) nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung, bei welchem ein Brennstoff (8) entgegen der Schwerkraft einem Vergasungsraum (3) zugeführt wird, ein Vergasungsmedium (16) dem Brennstoff im Gleichstrom zugemischt wird und ein entstehendes Produktgas (14) im Gleichstrom abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (8) dem Vergasungsraum (3) kontinuierlich zugeführt wird, dass das Vergasungsmedium (16) von unten durch den zugeführten Brennstoff (8) hindurch einer sich schichtförmig ausbildenden Oxidationszone (10) zugeführt wird und dass die Menge des zugeführten Vergasungsmediums (16) durch eine Regeleinheit (15) hierbei derart eingestellt wird, dass in einer Reduktionszone (1 1 ) oberhalb der Oxidationszone (10) eine stationäre Wirbelschicht (17) ausgebildet wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionszone (1 1 ) oberhalb der Oxidationszone (10) vollständig als stationäre Wirbelschicht (17) ausgebildet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (8) in dem Vergasungsraum berührungslos aufgelockert und durchmischt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (8) in der Oxidationszone (10) mit konstanter Geschwindigkeit von oben nach unten verbrannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff (8) pelletierter Brennstoff (8), vor- zugsweise in Form von Holzpellets, verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmedium (16) gemeinsam mit dem Brennstoff (8) zugeführt wird und nacheinander eine Pyrolysezone (9), die Oxidationszone (10) und die Reduktionszone (1 1 ) durchströmt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (8) mit nach oben hin abnehmender Geschwindigkeit durch den Vergasungsraum (3) gefördert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehende Asche vollständig durch das austretende Produktgas (14) über einen Auslass (7) für das Produktgas (14) ausgetragen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Belastung des Vergasers (1 ) durch eine innere Isolierung (4) reduziert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmedium (16) und/oder der Brennstoff (8) vorgewärmt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionszone (1 1 ) überhitzter Wasserdampf und/oder Luft zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Vergasungsraumes (3) durch wenigstens einen Temperatursensor (13) erfasst wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der sich ausbildenden Reaktionszonen (9, 10, 1 1 ), insbesondere der Pyrolysezone (9), der Oxidationszone (10) und der Reduktionszone (1 1 ), durch eine Mehrzahl von Temperatursensoren (13) erfasst wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Produktgas (14) ausgetragene Asche mittels einer Abscheidevorrichtung aus dem Produktgas (14) abgeschieden wird.
15. Einstufiger Vergaser (1 ) zum thermochemischen Vergasen fester Brennstoffe (8) nach dem Prinzip einer aufsteigenden Gleichstromvergasung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einem Vergasungsraum (3), einer Brennstoffzuführung, welche den Brennstoff (8) entgegen der Schwerkraft dem Vergasungsraum (3) zuführt, einer Zuführung für ein Vergasungsmedium (16) in den Vergasungsraum (3), sowie einem oberseitig an dem Vergasungsraum (3) angeordneten Auslass (7) für ein Produktgas (14), sowie einer Regeleinheit (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (2) zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Brennstoffzufuhr ausgebildet ist, dass die Zuführung (6) für das Vergasungsmedium (16) unterhalb von sich im Vergasungsraum (3) schichtförmig ausbildenden Reaktionszonen (9, 10, 1 1 ) angeordnet ist, und dass die Menge des zugeführten Vergasungsmediums (16) durch die Regeleinheit (15) derart regelbar ist, dass sich in einer Reduktionszone (1 1 ) eine stationäre Wirbelschicht (17) bildet, wobei der Brennstoff (8) einen Anströmboden für das Vergasungsmedium (16) bildet.
16. Vergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionszone (1 1 ) oberhalb der Oxidationszone (10) vollständig als stationäre Wirbelschicht (17) ausgebildet ist.
17. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen (5) zur Förderung und/oder Durchmischung des Brennstoffes (8) ausschließlich außerhalb des Vergasungsraumes (3) angeordnet sind.
18. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (6) für das Vergasungsmedium (16) gemeinsam mit der Brennstoffzuführung (2) ausgebildet ist.
19. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (1 ) mit unterschiedlicher Leistung betreibbar ist.
20. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsraum (3) einen sich nach oben erweiternden Querschnitt aufweist.
21. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ascheaustragvorrichtung lediglich durch den Auslass (7) und das austretende Produktgas (14) gebildet ist.
22. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsraum (3) von einer Isolierung (4) vorzugsweise aus keramischen Fasern umgeben ist.
23. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser eine Heizeinrichtung zur Vorwärmung des Vergasungsmediums (16) und/oder des Brennstoffes (8) umfasst.
24. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung für überhitzten Wasserdampf und/oder Luft im Bereich einer sich im Vergasungsraum (3) ausbildenden Reduktionszone (1 1 ) angeordnet ist.
25. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vergasungsraum (3) eine Mehrzahl von Temperatursensoren (13) angeordnet ist, welche den Füllstand des Vergasungsraumes (3) und/oder die Lage der sich ausbildenden Reaktionszonen (9, 10, 11 ) erfassen und mit der Regeleinheit (15) zusammenwirken.
26. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand des Vergasungsraumes (3) aus einem herkömmlichen Stahl ausgeführt ist.
27. Vergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auslass (7) für das Produktgas (14) eine Abscheidevorrichtung für ausgetragene Asche zugeordnet ist.
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