DE19622152A1 - Verfahren zur Erzeugung von Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem aus einem oder mehreren kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen, unter anderem auch Abfall, mittels partieller Oxidation in einem Vergasungs­ reaktor und einem mindestens gasseitig verbundenen Schmelzbad Gas, Metall, Schwefel und ein Grundstoff für die Zementproduk­ tion hergestellt werden.

Beschreibung

Zur Erzeugung von Gas, - z. B. Brenngas oder Synthesegas -, aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen wie z. B. aus Kohle, aus Holz bzw. anderen Biomassen, aus Klärschlamm, und/oder aus Ab­ fall werden diese Einsatzstoffe einzeln oder in Kombination mittels Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft partiell oxidiert. Brenngas wird beispielsweise in der Brenn­ kammer einer Gasturbine eines Kombikraftwerkes unter Druck ver­ feuert. Synthesegas wird u. a. zur Herstellung von Methanol eingesetzt.

Den jeweiligen Einsatzstoffen angepaßt geschieht die partielle Oxidation in Vergasungsreaktoren, aus denen der Vergasungsrück­ stand entweder fließfähig als Schlacke oder trocken als Asche abgezogen wird.

Im Fachbuch "Kohlenvergasung" [1] wird erläutert, in welcher Form der Vergasungsrückstand bei den verschiedenen Bauarten der Vergasungsreaktoren anfällt. Die Einsatzstoffe werden entweder im Festbett, in der Wirbelschicht oder im Flugstrom vergast. Geschieht die Vergasung im Festbett, also in einem etwa bei At­ mosphärendruck betriebenen Drehrostgenerator oder aber in einem auf etwa auf 30 bar druckaufgeladenen Drehrostgenerator, so fällt der Vergasungsrückstand als weitgehend unverschlackte Asche an.

Geschieht die Vergasung in der Wirbelschicht, also beispiels­ weise in einem bei etwa Atmosphärendruck betriebenen Winkler-Generator oder aber beispielsweise in einem druckaufgeladen be­ triebenen Hoch-Temperatur-Winkler-Vergaser (HTW-Vergaser), so bildet der Vergasungsrückstand im Wirbelbett sich zu körnigen Aschegranulaten aus, die ab Erreichen einer bestimmten Korn­ größe nicht mehr fluidisierbar sind und als Bodenabzug aus dem Wirbelbett ausfallen.

Im Fachbuch ,,Kohlenvergasung" [1], Seite 89, wird z. B. angege­ ben, daß die Asche des Winkler-Generators ca. 5% Unvergastes enthält. Weiterhin wird in [2] mitgeteilt, daß die aus der Wir­ belschichtvergasung unten abgezogene Asche, wenn sie "basischer" Natur ist, mit wasserlöslichen Sulfiden belastet ist. Infolge der reduzierenden Bedingungen im Vergaser wird der mit den Einsatzstoffen eingetragene Schwefel in Sulfide über­ führt. Derartig belastete Asche ist nicht deponiefähig, weil die darin enthaltenen Sulfide eluierbar sind und auf der Depo­ nie vom Regen in die natürlichen Gewässer transportiert werden können.

Geschieht die Vergasung im Flugstrom, so fällt der Vergasungs­ rückstand wegen der dabei entstehenden hohen Vergasungstempera­ turen von etwa 1500-1900°C als flüssige Schlacke an. In [1], Seite 96, wird mitgeteilt, daß im Koppers-Totzek-Vergaser etwa die Hälfte des Vergasungsrückstandes als flüssige Schlacke an den Vergaserwänden nach unten abfließt, daß sie in einem was­ sergefüllten Tank abgeschreckt und daß sie unterhalb des Verga­ sers in granulierter Form abgezogen wird. Die andere Hälfte des Vergasungsrückstandes wird mit dem erzeugten rohen Gas als Flugasche aus dem Koppers-Totzek-Vergaser ausgetragen.

Bezüglich des Texaco-Vergasers wird in [1], Seite 228, mitge­ teilt, daß das darin im Flugstrom erzeugte Rohgas, das die flüssige Schlacke mitführt, in einem Strahlungskühler unter die Ascheerweichungstemperatur abgekühlt wird. Durch daran an­ schließende Umlenkung des Gasstromes findet eine Trennung zwi­ schen den im Gasstrom mitgeführten Feststoffen und dem rohen Gas statt. Der abgeschiedene Teil der Feststoffe wird in einer Wasservorlage aufgefangen und über eine Schleuse diskontinuier­ lich ausgetragen. Der nicht abgeschiedene Rest wird mit dem erzeugten rohen Gas als Flugschlacke aus dem Texaco-Vergaser ausgetragen.

Für den Koppers-Totzek-Vergaser gibt [1] einen Kohleumsetzungs­ grad von 90-96%, unter Druck bis 98% an. Für den Texaco-Vergaser lautet die dementsprechende Angabe, daß der Kohleum­ setzungsgrad bei 90-95%, teilweise darüber liege. Die im Flugstromvergaser nicht umgesetzte Kohle fällt zusammen mit dem Vergasungsrückstand an. Demzufolge enthält die als Bodenabzug bei den Flugstromvergasern anfallende granulierte Schlacke auch brennbare Anteile, die genutzt werden können.

Das im Vergasungsreaktor gebildete rohe Gas ist mit flugfähigem Vergasungsrückstand beladen. Aus dem Schlacke erzeugenden Ver­ gasungsreaktor wird Flugschlacke vom rohen Gas ausgetragen. Aus dem Asche erzeugenden Vergasungsreaktor wird Flugasche vom ro­ hen Gas ausgetragen.

Ebenso wie der als Bodenaustrag anfallende Vergasungsrückstand enthält auch der flugfähige Vergasungsrückstand Reste des nicht umgesetzten Einsatzstoffes. In einem anderen Fachbuch "Coal Ga­ sification Processes", [3], Seite 206, wird mit Blick auf den Winkler-Vergaser mitgeteilt, daß dessen Flugasche 15 bis 20% Kohlenstoff mit sich transportiere.

Dem Zeitschriftenbeitrag [4], der sich mit der HTW-Vergasung befaßt, ist zu entnehmen, daß die Flugasche mittels Wasserwä­ sche aus dem rohen Gas entfernt wird und daß bei der Regenera­ tion des Waschwassers die Flugasche als Schlamm anfällt. Der Schlamm wird zusammen mit der Asche, die selbst einen Restkoh­ lenstoffgehalt von 25% aufweist, in einer gesonderten Wirbel­ schichtfeuerung verbrannt.

Die Vergasung könnte wirtschaftlicher gestaltet werden, wenn es gelänge, den Restkohlenstoff auch noch in Gas zu überführen.

Bei der partiellen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Einsatz­ stoffen wie Kohle, Öl, Holz und Abfall in einer Wirbelschicht, beispielsweise in einem HTW-Vergaser, entsteht wie bereits wei­ ter oben gesagt, neben Synthesegas auch Asche, die einen erheb­ lichen Anteil an Restkohlenstoff und je nach Beschaffenheit der Einsatzstoffe erhebliche Verunreinigungen enthält. Die Ent­ sorgung dieser verunreinigten, kohlenstoffhaltigen Asche stellt ein Problem dar. Außerdem ist erwünscht, möglichst viel des Kohlenstoffs, der in den kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen enthalten ist, in Synthesegas umzuwandeln.

Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zur Erzeugung von Gas, aus mindestens einem koh­ lenstoffhaltigen Einsatzstoff, der mittels Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in einem Vergasungsreaktor partiell oxidiert wird und dadurch primäres Rohgas und Verga­ sungsrückstand entsteht; welches Verfahren dadurch gekennzeich­ net ist, daß

• - der Vergasungsrückstand in ein Schmelzbad gegeben wird,
• - in das Schmelzbad ein Oxidator und Zuschlagstoffe eingelei­ tet werden, mit denen aus dem Vergasungsrückstand ein sekun­ däres Rohgas, keramische Schlacke und legierte Schmelze er­ zeugt wird,
• - und das im Schmelzbad gebildete sekundäre Rohgas dem primä­ ren Rohgas beigemischt wird.

Ein Verfahren zur Vergasung von Abfallstoffen ist in der Pa­ tentschrift DE 43 39 973 ausführlich beschrieben. Dort werden zwei Vergasungsreaktoren miteinander verschaltet, von denen der erste als HTW-Vergaser in ähnlicher Weise betrieben wird wie in der vorliegenden Erfindung. Im Anschluß an diesen ersten Verga­ ser erfolgt eine Mahlung der Asche, die aus diesem ersten Ver­ gaser abgezogen wird. Diese Asche wird mit Flugstaub, der einer Entstaubungsvorrichtung entstammt, zusammengemischt, und zusam­ men mit Zusatzbrennstoff und Vergasungsmittel in einen zweiten Vergasungsreaktor eingebracht, der als Flugstromvergaser nach dem Typ Shell- oder Koppers-Totzek-Vergaser ausgebildet ist, und der neben rohem Gas ausschließlich Schlacke als Bodenabzug produziert.

Hierin unterscheidet sich die vorliegende Erfindung grundlegend von der in der Patentschrift DE 43 39 973 beschriebenen Techno­ logie. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Schmelzbad führt zu einer Trennung der Stoffe, die bei einer Flugstromver­ gasung gemeinsam als Schlacke anfallen, in eine keramische Phase und eine metallische Phase. Auf diese Weise ist es im Ge­ gensatz zu der in der Patentschrift DE 43 39 973 beschriebenen Technologie möglich, die in der Asche enthaltenen, nicht oxi­ dierbaren und nicht bei den vorherrschenden Temperaturen gas­ förmigen Schwermetalle zurückzugewinnen, was ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist.

Hierzu wird erfindungsgemäß ein Schmelzbad eingesetzt, wie es in den Patentschriften US 5,491,279, WO 93/25277, US 4,574,714, US 5,298,233, US 5,443,572, US 5,301,620, US 5,358,549 und in der Veröffentlichung "Molten metal works waste wonders, by Pe­ ter Taffe, European Chemical News 16-22 October 1995, S. 32-33" beschrieben ist.

Weiterhin ist es mittels der vorliegenden Erfindung möglich, stückige Reststoffe mitzuentsorgen, was in einem Flugstromver­ gaser nicht gelingen kann und in einem Wirbelschicht-Vergaser wie beispielsweise einem HTW-Vergaser nur dann möglich ist, wenn die Dichte der stückigen Reststoffe nicht für eine Wirbel­ schicht zu hoch ist. Ein solcher Reststoff ist z. B. Elektro­ nikschrott.

Damit ist ein anderes Problem angesprochen, das mit vorliegen­ der Erfindung gelöst wird. Bekanntlich werden stückige kohlen­ stoffhaltige Reststoffe hinsichtlich ihrer Entsorgung deswegen als problematisch angesehen, weil sie zum einen aus kohlen­ stoffhaltigen Anteilen und gleichermaßen zum anderen aus Metal­ len und/oder Metallverbindungen anteilig bestehen. Beispiele für solche problematischen Reststoffe sind die mit Füllstoffen veredelten Plasto- bzw. Elastomere, die metallkaschierten Ver­ packungsfolien oder auch der Elektronikschrott. Üblicherweise werden diese problematischen Reststoffe durch Verbrennen ent­ sorgt. Ihre Verbrennung führt aber wiederum zur schadstoffbela­ steten Abgasen und zu schwermetallbelasteten Filterstäuben und Aschen, welche dann aufwendig zu konditionieren sind, um sie in die Umwelt gefahrlos rückführen zu können.

Deshalb ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, bei der zusätzlich zum Vergasungsrückstand mindestens ein stückiger Reststoff mit in das Schmelzbad gegeben wird, um daraus zusätz­ liches sekundäres Rohgas zu erzeugen.

Weiterhin ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, auf eine feine Mahlung der als Bodenabzug des Vergasungsreaktors anfallenden granulierten Schlacke bzw. Asche zu verzichten. Der Eintrag in das vorgesehene Schmelzbad kann entweder pneumatisch erfolgen, dann ist eine Mahlung sinnvoll, oder der Eintrag kann über ein Schleusensystem erfolgen, in diesem Fall ist nur eine Brechung grober Teile nötig.

Zu diesem Zweck weist die vorliegende Erfindung eine Ausgestal­ tung auf, bei der die kohlenstoffhaltige Schlacke bzw. Asche, die als Bodenabzug des Vergasungsreaktors anfällt, in eine Misch- und Fördervorrichtung gegeben wird, die auch eine Bre­ chung auf eine vorgebbare Körnung vornimmt.

Es ist ebenso wie in der durch die Patentschrift DE 43 39 973 beschriebenen Technologie möglich, flüssige Rückstände mit zu entsorgen, die jedoch nur einen geringen Wasseranteil besitzen sollen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß diese Rückstände nicht nur thermisch, sondern im Schmelzbad außerdem auch katalytisch zerlegt werden, was den Zersetzungsgrad er­ höht.

Dieser Vorgang der thermisch/katalytischen Zersetzung im Schmelzbad kann durch Zugabe von Zuschlagstoffen beeinflußt werden. Daher sieht die vorliegende Erfindung einen eigenen Weg vor, wie die Zuschlagstoffe in das Schmelzbad gegeben werden, nämlich dergestalt, daß in die Misch- und Fördervorrichtung zu­ sätzlich zur kohlenstoffhaltigen Schlacke bzw. Asche auch noch vorwiegend mineralische Zuschlagstoffe eingebracht werden, die der Konditionierung des Schmelzbades dienen.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bestehen diese Zuschlagstoffe wenigstens zum Teil auch aus mineralisier­ ten Aschen anderer Verbrennungsprozesse. Damit wird es z. B. möglich, auch schwermetallhaltige Aschen, die bei der Verbren­ nung oder partiellen Oxidation von schweren Rückständen aus der Erdölverarbeitung anfallen, in besser deponierbare Rückstände umzusetzen.

In ergänzender Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die in der Misch- und Fördervorrichtung gebrochene, kohlenstoffhal­ tige Schlacke bzw. Asche, gegebenenfalls auch zusammen mit den in die Misch- und Fördervorrichtung eingebrachten vorwiegend mineralischen Zuschlagstoffen, entweder pneumatisch oder über ein Schleusensystem in das Schmelzbad einzubringen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß für den Betrieb des Schmelzbades im Gegensatz zu der in der Patentschrift DE 43 39 973 beschriebenen Flugstromvergasung kein Zusatzbrennstoff vorgesehen werden muß. Es ist im Gegen­ teil vorgesehen, zur Kühlung der Eintragsorgane des Schmelzba­ des oder zur Kühlung des Schmelzbades selbst etwas Methan und zusätzlich optional Wasserdampf zur Moderierung zu benutzen. Bei den vorgesehenen Betriebstemperaturen reagiert das Methan mit Sauerstoff und Wasserdampf endotherm zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff, was die Ausbeute an Synthesegas leicht erhöht und somit sogar zusätzlichen Brennstoff erzeugt, anstatt Brennstoff zu verbrauchen.

Daher wird bei einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zusätzlich Methan als Kühlung für die Eintragsorgane in das Schmelzbad eingebracht.

Die vorliegende Erfindung weist auch noch eine andere Ausge­ staltung auf, bei der zusätzlich Methan und/oder zusätzlich Wasserdampf als Kühlung in das Schmelzbad gegeben wird, wenn die Schmelzbadtemperatur gesenkt werden soll.

Üblicherweise ist zur Aufrechterhaltung der Schmelzbadtempera­ tur, die den flüssigen Zustand der Schlacke sicherstellt, eine elektrische Beheizung erforderlich. Üblicherweise werden große Mengen an elektrischer Energie auf dies Weise verbraucht. In der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Beheizung nur während der Startphase benutzt. Im laufenden Betrieb werden die Vergasungsparameter beispielsweise der druckaufgeladenen Wir­ belschichtvergasung so eingestellt, daß ein genügend großer Kohlenstoffanteil in der abgezogenen Asche des druckaufgelade­ nen Wirbelschichtreaktors verbleibt, so daß eine elektrische Beheizung nur in Ausnahmefällen erforderlich ist. Dabei ent­ steht als weiterer Vorteil der Erfindung die Möglichkeit, den druckaufgeladenen Wirbelschichtreaktor mit verkürzter Nachver­ gasungszone auszuführen, wodurch erheblicher apparativer Auf­ wand eingespart wird. Die Verkürzung der Nachvergasungszone, die unmittelbar oberhalb der Wirbelschicht beginnt, bewirkt eine Verschlechterung des Kohlenstoffumsatzes zu primärem Roh­ gas und ist üblicherweise unerwünscht. In diesem Fall jedoch wird der nicht umgesetzte Kohlenstoff in dem nachgeschalteten Schmelzbad vollständig zu sekundärem Rohgas umgesetzt, so daß kein Verlust an Rohgas auftritt. Daher ist mit dem geringeren Kohlenstoffumsatz in dem druckaufgeladenen Wirbelschichtreaktor kein Nachteil verbunden.

In ähnlicher Weise, wie in der Patentschrift DE 43 39 973 für den Flugstromvergaser beschrieben, ist es gemäß der vorliegen­ den Erfindung möglich, die thermische Energie des im Schmelzbad erzeugten sekundären Rohgases in einer Wasserwäsche zu ver­ nichten und hierbei auch dampfförmige salzartige oder metalli­ sche Verbindungen auszuwaschen.

Daher wird die vorliegende Erfindung so ausgestaltet, daß das heiße sekundäre Rohgas aus dem Schmelzbad einer Wasserwäsche zugeführt wird, wo es sich abkühlt und wo die gasförmigen Salz- und Metallverbindungen ausgewaschen werden.

Alternativ dazu sieht die vorliegende Erfindung vor, einen Wir­ belschichtkühler einzusetzen, wie er in der Patentschrift US 4,936,872 beschrieben wird. Hierbei werden die dampfförmi­ gen, salzartigen oder metallischen Verbindungen auf den Körnern des gekühlten Wirbelschichtmaterials auskondensiert bzw. desublimiert und auf diese Weise zurückgewonnen. In der Wirbel­ schicht befinden sich Kühlschlangen, in denen Wasserdampf er­ zeugt wird. Auf diese Weise wird sowohl die thermische Energie des heißen sekundären Rohgases genutzt als auch wertvolle In­ haltsstoffe zurückgewonnen als auch der Anfall von Abwasser verhindert, was alles weitere Vorteile der Erfindung sind.

Um diese Vorteile zu nutzen, wird die vorliegende Erfindung auch noch dahingehend ausgestaltet, daß das heiße sekundäre Rohgas aus dem Schmelzbad in einen Wirbelschichtkühler gegeben wird, in dem die thermische Energie des heißen sekundären Roh­ gases zur Dampferzeugung genutzt wird und wo die gasförmigen Salz- und Metallverbindungen auf den Körnern des Wirbelbettma­ terials auskondensieren bzw. desublimieren und solcherart bela­ denes Wirbelbettmaterial abgezogen wird.

Zweckmäßigerweise werden die derart beladenen Wirbelschicht­ partikel kontinuierlich aus der Wirbelschicht ausgeschleust und in das Schmelzbad zurückgeführt. Der Eintrag in das Schmelzbad kann in der gleichen Weise erfolgen, wie zuvor für Asche be­ schrieben: entweder pneumatisch als Staub, was eine Mahlung voraussetzt, oder über ein Schleusensystem zusammen mit den anderen Stoffen, die in das Schmelzbad gegeben werden.

Zu diesem Zweck ist eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung geschaffen worden, bei der solcherart abgezogenes, beladenes Wirbelbettmaterial in die Misch- und Fördereinrich­ tung zu dem Vergasungsrückstand, und gegebenenfalls zu den Zu­ schlagstoffen gegeben wird und auf diesem Weg in das Schmelzbad gelangt.

Die Verwendung des Schmelzbades erlaubt außerdem die Herstel­ lung einer Schlacke, die als Zementgrundstoff Verwendung fin­ det. Das liegt zum einen daran, daß die Zusammensetzung durch Zugabe von Zuschlagstoffen in das Schmelzbad einstellbar ist und zum anderen daran, daß die Schwermetalle von der metalli­ schen Phase aufgenommen werden und sich daher nur in sehr ge­ ringem Maße in der keramischen Schlacke wiederfinden, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt. Es ist außerdem durch ein geeignetes Mischungsverhältnis der Zuschlagstoffe möglich, die Schmelztemperatur der flüssigen, keramischen Phase zu be­ einflussen. Als Zuschlagstoffe kommen vor allem die Stoffe Kal­ ziumoxid (CaO), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliziumdioxid (SiO₂) in Betracht. In Anbetracht der mineralischen Komponenten in der Asche und in dem Staub, die dem Wirbelschichtreaktor entstam­ men, und anhand eines Zustandsschaubildes des Systems CaO/Al₂O₃/SiO₂, wie es z. B. in Ullmanns Encyklopädie der techni­ schen Chemie, 4., neubearbeitete und erweiterte Auflage, 1975, Weinheim, Band 10, S. 381 veröffentlicht ist, kann die Be­ triebstemperatur des Schmelzbades so gewählt werden, daß sich ein niedrigschmelzendes Eutektikum in der keramischen Phase bildet. Sollen dagegen auch unedle Metalle wie z. B. Vanadium in edlere Metalle, die die metallische Phase des Schmelzbades bilden, wie z. B. Eisen, eingebunden werden, muß die Temperatur des Schmelzbades entsprechend angehoben werden, der Zusammen­ hang wird in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4., neubearbeitete und erweiterte Auflage, 1975, Weinheim, Band 10, S. 330 ausführlich dargestellt. In diesem Fall empfiehlt sich die Wahl eines höherschmelzenden Eutektikums.

Daher sieht die vorliegende Erfindung in einer ihrer Ausgestal­ tungen vor, daß das Schmelzbad eine flüssige, keramische Phase und mindestens eine flüssige, metallische Phase aufweist, in der eine thermische und katalytische Zersetzung der Einsatz­ stoffe erfolgt.

Darüberhinaus besitzt die vorliegende Erfindung eine Ausgestal­ tung, bei der aus der keramischen, flüssigen Phase des Schmelz­ bades ein Grundstoff für die Zementherstellung gewonnen wird, der die mineralischen Zuschlagstoffe und die mineralischen An­ teile der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe enthält.

Außerdem ist daher eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dahingehend ergänzt worden, daß aus der metallischen Phase des Schmelzbades ein metallurgisches Vorprodukt gewonnen wird, das die metallischen Anteile der kohlenstoffhaltigen Ein­ satzstoffe bzw. Reststoffe enthält.

Wenn zur Abkühlung des im Schmelzbad erzeugten heißen sekundä­ ren Rohgases ein Wirbelschichtkühler verwendet wird, ist es zweckmäßig, auch das Wirbelmaterial in dem oben genannten ge­ eigneten Mischungsverhältnis zu wählen, da dieses ja ebenfalls in das Schmelzbad gegeben wird und zur Bildung der flüssigen, keramischen Phase beiträgt.

Wird zur Entstaubung des im Vergasungsreaktor erzeugten heißen, primären Rohgases dieses in einer Wasserwäsche behandelt, so wird die vom primären Rohgas mitgeführte fühlbare Wärme im thermodynamischen Sinne entwertet.

Deshalb wird in neuerer Zeit das heiße primäre Rohgas über Fil­ ter geleitet, die mit keramischen Filterkerzen bestückt sind. Der wesentliche Anteil der Flugstaubbeladung des primären Roh­ gases kann somit von ihm abgetrennt werden. Allerdings muß bei dieser Heißgasentstaubung das heiße primäre Rohgas zuvor auf eine solche Temperatur soweit abgekühlt werden, bei der die Be­ ständigkeit des Filterkerzenwerkstoffes noch gegeben ist.

Die im Heißgasfilter anfallende Flugasche muß aber auch ent­ sorgt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden Aus­ gestaltungen geschaffen, mit denen besonders vorteilhaft auch der der Flugasche eigene Kohlenstoffgehalt auf einfache Weise einer Verwertung zugeführt wird. Dazu wird zum einen die Ab­ hitze des im Vergasungsreaktor erzeugten primären Rohgases zur Dampfherstellung genutzt, wobei das primäre Rohgas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die eine anschließende Heißgasent­ staubung zuläßt.

Zum anderen wird zusätzlich der aus dem abgekühlten primären Rohgas mittels Heißgasentstaubung abgeschiedene Flugstaub in die Misch- und Fördervorrichtung beigegeben, in die auch die Asche aus dem Bodenabzug des Vergasungsreaktors und gegebenen­ falls die mineralischen Zuschlagstoffe gegeben werden. Auf die­ sem Wege wird der Flugstaub aus dem primären Rohgas in das Schmelzbad übergeleitet, um dort den Kohlenstoffgehalt des Flugstaubs in zusätzliches sekundäres Rohgas umzusetzen.

Eine dazu alternative Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß das abgekühlte primäre Rohgas einer Heißgasent­ staubung zugeführt wird und daß der dort abgeschiedene Staub direkt durch ein Einblasrohr in das Schmelzbad eingetragen wird.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei Verfahrensfließbilder, worin das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft beschrieben wird.

Der kohlenstoffhaltige Einsatzstoff (1) und das sauerstoffhal­ tige Einsatzgas (2) werden in einen druckaufgeladenen Wirbel­ schichtreaktor (3) gegeben und zu Synthesegas (4) und kohlen­ stoffhaltiger Asche (10) umgesetzt. Das Synthesegas (4) wird in einem Dampferzeuger (5) abgekühlt, das abgekühlte Synthesegas (6) wird in einem Heißgasfilter (7) entstaubt. Der kohlenstoff­ haltige Staub (8), die kohlenstoffhaltige Asche (10) und die Zuschlagstoffe (11) werden in eine Misch- und Fördervorrichtung gegeben, die vorzugsweise aus einer Kühlschnecke besteht und in der Lage ist, grobe Stücke zu zerkleinern. Die vermischte Asche (12) wird zusammen mit den stückigen Reststoffen (13) und dem sauerstoffhaltigen Einsatzgas (15) mittels Eintragsorganen, die mit dem Methan-Wasserdampf-Gemisch (14) gekühlt werden, in das Schmelzbad (16) gegeben. Dort findet eine thermische und kata­ lytische Umsetzung zu einer metallischen Schmelze (18), einer keramischen Schlacke (17) und heißem Synthesegas (19) statt.

In Fig. 1 wird gezeigt, daß das heiße Synthesegas (19) in einer Wasserwäsche (20) mit Wasser (21) gewaschen wird. Ein Teil des zugeführten Wassers (21) wird als Abwasser (22) in eine Abwas­ seraufbereitungsanlage weggeleitet, der Rest des Wassers (21) verdampft, wobei sich das Synthesegas abkühlt. Das gereinigte und gekühlte Synthesegas (23) wird mit dem entstaubten Synthe­ segas (24) aus dem Heißgasfilter (7) zusammengeführt und als gemischtes Synthesegas (25) einer Weiterverarbeitung und Nut­ zung zugeführt.

In Fig. 2 wird gezeigt, daß das heiße Synthesegas (19) in einen Wirbelbettkühler (26) geleitet wird, wo die kondensierbaren bzw. desublimierbaren, schädlichen Gaskomponenten abgeschieden werden und das Synthesegas abgekühlt wird. Dazu wird frisches Wirbelbettmaterial (27) zugeführt und beladenes Wirbelbettmate­ rial (28) abgezogen. Das beladene Wirbelbettmaterial (28) wird in die Misch- und Fördereinrichtung (9) gegeben und von dort aus in der vermischten Asche (12) in das Schmelzbad (16) gelei­ tet. Das gereinigte und gekühlte Synthesegas (23) wird mit dem entstaubten Synthesegas (24) aus dem Heißgasfilter (7) zusam­ mengeführt und als gemischtes Synthesegas (25) einer Weiterver­ arbeitung und Nutzung zugeführt.

Eine berechnete Massenbilanz zu Fig. 2 dient der weiteren Er­ läuterung des Verfahrens:

Bezugszeichenliste

1 kohlenstoffhaltiger Einsatzstoff
2 sauerstoffhaltiges Einsatzgas
3 druckaufgeladener Wirbelschichtreaktor
4 Synthesegas
5 Dampferzeuger
6 abgekühltes Synthesegas
7 Heißgasfilter
8 kohlenstoffhaltiger Staub
9 Misch- und Fördervorrichtung
10 kohlenstoffhaltige Asche
11 Zuschlagstoffe
12 vermischte Asche
13 Reststoffe
14 Methan-Wasserdampf-Gemisch
15 sauerstoffhaltiges Einsatzgas
16 Schmelzbad
17 keramische Schlacke
18 metallische Schmelze
19 heißes Synthesegas
20 Wasserwäsche
21 Wasser
22 Abwasser
23 gereinigtes und gekühltes Synthesegas
24 entstaubtes Synthesegas
25 gemischtes Synthesegas
26 Wirbelbettkühler
27 frisches Wirbelbettmaterial
28 beladenes Wirbelbettmaterial

Claims (18)

1. Verfahren zur Erzeugung von Gas, aus mindestens einem koh­ lenstoffhaltigen Einsatzstoff, der mittels Luft oder Sauer­ stoff oder sauerstoffangereicherter Luft in einem Verga­ sungsreaktor partiell oxidiert wird und dadurch primäres Rohgas und Vergasungsrückstand entsteht; dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Vergasungsrückstand in ein Schmelzbad gegeben wird,
• - in das Schmelzbad ein Oxidator und Zuschlagstoffe ein­ geleitet werden, mit denen aus dem Vergasungsrückstand ein sekundäres Rohgas, keramische Schlacke und legierte Schmelze erzeugt wird,
• - und das im Schmelzbad gebildete sekundäre Rohgas dem pri­ mären Rohgas beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Vergasungsrückstand mindestens ein stückiger kohlenstoffhaltiger Reststoff mit in das Schmelzbad gegeben wird und daraus zusätzliches sekundäres Rohgas erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Schlacke bzw. Asche, die als Boden­ abzug des Vergasungsreaktors anfällt, in eine Misch- und Fördervorrichtung gegeben wird, die auch eine Brechung auf eine vorgebbare Körnung vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Misch- und Fördervorrichtung zusätzlich zur kohlen­ stoffhaltigen Schlacke bzw. Asche auch noch vorwiegend mi­ neralische Zuschlagstoffe eingebracht werden, die der Kon­ ditionierung des Schmelzbades dienen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zuschlagstoffe wenigstens zum Teil auch aus minerali­ sierten Aschen anderer Verbrennungsprozesse bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Misch- und Fördervorrichtung vermischten Aschen und vorwiegend mineralischen Zuschlagstoffe pneumatisch in das Schmelzbad eingebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Misch- und Fördervorrichtung vermischten Aschen und vorwiegend mineralischen Zuschlagstoffe über ein Schleusensystem in das Schmelzbad eingebracht werden.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Methan als Kühlung für die Eintragsorgane mit in das Schmelzbad gegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Wasserdampf als Kühlung in das Schmelzbad gege­ ben wird, wenn die Schmelzbadtemperatur gesenkt werden soll.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße sekundäre Rohgas aus dem Schmelzbad einer Was­ serwäsche zugeführt wird, wo es sich abkühlt und wo die gasförmigen Salz- und Metallverbindungen ausgewaschen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße sekundäre Rohgas aus dem Schmelzbad in einen Wir­ belschichtkühler gegeben wird, in dem die thermische Energie des heißen sekundären Rohgases zur Dampferzeugung genutzt wird und wo die gasförmigen Salz- und Metallver­ bindungen auf den Körnern des Wirbelbettmaterials auskon­ densieren bzw. desublimieren und solcherart beladenes Wir­ belbettmaterial abgezogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß solcherart abgezogenes, beladenes Wirbelbettmaterial in die Misch- und Fördereinrichtung zu dem Vergasungsrückstand, und gegebenenfalls zu den Zuschlagstoffen gegeben wird und auf diesem Weg in das Schmelzbad gelangt.

13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad eine flüssige, keramische Phase und minde­ stens eine flüssige, metallische Phase aufweist, in der eine thermische und katalytische Zersetzung der Einsatz­ stoffe erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der keramischen, flüssigen Phase des Schmelzbades ein Grundstoff für die Zementherstellung gewonnen wird, der die mineralischen Zuschlagstoffe und die mineralischen Anteile der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe enthält.

15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der metallischen Phase des Schmelzbades ein metallurgi­ sches Vorprodukt gewonnen wird, das die metallischen An­ teile der kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffe bzw. Reststoffe enthält.

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhitze des im Vergasungsreaktor erzeugten primären Rohgases zur Dampfherstellung genutzt wird, wobei das pri­ märe Rohgas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die eine anschließende Heißgasentstaubung zuläßt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das abgekühlte primäre Rohgas einer Heißgasentstaubung zu­ geführt wird und der dort abgeschiedene Staub in die Misch- und Fördervorrichtung beigegeben wird, in die auch die Asche aus dem Bodenabzug des Vergasungsreaktors und gegebe­ nenfalls die mineralischen Zuschlagstoffe gegeben werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das abgekühlte primäre Rohgas einer Heißgasentstaubung zu­ geführt wird und der dort abgeschiedene Staub direkt durch ein Einblasrohr in das Schmelzbad eingetragen wird.