(57)【要約】【課題】本発明は、炭素含有材料から燃料ガスを発生させる装置、特に脱ガス領域と酸化領域とを有する木ガス発生装置と、簡単な方法によって、高発熱量を有する燃料ガスを発生させる方法に関するものである。【解決手段】上記脱ガス領域は、溶融金属、好ましくはスズを含有する脱ガスチャンバから形成されており、上記脱ガスチャンバは、空気排除下で動作するように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有材料から燃料ガスを発生させる装置、特に脱ガス領域と酸化領域とを有する木ガス発生装置において、
上記脱ガス領域は、溶融金属、好ましくはスズを含有する脱ガスチャンバから形成されており、
上記脱ガスチャンバは、空気排除下で動作するように形成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記脱ガスチャンバは、金属屑、および／または、触媒を、好ましくは溶融金属浴の中に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記脱ガスチャンバを通り抜ける運搬スクリューを、好ましくは上記脱ガスチャンバの外側にある運搬スクリューの領域を断熱した状態に形成して設けることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
上記運搬スクリューは、上記溶融金属浴の領域において濾過器状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
上記酸化領域は、上記脱ガスチャンバを少なくとも部分的に取り囲む酸化チャンバから形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
上記装置は、燃料ガス精製装置を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
上記燃焼材料を前乾燥させる工程と、 上記燃焼材料を溶融金属浴において空気排除下で脱ガス処理する工程と、 脱ガス処理した上記燃焼材料を酸化させる工程と、 上記燃料ガスを、好ましくは熱によって精製する工程とを含むことを特徴とする好ましくは請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置を用いて、炭素含有材料から燃料ガスを発生させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有材料から燃料ガスを発生させる装置、特に、脱ガス領域と酸化領域とを有する木ガス発生装置に関するものである。本発明は、さらに、炭素含有材料から燃料ガスを発生させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
木ガス発生装置とは、乾留によって木材から可燃性のガスを得ることを可能にする装置である。この可燃性のガスは、とりわけ、自動車または熱電供給プラントを動かすために用いられており、木ガスと呼ばれている。木材を加熱することによって上記木ガスを発生させることは、複雑な化学反応、例えば均一系ガス化反応および不均一系ガス化反応、並びに、熱分解プロセスに基づいており、対応する方法は、既に１９２０年に、ゲオルゲス・イムバート（Ｇｅｏｒｇｅｓ Ｉｍｂｅｒｔ）によって既に開発されている。上記化学反応の複雑さは、特に、原材料である木材が、異なった反応をし得る多数の化学種から成ることに原因がある。これら化学種には、特に、セルロース、リグニン、へミセルロース、付属的な木材成分が属しており、該付属的な木材成分とは、脂肪、でん粉、糖、タンパク質、フェノール、ロウ、ペクチン、タンニン、ステリン、樹脂、テルペン、および、ミネラルなどである。これらの多種の混合物から、燃料構造体の形成を始めることによって、木ガスを発生させる。該木ガスの主成分は、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エチレン、水素、および、ガス状の水である。上記木材は、通常、酸素排除下で、約７００〜８００℃まで加熱され、この場合、１００Ｋｇの木材から、１時間で、約３５ｍ３の木ガスが生成し、２５Ｋｇの木炭が残渣として残る。さらに、約４Ｋｇの高分子の芳香族炭化水素（タール）および約４０Ｋｇの木酢（水、タール成分（フェノール、クレオソート、および、酢酸）、メタノール、アセトン、プロピオン酸、酢酸メチル、および、さらなる物質の混合物）が生じる。上記タールを上記木ガスから分離すること、または、タールの形成を妨げること（後者がより良好である）は、このような木ガス化装置を日常的な使用に適した状態にするためにきわめて重要である。これは、特に、タールが約２００℃よりも低い温度では凝縮し、パイプライン内または木ガスモータ内に厚い膜が形成されるからである。
【０００３】
従来の木ガス化装置は、固定床ガス化装置、流動層ガス化装置、または、噴流床ガス化装置である。特許文献１からは、投入口のホッパーにおいて予めほぐされた木材が、輸送スクリューによってパイプ型ガス化装置内に運ばれる木ガス化装置が知られており、ここでは、該木材は、パイプ型ガス化装置へ運ばれる輸送路上で水分がとりのぞかれる。この約１０００℃に加熱されたパイプ型ガス化装置は、互いに連結している２つの同心パイプから成り、ガス化方法は、とりわけ内部パイプ内で行われ、該内部パイプの端部では、部分的に脱ガス処理された木材が、外部パイプ内に送られ、そこで最終的に灰化される。この特許文献には、さらに、発生した木ガスを、工業用コークススクリュー内で逆流においてタール成分を除くために精製し、この精製した木ガスを熱電供給プラントに供給することが教示されている。この特許文献によれば、この汚染された工業用コークスは、木材と交互に、上記パイプガス化装置に供給される。本従来技術の欠点は、この方法に必要とされるバルブ制御が複雑であること、上記精製に費用がかかること、および、結果として生じる木ガスの発熱量が比較的わずかなことである。
【０００４】
特許文献２からは、上記木ガスを、一定時間、所定の温度に保持して、該木ガス内に含まれる長鎖または環状の高分子の芳香族炭化水素（タール）を熱によって分解する方法が知られている。この特許文献には、さらに、上記燃料の酸化工程と、上記燃料を脱ガス処理する工程とを分離させることが提案されている。この木材の脱ガス処理は、状況によっては、触媒活性を有する熱交換面を、空気のような酸化剤によって薄めることなく暖めることによって行われ、この場合、該熱交換面は、脱ガス処理された木材を燃焼させることによって加熱される。このようにして発生させた弱ガスは、酸化領域を介して送られ、螺旋状の送達管において熱によって精製される。この発明の欠点は、脱ガス領域と酸化領域とを分離させることには、設計上費用がかかり、さらに、各燃焼材料が移動する際に密封性についての問題が発生する点である。
【０００５】
最終的に、特許文献３からは、炭素含有材料を、ランスによって溶融金属の中に吹き込み、その後、該金属内に溶解した炭素を、吹き込んだ酸素によって一酸化炭素に転換し、このようにして生成したＣＯ含有ガスを燃料ガスとして用いる方法が知られている。この方法では、費用のかかる機器工学的な装置が不可欠であり、生成する燃料ガスは、わずかな発熱量しか有していない。
【特許文献１】ヨーロッパ特許公開第ＥＰ１３２３８１０Ａ１号公報
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許公開第ＤＥ１９８３０７６５Ａ１号公報
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ６９４０４８６１Ｔ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の課題は、発熱量の高い木ガスを利用可能にする簡単な装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を、上記脱ガス領域を、溶融金属、好ましくはスズを含有する脱ガスチャンバから形成することによって解決する。ここでは、上記脱ガスチャンバは、空気排除下で動作するように形成されている。本発明の有利な特徴を組み合わせることによって、容易に、発熱量の高い燃料ガスを発生させる。この高発熱量は、まず、不活性ガスである窒素を約７９容量％含有する空気による、上記燃料ガスの希釈を回避することに基づいている。温度伝達物として、液状金属、好ましくはスズを用いることによって、その高熱容量を有効に利用することが可能である。上記スズの液体状態は、２３１．９℃〜２６０２℃の間の温度において実現される。従って本発明では、上記燃焼材料に応じてこの脱ガス反応を熱制御することを可能にする、より広範な温度領域が利用可能である。さらに、金属スズは、大量であってもそれ自体は無毒である。単純なスズ化合物および塩の有毒作用は、わずかである。トリアルキルスズ、特にＴＢＴのような、数少ない毒性の有機スズ化合物は、形成されないか、あるいは、形成されても極めて少量だけである。
【０００８】
本発明の装置では、上記脱ガスチャンバは、金属屑、および／または、触媒を、好ましくは溶融金属浴の中に含むように設けられている。ここでは、該金属屑は、溶融金属浴の動作温度において、固体状態で残るような金属から選択されている。該金属屑は、これら溶融物をより良好に混合させ、同時に、沸騰石として機能する。該沸騰石には、発生した燃料ガスがたまり、該沸騰石から泡状に上昇しうる。
【０００９】
上記脱ガスチャンバを通り抜ける運搬スクリューを、好ましくは上記脱ガスチャンバの外側にある運搬スクリューの領域を断熱した状態に形成して設ける場合に、有効に、本発明の装置を容易に持続して動作させることが可能である。上記断熱によって、過度の放熱を回避する。該断熱は、同時に、上記燃焼材料の前乾燥工程を、上記脱ガスチャンバに入る前の運搬スクリューの領域において可能にする。
【００１０】
上記運搬スクリューが、上記溶融金属浴の領域において濾過器状に形成されているならば、上記燃焼材料は、容易且つ完全に、上記溶融金属と接触する。この場合、上記燃焼材料は、上記溶融金属浴を通って運ばれるので、持続的な排出が行われる。上記脱ガスチャンバ内に、脱ガス処理された燃焼材料が蓄積されることはない。
【００１１】
本発明によれば、必要とされる動作温度に達してこれを持続させるための熱量は、上記酸化領域が、上記脱ガスチャンバを少なくとも部分的に取り囲む酸化チャンバから形成されていることによって提供される。上記脱ガス処理された燃焼材料は、上記酸化チャンバにおいて、空気供給下で燃焼され、放出された熱量は、上記脱ガスチャンバの内壁を介して、上記溶融金属内に送られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、上記装置が燃料ガス精製装置を有するように設けられていることが大きな利点であり、この燃料ガス精製は、好ましくは固相抽出、例えば活性炭によって行われる。しかしながら、本発明では、発生した燃料ガスを熱処理して、形成されたタールを特に触媒を利用して分解することも想定可能である。
【００１３】
本発明の方法に関する課題は、該方法が以下の複数の工程を含むことによって解決される。これらは、上記燃焼材料を前乾燥させる工程、該燃焼材料を溶融金属浴において空気排除下で脱ガス処理する工程、この脱ガス処理した燃焼材料を酸化させる工程、および、該燃料ガスを好ましくは熱によって精製する工程である。この溶融金属浴において空気排除下で脱ガス処理する工程では、高発熱量の燃料ガスの形成が可能になることが大きな利点である。なぜなら、この可燃性のガスの酸素または不活性の窒素による希釈が起こらないからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
１つの図に示した実施形態を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。この説明は、一例に過ぎず、本発明を制限するものと理解されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明にかかる装置を示す図である。該装置は、作動している運搬スクリュー１、燃焼材料供給口２、溶融スズ４とガス室５を含む脱ガスチャンバ３、燃焼材料排出口６、および、酸化チャンバ７から成る。上記燃焼材料は、図示していない貯蔵容器から運搬スクリューを介して取り出される。該貯蔵容器は、例えば、ばら荷用のホッパーとして、運搬スクリュー１の上方に配置されうる。本発明によれば、必要であるならば、該ばら荷用のホッパーの前段に、燃焼材料粉砕装置を接続してもよい。適した大きさおよび量の燃焼材料（例えば、木片、木質ペレット、または、同様のもの）は、運搬スクリュー１によって連続的に上記貯蔵容器から取り出され、脱ガスチャンバ３に輸送される。少なくとも、脱ガスチャンバ３に隣接した運搬スクリュー１の領域において、運搬スクリュー１は、図示していない断熱材を有しており、脱ガスチャンバ３を介して伝達された熱は、上記木片を前乾燥させる工程に用いることが可能である。これによって、同時に、上記スズが運搬スクリューの壁に引っ付いて凝固することを妨げる。上記燃焼材料は、乾燥した状態で脱ガスチャンバ３内に達するので、爆発的な気化、および、上記スズの放出された水分またはその分解による生成物との反応は、回避される。脱ガスチャンバ３の内部では、運搬スクリュー１が、濾過器状に形成されているので、液状スズが上記木片に接触することが可能である。このスズ浴内に含まれる固形の金属屑によって、良好な混合が可能となり、発生した燃料ガスがたまって泡状に上昇することが可能な表面が形成される。この放出された燃料ガスは、ガス室５に集まり、ここから、該ガスを、能動的または受動的に取り出すことが可能である。このガス室５は、完全に燃料ガスによって充填されており、空気は全く含まれていない。これによって、高発熱量の燃料ガスを確保する。運搬スクリュー１は、脱ガスチャンバ３を通り抜けて、燃焼材料排出口６で終結している。この燃焼材料排出口６に存在するスズが凝固することを妨げるために、この燃焼材料排出口６も断熱されている。燃焼材料排出口６は、脱ガス処理された上記燃焼材料を酸化させる酸化チャンバ７内で終結している。場合によっては、脱ガス処理された上記木片と共に、排出されたスズが、酸化チャンバ７内に残留し得る。酸化チャンバ７は、上記脱ガスチャンバを取り囲んでいるので、放出された熱は、脱ガスチャンバ３の壁を介して、溶融スズ４を動作温度に保持する。この場合、酸化チャンバ７が運搬スクリュー１の一部分を暖めているので、液状スズの凝固は、引き続き回避される。しかしながら、酸化チャンバ７が、脱ガスチャンバ３の下方に配置されるか、または、脱ガスチャンバ３を特に１つまたは複数の煙排出口によって貫通していることも想定可能である。この場合、脱ガスチャンバ３の熱は、特に均一に供給される。上記燃料ガスは、ガス室５から取り出されて、図示していない精製装置を通って運ばれる。この精製装置は、活性炭層であるか、または、熱的後処理によるものでありうる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明によれば、使用済みの活性炭層は、追加的な燃料として酸化チャンバ７に用いることが可能である。従って、除去する必要のある廃棄物は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  運搬スクリュー
２  燃焼材料供給口
３  脱ガスチャンバ
４  溶融スズ
５  ガス室
６  燃焼材料排出口
７  酸化チャンバ
【図１】
2009515017.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月9日(2008.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有材料から燃料ガスを発生させる装置、特に脱ガス領域と酸化領域とからなる木ガス発生装置において、
上記脱ガス領域は、液状金属、好ましくはスズを含有するように形成された脱ガスチャンバからなり、
上記脱ガスチャンバは、空気排除下で動作するように形成されており、
上記溶融金属浴を通って上記炭素含有材料を運搬する運搬装置が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記脱ガスチャンバは、金属屑、および／または、触媒を、好ましくは溶融金属浴の中に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記脱ガスチャンバを通り抜ける運搬スクリューを、好ましくは上記脱ガスチャンバの外側にある運搬スクリューの領域を断熱した状態に形成して設けることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
上記運搬スクリューは、上記溶融金属浴の領域において濾過器状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
上記酸化領域は、上記脱ガスチャンバを少なくとも部分的に取り囲む酸化チャンバから形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
上記装置は、燃料ガス精製装置を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
上記燃焼材料を前乾燥させる工程と、上記燃焼材料を溶融金属浴において空気排除下で脱ガス処理する工程と、 脱ガス処理した上記燃焼材料を酸化させる工程と、 上記燃料ガスを、好ましくは熱によって精製する工程とを含むことを特徴とする好ましくは請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置を用いて、炭素含有材料から燃料ガス、特に木ガスを発生させる方法。
【国際調査報告】
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