(57)【要約】  有機性残留物（バイオマス）を加熱層（ＺＥ）へと供給してバイオマス（Ｂ）を乾燥させ、そこから熱分解ガス（ＰＹ）を生成するために揮発性成分が逸出できるようにして、準化学量論的に酸化されて粗ガス（Ｒ）が生成される。加熱層（ＺＥ）で生成されるコークス状の炭素質残留物（ＲＫ）は、第２のプロセスステップ（１３）で、粗ガス（Ｒ）と共にガス化層（ＺＶ）において部分的にガス化される。ガス化により、活性炭（ＡＫ）と高温のプロセスガス（ＰＨ）とが形成される。ガス化層（ＺＶ）で活性炭が形成される元になる、供給したバイオマス（無水かつ無灰（ｗａｆ））１キログラム当たり０．０２ｋｇ以上０．１ｋｇ以下の一定量の活性炭を冷却し、また第３のプロセスステップ（１４）で冷却層において、たとえば５０℃以下まで高温の生成物ガス（ＰＨ）を冷却することを含む。
2019534928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化装置（１１）にバイオマス（Ｂ）を供給し、
第１のプロセスステップ（１２、１２ｉ、１２ｉｉ）で、前記供給したバイオマス（Ｂ）から粗ガス（Ｒ）と炭素質残留物（ＲＫ）とが生成され、
第２のプロセスステップ（１３）で、前記炭素質残留物（ＲＫ）はガス化層（ＺＶ）において前記粗ガス（Ｒ）のガス成分と共に部分的にガス化され、その結果として活性炭（ＡＫ）と高温の生成物ガス（ＰＨ）とが形成され、
無水かつ無灰の標準状態（ｗａｆｔ）にある前記バイオマス（Ｂ）の１供給質量単位当たり、最小の０．０２質量単位〜最大の０．１質量単位間の前記活性炭（ＡＫ）と、前記バイオマス（Ｂ）を供給した結果として生じる前記高温の生成物ガス（ＰＨ）とが前記ガス化層（ＺＶ）から移動して冷却層（ＺＫ）へと搬送され、かつ第３のプロセスステップ（１４）で前記冷却層（ＺＫ）において共に冷却され、これによって吸着プロセスが起こる一方で、冷却中に、前記高温の生成物ガス（ＰＨ）内のタールで前記活性炭（ＭＡＫ２）が凝縮される、
バイオマス（Ｂ）をガス化するための方法（１０）。
【請求項２】
前記冷却層（ＺＫ）において前記吸着プロセスを行う前記第３のプロセスステップ（１４）で、前記冷却層（ＺＫ）が前記生成物ガス（ＰＡ、ＰＲ）の露点温度よりも高い低温閾値温度を下回る温度では、前記生成物ガス（ＰＨ）および前記活性炭（ＭＡＫ２）が共に冷却されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低温閾値温度は、前記生成物ガス（ＰＡ、ＰＲ）の露点温度よりも最低で１０ケルビンから最高で２０ケルビン高い、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のプロセスステップ（１２、１２ｉ、１２ｉｉ）の間に供給する前記バイオマス（Ｂ）を、第１の部分ステップ（１２ｉ）で前記加熱層（ＺＥ）において乾燥させ、かつ前記バイオマス（Ｂ）の揮発性成分が逸出し、熱分解ガス（ＰＹ）と前記炭素質残留物（ＲＫ）とが形成されるように加熱して、前記第１のプロセスステップ（１２）に続く部分ステップ（１２ｉｉ）で、少なくとも前記熱分解ガス（ＰＹ）を、酸素含有ガス（Ｌ）を供給することによって酸化層（ＺＯ）で準化学量論的に酸化し、前記粗ガス（Ｒ）が形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
一方では前記加熱層（ＺＥ）を、そして他方では前記酸化層（ＺＯ）を、互いから独立している、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱分解ガス（ＰＹ）の前記準化学量論的酸化と前記炭素質残留物（ＲＫ）のガス化とを、互いから独立している層において行う、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記準化学量論的酸化を、前記酸化層（ＺＯ）において、最低で１０００℃〜最高で１２００℃までの温度（ＴＯ）で行う、請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化層（ＺＯ）内の温度（ＴＯ）を、前記酸素含有ガス（Ｌ）の供給量によって調整する、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
周囲圧力に対して上昇させた圧力下で前記方法を行っている、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記吸着プロセスによって浄化された前記生成物ガス（ＰＡ、ＰＲ）を、たとえばガスエンジンなどの装置に燃料として供給し、バイオマスの供給量（ＭＢ）と前記ガス化層から取り出す活性炭（ＡＫ）の量（ＭＡＫ２）とを、前記装置の性能要件に比例して調整する、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記粗ガス（Ｒ）と前記炭素質残留物（ＲＫ）とを間接加熱によって前記ガス化層（ＺＶ）内で加熱し、かつ／または前記活性炭（ＡＫ）と前記高温の生成物ガス（ＰＨ）とを間接冷却によって前記冷却層（ＺＫ）内で冷却する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第３のプロセスステップ（１４）で前記タールを吸着した前記活性炭（ＡＫ）は、前記生成物ガス（ＰＨ）および前記活性炭（ＡＫ）を冷却するために前記第３のプロセスステップ（１４）で使用した前記空気で反応器（４４）において焼却しており、前記焼却時の排出ガス（Ｇ）を、前記加熱層（ＺＥ）を加熱するために使用することが好ましい、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
加熱層（ＺＥ）を有する少なくとも１つの槽（２４）と、
熱分解ガス（ＰＹ）および炭素質残留物（ＲＫ）を生成するために、前記加熱層（ＺＥ）にバイオマス（Ｂ）を供給するように配置された供給装置（２８、２９）と、
前記熱分解ガス（ＰＹ）を酸化するための酸化層（Ｚ）、および前記炭素質残留物（ＲＫ）をガス化するためのガス化層（ＺＶ）を有する少なくとも１つの槽（２３）と、
前記熱分解ガス（ＰＹ）を前記加熱層（ＺＥ）から前記酸化層（ＺＯ）に、また粗ガス（Ｒ）を前記酸化層（ＺＯ）から前記ガス化層（ＺＶ）に搬送するように配置され、かつ前記炭素質残留物（ＲＫ）を前記加熱層（ＺＥ）から前記ガス化層（ＺＶ）に搬送するように配置された搬送手段（２９）と、
前記酸化層（Ｚ）内にある前記熱分解ガス（ＰＹ）が準化学量論的に酸化され、その結果として前記粗ガス（Ｒ）が形成されるような量の酸素含有ガス（Ｌ）を、前記酸化層（Ｚ）に対して供給するように配置されたガス供給装置（３１）と、
ガス成分を有する前記炭素質残留物（ＲＫ）が部分的にガス化され、その結果として活性炭（ＡＫ）および高温の生成物ガス（ＰＨ）が形成されるように、前記ガス化層（ＺＶ）内の温度（ＴＶ）を調整するように配置された、前記ガス化層を加熱するための加熱手段であって、
一定量（ＭＡＫ２）の前記活性炭（ＡＫ）および前記生成物ガス（ＰＨ）を、前記ガス化層（ＺＶ）から冷却層（ＺＫ）へと供給するように、前記装置（１１）を配置しており、
前記一定量（ＭＡＫ２）の活性炭が、前記活性炭（ＡＫ）および前記高温の生成物ガス（ＰＨ）が形成される元になる、無水かつ無灰の標準状態にある前記バイオマス（Ｂ）の供給質量の最小２％〜最大１０％の質量を有する、加熱手段と、
前記冷却層（ＺＫ）内で、前記一定量（ＭＡＫ２）の活性炭および前記高温の生成物ガス（ＰＨ）を共に冷却し、これによって吸着プロセスが起こり、前記プロセスの最中に、前記高温の生成物ガス（ＰＨ）内のタールで前記活性炭（ＭＡＫ２）が前記冷却中に凝縮されるように配置された冷却装置（ＺＫ）とを備える、
バイオマス（Ｂ）をガス化するための装置（１１）。
【請求項１４】
一方では前記加熱層（ＺＥ）を、他方では前記酸化層（ＺＯ）を、それぞれ別々の槽（２３、２４）内に配置し、かつ／または一方では前記ガス化層（ＺＶ）を、他方では前記冷却層（ＺＫ）を、それぞれ別々の槽（２３、３６）内に配置する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
周囲圧力に対して上昇させた圧力下で前記ガス化を行うように、前記装置（１１）を配置する、請求項１３または１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスをガス化するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは、たとえば木材廃棄物、農業廃棄物、除草廃棄物、発酵残渣、または下水汚泥などのあらゆる炭素含有有機物を意味すると理解されている。
【０００３】
実際的な用途での使用に関しては、バイオマスおよび残留物質の流出を回避して、廃熱の現地利用ができるように、たとえば農場または共同区域で、１時間当たり２００Ｋｇを下回るバイオマス流量を特徴とする分散型の小規模プラントが、その大半を占めている。今日まで、かかるプラントは市場では受容されていなかった。これに関する１つの実質的な理由としては、バイオマスの熱分解およびガス化中に形成されるタールの存在が挙げられる。これまで、このタールの除去にコストをかけなければならず、また通例、これによってかかるプラントを維持するのに多額の費用を要していた。ガス化中に形成されたガスをその後熱電併給プラントで使用する予定である場合、生成した生成物ガスからタールを完全に除去することでさえ必要になる。かかるプラントの維持管理および取得のいずれにも、これまでのところコストがかかっていた。
【０００４】
並流ガス化システムを使用したバイオマスをガス化するための方法および装置は、特許文献１から公知である。生成物ガスへのタールの混入を回避するために、後者では並流ガス化システムを使用した１段階プロセスを提案しており、この場合、燃料は重力に抗してガス化槽へと供給される。酸化層の上方にある還元層には、固定流動床が形成される。このため、固定層式ガス化炉について知られている還元層の領域における流路の臨界形成は回避されるべきであり、またこうしたことから、生成物ガスへのタールの混入を低減すべきである。ただし、かかる流動床を形成するとなると、ガス化に際し特定の有機性残留物および粒度にそれぞれ限定する必要が生じるが、これはなぜなら、その他の方法では安定した流動床を得ることができないからである。
【０００５】
特許文献２には、バイオマスが横方向に供給される反応槽を備える装置について記載されている。タールを含有するガスを、反応槽内の閉鎖カバー上で凝縮させることができる。これにより、反応槽から凝縮タールを除去したり、還元槽内にある反応層にタールを戻したりすることが可能になる。その結果、全体的な効率の度合いが上昇するはずである。同様の構成について、特許文献３にも記載されている。この場合、残留物をできる限り完全に石灰化して、「白灰」を生成するための付加的な後処理装置を設けている。
【０００６】
特許文献４には、バイオマスガス化のための別の解決策が記載されている。この特許文献では、熱分解槽とガス化炉とを備える並流ガス化炉を提案している。タール含有熱分解ガスは、ガス化炉の酸化層において１２００℃で焼却される。したがって、酸化層では極めて高い温度が必要になる。
【０００７】
特許文献５には、水蒸気改質により、合成ガスをバイオマスから生成する方法が記載されている。これには、間接加熱用の非常に大きな加熱面が必要になる。流動床は、ガス化炉の管またはガス化炉のコイル内で作動するパドルによって生成されことになる。合成ガスは、その後カーボンフィルタにおける向流プロセスで浄化され、またその際に冷却される。
【０００８】
特許文献６には、バイオマスのガス化および燃焼のための方法および装置が記載されている。この方法では、熱分解ガスとコークスとが形成され、ここでコークスはガス化反応器へと搬送され、そこで部分的にガス化される間に、活性炭が形成される。この活性炭は搬送システムを介して燃焼槽から移動し、次いで燃焼槽の外側のフィルタへと搬送される。この方法において形成された生成物ガスは、ガス化反応器から取り出した後活性炭から分離され、熱交換器内で冷却される。冷却済みの生成物ガスは、次いで活性炭を装填したフィルタ内に通される。これにより、すべての有害物質が活性炭内に残留することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００８０４３１３１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１４３６３６４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第２５２２７０７号明細書
【特許文献４】独国実用新案第２０２００９００８６７１号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第２６３６７２０号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９８４６８０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この従来技術を考慮すると、本発明の目的は、最も多様な有機性残留物を粒度に関係なく処理し、また経済的な方法で低タールの生成物ガスを生成することができる形態の、バイオマスをガス化するための方法および装置を提供することであると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、特許請求の範囲第１項に記載の特徴を示す方法、ならびに特許請求の範囲第１３項に記載の特徴を示す装置によって達成される。
【００１２】
本発明による方法を検討すると、たとえば特許請求の範囲第１３項による、バイオマスをガス化するための装置に供給するバイオマスから、少なくとも３つのプロセスステップにおいて生成物ガスを生成している。第１のプロセスステップで、供給したバイオマスから粗ガスと炭素質残留物とが生成される。
【００１３】
そうするために、酸素含有ガス、とりわけ空気を供給することによって、たとえば酸化層において、バイオマスを準化学量論的に酸化している。供給すべき酸素含有ガスを、このために予熱してもよい。準化学量論的酸化の間に、粗ガスとコークス状の炭素質残留物とが得られる。
【００１４】
本方法の変形形態を参照すると、第１のプロセスステップの間に供給するバイオマスを、第１の部分ステップで加熱層において加熱し、かつ／または揮発性成分がバイオマスから逸出することができるようにこれを加熱しており、その場合は熱分解ガスと炭素質残留物とが形成される。乾燥および熱分解は、共有の加熱層で実行することができる。あるいは、バイオマスの乾燥および熱分解を、互いから独立している層で行ってもよい。第２の部分ステップで、第１のプロセスステップによる熱分解ガスを、酸素含有ガスを供給することによって酸化層で準化学量論的に酸化し、これによって粗ガスが生成される。
【００１５】
本発明による方法において、活性炭が形成されるように、第２のプロセスステップで第１のプロセスステップによる炭素質残留物および粗ガスを部分的にガス化している。その際、好ましくは最大７５％まで、さらに好ましくは最大６０％〜６５％までの炭素質残留物をガス化層でガス化する。典型的な一実施形態では、ガス化層内の温度は最低で８００℃であり、最高で１０００℃であってもよい。このガス化層では、高温の生成物ガスと活性炭とが生成される。
【００１６】
第３のプロセスステップで、高温の生成物ガスと少なくとも一部の活性炭とを、冷却層において共に冷却する。そうすることで、吸着プロセスが起こり、そのプロセスの最中に高温の生成物ガス内のタールが活性炭上に吸着される。これにより、高温の生成物ガスからタールが除去され、その結果、第３のプロセスステップの後に得られる生成物ガスは低タールであるか、またはタール成分を実質的に含まないものとなる。本発明による方法では、ガス化層で生成される一定量の活性炭と、バイオマスを供給した結果得られる高温の生成物ガスとを冷却層へと搬送し、この冷却層で共にこれらを冷却し、その結果、冷却中に吸着プロセスが起こるようにしており、このプロセスにおいて、一定量の活性炭が、冷却中に高温の生成物ガス内のタールで凝縮される。
【００１７】
この一定量の活性炭は、水を含まず、かつ灰を含まない（ｗａｆ）ことを標準状態としている、バイオマスの供給質量ｍＢｗａｆにおける最小２％〜最大１０％の質量ｍＡＫ２を有する。たとえば、無水かつ無灰の標準状態にある供給バイオマス１キログラム当たり、０．０５キログラムの活性炭を、得られる生成物ガスと共に冷却するために冷却層へと搬送している。たとえば、バイオマスの質量流量ｍＢｒｏｈを本装置に供給する場合、このバイオマスは、通例水および鉱物性物質を含む。このため、バイオマスの供給質量流量ｍＢｒｏｈは、無水かつ無灰の標準状態にあり、通例質量流量ｍＢｒｏｈよりも小さいバイオマスの質量流量ｍＢｗａｆに一致している。バイオマスを一定の質量流量で供給する場合、活性炭の一定の質量流量ｍＡＫ２がガス化層から冷却層へと搬送され、この場合規定の質量流量ｍＡＫ２は、無水かつ無灰の標準状態にあるバイオマスの質量流量ｍＢｗａｆにおいて最小で２％、最大で１０％となり、この場合、
ｍＡＫ２＝０．０２．．．０．１ｍＢｗａｆとなる。
【００１８】
生成物ガスと共に一定量の活性炭のみが冷却層へと供給され、そこで生成物ガスと共にこれが冷却されるようにするために、バイオマスをガス化するための本方法を、たとえばガス化層で一定量の活性炭しか生成されないように制御または調整することができる。代替的にまたは付加的に、余剰活性炭をガス化層から、かつ／またはガス化層と冷却層との間で分離することができる。
【００１９】
純粋な生成物ガスの要求量が変化した場合、たとえば、これを供給するモータの負荷が変化する間に、本装置の投入口でバイオマスの供給を増減させる際に生じる時間遅延を考慮して、ガス化反応器における活性炭生成の増減に合わせて生成物ガスの要求量を調整しなければならない。したがって、分離すべき活性炭の量は、現時点で得られる活性炭および現時点で得られる高温の生成物ガスが形成される元になる、バイオマスの量を考慮して決定する。
【発明の効果】
【００２０】
これらのプロセスステップを提供する本方法および適切な装置をそれぞれ用いることにより、バイオマスガス化中に低タールの生成物ガスを経済的かつ簡便に生成することが可能となる。活性炭の少なくとも一部とタールが混入した生成物ガスとを共に冷却することでは、タールが混入した高温の生成物ガスと活性炭の一部とが共に冷却される当該槽の壁にタールが全く沈殿しないか、またはごくわずかな量しか沈殿しない。ここではむしろ、冷却中に、一定量の活性炭が高温の生成物ガス内のタールを吸着する。したがって、当該槽からタールを除去するためにコストのかかる浄化を行う必要はほとんどないか、全くないことになる。
【００２１】
冷却層において生成物ガスを冷却する際の温度は、たとえば最高で５０℃である。冷却層での吸着プロセスを行う第３のプロセスステップにおいて、生成物ガスと一定量の活性炭とが生成物ガスの露点温度よりも高い温度閾値未満で共に冷却されない場合、浄化を行うと、とりわけ効果的である。このように、活性炭が有する高い担持容量は依然として有効である。低温閾値温度としては、生成物ガスの露点温度よりも最低で１０ケルビンから最高で２０ケルビン高いことが好ましい。
【００２２】
吸着プロセスを経た結果として浄化された生成物ガスを、たとえばガスタービンまたは他のガスエンジンなどの装置に燃料として供給することができる。浄化された生成物ガスを供給する装置の性能要件に比例して、バイオマスの質量流量を調整することが好ましい。ガス化層から冷却層へと搬送される一定量の活性炭の質量流量において、前記活性炭はバイオマスの量を比例的に増減させることから生じているが、それに応じてこの質量流量を比例的に調整することが好ましい。
【００２３】
さらに、たとえば約５バールの範囲の圧力など、周囲圧力に対して上昇させた圧力下でガス化を行うと、有利である。その後、生成された冷却済みの生成物ガスを、中間圧縮を行うことなくガスタービンまたは加圧エンジンで使用することができる。これを実現するために、少なくとも１つの反応槽を適宜加圧することができる。たとえば、酸素含有ガス（たとえば空気）を加圧下で、圧縮機または他の適切な圧縮装置を介して少なくとも１つの反応槽へと導入することができる。加圧下で本方法を実行することにより、さらに活性炭の担持容量を増加させることができる。
【００２４】
好ましくは、このバイオマスのガス化を段階的に行う。たとえば、別々の槽において、一方では乾燥および熱分解のために加熱を行い、他方では、得られた熱分解ガスおよび炭素質残留物の処理を酸化および／またはガス化によって実行する場合、少なくとも１つの２段階プロセスが得られる。たとえば、一方では乾燥および／または熱分解のための加熱層を、他方では酸化層を、それぞれ別々の槽内に配置すると、とりわけ好ましい。互いから独立している層において、一方では、熱分解ガスを生成するためにバイオマスの加熱、および／またはバイオマスからの揮発性成分の遊離を行い、他方では、準化学量論的酸化を段階的に行い、その際の酸化層における所望の温度は、バイオマスの一片の大きさおよびバイオマスの湿度とはほとんど無関係に、取得かつ調整することができる。さらに、互いから独立している槽にある別々の層において、一方では準化学量論的酸化を行い、他方では炭素質残留物のガス化を行う場合、３段階プロセスが得られる。
【００２５】
酸化層内の温度が、炭素質残留物の灰の灰軟化点または灰融点よりも低いと好ましい。その際、酸化層内の温度が灰軟化点または灰融点にできる限り近いと有利である。たとえば、準化学量論的酸化は最低温度の１０００℃で行う。
【００２６】
いくつかの典型的な実施形態では、生成物ガスの発熱量は１立方メートル当たり１．５ｋＷｈ〜２ｋＷｈである。本方法における冷ガス効率は、８０％を超える可能性がある。
【００２７】
本方法により、バイオマスとしてのあらゆる種類および大きさの有機性残留物をガス化することが可能になる。ここでは、流動床を形成する必要はない。汚染排水も発生しない。タールの除去に高額の投資費用を必要とせず、また運転にも高額の維持費がかからないので、生成物ガスからのタール除去を小規模プラントにおいても経済的に実行することができる。
【００２８】
本発明による方法は、自己熱交換ガス化および全熱交換ガス化の混合形式として実行することができる。典型的な一実施形態では、酸化層内の温度を、酸素含有ガスの供給量によって、また好ましくはその温度によっても調整している。その結果として、ガス化層内の温度に影響を及ぼすことなく、要求量に合わせてガスの生成を調整することができる。ガス化層内の温度は、加熱装置を用いた間接加熱によっても調整することができる。代替的にまたは付加的に、たとえば酸化層で部分的に酸化される炭素質残留物により、かつ／または熱分解ガスにより、酸化層から持ち込まれる熱によってガス化層に熱を供給している。
【００２９】
典型的な一実施形態では、ガス化層の間接加熱には、供給したバイオマスが有するエネルギー含量の１０％未満を要する。このため、完全に全熱交換式のガス化と比較して、より小さい加熱面をガス化層に設けていてもよい。
【００３０】
活性炭と高温の生成物ガスとを、冷却層内で間接冷却によって冷却することが好ましい。生成物ガスのダスト汚染を低減するために、純ガスとも呼ばれ得る冷却済みの生成物ガスを、次いでフィルタおよび／または集塵装置の冷却層へと供給してもよい。このフィルタには、冷却層の上流で余剰活性炭として分離され、そのためにタールが混入した生成物ガスと共に冷却されなかった活性炭を供給してもよい。精密浄化を行うために、それ自体が浄化体として知られている活性炭用に、交換可能なコンテナを有する浄化装置を使用することもできる。
【００３１】
本方法において形成される活性炭のうちで、第３のプロセスステップでタールを吸着した少なくとも一部を、生成物ガスおよび活性炭の冷却用に第３のプロセスステップであらかじめ使用された空気を用いて、反応器内で燃焼させることが好ましい。また燃焼時の排出ガスを、加熱層を加熱するために使用すると好ましい。その結果として、全体的な効率が上昇する。乾燥または熱分解中にバイオマスの揮発性成分の遊離を行うにあたり、熱を発生させるための反応器用の燃料を別々に供給する必要はなく、これを自動的に蓄積させている。
【００３２】
反応器の熱によって、ガス化層を加熱することができる。これはとりわけ、ガス化層を含む反応槽、またはその内部にガス化層を設けた反応槽セクションに間接加熱を行うことによって実現することができる。典型的な一実施形態では、冷却後に冷却層から取り外される活性炭を、反応器用の燃料として使用することができる。
【００３３】
反応器内で活性炭を燃焼させるにあたり、活性炭をバーナに供給する前に活性炭の表面を拡大することは、たとえば活性炭が冷却層から取り外されるときに粉砕または微粉砕されることから、有利となり得る。１つ以上の前記手段により、本方法および本装置の効率をそれぞれ、さらに上昇させることが可能である。
【００３４】
さらに、酸素含有ガスが酸化層へと搬送される前にこれを予熱すべく、反応器での燃焼中に生成される排出ガスを使用すると、有利である。
【００３５】
本発明による方法の典型的な一実施形態を実行することができる、本発明によるバイオマスをガス化するための装置は、バイオマスの加熱層を設けた少なくとも１つの第１の槽を備える。この加熱層で、バイオマスの乾燥および／または熱分解を行うことができる。本装置に、乾燥および熱分解を行うための別々の部分層を有する加熱層を設けることができる。たとえば、これらの部分層を、本装置において互いから独立している複数の第１の槽に配置してもよい。本装置は、熱分解ガスおよび炭素質残留物を生成するために、加熱層にバイオマスを供給するように配置された供給装置を備える。さらに、本装置は、熱分解ガスを酸化するための酸化層、および炭素質残留物をガス化するためのガス化層を供給する少なくとも１つの第２の槽を備える。本装置は、これらの酸化層とガス化層とが別々の槽に設けられるように、互いから独立している複数の第２の槽を備えていてもよい。好ましくは、酸化層およびガス化層を有する第２の槽または複数の第２の槽を、加熱層を有する第１の槽から隔離し、これにより、一方の加熱層と、他方の酸化層およびガス化層とを互いから独立させるようにしている。本装置は、酸化層内にある熱分解ガスが準化学量論的に酸化され、その結果として粗ガスが形成されるような量の、たとえば空気などの酸素含有ガスを、酸化層に対して供給するように配置されたガス供給装置を備える。生成物ガスの生成は、酸素含有ガスの供給量およびバイオマスの供給量により、要求量に合わせて調整することができる。本装置は、熱分解ガスを加熱層から酸化層に、また粗ガスを酸化層からガス化層に搬送するように配置され、かつ炭素質残留物を加熱層からガス化層に搬送するように配置された搬送手段を備える。この搬送手段は、たとえば少なくとも１つの搬送装置を用いて、かつ／または普通の重力によって作動する。さらに、本装置は、炭素質残留物（場合によっては、ガス化のためにガス化層へと搬送される粗ガスのガス成分を含む）が部分的にガス化され、その結果として活性炭および高温の生成物ガスが形成されるべく、ガス化層内の温度を調整するように配置された加熱手段を備える。この加熱手段は、たとえばガス化層の間接加熱を行うための加熱装置であってもよい。代替的にまたは付加的に、酸化層から熱伝達を行うことができる。熱分解ガスの準化学量論的発熱酸化による熱、そして場合により酸化層内の炭素質残留物による熱を、たとえば熱放射によって、かつ／または高温の粗ガスによって、もしくは加熱済みの炭素質残留物によって、酸化層からガス化層へと導入することができる。
【００３６】
ガス化によって生成された生成物ガスには、依然としてタールが混入している。このため、ガス化層からの一定量の（たとえば、一定の質量流量）活性炭、およびガス化層への生成物ガスを本装置の冷却層へと供給するように、本装置を配置している。たとえば、一定量の活性炭および高温の生成物ガスを、搬送手段においてガス化層から冷却層へと搬送するように、本装置を配置している。この搬送手段は、たとえば搬送装置を備え、かつ／または普通の重力によって作動する。一定量の活性炭は、活性炭および高温の生成物ガスが形成される元になる、無水かつ無灰の標準状態にあるバイオマスの供給質量（ｍｗａｆ）における最小２％〜最大１０％の質量を有する。この一定量は、活性炭と高温の生成物ガスとが形成される元になる、無水かつ無灰の標準状態にあるバイオマスの供給質量（ｍｗａｆ）における５％の質量を有する。
【００３７】
たとえば、バイオマスの質量流量ｍＢｒｏｈを本装置に供給する場合、この質量流量ｍＢｒｏｈは、無水かつ無灰の標準状態にあり、通例質量流量ｍＢｒｏｈよりも小さい（本装置に供給するバイオマスは、通例水と灰（鉱物性物質）とを含むため）バイオマスの質量流量ＢＷａｆに一致している。活性炭の質量流量ｍＡＫは、本装置のガス化層における質量流量ｍＢｒｏｈから形成されている。一定量の活性炭を一定の質量流量ｍＡＫ２の形態で冷却層に供給するように、本装置を配置している。これは、無水かつ無灰の標準状態にあるバイオマスの質量流量における最小２％〜最大１０％の質量流量ｍＡＫ２の形態で、一定量の活性炭を冷却層へと供給していることを意味する。たとえば生成物ガスを供給するガスエンジンの負荷が変化するなど、純粋な生成物ガスの要求量が変化した場合、本方法に関する記載とも併せて説明したように、生成する活性炭に対して供給したバイオマス（ｗａｆ）の量に基づいて、冷却層に搬送すべき活性炭の量を決定するように、本装置を配置している。
【００３８】
したがって、一例として、ｍＢｗａｆの最小２％〜ｍＢｗａｆの最大１０％の範囲で、活性炭の一定の質量流量ｍＡＫ２のみがガス化層で生成されるべく、本装置がたとえばプロセス制御装置によって当該プロセスを制御することができるように、たとえば一定の質量流量のみを冷却層へと搬送するように、本装置を配置することができる。代替的にまたは付加的に、本装置は、たとえば冷却層の上流で余剰活性炭を分離して、その余剰活性炭が冷却層へと搬送されることのないようにするために配置された、分離装置を備えていてもよい。
【００３９】
さらに、本装置は、分離した一定量の活性炭および生成物ガスを共に冷却するための冷却槽を含む、冷却装置を備える。冷却槽によって同時に提供される冷却層内で、分離した一定量の活性炭および高温の生成物ガスを冷却し、これによって冷却層での冷却中に吸着プロセスが起こる一方で、高温の生成物ガス内のタールで活性炭が冷却中に凝縮されるようにするために、この冷却装置を配置している。
【００４０】
一定量の活性炭と高温の生成物ガスとが冷却槽内で共に冷却され、かつ冷却中に、生成物ガスに含まれるタールが活性炭に吸着される限り、タールは冷却装置の冷却槽の壁に全く沈殿しないか、またはごくわずかな量しか沈殿しない。そのため、コストをかけて冷却槽を浄化する必要がない。そうすることで、人間の介入なしに操作することさえも可能である。
【００４１】
典型的な一実施形態では、本装置は酸化とガス化とを行うための共有の反応槽を有する。酸化層からガス化層への粗ガスおよび炭素質残留物の搬送は、主に重力によって補助されながら、本質的に垂直方向に行われている。同時に、ガス化層から冷却層への高温の生成物ガスおよび活性炭の搬送は、少なくとも重力によって補助されながら行われ得る。酸化層とガス化層とを１つの槽に配置して、冷却層を後者の槽から独立している別の槽に配置していると好ましい。複数の槽間で、かつ／または複数の槽内で物質を搬送するために、たとえばスクリューコンベヤなどの適切な搬送手段を設けることができる。
【００４２】
一方では酸化層およびガス化層を、そして他方では冷却層を、互いから独立させて配置することが好ましい。これらの層を別々の槽に配置しているため、本方法を段階的に実行するように本装置を配置している。
【００４３】
周囲圧力に対して上昇させた圧力下でバイオマスのガス化を行うことができるように、本装置を配置することが好ましい。たとえば、そうするために、バイオマスを供給するための本装置の投入口上に、浄化された生成物ガスを吐出するための本装置の吐出口上に、かつ／または灰を排出するための本装置の排出口上にロックを配置しており、前記ロックは、投入口と排出口と吐出口との間でそれぞれ、周囲圧力に対して上昇させた圧力で本装置を操作できるように構成されている。
【００４４】
本方法および本装置の有利な実施形態のそれぞれについては、従属請求項、発明の詳細な説明および図面から推測することができる。添付図面を参照しながら、以下で本発明の好ましい典型的な実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の方法および本発明の装置の典型的な一実施形態を示したブロック図である。
【図２】本発明の方法および本発明の装置それぞれに関する、別の典型的な実施形態を示したブロック図である。
【図３】乾燥および熱分解を行うための別個の加熱槽、酸化層およびガス化層を有する共有の反応槽、ならびに別個の冷却槽にある別個の冷却層を有する本装置の典型的な一実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、本発明の典型的な一実施形態の概略ブロック図を示す。このブロック図は、バイオマスＢをガス化するための方法１０および装置１１をそれぞれ示す。本方法は、本質的に３つの連続したプロセスステップ１２、１３、１４を含む。第１のプロセスステップ１２で、バイオマスＢを酸素含有ガスと共に酸化層ＺＯへと供給する。典型的な実施形態で使用している酸素含有ガスは、空気Ｌである。生成される生成物ガスの要求量に応じて、供給空気量Ｌを調整する。さらに、空気量Ｌにより、酸化層ＺＯ内の温度ＴＯを調整することができる。
【００４７】
この第１のプロセスステップ１２で、バイオマスＢは酸化層ＺＯ内で準化学量論的に酸化される。その際、粗ガスＲおよび炭素質残留物ＲＫが形成される。酸化層内の温度ＴＯを、炭素質残留物ＲＫの灰の灰融点または灰軟化点よりも低く（ただし、できる限り近い温度に）調整している。これにより、炭素質残留物の灰が酸化層ＺＯ内で溶融または軟化することと、酸化層ＺＯの領域内で凝集が起こることとが回避される。その一方で、酸化層ＺＯ内の温度ＴＯを極めて高く設定することによっても、粗ガスＲのタール含有量を低減することが既に達成されている。粗ガスＲおよび炭素質残留物ＲＫは、次いで第２のプロセスステップ１３で、ガス化層ＺＶにおいて部分的にガス化される。加熱装置１５を用いて、ガス化層ＺＶを間接的に加熱することができる。その他の場合は、たとえば、酸化層ＺＯからの熱を、とりわけ高温の炭素質残留物ＲＫ、および高温の粗ガスＲの導入を通じて伝達することにより、ガス化層ＺＶ内の温度ＴＶを調整することができる。少なくとも１つの好ましい実施形態では、加熱装置１５は少なくとも１つのバーナ１６を備えていてもよい。
【００４８】
ガス化層ＺＶ内の温度ＴＶは、酸化層ＺＯ内の温度とは無関係に、加熱装置１５を介して調整することができる。本発明の典型的な実施形態では、ガス化層ＺＶ内の温度ＴＶは最低で８００℃であり、最高で１０００℃である。炭素質残留物ＲＫはガス化層ＺＶ内で粗ガスのガス成分と共に部分的にガス化され、典型的な実施形態では、ここで炭素質残留物ＲＫの最大約７５％がガス化される。炭素質残留物ＲＫをガス化するために使用されるガス成分は、主に水蒸気および二酸化炭素である。
【００４９】
これらの条件下で、依然として望ましくない高い割合でタールを含有する高温の生成物ガスＰＨと、活性炭ＡＫとが形成される。次いで、生成物ガスＰＨと一定量の活性炭ＭＡＫ１とを共に冷却するために、高温の生成物ガスＰＨと一定量の活性炭ＭＡＫ２とが冷却層ＺＫへと搬送され、その結果、共に冷却している間に、タールが高温の生成物ガスＰＨから一定量の活性炭ＭＡＫ２へと移動する。このように、一定量の活性炭ＭＡＫ２がタールを吸着するので、冷却層ＺＫを提供している当該槽の壁にタールが沈殿することが防止される。その一方で、活性炭ＡＫは有効に利用される。
【００５０】
生成物ガスＰＨと共に冷却される活性炭ＭＡＫ２の量を、活性炭ＡＫおよび生成物ガスＰＨの生成に対して供給したバイオマスの量ＭＢに基づいて決定する。バイオマスの供給量ＭＢは、通例水および灰を含み、かつ質量ｍＢｒｏｈを含む。これは、無水かつ無灰（ｗａｆ）の標準状態にある質量ｍＢａｆに一致している。冷却層に供給する活性炭量ＭＡＫ２は、供給するバイオマスＢの無水かつ無灰の標準状態にある、バイオマスＢの供給質量ｍＷＡＦにおける最小２％〜最大１０％の質量ｍＡＫ２を含む。
【００５１】
第３のプロセスステップ１４で、高温の生成物ガスＰＨと、一定量の活性炭ＭＡＫ２と、ガス化反応器内に形成された灰とが、冷却装置１７を用いて間接的に冷却される。そうすることで、冷却層ＺＫで吸着プロセスが起こり、そこで共に冷却している間に、生成物ガスＰＨ内のタールが一定量の活性炭ＭＡＫ２と結合する。活性炭量ＭＡＫ２は、共有槽内での冷却中に生成物ガスＰＨ内のタールで凝縮される。
【００５２】
冷却層ＺＫ内で、たとえば５０℃を下回る温度まで高温の生成物ガスＰＨを冷却することができる。吸着プロセスを行う第３のプロセスステップで、生成物ガスＰＨおよび一定量の活性炭ＭＡＫ２を共に冷却するとき、温度が低温閾値温度を下回ることのないようにするのが好ましく、前記低温閾値温度は生成物ガスＰＨの露点温度よりも高い。このようにして、活性炭の担持容量を大いに利用することができる。活性炭ＭＡＫ２を生成物ガスＰＨ内のタールで凝縮させることによって、冷却層ＺＫの端部で冷却済みの生成物ガスＰＡから、純ガスＰＲとも呼ぶことができる生成物ガスを得ることが可能になる。純ガスＰＲは完全に無タールであり、ごくわずかな割合のタールしか含まない。この純ガスＰＲをエネルギー生成に使用することができ、その際とりわけ、タール除去のために別途コストをかけて後処理を行う必要がない。具体的には、純ガスＰＲを熱電併給プラントで直接使用することができる。
【００５３】
共に冷却するために使用する一定量の活性炭ＭＡＫ２は別にして、ガス化層ＺＶに過量の活性炭ＭＡＫ１が残留している可能性がある。図１で矢印Ｐによって示すように、これを冷却層ＺＫの上流で分離または除去することができる。質量流量ｍＡＫ１を有する部分的な過量ＭＡＫ１を、純ガスＰＲのさらなる精密浄化を行うために浄化コンテナ装置へと供給して、これにより、共に冷却を行った後の純ガスＰＲの残留タール含有量を低減することができる。かかるガス浄化用の浄化コンテナ装置はそれ自体公知であるため、これに関する詳細な説明は省略することができる。
【００５４】
図１で破線によって示すように、冷却済みの生成物ガスＰＡまたは純ガスＰＲから、たとえばフィルタ、静電装置、またはサイクロンなどを使用して、適切な集塵装置１８においてダストを除去することができる。
【００５５】
冷却層ＺＫから活性炭量ＭＡＫ２を取り外し、かつ粉砕装置１９を使用して粉砕するか、または微粉砕することができる。以下で粉炭ＳＫと呼ぶ粉末活性炭を、燃焼用のエネルギー担体として使用することができる。たとえば、粉炭ＳＫまたは少なくともその一部を、ガス化層ＺＶを間接的に加熱するために加熱装置１５のバーナに搬送することができる。
【００５６】
さらに、図１は、加熱装置の少なくとも１つのバーナ１６からの排出ガスＧを使用するにあたり、２つの選択肢を示している。一方では、バイオマスＢが酸化層ＺＯへと搬送される前に、これを乾燥させるための乾燥装置２０において、排出ガスＧを使用することができる。代替的にまたは付加的に、空気Ｌまたは酸素含有ガスが酸化層ＺＯへと搬送される前に、これらを予熱するための予熱装置２１において、排出ガスＧを使用することができる。
【００５７】
本方法を、自己熱交換ガス化および全熱交換ガス化の混合形式として実行することができる。一実施例によれば、第２のプロセスステップ１３でガス化層ＺＶの間接加熱を任意で行うために、バイオマスの最大１０％のエネルギー含量を要する。純ガスＰＲは、１．５ｋＷｈ〜２ｋＷｈ  ／立方メートルの発熱量を有する。８０％を超える冷ガス効率を達成することができる。第３のプロセスステップ１４で生成物ガスＰＨと一定量の活性炭ＭＡＫ２とを同時に冷却して吸着を行うことで生成物ガスＰｈからタールを除去する方法は、極めて経済的であり、また高額の投資費用も高額の維持費も必要としない。
【００５８】
図２は、本発明の方法および本発明の装置それぞれに関する別の典型的な実施形態を示す。図１の典型的な実施形態との相違点を以下に記載するものとする。それ以外は、図１による典型的な実施形態に関する記載が適用される。
【００５９】
図２で、典型的な実施形態における第１のプロセスステップ１２は、加熱ステップ１２ｉと酸化ステップ１２ｉｉとに分割されている。加熱ステップ１２ｉで、加熱層ＺＥにバイオマスＢを供給する。加熱層ＺＥでは、揮発性成分がバイオマスＢから逸出するように、バイオマスＢの乾燥および加熱を行う。その際、揮発性成分からのガスＰＹ（熱分解ガス）と、炭素質残留物ＲＫとが形成される。図示のように、加熱装置１５のバーナ１６からの排出ガスＧを使用して、加熱層ＺＥを加熱することができる。図示してはいないが、代替的にまたは付加的に、本方法によって純ガスＰＲが供給されるガスエンジンからの排出ガスを使用して、加熱層ＺＥを加熱してもよい。加熱層内の温度ＴＥは、たとえば約５００℃である。熱分解ガスＰＹは酸化層ＺＯへと搬送される。さらに酸化層ＺＯには、熱分解ガスＰＹが酸化層ＺＯで準化学量論的に酸化される量の、たとえば空気Ｌなどの酸素含有ガスが供給される。バーナ１６からの排出ガスの熱が供給される予熱装置２１において、空気Ｌを予熱することができる。
【００６０】
炭素質残留物ＲＫを熱分解ガスＰＹと共に酸化層ＺＯへと供給することができ、かつ／または酸化層ＺＯを迂回することにより、これを直接ガス化層ＺＶへと供給することができる。炭素質残留物ＲＫの一部を、酸化層ＺＯで化学量論的に酸化することができる。
【００６１】
加熱装置１５のバーナ１６からの排出ガスは、ガス化層ＺＶを加熱するために任意で使用することができる。
【００６２】
一方では乾燥および熱分解のために加熱を行い、他方では酸化を行うことで空間的離間を伴うために、本方法は段階的に実行される。このため、酸化層ＺＯ内の所望の温度ＴＯは、バイオマスＢの一片の大きさおよびバイオマスの湿度とはほとんど無関係に、取得かつ調整することができる。
【００６３】
図３は、バイオマスＢをガス化するための装置１１の典型的な実施形態に関する、概略部分側断面図を示す。装置１１は、共有反応槽２３を画定し、かつ本質的に垂直に配置された、たとえば円筒形状の反応コンテナ２２を備える。反応槽２３または反応コンテナ２２の上部では、隣接するセクションに酸化層ＺＯとガス化層ＺＶとが形成されている。こうした垂直配置により、高額の搬送装置を設けることなく、反応槽２３で単純化された搬送を行うことができる。これの代替実施例として、少なくとも１つの反応槽２３を水平に方向付けるか、または垂直および水平方向に対して傾斜させることができる。
【００６４】
あるいは、互いから独立している反応槽内に、酸化層ＺＯとガス化層ＺＶとを形成してもよい（図３には図示せず）。別個の反応槽を、互いから独立している反応槽内に配置してもよい。
【００６５】
炭素質残留物ＲＫと熱分解ガスＰＹとを、反応コンテナ２２の垂直方向上端部から反応槽２３に対して供給することができる。反応槽２３から独立している装置１１の加熱槽２４で、炭素質残留物ＲＫと熱分解ガスＰＹとを生成することができ、前記加熱槽は、バイオマスＢの乾燥および熱分解を行うための加熱層ＺＥを加熱槽２４内に提供している。熱分解ガスＰＹおよび炭素質残留物ＲＫ用のライン２５を介して、加熱槽を反応槽２３へと接続している。
【００６６】
加熱槽２４には、サイロ２６または中間コンテナからバイオマスＢを供給している。このため、サイロ２６または中間コンテナを加熱槽２４の投入口２７に接続している。サイロ２６と乾燥および熱分解を行うための加熱槽２４との間に、第１のロック２８を配置している。たとえば、この第１のロック２８を用いて、加熱槽２４に供給するバイオマスＢの質量流量ｍＢｒｏｈを調整することができる。垂直方向または水平方向に対して斜めに方向付けしている加熱槽２４には、加熱槽２４の投入口２７から加熱槽２４内にバイオマスＢを搬送するための、たとえばスクリューコンベヤなどの搬送装置２９を配置している。加熱槽２４の排出口３０において、ライン２５を介して前記加熱槽を反応槽２４へと接続しており、前記反応槽は酸化層ＺＯとガス化層ＺＶとを提供している。加熱層ＺＥと反応槽２３とは、反応槽２３および加熱槽２４間の温度を互いとはほとんど無関係に調整できるように、互いから独立させている槽である。さらに、反応コンテナ２２の上部には、酸化層ＺＯに酸素含有ガスまたは空気Ｌを供給するためのガス供給装置３１を設けている。たとえば空気は、ガス供給装置３１のライン３２によって、直接酸化層ＺＯへと搬送されている。反応槽２３内には、酸化層ＺＯ内の温度ＴＯを検出するための温度センサ３３を設けている。温度調整のために、検出された温度は、具体的には図示していないプロセス制御装置へと送信される。同様に、具体的には図示していない温度センサを加熱層ＺＥおよびガス層ＺＶ内に配置することができ、これらは加熱層ＺＥ内およびガス化層ＺＶ内の温度をそれぞれ検出し、かつそれらをプロセス制御装置へと送信することができる。
【００６７】
搬送方向から見た反応槽２３の端部３４には、図３で矢印によって示す分離装置３５を配置していてもよく、前記分離装置は冷却層ＺＫの上流で、活性炭ＡＫと生成物ガスＰＨとを冷却層ＺＫにおいて共に冷却するときに、使用されない余剰活性炭ＡＫを分離するように配置されている。反応槽２３の端部３４において、冷却槽コンテナ３７内に収容されている冷却槽３６に前記反応槽を接続している。冷却槽３６は冷却層ＺＫを提供している。冷却槽３６も同様に、垂直方向および水平方向に対して斜めに配置している。あるいは、これをたとえば垂直または水平に方向付けしてもよい。冷却槽３６は、たとえば反応槽２３内で生成されて冷却槽３６を通過する活性炭ＡＫの一定の質量流量など、ある一定量を搬送するように配置された、たとえばスクリューコンベヤなどの搬送装置３８を含む。さらに、この搬送装置３８は、高温の生成物ガスＰＨを冷却槽３６または冷却層ＺＫへと搬送するのに寄与することができる。活性炭ＡＫまたは生成物ガスＰＨの搬送方向から見た冷却槽３６の端部３９において、フィルタ１８と、純ガスＰＲの吐出口４１とを備える沈殿槽４０に前記冷却槽を接続している。フィルタ１８には、たとえば冷却層ＺＫの上流で分離した活性炭ＡＫを供給することができる。浄化された生成物ガスＰＲのガス吐出温度を検出し、これをプロセス制御装置へと送信する温度センサ４２を、吐出口４１に配置している。さらに、沈殿槽４０は、その下端部にタールを担持した活性炭ＡＫ用の排出口４３を有する。排出口４３において、タールを担持した活性炭ＡＫを燃焼させるための反応器４４に沈殿槽４０を接続している。沈殿槽４０と反応器４４との間には、タールを担持した活性炭ＡＫを反応器４４内に搬送して、タールを担持した活性炭を燃焼させるための第２のロック４５を設けている。さらに、典型的な一実施形態では、冷却層ＺＫの上流で分離された余剰活性炭ＡＫを反応器４４へと供給することができ、その場合の適切なフィードラインは図３には示していない。第２のロック４５は、加熱槽２４の投入口２７上にある第１のロック２８と同様に、装置１１を加熱槽２４、反応槽３６の反応槽２３、および沈殿槽４０において、たとえば５バールなどの、周囲圧力に対して上昇させた圧力で操作できるように構成されている。
【００６８】
タールを担持した活性炭ＡＫを燃焼させるための反応器４４は、灰の排出口４６を有し、その場合、たとえばターンテーブル４７によってこの灰を出口へと搬送することができる。排出口４６において、反応器４４は、他のロック２８、４５と同様に、装置１１を周囲圧力に対して上昇させた圧力で操作できるように構成された、第３のロック４８を備える。
【００６９】
加熱層ＺＥを提供している加熱槽２４を、保温ジャケット４９によって包囲している。この保温ジャケット４９と加熱槽２４のコンテナ５０の外壁との間には、加熱空間５１が形成されている。典型的な実施形態では、タールを担持した活性炭を燃焼させるために、ライン５２を介してこの加熱空間５１を反応器４４へと接続しており、これを介して加熱空間５１に反応器４４からの排出ガスＧを供給することができる。代替的にまたは付加的に、矢印５２で示すように、加熱空間５１を発電用ガスエンジン（図示せず）からの排出ガスで加熱することができ、前記ガスエンジンには、燃料として使用される浄化した生成物ガスＰＡ、ＰＲを供給している。保温ジャケット４９の排出口５３を介して、排出ガスＧを加熱空間５１から排出することができる。
【００７０】
酸化層ＺＯと、ガス化層ＺＶとを包囲している保温ジャケット５４によって、反応槽をも包囲している。保温ジャケット５４と反応槽２３との間に、ガス化層ＺＶおよび／または酸化層ＺＯを間接的に加熱するための加熱空間（図示せず）を配置してもよく、これに反応器４４からの排出ガスＧを同様に供給することができる。
【００７１】
冷却槽コンテナ３７をジャケット５６によって包囲しており、その場合、ジャケット５６と冷却槽コンテナ３７との間に冷却空間５７が形成され、前記冷却空間には、投入口５８を介して冷媒Ｃを供給することができ、典型的な実施形態では、前記冷媒は空気である。冷却空間５７は、冷却空間５７から空気Ｃを吐出するための吐出口５９を有する。冷却槽３６を間接的に冷却することによって加熱された空気Ｃを、活性炭ＡＫを燃焼させるための反応器４４に対して、吐出口５９と反応器４４との間に配置されたライン６０を介して供給することができる。
【００７２】
浄化ガスＰＲを吐出するための吐出口４１を、たとえば純ガスＰＲを用いて運転されるガスエンジン（図示せず）に接続することができる。たとえば、純ガスＰＲを生成するために、装置１１は以下のように作動する。
【００７３】
ガスエンジンが一定の機械的動力を供給しようとする定常状態にあっては、通例装置１１によって、かつ方法１０によってそれぞれ、純ガスＰＲを連続的に生成することが要求される。純ガスＰＲを生成するために、通例バイオマスＢ用のサイロ２６から投入されるバイオマスの一定の質量流量ｍＢｒｏｈ（標準状態は、粗製）が、バイオマスＢの乾燥および熱分解を行うために加熱槽２４に対し、第１のロック２８と、たとえば重力と、搬送装置２９とに補助されながら供給される。バイオマス流量ｍＢｒｏｈは、バイオマス流量ｍＢｗａｆ（状態は、無水かつ無灰）に一致している。加熱槽２４および加熱層ＺＥのそれぞれにおいて、反応器４４および／またはガスエンジンからの排出ガスＧを用いて、加熱層ＺＥをたとえば約５００℃で間接加熱することによって、バイオマスＢの乾燥および加熱を行い、その際、揮発性成分がバイオマスＢから逸出するように加熱している（熱分解）。その際、炭素質残留物ＲＫと、１立方メートル当たり数グラムのタール含有量を有し得る熱分解ガスＰＹとが形成される。
【００７４】
炭素質残留物ＲＫと熱分解ガスＰＹとは、搬送装置２９を用いて酸化層ＺＯへと搬送される。前記酸化層において、熱分解ガスＰＹは、たとえば空気Ｌなどの酸素含有ガスを導入することにより、約１０００℃〜１２００℃の温度で準化学量論的に酸化され、その場合は粗ガスＲが形成される。熱分解ガスＰＹにおけるタール成分の最大部分は分解される。酸化層ＺＯ内の温度ＴＯを調整するために、酸素含有ガス（空気）Ｌを制御している。たとえば、バイオマス（ｗａｆ）１キログラム当たり１立方メートルの空気が必要となる。予熱を行うことにより、空気量をさらに削減することができ、また純ガスＰＲの発熱量を増加させることができる。酸化層ＺＯおよび酸化ステップ１２ｉｉそれぞれにおいて、粗ガスＲ内のタールの割合は１立方メートル当たり５００ｍｇ未満に明らかに低下する。
【００７５】
酸化層ＺＯの下方に位置するガス化層ＺＶに対して粗ガスＲのガス搬送を行うことは、たとえば、酸素含有ガスＬを反応槽２３の垂直方向上端部６１に供給し、これによってガスＬが反応槽２３内にあるガスを垂直下方に押圧することで実行される。代替的にまたは付加的に、反応槽２３内でのガスの搬送を開始または促進するために、図示していない生成物ガスＰＨ用の真空引き装置を装置１１の反応槽２３の端部３４に接続することができる。
【００７６】
還元層とも呼ばれ得るガス化層ＺＶでは、炭素質残留物ＲＫの大部分は吸熱的にガス化され、この場合、ガス温度はそれに応じてたとえば７００℃まで低下する。そうすることで、炭素質残留物ＲＫの割合は、バイオマス供給量ｍＢｗａｆ（標準状態は、無水かつ無灰）に対して熱分解後の当初は２０％だったものから、たとえば５％まで低下し得る。高多孔質構造を有する炭素ＡＫ（活性炭）が形成される。
【００７７】
装置１１のプロセス制御装置が、たとえば温度、および場合によっては圧力も含めたプロセスパラメータの制御により、かつ／または分離装置、および／または冷却槽３６の搬送装置３８により、活性炭ＡＫが生成される元になる、供給したバイオマス（無水かつ無灰の標準状態にある）の１キログラム当たり最低で０．０２キログラム〜最高で０．１キログラムまでの範囲から成る一定の質量の活性炭ＭＡＫ２を、ガス化層ＺＶから冷却槽３６の冷却層ＺＫ内へと搬送し、かつ供給したバイオマスＢのガス化中に生成される、タールが混入した生成物ガスＰＨと共に、周囲温度に近い温度まで前記質量流量をそこで間接的に冷却するように、装置１１を配置している。共に冷却している間に、生成物ガスＰＨは吸着プロセスによってタールを除去され、次いで純ガスＰＲとしてガスエンジンへと搬送される。
【００７８】
純ガスＰＲの要求量が変化した場合、または現時点で供給されているバイオマスＢの発熱量が大幅に変化した場合、バイオマスＢの供給質量流量ｍＢｒｏｈもそれに応じて変化する。時間遅延を伴って、変化した活性炭の質量流量ｍＡＫがガス化層で生成される。バイオマス材料の供給質量流量ｍＢｒｏｈが変化したことに対して、生成される活性炭ＡＫの質量流量ｍＡＫが遅延を伴って変化することを考慮するように、プロセス制御装置を配置している。したがって、純ガスＰＲの要求量に変化が生じたとしても、現時点でガス化層ＺＶにある活性炭の質量流量ｍＡＫから冷却層ＺＫへと供給する量ＭＡＫ２または質量流量ｍＡＫ２は、ガス化層ＺＶで活性炭の質量流量ｍＡＫが生成される元になる、バイオマスの供給量または供給質量流量（標準状態ｗａｆにある量および質量流量）を考慮して決定されている。
【００７９】
生成物ガスＰＨ内のタール成分および他の有害物質は、活性炭ＭＡＫ２と共に冷却している間に吸着される。活性炭ＡＫの担持容量（吸着容量）は極めて高いので、バイオマスＢ（ｗａｆ）１キログラム当たりわずか２重量パーセントの担持で、たとえば１グラムのタール成分を生成物ガスＰＨから除去することができる。生成物ガスＰＨおよび一定量の活性炭ＭＡＫ２を共に冷却するときに、温度が生成物ガスＰＨの露点よりも高い低温閾値温度を下回ることのないようにするのが好ましく、これはなぜなら、活性炭ＡＫの担持容量が生成物ガスＰＨの相対湿度１００％に向かって急激に減少するからである。典型的な実施形態では、冷却層ＺＫにおける間接冷却を空気Ｃによって実行しており、その場合、加熱された冷却空気Ｃは、タールを担持した活性炭ＭＡＫ２を燃焼させるために反応器へと搬送される。
【００８０】
典型的な一実施形態では、生成物ガスＰＡ、ＰＲは、冷却層ＺＫの下流で、有害物質を担持する活性炭ＭＡＫ２のダストフィルタ１８を用いて分離される。有害物質を担持する活性炭ＭＡＫ２は第２のロック４５を介して反応器４４へと搬送され、使用済みの冷却空気Ｃで燃焼される。たとえばターンテーブル４７および第３のロック４８を介して、灰を沈殿させている。
【００８１】
バイオマスＢが高い湿度を示す場合、タールを担持した活性炭ＭＡＫ２を燃焼させるために、ガスエンジンの排出ガスと反応器４４の排出ガスとを用いた間接加熱によって、加熱層ＺＥを加熱すると適切である可能性がある。
【００８２】
ガス化装置１１の投入口および排出口にある適切なロック２８、４５、４８を用いて圧力を上昇させる形式でのガス化は、浄化された生成物ガスＰＲを圧縮機なしで加圧ガスエンジンに供給することができるという利点を有する。さらに、これにより、活性炭ＡＫの担持容量を増加させることができる。
【００８３】
本発明の方法１０および本発明の精密浄化用装置１１を用いることにより、その後の浄化（たとえば湿式スクラバー、またはエレクトロフィルタなどによる）を行う必要なく、エンジン対応型生成物ガスＰＲを生成することができる。本ガス化装置の冷ガス効率は、高湿度バイオマスの場合でさえ８０％を超えている。
【００８４】
本発明は、バイオマスＢをガス化するための方法１０およびそれに適合した装置１１に関する。本方法を、少なくとも３つのプロセスステップ１２、１２ｉ、１２ｉｉ、１３、１４によって実行する。典型的な一実施形態における第１のプロセスステップ１２では、有機性残留物、すなわちバイオマスを加熱層ＺＥへと供給してバイオマスＢを乾燥させ、そこから熱分解ガスＰＹを生成するために揮発性成分が逸出できるようにしてもよい。熱分解ガスＰＹは酸化層ＺＯへと供給され、そこで準化学量論的に酸化されて粗ガスＲが生成される。加熱層ＺＥで生成されるコークス状の炭素質残留物ＲＫは、第２のプロセスステップ１３で、粗ガスＲと共にガス化層ＺＶにおいて部分的にガス化される。加熱層ＺＥを間接的に加熱してもよい。ガス化層ＺＶも同様に、間接的に加熱してもよい。加熱層ＺＥおよび酸化層ＺＯは、別々の槽２３、２４内で互いから独立している層であることが好ましい。ガス化により、活性炭ＡＫと高温のプロセスガスＰＨとが形成される。ガス化層ＺＶで活性炭が形成される元になる、供給したバイオマス（無水かつ無灰（ｗａｆ））１キログラム当たり０．０２ｋｇ以上０．１ｋｇ以下の一定量の活性炭を冷却し、また第３のプロセスステップ１４で冷却層において、たとえば５０℃以下まで高温の生成物ガスＰＨを冷却するように、本発明による方法１０を設けているか、または本発明による装置１１を構成している。本装置をそのように構成しているか、または本方法が、活性炭ＡＫと高温のプロセスガスＰＨとを共に冷却し、その結果、活性炭ＡＫと共に冷却している間に、冷却層ＺＫにおけるプロセスガスＰＨの温度が、生成物ガスＰＨの露点温度よりも高い低温閾値温度を超えたままにすることを含むと好ましい。活性炭ＡＫと生成物ガスＰＨとを共に冷却している間に行われる吸着プロセスは、冷却中に、高温のプロセスガスＰＨ内のタールが冷却層内の活性炭ＡＫに吸収されるという結果をもたらす。その結果、第３のプロセスステップ１４の後、実質的にタールを含まない純ガスＰＲ、ＰＡが得られる。タールで凝縮された活性炭ＡＫを、加熱層ＺＥおよび／またはガス化層ＺＶを加熱するために、少なくとも部分的に燃焼させてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０  方法
１１  装置
１２  第１のプロセスステップ
１２ｉ  加熱ステップ
１２ｉｉ  酸化ステップ
１３  第２のプロセスステップ
１４  第３のプロセスステップ
１５  加熱装置
１６  バーナ
１７  冷却装置
１８  集塵装置
１９  粉砕装置
２０  乾燥装置
２１  予熱装置
２２  反応コンテナ
２３  反応槽
２４  加熱槽
２５  ライン
２６  サイロ
２７  投入口
２８  第１のロック
２９  搬送装置
３０  排出口
３１  ガス供給装置
３２  ライン
３３  温度センサ
３４  端部
３５  分離装置
３７  冷却槽コンテナ
３８  搬送装置
３９  端部
４０  沈殿槽
４１  吐出口
４２  温度センサ
４３  吐出口
４４  反応器
４５  第２のロック
４６  吐出口
４７  ターンテーブル
４８  第３のロック
４９  保温ジャケット
５０  加熱槽コンテナ
５１  加熱空間
５２  矢印
５３  吐出口
５４  保温ジャケット
５６  ジャケット
５７  冷却空間
５８  投入口
５９  吐出口
６０  ライン
６１  上端部
Ｂ  バイオマス
Ｌ  空気
Ｒ  粗ガス
ＲＫ  炭素質残留物
ＰＨ  生成物ガス
ＡＫ  活性炭
ＰＡ，ＰＲ  冷却済みの生成物ガス、純ガス
ＳＫ  粉炭
Ｇ  排出ガス
ＰＹ  熱分解ガス
ＭＢ  バイオマス供給量
ＭＡＫ２  一定量の活性炭
ＭＡＫ１  過量の活性炭
ｍＢｒｏｈ  バイオマスの質量、質量流量（標準状態は、粗製）
ｍＢｗａｆ  バイオマスの質量、質量流量（標準状態は、無水かつ無灰）
ｍＡＫ  ガス化層で形成される活性炭の質量、質量流量
ｍＡＫ２  共に冷却するための活性炭の質量、質量流量
ｍＡＫ１  余剰活性炭の質量、質量流量
ＺＯ  酸化層
ＴＯ  酸化層内の温度
ＺＶ  ガス化層
ＴＶ  ガス化層内の温度
ＺＫ  冷却層
ＺＥ  加熱層
ＴＥ  加熱層内の温度
Ｐ  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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