(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素原材料を液体燃料に変換する方法であって、
前記炭素原材料（２）をガス化装置（１）でガス化する工程であって、加熱蒸気（３）が前記ガス化装置（１）内に導入され、前記ガス化のために使用される、工程と、
前記ガス化中に生成した合成ガスをクリーニングする工程と、
前記合成ガスの温度を変化させる工程であって、該温度を変化させるために凝縮器（８）を含む、工程と、
前記合成ガスを触媒化学反応により前記液体燃料に変換する工程であって、この変換のためにフィッシャー・トロプシュ反応器（１１）が使用される、工程と、
を含み、
前記ガス化装置（１）は向流固定層ガス化装置（１）であり、
前記ガス化は外熱ガス化であり、前記加熱蒸気（３）はガス化剤および前記ガス化のための熱媒体の両方として使用され、１０００℃を超える温度を有し、
前記ガス化後の少なくとも１つのプロセスから得られた廃熱が、凝縮器（８）から得られた凝縮物と、飽和蒸気（１４）を生成するための追加の流体として前記変換中に生成された凝縮物とから前記飽和蒸気（１４）を生成するために使用され、前記飽和蒸気（１４）を過熱することによって前記加熱蒸気（３）が生成されるものであり、かつ
別のガス媒体を、供給ライン（４２）を通じて前記加熱蒸気（３）と共に前記ガス化装置（１）に送る、
方法。
【請求項２】
前記ガス化装置（１）内の動作温度は常に灰融点を超えることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記合成ガスのクリーニングはサイクロン（４）により起こることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記クリーニングプロセス後、残りのタールの分子構造を短鎖分子構造に分解させることを特徴とする、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
得られた前記合成ガスの予め規定された部分を、前記合成中に生成したオフガス（１５）に送ることを特徴とする、
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記変換に送られる前記合成ガスの圧力を増加させる圧力発生装置を備えることを特徴とする、
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス化装置（１）と前記凝縮器（８）との間のパイプライン（４４，４６，４８）及びサイクロン（４）を加熱することを特徴とする、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記飽和蒸気（１４）の過熱の他に、バルク蓄熱器（１７，１８）の高温が、前記ガス化から生じたタールを分解するために同様に使用され、かつ、分解装置（６）にガス化剤を注入するライン（３０）が設けられることを特徴とする、
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
炭素原材料を液体燃料に変換する方法であって、
前記炭素原材料（２）をガス化装置（１）でガス化する工程であって、加熱蒸気（３）が前記ガス化装置（１）内に導入され、前記ガス化のために使用される工程と、
前記ガス化中に生成した合成ガスのクリーニング中に分離された残量汚染物質が前記ガス化装置（１）に戻されるように前記合成ガスをクリーニングする工程と、
前記合成ガスの温度を変化させる工程であって、該温度を変化させるために凝縮器（８）を含む、工程と、
前記合成ガスを触媒化学反応により前記液体燃料に変換する工程であって、この変換のためにフィッシャー・トロプシュ反応器（１１）が使用される工程と、
を含み、
前記ガス化装置（１）は向流固定層ガス化装置（１）であり、
前記加熱蒸気（３）はガス化剤およびガス化のための熱媒体の両方として使用され、１０００℃を超える温度を有し、
別のガス媒体が、供給ライン（７１）を通じて前記加熱蒸気（３）とは別々に前記ガス化装置に送られ、かつ
前記ガス化後の少なくとも１つのプロセスから得られた廃熱が、凝縮器（８）から得られた凝縮物と、飽和蒸気（１４）を生成するための追加の流体として前記変換中に生成された凝縮物とから前記飽和蒸気（１４）を生成するために使用され、前記飽和蒸気（１４）を過熱することによって前記加熱蒸気（３）が生成される、
方法。
【請求項１０】
前記ガス化は外熱ガス化であることを特徴とする、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
炭素原材料を液体燃料に変換する装置（３５）であって、
前記炭素原材料を加熱蒸気（３）によりガス化させる向流固定層ガス化装置（１）と、
前記ガス化中に生成した合成ガスをクリーニングし、前記ガス化中に生成された残量汚染物質を前記ガス化装置（１）に戻すように構成される少なくとも１つのクリーニングユニット（４，６）と、
得られた前記合成ガスの温度を変化させるための少なくとも１つの温度変化ユニット（７，８、１０）であって、該温度を変化させるために凝縮器（８）を含む該温度変化ユニット（７，８、１０）と、
前記合成ガスを前記液体燃料に変換するためのフィッシャー・トロプシュ反応器（１１）と、
前記蒸気を、１０００℃を超える温度まで加熱する少なくとも１つの加熱装置（１７，１８）と、
凝縮器（８）から得られた凝縮物と、飽和蒸気（１４）を生成するための追加の流体として前記変換中に生成された凝縮物とから前記飽和蒸気（１４）を生成するために前記ガス化後の少なくとも１つのプロセスから得られた廃熱を使用する手段と、
前記飽和蒸気（１４）を過熱することによって前記加熱蒸気（３）を生成する手段と、
別のガス媒体を、前記ガス化装置（１）に送る供給ライン（４２，７１）と、を備える、
装置。
【請求項１２】
前記クリーニングユニットがサイクロン（４）であることを特徴とする、
請求項１１に記載の装置（３５）。
【請求項１３】
残留タールを処理する別のクリーニングユニットを備えることを特徴とする、
請求項１１又は請求項１２に記載の装置（３５）。
【請求項１４】
２つの温度変化装置を、ガス冷却装置（７）と、この冷ガス却装置（７）の下流に配列された凝縮器（８）の形態で備えることを特徴とする、
請求項１１〜請求項１３の少なくとも１項に記載の装置（３５）。
【請求項１５】
少なくとも２つの加熱装置（１７，１８）を備え、これらの加熱装置（１７，１８）の少なくとも２つを、定期的に弁（６２〜６９）を切り替えることによって交互に動作させることを特徴とする、
請求項１１〜請求項１４の少なくとも１項に記載の装置（３５）。
【請求項１６】
ガス媒体を前記蒸気（３）とは別々に前記ガス化装置に供給するための供給ライン（７１）を有することを特徴とする、
請求項１１〜請求項１５の少なくとも１項に記載の装置（３５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素原材料を、好ましくは液体燃料に変換するための方法および装置に関する。本発明について以下、バイオマスを参照して説明するが、本発明による方法および本発明による装置はまた、他の炭素生成物のために使用することができることを指摘しておく。本発明は、特に、ＢｔＬ（biomass to liquid、バイオマスを原料とする液体燃料製造プロセス）燃料の製造に対応する。この用語は、バイオマスから合成された燃料を示す。バイオディーゼルとは対照的に、ＢｔＬ燃料は一般に固体バイオマス、例えば、薪、わら、バイオ廃棄物、肉骨粉、またはサトウキビから、すなわち、セルロースまたはヘミセルロースから得られ、植物油および採油用果実からだけというわけではない。
【０００２】
この合成バイオ燃料の大きな利点は、バイオマスおよび面積の観点での１ヘクタールあたり４０００Ｌまでの高い収率と、栄養物に対し何の競争もないことである。さらに、この燃料は９０％を超える高いＣＯ２削減潜在能力を有し、その高い品質は、現在の、および予測可能なエンジン生成におけるいずれの使用制限も受けない。
【背景技術】
【０００３】
ＢｔＬ燃料の製造中、通常、第１のプロセス工程において、バイオマスのガス化が実施され、その後、合成ガスの生成と続く。これは、圧力および温度を増加させて合成され、液体燃料が形成される。
【０００４】
燃料は、内燃機関のための可燃物として使用することができる物質、例えば、限定はしないが、特に、メタノール、メタン、ベンゼン、ディーゼル、パラフィン、水素などを意味することは理解される。
【０００５】
好ましくは、液体燃料は周囲条件下で製造される。
【０００６】
いわゆる自己熱法は、先行技術から周知であり、この場合、空気または酸素がガス化剤として使用され、そのため、必要なガス化エネルギーは、原材料の不完全燃焼により発生する。これらの方法は比較的簡単であるが、生成ガス中の二酸化炭素の比率が高いという欠点を有する。
【０００７】
導入される原材料のいくらかは、可燃物として使用され、そのため、もはや、合成ガスを生成するために利用できない。さらに、空気をガス化剤として使用する場合、生成される合成ガスは、高比率の窒素を含み、その結果、発熱量が減少する。
【０００８】
例えば、自己熱固定層ガス化装置または自己熱噴流ガス化装置など、様々なガス化装置が先行技術から周知である（参照：ＳｕｎＤｉｅｓｅｌ−Ｃｈｏｒｅｎにより製造−Ｅｒｆａｈｒｕｎｇｅｎ  ｕｎｄ  ｎｅｕｅｓｔｅ  Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｅｎ、Ｍａｔｔｈｉａｓ  Ｒｕｄｌｏｆｆ  ｉｎ  “Ｓｙｎｔｈｅｔｉｓｃｈｅ  Ｂｉｏｋｒａｆｔｓｔｏｆｆｅ”，Ｓｅｒｉｅｓ  “ｎａｃｈｗａｃｈｓｅｎｄｅ  Ｒｏｈｓｔｏｆｆｅ”Ｖｏｌ．２５，Ｌａｎｄｗｉｒｔｓｃｈａｆｔｓｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ，Ｍｕｎｓｔｅｒ  ２００５）。
【０００９】
いわゆる外熱（アロサーマル：ａｌｌｏｔｈｅｒｍａｌ）法では、必要なガス化エネルギーが外部から供給され、そのため、ガス化装置自体では、追加のＣＯ２が生成されず、そのため、エネルギー生成のために可燃物としての開始材料の損失がない。そのため、蒸気をガス化剤（吸熱反応のため）として使用することも可能である。これにより、合成ガス中の水素（Ｈ２）濃度がより高くなる。合成ガスを使用して液体燃料を生成させる場合（例えば、フィッシャー・トロプシュ合成との関連で）、これは好都合である。
【００１０】
“ガス処理”原理による流動層ガス化装置は、例えば、先行技術から周知である。この場合、必要なガス化エネルギーは熱砂供給（９５０℃の温度）により適用される。この砂の予熱は、挿入した原材料（この場合、バイオマス）の燃焼により再度引き起こされる。そのため、ここでも、貴重な原材料がエネルギー源として使用され、このため比収率（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｙｉｅｌｄ）が減少する。
【００１１】
そのため、先行技術から周知のガス化法は、いわゆるフィッシャー・トロプシュ合成と組み合わせることができず、または組み合わせることができたとしても不十分である。先行技術から周知のガス化法を液体燃料合成のための設備（例えば、フィッシャー・トロプシュ反応器）と組み合わせる試みがなされてきたが、液体燃料の製造効率が非常に悪い、または中程度である方法が得られたにすぎない。費用のかかる研究において、フィッシャー・トロプシュ合成では特定の合成ガス組成（Ｈ２とＣＯの間の比率が２以上である）が必要とされることが見出されている。今までのところ、この比率の増加は、いわゆるシフト反応：ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２により達成することができた。
【００１２】
新規燃料、特に再生可能燃料を開発する過程で、それを製造するための様々な方法が最近、発見されている。
【００１３】
ＤＥ  １９５  １７  ３３７  Ｃ２は、バイオマスガス化法および関連装置を開示している。この場合、電源により供給される２つの電極が、反応チャンバ内に備えられ、これらの電極間でアークが生成される。
【００１４】
ＤＥ  １０２  ２７  ０７４  Ａ１はバイオマスのガス化のための方法および関連設備を記載する。この場合、物質が、ガス化反応器と気密様式で分離された燃焼チャンバ内で燃やされ、燃焼チャンバからの熱エネルギーがガス化反応器に導入される。
【００１５】
ＤＥ  １９８  ３６  ４２８  Ｃ２は、バイオマス、特に木材材料のガス化のための方法および装置を記載する。この場合、６００℃までの温度での固定層ガス化が第１のガス化段階で起こり、８００℃から１０００℃の間の温度での流動層ガス化がその後の第２のガス化段階で起こる。
【００１６】
ＤＥ  １０  ２００５  ００６３０５  Ａ１は、高圧蒸気発生を伴う可燃性ガスおよび合成ガスを製造するための方法を開示する。この方法では、１２００℃未満の温度での噴流ガス化装置でのガス化プロセスが使用される。
【００１７】
ＷＯ  ２００６／０４３１１２は、バイオマスを処理するための方法および設備を開示する。この場合、８００℃から９５０℃の間の蒸気温度がガス化のために使用される。流動層ガス化の原理がガス化のために使用される。しかしながら、この方法は、灰融点が低い原材料、例えば、多くの型のバイオマス、わらなどのガス化には使用できない。さらに、その中で記載されている８００℃から９５０℃までの範囲の蒸気温度は、完全な外熱ガス化を確保するには十分ではない。そのため、ある量の空気を混合することが常に必要であり、これにより、合成ガス中の二酸化炭素および窒素に関連する問題が生じる。
【００１８】
蒸気を加熱するために、ＷＯ  ２００６／０４３１１２  Ａ１の場合、伝熱式熱交換器が使用されている。これらの熱交換器は、非常に高価であり、そのメンテナンスが非常に複雑であり、コストがかかるという欠点を有する。さらに、この方法は、合成プロセス中に生成される、フィッシャー・トロプシュ反応器からのかなりの廃熱を利用していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】独国特許発明第１９５１７３３７号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２２７０７４号明細書
【特許文献３】独国特許発明第１９８３６４２８号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００５００６３０５号明細書
【特許文献５】国際公開第２００６／０４３１１２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
したがって、本発明の目的は、高い効率および高程度の有効性を可能にする炭素原材料のガス化のための方法および装置を提供することである。本発明はまた、結果として得られたエネルギーをプロセスに戻す方法も提供する。より詳細には、本発明は、原材料の効率のよい変換と、同時に、特に、合成ガス中の水素と一酸化炭素の間の適した比率を可能にするガス化法を提供するものである。さらに、本発明による装置は、良好な収益性を達成するために、全体的に、より小さな容量および異なる開始材料を用いた可能な分散化された動作に対して適していなければならない。これは、請求項１に係る方法および請求項１２に係る装置により達成される。有利な実施形態およびさらなる発展が従属クレームの対象を形成する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明による、炭素生成物、特にバイオマスを液体燃料に変換するための方法では、第１の工程で、炭素原材料をガス化装置中でガス化し、この場合、加熱蒸気をガス化装置に導入する。別の工程で、ガス化中に生成された合成ガスをクリーニングし、別の工程では、好ましくはその温度を変化させる。好ましくは、合成ガスは冷却させる。最後に、合成ガスを、触媒化学反応により液体燃料に変換し、この場合、この変換のために、好ましくはフィッシャー・トロプシュ反応器を使用する。本発明によれば、ガス化は完全な外熱ガス化であり、加熱蒸気はガス化剤およびガス化のための熱媒体（熱キャリア）の両方として機能し、１０００℃を超える温度を有する。外熱ガス化は熱が外部から提供されることを意味すると理解される。
【００２２】
本発明による方法は、このように少なくとも３つのプロセス工程に分けられ、この場合、最初に、原材料（例えば、バイオマス、特にわら）の外熱ガス化を、ガス化剤およびエネルギー媒体として機能する蒸気を用いて実施する。その後のクリーニングプロセスにおいて、ガスから特にダストおよびタールを除去し、これらの物質は好ましくはその後、ガス化プロセスに戻される。好ましいフィッシャー・トロプシュ合成との関連において、合成ガスが液体燃料に変換される。
【００２３】
本発明による完全な外熱ガス化を達成するために、使用される蒸気は、普通のガス化温度よりもかなり高い温度を有することが必要である。そのため、少なくとも１０００℃の温度が使用されるが、好ましくは、１２００℃を超える温度、特に好ましくは１４００℃を超える温度が使用される。
【００２４】
このように過熱された蒸気をガス化剤およびエネルギー媒体として使用することにより、ガス化装置内に過剰な蒸気がもたらされる。この過剰は好ましくは常に２を超え、特に好ましくは３を超える。この過剰蒸気のために、一方ではタールの形成が減少し、他方では、生成されたタールが、過剰蒸気のないガス化の場合よりも、かなり短い鎖を有し、より粘性となる。
【００２５】
さらに、水素と一酸化炭素の比率（Ｈ２／ＣＯ）は少なくとも２に等しく、または２よりもさらに大きく、これはその後のフィッシャー・トロプシュ合成のために特に有利である。最後に、生成ガス中の高濃度の蒸気はまた、好ましくは下流に配列される熱分解装置で残留タールを分解することができる。より詳細には、これらは、比較的高い蒸気量を有する雰囲気中でより容易に分解させることができる。
【００２６】
現在まで、先行技術において使用されている伝熱式熱交換器によってそのような蒸気温度を達成することができていない。しかしながら、例えば、ＥＰ  ０  ６２０  ９０９  Ｂ１またはＤＥ  ４  ２３６  ６１９  Ｃ２において記載されているバルク発生器を使用してもよい。ＥＰ  ０  ６２０  ９０９  Ｂ１およびＤＥ  ４２  ３６  ６１９  Ｃ２の開示内容は、本明細書により参照として完全に本開示に組み込まれる。そのようなバルク蓄熱器（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の使用により、先行技術に比べ、より効率的な装置が得られる。
【００２７】
１つの好ましい方法では、特に高いＨ２／ＣＯ比、より詳細には２を超える比を有する合成ガスが生成される。
【００２８】
別の好ましい方法では、別のガス媒体が蒸気と共にガス化装置に送られる。前記別のガス媒体は好ましくは酸素または空気であり、これらは蒸気と共に、蒸気の温度まで加熱され、ガス化装置まで送られる。
【００２９】
別の好ましい方法では、ガス化装置内の最高温度は常に灰融点よりも高い。このように、灰は液体状態で放出させることができる。
【００３０】
好ましくは、ガス化装置は、向流固定層ガス化装置である。原則として、先行技術による異なる型のガス化装置を使用してもよい。しかしながら、向流固定層ガス化装置の特定の利点は、この反応器内では、異なる温度、そのため異なるプロセスが起こる個々のゾーンが形成されるという事実にある。異なる温度は、個々のプロセスが高い吸熱性であり、熱が下からのみ、もたらされるという事実に基づく。このように、非常に高い蒸気温度が、特に有利な様式で使用される。最高蒸気温度はガス化剤の入口ゾーンにおいて見られるので、常に、液体灰放出のための条件を発生させることができる。
【００３１】
これは、バイオマスガス化の場合に特に有利であるが、これは、灰融点の違いが可燃物の型および土質に非常に大きく依存するからである。
【００３２】
先行技術では、異なる可燃物を１つの特定の型のガス化装置を用いて変換すること、そのため、市況に適合させることは可能ではなかった。しかしながら、高温のために、本発明によれば、生成された灰が常に液体形態で放出されるようにプロセスを構成することが原則として可能である。灰融点が特に高い場合、予め規定された量のフラキシング剤を好ましくは可燃物に添加してもよい。酸素または空気の上記同時供給のために、灰放出ゾーンの温度をさらに増加させることができる。
【００３３】
好ましくは、合成ガスのクリーニングはサイクロン、好ましくはマルチサイクロンにより起こる。その際に、生成したタールおよびダストを分離することができ、好ましくはガス化装置に戻すことができる。
【００３４】
熱分解ガスはいずれの別のホットゾーンも通って流れないので、生成ガス中のタール量は比較的高い。このタールはフィッシャー・トロプシュ合成のための反応器に到達してはならない。というのは、タールはその中で使用される触媒にとって有害であるからである。さらに、タールのエネルギー量は高く、その結果、プロセス効率に悪影響を与える。そのため、タールは生じたダストと共に、好ましくは、ガス化装置直後にサイクロン中、特に好ましくはマルチサイクロン中で分離され、その後、適したポンプによりガス化装置の高温ゾーンに注入される。サイクロンは遠心分離器であり、ここで、分離される物質が接線方向に、垂直下方に先細のシリンダ内に送り込まれ、このように、回転運動状態に設定される。ダスト粒子に働く遠心力のために、後者は外壁に向かって回転され、後者により止められ、その下に配置されたダスト回収空間に落ちる。
【００３５】
好ましくは、クリーニングプロセスの後、残ったタールは短鎖分子構造に分解される。特に好ましくは、非常に高い温度、特に好都合に８００℃から１４００℃の間の温度のために、好ましくはまた、少量の酸素または空気を供給することにより、残留タールを短鎖分子構造に分解する熱分解装置が使用される。このいわゆる熱分解中、合成ガスはこのように非常に高い温度とされ、その結果、長鎖分子構造が分解される。同時に、残量ダストがこのプロセスにより除去される。
【００３６】
そのため、サイクロン中でのクリーニングは第１のクリーニング工程であり、分解装置内のクリーニングは第２のクリーニング工程である。
【００３７】
特に好ましくは、著しく過熱されたガス化剤のいくらか、いわゆる蒸気がラインを通して上記分解装置にさらに供給される。ガス化剤はこのように、熱分解に加えて使用される。
【００３８】
別の好ましい方法では、合成ガスはガス冷却器、好ましくは、その後凝縮器で冷却され、この場合、過剰蒸気が凝縮され、熱回収のために使用できる。このように、合成ガスの量が減少し、同時に、２つの最も重要な成分、すなわち、ＣＯとＨ２の比率が増加する。凝縮器では、残量汚染物質、例えばダストおよびタールもまた洗い流される。必要であれば、確実に残量汚染物質（ｐｐｍ領域である）を、例えば、触媒としてＺｎＯを含む洗浄機を用いて除去することが可能である。
【００３９】
別の方法では、合成ガスはサイクロンによりダストのみを含まず、そのため、タールが合成ガス中に残っている。これは、電熱トレースシステムにより確保され、このシステムにより、パイプラインおよびサイクロンがタールの凝縮温度を超える温度で維持される。タールは凝縮器内で合成ガスから水と共に除去される。この「タール水」は、ポンピング可能な懸濁液を形成し、これは気化され、過熱され、ガス化プロセスに戻される。
【００４０】
ＣＯ２洗浄機および熱交換器内では、このように、合成ガスは好ましくはその後のフィッシャー・トロプシュ合成のための最適な組成および温度となるように調製される。合成ガス中のＣＯ２量は、フィッシャー・トロプシュ合成のための最適条件および全体として、設備の効率的なエネルギー使用を確保するために、前記ＣＯ２洗浄機またはＰＳＡ（圧力スイング吸着）／ＶＳＡ（真空スイング吸着）システム内で、分子ふるい技術を用いて減少させられる。合成ガスは好ましくはガス予熱装置において、フィッシャー・トロプシュ合成のために理想的な温度まで予熱される。
【００４１】
好ましくは、ガス化後の少なくとも１つのプロセスからの廃熱は、飽和蒸気を生成させるために使用される。この場合、例えば、上記ガス冷却装置からの廃熱を使用して飽和蒸気を生成するための水を予熱することができる。さらに、フィッシャー・トロプシュ反応器自体の中で生成される廃熱もまた、飽和蒸気を生成するために使用することができる。フィッシャー・トロプシュ反応器内での発熱合成反応では、一定の均質な冷却が必要とされる。沸騰水による冷却およびその後の飽和蒸気生成が好ましい。液体燃料の他に、生成される副産物はいわゆるオフガスであり、これは未反応ガスとガス状合成生成物、上記冷却による凝縮水および飽和蒸気から構成される。非常にエネルギー効率の高い方法を達成するために、特に好ましくは、廃熱エネルギーの全てが流れ、またはその可能な限り多くがガス化反応器内に送り込まれる。このように、水の予熱のためのガス冷却装置からのエネルギーは、ガス化剤としての過熱蒸気を生成するために使用され、フィッシャー・トロプシュ反応器の冷却から得られる廃熱は、飽和蒸気を生成するために使用され、オフガスの化学結合エネルギーは、バルク反応器内での燃焼により蒸気を過熱するために使用される。
【００４２】
このように、得られた廃エネルギーはガス冷却装置およびフィッシャー・トロプシュ反応器から流れ、過熱蒸気の形態でガス化装置に戻され、これにより、先行技術に比べ効率が増加する。
【００４３】
別の好ましい方法では、得られた合成ガスのあらかじめ規定された部分が合成中に生成したオフガスに送られる。この場合、好ましくは、フィッシャー・トロプシュ反応器に接続されたバイパスラインを利用する。
【００４４】
別の方法では、外部または内部熱消費装置のために過剰量の飽和蒸気を使用することもまた可能である。熱交換器により、外部または内部熱消費装置のために上記バルク蓄熱器から出て行く煙道ガスの熱を使用することもまた可能である。
【００４５】
別の有利な方法では、変換に送られる合成ガスの圧力を増加させる圧力発生装置が提供される。例えば、凝縮器後に合成ガスを、フィッシャー・トロプシュ反応器のために必要な圧力まで増加させるガス圧縮機を提供してもよい。装置全体はまた、有利に、フィッシャー・トロプシュ反応器内での合成プロセスに好都合な圧力にあってもよい。このように、プロセス全体の効率を増加させることができる。
【００４６】
別の有利な方法では、飽和蒸気は適した内部または外部熱源により過熱され、バルク蓄熱器に送られる前に蒸気タービン内で膨張させられる。
【００４７】
より特定的には、フィッシャー・トロプシュ反応器および蒸気運搬ラインを除く設備全体を加圧しなくてもよく、合成ガス圧縮に必要なエネルギーを蒸気タービンから引き出すことができる。このように、同じ程度の効率を維持したまま投資費用を減少させることができる。
【００４８】
別の有利な方法では、変換中に生成された凝縮物は、凝縮器からの凝縮物への追加の流体として使用され、飽和蒸気が生成される。このように、閉じた水回路が全体として提供される。
【００４９】
本発明による別の方法では、加熱蒸気はガス化剤およびガス化のための熱媒体の両方として使用され、１０００℃を超える温度を有する。さらに、別のガス状媒質が、加熱蒸気とは別々にガス化装置に送られる。有利に、別のガス状媒質は６００℃未満、好ましくは４００℃未満、特に好ましくは３００℃未満の温度を有する。室温を提供することも可能である。別の有利な方法では、ガス化は外熱ガス化である。空気と蒸気の別々の供給のために、好ましくは実際のガス化プロセスに関与しない空気が加熱される必要のない状況を達成することができ、そのため、方法の全体のエネルギー効率を増加させることができる。
【００５０】
本発明によるこの別の方法では、わずかに加熱した空気または酸素が、このように、反応器に加熱蒸気とは別々に導入される。この空気／酸素添加を使用して、ガス組成を調整し、エネルギーは提供しないが、これは、過熱蒸気により起こるものであるからである（外熱ガス化）。空気／酸素を添加することにより、生成ガス中の水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）の比率に影響することができる。フィッシャー・トロプシュ合成では、Ｈ２／ＣＯ比は〜２．１５から１に設定すると、好都合である。さらに、空気／酸素の添加は、ガス化温度および生成ガス中のＣＯ２とＣＨ４の比率に影響する。
【００５１】
本発明はまた、炭素原材料、特にバイオマスを液体燃料に変換するための装置に関し、ここで、この装置は、炭素原材料が加熱蒸気によりガス化されるガス化装置と、ガス化中に生成された合成ガスをクリーニングするために使用される少なくとも１つのクリーニングユニットと、得られた合成ガスの温度を変化させるための少なくとも１つの温度変化ユニットと、合成ガスを液体燃料に変換するための変換ユニットと、を備える。本発明によれば、装置は、１０００℃を超える温度まで蒸気を加熱する少なくとも１つの加熱装置を有する。温度変化ユニットは好ましくは冷却ユニットである。
【００５２】
好ましくは、クリーニングユニットはサイクロン、特に好ましくはマルチサイクロンである。別の有利な実施形態では、装置は、残留タールを処理する別のクリーニングユニットを有する。これは特に、上記分解装置であるが、それに限定されない。
【００５３】
別の有利な実施形態では、２つの冷却装置が、ガス冷却装置およびこのガス冷却装置の下流に配列された凝縮器の形態で提供される。
【００５４】
別の有利な実施形態では、装置はクリーニングユニットとガス化装置との間に配列され、ガス化装置にクリーニングプロセス中に得られた生成物、特にタールを輸送して戻す、輸送装置を有する。
【００５５】
別の有利な実施形態では、少なくとも２つの加熱装置が提供され、ここで、少なくとも２つのこれらの加熱装置は逆位相で動作される。このように、ガス化剤のための連続加熱プロセスを達成することができる。
【００５６】
本発明はまた、上記型の方法に関し、ここで、上記型の装置を使用して該方法を実施する。
【００５７】
別の利点および実施形態は添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による装置の概略図である。
【図２】蒸気の加熱を示すための、図１の装置の詳細図である。
【図３】合成ガスのクリーニングを示すための、図１の装置の別の詳細図である。
【図４】別の実施形態における図１の装置の別の詳細図である。
【図５】別の実施形態における図１の装置の別の詳細図である。
【図６】合成ガスからのタールおよび水の凝縮ならびに蒸気過熱装置およびガス化中に生じたタールに対する分解装置として使用される蓄熱器を備える代わりの流れ図である。
【図７】蒸気の過熱後、空気／酸素添加を有する代わりの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、炭素原材料を合成ガスに変換するための、およびその後の液体燃料合成のための、本発明による装置３５の概略図を示す。ここで、参照記号１は、向流固定層反応器を示す。原材料２が上方から反応器１中に導入され、ガス化剤３が下方から供給ライン４２を通して導入される。このように、ガス化剤３および生成された合成ガスは反応チャンバを通って、可燃物流とは反対方向に流れる。ガス化装置１で生成された灰は、下方に、すなわち、矢印Ｐ２方向に放出される。
【００６０】
反応器１から開始して、合成ガスはライン４４を通過し、サイクロン、または好ましくはマルチサイクロンに入る。このサイクロン４中、生成したタールおよびダストのほとんどが分離され、ポンプ５によりガス化装置１の高温ゾーンに注入して戻される。このように予めクリーニングされた合成ガスは、残留タールを残量ダストと共に含み、別のライン４６を通って熱分解装置６に入る。この熱分解装置において、残留タールはダストと共に８００℃から１４００℃の間の最大温度で分解される。必要な温度を達成するために、予め規定された量の酸素および／または空気を、必要に応じて、直接高温ゾーンに注入してもよく、このように、タールの部分酸化を達成することができる（矢印Ｐ１を参照されたい）。
【００６１】
熱分解装置後、合成ガスはライン４８を通ってガス冷却装置７に入る。このガス冷却装置中で、合成ガスは冷却され、そのため、過剰蒸気が下流凝縮器８で凝縮される。必要に応じて、合成ガス中のＣＯ２の量は、ＣＯ２洗浄機９またはＰＳＡ／ＶＳＡシステムにより分子ふるい技術を用いて低減させることができる。さらに、残量汚染物質（ｐｐｍ領域）は、例えば、ＺｎＯを使用する洗浄機（図示せず）により完全に除去することができる。参照記号１０はガス予熱器を示し、ここで、合成ガスが、その後に起こるフィッシャー・トロプシュ合成に適した温度まで予熱される。
【００６２】
参照記号１１はフィッシャー・トロプシュ反応器を示し、ここで、合成液体燃料１２、例えば、バイオマスガス化の場合ＢｔＬが合成ガスから、適した熱力学条件下で、すなわち、適当な圧力および温度下で生成される。この合成の副産物として、飽和蒸気１４が反応器の冷却１３により生成し、また、未反応合成ガスとガス状合成生成物からなるオフガス１５が生成する。凝縮水１６もまた得られる。この凝縮水１６は弁５２を介して排出させることができる。
【００６３】
飽和蒸気１４はその後、２つのサブライン５０ａと５０ｂに分割される接続ライン５０を通過し、２つのバルク蓄熱器１７，１８に入る。これらのバルク蓄熱器では、蒸気が必要な温度まで過熱される。図１で示した装置では、設備の連続動作を可能にする２つのバルク蓄熱器１７，１８が提供される。蒸気がバルク蓄熱器１７において過熱されている間、バルク蓄熱器１８は昇温段階にある、すなわち、特にフィッシャー・トロプシュ反応器１１から接続ライン５４を通して供給されるオフガス１５の燃焼により熱エネルギーが提供される。複数の弁６２から６９を使用して２つのバルク蓄熱器を制御する。ここで、弁６２，６３，６６，６８はバルク蓄熱器１７に、弁６４，６５，６７，６９はバルク蓄熱器１８に割り当てられる。
【００６４】
個々に生成された燃焼ガスは煙突１９を通って設備から出て行く。定期的に図示した弁６２〜６９を切り換えることにより、２つのバルク蓄熱器１７，１８を交互に動作させることができる。凝縮器８から得られた凝縮物から必要な蒸気を生成させることも可能である。原材料２の含水量によって、追加の量の水、例えば、フィッシャー・トロプシュ反応器から得られた凝縮物１６を使用することができる。必要な量の水がガス冷却器７を通して、ポンプ２０により運搬されるので、このように予熱も起こる。
【００６５】
フィッシャー・トロプシュ生成装置１１の冷却装置１３では、飽和蒸気１４が同様に生成され、これは再度バルク蓄熱器１７，１８で過熱され、この場合、オフガス１５からの化学エネルギーを使用することができる。このように、プロセス中に生成された廃エネルギーは全て、過熱蒸気３に供給され、そのため蒸気は特に有利な様式で加熱させることができる。
【００６６】
図１で示した２つのバルク蓄熱器１７，１８の代わりに、３つまたはそれ以上のバルク蓄熱器もまた、特に一貫した動作を達成するために使用することができる。
【００６７】
図２は図１で示した装置の別の実施形態の詳細図を示す。ここで、酸素および／または空気がさらに、矢印Ｐ３に沿って導入される。このように、酸素は蒸気と共に、ペブルヒータとしても知られているバルク蓄熱器１７，１８内で非常に高い温度まで過熱させることができる。この場合、著しく過熱されたガス化剤中の比較的少量の１０体積％未満の酸素または空気と一緒であっても、灰溶融ゾーン中の温度をかなり増加させることができ、このように、低粘度灰が得られる。この手段、すなわち、空気または酸素の供給はまた、炭素の利用をさらに増加させることができ、原料ガス温度を増加させることによりタール形成に好ましい影響を与えることができる。
【００６８】
図３は本発明による装置の別の好ましい実施形態を示す。ここで、ライン３０がさらに提供されており、これを通して、ガス化剤を分解装置６に注入することができる。この手段は、分解装置６内の要求される温度がガス化剤温度よりもかなり低い場合、ガス化剤がある比率の酸素または空気（図２を参照のこと）を含む場合に、特に効果的である。注入される量は、ホットガス制御弁２１により制御することができる。
【００６９】
図４は、好ましい実施形態の別の詳細図を示す。この場合、別のライン２２および別の制御弁２３もまた提供される。バルク蓄熱器１７，１８内でガス化剤３を加熱するためのオフガス１５の量が十分でない場合、追加の量の合成ガスをこのラインを介して、例えば、凝縮器８後に、バイパスライン２２を通して供給することができる。
【００７０】
図５は好ましい実施形態の別の詳細図を示す。フィッシャー・トロプシュ反応器１１の冷却から得られた飽和蒸気１４の量が、ガス化反応器１のための蒸気の必要量よりも大きい場合、過剰量の飽和蒸気を外部または内部熱消費装置２４（例えば、乾燥設備）に案内することができる。このように、プロセス効率はさらに増加させることができる。過剰量の飽和蒸気はまた、ここでは、制御弁２５により調節される。
【００７１】
図６は、生成ガスからのタールクリーニングおよび排除の代替案を示す。サイクロン４中では、生成ガスはダストを有さない。凝縮器８中では、水およびタールが５０℃の温度で凝縮される。タールが時期尚早に凝縮しないように、ガス化装置と凝縮器との間のパイプラインを、２００℃を超える温度まで、特に好都合に、３００℃を超える温度まで加熱させる。タール／水混合物が形成する。タール水は必要に応じて水と混合され、ポンプ２０により輸送され、１ｂａｒを超える動作圧、好ましくは１０ｂａｒ、特に好ましくは３０ｂａｒに至る。これはその後、フィッシャー・トロプシュ合成１３の得られた熱により気化され、パイプライン１４を介して蓄熱器１７および１８に送られる。蓄熱器では、蒸気が、すでに記載したように過熱され、タールが分解される。パイプライン３を介して、蒸気および分解されたタールのガスがガス化装置に入っていく。この方法の利点は、そうでなければ必要であるシステム部分が必要でないという事実で見られる。
【００７２】
図７はガス化プロセスの代替案を示し、この場合、蒸気、さらにわずかに加熱された空気２０または純粋酸素が反応器内の実際のガス化剤に添加される。これは、生成ガスのガス組成を調整するために起こる。この場合、この空気は別の供給ライン７１を介してガス化装置に送られる。
【００７３】
出願書類中で開示した特徴はすべて、先行技術に対し、個々に、または組み合わされて新規性を有する限りにおいて、本発明の本質として主張される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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