(57)【要約】  バイオマスの粉砕及びロースト用の反応装置（１）であって、内壁（１１０）によって内面的に区切られたチャンバー（１０）と、前記チャンバー（１０）内に回転可能に設置されたロータリーセントラルシャフト（１４）及び前記チャンバー（１０）内に存在するバイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを前記内壁（１１０）に対して擦りつけるための前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在する粉砕部材を含む前記チャンバー（１０）内に設置される粉砕手段と、前記チャンバー（１０）内のバイオマスの粉砕及びローストを同時に達成するために、前記粉砕手段を介した熱伝導によって、２００℃から３５０℃の間の予め決められた温度、所謂ロースト温度で前記チャンバー（１０）内に存在するバイオマスを加熱し、維持する加熱手段（１６、１６０、１６１、１６００、１７）と、を備える反応装置。
2014532804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁（１１０）によって内面的に区切られたチャンバー（１０）と、
前記チャンバー（１０）内に回転可能に設置されたロータリーセントラルシャフト（１４）及び前記チャンバー内に存在するバイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを前記内壁（１１０）に対して擦りつけるための前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在する粉砕部材を含む、前記チャンバー（１０）内に設置される粉砕手段と、
前記チャンバー（１０）内のバイオマスの粉砕及びローストを同時に達成するために、前記粉砕手段を介した熱伝導によって、２００℃から３５０℃の間の予め決められた温度、所謂ロースト温度まで前記チャンバー（１０）内に存在するバイオマスを加熱し、維持する加熱手段（１６、１６０、１６１、１６００、１７）と、を備えるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置（１）。
【請求項２】
前記粉砕手段及び前記チャンバーの前記内壁が実質的に同一の熱伝導率を有する、請求項１に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項３】
前記チャンバーの前記内壁の材料が鋼またはステンレス鋼３０４Ｌから選択され、前記粉砕手段の材料は３５０ＨＢ鋼等の硬鋼から選択される、請求項２に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項４】
前記加熱手段が前記粉砕手段の少なくとも一部と物理的に接触するヒートパイプ部材（１６、１６０、１６１）で構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項５】
外周に均一に配され、前記チャンバーの周壁と、その長さの少なくとも一つの主要な部分で物理的に接触する複数のヒートパイプを備える、請求項４に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項６】
前記ヒートパイプ部材が前記チャンバー（１０）内に回転可能に設置される前記ロータリーセントラルシャフト（１４）及び／または前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在する前記粉砕部材と物理的に接触する、請求項４または５に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項７】
前記ロータリーセントラルシャフト（１４）内に配置されるヒートパイプ部材（１６０）を備える、請求項６に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項８】
前記ヒートパイプ部材が、前記ヒートパイプ内部でガス及び伝熱流体間の熱交換器を形成するためのフィン（１６００）を少なくともその一端に備えてそれぞれ提供される、請求項４から７のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項９】
前記ヒートパイプが伝熱流体としてナフタレンまたはＧｉｌｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＤＯを含む、請求項４から８のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１０】
前記チャンバー内に回転可能に設置される前記ロータリーセントラルシャフト上に存在するノッチを備え、前記ノッチが前記チャンバー（１０）の前記周囲の内壁（１１０）、所謂カーカス、に対して前記バイオマス粒子を切るように適合されることによってナイフを備えたタイプのグラインダーを形成する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１１】
前記粉砕手段が前記チャンバー内に回転可能に設置された前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在するハンマー（１５）を備え、前記ハンマーは前記バイオマス粒子を前記チャンバーの周囲の内壁、所謂カーカス、に打ち付け、粉砕するように適合されることによってハンマーを備えたタイプのグラインダーを形成する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置並びに前記反応装置からすぐ下流の第一ダイナミック可変速度セレクタを備え、前記第一ダイナミック可変速度セレクタ（２）は、前記反応装置の出口において第一に所望の直径よりも小さな粒子を得るため及び前記第一に所望の直径よりも大きな直径の粒子を前記グラインダーに再導入するために適合されるシステム。
【請求項１３】
前記加熱手段が、前記反応装置に乾燥されたバイオマスをフィードする前に、２００℃から３５０℃の間の予め決められたロースト温度を達成するまで予熱される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置または請求項１２に記載のシステムを実施するための方法。
【請求項１４】
乾燥されたバイオマスの供給は、前記バイオマスの湿度レベルが１０から１５％の範囲で実施される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応装置への前記乾燥されたバイオマスの供給が重力によって実施される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
予め決められたロースト温度にされたガスのフローがさらに直接チャンバーへと導入される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応装置が使用の配置において水平位置の時、前記反応装置から下流の粒子の吸引が実施される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置を実施するための方法。
【請求項１８】
バイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを処理するための装置であって、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置または請求項１２に記載のシステム、粒状化プレス（４）、及び反応装置と下流で、そして必要であれば前記第一ダイナミックセレクタと接続される第二ダイナミックセレクタ（３０）を備え、前記第二ダイナミックセレクタは前記反応装置の前記出口において前記粒子を分離するように適合され、前記第一の直径よりも小さな直径を有し、前記分離される粒子の直径は第二の所望の直径よりも大きく、前記第二ダイナミックセレクタの前記出口の一つが前記粒状化プレス（４）と接続されて前記第一の直径と第二の直径の間のサイズの粒子を供給し、前記第二ダイナミックセレクタの他方の出口（３０）は前記第二の所望の直径よりも小さなサイズの粒子を取り出すのに適合される装置。
【請求項１９】
前記第二ダイナミックセレクタ（３０）と前記粒状化プレス（４）との間に配置されるサイクロン（３）を備える、請求項１８に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２０】
前記第二の所望の直径よりも小さなサイズの前記粒子を取り出すのに適合された前記第二ダイナミックセレクタの前記出口が、前記反応装置チャンバーと異なる燃焼チャンバー（６）に接続され、前記燃焼チャンバーは前記ローストからの前記ガス及び前記第二の直径よりも小さなサイズの粒子の二次燃焼を、予め決められた８００℃から１０００℃の間、好ましくは８５０℃の所謂二次燃焼温度で達成するのに適合される、請求項１８または１９に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２１】
前記燃焼チャンバー（６）が前記ローストからの前記ガスと前記第二の直径よりも小さなサイズの前記粒子と固体材料燃料との二次燃焼を同時に達成するための少なくとも一つの多種燃料燃焼装置（６０）を備える、請求項２０に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２２】
前記多種燃料燃焼装置は前記粒状化プレスに接続され、前記固体材料燃料が前記粒状化プレスによって生成されるローストされた微粒である、請求項２１に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２３】
前記燃焼チャンバー（６）の前記出口が前記反応装置（１）の入口に接続され、前記二次燃焼ガスで前記ロースト温度に前記加熱手段を加熱する、請求項１９から２２のいずれか一項に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２４】
前記燃焼チャンバーの前記出口が前記反応装置の前記入口に接続され、前記ロースト温度の前記二次燃焼ガスを前記反応装置チャンバーへと導入する、請求項２３に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２５】
前記燃焼チャンバーの前記出口が前記ヒートパイプの前記フィンによって形成される前記熱交換器に接続され、前記ヒートパイプの伝熱流体を加熱するためのエネルギーが前記二次燃焼ガスから供給される、請求項２３または２４に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２６】
前記ヒートパイプの前記熱交換器とは異なる追加の熱交換器（７）をさらに備え、その高温流体回路は前記燃焼チャンバーの前記出口と接続され、その低温流体回路は前記バイオマスを前記反応装置へとフィードする前に実施するのに適合された乾燥機（５）に接続され、前記乾燥機を加熱するためのエネルギーが前記二次燃焼ガスから提供される、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のバイオマスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマスを、好ましくはリグノセルロースバイオマスを、ロースト及び粉砕するための新規な反応装置に関連し、上記反応装置を統合するバイオマスを処理するためのシステム及び装置、並びにその関連した実施の方法とも関連する。
【０００２】
本発明により目的とされる主な用途はバイオ燃料と呼ばれる燃料を生成することである。従来、バイオ燃料はリグノセルロースバイオマスから構成され、典型的には木材チップを破砕することによって、またはより精緻な（ｅｌａｂｏｒａｔｅ）バイオ燃料に対しては粒状化することによって得られる。
【０００３】
従って本発明は、今日市場に出回っているバイオ燃料と比較して向上した特性を有するバイオ燃料を得るために、新規のロースト及び粉砕をする反応装置の下流で粒状化プレスを実施する、バイオマスを処理するための装置に特に関連する。組み合わされたロースト及び粒状化処理によって、高エネルギー密度（典型的には２０から２２ＭＪ／ｋｇ程度）、典型的には６００から６５０ｋｇ／ｍ３の高質量密度及びの非常に疎水性の特性のバイオ燃料を得ることができる。従って発明者らは、バイオ燃料の疎水特性の向上を目的とし、同様に既存のバイオ燃料のエネルギー容量に比べて典型的には２０から３０％以上のエネルギー容量の向上も目的とする。
【０００４】
また本発明は合成ガス（Ｓｙｎｇａｓ）との名前で広く知られている合成用ガスからバイオ燃料を生成する観点で、バイオマスのガス化にも適用される。この用途では、本発明による新規なロースト及び粉砕反応装置は、好ましくは粉を調整／保管するためのユニットから上流に設置され、それ自体、後にバイオ燃料を生成するためにガス化反応装置から上流である。
【背景技術】
【０００５】
依然として消費が増加する文脈において、エネルギーの供給源を多様化するためにバイオマスの高度化が検討されている。ガス化及び燃焼による熱的変換の技術が特に検討されている。バイオ燃料の燃焼はその特別の選択肢である。
【０００６】
バイオマスの、好ましくはリグノセルロースバイオマスの、ローストはバイオマスを前処理するためのステップである。実際に、バイオマスの繊維状で弾性の構造によって微粒子化エネルギーが強力になり、粉砕された生成物に粉状で射出されるのに不適当な特性を与える。ローストは乾燥と熱分解の境界でのバイオマスのマイルドな熱処理であり、一般的には２００℃から３００℃の間の温度で実行され、水を除去すること及びその繊維を破壊するためにバイオマスの有機材料の一部を変換することを目的とする。
【０００７】
換言すれば、このマイルドな熱処理がバイオマスの繊維状の構造を変化させ、それによりその粉砕及びガス化のまたは混焼の反応装置への射出が容易になる。
【０００８】
ローストによる前処理は、その疎水性と生物分解への耐性を著しくつけることで、特に保管の観点からバイオマスの特性を向上させる。
【０００９】
従って、リグノセルロースバイオマスのローストは、石炭火力発電所の噴流式反応装置（ガス化反応装置）へ、若しくはいわゆる混焼反応装置（バイオマス及び石炭）へと粉状で射出するための、またはバイオ燃料を生成するための粉砕のための前処理段階である。
【００１０】
現在市場に存在している工業用の装置については、バイオ燃料の向上した特性を得るために、背景で述べたとおり、バイオマスは２０から４０分の標準的な期間の間、ローストを経験するべきである。この処理段階は重要であり、用いられる技術に依存して大きなサイズの装置が必要とされる理由である。このタイプの装置をすでに応用した企業である、ＣＭＩ、ＷｈｙｓｍｏｎｔまたはＴＯＰＥＬＬが参照され得る。
【００１１】
さらに背景で指摘したとおり、ロースト及び粉砕が組み合わせた処理によって、典型的には２０から２２ＭＪ／ｋｇ程度の高いエネルギー密度、典型的には６００から６５０ｋｇ／ｍ３の高い質量密度、及び非常に疎水的な性質を有するバイオ燃料を得る可能性が与えられる。
【００１２】
特許文献１は非常に一般的な方法で、ローストするステップと、後のローストとは明確に異なる粒状化のステップとを組み合わせるバイオマス処理を開示する。ローストを実施するための様々な加熱技術が言及されている（段落［００５０］参照）：図２の統合された燃焼装置を備える多数のソールを備えるオーブン、図３の統合された燃焼装置を備える加熱ウォームスクリュー、流動床ヒーター、ロータリーオーブン及び不連続式のオーブン。実際には、これらの技術の全体が今日までに工業的に試験されたわけではない。図２及び図３中の３０で参照されるドラムコンパクタの出口で生成される微粒の高い機械的な強度に対して保証が与えられていないようである。
【００１３】
さらに、特に、ローストする反応装置からすぐ下流のコンパクタのエネルギー統合が十分に確立したとしても、運転条件については言及がされていない。特に、ローストに必要な時間はローストを制御するのに本質的要素であるが、詳細が与えられていない。
【００１４】
様々な方法の技術―経済調査によって、処理中のバイオマス粒子の保持時間の制御がロースト方法の本質的な基準であり、それらの経済的利益を直接的に決定することが示されている。ここで、この基準を明確に記述する非特許文献１が参照され得る。
【００１５】
さらに、ローストについての本発明の発明者からのフィードバックによって、バイオマス温度／保持時間のペアは用いられるバイオマスの種類（木材、わら等）に密接に関連していることが示されている。所定のロースト時間において、時間は主な場合のバイオマスの変動性に対応可能な調整可能なパラメータである。今日まで、ローストステップにおける必要な保持時間は重要であり得る、すなわち２０分から５０分程度である、と記述されている。なぜなら保持時間は、典型的には１センチメートル程度の、ローストされるバイオマス粒子の相対的に重要なサイズに直接関連するからである。
【００１６】
さらに、予め決定された、ロースト一般を制御するための保持時間／処理温度のペアの要求が数多くの文献によってアップデートされ、そして特に重量の減少はこれによって生じる。
【００１７】
特許文献２は粉砕される前に粒子ごとに長さ１００ｍｍ程度に粗くカットされたバイオマスにささげられ、ローストされた粒子ごとに１０ｍｍ程度の最終的なサイズに戻され、それから上流で粉砕されるロースト技術を表す。ローストは３００℃で１５分間実行され、深刻な、すなわち少なくとも４０％の重量減少をもたらす（８頁目２０行目から２４行目参照）。この特許文献２によって開発された解決方法は、石炭との混焼の用途にのみ適用され、ロースト処理時間の最適化は一切開示していない。反対に、上記方法のインプットとして大きなサイズの粗くカットされたバイオマスを使用する選択は、ローストに必要とされる時間をさらに増大する。
【００１８】
さらに、処理される材料を高温で、すなわち１００℃から３５０℃の間の温度で、粉砕するステップをどのように実行するかが、バイオマス以外の分野では知られている。
【００１９】
従ってハンマーグラインダーによる高温粉砕ステップの実行は特に、特許文献３に記述されるようなアスファルトタイプの重質石油残留物を処理するために、または特許文献４に記述されるようなプラスチック材料の分解のためにすでに検討されてきた。この特許文献４では、指摘された温度範囲は２００℃から５００℃を含むが、粉砕の前に積荷の予備加熱を必要とする。特許文献４は最終的に抜き取りスラッジ中のオイルのリカバリーに関連し、運転中にオイルの分解を避けるためにオイルバスによって温度制限される２２５℃程度の温度で、高温のハンマーグラインダーの運転を記述する。発生したダストをガスからさらに分離することは、サイクロンによって提供される（図３参照）。上記言及された三件の特許出願では、バイオマスの高温粉砕を実行することが意図されていないだけでなく、これを実際に行うための教示が描かれていないかもしれない。従って関連するグラインダー中で保持時間を制御することは言及されていない。なぜなら、実際にそれは関連する出願において本質的ではないからである。
【００２０】
また材料をミリングするステップと乾燥するステップとを組み合わせて一つの運転とする可能性もまた従来技術から周知である。
【００２１】
従って特許文献５は全ての材料の、とくに石炭の前処理のためのドライヤ―ミリング装置を提案している。もし開示された解決法が空気での乾燥に十分適合されたなら、ロースト中のバイオマスの燃焼及び反応の暴走を避けるために最小限の酸素で実行されるべきであるバイオマスのローストには不適切である。
【００２２】
特許文献６は同様のアプローチであるが、スラッジを処理するために２００℃から４００℃の間の、より高温での大気を用いる。従って開示された解決方法はバイオマスのローストステップとは相容れない。さらに指摘された温度は乾燥温度と相容れない。なぜならこれを行うことによって、環境基準を監視するために管理されなければならないＶＯＣ（揮発性有機化合物）の放出を生じることになるだろうからである。
【００２３】
最終的に特許文献７から、必ず流動床の反応装置内で行われる、粉砕のステップとリグノセルロースバイオマスをローストするステップとを一つの運転へと組み合わせることの可能性が知られる。特許文献７によるこの解決方法の確立した目標は、粉砕エネルギー消費を削減することであり、バイオマス粒子の保持時間は本当の問題ではない。従って所定の保持時間は、今日までローストのステップに対して従来用いられた保持時間、すなわち１０分から４０分の貴重な時間、に留まっている。なぜなら依然として、粒子の流動床の入口における粒径に依存するからである（４頁目の２０行目から２３行目参照）。さて背景で指摘された通り、処理中の粒子の保持時間を制御することはロースト方法の本質的な基準であり、それらの経済的利益を直接的に決定する。さらに、本願を読むにあたり、例え中央のパイプを介して入口において粒子を動かすためのキャリアガスによって事前にセットされるとしても、粒子をローストするのに必要な温度をセットする方法を本当には知らない。さらに、キャリアガスを加熱するために必要なエネルギーがどのように供給されるのかも知らない。
【００２４】
さらに、流動床反応装置の実際の設計の理由から、一方で粒子とキャリアガスとの間で、そして粒子とナイフミリング装置の適用された部材との間で、多くの熱交換が存在する（図４参照）。換言すれば、熱交換の制御は存在しない。さらに、適用されるナイフミリング装置はローストのステップに直接関連する、ある欠点を有する。
【００２５】
実際にこの熱化学的変質は、特に重合処理で、処理されるバイオマスの固有の特性を変更し、得られる粉が非常に角張ったもの（Ａｂｒａｓｉｖｅ）となる。ナイフの非常に早い分解（浸食）が、結果として出口での粒子の粒径のばらつき及び従って装置の段階的な故障とともに起こり得ると推測され得る。最終的に発明者は、この特許文献７によるミリング―ローストの運転は、一方で処理されるバイオマスの大きな変動性（組成、湿度レベル）に対して観測され、他方で非常に広いカバーされた圧力範囲（１から３０バール）に対して観測される流動レートについての所定の精度を考慮すると、特に非常に複雑な制御条件で実行するのは困難であると信じている。実際に、ローストの運転中に、粒子の温度及び保持時間に依存してより多くのまたはより少ないガスを放出する。このガス放出は流動レートに、従って流動床の運転に、直接強い影響を与える。
【００２６】
本発明の目的は従ってローストのステップ及びバイオマスの粉砕のステップを一つの運転中に、すなわち反応装置の単一のチャンバー内で、実施し、特許文献７の欠点の全てまたは一部を解消する解決法を提案することである。
【００２７】
従って特別の目的は、付随して粉砕及びローストを実施するために、既存のグラインダー技術を適合する解決手段を提案することである。一方でグラインダーのチャンバー内の粒子の熱交換を、著しく短縮された保持時間で、好ましくは５分未満で、制御する。実際に、２００μｍ程度の非常に小さなバイオマス粒子に対して実施された試験によって、最適なロースト時間（質量損失、エネルギー容量）は温度に依存して５分未満の保持時間に得られ得ることが示されている。
【００２８】
本発明の別の目的は付随的に粉砕及びローストを実行する反応装置を統合する、バイオマスを処理するための装置であって、エネルギー収支が得である、反応装置から下流の粒状化プレスを備える装置を提案することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０２２１３６３号明細書
【特許文献２】英国特許第２４４８５３１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００９／１１４１９５号
【特許文献４】国際公開第９８／０９９９７号
【特許文献５】米国特許第４０８５８９７号明細書
【特許文献６】特開昭６０―０００８９９号公報
【特許文献７】仏国特許出願公開第２９２４４３５号明細書
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｍａｒｋ  Ｊ．  Ｐｒｉｎｓ著、「Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｏｏｄ：  Ｐａｒｔ  １．  Ｗｅｉｇｈｔ  ｌｏｓｓ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ、２００６年３月、７７巻、ｐ．２８−３４
【非特許文献２】Ａｄｒｉａｎ  Ｂｅｊａｎ、Ａｌｌａｎｄ  Ｄ  Ｋｒａｕｓ著、「Ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」
【非特許文献３】「Ｃａｌｏｄｕｃ」、Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｄｅ  ｌ’ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ、Ｂ９  ５４５
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３１】
これを行うために本発明は、
内壁によって内面的に区切られたチャンバーと、
チャンバー内に設置され、バイオマスの、好ましくはリグノセルロースバイオマスの粉砕に適合された粉砕手段と、
チャンバー内部でバイオマスの粉砕及びローストを同時に実行するために、２００℃から３５０℃の間の温度の予め決定された温度、所謂ロースト温度、で粉砕手段の少なくとも一部及びチャンバーの内壁の少なくとも一部の熱伝導によって加熱及び温度の維持に適合された加熱手段と、を備えるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置に関連する。
【００３２】
本発明は、
内壁によって内面的に区切られたチャンバーと、
チャンバー内に回転可能に設置されたロータリーセントラルシャフト及びチャンバー内に存在するバイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを内壁に対して擦りつけるための上記ロータリーセントラルシャフト上に存在する粉砕部材を含むチャンバー内に設置される粉砕手段と、
チャンバー内のバイオマスの粉砕及びローストを同時に達成するために、上記粉砕手段を介した熱伝導によって、２００℃から３５０℃の間の予め決められた温度、所謂ロースト温度までチャンバー内に存在するバイオマスを加熱し、維持する加熱手段と、を備えるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置にも関連する。
【００３３】
本発明は、粒子サイズを小さくし、従って２００℃から３５０℃まで異なる環境中で、粒子の処理時間、所謂保持時間を短縮することを可能にする、粉砕及びロースト熱処理の組み合わされた働きを適用する。
【００３４】
本発明は本質的に、グラインダーの手段、その運転条件及びローストの運転条件間の相乗作用によって、ローストを高速で達成することからなる。
【００３５】
本発明によって、ローストの運転のための、短い保持時間及び温度を制御することが検討され得る。
【００３６】
本発明は、小型さの観点及び粒状化前のロースト及び粉砕運転の連続的な配置の隣でのエネルギー最適化の観点から相当な利益を提供する。
【００３７】
発明者は粒子の実際の温度がロースト熱処理と密接に関連するという観測から出発し、従ってその観測から熱処理が最適に制御されねばならない。すなわちエネルギーの射出方法を制御し、ローストされるバイオマスの粒子と高温の接触部分との間の交換係数を最大化しなければならない。
【００３８】
それから発明者は知られているような異なる熱伝達モードの一覧表を作成した。これらのモードは、対流、放射及び伝導であり、交換構成に密接に依存する。すなわち、図１から出現する接触要素の性質に依存する。この図１から、気体と固体の間の熱交換が最も弱く、固体／固体の交換がずっと大きいが、固体間の接触抵抗によって密接に制限され、最終的に固体と液体の間ではまだ少しよく、非特許文献２に記載されているように、液体の相変化の際（沸騰）に最大となることがわかる。
【００３９】
熱処理の制御を達成するために、背景で言及した特許文献７で提案された解決方法は、流動床と関連付けられたナイフミリング装置に存在する。図２の図表に図式化される異なる種類のミリング装置の徹底的ではない比較から、ナイフを備えるミリング装置及び特許文献７の一つのように流動床を備えるミリング装置は、スイープガスの最も大きな流量を要求する。さらに、図１に示されている通り、この解決方法は低い熱交換係数を適用する（本質的に気体／固体交換）。
【００４０】
本発明の基礎におけるアイディアは従って、最善にロースト温度を制御しつつバイオマスへのエネルギー移動を最大化することである。従来技術のバイオマスをローストするために提案される解決方法に対して、発明者はガスを用いず、粒子に対してミリング装置の構成部材を介して、そして特にミリング手段を介して直接熱エネルギーを提供するためのアイディアを有する。換言すれば発明者は既存のミリング装置技術を、せいぜい固体／固体熱交換を促進することによって、すなわちチャンバー内のミリング手段（ハンマー、ナイフまたはミリングボディ）とバイオマス粒子との間の接触抵抗を最大限削減することによって適合するというアイディアを有する。
【００４１】
換言すれば本発明はバイオマスを構成する粒子に対して加熱手段との直接接触によって加熱されるミリング手段を介してローストエネルギーを提供することから構成される。
【００４２】
好ましくは、ミリング手段とチャンバーの内壁とは実質的に同一の熱伝導率を有する。
【００４３】
有利に、内壁の材料が鋼またはステンレス鋼３０４Ｌから選択される時、粉砕手段の材料は３５０ＨＢ鋼のような硬鋼から選択されてもよい。反応装置のチャンバーの内壁はＣＲＥＵＳＡＢＲＯのような遮蔽材料でコートされてもよく、本発明の範囲内では適している。加熱手段は有利にチャンバーの周壁と物理的に接触するヒートパイプ部材に存在する。
【００４４】
関連する粉砕手段の種類によると、粉砕手段の少なくとも一部と物理的に接触する少なくとも一つのヒートパイプ部材がさらに考慮されてもよい。
【００４５】
熱交換についての著しい利益に加えて、ヒートパイプ部材をチャンバーの周壁（カーカス）及び／またはロータリーセントラルシャフト上に存在する粉砕手段と接触するように配することで、選択的に反応装置のあらゆる点で、バイオマス粒子の粉砕中にロースト温度が精確に維持されることを保証することが可能である。従って、ロースト／粉砕方法の温度を細かく制御しつつ、エネルギー供給が最大化する。
【００４６】
チャンバーのカーカス周りにヒートパイプを配することが有利であり、そのコースの数はチャンバーの寸法に依存する。
【００４７】
典型的には第一のアプローチとして、チャンバーのカーカスが軟鋼中であるならば４０から５０ｃｍごとにヒートパイプが配される。従って好ましくは複数のヒートパイプ部材が提供され、外周に均一に配され、チャンバーの周壁と、その長さの少なくとも一つの主要な部分にわたって物理的に接触する。
【００４８】
ロースト粉砕手段（ナイフ、ハンマー）の温度が維持されていることを保証するために、その上に少なくとも粉砕手段の一部が設置、または存在するセントラルシャフト内部に設置されるヒートパイプ部材が有利に提供され、上記シャフトはその長さの少なくとも一つの主要な部分にわたってチャンバー内に回転可能に設置される。通常出会うハンマーなどの粉砕手段のサイズ及びそれらの材料、典型的には鋼だが、の性質を考慮すると、これらの材料中の伝導は、回転している粉砕手段（ハンマー、ナイフ）と、上記粉砕手段がその上に取り付けられるロータリーシャフトとの間の小さな温度差を保証する可能性を与える：典型的には４５Ｗ／ｍ２℃の伝導度、４０ｃｍの長さ、２２５Ｗ／ｍ２のフローに対して２℃未満の差を得ることができる。
【００４９】
バイオマスを処理するための装置内でエネルギー統合する目的で、また熱交換を増大するために、本発明のヒートパイプ部材がそれぞれ提供され、少なくとも一つのそれらの端は、ギャップと上記ヒートパイプ内部の伝熱流体との間の熱交換器を形成するためのフィンを備える。
【００５０】
本発明のヒートパイプの伝熱流体の選択については、発明者は現在知られているものの一覧表を作成した。非特許文献３から引用される纏めの表２が完全な視点を与える。本発明の範囲では、発明者はＧｉｌｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＤＯ及びナフタレンが本発明の反応装置の運転条件に合うために最適であると信じる。もちろん当業者は、検討される用途（処理されるバイオマスの種類）に応じて、他のチャンバー材料とのヒートパイプ中の他の伝熱流体を選択してもよい。
【００５１】
上述のヒートパイプへの代替の解決方法は、例えばチャンバー内及び／または実際のシャフト内に設置される回転可能なロータリーセントラルシャフト上に存在する粉砕部材内で、温度が制御されることが必要なグラインダー内の異なる部分で循環する伝熱流体を加熱することから構成され得る。それから反応装置は所望の温度の前記部材中の伝熱流体の流量を適合させる可能性を与える水圧ポンプを含んでもよい。
【００５２】
本発明の範囲内で適合されるグラインダーの技術については、発明者は二種類のグラインダーがローストの運転には特に適していると信じる：ハンマーグラインダー及び振動グラインダーである。
【００５３】
ハンマーグラインダーはハンマー及びシェル（カーカス）のバイオマス粒子への直接の働きによって非常に大きな熱交換容量を提供する。従ってシェル（反応装置のカーカス）及びグラインダーのハンマーの予備加熱を実施し、また予熱されたガスを導入することが好ましい、ハンマーグラインダーの別の利点は摩擦及びすでに証明されたバイオマス処理（従来は粒状化ユニットから上流の木粉を生成するために用いられた）の能力への抵抗力に関連する。
【００５４】
従って第一の実施形態によると、粉砕手段はチャンバー内に回転可能に設置されるセントラルシャフト上に設置されるハンマーを備える。上記ハンマーはバイオマス粒子をチャンバーの周囲の内壁、所謂カーカス、に打ち付け、粉砕するように適合され、従ってハンマータイプのグラインダーを形成する。この第一の実施形態によると、ヒートパイプ部材はセントラルシャフトの内部に設置されるように意図され、その設置によってシャフトと共にヒートパイプ部材も回転することができる。従ってヒートパイプ部材の効率はヒートパイプ内に収容された液体の遠心分離効果によってさらに高められ、従って後者の管の壁にわたって配される。
【００５５】
ハンマーグラインダー中のバイオマス粒子の保持時間を制御し調整するために、反応装置の取り付けられた構成中の位置に依存して二つの代替が提供され得る。取り付けられた構成中の位置によって、とは運転する際に、すなわちバイオマスの粉砕及びローストを同時に実施する際に、本発明の反応装置が占有する位置を意味する。
【００５６】
本発明の反応装置／ハンマーグラインダーが垂直に前後軸を備えて取り付けられる際には、第一ダイナミック可変速度セレクタの使用が好ましい
【００５７】
ダイナミックセレクタによって提供される主な利点は、その回転速度を変化させることによって反応装置の出口において粒子のサイズを選択及び調整する自由度である（処理されたバイオマスの種類による可能な調整）。
【００５８】
本発明の反応装置／ハンマーグラインダーが水平に前後軸を備えて取り付けられる際には、反応装置から下流の粒子の吸引は以下に説明されるように達成されることが好ましい：反応装置内の粒子サイズの分布はこれにより著しく低減し、収率は向上する。
【００５９】
他のグラインダー技術は本発明の粉砕及びローストの組み合わせ運転を実施するのに有利な特徴を有する。上述したように、振動グラインダーは素晴らしい特性を本質的に有する：低いエネルギー消費での粉砕、狭い粒子サイズの分布、空気中を伝達する粒子が少なく爆発雰囲気のリスクを低減すること（欧州指令に従うＡＴＥＫ規制）、及び最終的にグラインダーの出口におけるスロットルバルブによる保持時間の制御である。
【００６０】
第二の実施形態によると、粉砕手段はチャンバー内で自由に設置される粉砕体で形成され、反応装置はチャンバーを振動へとセットする手段を備え、粉砕体に対するチャンバーの振動手段は、一方で粉砕体間のバイオマス粒子を、もう一方で粉砕体とチャンバーの周囲の内壁、所謂カーカス、との間のバイオマス粒子を押しつぶすために適合され、これにより振動タイプの粉砕を形成する。振動手段は好ましくは振動周波数を適合するためのカウンターウェイトと組み合わされる。本発明の範囲では、同時にローストステップを実施するために振動タイプの既存の特定のグラインダーを適合することが可能である。例えばＰＡＬＬＡとの商品名でＲＩＴＥＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのために売買されている振動グラインダーは完璧に適合される。この種類のグラインダーについて、チャンバーの内部で粉砕体としてバールまたはシルペブ（ｃｙｌｐｅｂ）が考慮され得る。
【００６１】
この第二の実施形態によると、加熱手段はチャンバーの周壁にのみ配されるヒートパイプ部材に有利に存在する。一方でチャンバーカーカスと粉砕体との間の、他方で粉砕体同士間での熱交換によってバイオマス粒子へのよりよい熱の伝達が可能となる。
【００６２】
入力の生成物の湿度レベル及び広範なローストの運転中の増加した重量損失に非常に敏感であるので、第二の実施形態は低い湿度レベルの乾燥されたバイオマスに対して好ましい。
【００６３】
この第二の実施形態の第一ダイナミック可変速度セレクタの使用も有利である。好ましくはこの第一ダイナミックセレクタの配置は反応装置の上側に配置され、さらに好ましくは粉砕管の最後の三分の一に配置され、それによって生成ガス（ローストガス＋蒸気）を排出することができる。従って振動グラインダーに対して通常のような反応装置の運転が保証される。
【００６４】
従って本発明は上述のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置及び反応装置からすぐ下流の第一ダイナミック可変速度セレクタを備えるシステムにも関連する。上記第一ダイナミックセレクタは第一の所望の直径よりも小さな粒子を反応装置の出口で得るために、そして第一の所望の直径よりも大きな粒子をグラインダーへと再導入するために適合される。
【００６５】
最終的にナイフグラインダー技術が想定され得る。第三の実施形態によると、従って粉砕手段はチャンバー内に回転可能に設置されたセントラルシャフト上のノッチを備え、上記ノッチはチャンバーの周囲の内壁、所謂カーカス、に対してバイオマス粒子を切断するように適合され、これによってナイフタイプのグラインダーを形成する。
【００６６】
第一の実施形態とちょうど同様に、ヒートパイプ部材はセントラルシャフトの内部に設置されるように意図され、上記設置によりヒートパイプ部材もシャフトと共に回転可能となる。ヒートパイプの効率は従ってヒートパイプ内に収容された液体の遠心分離効果によってさらに高められ、それから後者の管の壁にわたって配される。
【００６７】
本発明は上述の反応装置またはシステムを実施する方法にも関連し、それによると反応装置に乾燥したバイオマスをフィードする前に２００℃から３５０℃の間の予め決められたロースト温度を達成するまで加熱手段が予熱される。
【００６８】
好ましくは上記乾燥されたバイオマスの供給は後者の湿度レベルが１０から１５％の範囲で実施される。湿度は本発明のロースト方法の全体的なエネルギー収率を多かれ少なかれ落とすので、このレベルは有利である。
【００６９】
好ましくは反応装置への乾燥されたバイオマスのフィードは重力で達成される。
【００７０】
達成されるべき著しいエネルギー供給の場合は、予め決められたロースト温度にされたガスのフローがさらに直接チャンバーへと導入される。
【００７１】
上述のように、使用の配置において反応装置が水平位置である場合、上記反応装置から下流の粒子の吸引が好ましくは達成される。
【００７２】
本発明は最終的に微粒としてのバイオ燃料を生成するための、バイオマスを、好ましくはリグノセルロースバイオマスを処理する装置に関連する。
【００７３】
従って上記装置は上述の反応装置またはシステムと粒状化プレスとさらに反応装置の下流に接続される、そして必要ならば第一ダイナミックセレクタに接続される、第二ダイナミックセレクタとを備える。上記第二ダイナミックセレクタは反応装置の出口で粒子を分離するのに適合され、第一の直径よりも小さな直径を有し、分離される粒子の直径は第二の所望の直径よりも大きく、第二ダイナミックセレクタの一つの出口が第一及び第二の直径の間のサイズの粒子をフィードするために粒状化プレスへと接続され、第二ダイナミックセレクタのもう一つの出口は第二の所望の直径よりも小さなサイズの粒子を取り出すのに適合される。第二の所望の直径はバイオマスの非常に小さな粒子に対応し、特に見かけの直径が１０μｍよりも小さい。第二ダイナミックセレクタは好ましくはサイクロンと組み合わされる：従ってサイクロンは第二ダイナミックセレクタと粒状化プレスとの間に配置される。粒状化プレスについては、ロースト温度、すなわち２００℃から３００℃の間で運転されるプレスが選択され、それによってエネルギー消費を低減し、高い機械的強度の微粒を得ることが可能となる。例えば、Ｐｒｏｍｉｌｌ−Ｓｔｏｌｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売される粒状化プレスが非常に適している。
【００７４】
エネルギー統合の目的で、第二の所望の直径よりも小さなサイズの粒子を取り出すのに適合された第二ダイナミックセレクタの出口は、反応装置チャンバーとは異なる燃焼チャンバーに接続される。燃焼チャンバーはローストからのガス及び第二の直径よりも小さなサイズの粒子の二次燃焼を、予め決められた８００℃から１０００℃の間、好ましくは８５０℃の二次燃焼温度で二次燃焼を実施するのに適合される。換言すれば細かいローストされたバイオマス粒子が充填された反応装置は好ましくは８５０℃で運転される二次燃焼チャンバー内で燃料として使用される。
【００７５】
定常条件において二次燃焼チャンバーのためにエネルギーの自己充足を得るために、第二ダイナミックセレクタの速度を調整するための管理がされる。再度換言すれば、ガス及び粒子のＬＣＶ（ｌｏｗｅｒ  ｃａｌｏｒｉｆｉｃ  ｖａｌｕｅの頭文字、低発熱量）の調整は第二ダイナミックセレクタの速度に従属する。
【００７６】
上記燃焼チャンバーは、ローストからのガス、第二の直径よりも小さな粒子、及び固体燃料の二次燃焼を同時に達成するための少なくとも一つの多種燃料燃焼装置を備える。上記多種燃料燃焼装置は粒状化プレスに有利に接続され、上記固体燃料のペレットは上記粒状化プレスによって生成されたローストされた微粒である。そのような燃焼装置は、好ましくは粒状化プレスによって生成された微粒を燃焼することで移行状態（ウォームアップ、振動）における二次燃焼温度の素早く正確な調整を可能とする。本発明で多種燃料燃焼装置が使用され得るので、Ｌｅｒｏｕｘ  ＆  Ｌｏｔｚ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅから販売されているものが参照され得る。
【００７７】
従って、燃焼チャンバーの出口は、二次燃焼ガスで加熱手段を加熱するために有利に反応装置へと接続される。
【００７８】
一つの特徴によれば、燃焼チャンバーの出口は二次燃焼ガスをロースト温度で反応装置チャンバーに導入するために、反応装置の入口に接続される。
【００７９】
別の特徴によると、燃焼チャンバーの出口はヒートパイプのフィンで形成される熱交換器に接続され、ヒートパイプの伝熱流体を加熱するためのエネルギーは二次燃焼ガスによって供給される。
【００８０】
有利な実施形態によると、上記システムはヒートパイプの熱交換器とは異なる追加の熱交換器をさらに備え、その高温流体回路は燃焼チャンバーの出口に接続され、その低温流体回路は反応装置にバイオマスを供給する前にバイオマスを乾燥するための乾燥機に適合されて接続され、上記乾燥機を加熱するためのエネルギーは二次燃焼ガスによって供給される。
【００８１】
換言すれば、二次燃焼チャンバーから出る燃焼ガスは、一方で蒸気またはガスを予熱してバイオマスの乾燥機へと送るために、もう一方で処理されるバイオマスに依存して二次燃焼ガスの温度を変数値、典型的には２５０℃から３５０℃、に調整し、二次燃焼ガスを反応装置チャンバー内へと導入するために、追加の熱交換器に到達する。本発明のバイオマス処理システムで追加の熱交換器を使用することで、熱交換器中のロースト温度は一層よく制御され、ロースト／粉砕方法を安定化させる傾向がある。
【００８２】
本発明の他の利点及び特徴は、以下の図面を参照しつつ、限定ではなく例示として与えられる発明の詳細な説明を読む際により明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】相互接触における流体または固体に依存する熱交換係数レベルを示す図表である。
【図２】現状の使用されるグラインダーの技術によるパージガスの流量を示す図表である。
【図３】ハンマーグラインダー技術を適用する発明によるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置の概略的な縦断面図である。
【図３Ａ】図３の反応装置の概略的な横断面図である。
【図３Ｂ】図３の反応装置の概略的な横断面図である。
【図４】本発明によるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置を統合するバイオマスの処理装置の第一実施形態の概略図である。
【図５】本発明によるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置を統合するバイオマスの処理装置の第二実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
以下の記載において「入口」、「出口」、「上流」、「下流」との語は反応装置を統合するシステム及び装置において、両方とも本発明による反応装置内であるバイオマス及び流体の搬送方向を参照して用いられる。さらに「上側」、「下側」、「上方」、「下方」との語は本発明による装置の反応装置及び乾燥機の垂直及び水平の物理的な配向を参照して用いられる。
【００８５】
粒子の直径によって、とは等価直径を意味する。すなわち選択された粒径分析操作において同様に振る舞うであろう球の直径である。
【００８６】
図１及び図２は上記で言及された。従ってそれらはもはやここでは言及されない。
【００８７】
図３から図３Ｂは本発明による木材などのリグノセルロースバイオマスを付随的に粉砕及びローストするための反応装置を記述する。
【００８８】
本発明による反応装置１は慣例上カーカス１１と呼ばれる側壁で円筒状の外周に区切られ、二つの端壁１２、１３でそれぞれ両側に区切られる単一のチャンバー１０を備える。
【００８９】
記述された反応装置１はハンバーグラインダーから作られる。従って上記反応装置はチャンバー１の外側に配されるベアリング１４０上に設置されるロータリーセントラルシャフト１４を備える。
【００９０】
ロータリーシャフト１４上に複数個のハンマー１５が取り付けられ、チャンバーに沿って一定間隔に区切られるステージを定める。また各ステージは角度的に一定間隔に配された、いくつかのハンマー１５を備える。
【００９１】
図３及び３Ｂに見られるように、従ってチャンバーに沿って１１個のステージが提供され、各ステージは互いに相対的に１５°から９０°で位置する４個のハンマーを備える。
【００９２】
従って好ましくは１０から１５％の湿度レベルに事前に乾燥されたバイオマスが反応装置１へと供給される際には、回転するハンマー１５がシャフト１４を介してバイオマス粒子をチャンバーの周囲の内壁１１０に対して打ち付け、粉砕する。
【００９３】
本発明によると、チャンバー１０の内部でバイオマスの粉砕及びローストを同時に達成するために、一方で最善に反応装置の異なる部材（カーカス、ハンマー、ロータリーシャフト）間の熱交換を制御し、バイオマス粒子はローストされつつ、適切なヒートパイプ１６の挿入が、ハンマー１５及びその上に設置されるロータリーシャフト１４を加熱するために提供され、熱伝導を介して温度が維持され、２００℃から３５０℃の間の予め決められた所謂ロースト温度までチャンバーのカーカス１１を加熱する。
【００９４】
より具体的には、第一ヒートパイプ１６０がロータリーシャフト１４の内部に挿入される。シャフト１４と共に関連するヒートパイプ１６が回転するように組立て体が提供される。ヒートパイプ１６０の効率はそれが収容する液体の遠心分離効果によってより一層向上し、後者は回転の間ヒートパイプの内壁の全体にわたって配される。
【００９５】
図３Ａ及び図３Ｂにより詳しく記述されるように、第二ヒートパイプ１６１が反応装置のカーカス１１と物理的に接触する。これらの第二ヒートパイプ１６１は角度的に一定間隔で配される。
【００９６】
図３Ａ及び図３Ｂに見られるように、８個のヒートパイプ１６１が従ってチャンバーの周囲に提供され、その全体的な高さで、８個のヒートパイプ１６１は互いに４５°離れている。
【００９７】
図３に見られるように、ヒートパイプの端１６００は各キャビティ１７中を流れる高温のガスと各ヒートパイプ内部の伝熱流体との間の最適な熱交換を形成するためにフィンを備える。この伝熱流体は好ましくはナフタレンまたはＧｉｌｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＤＯである。
【００９８】
さらに本発明によると、反応装置１の寸法決定は関連するバイオマス粒子に要求される保持時間の調整を本質的に考慮する。この調整は二つのパラメータに依存する：バイオマス粒子と物理的に接触する内壁１１０、カーカス１１、ロータリーシャフト１４及びハンマー１５の実温と、粒子のサイズである。使用されるバイオマスの種類に依存して調整は異なってもよく、反応装置１の取り付け配置に依存して反応装置から下流の適切な手段を必要とする。
【００９９】
従ってちょうど記述された反応装置１は取り付け配置で垂直位置であり、第一ダイナミックセレクタ２の挿入は、大きな直径の粒子を、粉砕によるサイズの低下及びロースト熱処理を組み合わせるために強制的に長時間反応装置中に留めるように適合される。
【０１００】
この配置は図３に示されている。反応装置の出口においてすり砕かれローストされた粒子は従って第一ダイナミック可変速度セレクタ２によって調整される。典型的な回転速度は、出口において５００μｍ程度の直径の粒子に調整するために２０００から４０００ｒｐｍの間を含む。図４では１ｍｍの直径に調整された出口の粒子が言及される。第一ダイナミックセレクタ２の使用は粉（集合したバイオマス粒子）の運送を可能とし、後者の温度を維持するキャリアガスを必要とする。
【０１０１】
ちょうど記述された反応装置１が取り付け配置において水平位置であるときは、描かれていないファンによってサイクロン３を通って反応装置１から下流で吸引が実行される。これによりチャンバー１０内の粒子サイズの分布が大幅に低減され、反応装置の収率が向上する。換言すれば第一ダイナミックセレクタ２なしでも実行可能である。この配置は図５に記述されている。直径１ｍｍに調整されたバイオマス粒子（ローストされたバイオマス粉）がこの図でさらに言及された。
【０１０２】
ＴＧＡ分析（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓの頭文字、熱重量分析）による予備テストが本発明による反応装置１の妥当性を確認するために、そしてその寸法決定の条件を定めるために、小さな粒子に対して実施された。硬材（ブナ）に対して得られた結果は２００μｍの粒子に対して２８０℃の温度での最短の保持時間は１分であるべきことを示している。
【０１０３】
図４及び図５ではバイオマスを処理するための完全な装置が記述され、本発明による反応装置１を統合し、粒状化プレスによって生成される微粒を可能にする。
【０１０４】
記述される両方の装置はエネルギー消費が少ないように提供される。
【０１０５】
ちょうど記述された第一ダイナミックセレクタ２及び反応装置１の取り付けられた配置（図４の垂直位置、図５の水平位置）を除いて、両方の装置は同一の相対的な機能及び配置を備える同一の部材を有する。また、異なる二つの配置について一つの詳細な説明がされる。
【０１０６】
言及したように、図４の装置は、そのための粒子が１ｍｍ未満の直径を有する、ローストされた木粉からプレス４で微粒を生成するために比較的意図され、一方で図５の装置は、そのための粒子が１ｍｍ未満の直径を有する、ローストされたバイオマス粉からプレス４で微粒を生成するために意図される。
【０１０７】
いくつかのバイオマスは事前に好ましくは１００℃から１２５℃の間の温度で乾燥機中にて乾燥される。この乾燥されたバイオマスは重力によって本発明１による粉砕及びロースト反応装置へと投入され、後者は予熱される。
【０１０８】
反応装置１の取り付けられる配置が垂直配置の際（図４）、反応装置から下流に第二ダイナミックセパレータ３０と直列のサイクロン３が提供される。サイクロンは一方で重力の効果によって反応装置１の出口において、粒状化プレス４に、すり砕かれローストされ調整された粒子をフィードし、もう一方で上昇旋風の効果によってサイクロン３の出口において、二次燃焼チャンバー６に細かい粒子（１０μｍ未満の直径）をフィードする。この第二ダイナミックセレクタ３０は、引き込まれローストされたバイオマスの粉末の量を調整する可能性を与え、好ましくはサイクロン／セパレータ３の上部に取り付けられる。典型的には、この第二セパレータ３０の回転速度は１０μｍの粒子に対して１００００ｒｐｍ程度である。この第二ダイナミックセレクタ３０は二次燃焼チャンバー６に、さらに正確には燃焼装置６０に、フィードする前にローストされた固体の濃縮によって、ローストガスのＬＣＶ（低発熱量）の調整の可能性を与え、従ってその温度を制御する可能性を与える。この二次燃焼チャンバー６はローストによって生み出されるタールを壊すという主要な機能を有する（酢酸、ギ酸等）。
【０１０９】
燃焼チャンバー６は、サイクロン３によって分離された最も細かい粒子３０が漂う両方のローストガス及び固体微粒を混焼する可能性を与える多種燃料燃焼装置６０を備える。燃焼温度は８５０℃程度である。図４及び図５で言及されたように、混合燃焼装置６０にフィードする固体微粒はローストされても加工されなくてもよく、粒状化プレス４によって有利に生成される。
【０１１０】
最終的に熱交換器７は二次燃焼チャンバー６から下流に配置される。さらに具体的には高温流体回路が燃焼チャンバー６の出口に接続され、低温流体回路が前述の乾燥機５に接続される。
【０１１１】
図４及び図５で言及されるように、熱交換器はガス／ガスタイプまたはガス／蒸気タイプでもよい。さらにいっそう具体的には、一方で高温流体回路は本発明による反応装置のチャンバー１０の内部に接続され、ヒートパイプ１６の熱交換フィン１６００が収容されるキャビティ１７に接続される（図３）。
【０１１２】
従って、ちょうど記述されたバイオマスの完全な処理のための装置では、ローストの運転に必要とされるエネルギーは二つの異なる伝熱手段によって供給される：燃焼チャンバー６内で二次燃焼によって生成されたガスで予熱された反応装置１の外面シェル（カーカス１１）を介した熱伝導によって、そして一方で必要であればセントラルシャフトとヒートパイプによって均質化された粉砕手段とによって（状態変化を伴う構成要素）、及び他方で反応装置１のチャンバー１０内部のチャンバー６内の二次燃焼で生成される高温ガスの直接導入によって、である。ガスの温度の調整は熱交換器７によって保証され、それによって、ヒートパイプの加熱を伴って、ロースト温度の非常に正確な調整が可能となる。
【０１１３】
上述のように、そして本発明による反応装置１で使用されるグラインダーの技術によると、エネルギーの追加の供給が検討され得る。例えば大容量の装置（３ｔ／ｈｒより大きな流量）に対してはハンマーの予熱が検討され得る。
【０１１４】
示されてはいないが、エネルギー供給の分離が検討され得る。従ってヒートパイプに伝熱流体の熱エネルギーを供給することは、ローストされた微粒の独立した燃焼によって想定されてもよく、乾燥機５内で乾燥を実施するための燃焼チャンバー６内の二次燃焼によって生成されるガスのエネルギーの全体を用いて想定されてもよい。
【０１１５】
この代替によると反応装置１内のロースト温度のより精確な制御をすることも可能であり、二次燃焼エネルギーの全体は乾燥に専ら使用される。
【０１１６】
本発明による反応装置１の唯一の記述された応用はバイオ燃料微粒の生成であるものの、バイオ燃料を生成する他の応用もまた検討され得る。後者の応用では、本発明による粉砕及びロースト反応装置を、ガス化反応装置から上流の、実際にローストされた粉を調整／保管するためのユニットから直接上流に配置することが可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  反応装置
２  第一ダイナミックセレクタ
３  サイクロン
４  粒状化プレス
５  乾燥機
６  二次燃焼チャンバー
７  熱交換器
１０  チャンバー
１１  カーカス
１２、１３  端壁
１４  ロータリーセントラルシャフト
１５  ハンマー
１６  ヒートパイプ
１７  キャビティ
３０  第二ダイナミックセレクタ
６０  多種燃料燃焼装置
１１０  内壁
１４０  ベアリング
１６０  ヒートパイプ
１６１  ヒートパイプ
【図１】
2014532804.tif 000003
【図２】
2014532804.tif 000004
【図３】
2014532804.tif 000005
【図３Ａ】
2014532804.tif 000006
【図３Ｂ】
2014532804.tif 000007
【図４】
2014532804.tif 000008
【図５】
2014532804.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月4日(2013.5.4)
【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】
内壁（１１０）によって内面的に区切られたチャンバー（１０）と、
前記チャンバー（１０）内に回転可能に設置されたロータリーセントラルシャフト（１４）及び前記チャンバー内に存在するバイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを前記内壁（１１０）に対して擦りつけるための前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在する粉砕部材を含む、前記チャンバー（１０）内に設置される粉砕手段と、
前記チャンバー（１０）内のバイオマスの粉砕及びローストを同時に達成するために、前記粉砕手段を介した熱伝導によって、２００℃から３５０℃の間の予め決められた温度、所謂ロースト温度まで前記チャンバー（１０）内に存在するバイオマスを加熱し、維持する加熱手段（１６、１６０、１６１、１６００、１７）と、を備えるバイオマスの粉砕及びロースト反応装置（１）。
【請求項２】
前記粉砕手段及び前記チャンバーの前記内壁が実質的に同一の熱伝導率を有する、請求項１に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項３】
前記チャンバーの前記内壁の材料が鋼またはステンレス鋼３０４Ｌから選択され、前記粉砕手段の材料は３５０ＨＢ鋼等の硬鋼から選択される、請求項２に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項４】
前記加熱手段が前記粉砕手段の少なくとも一部と物理的に接触するヒートパイプ部材（１６、１６０、１６１）で構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項５】
外周に均一に配され、前記チャンバーの周壁と、その長さの少なくとも一つの主要な部分で物理的に接触する複数のヒートパイプを備える、請求項４に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項６】
前記ヒートパイプ部材が前記チャンバー（１０）内に回転可能に設置される前記ロータリーセントラルシャフト（１４）及び／または前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在する前記粉砕部材と物理的に接触する、請求項４または５に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項７】
前記ロータリーセントラルシャフト（１４）内に配置されるヒートパイプ部材（１６０）を備える、請求項６に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項８】
前記ヒートパイプ部材が、前記ヒートパイプ内部でガス及び伝熱流体間の熱交換器を形成するためのフィン（１６００）を少なくともその一端に備えてそれぞれ提供される、請求項４から７のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項９】
前記ヒートパイプが伝熱流体としてナフタレンまたはＧｉｌｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＤＯを含む、請求項４から８のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１０】
前記チャンバー内に回転可能に設置される前記ロータリーセントラルシャフト上に存在するノッチを備え、前記ノッチが前記チャンバー（１０）の前記周囲の内壁（１１０）、所謂カーカス、に対して前記バイオマス粒子を切るように適合されることによってナイフを備えたタイプのグラインダーを形成する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１１】
前記粉砕手段が前記チャンバー内に回転可能に設置された前記ロータリーセントラルシャフト（１４）上に存在するハンマー（１５）を備え、前記ハンマーは前記バイオマス粒子を前記チャンバーの周囲の内壁、所謂カーカス、に打ち付け、粉砕するように適合されることによってハンマーを備えたタイプのグラインダーを形成する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のバイオマスの粉砕及びロースト反応装置並びに前記反応装置からすぐ下流の第一ダイナミック可変速度セレクタを備え、前記第一ダイナミック可変速度セレクタ（２）は、前記反応装置の出口において第一に所望の直径よりも小さな粒子を得るため及び前記第一に所望の直径よりも大きな直径の粒子を前記グラインダーに再導入するために適合されるシステム。
【請求項１３】
前記加熱手段が、前記反応装置に乾燥されたバイオマスをフィードする前に、２００℃から３５０℃の間の予め決められたロースト温度を達成するまで予熱される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置または請求項１２に記載のシステムを実施するための方法。
【請求項１４】
乾燥されたバイオマスの供給は、前記バイオマスの湿度レベルが１０から１５％の範囲で実施される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応装置への前記乾燥されたバイオマスの供給が重力によって実施される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
予め決められたロースト温度にされたガスのフローがさらに直接チャンバーへと導入される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応装置が使用の配置において水平位置の時、前記反応装置から下流の粒子の吸引が実施される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置を実施するための方法。
【請求項１８】
バイオマス、好ましくはリグノセルロースバイオマスを処理するための装置であって、請求項１２に記載のシステム、粒状化プレス（４）、及び反応装置と下流で、そして必要であれば前記第一ダイナミックセレクタと接続される第二ダイナミックセレクタ（３０）を備え、前記第二ダイナミックセレクタは前記反応装置の前記出口において前記粒子を分離するように適合され、前記第一の直径よりも小さな直径を有し、前記分離される粒子の直径は第二の所望の直径よりも大きく、前記第二ダイナミックセレクタの前記出口の一つが前記粒状化プレス（４）と接続されて前記第一の直径と第二の直径の間のサイズの粒子を供給し、前記第二ダイナミックセレクタの他方の出口（３０）は前記第二の所望の直径よりも小さなサイズの粒子を取り出すのに適合される装置。
【請求項１９】
前記第二ダイナミックセレクタ（３０）と前記粒状化プレス（４）との間に配置されるサイクロン（３）を備える、請求項１８に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２０】
前記第二の所望の直径よりも小さなサイズの前記粒子を取り出すのに適合された前記第二ダイナミックセレクタの前記出口が、前記反応装置チャンバーと異なる燃焼チャンバー（６）に接続され、前記燃焼チャンバーは前記ローストからの前記ガス及び前記第二の直径よりも小さなサイズの粒子の二次燃焼を、予め決められた８００℃から１０００℃の間、好ましくは８５０℃の所謂二次燃焼温度で達成するのに適合される、請求項１８または１９に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２１】
前記燃焼チャンバー（６）が前記ローストからの前記ガスと前記第二の直径よりも小さなサイズの前記粒子と固体材料燃料との二次燃焼を同時に達成するための少なくとも一つの多種燃料燃焼装置（６０）を備える、請求項２０に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２２】
前記多種燃料燃焼装置は前記粒状化プレスに接続され、前記固体材料燃料が前記粒状化プレスによって生成されるローストされた微粒である、請求項２１に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２３】
前記燃焼チャンバー（６）の前記出口が前記反応装置（１）の入口に接続され、前記二次燃焼ガスで前記ロースト温度に前記加熱手段を加熱する、請求項１９から２２のいずれか一項に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２４】
前記燃焼チャンバーの前記出口が前記反応装置の前記入口に接続され、前記ロースト温度の前記二次燃焼ガスを前記反応装置チャンバーへと導入する、請求項２３に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２５】
前記燃焼チャンバーの前記出口が前記ヒートパイプの前記フィンによって形成される前記熱交換器に接続され、前記ヒートパイプの伝熱流体を加熱するためのエネルギーが前記二次燃焼ガスから供給される、請求項２３または２４に記載のバイオマスの処理装置。
【請求項２６】
前記ヒートパイプの前記熱交換器とは異なる追加の熱交換器（７）をさらに備え、その高温流体回路は前記燃焼チャンバーの前記出口と接続され、その低温流体回路は前記バイオマスを前記反応装置へとフィードする前に実施するのに適合された乾燥機（５）に接続され、前記乾燥機を加熱するためのエネルギーが前記二次燃焼ガスから提供される、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のバイオマスの処理装置。
【国際調査報告】
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