(57)【要約】  以下のステップを含む、固体および／または液体の炭素含有または炭化水素含有材料のプラズマガス化により、合成ガスを製造する方法が開示される：（ｉ）粒子状炭素−もしくは炭化水素含有材料または両者の混合物を含む、固体および／または液体供給材料を供するステップ、（ｉｉ）キャリアガスを供し、これを前記固体又は液体供給材料と合わせるステップ、（ｉｉｉ）前記固体または液体供給材料および前記キャリアガスを供給材料流として、反応チャンバを含む反応器中に、または前記反応器の上流に配置された気化器中に供給するステップ、（ｉｖ）供給材料流の周りを旋回し、反応器の内壁を覆う旋回ガスを、反応器中に導入するステップ、（ｖ）前記供給材料流を、反応器中への旋回ガスの導入の下流で、高温プラズマで処理して、反応チャンバにおいて前記炭素−もしくは炭化水素含有材料から合成ガスを含む生成物流を生成するステップ、（ｖｉ）反応チャンバから生成物流を除去するステップ、および（ｖｉｉ）生成物流の気体成分から固体成分を分離するステップ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップを含む、固体および／または液体の炭素含有または炭化水素含有材料のプラズマガス化により、合成ガスを製造する方法：
（ｉ）粒子状炭素−もしくは炭化水素含有材料または両者の混合物を含む、固体および／または液体供給材料を供するステップ、
（ｉｉ）キャリアガスを供し、これを前記固体または液体供給材料と合わせるステップ、
（ｉｉｉ）前記固体または液体供給材料および前記キャリアガスを供給材料流として、反応チャンバを含む反応器中に、または前記反応器の上流に配置された気化器中に供給するステップ、
（ｉｖ）供給材料流の周りを旋回し、反応器の内壁を覆う旋回ガスを、反応器中に導入するステップ、
（ｖ）前記供給材料流を、反応器中への旋回ガスの導入の下流で、高温プラズマで処理して、反応チャンバにおいて前記炭素−もしくは炭化水素含有材料から合成ガスを含む生成物流を生成するステップ、
（ｖｉ）反応チャンバから生成物流を除去するステップ、および
（ｖｉｉ）生成物流の気体成分から固体成分を分離するステップ。
【請求項２】
前記供給材料が、バイオマス、石炭、炭化水素、有機物、都市廃棄物、ポリマー、セルロース含有材料、リグニン含有材料およびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記供給材料が、リグニンまたはリグニン含有材料、好ましくは木材を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
使用される供給材料が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．０１ｍｍ〜２ｍｍ、さらにより好ましくは０．０２ｍｍ〜２ｍｍ、最も好ましくは０．０５ｍｍ〜１ｍｍの平均粒径を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
使用される供給材料がウォータードライであるかまたは好ましくは湿っている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
使用される供給材料が、水含有供給材料である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリアガスが、空気または水蒸気含有空気である、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記旋回ガスが、不活性ガス、好ましくは窒素または希ガスである、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記旋回ガスが、空気または水蒸気含有空気である、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記の固体または液体供給材料が、反応チャンバの上流に配置された気化器を通して導かれる、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記プラズマがマイクロ波生成プラズマである、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロ波生成プラズマが、１〜５ｂａｒ、好ましくは１．１〜２ｂａｒの圧力範囲内にある、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
粒子状炭素含有材料または粒子状炭化水素含有材料が、輸送手段を介して貯蔵容器から供給され、キャリアガスとしての空気と合わされ、垂直な反応器管の頂部中に導入される、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
炭素含有材料または炭化水素含有材料が、これを反応器中に導入する前に粉砕され、および／または前記材料が、水を添加することによって湿らされるか、または前記材料の水含有量が前記材料を乾燥させることによって減少される、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
供給材料ガス流およびキャリアガス流が垂直な管型反応器中に、供給材料供給手段を通しておよび管型反応器の頂部に設置されたキャリアガス供給手段を通して導入され、供給材料供給手段のおよびキャリアガス供給手段の下流で、旋回ガスが旋回ガス供給手段を通して管型反応器中に導入され、旋回ガス供給手段の下流で、ガス流が高温プラズマによって処理される、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
高温プラズマでの処理後の生成物流が急速冷却に付される、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成ガスの製造方法に関する。特に、本発明は、バイオマスを含む固体又は液体廃棄物の、高温プラズマ（例えばマイクロ波プラズマ）ガス化を用いた合成ガス製造方法に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
ガス化は、一般的に、固体または液体の炭素をベースとする材料の可燃性ガス性生成物への熱化学的転化として定義されている。確立されたガス化技術、例えば空気吹きもしくは酸素吹き固定床、流動床もしくは噴流ガス化炉は、８００℃〜１４００℃の範囲で稼働され、転化のためにガス化剤を使用する。一般に合成ガスとして知られる生成物は、一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ２）、ならびに不純物、例えばタール、揮発性もしくは半揮発性有機化合物、硫黄、アンモニア、窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素および灰分を含有する。高レベルの不純物は、さらなる処理のために費用のかかる合成ガス浄化を必要とする。一般的なガス化技術は、材料種および狭い粒度分布ならびに低い水分含有量に打ち込んでおり、これらは前処理コストおよび複雑さを増大させる。さらに、高温での稼働はバーナー、燃料、パイプおよび他の装置類を必要とする。一般的なガス化炉の必要とされる予熱は、かなりの立ち上がり時間を招き、従って、長期間にわたって絶えず稼働した場合にのみ効率的である。
【０００３】
１つの代替は、外部電源によって生成するプラズマによるガス化である。高度にイオン化したガスとしてのプラズマは、相当数の荷電粒子を含み、物質の第四状態として分類される。プラズマは、等しい数の自由正電荷および負電荷を含むので、電気的に中性である。
【０００４】
プラズマプロセスは、熱および高温プラズマプロセスに大きく分類することができる。熱プラズマおよびアークトーチプラズマは非常に高い温度で稼働されるか、あるいは限られた寿命を有する電極の使用を必要とし、材料の要件および整備間隔を増加させる（ＷＯ２０１２／３９７５１Ａ２（特許文献１）、ＵＳ２０１０／０１９９５５７Ａ１１（特許文献２））。
【０００５】
高温プラズマ系、例えばマイクロ波プラズマは、同時に低バルク温度で極めて高濃度の化学活性種を提供することによって、熱力学的平衡から大きく離れることができる。マイクロ波プラズマの他の利点は、電極または追加の燃料を使用しない稼働、および低酸素含有量の雰囲気中での転化である（ＥＰ２１６３５９７Ａ１（特許文献３））。
【０００６】
一般的なガス化技術は、石炭などの化石原料を合成ガスに転化する。埋め立て前に病原体および毒素の量を減少させまたは破壊するために有害廃棄物を焼却することは、プラズマの使用を含めて一般に知られている（ＣＮ２０４８２４１４５Ｕ（特許文献４）、ＷＯ２０１１／１４１１８Ａ２（特許文献５））。廃棄物からエネルギーへというコンセプトは、転化プロセスの熱エネルギーを熱として利用するか、または発電装置において可燃物を電気に変換する。しかしながら、地球規模で変化する原料状況に関連して、化石原料の代替としての新規材料及びエネルギー源の利用への関心が高まっている。エネルギーや熱のための燃焼ならびにバイオ系燃料、例えばバイオディーゼルへの転化を通した、ＣＯ２中性エネルギーとしてのバイオマスの一次利用が活発に行われている。付加価値生成物のための転化生成物、例えば合成ガスを製造するためにバイオマスまたは廃棄物を使用する方法は、ガス化技術の上述の欠点、およびバイオベースの原料品質の変動、ならびに後続の転化プロセスに必要な追加的な水素源の必要性のために、依然として困難が存在する。
【０００７】
既存のバイオ燃料プロセスでは、主にリグニンからなる大量のバイオマスを、燃料に変換することは困難であり、例えば、燃焼前の強力な乾燥によって熱的に利用される。合成ガスへのガス化による付加価値のある変換、および燃料または電気への潜在的なさらなる変換は、このようなバイオ燃料プラントの全体的な性能にとって有益である。
【０００８】
材料のプラズマ触媒転化のための幾つかの方法及びデバイスが既に知られている。
【０００９】
ＷＯ２０１５／０５１８９３Ａ１（特許文献６）は、炭化水素を含有する出発物質、例えば気体もしくは液体炭化水素を、プラズマにより化学ベース材料に転化するためのそのような方法およびデバイスを開示している。
【００１０】
ＷＯ２０１６／０４０９６９Ａ１（特許文献７）は、炭素含有廃棄物材料から、例えば固体有機廃棄物材料から、合成ガスを製造するための方法およびデバイスを開示している。この方法において、前記廃棄材料は反応チャンバに導入され、そこで熱分解に付される。合成ガスおよび固体残留物質が、反応チャンバから排出され、これらはプラズマ処理に付すことによってさらに処理される。
【００１１】
ＥＰ２９１５８６９Ａ１（特許文献８）は、ガス化コンパートメントにおいて３５００℃未満の統合されたプラズマ温度を使用する噴流ガス化炉を開示している。この系は、おがくずなどの固体または液体材料を処理するため、およびこの材料を合成ガスに転化するために使用することができる。
【００１２】
ＤＥ１０２０１１０５１９０６Ａ１（特許文献９）は、水蒸気及び二酸化炭素と共に石炭を又は炭素含有固体材料をガス化するための方法及びデバイスを開示している。この方法は、水蒸気および二酸化炭素をガス化反応器に導入すること、固体粒子状材料を前記反応器に導入すること、およびこれらの材料から流動床を形成すること、および前記材料を前記反応器において回転プラズマで処理することを含む。
【００１３】
ＥＰ１４１９２２０Ｂ１（特許文献１０）は、有機材料、例えば種々の供給源からの固体廃棄物材料のプラズマ熱分解およびガラス化を開示している。反応器は炭素−触媒床を含み、これは前記炭素−触媒床の周りに円形に配置されたいくつかのプラズマアーク発生器によって生成されるプラズマによって加熱される。
【００１４】
これらの公知の方法およびデバイスは、廃棄材料からの合成ガスの生成を可能にするが、供給材料の品質および量、粒子径および水分含有量に関して柔軟性のある高効率ガス化技術の必要性が依然として存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／３９７５１Ａ２
【特許文献２】ＵＳ２０１０／０１９９５５７Ａ１１
【特許文献３】ＥＰ２１６３５９７Ａ１
【特許文献４】ＣＮ２０４８２４１４５Ｕ
【特許文献５】ＷＯ２０１１／１４１１８Ａ２
【特許文献６】ＷＯ２０１５／０５１８９３Ａ１
【特許文献７】ＷＯ２０１６／０４０９６９Ａ１
【特許文献８】ＥＰ２９１５８６９Ａ１
【特許文献９】ＤＥ１０２０１１０５１９０６Ａ１
【特許文献１０】ＥＰ１４１９２２０Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、廃棄物材料を合成ガスに、好ましくはバイオマスを合成ガスに、プラズマガス化を通して柔軟に転化するための方法が望まれている。
【００１７】
さらに、廃棄物材料を合成ガスに転化する方法であって、実施が容易であり、容易に入手可能な反応器を使用する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、以下のステップを含む、固体または液体の炭素含有または炭化水素含有材料のプラズマガス化により、合成ガスを製造する方法に関する：
（ｉ）粒子状炭素−もしくは炭化水素含有材料または両者の混合物を含む、固体および／または液体供給材料を供するステップ、
（ｉｉ）キャリアガスを供し、これを前記固体又は液体供給材料と合わせるステップ、
（ｉｉｉ）前記固体または液体供給材料および前記キャリアガスを供給材料流として、反応チャンバを含む反応器中に、または前記反応器の上流に配置された気化器に供給するステップ、
（ｉｖ）供給材料流の周りを旋回し、反応器の内壁を覆う旋回ガスを、反応器中に導入するステップ、
（ｖ）前記供給材料流を、反応器中への旋回ガスの導入の下流で、高温プラズマで処理して、反応チャンバにおいて前記炭素−もしくは炭化水素含有材料から合成ガスを含む生成物流を生成するステップ、
（ｖｉ）反応チャンバから生成物流を除去するステップ、
（ｖｉｉ）生成物流の気体成分から固体成分を分離するステップ。
【００１９】
本発明の方法では、種々の固体および／または液体炭素含有または炭化水素含有材料を使用することができる。可能な供給材料の例としては、バイオマス、石炭、炭化水素、有機物、都市廃棄物、ポリマー、セルロース含有材料、リグニン含有材料（例えばｓｕｎｌｉｑｕｉｄ（登録商標）  ｒａｗ  ｌｉｇｎｉｎ）、およびそれらの混合物である。
【００２０】
好ましい供給材料の例は、以下の通りである：
【００２１】
純リグニン：
−元素組成％：６１．６８Ｃ、５．５８Ｈ、２６．９３Ｏ、１．２９Ｎ、２．０６Ｓ、２．１９灰分
−水分３．０３重量％
−平均粒径７５μｍ
【００２２】
Ｃｌａｒｉａｎｔ  ｓｕｎｌｉｑｕｉｄ（登録商標）  ｒａｗ  ｌｉｇｎｉｎ
−元素組成％：４７．５Ｃ、６Ｈ、３１．３Ｏ、１．２Ｎ、０．１Ｓ、１３．９灰分
−水分３重量％
−平均粒径４００μｍ（＜１０００μｍの篩画分）および１００μｍ（＜２００μｍの篩画分）
【００２３】
セルロース（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）
−元素組成％：４４．７Ｃ、６．３１Ｈ、４８．７５Ｏ、０．１９Ｎ、０．０１Ｓ、０．０４灰分
−水分０．９４重量％
−平均粒径５０μｍ
【００２４】
本発明の方法で使用される供給材料は粒子状である。典型的には、固体または液体供給材料の平均粒径は、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．０１ｍｍ〜２ｍｍ、さらにより好ましくは０．０２ｍｍ〜２ｍｍ、最も好ましくは０．０５ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２５】
本発明の方法で使用される供給材料は、乾燥していてもまたは湿っていてもよい。好ましくは、湿った供給材料、特に含水供給材料が使用される。典型的には、供給材料の含水量または他の液体含有量は、供給材料の全量に対して、０．０５重量％〜９５重量％、好ましくは０．０５重量％〜８０重量％、さらにより好ましくは０．０５重量％〜５０重量％、最も好ましくは０．１重量％〜３０重量％である。
【００２６】
本発明の方法の好ましい実施形態において、固体および／または液体炭素−または炭化水素含有供給材料は、水、有機溶媒またはそれらの組み合わせからなる群から選択される液体と組み合わされる。好ましくは、水が固体および／または液体炭素−または炭化水素含有供給材料に添加される。
【００２７】
本発明の方法の別の好ましい実施形態では、固体または液体供給材料は、反応チャンバの上流に配置された気化器を通して導かれる。この実施形態では、好ましくは、液体の供給材料が使用され、これは、反応チャンバ−におけるプラズマ処理の前に気化される。
【００２８】
前記の粒子状固体および／または液体炭素−または炭化水素含有供給材料は、キャリアガスと組み合わされる。このガスは、粒子状供給材料を反応器中に運ぶ機能を有する。様々な種類のキャリアガスを使用することができる。キャリアガスの例としては、不活性ガス、酸素含有ガスまたは合成ガスが挙げられる。好ましくは、酸素含有ガスが使用される。これらは典型的には酸素であり、または好ましくは空気である。他の好ましいガスは、酸素および他のガス、例えば窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、合成ガスを含むガス、好ましくは本発明の方法の生成物流に由来するガス、または水蒸気含有空気である。
【００２９】
キャリアガスはそれを反応器中に導入する前に、または反応器の取入れ口で、供給材料と合わせてもよい。キャリアガスは、キャリアガスを供給材料流中に排出する１以上のパイプを介して供給材料に添加されてもよい。パイプ（単数または複数）は、排出位置にノズルを備えていてよい。
【００３０】
本発明の方法では、ガス化デバイスの壁を、供給材料中のプラズマ処理によって生成された反応種から保護する旋回ガスが使用される。旋回ガスの組成は、キャリアガスの組成と同じであってもよい。好ましくは、旋回ガスは不活性であるべきであり、なぜならばそれは反応に関与しないためである。それは、ＣＯ２及び水蒸気が放射を吸収／放出するので、生成物流のＮＯｘ含有量及びＣＯ２含有量を減少させ、熱損失も減少させるであろう。好ましい不活性ガスは、窒素または希ガス、例えばアルゴンである。しかし、空気、または水蒸気と空気との組合せもまた旋回ガスとして使用することができる。
【００３１】
本発明の方法では、旋回ガスを、反応器取入れ口で、またはその下流であるが供給材料が高温プラズマで処理される位置より上の位置で、反応器中に導入してよい。旋回ガスは、供給材料−キャリアガス流が旋回ガスによって包み込まれるように、反応器中に旋回ガスを排出する１以上のパイプを介して反応器に添加してよい。好ましくは、旋回ガスを反応器中に円状に導入する幾つかのパイプが利用可能であり、それにより、旋回ガスが供給材料−キャリアガス流の包み込みを伸展させ、内側の反応器壁と供給材料−キャリアガス流との間を螺旋状に
移動する。好ましくは、前記反応器中に旋回ガスを導入する前記パイプは、排出位置にノズルを備える。
【００３２】
本発明の方法の好ましい実施形態で使用されるキャリアガスおよび旋回ガスに関する典型的な条件は、以下の通りである：
−キャリアガス流量：５−１０Ｎｌ／分
−旋回ガス流量：２０−３０Ｎｌ／分
−旋回ガスおよびキャリアガス組成物：空気／Ｎ２−比＝０．４（体積）
−全ガス流（キャリア＋旋回）：２５−３５Ｎｌ／分
【００３３】
本発明の方法で使用されるプラズマは、イオン温度が電子温度と異なるために、または化学種の１つの速度分布がＭａｘｗｅｌｌ‐Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ分布に従わないために、熱力学的平衡から大きく離れた高温プラズマである。
【００３４】
高温プラズマは、種々の方法を使用することにより、例えばグライディングアーク放電、プラズマペンシル、プラズマニードル、プラズマジェット、誘電体バリア放電、抵抗バリア放電、圧電直接放電、グロー放電を使用することにより、または好ましくはマイクロ波プラズマ生成を使用することによって、生成されてもよい。
【００３５】
マイクロ波プラズマは、ほぼ大気圧またはそれ以上での（低圧下ではない）高温プラズマであることができる。
【００３６】
好ましくは、高温プラズマは、１〜５ｂａｒ、好ましくは１．１〜２ｂａｒの圧力範囲内のマイクロ波生成プラズマである。
【００３７】
本発明の方法の好ましい実施形態では、導波管内に含まれるマイクロ波場でプラズマが励起される。
【００３８】
マイクロ波生成プラズマを使用する本発明の方法の好ましい実施形態におけるガス化条件の典型的な条件は、以下の通りである：
−固体供給材料＝１．５ｇ／ｓ未満、好ましくは０．０９〜０．１３ｇ／ｓ
−Ｏ２対固体供給材料比＝１．０モル未満、好ましくは０．１〜０．５モル、最も好ましくは約０．３モル
−当量比ＥＲは０．２〜０．５、好ましくは約０．４（実際の空気対燃料比を理論比（化学量論）で除したもの）
−正味マイクロ波電力＝例えば１０００℃未満、好ましくは３００〜８００℃、最も好ましくは約５００℃の平均壁温度によって制御された、６０００Ｗ未満、好ましくは１０００〜３０００Ｗ、最も好ましくは１８６０〜２５００Ｗ
−反応チャンバにおける平均圧力１〜５ｂａｒ、好ましくは約１．２ｂａｒ
−反応チャンバの出口におけるガス温度＝６００〜１５００℃、好ましくは１１００〜１１５０℃
【００３９】
供給材料流の高温プラズマでの処理後、生成した合成ガス、キャリアガス、旋回ガスおよび未反応材料を反応チャンバから除去し、引き続き、反応器を通って流れる媒体の気体成分から未反応材料を除去する。
【００４０】
これは、流れる媒体を、気体成分から固体成分を分離するフィルタ手段を通して導くことによって、または気体成分の流れ方向を逆転させ、固体成分を収集することによって、実施してよい。
【００４１】
好ましくは、前記反応器は、出口管によって覆われた内側管を有する管型反応器である。前記内側管は好ましくは、垂直に配置され、これは鉛直線方向を意味する。従って、好ましい反応器は垂直な内側管を有し、これを通して、旋回ガスに包まれた供給材料−キャリアガス流が頂部から底部へと流れ、この通過の間に高温プラズマで処理される。この内側管の底部において、この流れの気体成分の流れ方向が逆転し、気体成分が、内側反応器管を覆う出口管中に導入される。気体成分は、出口管の下部から出口管の上部へと流れることによって反応器を出て、そこから排出される。しかしながら、内側反応器管を出る流れの固体成分、例えば灰分及び未転化固体は、前記内側反応器管の出口の下に集められる。これらの固体成分は、重力によって制御されて頂部から底部へと移動し、反応器アセンブリの底部で排出される。
【００４２】
本発明の方法の好ましい実施態様では、供給材料ガス流およびキャリアガス流が管型反応器中に、供給材料供給手段を通しておよび管型反応器の頂部に設置されたキャリアガス供給手段を通して導入され、供給材料供給手段のおよびキャリアガス供給手段の下流で、旋回ガスが旋回ガス供給手段を通して管型反応器中に導入され、旋回ガス供給手段の下流で、ガス流が高温プラズマによって処理される。管型反応器は、好ましくは垂直に配置される。
【００４３】
「垂直な」または「垂直に」は、鉛直線方向を意味する。従って、垂直な管反応器の縦方向管軸は鉛直線方向に配置される。固体成分は、垂直な管型反応器または垂直な反応器管における重力によって制御されて管の頂部から底部へと容易に移動することができる。縦方向管軸が垂直方向（鉛直線方向）から１０°まで、より好ましくは５°未満、最も好ましくは１°未満だけ異なる管型反応器が好ましい。
【００４４】
反応器から排出される気体成分は、合成ガス、キャリアガス、旋回ガス、および任意選択的に流れの他の気体成分、例えば水蒸気を含む。気体流が反応器から排出された後、この流れは後処理される。例えば、排出された気体流は、残留塵粒子を除去するガス浄化操作において処理されてもよく、および／または合成ガス中に存在する水素の一部を使用することによって残留酸素を除去するように処理されてもよい。
【００４５】
本発明の方法は、いくつかの利点を提供する。驚くべきことに、以下が見出された  
−この方法が、再生可能なバイオマスを含む種々の粒子状供給材料ならびに再生可能エネルギーからの製造を通して、環境を壊さず利用可能で、「環境に優しい（ｇｒｅｅｎ）」合成ガス代替物を提供すること、
−当該方法が、粒径および水分を含む種々の供給材料に対して寛容性であること；「湿潤」供給材料を処理することができ、従ってＨ２／ＣＯ比を調整できて、Ｐｏｗｅｒ−ｔｏ−Ｘ技術（Ｘは合成ガス、熱、電気または他の有益な生成物）を可能にし、なぜならば、さらなる下流のプロセスのための追加的なＨ２源が不要だからである、
−プロセスの立ち上がりが非常に速く、従って、供給材料のおよび発電のピーク処理が可能であり、この技術によりピーク負荷管理ならびにピーク電力の化学的貯蔵が可能となること；ガス化炉の予熱が必要ないため、通例のガス化と比較して迅速な立ち上がりが有益であること
−マイクロ波エネルギーを比較的低温で直接使用することができ、トーチの必要がないことは供給材料の要件のために有益であり、さらに供給材料に応じて追加的な酸化剤または燃料が不要であること、
−酸素／空気プラズマを用いたｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄が可能であり、迅速であること
−分散的な用途のための自立的プロセスが、例えば固体酸化物燃料電池を組み合わせて可能であること、
−プロセスが、プラズマ生成のために電極を使用しないこと
−反応器自体が「トーチ」であるため、プロセスがトーチを提供しないこと
−プロセスが、通例のアークプラズマと比較して低い温度を使用すること、
これは、より高いエネルギー効率、より低い炭素形成、より低いＮＯｘ放出およびより安全な稼働を意味する
−プロセスが、キャリアガス（例えば、空気、Ｎ２、ＣＯ２、蒸気、生成物の一部のリサイクル）に関して柔軟であること。このことは、調節可能な生成物組成を可能にする（例えばＨ２／ＣＯ比）
−プロセスが、マイクロ波周波数調整に基づく柔軟なスケールアップ／スケールダウンを可能にする。本質的に前記の系は、モジュール式にすることができる
−反応器が適切に絶縁される場合、プロセスにより、電気エネルギーの熱への高効率の変換（例えば、約９０％）が可能となる
−他の先行技術の方法とは異なり、本発明の方法は、プラズマ反応器における主要な処理の前に、キャリア／旋回ガスまたは固体の予熱を必要としない
−固体供給材料が、点火点の上流でプラズマ反応器を通って送られ、従って、プラズマ領域の長さ全てに沿って処理され、これは、プラズマが安定である流速稼働方式において供給材料転化を強める。従来技術の方法では、固体が点火点の下流のサイドポートから反応器に入る。その結果、点火点の周りの領域が最も熱く最も反応性の高い領域であるため、固体とプラズマとの接触時間が大幅に短くなり、処理はあまり強力でない。
【００４６】
本発明の方法の好ましい実施態様において、粒子状炭化水素含有材料、好ましくはリグニンまたはリグニン含有材料、最も好ましくは木材を含む固体供給材料が使用される。
【００４７】
本発明の方法の別の好ましい実施形態では、粒子状炭素含有材料または粒子状炭化水素含有材料が、輸送手段を介して、好ましくはスクリューコンベヤーを介して、貯蔵容器から供給され、キャリアガスとしての空気と組み合わされ、それが垂直な反応器管の頂部中に導入される。
【００４８】
本発明の方法の別の好ましい実施形態において、炭素含有材料または炭化水素含有材料は、これを反応器中に導入する前に粉砕され、および／または前記材料は、水を添加することによって湿らされ、または前記材料の水含有量は前記材料を乾燥させることによって減少される。
【００４９】
本発明の方法の別の好ましい実施形態では、高温プラズマでの処理後の生成物流が、例えば前記生成物流を冷却管中に導入することによって、急速冷却に付される。このような管は、例えば、フィン付き管を使用することによって、または熱交換器手段を備えた管を使用することによって、前記管の外側に冷却手段を備えていてよい。
【００５０】
本発明の方法の別の好ましい実施形態では、合成ガスが、垂直管反応器を使用するマイクロ波プラズマガス化を通して、バイオマスを含む固体または液体廃棄物材料から生成される。利用される廃棄物は、スクリューコンベヤを用いて貯蔵容器から供給され、キャリアガスとともに頂部を介してマイクロ波プラズマ装置に入る。廃棄物材料は潜在的に、処理前に粉砕、乾燥または湿潤化により所望の組成にする必要がある。旋回ガスは、プラズマを遠心力により含むように、一組のノズルを介して反応器の内部に吹き込まれる。導波管内に含まれるマイクロ波場でプラズマが励起される。廃棄物材料が、プラズマと接触することによって合成ガスに転化される。未転化の固体および灰分は反応器の下に集められるが、一方で、気体生成物は反応器を出て、ガス洗浄に付される。
【００５１】
本発明の方法は、先行技術から一般に知られている反応器において行うことができる。反応器の例は、ｗｗｗ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｒｅｉｎｖｅｎｔｔｈｅｔｏｉｌｅｔ（ｆｌｙｅｒ：ｓｙｎｇａｓ／ｇａｓ  ｃｌｅａｎｉｎｇ）に開示されている。
【００５２】
本発明の方法で生成される合成ガス流は、固体酸化物燃料電池において、他の熱的、化学的または触媒的変換プロセス、またはそれらの組み合わせにおいて使用することができる。
【実施例】
【００５３】
例
以下の実施例は、本発明の主題を説明することを意図したものであり、本発明を限定するものではない。
【００５４】
供給材料組成の例を以下の表１に示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
使用方法の例
例１〜４の供給材料組成物は、以下の例示的なガス化条件を用いてガス化することができる。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
表２に記載されるガス化は、以下の構成を有するガス化反応器において実施した  
【００５９】
バイオマスが、キャリアガスと共に頂部を通って反応器に入る。反応器は垂直に配置された内側管である。反応器の内部において、旋回ガスが、プラズマを遠心力により含むように、一組のノズルを介して吹き込まれる。導波管内に含まれるマイクロ波場でプラズマが励起される。プラズマをバイオマスと接触させることにより、バイオマス供給材料が合成ガスに転化される。灰分及び未転化固体は反応器の下に集められ、一方で、気体生成物は、内側管を包囲する外側管を通って反応器を出る。気体生成物は単純なガス洗浄によって処理され、次いで、ガスはオフラインＧＣ分析のために調整される。
【００６０】
以下の表は、迅速な立ち上がりおよび定常状態条件に関してＮ２不含の一時的な結果を示す。
【００６１】
【表３】
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【００６２】
以下の表では、表１からの例２の供給材料を使用し、および表２からのガス化条件を使用したガス化後の合成ガス生成物流のＮ２−、Ｏ２−及びＣＨ４不含組成が示される。
【００６３】
【表４】
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【国際調査報告】
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