(57)【要約】バイオマスの熱分解及び燃焼によって可燃性ガスを生成するガス化プラント（１）は、前記バイオマスが供給されるリアクター（２）を有し、前記リアクター（２）は、供給開口（７）を通じて前記バイオマスが供給されるリアクター本体（１１）を有し、前記リアクター本体（７）は、前記バイオマスに対して熱分解処理を行う第１熱分解ゾーン（１２）と、前記熱分解処理の生成物に対して、酸素不足の条件下で燃焼を行う第２燃焼ゾーン（１３）と、燃焼の生成物を還元する第３還元ゾーン（１４）と、燃焼固体残渣と合成ガスとが排出流路（１９）に排出される第４除去ゾーン（１５）と、を有し、前記リアクター本体（１１）は、非常に低い気孔率を有する耐火物材料で形成され、前記第４除去ゾーン（１５）は、バイオマスとリアクター（２）内で生成された合成ガスとの燃焼の残渣である固体材料のための除去装置（３８）を有する。
2021513599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの熱分解及び燃焼によって、可燃性ガスまたは合成ガスを生成するガス化プラント（１）であって、
前記ガス化プラント（１）は、前記バイオマスが供給されるリアクター（２）を有し、
前記リアクター（２）は、供給開口（７）を通じて前記バイオマスが供給されるリアクター本体（１１）を有し、
前記リアクター本体（７）は、
前記バイオマスに対して、熱分解処理を行う第１熱分解ゾーン（１２）と、
前記熱分解処理の生成物に対して、酸素不足の条件下で燃焼を行う第２燃焼ゾーン（１３）と、
前記合成ガスを得るために、燃焼の生成物を還元する第３還元ゾーン（１４）と、
固体燃焼残渣と前記合成ガスとが前記リアクター（２）によって排出される第４除去ゾーン（１５）と、
を有し、
前記第２燃焼ゾーン（１３）は、切頭円錐形状要素（１６）を有し、
前記切頭円錐形状要素（１６）は、直径Ｄを有し、前記第３還元ゾーン（１４）に接続する出口ポート（４８）まで下に向かって細くなり、
前記第３還元ゾーン（１４）は、第１切頭円錐部分（１７）と、続く直径Ｄ１を有する第２円柱部分（１８）とを有し、
前記第２直径Ｄ１と前記第１直径Ｄとの間の比は２．５以上であり、
前記第３還元ゾーン（１４）の容積Ｖ１と前記第２燃焼ゾーン（１４）の容積Ｖとの間の比は３．５以上である、ガス化プラント（１）。
【請求項２】
前記第４除去ゾーン（１５）は、前記固体燃焼残渣が前記合成ガスと共に排出される排出流路（１９）に接続される、請求項１に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３】
前記リアクター本体（１１）は、非常に低い気孔率を有する耐火物材料で形成され、
前記非常に低い気孔率を有する耐火物材料は、気孔の８５％以上は閉じており、６０ミクロン以下の平均直径の気孔を有する、請求項１または２に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４】
前記非常に低い気孔率を有する材料は、炭化シリコン、シリカ及びアルミナを有する材料である、請求項３に記載のガス化プラント（１）。
【請求項５】
前記第４除去ゾーン（１５）は、バイオマスとリアクター（２）内で生成された合成ガスとの燃焼の固体残渣材料のための除去装置（３８）を有し、
前記除去装置（３８）は、中空な本体（３９）を有し、その内部は前記排出流路（１９）と接続し、
前記本体（３９）は、前記リアクター（２）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを回転でき、
前記本体（３９）は、側面にスリット（４０）が形成される切頭円錐形状または切頭ピラミッド形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項６】
前記本体（３９）が切頭円錐形状を有する場合、前記スリット（４０）は前記側面の母線に沿って配置され、一定の角度間隔で配置され、
前記本体（３９）が切頭ピラミッド形状を有する場合、前記スリットは前記側面の角に沿って配置される、請求項５に記載のガス化プラント（１）。
【請求項７】
前記本体（３９）は、前記リアクター本体（１１）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを、モータ（４２）によって回転するために駆動できるシャフト（４１）に固定され、
前記シャフト（４１）は、気密係合によって、支持部（４３）に取り付けられている、請求項５または６に記載のガス化プラント（１）。
【請求項８】
供給タンク（３）をさらに有し、その中へ前記リアクター（２）に供給するための前記バイオマスを導入し、
前記供給タンク（３）は、第１伝達装置（５）に接続され、
前記第１伝達装置（５）は、前記供給タンク（３）から前記バイオマスを除去し、前記供給開口（７）に固定されているホッパー（６）を通じて前記供給開口（７）に前記バイオマスを導入することによって、前記供給開口（７）に前記バイオマスを伝達し、
前記第１伝達装置（５）は、気密に形成され、前記供給タンク（３）と前記ホッパー（６）とに気密状態で係合し、
前記ホッパー（６）は、前記リアクター本体（１１）の前記供給開口（７）に、気密状態で接続されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項９】
前記供給タンク（３）には、供給バルブ（９）が設けられ、
前記供給バルブ（９）は、前記供給タンク（３）の導入開口内に、気密状態で取り付けられ、
前記供給タンク（３）は、供給バルブ（９）が閉鎖位置にあるとき、前記供給タンク（３）内に空気が進入できないように形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１０】
前記リアクター本体（２）内に発生する過剰圧力を解放するように構成される安全装置（４４）をさらに有し、
前記安全装置（４４）は、不活性液体を収容するタンク（４５）を有し、
前記タンク（４５）は、パイプ（４６）によって前記リアクター本体（１１）に接続され、
前記タンク（４５）には、前記タンク（４５）の側壁（４７）と平行な方向に移動できるように、前記タンク（４５）に接続される蓋（４６）が設けられている、請求項１から９のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１１】
前記リアクター本体（１１）は、少なくとも前記第１熱分解ゾーン（１２）と、前記第２燃焼ゾーン（１３）と、前記第３還元ゾーン（１４）とにおいて、熱絶縁性材料でコートされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１２】
前記リアクター本体（１１）は、前記第４除去ゾーン（１５）において、熱絶縁コーティングを有しない、請求項１１に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１３】
前記リアクター本体（１１）の前記第４除去ゾーン（１５）の周りに、熱交換装置（３２）が配置され、
前記熱交換装置（３２）内では、対応する接続流路（３４）を通じて前記熱交換装置（３２）に接続された複数の空気インジェクタ（２２）によって、前記第２燃焼ゾーン（１３）に導入するための空気が予熱され、
前記空気は、導入流路（３３）によって、前記熱交換装置（３２）に導入される、請求項１１または１２に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１４】
前記空気インジェクタ（２２）は、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外周に沿って、実質的に一定の角度間隔で配置され、前記ゾーン（１３）において前記空気の渦運動を形成するために、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外側表面（５１）と垂直な方向に対して傾斜されている、請求項１３に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１５】
前記排出流路（１９）は第２伝達装置（８）に接続され、
前記第２伝達装置（８）は、さらなる熱交換装置（２１）内に挿入されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１６】
前記第２伝達装置（８）が気密に形成される、請求項１５に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１７】
前記第２燃焼ゾーン（１３）内において前記バイオマスの燃焼を開始させるために構成された少なくとも１つの着火装置（４９）をさらに有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項１８】
バイオマスの熱分解及び燃焼によって、可燃性ガスまたは合成ガスを生成するガス化プラント（１）であって、
前記ガス化プラント（１）は、前記バイオマスが供給されるリアクター（２）を有し、
前記リアクター（２）は、供給開口（７）を通じて前記バイオマスが供給されるリアクター本体（１１）を有し、
前記リアクター本体（７）は、
前記バイオマスに対して、熱分解処理を行う第１熱分解ゾーン（１２）と、
前記熱分解処理の生成物に対して、酸素不足の条件下で燃焼を行う第２燃焼ゾーン（１３）と、
前記合成ガスを得るために、燃焼の生成物を還元する第３還元ゾーン（１４）と、
固体燃焼残渣と前記合成ガスとが前記リアクター（２）によって排出される第４除去ゾーン（１５）と、
を有し、
前記リアクター本体（１１）は、非常に低い気孔率を有する耐火物材料で形成され、
前記非常に低い気孔率を有する耐火物材料は、気孔の８５％以上は閉じており、６０ミクロン以下の平均直径の気孔を有する、ガス化プラント（１）。
【請求項１９】
前記非常に低い気孔率を有する材料は、炭化シリコン、シリカ及びアルミナを有する材料である、請求項１８に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２０】
前記第４除去ゾーン（１５）は、前記固体燃焼残渣が前記合成ガスと共に排出される排出流路（１９）に接続される、請求項１８または１９に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２１】
前記第２燃焼ゾーン（１３）は、切頭円錐形状要素（１６）を有し、
前記切頭円錐形状要素（１６）は、直径Ｄを有し、前記第３還元ゾーン（１４）に接続する出口ポート（４８）まで下に向かって細くなり、
前記第３還元ゾーン（１４）は、第１切頭円錐部分（１７）と、続く直径Ｄ１を有する第２円柱部分（１８）とを有し、
前記第２直径Ｄ１と前記第１直径Ｄとの間の比は２．５以上であり、
前記第３還元ゾーン（１４）の容積Ｖ１と前記第２燃焼ゾーン（１４）の容積Ｖとの間の比は３．５以上である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２２】
前記第４除去ゾーン（１５）は、バイオマスとリアクター（２）内で生成された合成ガスとの燃焼の固体残渣材料のための除去装置（３８）を有し、
前記除去装置（３８）は、中空な本体（３９）を有し、その内部は前記排出流路（１９）と接続し、
前記本体（３９）は、前記リアクター（２）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを回転でき、
前記本体（３９）は、側面にスリット（４０）が形成される切頭円錐形状または切頭ピラミッド形状を有する、請求項１８から２１のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２３】
前記本体（３９）が切頭円錐形状を有する場合、前記スリット（４０）は前記側面の母線に沿って配置され、一定の角度間隔で配置され、
前記本体（３９）が切頭ピラミッド形状を有する場合、前記スリットは前記側面の角に沿って配置される、請求項２２に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２４】
前記本体（３９）は、前記リアクター本体（１１）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを、モータ（４２）によって回転するために駆動できるシャフト（４１）に固定され、
前記シャフト（４１）は、気密係合によって、支持部（４３）に取り付けられている、請求項２２または２３に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２５】
供給タンク（３）をさらに有し、その中へ前記リアクター（２）に供給するための前記バイオマスを導入し、
前記供給タンク（３）は、第１伝達装置（５）に接続され、
前記第１伝達装置（５）は、前記供給タンク（３）から前記バイオマスを除去し、前記供給開口（７）に固定されているホッパー（６）を通じて前記供給開口（７）に前記バイオマスを導入することによって、前記供給開口（７）に前記バイオマスを伝達し、
前記第１伝達装置（５）は、気密に形成され、前記供給タンク（３）と前記ホッパー（６）とに気密状態で係合し、
前記ホッパー（６）は、前記リアクター本体（１１）の前記供給開口（７）に、気密状態で接続されている、請求項１８から２４のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２６】
前記供給タンク（３）には、供給バルブ（９）が設けられ、
前記供給バルブ（９）は、前記供給タンク（３）の導入開口内に、気密状態で取り付けられ、
前記供給タンク（３）は、供給バルブ（９）が閉鎖位置にあるとき、前記供給タンク（３）内に空気が進入できないように形成されている、請求項１８から２５のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２７】
前記リアクター本体（２）内に発生する過剰圧力を解放するように構成される安全装置（４４）をさらに有し、
前記安全装置（４４）は、不活性液体を収容するタンク（４５）を有し、
前記タンク（４５）は、パイプ（４６）によって前記リアクター本体（１１）に接続され、
前記タンク（４５）には、前記タンク（４５）の側壁（４７）と平行な方向に移動できるように、前記タンク（４５）に接続される蓋（４６）が設けられている、請求項１８から２６のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２８】
前記リアクター本体（１１）は、少なくとも前記第１熱分解ゾーン（１２）と、前記第２燃焼ゾーン（１３）と、前記第３還元ゾーン（１４）とにおいて、熱絶縁性材料でコートされている、請求項１８から２７のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項２９】
前記リアクター本体（１１）は、前記第４除去ゾーン（１５）において、熱絶縁コーティングを有しない、請求項２８に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３０】
前記リアクター本体（１１）の前記第４除去ゾーン（１５）の周りに、熱交換装置（３２）が配置され、
前記熱交換装置（３２）内では、対応する接続流路（３４）を通じて前記熱交換装置（３２）に接続された複数の空気インジェクタ（２２）によって、前記第２燃焼ゾーン（１３）に導入するための空気が予熱され、
前記空気は、導入流路（３３）によって、前記熱交換装置（３２）に導入される、請求項２９に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３１】
前記空気インジェクタ（２２）は、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外周に沿って、実質的に一定の角度間隔で配置され、前記ゾーン（１３）において前記空気の渦運動を形成するために、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外側表面（５１）と垂直な方向に対して傾斜されている、請求項３０に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３２】
前記排出流路（１９）は第２伝達装置（８）に接続され、
前記第２伝達装置（８）は、さらなる熱交換装置（２１）内に挿入されている、請求項１８から３１のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３３】
前記第２伝達装置（８）が気密に形成される、請求項３２に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３４】
前記第２燃焼ゾーン（１３）内において前記バイオマスの燃焼を開始させるために構成された少なくとも１つの着火装置（４９）をさらに有する、請求項１８から３２のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３５】
バイオマスの熱分解及び燃焼によって、可燃性ガスまたは合成ガスを生成するガス化プラント（１）であって、
前記ガス化プラント（１）は、前記バイオマスが供給されるリアクター（２）を有し、
前記リアクター（２）は、供給開口（７）を通じて前記バイオマスが供給されるリアクター本体（１１）を有し、
前記リアクター本体（７）は、
前記バイオマスに対して、熱分解処理を行う第１熱分解ゾーン（１２）と、
前記熱分解処理の生成物に対して、酸素不足の条件下で燃焼を行う第２燃焼ゾーン（１３）と、
前記合成ガスを得るために、燃焼の生成物を還元する第３還元ゾーン（１４）と、
固体燃焼残渣と前記合成ガスとが前記リアクター（２）によって排出される第４除去ゾーン（１５）と、
を有し、
前記第４除去ゾーン（１５）は、前記バイオマスとリアクター（２）内で生成された合成ガスとの燃焼の固体残渣材料のための除去装置（３８）を有し、
前記除去装置（３８）は、中空な本体（３９）を有し、その内部は、前記合成ガスと前記燃焼の残渣とが共に排出される排出流路（１９）と接続し、
前記本体（３９）は、前記リアクター（２）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを回転でき、
前記本体（３９）は、側面にスリット（４０）が形成される切頭円錐形状または切頭ピラミッド形状を有する、ガス化プラント（１）。
【請求項３６】
前記本体（３９）が切頭円錐形状を有する場合、前記スリット（４０）は前記側面の母線に沿って配置され、一定の角度間隔で配置され、
前記本体（３９）が切頭ピラミッド形状を有する場合、前記スリットは前記側面の角に沿って配置される、請求項３５に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３７】
前記本体（３９）は、前記リアクター本体（１１）の長手方向の軸（Ｂ）の周りを、モータ（４２）によって回転するために駆動できるシャフト（４１）に固定され、
前記シャフト（４１）は、気密係合によって、支持部（４３）に取り付けられている、請求項３５または３６に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３８】
前記第２燃焼ゾーン（１３）は、切頭円錐形状要素（１６）を有し、
前記切頭円錐形状要素（１６）は、直径Ｄを有し、前記第３還元ゾーン（１４）に接続する出口ポート（４８）まで下に向かって細くなり、
前記第３還元ゾーン（１４）は、第１切頭円錐部分（１７）と、続く直径Ｄ１を有する第２円柱部分（１８）とを有し、
前記第２直径Ｄ１と前記第１直径Ｄとの間の比は２．５以上であり、
前記第３還元ゾーン（１４）の容積Ｖ１と前記第２燃焼ゾーン（１４）の容積Ｖとの間の比は３．５以上である、請求項３５から３７のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項３９】
前記リアクター本体（１１）は、非常に低い気孔率を有する耐火物材料で形成され、
前記非常に低い気孔率を有する耐火物材料は、気孔の８５％以上は閉じており、６０ミクロン以下の平均直径の気孔を有する、請求項３５から３８のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４０】
前記非常に低い気孔率を有する材料は、炭化シリコン、シリカ及びアルミナを有する材料である、請求項３９に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４１】
供給タンク（３）をさらに有し、その中へ前記リアクター（２）に供給するための前記バイオマスを導入し、
前記供給タンク（３）は、第１伝達装置（５）に接続され、
前記第１伝達装置（５）は、前記供給タンク（３）から前記バイオマスを除去し、前記供給開口（７）に固定されているホッパー（６）を通じて前記供給開口（７）に前記バイオマスを導入することによって、前記供給開口（７）に前記バイオマスを伝達し、
前記第１伝達装置（５）は、気密に形成され、前記供給タンク（３）と前記ホッパー（６）とに気密状態で係合し、
前記ホッパー（６）は、前記リアクター本体（１１）の前記供給開口（７）に、気密状態で接続されている、請求項３５から４０のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４２】
前記供給タンク（３）には、供給バルブ（９）が設けられ、
前記供給バルブ（９）は、前記供給タンク（３）の導入開口内に、気密状態で取り付けられ、
前記供給タンク（３）は、供給バルブ（９）が閉鎖位置にあるとき、前記供給タンク（３）内に空気が進入できないように形成されている、請求項３５から４１のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４３】
前記リアクター本体（２）内に発生する過剰圧力を解放するように構成される安全装置（４４）をさらに有し、
前記安全装置（４４）は、不活性液体を収容するタンク（４５）を有し、
前記タンク（４５）は、パイプ（４６）によって前記リアクター本体（１１）に接続され、
前記タンク（４５）には、前記タンク（４５）の側壁（４７）と平行な方向に移動できるように、前記タンク（４５）に接続される蓋（４６）が設けられている、請求項３５から４２のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４４】
前記リアクター本体（１１）は、少なくとも前記第１熱分解ゾーン（１２）と、前記第２燃焼ゾーン（１３）と、前記第３還元ゾーン（１４）とにおいて、熱絶縁性材料でコートされている、請求項３５から４３のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４５】
前記リアクター本体（１１）は、前記第４除去ゾーン（１５）において、熱絶縁コーティングを有しない、請求項４４に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４６】
前記リアクター本体（１１）の前記第４除去ゾーン（１５）の周りに、熱交換装置（３２）が配置され、
前記熱交換装置（３２）内では、対応する接続流路（３４）を通じて前記熱交換装置（３２）に接続された複数の空気インジェクタ（２２）によって、前記第２燃焼ゾーン（１３）に導入するための空気が予熱され、
前記空気は、導入流路（３３）によって、前記熱交換装置（３２）に導入される、請求項４４または４５に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４７】
前記空気インジェクタ（２２）は、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外周に沿って、実質的に一定の角度間隔で配置され、前記第２燃焼ゾーン（１３）の外側表面（５１）と垂直な方向に対して１０°から２０°の間の角度で傾斜されている、請求項４６に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４８】
前記排出流路（１９）は第２伝達装置（８）に接続され、
前記第２伝達装置（８）は、さらなる熱交換装置（２１）内に挿入されている、請求項３５から４７のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【請求項４９】
前記第２伝達装置（８）が気密に形成される、請求項４８に記載のガス化プラント（１）。
【請求項５０】
前記第２燃焼ゾーン（１３）内において前記バイオマスの燃焼を開始させるために構成された少なくとも１つの着火装置（４９）をさらに有する、請求項３５から４９のいずれか一項に記載のガス化プラント（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス化プラントに関する。即ち、望ましくは２０％以下の湿度における、例えば、木材をチップにした木材チップ、植物性バイオマスまたは一般的な固体バイオマス等の、バイオマスの熱分解及び燃焼により、可燃性ガスを生成するプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術より、バイオマスのガス化が行われるリアクターを有するガス化プラントは知られている。リアクターは、通常、以下の３つのゾーンに分割されている。
−ガス化装置内に導入されたバイオマスに対して、熱分解、つまり、完全にまたはほぼ完全に無酸素の中で、バイオマスを摂氏数百度の高い温度に露出することで、熱分解が行われる、第１熱分解ゾーン。
−バイオマスに対して、酸素不足の条件下で、つまり、材料の完全燃焼に必要な化学量論量以下の酸素量を用いて、例えば、酸素の化学量論の４０％と同等な量を用いて、燃焼過程が行われる、第２燃焼ゾーン。
−通常、シンガス（syngas）または合成ガスと呼ばれ、一酸化炭素、水素、メタンおよび二酸化炭素を含み、４〜６ＭＪ／Ｎｍ３の加熱パワーを有する可燃性ガスが生成される、第３還元ゾーン。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
先行技術によって知られているガス化プラントは、そこで生成される合成ガス内には高い分子量を有する多量のタールが含まれる、という欠点を有する。例えば、内燃エンジンに供給するために合成ガスを使用できるためには、このタールを除去、または、低分子量を有するタールに転化することが必要である。
【０００４】
これは、ガスから高い分子量を有するタールを除去するために、生成された合成ガスに対して、クラッキング過程を行うことを必要とする。
【０００５】
これは、プラントの複雑さおよび建設費を増大させる。
【０００６】
知られているガス化プラントの他の欠点は、バイオマス燃焼の固体残渣の除去に関する。残渣は、非常に小さい粒度を有する炭素粉末で実質的に構成されており、除去装置内において容易につまりの原因となる。これらのつまりを取り除くために、プラントの動作を中断する必要がある。
【０００７】
さらなる欠点は、外部からリアクター内への空気の浸潤に関する。空気の浸潤は、燃焼条件において変化をもたらすことがあり、その結果、生成される合成ガスの構成に変化をもたらす。これにより、熱分解ゾーンまで燃焼が広がり得る危険性があり、合成ガス生成の全過程を危険にさらす。
【０００８】
さらなる欠点は、圧力リアクターに関して、熱分解または合成ガスの外部への漏れの危険性である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の欠点を解決するガス化プラントを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明によると、請求項１による合成ガスを生成するためのガス化プラントを提供する。
【００１１】
本発明によると、ガス化プラントを提供する。ガス化プラントにおいて、非常に低い割合の高い分子量タールを含む合成ガスを得ることができる。ガス化プラントにおいて、固体残渣の除去を妨害するつまりのリスクが無い状態で、バイオマス燃焼の固体残渣を効率よく除去することができる。ガス化プラントにおいて、外部からリアクター内への空気供給は、燃焼条件を変更しないおよび熱分解ゾーンにまで燃焼を推進させないような量に制限されている。
【００１２】
本発明は、後続の説明および本発明に係るガス化プラントの限定的でない実施の形態を示す添付の図面を参照することで、より理解および実施される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るガス化プラントの模式図である。
【図２】本発明に係るガス化プラントの、合成ガスを得るために、バイオマスの熱分解、熱分解の生成物の燃焼および燃焼中に生成されたガスの還元が行われる、リアクターの透視図である。
【図３】図２に示したリアクターの展開図である。
【図４】図３の線Ａ−Ａに沿った図３の断面図である。
【図５】図３の線Ｂ−Ｂに沿った図３の断面図である。
【図６】本発明に係るガス化プラントの詳細の透視図である。
【図７】第１操作位置における図６の詳細の展開図である。
【図８】第２操作位置における図６および図７の詳細の断面図である。
【図９】図７の詳細の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、本発明に係るガス化プラントはリアクター２を有する。リアクター２内において、通常、合成ガスまたはシンガス（syngas）と呼ばれる可燃性ガスを生成するために、ガス化されるバイオマスの熱分解、熱分解の生成物の燃焼、および、燃焼の生成物の還元が行われる。
【００１５】
リアクター２はシェル１０を有する。シェル１０内には、リアクター本体１１が配置される（図４）。リアクター本体１１内に処理するバイオマスを導入し、リアクター本体１１内で合成生産に係る化学物理的な過程が行われる。
【００１６】
ガス化プラント１は、さらに、供給タンク３を有する。供給タンク３は、リアクター２に供給するバイオマスと、生成された合成ガスのフィルタリングが行われるフィルタ４と、を収容する。
【００１７】
供給タンク３に収容されるバイオマスは、第１伝達装置５によって、リアクター２に移送される。第１伝達装置５は、例えば、第１渦巻管伝達装置であり、リアクター本体１１の上部に配置され、リアクター２の供給開口７に接続されたホッパー６によって、リアクター本体１１にバイオマスを導入する。
【００１８】
燃焼の固体残渣はと、リアクター３にて生成された合成ガスとは、第２伝達装置８によって、リアクター２からフィルタ４へ移送される。第２伝達装置は、例えば、第２渦巻管装置であり、モータ２０または空気圧移動で作動される。
【００１９】
リアクター本体１１は、実質的に、４つのゾーンを有する。リアクター本体１１は、リアクター本体１１の上部に配置され、その中に処理するバイオマスを導入し、バイオマスが熱分解処理を受ける、第１熱分解ゾーン１２を有する。この第１ゾーン１２において、水準センサ２３が設けられている。水準センサ２３は、例えば、第１ゾーン１２に導入されたバイオマスの水準が予め設定された最大値に到達および超過するかを検証し、よってバイオマスの供給を減少させる接触装置を有してもよい。
【００２０】
リアクター本体１１の中部に配置された第２燃焼ゾーン１３では、熱分解処理の生成物の燃焼が行われる。
【００２１】
リアクター本体１１の下部に配置された第３還元ゾーン１４では、燃焼で生成されたガスの還元反応と、バイオマスの燃焼中に生成されたタールのクラッキング、つまり、高い分子量を有する炭化水素物が低い分子量を有する炭化水素物へ転化されることと、が行われる。
【００２２】
第４除去ゾーン１５では、バイオマスの燃焼による固体の生成物と、生成された合成ガスとがリアクター２から除去される。バイオマスの燃焼による固体の生成物は、粉末および炭素細粒によって実質的に構成される。
【００２３】
第２燃焼ゾーン１３は、切頭円錐型要素１６を有してもよい。切頭円錐型要素１６は、第１直径Ｄを有し、第２ゾーン１３から第３ゾーン１４への燃焼の固体残渣材料の移動を容易にする出力ポート４８へ、下向きに細くなる。
【００２４】
第２ゾーン１３において、リアクター本体１１の第１ゾーン１２において熱分解処理を既に受けたバイオマスに由来する材料の燃焼を実現するための、空気流が導入される。空気導入の量は、熱分解処理の生成物の完全燃焼に必要な化学量論量より低い。例えば、空気導入の量は、酸素不足の条件下で不完全燃焼を実施するための量である。導入される空気の量は、例えば、完全燃焼に必要な化学量論量の４０％と同じであってもよい。
【００２５】
第２ゾーン１３において、少なくとも１つの点火装置４９が配置されている。点火装置４９は、例えば、リアクター２が開始されたときにバイオマスの燃焼を開始させるために便利な電気カートリッジ抵抗である。示された実施の形態では、２つの点火装置４９が設けられている。しかしながら、本発明の範囲から離脱せず、いずれかの数の点火装置４９が設けられてもよい。
【００２６】
第２ゾーン１３へと通じ、（図示していない）ファンが設けられている、複数の空気インジェクタ２２を通じて、第２ゾーン１３内に空気が導入される。インジェクタ２２は、第２ゾーン１３の外周に沿って、実質的に一定の角度間隔で配置されている。インジェクタ２２は、第２ゾーン１３の外側表面５１に直交する方向に対して傾いており、傾きの角度は、例えば、１０°と２０°との間の角度を有する。この角度によって、より均一な燃焼が得られるように、燃焼を受ける材料と空気との向上した混ざり合いを促進するために、ゾーン１３において、空気の渦運動が形成される。
【００２７】
第３還元ゾーン１４は、第２直径Ｄ１まで下向きに拡大する第１切頭円錐部分１７を有し、続いて、直径Ｄ１の円柱部分１８を有する。
【００２８】
本願の出願人は、実験によって、直径ＤとＤ１との比および、第２燃焼ゾーン１３の容積Ｖと第３還元ゾーン１４の容積Ｖ１との比を適切に選定することで、生成されたガス内のタールの割合を大きく、例えば、１００万分の数１０まで、低減させることができると特定した。よって、例えば、内燃モータに供給するために、追加の処理無しで直接利用することができるガスを得ることができる。
【００２９】
出願人は、上記で示された結果は、比Ｄ１／Ｄ≧２．５および比Ｖ１／Ｖ≧３．５によって有利に得ることができると、特定した。
【００３０】
リアクター本体１１の第１ゾーン１２における熱分解過程の効果を損ない、リアクター本体１１の第２ゾーン１３の燃焼過程およびリアクター本体１１の第３ゾーン１４の還元過程を変更し得る外部からの望ましくない空気の導入を回避するためには、リアクター本体１１は、非常に低い気孔率を有する耐火物材料で形成される。この材料は、空気の浸潤、よって、外部からの酸素の浸潤およびリアクター本体１１からの蒸気、ガス、煙霧（fumes）の排出を劇的に制限する。
【００３１】
非常に低い気孔率を有する耐火物材料とは、気孔の８５％以上は閉じており、６０ミクロン以下の平均直径の気孔を有する耐火物材料のことを意味する。
【００３２】
このような種類の材料は、例えば、イタルカ有限責任（Italker S.r.l.）会社による商品名「アイカー（Iker）」で販売され、構成材料の内６０−８０％の炭化シリコン、１０−３０％のシリカおよび１０−２０％のアルミナを含む、炭化シリコンに基づく材料であってもよい。
【００３３】
リアクター本体１１は、第１ゾーン１２、第２ゾーン１３および第３ゾーン１４において、リアクター本体１１から外部への熱拡散を最小限にするために、熱絶縁性材料で外側がコートされている。よって、本発明に係るガス化装置の能力を向上させる。一方で、リアクター本体１１の第４除去ゾーン１５の外側表面は、前記熱絶縁性材料でコートされていない。
【００３４】
リアクター本体１１の第４除去ゾーン１５の周りには、熱交換装置３２が配置されている。熱交換装置３２において、空気供給インジェクタ２２は予熱される。熱交換装置３２には、導入流路３３が設けられている。導入流路３３を通じて、予熱される空気はさらなる熱交換装置３２内に導入され得る。
【００３５】
熱交換装置３２は、対応する接続流路３４によってインジェクタ２２に接続される。
【００３６】
空気を予熱するために、リアクター本体１１の第４除去ゾーン１５から来る熱が利用される。この熱は、前述のように、第４除去ゾーン１５の外側表面には絶縁材料外側コートが設けられていないため、熱交換装置３２に伝達される。
【００３７】
空気は、（図示されていない）ファン装置によって、または、リアクター本体１１内に圧力降下を形成し排出流路１９を通じて空気を吸引することによって、熱交換装置３２内に導入されてもよい。リアクター本体１１内に形成される凹部は、接続流路３４を通じて熱交換装置３２に伝達され、よって、導入流路３３を通じて外部からの空気吸引を決定する。
【００３８】
第４除去ゾーン１５において、リアクター２で生成されたバイオマスの燃焼の固体残渣材料と合成ガスとのための除去装置３８が配置されている。
【００３９】
除去装置３８は、中空体３９によって形成される。中空体３９の内部は排出流路１９と接続している。中空体３９は、切頭円錐または切頭ピラミッド形状を有し、その側面にスリット４０が形成されている。スリット４０を通じて、固体残渣および合成ガスは排出流路１９内に送られる。
【００４０】
中空体３９は、有利にリアクター本体１１と同じ材料または金属材料で形成されてもよい。
【００４１】
中空体３９が切頭円錐形状を有する場合、スリット４０は、切頭円錐の母線に沿って形成され、一定の角度間隔で配置される。一方で、中空体３９が切頭ピラミッド形状を有する場合、スリット４０は中空体３９の角に沿って形成される。
【００４２】
中空体３９は、リアクター本体１１の長手方向の軸Ｂに沿って、モータ４２によって、回転するために駆動され得るシャフト４１に固定される。シャフト４１は、リアクター本体１１内への望ましくない、制御できない空気の導入を回避するための気密係合によって、支持部４３に取り付けられている。
【００４３】
除去装置３８の特徴的な構造は、結果として、バイオマスの燃焼の固体の生成物の除去を妨害し得るつまりのリスク無しで、前記固体の生成物の除去を実行することに特に適している。
【００４４】
燃焼の固体残渣とリアクター３に生成された合成ガスとは、除去装置３８によって、リアクター２の第４ゾーン１５から、第２伝達装置８と接続する排出流路１９内に、搬出される。第２伝達装置８によって、燃焼固体残渣と合成ガスとは、リアクター２からフィルタ４へ伝達される。
【００４５】
リアクター３において生成された合成ガスを、燃焼の固体残渣と共に、排出流路１９に排出することは、固体残渣が、伝達装置８によってフィルタ４へ伝達される間、合成ガスと接触している状態を維持しその中に存在し得るタールの残渣から浄化し、その後フィルタ４内で合成ガスから分離する、という利点がある。この予防策は、合成ガスにおいてタールの構成量を最小化することができる。よって、非常に高い純度を有する合成ガスが得られる。
【００４６】
第２伝達装置８は、さらなる熱交換装置２１内に挿入される。リアクター２から排出される合成ガスは、さらなる熱交換装置２１を通じて、さらなる熱交換装置２１内で（図示していない）ファンによって生成される空気流により冷却される。このファンは、熱交換装置３２内に空気を導入するために、さらに、リアクター本体１１の排出流路１９内の圧力降下を生成するために使用されてもよい。
【００４７】
熱交換装置２１から排出される高温の空気は異なる用途のために使用されてもよい。例えば、リアクター２内に再挿入される前に、バイオマスの湿度の割合を低減させるために、高温の空気は使用されてもよい。
【００４８】
供給タンク３には、以下でより詳細に説明する供給バルブ９が設けられている。供給バルブ９は、（図示していない）供給タンク３の導入開口に気密状態で取り付けられている。供給バルブ９が閉鎖位置にあるとき、制御されていない方法で、タンク内に、そしてそこからリアクター本体１１内に空気が入らないように、供給タンク３は形成されている。
【００４９】
その同じ理由のために、第１伝達装置５は密閉されており、供給タンク３とホッパー６と共に気密係合されている。ホッパー６は、リアクター本体１１の供給開口７に気密に接続されている。
【００５０】
第１伝達装置５と供給タンク３との中でバースト（burst）、フラッシュバック（flash-back） および煙霧（fumes）の危険性と共に、第１ゾーン１２においてバイオマスの燃焼を発生させる、無視できない量の空気が、制御されていない方法で、外部からリアクター本体１１の第１ゾーン１２内に進入することを回避するため、気密状態は必要である。
【００５１】
供給タンク３内へのバイオマスの導入を可能にするために、供給バルブ９が開口するとき、バイオマスと共に特定の量の空気が供給タンク３に入る。特定の量の空気は、リアクター本体１１の第１ゾーン１２に到達することができるが、少量の空気であり、前記第１ゾーン１２内にバイオマスの燃焼を引き起こすためには不十分である。
【００５２】
第２伝達装置８も、気密に形成され、生成された合成ガスの燃焼を引き起こし得る制御されていない空気の流入を回避するため、排出流路１９と気密状態で接続されている。
【００５３】
供給バルブ９は、バルブ本体２４を有する。バルブ本体２４は、ホッパーとしての役割を果たす、大きい端面が上向きになる第１切頭円錐形状の部分２５を有する。部分２５内には、タンク３に投入されるバイオマスが、図示されていない伝達装置によって供給される。本体２４は、第２外側円柱部分２６をさらに有する。部分２６は、供給タンク３の（図示されていない）供給開口と共に気密状態で接続している。部分２６には、小さい端面が上向きになる切頭円錐形状を有し、内側の通行穴３６が設けられている。
【００５４】
バルブ９は、リニアアクチュエータ２８によってバルブ本体２４の長手方向の軸Ａに沿って移動するように作動されたシャッター装置２７をさらに有する。
【００５５】
シャッター装置２７は、操作アーム３７に接続された第１部分２９を有する。操作アーム３７は、操作アーム３７を移動させ、よって前記長手軸Ａに沿ってシャッター装置２７を移動させるリニアアクチュエータ２８に接続されている。
【００５６】
シャッター装置２７は、第２部分３０をさらに有する。第２部分３０は、供給バルブ９を閉鎖位置に配置するため、形状係合によって内側穴３６の表面と係合するような形状と寸法とを有する。
【００５７】
内側穴３６の表面は、シャッター２７と内側穴３６との形状係合が密閉されていることを保証するために、少なくとも１つのシールガスケット３１によって、望ましくは、複数のシールガスケットによって、設けられている。
【００５８】
バルブ９は、水準センサ３５に関連付けられている。水準センサ３５はタンク３内のバイオマスの水準を検知するために、タンク３へのバイオマスの供給を調整するために、使用される。
【００５９】
リアクター２には、安全装置４４が設けられている。安全装置４４は、リアクター２内において発生し得る過剰圧力を吸収するおよび解放するために構成されている。
【００６０】
安全装置４４は、タンク４５を有する、いわゆる油圧ガードによって構成されてもよい。タンク４５内には、不活性な液体、つまり、リアクターの内部から来るガス物質と反応できない液体、例えば、水が収容されている。タンク４５は、チューブ４６を通じてリアクター２と接続されている。チューブ４６は、例えば、ホッパー６に接続されてもよい。バイオマスは、ホッパー６を通じてリアクター２内に導入される。
【００６１】
タンク４５には、蓋４８が設けられている。蓋４８は、タンク４５の側壁４７と平行な方向に移動できるように、タンク４５と接続されている。よって、タンク４５と蓋４８との間にポートが形成され、そのポートを通じてリアクター２内に発生し得る過剰圧力が解放される。タンク４５には、水準センサが設けられてもよい。水準センサは、タンク４５内の液体の水準が予め規定されている最低水準より下がるかおよび、前記最低水準より高い液体の水準に戻すためにタンク４５へ液体を導入する必要があるか、を表示するように構成されている。
【００６２】
油圧ガードの代わりに、図示されていない破裂円板を設けてもよい。破裂円板は、ホッパー６が固定されるリアクター２のシェル１０のフランジ上に配置される。
【００６３】
リアクター２は、リアクター本体１１の第１、第２、第３第４ゾーン１２−１５上で分散されている、複数の温度センサ５０と共にさらに設けられている。温度センサを通じて、前述のゾーン内の温度を管理すること、および、リアクター２の正しい動作を検証することができる。
【００６４】
続いて、本発明に係るガス化プラント１の動作が開示される。
【００６５】
リアクター２を開始する前に、第２伝達装置８とリアクター本体１１とを、切頭円錐要素１６の出口ポート４８付近の水準まで、炭素粉末で充填する必要がある。リアクター本体１１の残りの体積、つまり、熱分解ゾーン１２と燃焼ゾーン１３とは処理するバイオマスで充填されてもよい。
【００６６】
リアクター本体１１の充填は終了すると、少なくとも１つの着火装置４９が、リアクター本体１１の第２燃焼ゾーン１３内のバイオマスの燃焼を開始するため、発動される。バイオマスの完全燃焼に必要な化学量論量より少ない量の、例えば、化学量論量の約４０％の量の空気は、インジェクタ２２を通じて第２燃焼ゾーン１３へ供給される。
【００６７】
第２燃焼ゾーン１３におけるバイオマスの燃焼によって生成された熱は、第１熱分解ゾーン１２におけるバイオマスの熱分解処理を開始および供給する。
【００６８】
全稼働において、リアクター２内に導入されたバイオマスに対して、第１熱分解ゾーン１２において熱分解の第１処理が行われ、続いて、第２燃焼ゾーン１３に入り、そこで酸素不足の条件下で不完全燃焼が行われる。
【００６９】
実質的に炭素粉末、合成ガスおよびタールで構成されるバイオマスの燃焼の生成物は、第３還元ゾーン１４内に入る。そこで、燃焼によって生成されたガスの還元反応と、バイオマスの燃焼によって生成されたタールのいわゆる「クラッキング」、つまり、分子量の高い炭化水素を分子量の小さい炭化水素への転化と、が行われる。
【００７０】
最終的に、バイオマスの燃焼の生成物は、第４除去ゾーン１５に到達する。そこから、バイオマスの燃焼の生成物は、排出流路１９を通じて、除去装置３８を通じて、排出される。
【００７１】
排出流路１９を通じて、燃焼の生成物は、生成物をフィルタ４に伝達する第２伝達装置８に到達する。フィルタ４において、合成ガスと炭素粉末とは分離され、それぞれの貯蔵タンクに送られる。あるいは、合成ガスは、直接内燃モータの供給に送られる。
【００７２】
熱交換装置２１を通じた伝達装置８の冷却によって、合成ガスに含まれ得るタールの結露を得ることができる。よって、実質的にタール無しの合成ガスを得るために、タールは炭素粉末に吸収される。
【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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【図８】
2021513599.tif 000010
【図９】
2021513599.tif 000011
【国際調査報告】
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2021513599.tif 000013
2021513599.tif 000014
2021513599.tif 000015
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