(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元反応チャンバー、および
酸化反応チャンバー
を有して成るガス化リアクターであって、
還元反応チャンバーが、供給原料入口、ガス出口、供給原料入口からガス出口に至るまで延在する垂直軸に沿ったボディー、およびボディーの側部に配置されるガス入口を有して成り、
酸化反応チャンバーが、ガス入口およびガス出口を有して成り、酸化反応チャンバーのガス出口が還元反応チャンバーのガス入口と流体連通状態にあって、また
酸化反応チャンバーのガス出口から流出されるガスが還元反応チャンバーの垂直軸に対して実質的に直交するように、かつ、酸化反応チャンバーに入る実質的に全ての酸素ガスが酸化反応チャンバーで十分に消費されるように酸化反応チャンバーが配置されている、ガス化リアクター。
【請求項２】
還元反応チャンバーでは少なくとも１２００℃の温度で還元が生じる、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項３】
還元反応チャンバーのガス入口およびガス出口は、ガス入口がガス出口の下方に配置されるように実質的に垂直方向に設けられており、また
酸化反応チャンバーのガス入口およびガス出口は実質的に水平方向に設けられている
請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項４】
還元反応チャンバーは、１２００℃よりも高い温度にて物理的および化学的に安定な材料から成る内側ライニングを有して成る、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項５】
内側ライニング材料はセラミック材料である、請求項４に記載のガス化リアクター。
【請求項６】
還元反応チャンバーは、外側金属ケーシングを有して成る、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項７】
還元反応チャンバーは、内側ライニング材料、および外側金属ケーシングと内側ライニング材料との間に配置される内側絶縁層を更に有して成る、請求項６に記載のガス化リアクター。
【請求項８】
内側ライニングは、キャスタブルとロックウールとから成る複合材料から成る、請求項４に記載のガス化リアクター。
【請求項９】
酸化反応チャンバーは、合成ガスバーナーである、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項１０】
酸化反応チャンバーは、ブラウンガス・バーナーである、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項１１】
供給原料入口は、固体供給原料の入口を有して成る、請求項２に記載のガス化リアクター。
【請求項１２】
供給原料入口は、液体供給原料の入口を有して成る、請求項２に記載のガス化リアクター。
【請求項１３】
固体供給原料の導入が制御されるように、還元反応チャンバーの供給原料入口に隣接して配置されるスクリュー・フィーダーを更に有して成る、請求項１１に記載のガス化リアクター。
【請求項１４】
酸化反応チャンバーのガス入口は、合成ガスを受ける第１ガス入口、および酸素ガスを受ける一対の第２ガス入口を有して成る、請求項３に記載のガス化リアクター。
【請求項１５】
一対の第２ガス入口が、第１ガス入口の両側に配置されており、また
酸素ガスと合成ガスとがチャンバー内に入った後で反応するように、一対の第２ガス入口が第１ガス入口に対して角度を成して設けられている、請求項１３に記載のガス化リアクター。
【請求項１６】
還元反応チャンバーに酸素が入り込まないように、酸化反応チャンバーに入れられた酸素が十分に消費される、請求項１４に記載のガス化リアクター。
【請求項１７】
合成ガスと酸素ガスとが、酸化反応チャンバー内でＣＯ２およびＨ２Ｏガスに転化される、請求項１４に記載のガス化リアクター。
【請求項１８】
ＣＯ２と水蒸気が２０００℃よりも高い温度にある、請求項１７に記載のガス化リアクター。
【請求項１９】
合成ガスが還元反応チャンバーのガス出口から排出される、請求項１に記載のガス化リアクター。
【請求項２０】
排出された合成ガスが１００℃以下にまで冷却されて、貯留タンクに貯留される、請求項１９に記載のガス化リアクター。
【請求項２１】
排出された合成ガスが熱交換機を通ることによって冷却される、請求項２０に記載のガス化リアクター。
【請求項２２】
排出された合成ガスの一部が酸化反応チャンバーへとリサイクルされる、請求項１９に記載のガス化リアクター。
【請求項２３】
炭質物を改質する方法であって、
垂直軸を有する還元反応チャンバーおよび酸化反応チャンバーを有して成るガス化リアクターを供すること、
酸素ガスと合成ガスとを酸化反応チャンバー内に導入すること、
還元反応チャンバーで１２００℃よりも高い温度が維持されるのに十分な熱エネルギーが供されるように、酸化反応チャンバー内で酸素ガスおよび合成ガスを水蒸気およびＣＯ２ガスに転化すること、
水蒸気およびＣＯ２ガスを還元反応チャンバー内に供給すること、
炭質物を含んで成る供給原料を還元反応チャンバー内に導入すること、また
１２００℃よりも高い温度にて炭質物を合成ガスへと転化すること
を含んで成り、
酸化反応チャンバーからのガスが還元反応チャンバーの垂直軸に実質的に直交して還元反応チャンバー内へと流入することになるように酸化反応チャンバーが配置されており、
酸化反応チャンバー内での実質的に全ての酸素ガスの十分な消費が、還元反応チャンバーに対する酸化反応チャンバーの配置によって行われている、方法。
【請求項２４】
酸素ガスの実質的に全てを酸化反応チャンバー内で十分に消費する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
炭質物が固体形状を有している、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
触媒の不存在下で炭質物を転化する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
水蒸気およびＣＯ２ガスを２０００℃よりも高い温度で還元反応チャンバー内に供給する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
生じた合成ガスの少なくとも一部を酸化反応チャンバー内へとリサイクルする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
炭質物を改質する方法であって、
垂直軸を有する還元反応チャンバーおよび酸化反応チャンバーを有して成るガス化リアクターを供すること、
酸素と水素とから成るブラウンガスを酸化反応チャンバー内に導入すること、
酸化反応チャンバー内で酸素および水素ガスを水蒸気に転化すること、
還元反応チャンバーで１２００℃よりも高い温度が維持されるのに十分な熱が供されるように、水蒸気を還元反応チャンバー内に供給すること、
炭質物を含んで成る供給原料を還元反応チャンバー内に導入すること、また
１２００℃よりも高い温度にて炭質物をＨ２およびＣＯガスへと転化すること
を含んで成り、
酸化反応チャンバーからのガスが還元反応チャンバーの垂直軸に実質的に直交して還元反応チャンバー内へと流入することになるように酸化反応チャンバーが配置されており、
酸化反応チャンバー内での実質的に全ての酸素ガスの十分な消費が、還元反応チャンバーに対する酸化反応チャンバーの配置によって行われている、方法。
【請求項３０】
酸素の実質的に全てを酸化反応チャンバー内で十分に消費する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
触媒の不存在下で炭質物を転化する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
生じたＨ２ガスの少なくとも一部を酸化反応チャンバーへとリサイクルする、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は、韓国特許出願（ＫＲ）第１０−２００４−００２４６５７号（出願日：２００４年４月９日）および同第２０−２００４−００３２４６５（出願日：２００４年１１月１６日）に基づくパリ条約上の優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、石炭、化石燃料およびそれらの混合物等の有機物（炭質物）をガス化する方法に関しており、廃棄物をガス化して合成ガスに変化することが含まれる。また、本発明は、そのような方法を実施する装置にも関する。
【０００３】
２．関連発明の説明
改質／ガス化反応は吸熱還元反応（または吸熱転化反応）であり、連続的な操作を維持するには反応熱が連続的に供給されなければならない。また、１２００℃よりも低い温度では、このような還元反応は非常に遅くなってしまう（インターナショナル・ジャーナル・オブ・ハイドロジェン・エナジー（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ）第２８／１１巻の第１１７９頁〜第１１８６頁（キム・ヒョンヨン（Ｋｉｍ  Ｈｙｕｎ  Ｙｏｎｇ））を参照のこと）。
【０００４】
ガス化の常套的な方法は、炭質供給材料の一部を燃焼させるために、酸素ガスをガス化リアクターに送り込む。燃焼により生じた熱は、リアクターの燃焼室を高い温度に維持するのに使用する。更に、外部で加熱された水蒸気を供給することによって、ガス化を促進させ、生成した合成ガス中の水素濃度を増加させる。１２００℃よりも低い温度では反応は極端に遅くなるので、ガス化を促進させるために金属触媒をしばしば使用する。
【０００５】
米国特許第６１２０５６７号（２０００年９月１９日発行）、同６０８４１４７号（２０００年７月４日発行）および同６００１１４４号（１９９９年１２月１４日発行）には、常套の水蒸気改質法が記載されており、Ｏ２ガスおよび炭質材料を各種の２段階リアクター内に供給して有機物の改質反応を行うことが記載されている。
【０００６】
また、米国特許第５９８０８５８号（１９９９年１１月９日発行）および同６０６３３５５号（２０００年５月１６日）には、２段階水蒸気改質リアクターが記載されており、ＮＨ３ガスの製造に用いられるＨ２ガスを製造することが記載されている。米国特許第３８２３２２７号（１９７４年７月９日発行）および同３７５９６７７号（１９７３年９月１８日）には、固体の都市ごみを含む固体廃棄物を水蒸気改質することによってガス化を行うことが記載されている。ガス化反応は、４２７〜８７１℃の温度にてアルカリ金属炭酸塩触媒の存在下で実施している。
【０００７】
上述のケースは全て、リアクター温度が１２００℃に達しておらず、改質／還元反応がほとんど生じていない。また、合成ガスの生成は、せいぜい僅かなものである。
【０００８】
ガス化反応で生じる酸化反応は、次のように示される。
【０００９】
【化１】
0004679212.tif 000002
【００１０】
反応（１）は、主成分が炭素の石炭で通常生じる燃焼反応を示している。反応（２）は、化石燃料等の炭素質によって生じる主な燃焼反応である。
【００１１】
リアクター内に供給される石炭（Ｃ）または化石燃料（−ＣＨ２−）の態様によって変わるものであるが、酸素は石炭または化石燃料の０．５〜１．０重量部となる必要がある。リアクター内に供給される酸素が反応（１）および（２）に従って消費されることによって、リアクター温度が上昇し、燃焼生成物（Ｈ２ＯおよびＣＯ２）が生じることになる。
【００１２】
燃焼生成物は、反応（３）および（４）に示すように、石炭の全ての炭素原子を転化させる。ガス化反応は、燃焼反応よりも長い反応時間を必要とし、反応を継続させるためにより高い温度を必要とする。化石燃料（−ＣＨ２−）等の有機物のガス化反応は、反応（５）および（６）に示す通りである。
【００１３】
【化２】
0004679212.tif 000003
【００１４】
反応（１）および（２）が酸化反応であるのに対して、反応（３）〜（６）は還元反応（または転化反応）である。反応（３）〜（６）から生じるガスは、ＣＯおよびＨ２が主成分の合成ガスである。１２００℃以上の反応条件下では、リアクター内の全ての炭素原子および水素原子は、効率的にＣＯガスおよびＨ２ガスに転化される。他の酸化状態を有する他の炭素原子がリアクター内に残存することはない。合成ガスが主な生成物である。
【００１５】
常套のガス化方法では、ガス化反応または改質反応（反応（３）〜（６））は、石炭または炭質材料と酸素との供給に起因する酸化反応（反応（１）および（２））の発熱を利用してガス化リアクターの温度を維持している。更に、合成ガスの濃度が高くなるように、水蒸気を更に供給しなければならない場合がある。水蒸気は、生じた合成ガスと熱交換することによって得られる。
【００１６】
上述したように、常套のガス化方法では、酸化反応（反応（１）および（２））と還元反応（反応（３）〜（６））とが同じ空間で同時に行われる。それゆえ、合成ガスの生成が僅かとなり、供給材料の酸化に起因した２次汚染が通常生じてしまう。
【００１７】
発明の名称が「炭質材料をガス化する方法（ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＧＡＳＩＦＹＩＮＧ  ＣＡＲＢＯＮＡＣＥＯＵＳ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」の韓国特許第０３９１１２１（２００３年６月３０日）および米国特許第６７９０３８３号Ｂ２（２００４年９月１４日発行）には、炭質化合物（例えば、石炭、細断された廃タイヤまたは廃油）をガス状燃料（ＣＯおよびＨ２）へとガス化する方法および装置が記載されている。この装置では、リフォーマー・ボディー（還元反応チャンバー）と合成ガスバーナー（酸化反応チャンバー）とが、図１に示すように垂直に重ねられている。このような構成では、Ｏ２ガスを合成ガスバーナー内に保持しておく（または閉じ込めておく）ことが完全には保証されない。リフォーマーの処理量が増加するにつれ、合成ガスバーナー内で完全に消費されずに還元反応チャンバー内へと送られる合成ガスバーナー内のＯ２ガスがより多くなってしまう。更に、固体供給原料用の入口ポートは、還元反応チャンバー・ボディーの上部に配置されているものの、リフォーマー・ボディーの最も低温の箇所に配置されていないため、固体供給原料に対して最適に配置されていない。最も低温となる箇所は、リフォーマー・ボディーの底部である。
【００１８】
発明の要旨
ある要旨において、本発明の目的は、ガス化方法に最も適した装置を提供することである。本発明の装置は、単一段階リアクター内の全ての炭質材料を合成ガスに転化する汎用リフォーマー（または汎用改質装置）であり得る。このリフォーマーは、廃棄物のガス化に特に適している。なぜなら、リアクターの還元チャンバー内にＯ２ガスが入り込むことがないので、供給原料の酸化生成物は存在せず、２次汚染が生じないからである。このような反応条件下では、全ての炭質物がＣＯガスおよびＨ２ガスに転化されることになる。
【００１９】
ある態様において、ガス化リアクターは、還元反応が生じる還元反応チャンバー、および酸化反応が生じる酸化反応チャンバーを含んでいる。酸化反応チャンバーは、還元反応チャンバーに実質的に直交するように配置されている。酸化反応チャンバーが還元チャンバーに実施的に直交するように配置されているために、Ｏ２ガスがバーナー内に好ましく保持され、完全に消費されることになる。結果的には、還元反応チャンバー内にＯ２ガスがほぼ入り込むことはない。酸化反応チャンバーは、ガス入口およびガス出口を含んでいる。酸化チャンバーのガス出口は、還元反応チャンバーのガス入口と流体連通状態にある。
【００２０】
ある詳細な態様において、酸化チャンバーは、合成ガスを受ける第１ガス入口、および酸素ガスを受ける１対の第２ガス入口を含んでいる。また、酸化チャンバーは、反応を開始するためのイグニッション穴（または点火用の穴）を含んでいる。
【００２１】
還元反応チャンバーは、実質的に垂直方向に設けられており、ガス出口の下方にガス入口が配置されている。また、還元反応チャンバーには、炭質材料を受ける供給原料入口が還元反応チャンバーの底部に設けられている。還元反応チャンバーに隣接して配置されるスクリュー・フィーダーによって、固体供給原料が還元反応チャンバーの入口へと送られることになる。
【００２２】
別の詳細な態様において、還元反応チャンバーは、実質的に垂直方向に設けられており、還元反応チャンバーのガス出口の下方にガス入口が配置されている。また、還元反応チャンバーには、炭質材料を受ける供給原料入口が還元反応チャンバーの底部に設けられている。還元反応チャンバーに隣接して配置されるスクリュー・フィーダーによって、固体供給原料が還元反応チャンバーの入口へと送られる。
【００２３】
別の詳細な態様において、還元反応チャンバーは、内側ライニング、絶縁層および外側層を含んでいる。
【００２４】
ある態様において、酸化反応チャンバーは合成ガスバーナーであってもよい。合成ガスがＯ２と共に燃焼させられると、２０００℃よりも高い温度の過熱蒸気（Ｈ２Ｏ分子）とＣＯ２分子とから成るストリームが生じることになる。固体炭質原料用のフィーダーはリアクターの底部に配置される。
【００２５】
別の態様において、酸化反応チャンバーは、ブラウンガス・バーナーである。ブラウンガス・バーナーは、ブラウンガス用の入口、イグニッション穴、および還元反応チャンバーにつながる出口を含み得る。
【００２６】
本発明の別の要旨は、燃料電池を駆動させるためのシステムおよび方法を特徴としている。ある態様では、そのシステムは、リフォーマー装置および燃料電池を含んでいる。例えば、リフォーマー装置は、ガス状および液体の化石燃料用の入口、および熱水およびＣＯ２用の入口、および合成ガス用の出口を有している。ある詳細な態様において、電気ヒーターがリフォーマー装置に接している。燃料電池は、合成ガス用の入口およびＯ２ガス用の入口を含んでいる。また、そのシステムは、燃料電池から電気ヒーターへと電力（またはエネルギー）を伝える手段、および燃料電池からリフォーマー装置へと熱水およびＣＯ２を移送する手段を含んでいる。
【００２７】
リフォーマー装置は、燃料電池に送られる合成ガスを生じる。また、酸素ガスが燃料電池内に送られる。燃料電池は、熱水、およびリフォーマーに送られるＣＯ２を生じる。燃料電池で生じるエネルギーは、リフォーマーを加熱するのに用いられる。
【００２８】
本発明は、
還元反応チャンバー（または還元チャンバー）、および
還元反応チャンバーに実質的に直交するように配置される酸化反応チャンバー（または酸化チャンバー）
を有して成るガス化リアクターであって、
還元反応チャンバーが、供給原料入口、ガス出口、供給原料入口からガス出口に至るまで延在するボディー、およびボディーの側部に配置されるガス入口を有して成り、
酸化反応チャンバーが、ガス入口およびガス出口を有して成り、また
酸化チャンバーのガス出口が還元反応チャンバーのガス入口と流体連通状態にある、ガス化リアクターを対象としている。
【００２９】
別の要旨において、還元チャンバーでは少なくとも１２００℃の温度で還元が生じる。
【００３０】
別の要旨において、還元反応チャンバーのガス入口およびガス出口は、ガス入口がガス出口の下方になるように実質的に垂直方向に設けられている。また、酸化反応チャンバーのガス入口およびガス出口は実質的に水平方向に設けられている。
【００３１】
別の要旨において、還元反応チャンバーは、１２００℃よりも高い温度にて物理的および化学的に安定な材料から成る内側ライニングを有して成る。更に別の要旨において、内側ライニング材料はセラミック材料である。また、更に別の要旨において、内側ライニング材料が酸化アルミニウム・セラミックである。
【００３２】
別の要旨において、還元反応チャンバーは、外側金属ケーシングを有して成る。更なる要旨において、外側ケーシングがステンレス鋼から形成されている。
【００３３】
別の要旨において、還元反応チャンバーは、内側ライニング材料を更に有して成り、外側金属ケーシングと内側ライニング材料との間に内側絶縁層が配置される。更に別の要旨において、内側絶縁層は、約１００ｍｍ〜約１５０ｍｍの厚さを有している。更に別の要旨において、内側絶縁層は、キャスタブル（ｃａｓｔａｂｌｅ）とロックウール（ｒｏｃｋ  ｗｏｏｌ）とから成る複合材料から成っている。
【００３４】
ある要旨において、酸化反応チャンバーは合成ガスバーナーである。別の要旨において、酸化反応チャンバーはブラウンガス・バーナーである。
【００３５】
ある要旨において、供給原料入口は固体供給原料入口を有して成る。別の要旨において、供給原料入口は液体供給原料入口を有して成る。別の要旨において、固体供給原料の導入が制御されるように、還元反応チャンバーの供給原料入口に隣接してスクリュー・フィーダーが配置される。
【００３６】
ある要旨において、酸化反応チャンバーのガス入口は、合成ガスを受ける第１ガス入口、および酸素ガスを受ける一対の第２ガス入口を有して成る。更なる態様において、一対の第２ガス入口が、第１ガス入口の両側に配置されており、酸素ガスと合成ガスとがチャンバー内に入った後で反応するように、一対の第２ガス入口が第１ガス入口に対して角度を成して設けられている。
【００３７】
ある要旨において、還元反応チャンバーに酸素が入り込まないように、酸化チャンバーに入れられた酸素が十分に消費される。
【００３８】
別の要旨において、合成ガスと酸素ガスとが、酸化反応チャンバー内でＣＯ２およびＨ２Ｏガスに転化される。ある要旨において、ＣＯ２とＨ２Ｏガスが２０００℃よりも高い温度にされる。
【００３９】
更なる要旨において、合成ガスが還元反応チャンバーのガス出口から排出される。別の要旨において、排出された合成ガスが１００℃以下にまで冷却され、貯留タンクに貯留される。更に別の態様において、排出された合成ガスが熱交換機を通ることによって冷却される。更なる態様において、排出された合成ガスの一部が酸化反応チャンバーへとリサイクルされる。
【００４０】
また、本発明では、
炭質物を改質する方法であって、
還元反応チャンバーおよび酸化反応チャンバーを有して成り、酸化反応チャンバーが還元反応チャンバーに実質的に直交するように配置されているガス化リアクターを供すること、
酸素ガスと合成ガスとを酸化反応チャンバー内に導入すること、
酸化反応チャンバー内で酸素ガスおよび合成ガスをＨ２ＯおよびＣＯ２ガスに転化すること、
Ｈ２ＯおよびＣＯ２ガスを還元チャンバー内に供給すること、
炭質物を含んで成る供給原料を還元反応チャンバー内に導入すること、また
炭質物をＨ２ガスおよびＣＯガスへと転化すること
を含んで成る方法が提供される。
【００４１】
本発明の別の要旨は、
炭質物を改質する方法であって、
還元反応チャンバーおよび酸化反応チャンバーを有して成り、酸化反応チャンバーが還元反応チャンバーに実質的に直交するように配置されているガス化リアクターを供すること、
酸素と水素とから成るブラウンガスを酸化反応チャンバー内に導入すること、
酸化反応チャンバー内で酸素および水素ガスをＨ２Ｏガスに転化すること、
Ｈ２Ｏガスを還元チャンバー内に供給すること、
炭質物を含んで成る供給原料を還元反応チャンバー内に導入すること、また
炭質物をＨ２およびＣＯガスへと転化すること
を含んで成る方法を対象としている。
【００４２】
ある要旨において、触媒の不存在下で炭質物を転化する。
【００４３】
本発明の別の要旨において、
燃料電池；および
燃料電池と連通状態にあるリフォーマー
を有して成り、
リフォーマー・ボディーが、合成ガスを発生させて、それを燃料電池に供給するように構成されており、また
燃料電池で生じるＨ２ＯおよびＣＯ２の少なくとも一部が、更なる合成ガスを発生させるためにリフォーマーに供給される、
燃料電池を駆動させるためのシステムが提供される。
【００４４】
ある要旨において、システムは、リフォーマーを加熱する加熱機構を更に有して成り、燃料電池で生じる電力の少なくとも一部によって加熱機構にエネルギーを供給する。別の要旨において、リフォーマーが、化石燃料を受ける第１入口、Ｈ２ＯおよびＣＯ２を受ける第２入口、および合成ガスを排出する出口を有して成る。ある要旨において、化石燃料が、液体化石燃料を含んで成る。別の要旨において、化石燃料が、ガス状化石燃料を含んで成る。
【００４５】
ある要旨において、リフォーマー・ボディーのサイズは、約３リットル以下である。
【００４６】
本発明の別の要旨では、
燃料電池を駆動させる方法であって、
燃料電池と流体連通状態にあるリフォーマー装置内で化石燃料を合成ガスへと改質すること；
Ｏ２ガスを燃料電池に供給すること；
燃料電池からＨ２ＯおよびＣＯ２をリフォーマーへと移送させること；また
燃料電池で生じる電力の少なくとも一部を用いてリフォーマーを加熱すること
を含んで成る方法が提供される。
【００４７】
図面を含め、本発明の好ましい態様の詳細な説明によって、本発明の上述の特徴および他の特徴が明らかになるであろう。
【００４８】
発明を実施するための最良の形態
図１に示すようなリフォーマーでは、酸化チャンバーと還元チャンバーとが垂直に積み重ねられており、固体供給原料を導入するのに好ましい機構となっていない。このような装置では、図１に示すように、リフォーマー・ボディー（還元反応チャンバー）と合成ガスバーナー（酸化反応チャンバー）とが垂直に重ねられている。このような構成では、Ｏ２ガスを合成ガスバーナー内に保持しておくことが完全には保証されない。リフォーマーの処理量が増加するにつれ、合成ガスバーナー内で完全に消費されることなく還元チャンバー内へと送られる合成ガスバーナー内のＯ２ガスが多くなってしまう。更に、固体供給原料用の入口ポートが、還元反応チャンバー・ボディーの上部に配置されているものの、リフォーマー・ボディーの最も低温の箇所に配置されていないため、固体供給原料に対して最適に配置されていない。最も低温の箇所は、リフォーマー・ボディーの底部である。
【００４９】
図２を参照すると、ある態様において、本発明のリフォーマー装置は、還元反応チャンバー（リフォーマー・ボディー）および酸化反応チャンバー（合成ガスバーナー）を含んでいる。
【００５０】
還元反応チャンバーは、供給原料入口５、ガス出口４およびボディーを含んでいる。ボディーは、供給原料入口５からガス出口４に及ぶように延在している。図２に示す態様において、リフォーマー装置は円筒形状を有している。別法にて、リフォーマー装置は、還元反応を可能にするのに十分な別の形状およびサイズを有するものであってもよい。固体の供給原料は、リフォーマー・ボディーの底部にて供給原料入口５を介して導入される。固体の供給材料は石炭または廃棄物であってよい。例えば、石炭ならびに細断および脱ガス化したプラスチック廃棄物等の固体供給原料を、リフォーマーの底部に設けられているスクリュー・フィーダー１０によってリフォーマー内に送ってもよい。スクリュー・フィーダーの操作は、当業者に周知である。ホッパー１９によって固体廃棄物をスクリュー・フィーダー内に導入してもよい。
【００５１】
図２の態様では、酸化反応チャンバー（合成ガスバーナー）が、還元反応チャンバーに実質的に直交するように配置されている。酸化反応チャンバーは、ガス入口１７を含んでいる。酸化反応によって生じるガスは、還元反応チャンバー内に導入される。この態様では、酸化反応チャンバーと還元反応チャンバーとが、かなり良好に分けられており、それゆえ、酸化反応チャンバーに入れられた酸素が十分に消費され、還元反応チャンバー内へと酸素ガスが進入することが防止されている。
【００５２】
１つの詳細な態様において、ガス入口１７を介して酸化反応チャンバー内に合成ガスが導入され、また、ガス入口１７の両側に設けられた一対のガス入口１６を介して酸化反応チャンバー内に酸素が導入される。また、酸化反応チャンバー内に酸素ガスが角度を成して導入されるように、入口１６が角度を成して設けられている。これによって、酸素ガスと合成ガスとが相互に合わせられ、効率的な反応が可能となる。イグニッション穴１８が設けられており、反応の点火が可能となっている。
【００５３】
ある態様において、還元反応チャンバーおよび酸化反応チャンバーの各々は、外側金属ケーシング１および内側ライニング３を含んでいる。外側金属ケーシングは、例えばステンレス鋼から形成されてもよい。内側ライニングは、例えば、酸化アルミニウムセラミック等のセラミック材料であってもよい。好ましくは、内側ライニングは、１２００℃よりも高い温度に対して耐性を有する材料で形成されている。別の態様において、金属ケーシングと内側ライニングとの間に内側絶縁材２が設けられる。絶縁層は、例えば、約１００ｍｍ〜約１５０ｍｍの厚さを有するものであってよい。内側絶縁層は、キャスタブルとロックウールとから成る複合材料から形成してもよい。
【００５４】
図３を参照すると、ガス化リアクターは、酸化反応チャンバーおよび還元反応チャンバーを含んでいる。ガス化リアクターの還元反応チャンバー（リフォーマー・ボディー）は、図２に示す還元反応チャンバーと実質的に同様である。この態様では酸化反応チャンバーはブラウンガス・バーナーである。酸化反応チャンバーには、入口１７およびイグニッション穴１８が設けられている。ある態様において、ブラウンガスが、ブラウンガス発生機から入口１７へと送られる。
【００５５】
本発明に従って、図２に示すリフォーマーの操作を以下に示す。
（１）ガス化リアクターを室温に付し、その後、合成ガスバーナー（図２）内の合成ガスを燃焼することによってガス化リアクターをゆっくり加熱することによって、炭質材料のガス化反応を開始する。予備加熱（または予め加熱を行うこと）を実施する必要はない。
（２）合成ガス貯留タンクから合成ガス入口１７を介して合成ガスバーナー内に合成ガス（合成ガスが利用できない場合はＨ２ガス）を導入する。次いで、酸素ガスを酸素ガス入口１６を介して合成ガスバーナー内に導入する。イグニッション穴１８を介して口火を導入することによって、合成ガスを燃焼させる。合成ガス（またはＨ２ガス）が燃焼すると、温度が急に上昇することになる。生成ガス出口４において酸素をモニタリングして酸素の取り込み（または供給）を調整することによって、温度を制御する。加熱段階の最後では、まず酸素ガスの供給を止め、その後、合成ガスの供給を止めることによって温度を下げる。
このようにして、酸素の流入量を制御して酸化反応リアクターの温度を１２００℃よりも大きくすると、酸化反応チャンバーが、合成ガスと酸素との反応で生じたＣＯ２およびＨ２Ｏで満たされることになる。
（３）還元反応チャンバーの温度を１２００℃よりも高く維持しつつ、固体炭質材料（圧縮、脱ガス化および乾燥に予め付した固体炭質材料）を入口５を介してリアクター内に供給する。１２００℃よりも高い温度条件下では、炭質材料は、合成ガスバーナーから供給される過熱ＣＯ２／Ｈ２Ｏ分子と迅速に反応し、主成分がＣＯおよびＨ２の合成ガスが生じることになる。還元反応が進行するにつれ、リアクター温度は約１２００℃に落ち着くことになる。
（４）ガス化反応の間に生じる合成ガスは、還元反応チャンバーの上方端部のガス出口４から排出する。約１２００℃にて還元反応チャンバーから排出された合成ガスは、熱交換機を通して１００℃以下にまで冷却され、貯留タンク（図２において図示せず）に貯留されることになる。
（５）貯留タンク（図２において図示せず）からリサイクルされた合成ガスは、合成ガスバーナーで酸素と反応させることによって、熱が発生するＨ２ＯおよびＣＯ２の生成に用いてもよい。つまり、リアクターを１２００℃に維持するのに必要な熱源は、生じた合成ガス（酸素と反応することになる）の一部をリサイクルすることによって得る。この際、リアクター内の温度は、酸素ガスの合成ガスバーナーへの供給を制御することによって調整される。リサイクルされた合成ガスの燃焼生成物は、有機供給材料の炭素原子を転化させて、合成ガスを生じる。合成ガスバーナー内で未反応なままで存在するリサイクルされた合成ガスは、生成した合成ガスの残りと共にリアクターから排出させる。
【００５６】
図３に示すリフォーマーの操作は、図２に示すリフォーマーの操作と実質的に同様である。主な違いは、合成ガスの代わりに、図３に示すように、ブラウンガス・バーナー内でブラウンガス（Ｈ２とＯ２とから成るガス混合物）を燃焼させ、相当により高い温度（２５００℃よりも高い温度）でＨ２Ｏを発生させることである。過熱Ｈ２Ｏを還元反応チャンバー内に移送し、リアクターの温度を１２００℃よりも高い温度に維持し、炭質物をＣＯガスおよびＨ２ガスへと変換する。ブラウンガス・バーナーの操作は簡単であり、図２の合成ガスバーナーの補助バーナー（または予備バーナー）として機能し得る。ブラウンガス発生機は、韓国のベストコリア株式会社（ＢＥＳＴ  ＫＯＲＥＡ  Ｃｏ．）から市販されている。ブラウンガス発生機を使用することによって、ガス処理装置が相当シンプルになる。ブラウンガス・バーナーは必ずしもＯ２ガス入口を別途必要としない。なぜなら、ブラウンガスというのは、水の電気分解によって生じるＨ２ガスおよびＯ２ガスがバランスの取れた割合で含まれる混合物であるからである。
【００５７】
上述のように、合成ガスバーナーを備えたガス化リアクターで炭質材料をガス化する方法においては、合成ガスバーナー内でのみ酸化反応が実施され、リフォーマー（還元反応チャンバー）内に酸素が入り込むことはない。リフォーマーでは、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｈ２およびＣＯガスのみが存在することになる。それゆえ、リフォーマー内に炭質供給原料の酸化生成物が存在することはない。
【００５８】
本発明のリフォーマーは、医療廃棄物を含む炭素系廃棄物をガス化するのに特に適当である。合成ガスバーナー（Ｏ２ガスよりも多くの合成ガスが存在する）での合成ガスの燃焼に起因して生じる発熱によって、リフォーマーが加熱される。リフォーマー内に酸素ガスが流れ込むことのないようにリフォーマーを操作することができる。それゆえ、改質リアクターは、１２００℃よりも高い温度において、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯおよびＨ２ガスで満たされることになる。このような条件下では、全ての炭素原子および水素原子は、ＣＯおよびＨ２ガスへと転化されることになる。酸化物を含む汚染物質は存在しない。供給原料中にＣｌおよびＳが含まれることからＨＣｌガスおよびＨ２Ｓガスが生じることが考えられるものの、比較的安価なクリーニング手段が存在する。このクリーニング手段は、有害な有機廃棄物に対しては特に、安全に処理する手段として知られているものである。合成ガスの生成に関して、供給原料は、きれいなものであったり、純粋な化石燃料であったりする必要はなく、種々の炭質物が考えられる。従って、水素ガスを製造するコストは、非常に競争力を有している。
【００５９】
図４は、
燃料電池；および
燃料電池と連通状態にあるリフォーマー
を有して成り、
リフォーマー・ボディーが、合成ガスを発生させて、それを燃料電池に供給するように構成されており、また
燃料電池で生じるＨ２ＯおよびＣＯ２の少なくとも一部が、更なる合成ガスの発生のためにリフォーマーに供給される、
燃料電池を駆動させるためのシステムを表している。
【００６０】
図４に示すシステムは、
燃料電池を駆動させる方法であって、
燃料電池と流体連通状態にあるリフォーマー装置内で化石燃料を合成ガスへと改質すること；
Ｏ２ガスを燃料電池に供給すること；
燃料電池からＨ２ＯおよびＣＯ２をリフォーマーに移送すること；また
燃料電池で生じる電力の少なくとも一部を用いてリフォーマーを加熱すること
を含んで成る方法に対して使用してもよい。
【００６１】
ある要旨において、システムが、リフォーマーを加熱する加熱機構を更に有して成り、燃料電池で生じる電力の少なくとも一部によって加熱機構にエネルギーが供給される。別の要旨において、リフォーマーが、化石燃料を受ける第１入口、Ｈ２ＯおよびＣＯ２を受ける第２入口、および合成ガスを排出する出口を有して成る。
【００６２】
特許的な立場から種々の態様および実施例を説明を行ってきたが、本発明の範囲はそのような態様および実施例に制限されるものではない。本発明の範囲および概念から逸脱することなく、本発明を修正および変更してもよいことは当業者に明らかであろう。
【００６３】
それゆえ、本発明の範囲は、例示的な特定の実施例に依存するものではなく、特許請求の範囲によって規定されることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、韓国特許第０３９１１２１（２００３年６月３０日発行）および米国特許第６７９０３８３号Ｂ２（２００４年９月１４日発行）に記載されたリフォーマー装置を模式的に示している。
【図２】図２は、本発明の態様に従ってリフォーマー装置を模式的に示している。
【図３】図３は、本発明の別の態様を模式的に示しており、リアクターを加熱するためにブラウンガスを用いている。
【図４】図４は、燃料電池を駆動させるシステムを模式的に示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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