(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化装置トラフ（３）を囲むケーシング（４）と、前記ガス化装置トラフ（３）の上方に配置され断熱材（１４）が設けられたガス化装置シェル（１３）と、前記ガス化装置シェル（１３）の上方に配置され断熱材（１４）が設けられたガス化装置ヘッド（１７）と、前記ガス化装置シェル（１３）及び前記ガス化装置ヘッド（１７）によって包囲されたガス化装置自由空間（２０）と、を備え、
前記ガス化装置トラフ（３）、前記ガス化装置シェル（１３）及び前記ガス化装置ヘッド（１７）は気密性を有する方法で互いに接続され、
前記ガス化装置シェル（１３）の上部内には少なくとも１つの合成ガス出口（１６）があり、
前記ガス化装置トラフ（３）は穴あき底部（３５）を備えると共に少なくとも１つの排出シュート（６）内で終端する分離空間（１１）によって囲まれ、
少なくとも１つの固形物入り口（１）が前記ガス化装置トラフ（３）内で終端し、
前記排出シュート（６）はロック（７）を備えると共に前記穴あき底部（３５）の下方の残渣用出口装置（８）内で終端し、
少なくとも１つのガス化剤供給器（９）が前記排出シュート（６）内に通じ、
少なくとも１つのインジェクタ（１０）が充填限界の上方で前記ガス化装置トラフ（３）内に通じ、
頂面及び底面で開口し、前記ガス化装置ヘッド（１７）に向かって直径が先細りし、前記ガス化装置トラフ（３）の上方に鐘状に設置される有鞘の切頂錐体（２１）が、前記ガス化装置トラフ（３）と前記ガス化装置自由空間（２０）の間の接続の区域内に配置され、前記切頂錐体（２１）は前記ガス化装置シェル（１３）の内部に位置するバッフル（２６）と共に放射状環状間隙開口（２２）及び流路（３０）を生成する、３ゾーンガス化装置であって、
前記ガス化装置ヘッド（１７）に面する前記切頂錐体（２１）の上部開口は、中心ガイド（２４）を伴う流量制御弁本体（２３）が流れリング（３１）の形態にある弁座の上方に配置されることにより中央の環状間隙開口（３２）を生成するような方法で流量制御弁として設けられ、前記切頂錐体（２１）又は前記流量制御弁本体（２３）が垂直に移動可能で且つロック可能であることで、前記切頂錐体（２１）又は前記流量制御弁本体（２３）の垂直位置により前記環状間隙開口（３２）が寸法的に調節され、前記穴あき底部（３５）には汚染物質排出口（５）が設けられていることを特徴とする３ゾーンガス化装置。
【請求項２】
前記中心ガイド（２４）は、気密性を有する方法で前記ガス化装置ヘッド（１７）を貫通し、前記ガス化装置ヘッド（１７）の外側に配置された吊り上げ装置（２５）にロック可能且つ制御可能な方法で接続されることを特徴とする請求項１に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項３】
前記穴あき底部（３５）は、チャネル状設計を有すると共に前記排出シュート（６）に隣接する区域に関して約８〜１２％の自由開口表面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項４】
前記ガス化装置ヘッド（１７）は、前記ガス化装置シェル（１３）及び前記断熱材（１４）を貫通するサービス用アクセス（１８）及び排気ダクト（１９）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項５】
前記固形物入り口（１）は、可撓接続（２）及びコンベヤスクリューを備えると共に前記ガス化装置トラフ（３）内で水平に終端することを特徴とする請求項１又は２に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項６】
前記固形物入り口（１）は、その約３分の２が固形物の前記充填限界（３３）の下方になるように前記ガス化装置トラフ（３）内で終端することを特徴とする請求項５に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項７】
前記ガス化装置シェル（１３）は、前記分離空間（１１）を有する前記ガス化装置トラフ（３）及び前記排出シュート（６）を前記ケーシング（４）によりフランジ接続（１２）を介して保持すると共にベアリング（１５）によって支持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項８】
前記切頂錐体（２１）は、穴あきであり、穴が設けられており、細長い隙間があり、及び／又はふるい形状であり、前記流量制御弁本体（２３）は、ボール形状、錐形状、半殻形状、平面的な形状、又は円筒形状を有し、前記バッフル（２６）は、角があり、丸みがあり、長円であり、折り曲げられ、又は輪郭成形されることを特徴とする請求項１又は２に記載の３ゾーンガス化装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の３ゾーンガス化装置を稼動するための方法であって、均一な流れが、適応ガス化ゾーンＺ１及びＺ２による選択的な部分酸化及び部分還元を介して生じる炭素質固形物の連続変換を伴い且つ適応ガス化ゾーンＺ３による所定の大気条件下での後還元及び後酸化を伴い、前記３ゾーンガス化装置内をその底部から頂部に向かって上向きに通過し、前記中央環状間隙開口（３２）の寸法が制御され、それにより乱流を生じさせる方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の３ゾーンガス化装置を稼動するための方法であって、
前記ガス化装置トラフ（３）には、炭素質固形物又は固形物・ガス混合物が前記固形物入り口（１）を介して装填され、また、制御された方法で投入され前記底部から前記頂部に向かって上昇する予備加熱済みのガス化剤が、前記ガス化装置トラフ（３）の下部内に配置されたチャネル形状の穴あき底部を介して取り込まれ、結果として、温度に関して要求される約８００℃での稼動条件において前記適応ガス化ゾーンＺ１内での固定床の流動化浮遊がもたらされ、これに伴い高い発熱量を有する合成ガスへの前記炭素質固形物の反応性熱化学的変換が生じ、
前記浮遊に際して放出されたがまだ変換されていない固形物は、前記充填限界の上方で、次の適応ガス化ゾーンＺ２内において約１３００℃での別の熱化学的変換にさらされ、
このプロセスは、前記インジェクタ（１０）を介しての前記ガス化ゾーンＺ２内への炭化ガス、前記ガス化剤、及び熱蒸気の個別の投入によって、また前記放射状環状間隙開口（２２）を超えてガスを案内することによって、強化され、
前記適応ガス化ゾーンＺ１及びＺ２を横断するようにもたらされる速度分布、及び前記中央環状間隙開口（３２）から約９５０℃の適応ガス化ゾーンＺ３の前記ガス化装置自由空間（２０）に至る乱流通路でもたらされる速度分布は、未だ存在する浮遊残留炭素の滞留時間を長くする効果を有することで、浮遊残留炭素の合成ガスへのほぼ完全な変換を可能にし、
その結果、有機化合物は高発熱量の合成ガスに変換され、流動化炭素混合物よりも高い密度の不活性汚染物質は降下し、それにより前記チャネル形状の穴あき底部（３５）、前記排出シュート（６）、前記ロック（７）及び前記出口装置（８）を介して排出され、前記チャネル形状の穴あき底部（３５）の上方の任意の分離不能残渣は、前記汚染物質排出口（５）を介して除去され、前記ガス化装置トラフ（３）内に投入された炭素質固形物の必要な充填レベルが制御され、これに伴い前記充填限界（３３）が制御され、前記ガス化装置の上部内にもたらされた合成ガスが取り出されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項の序言に係る３ゾーンガス化装置の形態にある装置に関し、また、例えば廃棄製品及び廃棄物（炭素質固形物）の熱分解のためのアセンブリにおいてそのようなガス化装置を稼動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素質の廃棄製品及び廃棄材料の処理及び／又は燃焼及び／又はガス化を開示する多くの装置及び方法が既に知られている。
【０００３】
例えば、ＥＰ０６０９８０２Ａ１は、連続的な脱ガス及び／又はガス化のための装置及び方法を開示する。ＥＰ０６０９８０２Ａ１に係る装置はシャフト型反応器からなり、装填物、気体のガス化剤及び生成された気体燃料は、並流で下方向に送られる。その際、ガス化剤は、ジャケット部内に位置するらせん状逆流熱交換器内の気体燃料によって予備加熱される。予備加熱されたガス化剤は、更に、反応器のセラミック炉体内のらせん状又は波型のチャネル内で、及び炉クロージャとして機能すると共に装填物の下部内へと突出する可動の又は固定された円錐形又は放物面形の中心体内で加熱される。火格子は、固体錐体又は回転可能且つ垂直変位可能なカウンターピースによって形成され、このカウンターピースは、中空円錐形の環状体であり、また生成された気体燃料の取り出し、並びに灰、スラッジ及び蒸留残滓の形態にある固体又は液体の反応生成物の排出のために、炉下部に対向する調節可能環状通路を開けたままにする。
【０００４】
この技術的解決策は、固体燃料又は廃棄材料の脱ガス及び／又はガス化が不完全であるという点で不利である。また、下向き並流型の脱ガス装置は、燃料の断片サイズに関して敏感である。更に、このガス化装置においては、ガス化剤の量が部分負荷で減少し、熱ゾーンが小さくなり、中間の低温ゾーンが増大するので、部分負荷挙動がやや貧弱である。これにより、生成ガスにおけるタール含有量が増大する。一方で、低タール生成物は、火床内の温度がガス化装置の全断面に渡って十分に高く（温度安定性）且つ熱分解ガスが閉熱還元ゾーンを通過する場合に限って生成される。しかし、大規模なプラントではそうはいかず、低タールを達成するのは比較的難しい。滞留時間が制限される他、性能の低下がもたらされるので、この種のガス化装置は、プロセス起因の目詰まり及び転位の傾向もある。
【０００５】
ＤＥ１９９３７５２１Ａ１は、特に既に部分的に既に分解された廃棄製品を処理するための方法及び装置を開示する。この装置は漏斗形状の底部を有するシャフト型反応器からなり、この反応器内では、炭素粒子状装填物が接線方位で導入され、空気がガス化剤として軸方位で導入され、空気が上昇するのに従って熱化学反応による合成ガスへの変換がなされる。円錐台状の底部は横方向環状間隙を更に備え、この間隙を通って空気が軸方向に反応器チャンバ内に入って炭素ガス混合物と混ざることができる。このガス混合物は、外に向かって上昇するように炭素粒子を固体床から掃き出し、反応器チャンバ内で１２００℃までの温度でエネルギ的に合成ガスに変換される。容器の上部内では、流れが内部に向かって下降して沈静化するので、熱的にまだ分解されていない炭素粒子、及び灰成分は、再び下降する。それらは次いで中央に配置され底部にまで延在する収集漏斗に入り、スクリューコンベヤを介して除去される。
【０００６】
この技術的解決策は、固体物の脱ガス及び／又はガス化が不完全であるという点、及びプロセス安定性が炭素の制御されていない供給に起因して不都合にも変化し、これに付随して特に不活性成分が円錐台状底部上に堆積してスラッジ化し、これが目詰まりをもたらしたり制御不能なプロセス停止を招くことがあるという点で不利である。また、熱的に変換されていない炭素成分の本質的部分が灰及びスラッジと共に排出されてしまう。他の不利な点は、高率の粉塵（炭素）及びタールが生成ガス内にもたらされてしまうことである。
【０００７】
ＤＥ４４１７０８２Ｃ１は、固体燃料の熱ガス化のための反応器を開示する。この反応器は、反応器底部内の燃料供給器と、燃料を装填可能なガス化空間内に燃料を供給するための垂直燃料コンベヤと、余熱された一次空気をガス化空間内に供給するための供給ラインと、を備える。供給ラインは、ノズル内で終端する。反応器は、更に、ガス化空間の上方に配置された灰排出器及び後燃焼空間を備える。後燃焼空間には二次空気を供給することができ、後燃焼空間内には燃料からもたらされるガスが入る。ガス化空間には、ガス化空間の全高さに対して本質的に効果的な攪拌器が設けられる。灰排出開口がガス化空間の頂部に配置される。後燃焼空間は、その内部に、反応器の全内部断面に実質的に渡って少なくとも１つの壁を有する。この壁は、熱放射を反射し、少なくとも１つのガス通路開口を備える。熱放射を反射し少なくとも１つのガス通路開口を備える壁は、後燃焼チャンバの第１の壁として設けられ、後燃焼チャンバは、中央ガス通路開口を備え、ドーム状に開口している。ドーム状に開口する後燃焼チャンバの第１の壁の上方には、同じくドーム状に開口する第２の壁がある。第２の壁は、反応器の壁と共に環状空隙を形成し、後燃焼ガスは迂回させられるので、固体粒子がガス流から脱落するように掃き出されて、生ガス出口ノズルでは粉塵が殆ど除去された生ガスが利用可能である。従って、この技術的解決策は、熱ガス化プロセスを改善するのに役立つ。
【０００８】
ＤＥ１０２００８０５８６０２Ａ１は、ガス化装置自由空間及びガス化装置ベースを含むガス化チャンバを備えるガス化装置を開示する。ガス化装置自由空間は、ガス化装置シェルによって囲まれ、その第１の閉端に合成ガス出口を有し、その第２の閉端にてガス化装置シェルを介してガス化装置ベースに接続される。ガス化装置ベースは、内部上のガス化装置ベッセルとして設けられており、入り口装置及び少なくとも１つの供給器がガス化装置ベッセル内へと延在している。ガス化装置ベッセル及びガス化装置シェルは共に隔離空間を包囲し、この隔離空間を通って入り口装置、供給器、中央シャフト、及びコンベヤ手段付き攪拌器シャフトが延在し、ガス化装置ベースシェルがそれらを保持している。ガス化装置は更にガス化装置ドームを備え、このガス化装置ドームは、ガス化装置ドームとガス化装置シェル及び／又はガス化装置ベッセルとの間に間隙を生じさせるようにガス化装置空間内に配置される。ガス化装置ベッセルは複数の凹部を有する底部を備える。この底部は、ガス化装置空間と反対側に配置され、中央シャフト内で終端する。この中央シャフトは排出シャフト及び攪拌ツール内に貫通しており、攪拌ツールはガス化装置ベッセル内の水平な攪拌器シャフトによって支持される。攪拌器シャフトはコンベヤ手段により囲まれる。ガス化装置ドームは、フード形状設計を有しており、ガス化装置自由空間内の中央に配置される。間隙は環状間隙として設けられてよい。ＤＥ１０２００８０５８６０２Ａ１に係る移動床ガス化装置のガス化装置ベッセルには、廃棄製品又は廃棄材料が入力装置を介して装填され、廃棄製品又は廃棄材料は、攪拌器により攪拌され、底部内の凹部を通ってガス化剤でガス化される。廃棄製品又は廃棄材料のガス化は、ガス化装置ベース内及びガス化空間内で生じる。ガス化生成物は環状間隙を通って合成ガス出口を介して排出される。ガス化に際して形成された灰及びスラッジは、排出装置により、底部の凹部を通り中央シャフト及び排出シャフトを介して排出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらＤＥ４４１７０８２Ｃ１及びＤＥ１０２００８０５８６０２Ａ１に係る技術的解決策は、廃棄製品又は廃棄材料を攪拌するために、コンベヤ手段を有する垂直又は水平の攪拌器シャフトが設けられているので、例えば、廃棄製品又は廃棄材料内の固形物が機械的にコンベヤ手段を塞ぐ場合や、例えば排出不能な凝塊形成した不活性固形物に起因してガス化装置の目詰まりが生じる場合のように、ガス化装置の稼動における誤動作がもたらされることがあるという点で不利である。また、これら２つの技術的解決策は、ガス化プロセスが、プロセス起因の熱化学反応の変化の結果としての相当な変動にさらされて不安定になることがあり、またガス化装置内での廃棄製品又は廃棄材料の不十分な滞留時間が、炭素粒子の完全なガス化やタール及びフェノールの分離に悪影響を及ぼし、タールや粉塵で汚染された生ガスが生成されてしまうという点でも不利である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の不利な点を回避して、特に、より長い滞留時間を可能にし、従って質的にも量的にもより高度な炭素変換及びガス化プロセスの高性能化を可能にし、不活性固形物及び／又はスラグ形成汚染物質によるプロセス起因のガス化装置の目詰まり、変位及び詰まりを防止し、流れ形成装置による疑似層流から乱流への変換及び複数の適応ガス化ゾーンの固定化によって炭素粒子内への対流熱伝達の強化を組織化し、流動固定床の上方の複数のガス化ゾーン内への例えば炭化ガス、ガス化剤、熱蒸気などの個別供給による他、ガス化ゾーン内での流れガイドを用いたガス及び熱の蓄積を伴わない制御作用による差別化された且つより高度なプロセス安定性及び温度安定性によりガス化プロセスの安定化を確実にし、しかもタールや粉塵をほぼ含まない生ガスを生成する３ゾーンガス化装置の形態にある装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的は、請求項１に係るガス化装置及び請求項９に係る方法によって達成される。有利な実施形態は従属請求項に記載される。
【００１２】
本発明の主題によると、本発明の３ゾーンガス化装置及びこのガス化装置の連続稼動のための本発明の方法は、例えば炭素質の廃棄製品及び／又は廃棄材料（炭素質固形物とも称する）のガス処理を伴う熱的変換のための配置において、廃棄製品及び廃棄材料の有用、高品質且つ高エネルギのプロセスガスへの熱化学的変換を可能にし、炭素質の廃棄製品及び廃棄材料（特に、最終プロセス及びガス化プロセスからの不完全に分解された炭素）は、対応する環境基準に従いできる限り汚染物質、タール及び粉塵を含まないプロセスでの使用を可能にするように、更に、また可能であれば完全に反応させられる。
【００１３】
本発明に係るガス化装置（３ゾーンガス化装置とも称する）は、ガス化装置トラフ及び穴あき底部を備える。ガス化装置トラフは複数の端壁を有し、例えばタブ、トラフ、ポット又は窪みの形状である。穴あき底部は、チャネル形状であることが有利であり、排出シュートに隣接する区域に関して約８〜１２％の自由開口区域を有する。
【００１４】
ガス化装置トラフは、ケーシングにより囲まれ、材料出口を備え、排出シュート内で終端する分離空間によって囲まれる。
【００１５】
また、３ゾーンガス化装置は、断熱材を有するガス化装置シェルを備え、ガス化装置シェルは、ガス化装置トラフの上方に配置される。ガス化装置シェルは、望ましくは管形状を有し、また望ましくはベアリングによって固定される。
【００１６】
ガス化装置シェルはガス化装置ヘッドを支えており、ガス化装置ヘッドにも断熱材が設けられ、サービス用アクセス及び排気ダクトを有していることが有利である。
【００１７】
ガス化装置トラフ、ガス化装置シェル及びガス化装置ヘッドは、気密性を有する方法で互いに接続される。
【００１８】
ガス化装置シェル及びガス化装置ヘッドはガス化装置自由空間を包囲し、合成ガス出口がガス化装置シェルの上部内に配置される。
【００１９】
３ゾーンガス化装置には汚染物質出口が設けられる。３ゾーンガス化装置は全収容型のケーシングと固形物入り口とを備える。固形物入り口は、ガス化装置トラフ内に通じており、望ましくはガス化装置トラフ内で水平方向に終端し、約３分の２が固形物の充填限界の下方にある。
【００２０】
ガス化装置には可撓接続が設けられ、この可撓接続は、配置及び必要性に応じて、熱処理ラインにおいて（例えば大規模設備において又は個別稼動において）ガス化装置の一体化を可能にする。
【００２１】
穴あき底部の下方に配置された排出シュートにはロックが設けられ、排出シュートは残留物質のための出口装置内で終端する。一方、ガス化剤供給器は排出シュート内で終端し、炭化ガス、ガス化剤、熱蒸気などの個別の投入のためのインジェクタが、ガス化装置トラフ内の充填限界の上方に設けられる。
【００２２】
ガス化装置トラフと分離空間の間のフランジ接続の上方の領域内には、両側が開口した有鞘の切頂錐体がガス化装置自由空間内の中央に設けられ、この切頂錐体は、ガス化装置ヘッドに向かって先細りし、ガス化装置トラフの上方に鐘形状／フード形状で突出している。有鞘の切頂錐体は、ガス化装置ベッセルに向かって対向するその開側で開口する中央環状間隙を備え、この間隙は流量制御弁によって生成される。
【００２３】
流量制御弁は、弁座を構成する流れリング（即ちガス化装置ベッセルに向かって対向する切頂錐体の上縁）とこの流れリングの直上方の中心に配置された望ましくは球形の流量制御弁本体とによって形成される。流量制御弁本体は、吊り上げ装置を伴う中心ガイド及びロック手段を有し、吊り上げ装置は、ガス化装置ヘッドの外側に配置され、ガス化装置ヘッドを貫通している。吊り上げ装置を有するガイドは、流量制御弁本体の流れリングに対する動きを可能にし、従って流量制御弁の中央環状間隙開口の寸法を調整する。
【００２４】
代替的には、例えばガス化装置ヘッドの外側に配置された吊り上げ装置とガス化装置ヘッドを貫通する吊り上げリンケージとにより切頂錐体が制御された方法で垂直に動かされるよう切頂錐体を移動可能に設計することによって、流量制御弁本体に対する流れリングの動きを可能にすることも勿論可能である。
【００２５】
両者の技術的解決策の本質的な側面は、有鞘の切頂錐体の上部と流量制御弁の間に中央環状間隙開口が形成され、この環状間隙開口が吊り上げ装置により中心ガイドを介して寸法的に変化させられ／調節され（第１の流路）、また切頂錐体のケーシングがガス化装置シェルの内周の周囲に延在するバッフルと共に放射状環状間隙開口を形成する（第２の流路）ところにある。具体的な設計に応じて、第１及び第２の流路のいずれか一方又は両方が調整されてよい。
【００２６】
これら２つの調節可能流路、流動固定床をもたらす投入固形物の組織化された充填限界、及びガス化装置の特別な設計／幾何形状は、ガス化装置内に形成される以下の３つのゾーンをもたらす。
流動固定床内の適応ガス化ゾーンＺ１
流動固定床の上方と有鞘の切頂錐体の内部内の適応ガス化ゾーンＺ２
ガス化装置トラフ内で且つガス化装置自由空間内の適応ガス化ゾーンＺ３
【００２７】
言うまでもなく、ガス化装置の全ての接続、入り口及び出口は、好ましくは気密性及び圧密性を有する方法で設けられ、ガス化装置は断熱性を有する。
【００２８】
上述した３ゾーンガス化装置を稼動するための方法においては、３ゾーンガス化装置は、望ましくは、廃棄製品及び／又は廃棄材料の熱的変換のためのそれ自体が知られた配置においてガス処理を含む変換のためのガス化装置として一体化され（しかし、３ゾーンガス化装置は個別に稼動させられてもよい）、この場合、ガス化装置トラフには、炭素質固形物又は固形物・ガス混合物が固形物入り口を介して装填され、また、制御された方法で投入され底部から頂部に向かって上昇する予備加熱済みのガス化剤が、ガス化装置トラフの下部内に配置されたチャネル形状の穴あき底部を介して取り込まれ、結果として、温度に関して要求される望ましくは約８００℃での稼動条件において適応ガス化ゾーンＺ１内での固定床の流動化浮遊がもたらされ、これに伴い高い発熱量を有する合成ガスへの炭素質固形物の反応性熱化学的変換が生じる。
【００２９】
浮遊に際して放出されたがまだ変換されていない固形物は、充填限界の上方で、集中的な対流熱伝達と流動固定床の上方に配置された有鞘の切頂錐体によるガス混合物の流速低下とによって生じる、次の適応ガス化ゾーンＺ２内の約１３００℃での別の熱化学的変換にさらされる。このプロセスは、疑似層流プロセスが乱流プロセスに変化して性能を向上させる乱流をもたらす限りにおいて、インジェクタを介してのガス化ゾーンＺ２内への炭化ガス、ガス化剤、熱蒸気などの個別の導入と放射状環状間隙開口、有鞘の切頂錐体の上部内の制御された中央環状間隙開口、及び平行流路に渡る複雑なガス通路とによって強化される。
【００３０】
これら適応ガス化ゾーンを横断するようにもたらされる速度分布、特に中央環状間隙の乱流通路及び望ましくは約９５０℃の適応ガス化ゾーンＺ３の利用可能ガス化装置自由空間内に至る流路での速度分布は、未だ存在する浮遊残留炭素の滞留時間を長くする効果を有することで、浮遊残留炭素の合成ガスへのほぼ完全な変換を可能にする。
【００３１】
プロセスを安定化するガス化及び温度ゾーンＺ１〜Ｚ３並びに利用可能ガス化装置自由空間を用いてガスを案内するこの特定の方法は、有機化合物、特にタールをほぼ完全に破壊して高発熱量の合成ガスに変換する。
【００３２】
同時に、流動化炭素混合物よりも高い密度を有する不活性汚染物質（灰、スラッジ、石、鉱物残渣など）は降下して、チャネル形状の穴あき底部、排出シュート、ロック及び出口装置を介して排出される。チャネル形状の穴あき底部の上方にある任意の分離不能残渣は、汚染物質出口、望ましくはスクリュー／らせんを介して除去される。
【００３３】
同装置は、ガス化装置トラフ内で必要な充填レベル、及びこれに伴い炭素質固形物の充填限界を調整する。炭素成分は、更なる使用のために、前プロセス及び／又は汚染物質分離後のガス化装置にフィードバックされてよい。
【００３４】
結果として、実質的にＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４及びＣＯ２からなる合成ガスが得られ、この合成ガスは、ガス化装置の上部において取り出され、精製及び冷却のプロセスの後に更なる使用に供される。
【００３５】
連続プロセス稼動に対する利点は、特に、適応ガス化ゾーンＺ１〜Ｚ３への空間分割、炭化ガス等によるガス化プロセスの安定化及び改良、並びに流量制御弁を有する有鞘の切頂錐体により２つの流路を介しての流れ関係を修正する可能性に起因する他、選択的な大気条件及び化学量論的条件下でのガス化プロセスに対する制御の影響（温度及び圧力）に起因する。
【００３６】
上述した３ゾーンガス化装置の利点及びそのようなガス化装置を稼動するための方法の利点は、より長い滞留時間により炭素変換を質的にも量的にも増大させガス化プロセスを高性能化し、一方で不活性固形物及び／又はスラグ形成汚染物質によるプロセス起因のガス化装置の目詰まり、変位及び詰まりを防止するところにある。
【００３７】
また、３ゾーンガス化装置及びそのガス化装置を稼動するための方法は、流れ形成装置を通しての及び複数の適応ガス化ゾーンの組織化を通しての疑似層流から乱流への変換により、炭素粒子内へのより集中的な対流熱伝達をもたらす。
【００３８】
更に、流動固定床の上方の複数のガス化ゾーン内への例えば炭化ガス、ガス化剤、熱蒸気などの個別投入による他、ガス化ゾーンＺ１〜Ｚ３内での２つの流路を用いた流れガイドを介してのガス及び熱の蓄積を伴わない制御作用による差別化された且つより高度なプロセス安定性及び温度安定性により、ガス化プロセスの安定化が確実になり、ほぼ完全に粉塵が除去された生ガスの生成が可能になる。
【００３９】
概略的な図面を参照して本発明をより詳細に以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明に係る３ゾーンガス化装置の実施形態の概略断面図である。
【図２】図２は図１に係る３ゾーンガス化装置の模式的な概観図である。
【図３】図３は図１に係る３ゾーンガス化装置を用いた／一体化したガス処理を含む炭素質の廃棄製品及び／又は廃棄材料の熱的変換のための配置の模式的な概観図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１に示される３ゾーンガス化装置は下部ガス化装置トラフ３を備え、下部ガス化装置トラフ３は、ケーシング４を有すると共にその上方に管状のガス化装置シェル１３を望ましくは有する。ガス化装置シェル１３は、断熱材１４と、合成ガス出口１６と、サービス用アクセス１８及び排気ダクト１９を有するガス化装置ヘッド１７と、を備える。ガス化装置トラフ３、ケーシング４及び排出シュート６は、気密性を有する方法でガス化装置シェル１３に接続され、ガス化装置シェル１３はベアリング１５により固定される。
【００４２】
ガス化装置トラフ３は、複数の側端壁を備える望ましくは半管状であり、頂部から底部に向けて先細りする望ましくはチャネル形状の穴あき底部３５と、その内部に長手軸に沿って配置された汚染物質出口５と、望ましくは水平方向の固形物入り口１であって、コンベヤスクリュー及び可撓接続２を含み望ましくは３分の２が充填限界３３の下方にある固形物入り口１と、流動固定床３４の充填限界の上方に設置されたインジェクタ１０と、を備える。
【００４３】
チャネル形状の穴あき底部３５が望ましくは設けられたガス化装置トラフ３の下方には、排出シュート６が、ガス化装置トラフ３とケーシング４の間の分離空間１１内に設けられる。排出シュート６には、単一ピース設計又は複数ピース設計を有していてよいガス化剤供給器９が設けられる。排出シュート６は、望ましくは回転式エアロックであるロック７と、望ましくはコンベヤスクリュー又はチューブチェインコンベヤである出口装置８と、に接続される。
【００４４】
フランジ接続１２の中央上方且つ断熱材１４を含むガス化装置シェル１３内には有鞘の切頂錐体２１が配置され、この有鞘の切頂錐体２１は、底部から頂部に向けて先細りしており、望ましくは閉曲面を有する。有鞘の切頂錐体２１は、これらの部品の間に放射状環状間隙開口２２を形成し且つ有鞘の切頂錐体２１の上部に中央環状間隙開口３２を形成するように配置される。中央環状間隙開口３２は、流れリング３１と流れリング３１の中央上方に配置された流量制御弁本体２３（環状間隙開口３２を生じさせるための流量制御弁と称される）とによって形成される。
【００４５】
ガス化装置シェル１３の内側上には、両側で開口している有鞘の切頂錐体２１と概ね平行に周囲バッフル２６が配置され、バッフル２６は望ましくは角のある設計及び／又はセグメント化された設計を有しているので、切頂錐体２１とバッフル２６の間に流路３０が形成される。
【００４６】
ガス化装置ヘッド１７の下方のガス化装置自由空間２０内には、流量制御弁本体２３のためのロック機構を有する中心ガイド２４が配置され、このガイドは、流量制御弁本体２３の垂直調節のための吊り上げ装置２５に接続される。吊り上げ装置２５は、３ゾーンガス化装置の外側且つガス化装置ヘッド１７の上方に配置される。
【００４７】
更に、３ゾーンガス化装置の適応設計（中央環状間隙開口３２の調節可能寸法）並びに選択的にプロセスを改良する複数のガス化ゾーン及び温度が乱流を生じさせ、この乱流は、特に、適応ガス化ゾーンＺ１（２７）を有する流動固定床３４内、充填限界３３と適応ガス化ゾーンＺ２（２８）を有する有鞘の切頂錐体２１との間、及び適応ガス化ゾーンＺ３（２９）を有するガス化装置自由空間２０内で生じる。
【００４８】
また、有利な方法においては、流量制御弁本体２３は、随意的に及び選択的に、ボール形状、錐形状、半殻形状、平面的な形状、又は円筒形状を備えることができ、これらの形状は、特に、中央環状間隙開口３２の調節可能寸法により制御される流量及び温度の条件に影響する。
【００４９】
更に、バッフル２６は、随意的に及び選択的に、角のある設計、丸みのある設計、長円の設計、折り曲げた設計、及び／又は輪郭設計を有していてよい。
【００５０】
プロセスベースの影響を目的として、有鞘の切頂錐体２１は、穴あきであってよく、穴が設けられていてよく、細長い隙間があってよく、及び／又はふるい形状であってよい。
【００５１】
半殻ガス化装置トラフ３は、排出シュート６に隣接する区域に関して約８〜１２％の自由開口表面を有するべきである。
【００５２】
この３ゾーンガス化装置は以下のように動作する。
【００５３】
図１及び２に示される３ゾーンガス化装置は、３つの適応ガス化ゾーンＺ１、Ｚ２及びＺ３（２７、２８及び２９）による選択的な部分酸化及び部分還元（自己熱プロセス制御）を介した炭素質固形物の連続変換を可能にし、適応ガス化ゾーンＺ３（２９）は所定の大気条件下での後還元及び後酸化を伴う。動作に際して、３ゾーンガス化装置内部の流れは、底部（疑似層流プロセス）から頂部（適応型乱流プロセス）に向かって並流として上昇する。
【００５４】
３ゾーンガス化装置の動作に際して、炭素質固形物及び／又は固形物・ガス混合物は、可撓接続２を有する固形物入り口１、望ましくはコンベヤスクリューによって、ケーシング４を通ってガス化装置トラフ３内へと横方向に導入される。固形物入り口１は、望ましくは、その約３分の２が充填限界３３の下方に設置される。
【００５５】
次いで、ガス化剤供給器９を介してガス化剤が下記のように投入される。ガス化剤供給器９は、ケーシング４とガス化装置トラフ３の間に配置された分離空間１１によって包囲されている。
【００５６】
動作に際して、炭素質固形物及び／又は固形物・ガス混合物は、充填限界３３までガス化装置トラフ３内に導入され、ガス化剤供給器９及び排出シュート６を通りチャネル形状の穴あき底部３５を経る間に予備加熱されたガス化剤と共に、底部から頂部に向かって取り込まれる。チャネル形状の穴あき底部３５は、長手軸の方向に配置されている。
【００５７】
上昇流は、固定床を流動化させ、望ましくは約８００℃で酸化還元反応を開始する。これに付随して炭素質固形物が充填限界３３の区域内で浮上することにより、適応ガス化ゾーンＺ２（２８）内への微細炭素粒子の排出が増大する。インジェクタ１０を介して例えば前プロセスからの炭化ガス、他のガス化剤、熱蒸気などをガス化ゾーンＺ２（２８）に加えると、放出された炭素は、フランジ接続１２の上方で、集中的な対流熱伝達と流動固定床３４の上方に配置された有鞘の切頂錐体２１による固形物・ガス混合物の流速低下とによって生じる望ましくは約１３００℃での別の熱化学的変換（酸化及び還元）にさらされる。
【００５８】
放射状環状間隙開口２２を介したフランジ接続１２の区域内でのガスの複雑な案内により、有鞘の切頂錐体２１の上部内の制御された中央環状間隙開口３２の区域内、及び断熱材１４を有するガス化装置シェル１３の内壁とバッフル２６とによって限定される概ね平行な流路３０内では、疑似層流プロセスが乱流プロセスに変化させられる限りにおいて、３ゾーンガス化装置内でのプロセスが強化され、結果として、ガス出力及び発熱量の意味において性能強化型の乱流がもたらされ、そして固形物・ガス混合物の高度に有用な合成ガスへの後還元・後酸化がもたらされる。
【００５９】
適応ガス化ゾーンＺ１、Ｚ２及びＺ３を横断する速度分布、特に流れリング３１とその上方の流量制御弁本体２３との間の中央環状間隙開口３２を通る乱流通路での速度分布、及び有鞘の切頂錐体２１とバッフル２６の間に形成される流路３０での速度分布は、自由ガス化空間２０内の約９５０℃で、未だ存在する浮遊残留炭素の滞留時間を長くする効果を有することで、浮遊残留炭素の合成ガスへのほぼ完全な変換を可能にする。
【００６０】
結果として、実質的にＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４及びＳＯ２からなる合成ガスが得られ、この合成ガスは、ガス化装置シェル１３の上部内の合成ガス出口１６を介して、更なる処理及び／又は使用のために取り出される。
【００６１】
流量制御弁本体２３の制御は、ロック装置を有する中心ガイド２４及びこれに付随する吊り上げ装置２５によって達成され、環状間隙開口３２の寸法を調節するために、流量制御弁本体２３の垂直調節が行われる。
【００６２】
流動固定床３４内での炭素の熱化学的変換及び流動固定床３４内に結果として得られる多相流により、より高密度の物体は沈み、より低密度の物体は頂部に浮く。沈んでいる不活性物質（金属、石、砂、セラミック等）並びに／又は凝塊形成した灰及びスラグは、一方において、チャネル形状の穴あき底部３５と排出シュート６と望ましくは回転式エアロックとして設けられるロック７と出口装置８とを介して排出され、他方、より大きな汚染物質は、汚染物質出口５を介して排出される。
【００６３】
プロセス安定性及びガス化装置の連続稼動を確実にするために、汚染物質出口５はまた、ガス化装置トラフ３内で必要な充填レベル、及びこれに伴い投入炭素質固形物の充填限界３３を調整する。
【００６４】
ここに説明した３ゾーンガス化装置は、図３に示すように、廃棄製品及び／又は廃棄材料及び／又は炭素質固形物の熱的変換のための既存の又は新規な配置における既知のガス化装置の代わりに使用することができ、あるいは変換及びガス処理のための個別ユニットとして使用することができる。
【００６５】
本発明に係る３ゾーンガス化装置の本質的な利点は、特に、より長い滞留時間を可能にし、従って質的にも量的にもより高度な炭素変換及び高性能化を可能にし、不活性汚染物質及び／又はスラグ形成汚染物質によるプロセス起因のガス化装置の目詰まり、変位及び詰まりを防止し、流れ形成装置による疑似層流から乱流への変換及び複数の適応ガス化ゾーンの固定化によって炭素粒子内への対流熱伝達の強化を組織化し、流動固定床の上方の複数のガス化ゾーン内への例えば炭化ガス、ガス化剤、熱蒸気などの個別供給による他、ガス化ゾーン内での流れガイドを用いたガス及び熱の蓄積を伴わない制御作用による差別化された且つより高度なプロセス安定性及び温度安定性によりガス化プロセスの安定化を確実にするところにある。
【００６６】
従来技術と比較して、本ガス化装置を使用することによって、炭素質固形物のほぼ完全な変換が可能になり、ほぼ完全に粉塵が除去された生ガスを得ることができる。
【００６７】
明細書に記載された全ての特徴、例示的な実施形態、及び特許請求の範囲は、個別的にもそれらの任意の組み合わせにおいても本発明にとって必須であり得る。
【符号の説明】
【００６８】
１…固形物入り口
２…可撓接続
３…ガス化装置トラフ
４…ケーシング
５…汚染物質出口
６…排出シュート
７…ロック
８…出口装置
９…ガス化剤供給器
１０…インジェクタ
１１…分離空間
１２…フランジ接続
１３…ガス化装置シェル
１４…断熱材
１５…ベアリング
１６…合成ガス出口
１７…ガス化装置ヘッド
１８…サービス用アクセス
１９…排気ダクト
２０…ガス化装置自由空間
２１…有鞘の切頂錐体
２２…放射状環状間隙開口
２３…流量制御弁本体
２４…中心ガイド
２５…吊り上げ装置
２６…バッフル
２７…適応ガス化ゾーン（Ｚ１）
２８…適応ガス化ゾーン（Ｚ２）
２９…適応ガス化ゾーン（Ｚ３）
３０…流路
３１…流れリング
３２…中央環状間隙開口
３３…充填限界
３４…流動固定床
３５…穴あき底部
Ｚ１…第１の適応ガス化ゾーン
Ｚ２…第２の適応ガス化ゾーン
Ｚ３…第３の適応ガス化ゾーン
【図１】
0006377164.tif 000002
【図２】
0006377164.tif 000003
【図３】
0006377164.tif 000004