(57)【要約】  バイオマスなどのような、燃料から製品ガスを製造するためのデバイスであって、底部及びリアクター・ウォールにより境界を定められたリアクターを有している。リアクター・ウォールは、周囲ウォール及びアッパー・ウォールを有している。このリアクターは、バイオマスを供給するための供給開口、並びに、製品ガス及び固形物に供給されたバイオマスを化学的に変換するための、少なくとも一つの立ち上がり管を有している。  この立ち上がり管は、前記周囲ウォールの内側に設けられ、上端部及び下端部を有している。このリアクターは、更にまた、製品ガスを吐き出すための吐き出し開口を有している。立ち上がり管は、少なくとも一つのリアクター・ウォールに取り付けられている。  立ち上がり管の下端部は、その下側にある、底部の少なくとも一部分から間隔を隔ててその上方にあり、且つ、熱膨張の影響を受けて自由に移動可能である。
2010520353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスなどのような燃料から製品ガスを製造するためのデバイス（１）であって、底部（５）及びリアクター・ウォールにより境界を定められたリアクター（２）を有し、これらのリアクター・ウォールは、周囲ウォール（１０）及びアッパー・ウォール（１１）を有し、
このリアクター（２）は、
−  燃料を供給するための供給開口（１８）と；
−  少なくとも製品ガスに供給された燃料を化学的に変換するための少なくとも一つの立ち上がり管（２４）と；
−  製品ガスを吐き出すための吐き出し開口（４４）と；
を有し、
前記立ち上がり管（２４）は、前記周囲ウォール（１０）の内側に設けられ、且つ上端部（２８）及び下端部（２６）を有している、
デバイスにおいて、
前記立ち上がり管（２４）が、少なくとも一つのリアクター・ウォール（１０，１１）に取り付けられ、且つ、
前記立ち上がり管（２４）の下端部（２６）が、その下側にある、底部（５）の少なくとも一部分から間隔を隔ててその上方にあり、且つ、熱膨張の影響を受けて自由に移動可能であること、
を特徴とするデバイス。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）の上端部（２８）は、リアクター（２）の周囲ウォール（１０）などのような、少なくとも一つのリアクター・ウォール（１０，１１）に取り付けられている。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）の上端部（２８）は、仕切りウォール（４８）によりリアクター（２）の周囲ウォール（１０）に取り付けられ、且つ、
リアクター（２）の内部（３）は、分離チャンバ（４０）及び燃焼チャンバ（５０）を有し、それらは、前記仕切りウォール（４８）により実質的に気密な状態で互いに対して分離されている。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のデバイス：
前記リアクター（２）は、粒状物質の流動層（５１）を有しており、この流動層は、リアクター（２）の底部（５）の上に配置され、且つ、
前記立ち上がり管（２４）の下端部（２６）がこの流動層（５１）の中に伸びている。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から４の何れか１項に記載のデバイス：
流動化流体を噴射するための少なくとも一つのノズル（２７）が前記立ち上がり管（２４）の中または下に設けられている。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）の下端部（２６）が、燃料を供給するための供給開口（１８）の下側に位置している。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項１から６の何れか１項に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）は、その上端部（２８）で開放され、且つ、
前記リアクター（２）は、ガスと固形物パーティクルを分離するために、前記立ち上がり管（２４）の開放された上端部（２８）とアッパー・ウォール（１１）の間に、分離チャンバ（４０）を有している。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項７に記載のデバイス：
前記リアクター（２）には、燃焼チャンバ（５０）が設けられ、この燃焼チャンバは、少なくとも一つの下降管（２５）により、前記分離チャンバ（４０）に接続されている。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項８に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）には、粒状物質が、前記燃焼チャンバ（５０）から前記立ち上がり管（２４）へ通過することを可能にするための、通過開口（３３）が設けられ、この通過開口（３３）は、バイオマスを供給するための前記供給開口（１８）の下側に配置されている。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項８または９に記載のデバイス：
前記燃焼チャンバ（５０）は、流動化空気を供給するための数本のノズル（５２）を有している。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項８から１０の何れか１項に記載のデバイス：
前記立ち上がり管（２４）と前記下降管（２５）は、リアクター（２）のリアクター・ウォール（１０，１１）の内の少なくとも一つから吊り下げられたフレーム（２０）の部分を形成する。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項１から１１の何れか１項に記載のデバイス：
前記リアクター（２）には、前記立ち上がり管（２４）の下端部（２６）を位置決めするための位置決め部材（８０）が設けられている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１２に記載のデバイス：
前記位置決め部材には、前記立ち上がり管（２４）に対して揃えられた位置決め管（８０）が設けられ、且つ、
前記位置決め管（８０）及び前記立ち上がり管（２４）は、部分的に互いに内側に嵌め込まれている。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載のデバイス：
環状のギャップが、前記位置決め管（８０）と前記立ち上がり管（２４）の間に形成され、且つ、
前記ギャップの径方向の間隔は、１ｍｍより大きく、例えば２または３ｍｍである。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１３または１４に記載のデバイス：
前記底部（５）は、通過開口を有し、その中に、前記位置決め管（８０）が固定されている。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１から１５の何れか１項に記載のデバイス：
前記吐き出し開口（４４）は、前記アッパー・ウォール（１１）の中に配置され、この吐き出し開口（４４）は、前記立ち上がり管の開放された上端部（２８）に対して実質的に揃えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスなどのような燃料から製品ガスを製造するためのデバイスに係る。このデバイスは、ベース部分またはボトム部分により境界を定められたリアクター、及びリアクター・ウォールを有していて、このリアクター・ウォールは、周囲ウォール及びアッパー・ウォールまたはトップ・ウォールを有している。
【０００２】
上記リアクターは、
−  燃料を供給するための供給開口と；
−  少なくとも製品ガスに供給された燃料を化学的に変換するための少なくとも一つの立ち上がり管と；
−  製品ガスを吐き出すための吐き出し開口と；を有し、
上記立ち上がり管は、周囲ウォールの内側に設けられていて、上端部またはトップ・エンド、及び下端部またはボトム・エンドを有している。
【背景技術】
【０００３】
バイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスが知られている。立ち上がり管に供給されたバイオマスは、通常、８０％重量の揮発性の構成成分、及び２０％重量の実質的に固形物カーボン即ちチャー（char）を有している。立ち上がり管に供給された前記バイオマスが、低酸素の雰囲気中、即ち、化学量論を下回る酸素量、または無酸素の雰囲気中で、適切な温度に加熱されることにより、立ち上がり管の中で熱分解及びガス化が生ずる。立ち上がり管の中の前記適切な温度は、通常、８００℃より高く、例えば８５０〜９００℃の間である。
【０００４】
揮発性の構成成分の熱分解は、製品ガスの生成をもたらす。製品ガスは、例えば、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４を含有するガス混合物であって、場合によれば、より高い炭化水素を含有している。更なる処理の後、前記可燃性の製品ガスは、燃料としての使用のために適切な状態になる。低いガス化速度のために、バイオマスの中に存在するチャーは、立ち上がり管の中で限られた程度までしかガス化されない。チャーは、それ故に、通常、リアクターの別個のゾーンの中で燃焼される。それに加えて、熱分解及びガス化の結果として、タールなどのような、様々な好ましくない物質が放出されることもある。
【０００５】
設備のスタート・アップの間に、温度が室温から熱分解及びガス化温度まで、比較的に短い時間の中で上昇する。立ち上がり管は、それ故に、かなりの程度の熱膨張に曝される。これは、立ち上がり管に、クラックの形成などのような、損傷をもたらすことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第 WO 2005/037422 号パンフレット
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、バイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスを提供することにあり、このデバイスによって、立ち上がり管の熱膨張の結果としての損傷の危険性が減少される。
【０００８】
この目的は、本発明により実現される。本発明によれば、立ち上がり管（riser）が、少なくとも一つのリアクター・ウォールに取り付けられ、立ち上がり管の下端部またはボトム・エンドは、その下側にある、底部の少なくとも一つの部分から間隔を隔ててその上方にあり、且つ、熱膨張の影響を受けて自由に移動可能である。本発明によれば、前記立ち上がり管は、リアクターの周囲ウォールおよび／またはトップ・ウォールから吊り下げられている。
【０００９】
例えば、前記立ち上がり管のトップ・エンドは、リアクターの周囲ウォールおよび／またはトップ・ウォールに取り付けられる。前記立ち上がり管のボトム・エンドは、熱膨張の影響を受けて、前記立ち上がり管の長手方向に、リアクターのボトム領域の中に自由に伸びることができる。熱膨張の結果としての伸びは、例えば、約５ｃｍである。そのボトム・エンドで、前記立ち上がり管は固定されておらず、それにより、局部的な熱応力が生ずることがない。このようにして、前記立ち上がり管の熱膨張がリアクターの下側に収容される。このようにして、損傷の危険性が減少される。
【００１０】
なお、流動層リアクターが、国際公開パンフレット WO 2005/037422 に記載されている。その中において、流動化ガスが、入口を介して、リアクターのボトムで分配チャンバの中に送られる。分配チャンバから、流動化ガスが立ち上がり管のボトム・エンドへ送られ、そこで、そのガスは、流動化されたパーティクルと混ざり合う。分配チャンバの上方で、固形物が立ち上がり管に供給される。そのトップ・エンドで、立ち上がり管から出た後、ガス及び固形物パーティクルがサイクロン・チャンバの中で互いに対して分離される。この文献には、立ち上がり管が熱を受けて縦方向に自由に膨張することが可能であると言うことが記載されているが、どこにその熱膨張が収容されるかについては、記載されていない。本発明によれば、立ち上がり管のボトム・エンドが自由に膨張することが可能であり、トップ・エンドが固定されている。
【００１１】
一つの実施形態において、前記立ち上がり管の上端部またはトップ・エンドは、仕切りウォールによりリアクターの周囲ウォールに取り付けられ、その中で、リアクターの内部は、分離チャンバ及び燃焼チャンバを有し、それらは、前記仕切りウォールにより、実質的に気密な状態で互いに対して分離されている。前記立ち上がり管のトップ・エンドと前記周囲ウォールの間の接続は、実質的に気密な状態である。前記分離チャンバと前記燃焼チャンバは、前記立ち上がり管、及び、例えば一つまたはそれ以上の下降管（downcomers）により、互いに連絡しているだけである。それ以外については、前記分離チャンバと前記燃焼チャンバは、互いに対して気密な状態を保って分離されている。結果として、前記分離チャンバと前記燃焼チャンバの間の、好ましくない漏洩が防止される。
【００１２】
一つの実施形態において、前記リアクターは、粒状物質の流動層を有し、この流動層は、リアクターの底部またはボトムの上に配置され、ここで、前記立ち上がり管のボトム・エンドが流動層の中に伸びている。使用の際、前記立ち上がり管のボトム・エンドが流動層の中に伸びる。
【００１３】
流動層を作り出すために、前記立ち上がり管の中または下側に流動化流体を噴射するための、例えば、少なくとも一つのノズルを設けることが可能である。使用の際、前記立ち上がり管は、砂の粒子などのような、粒状物質で部分的に満たされ、それが、流動化ガスのためにノズルの上方で流動化する。前記立ち上がり管のボトム・エンドが粒状物質の層の中に伸びていると言う事実のために、粒状物質の層の上方で、立ち上がり管内側のガスと外側のガスの間にガスの交換が無いことが可能になる。燃焼のために、そのようなガスの交換は、局部的な高温スポットをもたらすことがあり、このようして、前記立ち上がり管の材料に損傷をもたらすことがある。
【００１４】
ここで留意すべきことは、ノズルの上方の粒状物質の流動層が熱を伝えることである。結果として、粒状物質の流動層の温度が、それ故に、実質的に一様になる。粒状物質の層の前記温度は、比較的高く、例えば８００℃より高く、例えば８５０〜９５０℃の間などである。しかしながら、ノズルの下方で、粒状物質が“デッド”ゾーンを形成し、その中で、粒状物質は実質的に動かない。粒状物質の流動層とは異なり、動かない粒状物質は熱絶縁体である。これは、前記立ち上がり管の縦方向に、下向きの方向のかなりの温度勾配をもたらし、前記立ち上がり管の中の粒状物質の温度が大気温度まで徐々に低下する。
【００１５】
ノズルは、例えば、前記立ち上がり管の下側にある、ボトムの部分の上方に配置される。“デッド”ゾーンは、その場合、前記部分とノズルの間に位置していて、前記立ち上がり管のボトム・エンドは、その上方に配置される。もし、前記立ち上がり管のボトム・エンドが粒状物質の層の“デッド”ゾーンの中に位置している場合には、ボトム・エンドは、リアクターの比較的に冷たいゾーンの中に位置している。ここで留意すべきことは、比較的に冷たいゾーンの中の温度がなおも３００℃以上であることが有る得ると言うことである。この温度は、粒状物質の流動層での立ち上がり管の温度よりも低い。
【００１６】
好ましくは、前記立ち上がり管のボトム・エンドは、燃料を供給するための供給開口の下側に位置している。使用の際、燃料は、例えば、側面から流動層へ供給され、その流動層は、比較的高い温度にあり、それによって、燃料の熱分解及びガス化が効果的なやり方で生ずることが可能である。
【００１７】
本発明によれば、前記立ち上がり管の中の流動化流体が流動化ガスであることが可能であり、その流動化ガスは、例えば、蒸気または二酸化炭素（ＣＯ２）により形成される。蒸気及び二酸化炭素（ＣＯ２）は、窒素の含有量が限定されていること、または窒素を含まないことから、好ましい。他の低窒素ガスもまた適切である。しかしながら、用途、供給されるバイオマスのタイプ、製造される製品ガスの仕様に応じて、他の流動化ガスを使用することも可能である。
【００１８】
本発明の一つの実施形態において、前記立ち上がり管は、そのトップ・エンドで開放され、ここで、リアクターは、前記立ち上がり管の開放されたトップ・エンドとガス及び固形物パーティクルを分離するためのトップ・ウォールの間に、分離チャンバを有している。この分離チャンバは、例えば、静止チャンバとしてデザインされている。この静止チャンバは、比較的大きいボリュームを有する貯槽を形成する。使用の際、前記立ち上がり管の中で製造された製品ガス、及び連行された固形物（流動層のチャー及びパーティクルを含む）が前記静止チャンバの中に排出される。結果として、速度が減少することになる。その理由は、前記静止チャンバの通過表面積が、前記立ち上がり管の通過表面積より遥かに大きいからである。前記立ち上がり管からの固形物は、それ故に、重力のために再び沈降することになる。
【００１９】
この場合には、製品ガスを吐き出すための吐き出し開口がトップ・ウォールの中に配置されることが可能であり、この吐き出し開口は、前記立ち上がり管の開放されたトップ・エンドに対して実質的に揃えられる。もし、前記静止チャンバが十分に高い場合には、比較的大きい固形物パーティクルが製品ガスのための吐き出し開口に到着することが、重力より適切に防止される。ところで、微細なダスト・パーティクルが、吐き出し開口を介して製品ガスとともに排出されることは、依然として可能である。実際には、それ故に、製品ガスは後処理に送られる。前記後処理は、例えば、冷却、ダスト除去及びタール除去などを含んでいる。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記リアクターには燃焼チャンバが設けられ、この燃焼チャンバは、少なくとも一つの下降管（downcomer）により、前記分離チャンバに接続される。各下降管は、前記分離チャンバと前記燃焼チャンバの間の接続をもたらす。それ以外については、前記燃焼チャンバは、仕切りウォールにより、前記静止チャンバから密閉状態で分離されている。各下降管のボトム・エンドは、流動層の中に伸びている。使用の際、熱分解及びガス化により製造された固形物、流動層の未反応のバイオマス、及びパーティクルは、前記立ち上がり管を介して前記分離チャンバの中に送られ、そこで分離された後、前記下降管を介して燃焼チャンバへ戻される。チャーは、それに続いて、燃焼チャンバの中で燃焼し、煙道ガス及びアッシュを生ずる。
【００２１】
一つの実施形態において、前記立ち上がり管には、粒状物質が前記燃焼チャンバから前記立ち上がり管へ通過することを可能にするための通過開口が設けられ、この通過開口は、バイオマスの供給のための供給開口の下側に配置される。使用の際、砂の粒子などのような、流動層の不活性の粒状のパーティクルは、リアクターの中で循環する。前記立ち上がり管の中で製造されたガスは、前記立ち上がり管の流動層から前記分離チャンバの中へ前記パーティクルを運ぶ。パーティクルは、前記分離チャンバから沈降し、前記単数または複数の下降管を介して、前記燃焼チャンバの中の流動層に戻る。パーティクルは、それから、通過開口を介して、前記立ち上がり管に再循環されることが可能である。通過開口は、前記立ち上がり管の周囲ウォールの中に、例えば、横方向に配置される。
【００２２】
本発明によれば、前記リアクターは、好ましくは、リアクターに亘って均等に分布された数本の下降管を有している。リアクターは、例えば、２，３，４，５本またはそれ以上の下降管を有していても良い。数本の下降管を使用することによって、チャーが前記燃焼チャンバの中により均等に分布される。
【００２３】
本発明によれば、リアクターの前記立ち上がり管及び下降管の形態が様々なやり方でデザインされても良い。本発明によれば、前記立ち上がり管を、例えば、リアクターの周囲ウォールの内側の実質的に中心に配置することが可能であり、その場合、前記下降管は、前記立ち上がり管からある径方向の間隔を隔てて配置される。前記立ち上がり管及び前記下降管は、この場合、断面で見たとき、リアクターの周囲ウォールの内側に均一に配置される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態において、一つまたはそれ以上の立ち上がり管、一つまたはそれ以上の下降管、及びその間の仕切りウォールは、フレームとして一体的に形成され、このフレームは、リアクターのリアクター・ウォールの少なくとも一つから吊り下げられる。このフレームは、好ましくは、鋼などのような金属を有している。鋼フレームのトップは、リアクターの周囲ウォールおよび／またはトップ・ウォールに取り付けられる。鋼フレームのボトムで、前記立ち上がり管及び前記下降管は、自由に膨張することが可能である。前記下降管のボトム・エンドは、この場合には、リアクターのボトムの上方に位置している。
【００２５】
本発明によれば、前記燃焼チャンバが、流動化空気を供給するための数本のノズルを有していることが可能である。これらのノズルは、リアクターのボトムから離れた位置にある。使用の際、前記燃焼チャンバは、砂の粒子などのような、粒状物質で部分的に満たされる。前記燃焼チャンバと前記立ち上がり管の双方は、粒状物質の層を含んでいる。下側から流動化空気を供給することにより、粒状物質の前記層がノズルの上方で流動化する。粒状物質の流動層の中の温度は、実質的に均等に分布される。前記温度は、通常、９００℃より高く、例えば９５０℃である。前記下降管を介して前記燃焼チャンバに供給されたチャーは、前記高温の流動層（例えば高温の砂の粒子から作られている）の中で燃焼する。流動化空気は、この場合には燃焼空気としても働く。
【００２６】
本発明によれば、リアクターの周囲ウォールは、燃焼チャンバのノズルから間隔を隔ててその上方にあり、好ましくは、二次空気を導入するための少なくとも一つの入口開口を有している。二次空気の供給は、良好な後燃焼をもたらし、それは、燃焼の間に製造される煙道ガス及びアッシュの性質に好ましくい影響を与える。
【００２７】
本発明の一つの実施形態において、周囲ウォールは、燃焼により製造された煙道ガスを吐き出すための少なくとも一つの出口開口を有している。煙道ガスのための出口開口は、この場合、好ましくは、側面に配置される。出口開口を介して排出された煙道ガスに、通常、後処理が行われ、それは、例えば、冷却および／またはダスト除去である。
【００２８】
一つの実施形態において、前記リアクターには、前記立ち上がり管のボトム・エンドを位置決めするための位置決め部材が設けられる。この位置決め部材は、例えば、粒状物質の流動層の中に、少なくとも部分的に位置している。煉瓦による内張り（即ち断熱材料で作られたボディ）が、リアクターの周囲ウォールと前記燃焼チャンバ及び分離チャンバの間に設けられることがある。例えば、前記燃焼チャンバは、前記煉瓦による内張りの中の実質的に円筒形のリセスにより形成され、これに対して、前記分離チャンバは、前記リセスに接触する金属の周囲ウォールにより境界が定められる。この位置決め部材は、この場合、例えば、煉瓦による内張りの複数の支持部分を有していて、これらの支持部材は、前記立ち上がり管のボトム・エンドに、横方向に係合する。前記支持部分は、前記立ち上がり管のボトム・エンドをロックするために、円筒形のリセスの中に径方向内側に伸び、ボトム・エンドは、熱膨張の影響を受けて長手方向にまだ動くことが可能である。
【００２９】
一つの実施形態において、位置決め部材には位置決め管が設けられ、この位置決め管は、前記立ち上がり管に対して揃えられ、このとき、位置決め管と前記立ち上がり管は、部分的に互いに内側に嵌め込まれている。前記位置決め管の直径は、前記立ち上がり管の直径より小さいかまたはより大きく、それによって、前記立ち上がり管のボトム・エンドと前記位置決め管のトップ・エンドが互いに嵌め込まれる。前記立ち上がり管は、前記位置決め管に対して自由に膨張することが可能である。
【００３０】
環状のギャップが、前記位置決め管及び前記立ち上がり管の間に形成されることが可能であり、このとき、前記ギャップの径方向の間隔は、１ｍｍより大きく、例えば、２または３ｍｍである。環状のギャップは、二重の機能を有している。一方では、ギャップは、前記立ち上がり管が、そのボトム・エンドで、前記位置決め管に対して、熱膨張の影響を受けて自由に移動することが可能であると言うことを確保する。またもう一方では、ギャップは、粒状物質が燃焼チャンバから立ち上がり管に送られることを可能にするための付加的な通過開口をもたらす。
【００３１】
一つの実施形態において、ボトムは、前記位置決め管がその中に固定される通過開口を有している。この場合、前記位置決め管は、リアクターのボトムを超えて突出する。仮にそれが望ましい場合には、前記位置決め管を変位させることにより、通過開口の通過面積が調整されることが可能である。結果として、前記位置決め管のトップ・エンドが通過開口を部分的にシールすることが可能である。この目的のために、前記位置決め管の取り付け手段は、取り付け位置と解放位置を有していて、取り付け位置において、前記位置決め管がボトムに対して封止された状態で取り付けられ、解放位置において、前記位置決め管がボトム・ウォールの中の通過開口を通って、封止された状態で変位されることが可能である。
【００３２】
シールは、漏洩を生ずること無く、前記位置決め管がそれを過ぎて移動することが可能であるようにデザインされる。シールは、様々なやり方でデザインされることがある。シールは、例えば、グランド・パッキングを有している。グランド・パッキングは、変形可能なシール要素を有している。少なくとも一つのボルトを締めることにより、変形されたシール要素が、結果として、プレストレスの下で前記位置決め管のアウター・ウォール及びリアクターのボトムの双方を押す。前記位置決め管とボトムの間の通過開口は、密封され、同時に、前記位置決め管は、パッキングに沿って変位されることが可能である。
【００３３】
本発明の一つの実施形態において、リアクターのボトムは、リアクターの周囲ウォールの下側に接続された第一のボトム部分、並びに、第一のボトム部分から下側に突出する周囲ウォール部分を有していて、この周囲ウォール部分の周囲は、リアクターの周囲ウォールの周囲と比べて小さい。前記立ち上がり管は、周囲ウォール部分の内側を伸び、ボトムは、周囲ウォール部分の下側に接続された第二のボトム部分を有し、前記立ち上がり管は、第二のボトム部分から間隔を隔ててその上方に配置されている。ボトムの第二のボトム部分は、それ故に、その第一のボトム部分の径方向内側且つその下側に位置している。ボトムの第一のボトム部分は、燃焼チャンバのボトム・ウォールを形成する。突出する周囲ウォール部分の結果として、前記立ち上がり管のボトム・エンドは、燃焼チャンバの下側に位置している。
【００３４】
この場合、もし、燃料を供給するための供給開口が、燃焼チャンバのボトム・ウォールと周囲ウォール部分の第二のボトム部分の間に配置されていれば、好ましい。換言すれば、供給開口は、燃焼チャンバのボトム・ウォールの下方に位置している。結果として、供給開口に接続された供給ダクトが、燃焼チャンバの中ではなく、燃焼チャンバの下側を通ることが可能である。前記立ち上がり管へのバイオマスの供給は、それ故にシンプルである。
【００３５】
本発明の実施形態によれば、ボトムは、少なくとも一つの漏斗を有していて、この漏斗には、テーパーが付けられたボトム・エンドに、砂の粒子などのような粒状物質を排出するための排出手段が設けられている。実際には、リアクターに供給されるバイオマスは、例えば、小石、釘、またはガラス片などのような、不純物を含んでいる。前記不純物は、前記立ち上がり管または前記燃焼チャンバの中の粒状物質の層の中に達する。これらの不純物は、それぞれの漏斗の中で粒状物質の層の中に沈降する。次いで、層の材料が前記排出手段を介して引き抜かれる、その中から不純物が取り除かれる。その後、精製された層の材料または層の新しい材料がリアクターに戻される。このようにして、前記立ち上がり管及び前記燃焼チャンバの中の粒状物質の最適の層が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態に基づくバイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスの断面図を示す。
【図２】図２は、図１の中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図を示す。
【図３】図３は、図１の中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の第二の実施形態に基づくバイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスの断面図を示す。
【図５】図５は、図４に示されたデバイスの部分の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下において、本発明が、図面を参照しながら、より詳細に説明される。
【００３８】
本発明に基づくバイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスは、その全体として、参照符号１により示されている。バイオマスは、一般的に、８０％重量の揮発性の構成成分を有している。バイオマスを熱分解温度まで、例えば８５０℃まで、加熱したとき、これらの揮発性の構成成分が比較的に迅速に解放される。その場合、化学反応が、ＣＯ、Ｈ２及び炭化水素の形成をもたらす。バイオマスの残りの２０％は、本質的に固形物カーボンまたはチャーを有している。８５０℃でチャーをガス化するためには相当な時間が掛かるが、その燃焼は、非常に迅速に生ずる。デバイス１は、間接的なまたはアロサーミック（allothermic）ガス化装置を形成し、それは揮発性の構成成分のガス化とチャーの燃焼を結合する。間接的なガス化の結果、バイオマスが、例えば、ボイラー、ガス・エンジン及びガス・タービンにおいて燃料として適切な製品ガスに変換される。
【００３９】
デバイス１は、リアクター２を有していて、このリアクターは、底部またはベース部分、即ちボトムまたはボトム部分５、周囲のウォール１０、及びトップまたはアッパー・ウォール１１により境界が定められる。この明細書において、周囲ウォール１０及びトップ・ウォール１１は、リアクター・ウォールと呼ばれている。前記リアクター・ウォール１０，１１は、耐熱性の壁であって、それらには、例えば、断熱性の内側被覆が設けられ、あるいは、耐熱鋼などのような、耐熱性材料で作られている。リアクター・ウォール１０，１１とリアクター２のボトム部分５は、内部３の周りを取り囲み、その中で、バイオマスが処理されることが可能である。
【００４０】
リアクター２の内側で、フレーム２０が周囲ウォール１０から吊り下げられている。この目的のために、フレーム２０には、横方向に突出するフランジ２２が設けられていて、それらは、ボルトまたは他の取り付け手段により周囲ウォール１０に取り付けられている。フレーム２０は、例えば鋼などの金属で作られている。明らかに、フレーム２０がトップ・ウォール１１（図示されていない）から吊り下げられることも可能である。
【００４１】
フレーム２０は、仕切りウォール４８を有し、この仕切りウォールは、リアクターの内部３を、本質的に互いから分離された二つのスペース４０，５０に分轄する。前記互いに分離されたスペースは、分離チャンバを形成し、この分離チャンバは、それぞれ、静止または沈殿チャンバ４０及び燃焼チャンバ５０としてデザインされる。フレーム２０は、更にまた、立ち上がり管２４及び３本の下降管２５を有している。立ち上がり管２４及び下降管２５は、仕切りウォール４８の中に配置されている。燃焼チャンバ５０及び沈殿チャンバ４０は、立ち上がり管２４及び下降管２５を介してのみ、互いに連絡している。換言すれば、仕切りウォール４８は、立ち上がり管２４及び下降管２５の間を伸びている。
【００４２】
本発明によれば、下降管及び立ち上がり管の数が変わっても良く、例えば、フレームは５本の下降管を有している（図示されていない）。立ち上がり管２４は、ボトム・エンド２６及びトップ・エンド２８を有している。図３に示されているように、下降管２５は、リアクター２の周囲に亘って一様に分布されている。
【００４３】
使用の際、粒状の不活性の材料の流動層、例えば、砂の層５１が燃焼チャンバ５０の中に存在する。この目的のために、数本のノズル５２が、流動化空気を供給するために燃焼チャンバ５０の中に設けられている。流動化空気は、この場合に燃焼空気としても働く。リアクター２の周囲ウォール１０は、二次空気を燃焼チャンバ５０に供給するための数本の横方向の入口開口５４を有している。前記入口開口５４は、砂の層５１から間隔を隔ててその上方に配置されている。
【００４４】
燃焼チャンバ５０の中でのチャーの燃焼は、煙道ガス及びアッシュをもたらす。結果として、かなりの量の熱が放出される。燃焼チャンバ５０の中の流動化された砂の層の温度は、例えば、約９５０℃である。立ち上がり管２４は、高温の燃焼チャンバ５０により支持され、その結果として、立ち上がり管２４もまた加熱される。煙道ガスは、リアクター２の周囲ウォール１０の中に伸びる一つまたはそれ以上の横方向の出口開口５６を介して、燃焼チャンバ５０から出る。
【００４５】
使用の際、砂の層などのような、粒状の不活性の材料の流動層もまた立ち上がり管２４の中に存在する。この目的のために、立ち上がり管２４は、流動化ガスを供給するための数本のノズル２７を有している。流動化ガスは、好ましくは蒸気、ＣＯ２またはその他の低窒素ガスでる。処理される対象のバイオマスは、立ち上がり管２４の流動層の中に送られる。この目的のために、リアクター２は、バイオマスを供給するための供給開口１８を有し、立ち上がり管２４は、リアクター２の供給開口１８に接続された供給開口３２を有している。
【００４６】
使用の際、バイオマスの熱分解及びガス化が立ち上がり管２４の中で生ずる。立ち上がり管２４の中の温度は、その場合、８５０〜９００℃程度である。ガス化の間に製造されたガスは、立ち上がり管２４の中のガス流れに対して付加的な上方向の速度を与える。前記ガスは、立ち上がり管２４の中の砂の層からチャー及び砂の粒子を含む固形物を連行する。ノズル２７から供給された流動化ガスは、製品ガス及び固形物の上昇に対して限定的な寄与しかもたらさない。立ち上がり管２４のトップ・エンド２８は、ボトム・エンド２６とは反対側を向いた端部であって、このトップ・エンド２８が開放されている。立ち上がり管２４の開放されたトップ・エンド２８は、沈殿チャンバ４０の中で終了する。沈殿チャンバ４０は、立ち上がり管２４とリアクター２のトップ・ウォール１１の間を伸びている。トップ・ウォール１１は、立ち上がり管２４の中で製造された製品ガスを吐き出すための吐き出し開口４４を有している。
【００４７】
沈殿チャンバ４０から、固形物（チャー及び砂の粒子を含んでいる）が立ち上がり管２４の中に連行され、下降管２５を介して落下して下方に戻る。チャー及び砂は、それから、燃焼チャンバ５０の中に到達する。チャーは、以上において説明されたやり方で燃焼チャンバ５０の中で燃焼する。砂が、燃焼チャンバ５０の中の砂の層から、立ち上がり管２４の中の砂の層に流れることがある。
【００４８】
この実施形態の例において、リアクター２のボトム５は、周囲ウォール１０のボトムエッジ１５に接続された第一のボトム部分７を有している。このボトム部分７の内側に、周囲ウォール部分１４が取り付けられ、下側に突出している。周囲ウォール部分１４の直径は、周囲ウォール１０の直径と比べて小さい。リアクター・ウォール１０，１１と同様に、周囲ウォール部分１４は、耐熱性ウォールにより形成されている。周囲ウォール部分１４の下側１６には、第二のボトム部分８が取り付けられている。
【００４９】
立ち上がり管２４は、周囲ウォール部分１４の内側に収容されている。立ち上がり管２４の直径は、周囲ウォール部分１４の直径と比べて小さい。立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、ボトム部分８に取り付けられることなく、ボトム部分８の上方のレベルに位置している。立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、自由端を形成する。結果として立ち上がり管２４は、そのボトム・エンド２６で自由に伸びることが可能である。
【００５０】
この実施形態の例において、位置決め管８０が立ち上がり管２４の下側に設けられている。位置決め管の直径８０は、立ち上がり管２４の直径と比べて僅かに小さい。環状のクリアランスが、立ち上がり管２４と位置決め管８０の間に設けられ、それが、立ち上がり管２４が自由に膨張することを可能にする。立ち上がり管２４が膨張するとき、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、位置決め管８０の上に移動する。
【００５１】
この実施形態の例において、位置決め管８０は、ボトム部分８に固定状態で取り付けられる。ところで、位置決め管８０は、ボトム部分８の中に摺動可能に収容されても良い、その場合、リアクターの内部３２を環境（図示されていない）に対して封止するために、シールが設けられる。位置決め管８０が立ち上がり管２４よりも大きい直径を有していることもまた可能であり、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、その場合、位置決め管８０の内側で自由に伸びる。
【００５２】
ノズル２７の下側の砂は、実質的に動かない。動かない砂が優れた断熱を形成するので、ノズル２７の下の砂の層の中の温度は、深さが増加するのに伴い減少する。ノズル２７からの、即ち流動層からの、縦方向の距離がより大きくなるに従って、温度がより低くなる。これは、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６が比較的冷たくなると言うことを意味していて、これは、様々な利点をもたらす。
【００５３】
ボトム部分７には開口が設けられ、この開口は、漏斗６１により閉鎖されている。ボトム・ヘッド側の端部で、位置決め管８０が同様に漏斗６０により閉鎖されている。燃焼チャンバ５０の砂の層及び立ち上がり管２４は、このようにして、漏斗６０，６１の上に支持されている。これらの漏斗６０，６１は、それぞれ、砂の粒子を抜き出すための抜き出し手段または排出手段を有している。このようにして、小石などのような、砂の中の不純物が取り除かれることが可能である。
【００５４】
バイオマスを供給するためのリアクター２の供給開口１８は、周囲ウォール部分１４の中に横方向に配置されている。立ち上がり管２４の供給開口３２は、リアクター２の供給開口１８に対して揃えられている（図３参照方）。この目的のために、立ち上がり管２４は、周囲ウォール部分１４に対して偏心して位置している。供給開口３２の位置で、立ち上がり管２４の横方向のアウター・ウォールが、周囲ウォール部分１４の横方向のインナー・ウォールに接触する。立ち上がり管２４及び周囲ウォール部分１４の間でのバイオマスの漏洩の危険性が、その場合、最小限に抑えられる。
【００５５】
立ち上がり管２４は、更にまた、砂の粒子の通過のための少なくとも一つの通過開口３３を有している。ダクト３４は、燃焼チャンバ５０の中の砂の層と、立ち上がり管２４の中の砂の層との間の接続をもたらす。砂の粒子は、ダクト３４を介して、通過開口３３を通って、立ち上がり管２４の中へ流れる。
【００５６】
通過開口の通過面積３３は、位置決め管８０により規定される。もし、例えば、図１の中の位置決め管８０が上向き姿勢で配置されている場合には、例えば、通過開口の通過面積３３が減少される。その場合には、位置決め管のトップ・エンドが通過開口３３を部分的に閉鎖する。位置決め管８０の縦方向の位置は、設計パラメータである。前記位置は、前もって決定されることが可能であり、位置決め管８０は、それに続いて、前記位置に固定状態で取り付けられる。上述のように、位置決め管８０が、ボトム部分８の中で摺動可能であることもまた可能であり、それによって、その縦方向の位置が調整されることが可能になる。
【００５７】
図４及び５は、本発明に基づくバイオマスから製品ガスを製造するためのデバイスの第二の実施形態を示している。その運転は、実質的に、図１〜３に示された実施形態に対応している。上述の利点及び変形形態もまた、第二の実施形態に適用される。同一または同様の部分は、それ故に、同じ参照符号が付されている。
【００５８】
図４及び５は、断熱性のボディ８１を示している。断熱性のボディ８１は、様々なやり方でデザインされることが可能であり、また、様々な材料を有している。断熱性のボディ８１は、周囲ウォール１０の部分を形成する周囲部分、及びボトム５の部分を形成するボトム部分８５を有している。断熱性のボディ８１は、リアクター２の内側被覆または煉瓦による内張りを形成する。断熱性のボディ８１の内側には、スペースが設けられ、その中にフレーム２０が配置されている。フレーム２０は、分離チャンバ４０、立ち上がり管２４、及び下降管２５を有している。フレーム２０は、リアクター２のトップ・ウォール１１から吊り下げられている。
【００５９】
この実施形態の例において、分離チャンバ４０は、金属のボトム・ウォール及び金属周囲ウォールを有していて、それらは、フレーム２０の部分を形成する。分離チャンバ４０の金属ウォールは、断熱性のボディ８１の中に設けられたスペースにつながっている。ボトム・ウォールは、分離チャンバ４０と燃焼チャンバ５０の間の仕切りウォール４８を形成する。立ち上がり管２４及び下降管２５は、分離ウォール４８から下側に伸びて、粒状物質の流動層（例えば、砂の層５１）の中まで達している。砂の層のレベルは、参照符号５８により、図４の中に示されている。
【００６０】
立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、その下側に位置あるボトム５の断熱性のボトム部分８５から間隔を隔ててその上方にある。立ち上がり管２４の自由なボトム・エンド２６の下方に、温度の変化の影響による立ち上がり管２４の膨張が収容されることが可能である。熱膨張は、例えば、約５ｃｍであって、この場合には、ボトム・エンド２６が、ボトム部分８５に接触することなく、少なくとも前記距離だけ下側に伸びることが可能である。
【００６１】
ここで留意すべきことは、断熱性のボディ８１は、オプションであると言うことである。リアクター２は、例えば、耐熱鋼などのような、耐熱性材料で作られ、それによって、断熱性のボディ８１が省略されることが可能である（図示されていない）。その場合には、ボトム・エンド２６は、ボトム５から、特に、リアクター２の長手方向の軸において下側に位置しているボトム５の部分から、距離を隔てた位置であって、温度の変化の結果、ボトム・エンド２６がボトム５に接触することなく膨張することが可能であるような位置に配置される。
【００６２】
図５に示されているように、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、断熱性のボディ８１の二つの突出部８６の間に移動可能に収容される。これらの突出部８６は、立ち上がり管２４の熱膨張の間に、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６が側方に曲がることを防止する。
【００６３】
この実施形態の例において、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６を位置決めするために、位置決め管８０が、更にまた設けられている。この位置決め管８０は、オプションであって、即ち、省略されることが可能である。位置決め管８０及び立ち上がり管２４は、異なる直径を有していて、部分的に互いの中に押し込まれる。環状のギャップが、位置決め管８０と立ち上がり管２４の間に設けられる。位置決め管８０及び立ち上がり管２４は、言わば、分轄された立ち上がり管を形成し、この立ち上がり管は、仕切りで熱膨張を収容することが可能である。
【００６４】
ノズル２７が位置決め管８０の中に設けられる。このノズル２７は、流動化流体を供給するための数本の噴射開口を有している。“デッド”ゾーンが、ボトム噴射開口とボトム５のトップ表面の間に位置している。この実施形態の例において、立ち上がり管２４のボトム・エンド２６は、“デッド”ゾーンの上方にある。ボトム・エンド２６は、それ故に、比較的に高温になる。
【００６５】
この実施形態の例において、位置決め管８０は、シール３０により、ボトム５を通って伸びている。シール３０は、流動層の比較的に冷たい“デッド”ゾーンの中に位置している。位置決め管８０は、例えば、固定状態で取り付けられ、あるいは、ボトム５を通って摺動されることが可能である。
【００６６】
位置決め管８０は、通過開口３３を、流動層の粒状物質に対して部分的に閉鎖する（図５参照方）。流動層５１の粒状物質は、燃焼チャンバ５０から、通過開口３３を介して、そして環状のギャップを介して、立ち上がり管２４の中へ流れ込むことが可能である。この環状のギャップは、二重の目的を有している；即ち、一方では、この環状のギャップは、位置決め管８０に対する立ち上がり管２４の熱膨張を可能にし、またもう一方では、この環状のギャップは、通過粒状物質の移送をもたらす。
【００６７】
バイオマスを供給するための供給口１８が、粒状物質のための通過開口３３の上方に位置している。使用の際、供給されたバイオマスは、このようにして、流動層５１の高温のゾーンの中に直ちに送られる。
【００６８】
もちろん、本発明は、以上の図面に示された実施形態に限定されることはない。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能である。例えば、本発明は、バイオマス以外の燃料のために使用されることも可能であり、砂の代わりに適切な粒状物質が使用されても良い。
【図１】
2010520353.tif 000003
【図２】
2010520353.tif 000004
【図３】
2010520353.tif 000005
【図４】
2010520353.tif 000006
【図５】
2010520353.tif 000007
【国際調査報告】
2010520353.tif 000008
2010520353.tif 000009
2010520353.tif 000010