(57)【要約】  材料入口開口部、材料出口開口部、および、その間に延びる酸化領域を有する材料を酸化するための装置を記載し、ここで、装置は、材料がガス化剤によって材料入口開口部から酸化装置（２）を通り材料出口開口部に搬送されるように配置および／または構成されているガス化剤を導入するための少なくとも１つのノズル装置（７、８）を有する。本発明による多段ガス化装置、とりわけ全流ガス化装置は、好ましくは、簡単で保守整備が少なくて済み、スラッギングを防ぐ構造方式を有する個々の構成要素を有し、好ましくは任意にアップスケール可能である。発生した合成ガスは、好ましくは費用のかかるガス精製を行うことなく後のガス利用に使用できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料入口、材料出口、およびその間に延びる酸化領域を有し、固体、液体および気体の材料を有する全流を少なくとも部分的に酸化するための装置であって、
前記装置が、前記全流が前記材料入口から前記酸化領域（２）を通り前記材料出口に気流搬送されるように配置および／または構成されている手段であって、とりわけガス化剤または酸化剤および／または搬送手段を導入するための気体の手段を含む少なくとも１つの装置（７、８）を有する装置。
【請求項２】
前記全流が連続的に搬送される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記全流の搬送が前記材料の少なくとも部分的な酸化と同時に行われる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記全流の搬送および／または前記少なくとも部分的な酸化が、前記ガス化剤または酸化剤によって引き起こされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ガス化剤または酸化剤を前記酸化領域に導入するための少なくとも１つの第１のノズル装置は、とりわけ、前記ガス化剤または酸化剤と前記全流の混合が達成されるように、および／または前記全流の搬送が引き起こされるように、前記材料入口の近傍におよび／または前記材料出口の近傍に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
ベンチュリの原理に従って前記全流の搬送が行われるように、前記酸化領域（２）は前記材料入口の近傍がベンチュリノズルとして構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
流れに影響を及ぼし、前記ガス化剤または酸化剤と前記全流の混合を補助するように構成されている構成要素（１１）を前記酸化領域に有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記全流の搬送が、実質的に前記酸化と独立して行われ、好ましくは、実質的に、体積流量と流動断面の適切な調整、および追加の材料流の導入、好ましくはガス化剤の導入の適切な調整だけによって行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ガス化剤の導入が、少なくとも２つの異なる位置（２−２、２−１２）で、好ましくは搬送路に沿った、および／または酸化装置（２）の周囲に沿った、および／または酸化装置（２）の下流に設けられた還元装置（３）の下部の周囲に沿った少なくとも２つの異なる位置（２−２、２−１２）で、好ましくは噴射により行われる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記固体、気体または液体の成分の流れに影響を及ぼすために、ノズル、好ましくはスワールノズル、とりわけガス化剤を導入または噴射するためのノズルが、前記酸化装置（２）の端部に、および／または前記酸化装置（２）の下流に設けられた還元装置（３）の下部に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
酸化の開始に必要な着火温度および／または着火エネルギーが、前記酸化ゾーンに沿った任意の位置で加熱装置、とりわけ点火装置または燃焼装置によって外部から供給される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記材料入口で熱的に、好ましくは熱分解によって分解された材料が、好ましくは気体、固体、および液体の成分を有する全流として前記酸化装置に導入される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
生成ガスまたは合成ガスもしくは低カロリーガスを発生させるため、前記少なくとも部分的に酸化された全流が、とりわけ直接または分割されずに還元装置（３）に移送されるように、前記酸化装置の材料出口が前記還元装置（３）と連結している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記還元装置から、または下流に設けられた装置部分から、前記酸化装置の上流に設けられた装置部分への生成ガスまたは合成ガスもしくは低カロリーガスの少なくとも部分的な返送が行われる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置の流動断面、とりわけ前記酸化領域の流動断面が、前記材料入口から前記材料出口に向かって一定である、および／または少なくとも部分的に大きくなる、および／または小さくなる、とりわけベンチュリ管として構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が、好ましくはほぼ管状で前記酸化装置の材料入口の前に配置された材料供給部分を有し、前記材料供給部分の流動断面が、前記酸化装置の流動断面より、とりわけ前記酸化装置の材料入口領域の流動断面より大きい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、前記酸化装置の上流に設けられた熱分解装置を有し、前記酸化装置の材料入口に供給される全流が前記熱分解装置から来るように前記装置が構成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記材料流を少なくとも湾曲部または屈曲部で前記酸化装置（２）の延び方向に安定化させるように構成されている少なくとも１つの安定化装置（１１）を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記材料流の速度が、前記材料のガス化剤の導入によって調整可能または制御可能である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記酸化装置の下流に設けられた還元装置（３）が、固体および／または液体の材料成分のための少なくとも１つの材料抑留装置（１０）を有する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記酸化装置の下流に設けられた還元装置（３）から前記酸化装置（２）に固体および／または液体の材料成分を返送するための材料返送装置（９）を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記酸化装置（２）が、前記還元装置（３）から返送された材料成分を送入するための第２の材料入口を有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
材料を熱分解するために熱分解装置（１）にエネルギーを返送する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記材料が、バイオマス、とりわけ炭素含有原料を有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記酸化領域の下流に設けられた還元装置（３）が、前記酸化装置（２）の材料出口開口部に向かって徐々に狭くなっている、好ましくはほぼトランペット状の断面を有する、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記材料流が前記還元装置を通って実質的に垂直に、好ましくは重力に逆らって生じるように、前記酸化領域の下流に設けられた還元装置（３）が、実質的に直立または垂直に配置されている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
安定な浮遊流動する床が、好ましくは追加の床材料を使用することなく前記還元装置（３）内に存在するように、および／または前記材料流の流動速度が前記還元装置の断面で実質的に一定であるように、前記酸化領域（２）の下流に設けられた還元装置（３）がほぼトランペット状に形成されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記酸化領域（２）の下流に設けられた還元装置（３）が、固体、液体または気体の物質を排出するためのオーバーフロー（３２）を有する、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記オーバーフロー（３２）が、前記還元装置の周囲に設けられており、少なくとも１つの下降する排出管を有し、前記材料排出が重量により行われる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記オーバーフロー（３２）が機械的排出システム（３３）を有する、請求項２８または２９に記載の装置。
【請求項３１】
材料入口、材料出口、その間に延びる酸化領域、および還元装置（３）を有する材料を酸化させるための装置、とりわけ請求項１〜３０のいずれか一項に記載の材料を酸化させるための装置であって、前記材料が、前記導入されたガス化剤によって前記材料入口から前記酸化装置（２）を通り前記材料出口まで、およびこれらを通り気流搬送されるように配置および／または構成されている、ガス化剤を導入するための少なくとも１つの装置（７、８）を有し、前記材料出口から流出する材料が前記還元装置（３）に到達するように前記材料出口が還元装置（３）と連結している、材料を酸化させるための装置。
【請求項３２】
燃料材料、とりわけ、例えば、木材チップのようなバイオマスまたは炭素含有原料を可燃性ガスに熱化学的に変換するためのシステム、とりわけ、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の装置を有するシステムであって、
（ｉ）前記燃料材料を、とりわけ固体、液体および気体の材料を有する全流に熱分解するための熱分解装置（１）、
（ｉｉ）前記熱分解装置の下流に設けられた、前記全流を酸化するための酸化装置（２）、とりわけ請求項１〜３１のいずれか一項に記載の酸化装置、および
（ｉｉｉ）前記酸化装置の下流に設けられた還元装置（３）、
を有し、
前記可燃性ガスを発生させるために、前記全流が前記酸化装置（２）から前記還元装置（３）に到達するように構成されている、システム。
【請求項３３】
酸化装置から流出する材料流、とりわけ請求項１〜３０のいずれか一項に記載の酸化装置から流出する全流を還元するための還元装置（３）であって、実質的に浮遊流動する床が形成されるように、前記還元装置の内壁が実質的にトランペット状である、還元装置。
【請求項３４】
酸化装置、とりわけ請求項１〜３１のいずれか一項に記載の酸化装置、または請求項３２に記載のシステムで材料を酸化する方法であって、固体、液体および気体の材料を有する全流を酸化装置の材料入口に導入する工程、前記全流が材料入口から前記酸化装置（２）を通り前記酸化装置の材料出口まで気流搬送されるように、気体の搬送手段、および／または前記材料を少なくとも部分的に酸化させるためのガス化剤もしくは酸化剤を導入する工程を含む方法。
【請求項３５】
前記ガス化剤を導入する前に、熱分解装置（１）内で前記材料を熱分解する工程を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記材料が、前記酸化装置（２）内で実質的に外部エネルギー供給なしで酸化される、請求項３４または３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記搬送手段またはガス化剤を制御して導入することにより、酸化装置（２）内の材料流の速度を調整または制御する工程を含む、態様３４〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
固体および／または液体成分を少なくとも部分的にガス化するために、前記酸化された材料を還元装置（３）内で還元する工程を含む、請求項３４〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記分割されていない全流が、前記酸化装置（２）におよび前記酸化装置（２）を通り、好ましくは前記酸化装置（２）を通り前記還元装置（３）に搬送される、好ましくは気流搬送される、請求項３４〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスまたは炭素含有原料、とりわけ木材チップを可燃性ガス、とりわけ低カロリーガス（Ｓｃｈｗａｃｈｇａｓ）または合成ガスに熱化学的に変換する装置および対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは、とりわけ、バイオマス中に場合によっては存在する水分を除去するために乾燥した後、熱分解によって気体および液体の成分に分解される。熱分解は、とりわけ、好ましくは約２００℃〜７００℃の熱作用下で行われる。バイオマスの燃焼を防止するために、熱分解は適切な雰囲気中で実施される。熱分解は、好ましくは、実質的に空気または酸素を排除して行われる。熱化学分解の最終生成物は、とりわけ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、ＣＨ４のようなガス、液体の油状の成分、揮発性物質、コークス、および／または水蒸気である。
【０００３】
続いて、酸化または部分酸化が行われる。ここで、例えば、空気、水蒸気、二酸化炭素および／または酸素のようなガス化剤の導入によって、全流（Ｖｏｌｌｓｔｒｏｍｓ）の、好ましくは熱分解生成物の分割されていない材料流の、このプロセス工程まで固体および液体である成分も同様に少なくとも部分的に気体の形態に変えられる。部分酸化プロセスは、好ましくは、約８００°〜２０００°、好ましくは約１０００°〜１３００℃の温度範囲で行われ、このような温度は、例えば、タールのような熱分解で生成した物質の一部を分解またはクラッキングすることができる。
【０００４】
その後、還元が行われる。還元では、とりわけ、酸化によって生成した物質が反応する。好ましくは、酸化によって最初は高い温度が生じるが、それは、とりわけ、進行する酸化還元反応の吸熱性のため低下する。
【０００５】
それに続いて、生成したガスは、適切な冷却と、場合によっては行われるエネルギー回収区間および精製区間の後、熱機関の運転などに使用できる。あるいはまたは更に、生成したガスを他の改質プロセスに、例えば、バイオ燃料を製造するために供給してもよく、または、例えば、燃料電池に使用してもよい。
【０００６】
この分野の最初の開発に基いて、更なる開発が数多く行われたが、それらは実質的に全てバイオマスの利用を目標にした。以下に既知の方法を簡潔に記載する。
【０００７】
例えば、独国特許出願公開第Ａ−４４１３９２３号明細書に記載されているような流動層ガス化は、とりわけ、多量の原料を効率的に変換できることを特徴とする。しかし、この方法の基礎となっている迅速な熱分解のため、生成ガス中のタール濃度が高くなり過ぎる。それによって費用のかかるガス精製が必要となり、それによって経済的な運転は大きい装置でも非常に困難になる。
【０００８】
例えば、欧州特許出願公開第Ａ−１２０３８０２号明細書、独国実用新案出願公開第Ｕ−２０２００４０１１２１３号明細書、独国特許出願公開第Ａ−１００３０７７８号明細書または国際公開第９４２６８４９号パンフレットに記載されているように、一段並行流または対向流ガス化装置で行われる固定床ガス化装置の方法は、とりわけ、その簡単な構造方式を特徴とする。しかし、固定床ガス化は、制御性、装置サイズ、ガスの純度、およびまた原料の融通性に関して非常に制限されている。更に、燃料中の灰含有量が低いときでも、例えば、火格子によって形成される固定床支持部材（Ｆｅｓｔｂｅｔｔａｕｆｌａｇｅ）の領域で高いスラッギングのリスク（Ｖｅｒｓｃｈｌａｃｋｕｎｇｓｒｉｓｉｋｏ）が生じる。
【０００９】
例えば、国際公開第２００５０４７４３６号パンフレットおよび独国特許出願公開第Ａ−３３４６１０５号明細書に記載されているような一段対向流ガス化の場合、更に、流動層ガス化の場合と同様に高濃度の凝縮残留物が生成ガス中に含有される。更に、酸化ゾーンへの空気の導入は、とりわけ比較的大きい装置では困難である。
【００１０】
多段ガス化の概念では、熱化学的変換、即ち、乾燥、熱分解、酸化および還元の個々のプロセス工程を空間的に互いに分離することができる。その場合、熱分解装置の仕様はさほど重要ではなく、例えば、独国特許出願公開第Ａ−３１２６０４９号明細書に記載されているような実証された方法に従って行われる。
【００１１】
国際公開第０２５０２１４号パンフレットおよび特開２００３−２５３２７４に記載されているように、固体流は、熱分解後、ガス流と分離して処理される。それによって、固体フラクションから非常に純粋な合成ガスが得られる可能性が生じる。しかし、その場合、熱分解ガスフラクション、とりわけ気体成分を含む熱分解ガスフラクション、並びに熱分解時に発生するタールまたは凝縮物フラクション（これは投入物流の最大８０％までである）を、一部しか効率的に利用することができない。第２の物質流のための追加の利用装置が更に必要である。例えば、国際公開第９９２１９４０号パンフレット、国際公開第０１６８７８９号パンフレットおよび国際公開第０００６６７１号パンフレットに記載されているような、物質流を分割した後に物質流を再び合流させる方法も同様に既知であるが、この方法工程には費用のかかる操作装置が必要である。どちらの場合も、方法の中心的構成要素が複雑化し、実質的にコストが上昇する。
【００１２】
更に、固体、液体および気体の成分を含む熱分解プロセスからの全流が部分的に酸化された後、全流が、熱分解コークスからなる固体床などを通り、そのとき床材料に還元作用を及ぼす方法が既知である。独国特許出願公開第Ａ−１９８４６８０５号明細書、国際公開第０１１４５０２号パンフレットおよび国際公開第０１８３６４５号パンフレットは、例えば、このような手法を記載している。この方法は、空間的に分離された部分酸化によって、高いガス品質と同時に高い原料融通性、高い効率および比較的低い装置費用を可能にする。この方法の本質的な問題点は、出版物「Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅｄ  ｆｉｘｅｄ−ｂｅｄ  ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｐｌａｎｔｓ」（Ｈｕｂｅｒ  Ｍ．、Ｋｒｅｕｔｎｅｒ  Ｇ．著、Ｂｅｒｌｉｎ  ２００７）に記載されているように、固定床中で生じる圧力損失により出力が制限されることであり、そのため、１ＭＷを超えるガス出力の範囲の装置の実現は不可能に思われる。一段固定床ガス化装置の場合と同様に、更に、固定床領域でのスラッギングのため、この方法の確実な長時間運転が困難になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、バイオマスまたは炭素含有原料をガス化するための改善された装置および対応する方法を提供することである。この課題は、特許請求の範囲の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
あるいは、または更に、課題は次の本発明の態様によって解決される。
【００１５】
１．材料入口、材料出口、およびその間に延びる酸化領域を有する、固体、液体および気体の材料を有する全流を少なくとも部分的に酸化するための装置であって、装置は、全流が材料入口から酸化領域を通り材料出口に気流搬送されるように配置および／または構成されている、気体の手段、とりわけガス化剤もしくは酸化剤および／または搬送手段を導入するための少なくとも１つの装置を有する。好ましくは、装置は、正確に１つの材料入口および／または正確に１つの材料出口を有する。更に好ましくは、少なくとも部分的に酸化された全流は正確に１つの材料出口を通って流れる。
【００１６】
２．全流が連続的に搬送される、態様１による装置。
【００１７】
３．全流の搬送が、材料の少なくとも部分的な酸化と同時に行われる、態様１または２による装置。
【００１８】
４．全流の搬送および／または少なくとも部分的な酸化がガス化剤または酸化剤によって引き起こされる、態様１、２または３の１つによる装置。
【００１９】
５．ガス化剤または酸化剤を酸化領域に導入するための少なくとも１つの第１のノズル装置は、とりわけ、ガス化剤または酸化剤と全流の混合が達成されるように、および／または全流の搬送が引き起こされるように、材料入口の近傍および／または材料出口の近傍に配置されている、前述の態様の１つによる装置。
【００２０】
６．ベンチュリの原理に従って全流の搬送が行われるように、酸化領域は材料入口の近傍がベンチュリノズルとして構成されている、前述の態様の１つによる装置。
【００２１】
７．流れに影響を及ぼし、ガス化剤または酸化剤と全流の混合を補助するように構成されている構成要素（Ｅｉｎｂａｕｔｅｎ）を酸化領域に有する、前述の態様の１つによる装置。
【００２２】
８．全流の搬送が実質的に酸化と独立して行われ、好ましくは、実質的に、体積流量（Ｖｏｌｕｍｅｎｓｔｒｏｍ）と流動断面の適切な調整、および追加の材料流、好ましくはガス化剤の導入の調整だけによって行われる、前述の態様の１つによる装置。
【００２３】
９．ガス化剤の導入が、少なくとも２つの異なる位置で、好ましくは搬送路に沿った、および／または酸化装置の周囲に沿った、および／または酸化装置の下流に設けられた還元装置の下部の周囲に沿った少なくとも２つの異なる位置で、好ましくは噴射により行われる、前述の態様の１つによる装置。
【００２４】
１０．固体、気体または液体の成分の流れに影響を及ぼすために、ノズル、好ましくはスワールノズル（Ｄｒａｌｌｄｕｅｓｅｎ）、とりわけガス化剤を導入または噴射するためのノズルが、酸化装置の端部に、および／または酸化装置の下流に設けられた還元装置の下部に設けられている、前述の態様の１つによる装置。
【００２５】
１１．酸化の開始に必要な着火温度および／または着火エネルギーが、酸化ゾーンに沿った任意の位置で加熱装置、とりわけ点火装置または燃焼装置によって外部から供給される、前述の態様の１つによる装置。
【００２６】
１２．材料入口で熱的に、好ましくは熱分解によって分解された材料が、好ましくは気体、固体、および液体の成分を有する全流として酸化装置に導入される、前述の態様の１つによる装置。
【００２７】
１３．生成ガスまたは合成ガスもしくは低カロリーガスを発生させるために、少なくとも部分的に酸化された全流が、とりわけ直接または分割されずに還元装置に移送されるように、酸化装置の材料出口が還元装置と連結している、前述の態様の１つによる装置。
【００２８】
１４．還元装置からまたは下流に設けられた装置部分から、酸化装置の上流に設けられた装置部分への生成ガスまたは合成ガスもしくは低カロリーガスの少なくとも部分的な返送が行われる、態様１３による装置。
【００２９】
１５．装置の流動断面、とりわけ酸化領域の流動断面が、材料入口から材料出口に向かって一定である、および／または少なくとも部分的に大きくなる、および／または小さくなる、とりわけベンチュリ管として構成されている、前述の態様の１つによる装置。
【００３０】
１６．装置が、好ましくはほぼ管状で酸化装置の材料入口の前に配置された材料供給部分を有し、材料供給部分の流動断面が、酸化装置の流動断面より、とりわけ酸化装置の材料入口領域の流動断面より大きい、前述の態様の１つによる装置。
【００３１】
１７．装置が、酸化装置の上流に設けられた熱分解装置を有し、酸化装置の材料入口に供給される全流が熱分解装置から来るように装置が構成されている、前述の態様の１つによる装置。
【００３２】
１８．材料流を少なくとも湾曲部または屈曲部で、酸化装置の延び方向（Ｖｅｒｌａｕｆｓｒｉｃｈｔｕｎｇ）に安定化させるように構成されている少なくとも１つの安定化装置を有する、前述の態様の１つによる装置。
【００３３】
１９．材料流の速度が材料のガス化剤の導入によって調整可能または制御可能である、前述の態様の１つによる装置。
【００３４】
２０．酸化装置の下流に設けられた還元装置が、固体および／または液体の材料成分のための少なくとも１つの材料抑留装置を有する、前述の態様の１つによる装置。
【００３５】
２１．酸化装置の下流に設けられた還元装置から酸化装置に固体および／または液体の材料成分を返送するための材料返送装置を有する、前述の態様の１つによる装置。
【００３６】
２２．酸化装置が、還元装置から返送される材料成分を送入するための第２の材料入口を有する、態様２１による装置。
【００３７】
２３．材料を熱分解するために熱分解装置にエネルギーを返送する、前述の態様の１つによる装置。
【００３８】
２４．材料が、バイオマス、とりわけ炭素含有原料を有する、前述の態様の１つによる装置。
【００３９】
２５．酸化領域の下流に設けられた還元装置が、酸化装置の材料出口開口部に向かって徐々に狭くなっている、好ましくはほぼトランペット状の断面を有する、態様１〜２４の１つによる装置。
【００４０】
２６．材料流が還元装置を通って実質的に垂直に、好ましくは重力に逆らって生じるように、酸化領域の下流に設けられた還元装置が、実質的に直立または垂直に配置されている、前述の態様の１つによる装置。
【００４１】
２７．安定な浮遊流動する床が、好ましくは追加の床材料を使用することなく還元装置内に存在するように、および／または材料流の流動速度が還元装置の断面で実質的に一定であるように、酸化領域の下流に設けられた還元装置がほぼトランペット状に形成されている、前述の態様の１つによる装置。
【００４２】
２８．酸化領域の下流に設けられた還元領域が、固体、液体または気体の物質を排出するためのオーバーフローを有する、前述の態様の１つによる装置。
【００４３】
２９．オーバーフローが、還元装置の周囲に設けられており、少なくとも１つの下降する排出管を有し、材料排出が重量により行われる、態様２８による装置。
【００４４】
３０．オーバーフローが機械的排出システムを有する、態様２８および２９による装置。
【００４５】
３１．材料入口、材料出口、その間に延びる酸化領域、および還元装置を有する、材料を酸化させるための装置、とりわけ態様１〜３０の１つによる材料を酸化させるための装置であって、材料が、導入されるガス化剤によって材料入口から酸化装置を通り材料出口に、およびこれらを通り気流搬送されるように配置および／または構成されている、ガス化剤を導入するための少なくとも１つの装置を有し、材料出口から流出する材料が還元装置に到達するように材料出口が還元装置と連結している、材料を酸化させるための装置。
【００４６】
３２．燃料材料、とりわけ、例えば、木材チップのようなバイオマスまたは炭素含有原料を可燃性ガスに熱化学的に変換するためのシステム、とりわけ、態様１〜３１の１つによる装置を有するシステムであって、
（ｉ）燃料材料を、とりわけ固体、液体および気体の材料を有する全流に熱分解するための熱分解装置、
（ｉｉ）熱分解装置の下流に設けられた、全流を酸化するための酸化装置、とりわけ態様１〜３１の１つによる酸化装置、および
（ｉｉｉ）酸化装置の下流に設けられた還元装置、
を有し、
可燃性ガスを発生させるために全流が酸化装置から還元装置に到達するように構成されている、システム。
【００４７】
３３．酸化装置から流出する材料流、とりわけ態様１〜３０の１つによる酸化装置から流出する全流を還元するための還元装置であって、実質的に浮遊流動する床が形成されるように、還元装置の内壁が実質的にトランペット状である、還元装置。
【００４８】
３４．酸化装置、とりわけ態様１〜３１の１つによる酸化装置、または態様３２によるシステムで材料を酸化する方法であって、固体、液体および気体の材料を有する全流を酸化装置の材料入口に導入する工程、全流が材料入口から酸化装置を通り酸化装置の材料出口まで気流搬送されるように、気体の搬送手段、および／または材料を少なくとも部分的に酸化させるためのガス化剤または酸化剤を導入する工程を含む方法。
【００４９】
３５．ガス化剤を導入する前に、熱分解装置内で材料を熱分解する工程を含む、態様３４による方法。
【００５０】
３６．材料が、酸化装置内で実質的に外部エネルギー供給なしで酸化される、態様３４または３５の１つによる方法。
【００５１】
３７．搬送手段またはガス化剤を制御して導入することにより、酸化装置内の材料流の速度を調整または制御する工程を含む、態様３４〜３６の１つによる方法。
【００５２】
３８．固体および／または液体成分を少なくとも部分的にガス化するために、酸化された材料を還元装置内で還元する工程を含む、態様３４〜３７の１つによる方法。
【００５３】
３９．分割されていない全流が、酸化装置におよび酸化装置を通り、好ましくは酸化装置を通り還元装置に搬送される、好ましくは気流搬送される、態様３４〜３８の１つによる方法。
【００５４】
本発明による多段ガス化装置、とりわけ全流ガス化装置は、好ましくは、簡単で、保守整備が少なくて済み、スラッギングを防ぐ（ｖｅｒｓｃｈｌａｃｋｕｎｇｓｓｉｃｈｅｒｅｎ）構造方式を有する個々の構成要素を有する。更に、それは、好ましくは１ＭＷ未満のガス出力の装置サイズに限定されるのではなく、とりわけサイズまたは出力に関して制限されるのではなく任意にアップスケール可能である。以下で生成ガス、低カロリーガスまたは合成ガスとも記載される発生した可燃性ガスは、好ましくは、費用のかかるガス精製を行うことなく、後のガス利用に使用することができる。低カロリーガスは、とりわけ、低い発熱量、例えば、８．５ＭＪ／Ｎｍ２未満の発熱量を有するガス混合物である。好ましくは、多段法により、様々なサイズの原料も効率的に合成ガスに処理することができる。
【００５５】
本発明は、熱分解から得られる全流、即ち、とりわけ固体、液体および気体の成分を有する分割されていない材料流を、ガス化剤または酸化剤の導入により酸化装置内で少なくとも部分的に酸化するという基本的考えに基づいている。ここで、とりわけ酸化に伴う全流の体積膨張および／または圧力および／または導入されたガス化剤の速度によって、好ましくは気体材料の他に液体および固体の材料も、とりわけ全流が、とりわけ分割されていない全流が、好ましくは材料入口開口部から酸化装置の材料出口開口部の方向に、好ましくはこれらを通り搬送される。好ましくは、全流は、熱分解装置から酸化装置を経て還元装置の方向に搬送される。搬送または前述の気流搬送は、好ましくは、材料入口と材料出口との間に延びる軸に沿って行われる。この軸は、好ましくは、酸化装置またはその内壁によって画定される。搬送は、好ましくは実質的に連続的に行われる。流れの搬送は、従って、酸化区間に沿って、実質的に酸化と同時に、好ましくは酸化剤またはガス化剤によって行われる。材料の搬送は、更に好ましくは反応とは独立して、および、好ましくは熱分解装置から酸化装置への移行部で流動断面が狭くなることによって、並びに、あるいはまたは更に、追加の材料流の導入により、好ましくはガス化剤の導入により行われる。ガス化剤の導入は、好ましくは、熱分解または酸化装置内で支配的な圧力を超える圧力で、および、０ｍ／ｓより大きい速度で行われる。ガス化剤としては、好ましくは、例えば、空気、水蒸気、二酸化炭素および／または酸素のような気体が使用される。好ましくは、少なくとも部分的に原動機の排気ガス中に含有されるＣＯ２をガス化剤として使用することができる。導入された搬送手段は、全流に、好ましくは酸化、還元および／または不活性作用を及ぼす。
【００５６】
ここで、全流の体積流量が流通する熱分解装置の流動断面は、好ましくは、酸化装置の流動断面より大きいかまたは同じである。熱分解装置から酸化装置への全流の導入は、好ましくは、重力場に基づいて、実質的に上から行われる。
【００５７】
好ましくは、酸化装置内にまたは酸化装置の表面に、ガス化剤を導入するための複数のノズル装置が配置されている。ガス化剤を導入するためのこのような装置は、好ましくは、搬送路または酸化装置の長さに沿って、および／または、搬送路または酸化装置の断面に沿って配置されている。ノズル装置によって導入されるガス化剤および熱分解からの全流の混合は、流体工学的構成要素で改善することができるが、好ましくは１つまたは複数のノズル装置の特別な配置または構成によって行われる。
【００５８】
そのように、ガス化剤を１つまたは複数の噴射ノズルまたはスワールノズルで酸化装置に供給することが有利である。とりわけ、スワールノズルで供給することによって酸化領域内で乱流が発生し、それによってガス化剤と全流の混合が改善される。更にまたはあるいは、別の流体工学的構成要素、例えば、障害物、酸化装置の断面の変化、（断面の形状および／またはサイズ）も、ガス化剤と全流の混合を改善することができる。
【００５９】
とりわけ、酸化装置はベンチュリの原理に従って、好ましくはベンチュリノズルまたはベンチュリ管として構成されていてもよい。例えば、直径が最小の位置で一体化しているか、または互いに移行している２つの対向する円錐（Ｋｏｎｉｉ）の断面の狭くなっている箇所を有する管部分を形成することができる。
【００６０】
好ましくは、とりわけ、熱分解装置から来る流れの中にある比較的粒度の大きい固体が流出する時、搬送区間に沿った、即ち、酸化装置の材料入口と材料出口との間に延びる少なくとも１つの軸に沿った、および／または酸化装置の周囲に沿った複数の位置でガス化剤を酸化装置に導入する。好ましい実施形態によれば、軸は、互いに角度をなすように向きが調整されている少なくとも１つの、好ましくは２、３またはそれより多くの軸部分を有する。特に好ましくは、酸化装置内のまたは酸化装置からの全流の速度は、それが実質的に一定であり、全流の気流搬送が保証されるように制御または調整される。
【００６１】
気流搬送は、好ましくは、酸化剤の導入によって行われる。即ち、酸化剤は、２つの役目を果たす、即ち、全流の酸化と搬送を行う。しかし、有利な気流搬送は、別のガスよって達成されてもよい、即ち、酸化剤の役割をしないガスによって達成されてもよい。そのように、更に好ましくは、例えば、酸化剤として適していないガスが、これによって全流が気流搬送されるように導入される。ここで、好ましくは、加えられる酸化剤の量は比較的少ないが、その理由は、酸化剤が酸化の他に気流搬送には使用されないか、または部分的にしか、もしくは僅かしか使用されないからである。
【００６２】
好ましい実施形態によれば、装置は、酸化区間の入口に、即ち、酸化区間の材料入口の領域に１つの（第１の）ノズル装置を有し、および／または、酸化区間の出口に、即ち、酸化区間の材料出口の領域に１つの（第２の）ノズル装置を有する。
【００６３】
好ましくは、第１のノズル装置、好ましくは酸化区間または酸化装置の入口に配置された第１のノズル装置は、材料流を搬送するために、とりわけ気流搬送するためにガス化剤または酸化剤を導入するのに役立つ。好ましくは、第１のノズル装置で導入されたガス化剤または酸化剤は、更に、対応する材料流成分の、とりわけ全流の酸化に役立つ。酸化区間の端部に、または、還元装置の下部、即ち、酸化装置の方を向いた部分に１つの（第２の）ノズル装置を備えると、とりわけ、酸化区間に沿った圧力損失の防止または減少に、および／または、出力調整に有利であることが分かる。好ましくは、とりわけ、第１のノズル装置で実質的に搬送または気流搬送が確実に行われる。例えば、材料出口の領域に少なくとも１つの第２のノズル装置を任意に備えると、とりわけ出力調整に、とりわけ他にまたは別の燃料を使用する場合の出力調整に役立つか、または流動床の安定化に役立つ。材料は、好ましくは、とりわけ酸化装置に沿って連続的に搬送される。とりわけ本発明による装置は、材料または全流の強制搬送または所定の搬送を引き起こす。ここで、好ましくは全流の最適な混合は、とりわけノズル装置の前述の配置によって行われる。
【００６４】
複数のノズルを含むことができる第２のノズル装置は、好ましくは、（１つ以上の）ノズルの流れ方向が実質的に材料流の流れ方向に対応するように配置されている。好ましくは、複数のノズルは、材料流の周囲に、即ち、全流搬送軸の周囲に対称に配置されている。別の好ましい実施形態によれば、ノズルの流れ方向と材料流との間に、即ち、搬送軸に沿って鋭角から直角までの、即ち、０≦α≦９０°の角度が存在してもよい。更にまたはあるいは、材料搬送または搬送軸に沿って渦流の発生が起こるように、ノズルまたはノズルの一部の向きを調整してもよい。例えば、ノズルの流れ方向は、接線成分が、材料流の流れ方向に垂直な回転運動（Ｄｒａｌｌ）または半径方向の渦流の発生を引き起こすように向きが調整されていてもよい。
【００６５】
本発明によれば、酸化は、少なくとも一段で行われる。好ましい実施形態によれば、酸化は２段または多段で行われる。本発明による装置および／または本発明による方法は、これに加えて、当業者に周知のように、適切に適応させることができる。例えば、一列におよび／または平行に接続された複数の装置または複数の酸化領域を有する１つの装置を備えることによってである。
【００６６】
好ましくは、酸化は、装置の最初の始動または運転開始時にひとりでに行われるが、この場合、自己着火のために、とりわけ、特定の温度の存在が必要である。あるいはまたは更に、点火火花などの導入によって着火を行うか、または補助することができる。全流と酸化剤の組成、およびそれらの比によっては、後の連続的酸化のために、初期点火または始動点火、即ち、酸化の開始時の短時間のエネルギー供給で十分な場合がある。しかし、外部エネルギーの連続的供給下でのみ連続的酸化が進行することが好ましい場合もある。
【００６７】
従って、酸化装置は、好ましくは、以下で加熱装置、点火装置または燃焼装置としても記載される必要なエネルギーを導入するための装置を有する。加熱装置の例としては、熱風ノズル、ガスバーナー、ラジエントヒーター（Ｈｅｉｚｓｔｒａｈｌｅｒ）、予熱プラグまたは点火プラグ、点火ピン（Ｚｕｅｎｄｓｔｉｆｔｅ）などがある。使用される原料または酸化装置に供給される全流の組成に応じて、加熱装置は、酸化プロセスを維持するため、前述のように、単に点火の補助として、即ち、酸化装置の運転開始時に短時間使用することができるか、または連続的にエネルギーを供給することができる。更に、例えば、持続運転中に原料組成および／またはガス組成が変わるとき、エネルギー供給のために要求に応じて常に加熱装置を使用することができる。
【００６８】
とりわけ、加熱装置は、同時に一方ではバーナーとして、および／または他方では酸化剤を供給するためのノズルとして構成されているバーナーノズルとして構成されていてもよい。例えば、バーナーノズルによって供給される可燃性ガス混合物、例えば、ＣＨ４＋Ｏ２を含有する可燃性ガス混合物は、加熱のための燃料ガスとして役立つ。酸化プロセスが、例えば、初期点火後に、エネルギーの追加供給なしで起こるとき、例えば、酸化剤だけを、例えば、Ｏ２を含有する酸化剤だけを、バーナーノズルで酸化装置に導入することができる。あるいは、バーナーノズルで好ましくは両方の機能を同時に果たす。
【００６９】
好ましい実施形態によれば、酸化の始動点火のために、例えば、プロパン、メタン、または、再循環管で還元装置または下流に設けられたガス精製装置から、しかし好ましくは第１の精製工程から返送され得る合成ガス／低カロリーガスの導入により混合物の濃縮が行われる。
【００７０】
酸化装置から流出する材料、即ち、好ましくは全流が、好ましくは直接還元装置に到達するように、還元装置は好ましくは酸化装置の出口開口部に配置されている。特に好ましくは、予め酸化されたまたは酸化装置から流出する材料、または酸化装置の生成物は、還元装置内で、とりわけ還元ゾーンで還元する。還元装置内で、好ましくは酸化還元反応、とりわけ気体と固体との間の酸化還元反応が進行する。
【００７１】
還元装置は、好ましくは酸化装置の出口開口部に向かって徐々に狭くなる断面を有する。好ましくは、断面は、還元される材料、およびとりわけ材料流中に存在する固体および／または液体の材料が実質的に浮遊流動し、還元されるようになっている。好ましくは、還元装置、および、とりわけ還元装置の断面または流動断面は、好ましくは安定な、更に好ましくは浮遊流動する床が形成されるように構成されている。ここで、床または流動床は、とりわけ、材料流または全流中に含有される固体または固体粒子を含む。材料流または全流中に含有されるガスまたは気体成分は、好ましくは還元装置に沿って流れ、ここで、好ましくは固体床は浮遊流動し安定である。あるいはまたは更に、還元装置は、還元装置の断面で、好ましくは気体成分のみの実質的に一様な材料流動または材料流動速度が達成されるように構成されている。
【００７２】
好ましくは、還元装置の流動断面は、とりわけ上記の特徴を可能にするため、少なくとも部分的に材料出口の方向に広がるトランペットの形状、とりわけ流れ方向にトランペット状に開いている内面を有する。このようなトランペット状の開いている出口ポート（Ａｕｓｇａｎｇｓｍｕｅｎｄｕｎｇ）の利点は、とりわけ、例えば、床の安定性および／または浮遊流動に悪影響を及ぼす可能性がある渦流に繋がる制御が困難な内面の剥離ゾーンが回避されることである。このような特別に形成された形状またはこのような流動断面で、とりわけ、気体の媒体が、内面を実質的にスムーズに、剥離なく流動することが確実になる。還元装置またはそのトランペット状の部分は、好ましくは出口開口部を有する屋根形または蓋形の部分を有する。
【００７３】
「トランペット状」の概念は、様々な、必ずしも円形だけではない開口部を包含することに留意されたい。とりわけ、「トランペット状」の概念は、トランペットの漏斗状の部分と類似の形状を有する回転対称の円錐形に関する。とりわけ、流動断面が全体としてポート縁部（Ｍｕｅｎｄｕｎｇｓｋａｎｔｅ）の出口の方に向かって常に大きくなることが重要であり、円錐台状の出口ポートの形態の「直線的」拡大は、必ずしも所望の結果をもたらさない。直線的拡大は、例えば、一次関数で表すことができる：ｙ＝ａｘ±ｂ、ここで、この関数は単に、好ましくは実質的に回転対称の物体の断面図における側部内壁の延びを表し、座標系の原点は還元装置、従ってトランペット形状の入口端部または下端（図１の表示３を参照）に置かれ、ｙ軸は搬送方向に、好ましくは垂直方向に上向きに延び（還元装置の高さ）、ｘ軸は水平に延び、従って特定の位置ｙにおける還元装置の半径または直径のサイズを表す。内壁の傾きが搬送路に沿って入口端部から出口端部まで連続的におよび／または不連続に変化する広がりが特に有利である。例えば、下部または入口端部の内壁の傾きは、還元装置の上部または出口端部の内壁の傾きと異なっている（即ち、傾きは、例えば、一次関数の場合のように一定ではない）。とりわけ、還元装置の入口端部の方が傾きが大きく（例えば、前述の向きによれば、ほぼ垂直である）、還元装置の出口端部の方が傾きが小さい（例えば、水平に近い）、トランペット状の内面が有利である。
【００７４】
更に、内面の傾きが端部間で、好ましくは下端と上端との間で、好ましくは連続的に、例えば、下から上にますます平坦になるのが有利な場合がある。数学的には、このような延び（Ｖｅｒｌａｅｕｆｅ）は、例えば、ａ／ｘ（ｙ＝ａ／ｘ）の関数またはａｙ３（ｘ＝ａｙ３）の関数で表すことができ、これらの例示的関数では両方とも、座標原点を還元装置の上端または後端に置くことができる。図１にｘ軸とｙ軸を例示する。
【００７５】
とりわけ、一次関数およびａ／ｘの範囲内の内面形状を表すどの関数も考えられる。換言すれば、内面の傾きは、下（入口）から上（出口）の方に小さく（平坦に）なるべきであるが、好ましくはあまり極端ではない。内面の傾きの連続的減少（下から上への）には、上に向かう過程で内面がますます流動床のための「支持面」を提供するという利点があり、流動床は一方ではガス流によって上方への力を受け、他方では重力によって下方への力を受ける。従って、内面の付形と、垂直方向の流動速度の組み合わせにより、流動床の位置および／または高さまたは厚さに影響を及ぼすことができるか、またはそれらを画定することができる。
【００７６】
更に、内面の形状が好ましくは所与の原料および流動速度に適応するように、異なる原料に対して還元装置が異なる形状または断面延びを有することが特に有利であることが分かった。更に、還元装置の上端に、即ち、トランペット状の広がりの後に円筒状のキャップを設けてもよい。
【００７７】
上記の特徴は、好ましくは、例えば、体積流量またはガス流の膨張と還元装置の流れ方向に広がる断面の調整によって生じる。好ましくは、還元装置の断面は流れ方向にほぼトランペット状に広がる。それによって、好ましくは還元ゾーンで渦流の発生が実質的に回避される。有利には、本発明による形態は、とりわけ、渦流の発生がない一様な速度減少、従って好ましくは浮遊流動する一様で密度の高い床を可能にする。
【００７８】
同様に、このような構造方式のため、床材料が外壁で更に支持され、それによって圧力損失が減少する。
【００７９】
還元装置では、還元装置の出口で、ある一定のガス純度を達成するため、好ましくは固体または液体の物質は、ある一定の材料粒度まで、好ましくは機械的抑留システムで抑留される。抑留システムは任意であり、好ましくは慣性力抑留システム（Ｍａｓｓｅｎｋｒａｆｔｒｕｅｃｋｈａｌｔｓｙｓｔｅｍ）として構成されている。
【００８０】
還元装置内のレベル調整のため、これは、還元装置から固体、とりわけ灰および異物を除去するために、好ましくは重量による排出システムまたはオーバーフローを備えていてもよい。排出システムは、還元装置の周囲に好ましくは環状に、少なくともところどころに配置されている。排出システムは、還元ゾーンに沿ったどの位置に設けられていてもよく、しかし好ましくは還元ゾーンの、好ましくはトランペット状の断面の広がりの端部に設けられていてもよい。排出された固体は、そのように、システムに返送されるかまたはシステムから分離除去される。
【００８１】
本発明は、従来の固定床ガス化装置および分流ガス化装置（Ｔｅｉｌｓｔｒｏｍｖｅｒｇａｓｅｒｎ）と比較して、ガス化装置の実質的単純化が可能である。とりわけ、還元装置に熱分解物を気流搬送すると同時に部分酸化を行うことによって、熱分解からのタールの減少、後の還元に必要なエネルギーの供給、熱分解からの、および慣性力抑留システムによるガス化されかなった成分の抑留からの全ての生成物を全て更に搬送すること（Ｗｅｉｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ）が可能になる。従って、不利な固定床の圧力損失がなく、同時に効率がよく、スラッギングを防ぐ、全流に還元作用をするガス化床が可能になる。火格子および／または類似物および／または追加の床材料（ケイ砂および／または類似物など）のような機械的構成要素は、もはや必ずしも必要ではない。同様に、熱分解後、物質流分離のために必要な操作装置がなくて済む。高温領域（酸化ゾーン）は、非常に制限される；更に、単純な構造方法によって原価および保守整備費用が削減される。本方法および装置は、とりわけガス化のための主構成要素を技術的に簡単に実現すること、ガス精製の前に既に高いガス品質を得ること、高いスラッギング防止性、および／または高い効率を可能にする。
【００８２】
以下で、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】多段全流ガス化装置の本発明による実施形態を示す図である。
【図２】固体返送部を有する多段全流ガス化装置の本発明による実施形態を示す図である。
【図３】固体抑留システムを有する、還元装置を有する多段全流ガス化装置の本発明による実施形態を示す図である。
【図４】流れ安定化装置を有する酸化装置を有する多段全流ガス化装置の本発明による実施形態を示す図である。
【図５】固体排出システムを有する還元装置を有する多段全流ガス化装置の本発明による実施形態を示す図である。
【図６】還元装置から望ましくない材料を除去するための排出装置の平面図である。
【図７】本発明による方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００８４】
図１は、本発明による多段全流ガス化装置の好ましい実施形態を示す。バイオマスまたは炭素含有原料のようなガス化される材料が、熱分解装置１に供給される。これは、好ましくは、無軸スクリューコンベヤシステムで行われる。熱分解装置は、好ましくは、直立または垂直に配置されており、実質的に垂直な傾斜型スクリューコンベヤ（Ｓｔｅｉｇｓｃｈｎｅｃｋｅ）４を有する。熱分解物またはガス化される材料は、好ましくは無軸の、実質的に垂直に配置されたスクリューコンベヤ（Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）４で吐出口５に運ばれる。好ましくは、熱分解は、間接加熱乾留または自己熱乾留として、即ち、外部エネルギー供給でまたは外部エネルギー供給なしで行われる。
【００８５】
好ましくは、熱分解装置１への熱の導入は高温ガスで行われる。好ましくは、高温ガスは、少なくとも１つのガスノズル６で熱分解装置１に導入される。このようなガスは、好ましくは、材料または供給原料に還元、酸化、および／または不活性作用をする。
【００８６】
高温ガスを噴射する代わりに、自己熱熱分解では、所定量の酸化剤、好ましくは空気または酸素の導入を行う。従って、熱分解される材料のある一部で燃焼反応が行われ、それから残りの材料の熱分解に必要な熱が得られる。
【００８７】
熱分解装置１に導入される熱は、従って、外部で発生されてもよく、または全流ガス化装置の別のプロセス工程から返送されてもよい。熱分解装置１内で、ガス化される材料の自己熱乾留または間接加熱乾留が確実に行われる。即ち、燃焼は、好ましくは適切な雰囲気によって防止される。
【００８８】
本明細書に記載されている熱分解装置１は、本発明をより十分に理解するために示される有利で好ましい実施形態である。その代わりに別の既知の熱分解装置または方法を使用することができる。
【００８９】
好ましくは、原料またはバイオマスが熱分解装置に導入される。熱分解装置１内で発生する材料流、とりわけ、固体、液体、および気体の成分を有する全流は、熱分解装置から流出し、酸化装置２に、好ましくは分割されずに供給される。
【００９０】
熱分解装置を流通した材料は、排出口５を経て酸化装置２に到達する。図示されている好ましい実施形態では、熱分解された材料は、重量により乾留ガスと一緒に全流中で酸化装置２内に到達する。好ましくは、熱分解装置から来る材料は、他の措置を用いることなく、排出口５を経て酸化装置２まで下降する。任意の措置で、例えば、実質的に熱分解装置１の後に配置される粉砕機で、熱分解装置１と酸化装置２との間の、および酸化装置を通る材料流を確実にしてもよいか
、またはその材料流に影響を及ぼしてもよい。
【００９１】
熱分解装置１から流出するおよび／または酸化装置に導入される全流は、固体、液体、および気体の成分を有する。
【００９２】
本発明による酸化装置２では、ガス化剤が全流に導入される。好ましくは、ガス化剤は、少なくとも１つのノズル装置７、８で全流に導入される。ノズル装置７、８は、好ましくは、ガス化剤の導入によって材料が実質的に酸化装置２の材料入口から酸化ゾーンを通り材料出口開口部に搬送されるように、酸化装置２に配置されている。好ましくは、材料は、導入されるガス化剤の速度、圧力、および／または方向により、および／または、酸化に伴うガス化剤の体積増加により搬送される。導入されたガス化剤は、好ましくは、全流の少なくとも一部を膨張させ、それによって圧力が生じる。好ましくは、ガス化剤は単独では全流を部分的にしか膨張させず、好ましくは酸化装置の発熱を伴って進行する酸化還元反応による温度上昇により、全流の気体フラクションを更に膨張させる。酸化は、とりわけ、ガスの温度上昇および速度上昇を引き起こす。
【００９３】
全流のこのような気流搬送の利点は、とりわけ、１つには、比較的大きい粒子を有する全流も搬送できることである。それと対照的に、下降流酸化（Ｆａｌｌｓｔｒｏｍｏｘｉｄａｔｉｏｎ）では、酸化される流れの中に非常に微細な粒子しか存在しないように、酸化されるガス流を予め精製することがたいてい必要である。従って、本発明による気流搬送により、熱分解装置内で発生する全流は、実質的に直接、即ち、分離またはろ過または分割のような後処理をすることなく、酸化装置に供給することが可能である。
【００９４】
更に、少なくとも部分的に酸化された全流を直接、即ち、粒子を分離することなくまたは分割することなく還元装置に供給することができる。換言すれば、本発明による熱分解装置、酸化装置、およびそれに続く還元装置で、熱分解装置内で発生し比較的大きい粒子も有し得る全流を直接、前処理、分割、または、特定の粒子の分離を行うことなく処理することができ、そのため、本発明によるシステムは、効率的且つ安価に稼働する。
【００９５】
好ましくは、材料または材料流または全流の搬送は、導入されたガス化剤の速度、および任意に体積によって行われるか、またはそれによって補助される。更に好ましくは、酸化装置を通る材料の搬送は、装置の流動断面の特別な形態によって補助される。好ましくは、酸化装置２の前の領域の流動断面は、酸化装置の流動断面のサイズより大きいかまたは同じである第１のサイズを有する。好ましくは、酸化装置および／または酸化装置への供給管は、ほぼ管状に形成されている。好ましくは、酸化装置への供給管の直径は、約１０ｃｍ〜６０ｃｍ、好ましくは約３０ｃｍであり、酸化装置の直径は約５ｃｍ〜３０ｃｍ、好ましくは約２０ｃｍである。サイズおよびサイズ比は、好ましくはとりわけ装置の出力に依存する。
【００９６】
酸化装置またはその搬送軸の向きは、好ましくはほぼ水平、更に好ましくは水平に対して約＋６０°〜−６０°の範囲である。酸化装置に導入される材料の流れ方向は、好ましくは、酸化装置内の材料の流れ方向に対して鋭角に向きが調整されている、好ましくは、酸化装置内の材料の流れ方向または搬送軸に対して約１０°〜１００°の角度に向きが調整されている。互いに角度をなすように領域の向きを調整すること、および／または酸化装置２の前と酸化装置２内の流動断面比によって、好ましくは、酸化装置２に沿った材料の搬送を補助する吸引作用が生じる。
【００９７】
両方の流れの混合、とりわけ熱分解全流とガス化剤流の混合、並びに、とりわけ酸化ゾーン内の流動断面の減少は、好ましくは、材料の搬送、とりわけ、酸化装置を通るか、または酸化装置に沿った材料の搬送を確実にする。
【００９８】
好ましくは、材料搬送は更に燃焼および温度上昇によって補助される。
【００９９】
酸化装置２は、そのとき、圧力および／または前述の他の機構によって材料が材料出口開口部の方向に搬送されるように構成されている。好ましくは、材料搬送方向に、即ち、材料出口の方向に、酸化装置２の流動断面が少なくとも部分的に大きくなるか、および／または小さくなる。あるいは、この流動断面は、好ましくは一定であるか、または熱分解からの全流の入口領域にベンチュリノズルとして構成されている。
【０１００】
図１に記載されているように、ガス化剤を導入するための１つまたは複数のノズルを有する、少なくとも１つのノズル装置７が体積流路の外に配置されている。好ましくは、ノズル装置７は、体積流路の方向転換の領域に、または還元ゾーンの下部に配置されている。図１に示されている好ましい配置におけるように、酸化装置２に入る時、体積流は、好ましくは、約２０°〜１６０°、好ましくは約２０°〜７０°、約４５°〜１３５°、同様に好ましくは約９０°または約４５°の方向転換をする。特に好ましくは、その方向転換は、流れの急激な方向転換が行われないように、流れ方向に酸化装置２の搬送軸に対して鋭角に行われる。ここで、ノズル装置は、好ましくは体積流の外に酸化装置内の体積流の経路と向きが調整されて、好ましくは後方にまたは経路の後流に、および／または酸化装置内の体積流の経路の外に配置されている。そこに、好ましくは加熱装置または点火装置も配置されている。
【０１０１】
好ましくは、酸化装置２に沿った複数の位置でガス化剤が導入される。とりわけ、この多段酸化によって、全流ガス化装置は、様々なサイズの固体の全流成分を処理することができる。好ましくは、例えば、タールのような液体の全流成分も、実質的に完全に酸化されるか、または酸化装置内で支配的な高い温度によって分解またはクラッキングされる。
【０１０２】
酸化装置の本発明による構成、とりわけ、本発明による全流への、とりわけ酸化装置に沿った複数の位置でのガス化剤または酸化剤の導入は、高流量の乱流の存在を引き起こし、これもまた全流の十分な混合に、従って酸化の改善に繋がる。
【０１０３】
特に好ましくは、とりわけ多段酸化の場合、全流の速度を制御または調整することができ、それによって、とりわけ、酸化装置２からの合成ガスまたは低カロリーガスを有する流れを制御できる。従って、とりわけ、様々な運転状況で気流搬送が確実に行われる。
【０１０４】
酸化装置２の材料出口の前におよび／または酸化装置２の材料出口に、好ましくは、全流にガス化剤を導入するためのノズル装置８が配置されている。それによって、全流中にまだ含有されている液体および／または固体の物質を酸化することができる。好ましくは、少なくとも１つのノズル装置８は実質的に前述のノズル装置７に相当する。ノズル装置８は、半径方向に酸化ゾーンの周囲に、半径に対して−４５°〜＋４５°、好ましくは０°の角度で、および、流れ方向に軸方向に、流れ（Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｖｅｒｌａｕｆ）に対して−４５°〜＋８５°、好ましくは０°〜＋６０°、好ましくはとりわけ４５°の角度で配置されていてもよい。例えば、混合は、複数の噴射、例えば、２〜１２の噴射、とりわけ６つの噴射により、従って、酸化装置の周囲にまたは搬送軸の周囲に配置されたノズルにより改善され、それらはガスを搬送軸と交差しない軸に沿って、または接線方向に沿って導入する。
【０１０５】
好ましくは、ノズル装置７、８は、あるいは、または更に、全流の制御および／または調整を可能にする。好ましくは、それは、とりわけ、様々な運転状況で出力調整、および／または還元装置３内の床の安定化を可能にする。
【０１０６】
酸化装置２から流出する材料が還元装置３に到達するように、酸化装置２の材料出口は、好ましくは還元装置３と連結している。材料流が還元装置３を通って実質的に垂直に、好ましくは重力に逆らって生じるように、好ましくは、還元装置３は直立に配置されている。還元装置３内に浮遊流動する還元ゾーン、とりわけ浮遊流動する床が、とりわけ追加の床材料または支持材料なしで形成されるように、材料流は、そのとき酸化装置２によってまたはノズル装置７、８によって制御される。これは、好ましくは、還元装置の幾何学的形態によって、とりわけ、流れ方向におけるそのトランペット状の広がりによって補助されるか、または引き起こされる。還元ゾーンでは、実質的に、残留炭素は酸化装置２から流出する低タールガスと共に還元される。
【０１０７】
還元装置３の直立配置によって、材料流中の非気体成分は重力により抑留され、好ましくは還元装置内に浮遊流動して、好ましくはそれらがガスに還元されるまで残留する。
【０１０８】
更に、還元装置の実質的に垂直の配置によって、材料流または少なくとも部分的に酸化された全流に少なくとも２つの実質的に対立する力が作用し、それによって、好ましくは、（浮遊流動する）材料床が解れる。１つには、重力によって、全流またはガス流中に存在する粒子が還元装置内で下向きの力を受けるか、または下方に引っ張られる。他方、上向きのガス流によって、粒子は上向きの力を受けるか、または上方に運ばれる。このように、これらの実質的に反対の力のため、浮遊流動し、解れる材料床が形成される。従来技術の典型的な固定床ガス化装置では、ガス流と重力が同じ向きになっていることが多く、そのため、材料床は固くなる。更に、従来技術の固定床は、例えば格子上に載置され、従って浮遊流動しない。
【０１０９】
還元装置は、好ましくは、発生する可燃性ガス（合成ガス）を送出するための少なくとも１つの出口を有し、それは、以下で、出口またはガス出口とも称される。更に、還元装置は、残りの材料を送出するための少なくとも１つの他の出口を有し、これは、以下で、材料出口とも称される。還元装置３のガス出口３１では、材料流は主として、例えば、合成ガスを有し、それは、冷却、例えば、熱交換器中での冷却、および／または、精製のような任意の工程の後で、ガスタンクまたは内燃機関、および／または別の利用形態に供給できる。冷却によって得られたエネルギーは、特に好ましくは、システム内に返送される。そのように、例えば、ガス化される材料またはバイオマスの乾燥は、外部エネルギー供給なしで遂行することができる。
【０１１０】
図２は、固体返送部９を有する好ましい実施形態を示す。固体返送部９は、還元装置３の出口と酸化装置２との間に配置されている。そのように、ガス出口３１を通って還元装置３から流出する、場合によっては材料流中に含有されるか、または状況によってはその他の残存する固体成分および／または液体成分を酸化装置２に返送することができる。この措置によって、実質的に合成ガス中に固体成分および／または液体成分が残留しないことが確実になる。それによって、返送された成分を少なくとも部分的にガスに変換することができ、その結果、より高い効率が得られる。更に、この措置によって、固体返送装置９の後の合成ガスまたは低カロリーガスの純度または品質が向上する。好ましくは、ガス出口３１から流出するガス、例えば、合成ガスまたは低カロリーガスは、しかしながら既に高い純度を有し、好ましくは、固体または液体を含有しないかまたは非常に少量しか含有しない。
【０１１１】
返送された材料は、好ましくは、全流方向で材料入口の後流にある位置で酸化装置２に導入され、熱分解装置１から酸化装置２に入る材料に導入される。好ましくは、返送された材料は流れ方向に導入され、好ましくは酸化装置２内の全流の搬送軸に対して鋭角で導入される。導入は、あるいは、好ましくは熱分解装置１と酸化装置２との間の領域でも、例えば、図２に示されている装置１と２との間の下降管２０でも行われる。
【０１１２】
図３は、抑留装置１０を有する好ましい還元装置３を有する本発明による全流ガス化装置を示す。抑留装置１０は、とりわけ、材料流の固体および液体の成分を抑留するのに役立つ。抑留装置１０は、好ましくは、還元ゾーンまたは還元装置３内の浮遊流動する床に安定化作用を有するように構成されている。従って、還元ゾーンはその性質が調節可能であり、従って、好ましくは、酸化装置２から還元装置３に搬送された材料の還元が改善される。還元装置３を通る材料流の流動抵抗が可変または最適化可能であるように、好ましくは、抑留装置１０は調節可能である。
【０１１３】
図４は、安定化装置１１を有する好ましい酸化装置２を有する本発明による全流ガス化装置を示す。安定化装置１１は、とりわけ、酸化装置２を通して搬送するときの全流の渦流発生を回避するように構成されている。安定化装置１１は好ましくは、酸化装置に沿って少なくともところどころに、例えば、酸化装置の湾曲部または屈曲部に配置される。図３に示されている安定化装置の一部は、好ましくは、還元装置３の中まで延びる。
【０１１４】
図５は、排出装置またはオーバーフロー３２を有する本発明による全流ガス化装置を示す。排出装置は、好ましくは、材料がガス出口の前で排出装置またはオーバーフローで還元装置から除去され得るように、還元装置に設けられている。好ましくは、排出装置は、少なくともところどころ還元装置の周囲に、好ましくは環状に設けられている。排出装置またはオーバーフローは、限定的にしか、または十分には、または十分短い時間では還元されず、従って気体の形態に変えることができない灰または異物のような望ましくない材料を全流ガス化装置から除去するのに役立つ。これらの望ましくない材料は、好ましくは、流動床の所与のまたは調節可能な充填高さから重量により、および／または機械的システム３３で排出装置に排出される（オーバーフロー）。排出装置は、気密な排出機構（Ａｕｓｔｒａｇｓｏｒｇｅｎ）、好ましくは逆止弁（Ｋｌａｐｐｅｎｓｃｈｌｅｕｓｅ）または回転弁（Ｚｅｌｌｒａｄｓｃｈｌｅｕｓｅ）に通じる。排出された固体、液体および／または気体の成分は、システムに返送されても、または、好ましくはバルブを通して排出されても、または部分的に返送され、バルブを通して排出されてもよい。
【０１１５】
図６は、とりわけ図５の好ましい実施形態による、灰および／または異物のような望ましくない材料を送出するための機械的システム３３を有する好ましい還元装置の平面図を示す。この例示的な実施形態では、還元装置３の側部に２つのスクリューコンベヤ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｓｃｈｎｅｃｋｅｎ）３３が配置されており、これは、望ましくない材料を還元装置から、好ましくは流動床から運び去る。例えば、スクリューコンベヤは、形成された流動床の上縁が、ある特定の、好ましくは調節可能なその高さから常に取り去られ、排出装置によってそのように流動床の上縁の位置が画定され得る高さに設けることができる。このような排出装置は、例えば、汚泥などの、多くの灰を発生させる原料またはバイオマスを使用する場合、特に有利である。そのように、排出装置は、木材原料を使用する場合、好ましくは副次的役割をする。とりわけ、木材を処理する場合、灰は好ましくはガス流と共に排出される。
【０１１６】
図７は、本発明による好ましいガス化装置の流れ図を示す。好ましくは、原料または燃料は、乾燥工程１７で、場合によっては存在する水分が除去される。好ましくは、熱分解工程で蒸発エネルギーのためエネルギー的に問題であることが分かる過剰な水分含有量が取り除かれる。とりわけ、熱分解はほとんど吸熱性であり、そのため、水分含有量が過多の場合、より多くのエネルギーを熱分解に供給しなければならず、これは効率低下に繋がる。そのためのエネルギーは、好ましくは、既に前述したように、後のプロセス工程から返送される。
【０１１７】
燃料は、乾燥後に熱分解装置１に供給される。熱の導入により、例えば、バーナーまたは原動機からの高温排ガスの導入により、熱分解装置１内で燃料から、とりわけ固体、液体および／または気体の成分、好ましくは成分ガス、チャー、およびタールが発生するが、これらは一緒に全流を形成する。更に好ましくはガス化は自己熱で、即ち、外部からのエネルギー供給なしで行われる。高温ガスを噴射する代わりに、自己熱熱分解では、所定量の酸化剤、好ましくは空気または酸素の導入を行う。従って、熱分解される材料のある一部で、燃焼反応が行われ、それから残りの材料の熱分解に必要な熱が得られる。
【０１１８】
熱分解後、全流は、好ましくは全てまたは分割されずに、酸化装置２に供給される。酸化剤またはガス化剤の導入によって、全流の成分、とりわけ熱分解で発生するタール含有ガスおよび残留炭素は少なくとも部分的に酸化される。酸化剤の導入によって、および／または酸化時に起こる全流の少なくとも一部の体積膨張によって、全流が酸化装置１の材料入口開口部から材料出口開口部に搬送される。好ましくは、一般に、既に前述したように、酸化装置２の少なくとも２つの異なる位置２−２、２−１２で、酸化剤が全流に導入される。それによって、搬送、とりわけ全流の速度、出力、および／または床を制御することができる。好ましくは、体積流量を把握することによって、例えば、適切なセンサを、例えば、全流中に、好ましくは酸化装置の材料出口に、および／または還元装置内に、好ましくは還元装置の出口に備え、（１つ以上の）センサによって記録された情報に基いて酸化剤の導入を適切に制御することによって調整を行う。
【０１１９】
全流は、酸化装置２から還元装置３に搬送される。全流は酸化後、好ましくは実質的にタールを有していないが、その理由は、これが好ましくは既に酸化装置内で酸化しているからである。還元装置３は、実質的に低タールのガスを炭素と共に還元する。
【０１２０】
即ち、約５００℃〜９００℃の温度を有し還元装置から流出する高温のガスは、好ましくは、熱交換器１３内で冷却され、そこで、熱は、好ましくは、熱交換器１７内で燃料を乾燥するときに使用される。
【０１２１】
次のガス精製１４で、例えば、塵埃のようなガス中に残留する汚染物質を除去する。任意の精製後、合成ガスは、例えば、ガスタンク１５、または内燃機関および／または別の利用装置１６に供給される。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月16日(2009.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化装置から排出された固体、液体、および気体の材料を含む全流を還元するための還元装置であって、
前記還元装置が、実質的に前記還元装置の出口に向かって流れる方向において、前記還元装置の流動断面がトランペット状に拡大することによって、前記全流の中に存在する固体および／または液体の材料が実質的に浮遊状態に保持され、実質的に安定した浮遊床が形成される還元装置。
【請求項２】
前記安定した浮遊床が、珪砂のような追加の床材料および／または火格子のような機械的な構造を前記還元装置の内部で使用することなく形成されている請求項１に記載の還元装置。
【請求項３】
前記還元装置の断面を通過する材料流の移動速度が実質的に一定である請求項１または２に記載の還元装置。
【請求項４】
前記出口の方向への流れの流動断面が連続的、かつ非線形に拡大している請求項１ないし３のいずれか一項に記載の還元装置。
【請求項５】
入口端部での内壁の傾斜が出口端部での内壁の傾斜と相違している請求項４に記載の還元装置。
【請求項６】
前記入口端部での内壁の傾斜が前記出口端部よりも大きな傾斜を有している請求項４または５に記載の還元装置。
【請求項７】
前記出口端部から前記入口端部への流れの流動断面が連続および／または不連続に変化させられていることによって、前記床材料の支持が増大させられている請求項４ないし６のいずれか一項に記載の還元装置。
【請求項８】
前記還元装置が、実質的に直立され、あるいは垂直に配置され、これにより、前記還元装置を通過する材料の流れの方向が実質的に垂直となって、重力の方向と反対となる請求項１ないし７のいずれか一項に記載の還元装置。
【請求項９】
固体、液体または気体の物質を排出するための排出装置を有している請求項１ないし８のいずれか一項に記載の還元装置。
【請求項１０】
前記排出装置が、前記還元装置の周囲に設けられており、少なくとも１つの下降する排出管を有し、
前記材料排出が、重量および／または機械的排出システムによって行われる請求項９に記載の還元装置。
【請求項１１】
浮遊流動する床に安定化作用を有するように構成され、調整可能な抑留装置を有する請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の還元装置。
【請求項１２】
燃料材料、バイオマス、あるいは炭素含有原料を可燃性ガスに熱化学的に変換するためのシステムであって、
（ｉ）前記燃料材料を、固体、液体および気体の材料を有する全流に熱分解するための熱分解装置と、
（ｉｉ）前記熱分解装置の下流に設けられた、前記全流を酸化するための酸化装置と、
（ｉｉｉ）前記酸化装置の下流に設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の還元装置と、
を有し、
前記システムが、前記可燃性ガスを発生させるために前記全流が前記酸化装置から前記還元装置に到達するように構成されているシステム。
【請求項１３】
全流の少なくとも一部を還元する方法であって、
固体および／または液体成分を少なくとも部分的にガス化するために、酸化装置から還元装置への非分割の前記全流を気流で搬送する工程を備え、
前記全流の流速が前記全流の材料と前記還元装置の流動断面の形状とに適合させることによって、前記還元装置の内部の浮遊床を安定化させる方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の還元装置、あるいは請求項１２記載のシステムを使用する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
渦流の中での還元ゾーンの発生が、前記還元装置の内部において実質的に回避される請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料流が、垂直に配置されている還元装置の中を垂直に通過するように案内されることによって、少なくとも２つの実質的に対立する力が作用し、これにより、浮遊する材料床としての浮遊床が、安定して浮遊が維持されている固定材料床の形で形成されている請求項１３ないし１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
重力の働きによって全流中に存在する粒子が還元装置の中で下向きの力を受けるとともに、上向きのガス流の働きによって前記粒子が上向きの力を受け、これにより、反応状態における床材料を、実質的に相互に反対方向の力の合成で支持することによって浮遊する材料床が形成されている請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記形成されている浮遊床の上縁を所定の高さから常に取り去ることによって、前記浮遊床の上縁の位置を画定することができる請求項１３ないし１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の高さが調節可能である請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
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