(57)【要約】  本発明は低酸素含有率の高温ガス発生器と、反応器が具備するコラムの上側入口がバイオマスへの負荷およびその付加に使用されかつ下側部分が負荷の支持・除去のためのグリッドを有する、反応器の下側へガスを供給する下流ファンと、発生器からのガスの下側注入チャンバーとを含むスタートアップおよび準備段階の実施手段ならびに処理済み物質の回収機構を具備し、コラムの上部の低温ガスの出口に、回収ガスの熱排気管爆発用チャンバーと熱交換器とファンと第２の熱交換器と通気孔と片側の構成要素で規定される循環路と他側の構成要素との間のガス循環のための接続パイプとを備え、製造段階において圧縮された空気を供給しそれによって高温ガスを置換するよう使用されるコンプレッサユニットによって規定されている反応器とファンとの他の循環路を含む装置に関する。さらに本発明は植物性炭素製造法にも関する。
2010520318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い炭素含有率を有する植物性炭素を製造するための方法であって、以下の段階、すなわち、
ａ)準備段階
・キャーセリゼーションであって、それが、反応器の下側部分における、グリッド(４)の上にある植物質の層の温度Ｔ２が、３５０℃から４００℃の間の高温ガス発生器からのガスの温度Ｔ１に達するときに、前記反応器の下部を介して除去される処理バイオマスを用いて、反応器(Ｒ)コラム(５)を通る高温ガスの循環を介した物質の有機部分に対応するバイオマスの層状熱分解蒸留である；
ｂ)移行段階
・空気が、移行段階において、酸素とともに前記発生器からの高温ガスを濃縮するために漸進的に加えられ、空気の付加は、前記グリッドにおける前記コラムの前記下側部分に配置された揮発物を酸化させるために使用されるものであり、かつ第一に、発生器からのガスの温度Ｔ１を低下させること、および有機物質の酸化のためのガスの量と同様に温度Ｔ２を増大させること、ならびに、第二に、バイオマス無機化工程における促進現象を引き起こすことという目的を達成するものとなっている；
ｃ)生成段階
・高い炭素含有率を有する植物性炭素を得るために、かつグリッドのすぐ上に配置された前記バイオマス層において温度Ｔ２を６００℃から７５０℃に保つために、前記ガスと前記バイオマスとの間の熱伝達性が増大するよう、前記コラムの下部の中へ圧縮空気を排他的に付加することによる前記発生器からの高温ガスの全体的な置き換えとともに、連続的な、自律的植物性炭素生成段階を実施することであって、同時に、圧縮空気を付加し、かつ前記作業工程全体にわたって植物性炭素へと転換される前記バイオマスを連続的に取り除き、全体的に、温度Ｔ３を６５℃未満に保持しながら、前記植物性炭素が前記コラムの下部において前記グリッドを介して取り除かれるように、前記反応器の上部内へバイオマスを付加することによって、一定の促進された製造率を実現しかつ保持することを可能とする；
を実施することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法を実施するための装置であって、
低酸素含有率を有する高温ガスの発生器(１)と、前記反応器(Ｒ)の前記下側部分の中へ高温ガスを供給する、下流にあるファン(２)であって、前記反応器は相当な高さのコラム(５)を具備してなり、その上側入口がバイオマスに連続的に負荷を加えかつバイオマスを加えるために使用され、かつその下側部分が前記負荷の支持および除去のためのグリッド(４)を有するようになっているファン(２)と、前記発生器からのガスのための下側注入チャンバー(３)と、を含むスタートアップおよび準備段階を実施する手段ならびに処理された物質を回収するための機構を具備してなり、
前記装置は、さらに、反応器コラムの上部における低温ガスのための出口において、採取されたガスのための熱排気管爆発用チャンバー(６)と、熱交換器(７)と、ファン(８)と、第２の熱交換器(９)と、通気孔(１０)と、片側における構成要素によって規定される循環路と他側における構成要素との間で連通するガスを循環させるための接続パイプ(１１−１２)とを含んでおり、
前記装置は、前記反応器(５)と前記ファン(２)との間に位置させられた他の循環路を含んでおり、それは、特定の製造段階において圧縮された空気を供給しかつ周囲温度における圧縮空気によって前記発生器からの高温ガスを全体的に置き換えるために使用されるコンプレッサユニット(１ｂｉｓ)によって規定されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リサイクルのために炭素を回収するべく、非食品類の農業植物または有機材料を製造しかつ処理する技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、回収された有機固形物からの炭素生成に関連する充実した専門知識を有しており、かつその包括的なノウハウを有している。出願人は、特に、特許文献１、特許文献２および特許文献３から始まる国際的な範囲の多くの特許を有している。したがって、出願人は、非常に高い炭素含有率の固形状要素の形態の炭素を生成するために、これらの文献に記載された方法および装置を使用するようになる。
【０００３】
出願人は、自身の開発研究に関連して、かなりの炭素含有率を有しているが一般的に使用されないか、あるいは非常に少量しか使用されていない農業植物廃棄物などの非食品類バイオマスに対して生じるものについて興味を持つようになっている。
【０００４】
出願人の出願は、現在の、オイルに依存する国家のエネルギーの国またはグループを減らすためにバイオエネルギーを使用するという実際の状況から生じたものである。すべての高まる世界的な要求および枯渇し得る貯蔵量を考慮したときに、来たる年において、オイルが減少するか、さらには消失するようになることはよく知られている。したがって、代替的な生成物のための研究が進められており、かつバイオエネルギーが、必要とされるこのものに対する可能な対応である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許第2,734,741号明細書
【特許文献２】仏国特許第2,885,909号明細書
【特許文献３】仏国特許第2,888,230号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
問題点として、バイオエネルギーの生産は、大部分が、人々によって消費される食物として使用される穀物およびオイルシード作物に集中しており、それが、現在のところ主要となっており、かつほとんど独占的なものとなっていることが挙げられる。穀物およびオイルシード作物は、マーケットによって高められた価値を有している。しかしながら、これらの作物が合成バイオ燃料などの他の用途に移行される場合、時間とともに、バイオ燃料の製造によって生じる不足が原因となって、農業食物マーケットの不安定化ならびに人々のための可能な食物供給量の低下によって非常に高められた価値が付与される可能性がある。実際に、その製造はかなりの作物の範囲を要求する。言い換えれば、こうした傾向が続いた場合、人々に食物を供給するという基本的な優先順位を損ねることに対する権利状況の重大な対立的競合へと向かうようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため、出願人は、有機固形物からの炭素の製造に関する自身の知識に照らして、有利な用途において、炭素質の物質を合成バイオ燃料の製造となるよう組み合わせることに関連させることを目的とした、植物性炭素の製造、すなわち非食物農業バイオマスからの炭素の製造を見出した。
【０００８】
すなわち、出願人のアプローチは、非食物農業バイオマスから、いわゆる植物性炭素を製造するための方法を開発するものである。世界中に、かなりの量の非食物農業バイオマスがあり、それは、毎年再生されており、耕作可能な土地を邪魔するかまたは枯渇させることなく、ほとんど尽きることのない原料の供給元を形成している。
【０００９】
特に、出願人の別の以前の出願に基づいて、知識を転換することでは、植物性炭素を得るために非食物農業バイオマスの処理が可能にはならなかった。出願人によって始められたリサーチは、上述した公知技術には完全に存在しない他の製造要因を含むことによって、いわゆる植物性炭素が製造されることを導き出した。それゆえ、結果的に、異なる装置を用いて、従来技術に関連して最適化された他の方法を実施することが必要となった。
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、その方法は以下の段階、すなわち：
ａ)準備段階
・キャーセリゼーション(chartherisation)であって、それが、反応器の下側部分における、グリッドの上にある物質の層の温度Ｔ２が、３５０℃から４００℃の間の高温ガス発生器からのガスの温度Ｔ１に達するときに、反応器の下部を介して除去される処理バイオマスを用いて、反応器コラムを通る高温ガスの循環を経た物質の有機部分に対応するバイオマスの層状熱分解蒸留(tiered pyrolytic distillation)である；
ｂ)移行段階
・空気が、移行段階において、酸素とともに発生器からの高温ガスを濃縮するために漸進的に加えられ、空気の付加は、グリッドにおけるコラムの下側部分に配置された揮発物を酸化させるために使用されるものであり、かつ第一に、発生器からのガスの温度Ｔ１を低下させること、および有機物質の酸化のためのガスの量と同様に温度Ｔ２を増大させること、ならびに、第二に、バイオマス無機化工程における促進現象を引き起こすことという目的を達成するものとなっている；
ｃ)生成段階
・高い炭素含有率を有する植物性炭素を得るために、かつグリッドのすぐ上に配置されたバイオマス層において温度Ｔ２を６００℃から７００℃に保つために、ガスとバイオマスとの間の熱伝達性が増大するよう、コラムの下部の中へ環境温度で圧縮空気を排他的に付加することによる発生器からの高温ガスの全体的な置き換えとともに、連続的な、自律的植物性炭素生成段階を実施することであって、同時に、圧縮空気を付加し、かつ作業工程全体にわたって植物性炭素へと転換されるバイオマスを連続的に取り除き、全体的に、コラムの上部における温度Ｔ３を６５℃未満に保持しながら、植物性炭素がコラムの下部においてグリッドを介して取り除かれるように、反応器の上部内へバイオマスを付加することによって、一定の促進された製造率を実現しかつ保持することを可能とする；
を実施することに注目されたい。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、本発明の上記方法を実施するための装置は、低酸素含有率を有する高温ガスの発生器と、反応器の下側部分の中へ高温ガスを供給する、下流にあるファンであって、反応器は相当な高さのコラムを具備してなり、その上側入口がバイオマスに連続的に負荷を加えかつバイオマスを加えるために使用され、かつその下側部分が負荷の支持および除去のためのグリッドを有するようになっているファンと、発生器からのガスのための下側注入チャンバーと、を含むスタートアップおよび準備段階を実施する手段ならびに処理された物質を回収するための機構を具備してなり、装置は、さらに、反応器コラムの上部における低温ガスのための出口において、採取されたガスのための熱排気管爆発用チャンバー(thermal post-combustion chamber)と、熱交換器と、ファンと、第２の熱交換器と、通気孔(vent)と、片側における構成要素によって規定される循環路と他側における構成要素との間で連通するガスを循環させるための接続パイプとを含んでおり、装置は、反応器とファンとの間に位置させられた他の循環路を含んでおり、それは、特定の製造段階において圧縮された空気を供給しかつ周囲温度における圧縮空気によって発生器からの高温ガスを全体的に置き換えるために使用されるコンプレッサユニットによって規定されているタイプのものである。
【００１２】
したがって、上記方法およびそれを実施するための装置を用いることによって、例えば合成バイオ燃料を製造するために使用可能なピース、ペレットまたはパウダーの形態の、あるいは他の同様の形態の高炭素含有率を有する植物性炭素が得られるようになる。
【００１３】
以下、本発明の対象物について、図面に関連して、単に一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】全体的な実施形態に関する本発明の方法を実施するための装置の概略図を示す。
【図２】いわゆる準備段階、すなわち「キャーセリゼーション段階」における作動状況下にある、図１に基づく装置の概略図である。
【図３】いわゆる移行段階における作動状況下にある、図１に基づく装置の概略図である。
【図４】発生器からの熱寄与と強制的な酸化による熱支援と間の分布とともに、周囲空気供給量における増大に関連するコラム内の温度Ｔ２における上昇を示すダイアグラムである。
【図５】酸素濃度および温度変動に関する曲線を示す、コラムの高さと温度に関連するダイアグラムである。
【図６】生成段階作動状況下にある、図１に基づく装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明がより理解されるよう、以下、図面を参照して一実施形態を用いて説明する。
【００１６】
図１には、その全体的な実施形態における装置全体を示し、図２、図３および図６には、作動の異なる継続的な段階における装置が示し、かつ発明者の操作がより理解されるように、作動中でない装置の一部を点線で示す。それにより、装置の作動の開始の初期段階と、図６に示すその完全な自律性に起因するものとの区別がなされる。
【００１７】
図１を参照すると、上記方法の初期設定を実施するために、方法を実施するための完全な装置は、ガス循環の方向に連続的に特定された次の構成要素を含んでいる。装置は、低酸素含有率(約１％Ｏ２)を有するガスのための高温ガス発生器(１)を備えている。この発生器は、空気入口(１ａ)と制御バルブ(６)とに接続されている。その下流にはファン(２)が設けられており、それは、処理されるバイオマスのタイプによって決定される反応器(Ｒ)の下側部分の中へある量のガスを供給するようになる。この反応器は実質的に高さのあるコラム(５)を備えており、その上側入口が、炭素を回収するために処理されるバイオマス充填材料(biomass load)を入れるためのハッチとともに上部に配置されている。その下側部分において、反応器はグリッド(４)と、発生器(１)から来たガスのためのかつ高炭素濃度の植物性炭素を回収する下側注入チャンバー(３)とを備えている。以下で説明するように、その中でキャーセリゼーション段階が行われる反応器コラムは、サイズおよび形状に関してあらかじめ調整されたバイオマスを含んでいる。コラム(５)は、それ自身が、バイオマス入口部からバイオマス支持グリッドレベルにおける下部へ、下へ向かって累進的な直径を備えるシリンダの形態の独自の形状特性を有している。
【００１８】
反応器コラムの上部におけるガス流出口から装置の他の構成要素、すなわち、バルブ(Ｈ)によって制御された空気入口(６ａ)を備えた、引き出されたガスのための熱排気管爆発チャンバー(６)と、熱交換器(７)と、ファン(８)と、熱交換器(９)と、通気孔(１０)とを見ることができる。接続パイプ(１１〜１２)は、例えば片側における構成要素(１〜２)(８〜９)によって規定される循環路と他側における構成要素(９〜１０)(１〜２)とを接続状態とする、ガスを再循環するためのものである。本発明の装置は、反応器(Ｒ)とファン(２)との間に配置された他の循環路を含んでおり、それは、後述する方法の場合の特定の生成段階において圧縮された空気を供給するコンプレッサユニット(１ｂｉｓ)を備えている。
【００１９】
非食物農業バイオマスは、搬送に関するすべての公知技術を用いて反応器コラムの上部の中に入れられる前に収穫されかつ調整されたすべてのタイプの植物によってもたらされる。したがって、固形状の非食物農業バイオマスに基づく高炭素含有率の植物性炭素のための製造方法は、キャーセリゼーション段階のための処理を準備する段階から、移行段階、製造段階へと、いくつかの連続的な段階を実施するものであり、それは、不特定な期間にわたって連続的に保持できるものであり、この最終段階が本発明の主要部である。植物性炭素を製造するために使用される本発明の方法は、有機固形物から炭素を得るための従来技術に比べて、キャーセリゼーション段階後に、反応器の下部における高温ガス注入循環における第２の空気生成源から圧縮された環境空気を加えること、したがって、炭素化現象を促進するためにコラムにおける圧力を増大させることに存する新しい段階を含んでいる。
【００２０】
ここで、この植物性炭素を製造するための方法について、製法の異なる連続的な段階を参照して説明する。
【００２１】
装置は、開始と「キャーセリゼーション」装置の作動との通常段階によって開始されかつ準備される。
【００２２】
当該方法の準備段階は、キャーセリゼーション段階、すなわち、発生器(１)からの高温ガスが、物質の有機部分を抽出するために、反応器コラム(１)を通過させることに関するものである。一度、反応器コラム内で生じる温度の勾配および差異が安定すると、コラムの下部における無機化された物質の抽出が開始される。グリッド(４)の上に配置された植物性物質の層および階層の温度Ｔ２が、発生器(１)からのガスの温度Ｔ１と等しくなるたびに、グリッド(４)は、物体を抽出するために前後移動を行うという適切な要求によって作動させられ、それによって処理が行われる。同時に、バイオマスの層および階層(stratum)が、６５℃未満の温度Ｔ３で、コラムの上部において付加される。
【００２３】
図２によれば、この段階において、発生器(１ｂｉｓ)は作動しておらず、そのため、何の影響も有してはいない。
【００２４】
移行段階からなる当該方法の次の段階は、図３に示されており、かつ図４におけるダイアグラムによって説明されている。この移行段階の目的は、発生器(１)からの高温ガス(Ｔ１は３５０℃から４００℃)に対して圧縮された環境空気を付与することである。この空気の追加によって、温度Ｔ１が低下され、かつグリッド(４)のすぐ上にある、コラムの最初の数センチメートルにおける揮発性物質が酸化される。
【００２５】
この強制的な酸化は、以下の４つの結果、すなわち：
１)有機物質の酸化に起因して、グリッドのすぐ上にある階層の温度Ｔ２が増加すること。それによって、温度Ｔ２は、３５０℃から４００℃の値から６００℃から７５０℃の値へと上昇する。
２)酸素を加えることによる有機物質の強制的な酸化が、反応の速度性を増加させる高度の発熱反応であるときに、バイオマス無機化工程が促進されること。
３)注入ガス内に存在するすべての酸素を消費すること。
４)高温ガスにおける空気の量が増大するにつれて、排出ガスの温度が漸進的に低下すること。温度Ｔ１は、３５０℃から４００℃の値から、環境温度まで低下する。
を有している。
【００２６】
図４におけるダイアグラムは、１ａ(１ａ)によって誘導された空気に本来含まれている酸素が加えられることに関連する、グリッド上にある階層の温度反応を示す。さらなる空気が追加されるとすぐに、Ｔ２は、キャーセリゼーション温度から生成温度まで変化する。発生器(１)からの高温ガスに起因する熱寄与(heat contribution)は、強制的な酸化に起因する熱寄与が発展するにつれて、比例的に低下する傾向があることが理解されるだろう。
【００２７】
図１によれば、コンプレッサ(１ｂｉｓ)は作動しておらずかつ何の影響も有していない。
【００２８】
図５に示すダイアグラムは、酸素濃度(Ｃ１)と、反応器コラムの高さの関数としての温度(Ｃ２)における変化とに関する曲線を示す。
【００２９】
したがって、グリッド(４)と最初の数センチメートルにある物質とが接触した後、ガスは昇温しかつ酸素を消費する。ガスが上流へ連続する場合、ガスに含まれる酸素を完全に消費した物質と接触するガスは、ガスが反応器コラム内で上昇するように、熱を伝え続ける。この熱伝達は、バイオマスの有機部分および水性部分の抽出を生じるようになり、それによって、炭化が引き起こされる。
【００３０】
この段階中、得られた植物性炭素は、グリッド(４)を作動させることによってチャンバー(３)へと移動させられ、その一方で、発生器からのガスの温度Ｔ１が漸進的に低下され、かつ注入ガスの温度が環境温度に達するときに、この方法の次の段階、すなわち、発生器からのガスを圧縮された空気に置換することからなる生成段階が開始される。
【００３１】
図３によれば、コンプレッサ(１ｂｉｓ)は作動しておらずかつ何の影響も有していない。
【００３２】
この方法の次の段階は生成段階である。これは、図６に示されており、かつ圧縮された空気の注入とともに圧縮空気発生器(１ｂｉｓ)を始動させることに対応しており、それは、高温ガス発生器(１)の作動に取って代わるものである。
【００３３】
コラム(５)の中に注入された酸素の量は、圧縮された空気圧を上昇させることによって増加させられる。この空気は、循環路を提供し、それによって図６に示されるようにエアコンプレッサによって置換された高温ガス(１)を変化させる。こうした圧縮空気の連続的な注入は、連続反応作動と関連して、コラムの下部において、その圧力を５バールまで上昇させることができる。こうした加圧の効果は、環境の密度を増大させることであり、したがって、ガスとバイオマスとの熱伝達性を高めることであり、ゆえに、コラムの下側層からの、重い有機物質の上側層における圧縮が促進される。
【００３４】
したがって、生成された植物性炭素が収集チャンバー(３)を介して取り出される。
【００３５】
連続的な作動および植物性炭素の生成に関連して、さまざまな手段およびパラメータがこの方法および炭素化の質をコントロールするために使用される。注入される空気の量、活動を開始させるための温度設定Ｔ２、排出される圧縮空気の圧力、およびコラムの下部におけるガスの圧力がチェックされる。
【００３６】
Ｔ２の設定未満の温度の継続的な制御および保持は、植物性炭素を取り除くためにグリッド動作の連続的なコントロールによって確実なものとされ、それによって炭素の過度の気化が避けられる。
【００３７】
言い換えると、一度、キャーセリゼーションおよび移送の初期作動段階が完了されると、装置は、植物性炭素を得るために内因的な生産状況におかれる。これは、植物性炭素の形態の炭素質の物質を連続的に除去することと、連続的なサイクルにおける処理のために、対応する量のバイオマスで、上部から反応器を満たすこととが併用されることを示している。また、これは、システムが自給的なものであり、温度、特にグリッド(４)のすぐ上に配置されたバイオマス部分に関しかつ植物性炭素の生成の最終段階における階層に対応する温度を保持しかつ制御するものであることも示している。
【００３８】
したがって、本発明の方法は、従来のものに比べて、他の供給源からもたらされる一定の圧力まで圧縮された空気を加えることによって自律的な連続植物性炭素製造段階へと切り換えるために、ガスの温度が低下させられるまで、高温ガスと混合される新しい空気の漸進的な付加を必要とする。本発明の方法によって得られた物質は、非常に高炭素含有率を有しており、したがって、バイオ燃料を製造するために使用できる。
【００３９】
したがって、本発明は、常に使用可能でありかつマーケット事象に関連しないすべての種類の非植物農業バイオマスを使用すること、ならびにバイオ燃料の合成などの用途に植物性炭素からなる構成物質を提供することに関して、直接的な利点を有している。
【００４０】
本発明の他の利点は、一度、製造が確立されると、高温ガス発生器(１)は、装置の操作から分離され、それは、その操作に関連するエネルギーコストを低減させ、かつ製造装置は自律的なものとなるという事実にある。
【００４１】
非食物農業バイオマスからの炭素の製造は、その環境自体については言うまでもなくバイオ燃料の製造などの多くの直接的なあるいは間接的な用途において、この植物性炭素を使用することによるエネルギーの製造のための多量の物質を提供する。
【符号の説明】
【００４２】
１  ガス発生器
２  ファン
３  回収チャンバー
４  グリッド
５  コラム
６  熱排気管爆発チャンバー
７  熱交換器
８  ファン
９  熱交換器
１０  通気孔
１１，１２  接続パイプ
１ｂｉｓ  コンプレッサ
６ａ  空気入口
Ｒ  反応器
【図５】
2010520318.tif 000003
【図１】
2010520318.tif 000004
【図２】
2010520318.tif 000005
【図３】
2010520318.tif 000006
【図４】
2010520318.tif 000007
【図６】
2010520318.tif 000008
【国際調査報告】
2010520318.tif 000009
2010520318.tif 000010
2010520318.tif 000011
2010520318.tif 000012
2010520318.tif 000013
2010520318.tif 000014