(57)【要約】ガス化剤でバイオマス（２６）を合成ガスと灰にする並流固定床ガス化装置（１４）は反応器本体を、反応器本体は上部（２２）と下部（２３）を備える。ガス化装置（１４）本体の上部（２２）頂部の入口ダクト（１）からガス化装置（１４）にバイオマス（２６）が導入される。合成ガスは合成ガス排出ダクト（１２）で、灰は反応器下部（２３）の底部の灰排出ダクト（１０）で排出される。ガス化装置（１４）は頂部から底部向きにバイオマス（２６）熱分解エリア（１６）、酸化エリア（１７）、還元エリア（１８）、灰の排出用開口のある格子（８）を備える。ガス化装置（１４）は空気、酸素等のガス化剤導入手段を備える。ガス化装置（１４）は、ガス化剤導入手段が、ガス化装置（１４）の酸化エリア（１７）頂部又は酸化エリア（１７）上方のガス化剤分散用円錐（１３）と、ガス化装置（１４）の酸化エリア（１７）のガス化剤注入手段（１９、２９）とを備える。【選択図】図１
2015509993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化剤を利用してバイオマス（２６）を合成ガス及び灰に変換するための並流固定床型のガス化装置（１４）において、
前記ガス化装置（１４）は反応器本体を備え、
当該反応器本体は上部（２２）及び下部（２３）を備え、
前記ガス化装置（１４）の前記本体（２２）における前記上部（２２）の頂部に位置する入口ダクト（１）を通じて、前記ガス化装置（１４）に前記バイオマス（２６）が導入され、
前記合成ガスは、合成ガス排出ダクト（１２）を通じて排出され、前記灰は前記反応器の前記下部（２３）の底部から灰排出ダクト（１０）を通じて排出され、
前記ガス化装置（１４）は、頂部から底部に向かって、
バイオマス（２６）熱分解エリア（１６）と、
バイオマス（２６）酸化エリア（１７）と、
還元エリア（１８）と、
前記灰が通過して排出されるための複数の開口を備える格子（８）と、
を備え、
前記ガス化装置（１４）は、空気又は酸素のようなガス化剤を導入する手段を備え、
前記ガス化装置（１４）は、前記ガス化剤を導入する手段が以下の構成、つまり、
前記ガス化装置（１４）の前記酸化エリア（１７）の頂部又は前記酸化エリア（１７）の上方に配置された前記ガス化剤を分散するための円錐（１３）と、
前記ガス化装置（１４）の前記酸化エリア（１７）に配置され、前記ガス化剤を注入する手段（１９、２９）とを備えることを特徴とする、並流固定床型のガス化装置。
【請求項２】
請求項１のガス化装置（１４）において、
前記合成ガスが、前記合成ガス排出ダクト（１２）を通じて前記ガス化装置（１４）から出る前に集められる環状区域（１１）を備えることを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
請求項１又は２のガス化装置（１４）において、
分散のための前記円錐（１３）は、前記バイオマス（２６）の前記入口ダクト（１）の下方に位置し、前記ガス化装置の動作中は、前記バイオマス（２６）内に埋め込まれることを特徴とするガス化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
分散のための前記円錐（１３）は、前記反応器本体の前記上部（２２）の内径Ｄに対して、２０％から６０％の間、より好ましくは３０％から５０％の間の外径ｄを有することを特徴とするガス化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記円錐（１３）の内角（α）は、６０°から１２０°の間であり、望ましくは７０°から１１０°の間であることを特徴とするガス化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記ガス化装置の動作中、前記円錐（１３）は均質酸化エリア（２４）を区画することを特徴とするガス化装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記円錐（１３）は、前記ガス化装置（１４）内に２つの部分、つまり、前記バイオマス（２６）の乾燥（２５）及び熱分解（１６）のための上部と、コークスの酸化（１７）及び還元（１８）のための下部とを区画することを特徴とするガス化装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記円錐（１３）は、更に、前記バイオマス（２６）の乾燥及び熱分解に必要な熱の一部を供給できる熱交換器であることを特徴とするガス化装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記格子（８）の上方で且つ前記酸化エリア（１７）よりも下方に、ガス化剤入口（２７）を更に備えることを特徴とするガス化装置。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
前記環状区域（１１）の表面積は、前記格子（８）に設けられた開口の表面積に比べて３倍から１０倍（望ましくは４倍から６倍、更に望ましくは５倍）大きいことを特徴とするガス化装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つのガス化装置（１４）において、
熱出力が２００から５０００ｋＷの間、望ましくは５００から２５００ｋＷの間、更に望ましくは６００から２０００ｋＷの間であることを特徴とするガス化装置。
【請求項１２】
請求項２から１１のいずれか１つのガス化装置を用いるバイオマスのガス化方法において、
バイオマスを前記入口ダクト（１）から導入し、
前記ガス化剤を、分散のための前記円錐（１３）を通じて、且つ、前記ガス化装置（１４）における前記酸化エリア（１７）に配置された前記注入手段（１９、２９）によって導入し、
前記合成ガスを、前記環状区域（１１）及び前記合成ガス排出ダクト（２）を通じて排出し、
前記灰を、前記格子（８）及び前記灰排出ダクト（１０）を通じて排出することを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項１３】
請求項１２のガス化方法において、
前記ガス化剤は、前記格子（８）よりも上方で且つ前記酸化エリア（１７）よりも下方に配置された入口（２７）を通ることによっても導入されることを特徴とするガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスのガス化の分野に関係し、特に、固体有機物（バイオマスとも呼ばれる）を合成ガスに変換する固定床ガス化システムに関係する。当該ガスは、例えばエンジン、タービン、オーブン又はボイラーにて燃焼させて、含有する熱エネルギーを高めることができる。本発明は、特に、数百ｋＷから数ＭＷの規模の平均サイズを有するガス化システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスのガス化は、反応性ガス（例えば酸素）の存在下にて固体、例えば木を破壊してガス状生成物を得ることである。この工程中、バイオマスは以下の４つの連続した熱化学的現象の対象とされる。
【０００３】
・乾燥。燃料の水分を蒸発により除去する。この作業は吸熱性であり、典型的には１００℃から１６０℃の間の温度にて行われる。
【０００４】
・熱分解。可燃性及び不燃性のガスが乾燥されたバイオマスから２５０℃にて発生し始める。これらのガスは、凝集不可能な蒸気（メタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等）と、凝集可能な蒸気（タール）を含む。コークスと呼ばれるこの作業の残渣は、鉱物性物質を含む炭素である。
【０００５】
・酸化。これは、ガス化装置の出口におけるガスの発熱量を調整する反応性ガス（空気、水蒸気、純酸素、水素）の存在下で行われる。熱分解中に生じたタールは高い割合でこのエリアにて分解されるので、酸化エリアの最適化は不可欠である。空気を反応性ガスとして用いることが最も一般的である。この特定の場合には、酸化又は部分的燃焼により、ガス化工程の３つのフェーズに必要な熱を供給する。
【０００６】
・還元。コークスが水蒸気及び二酸化炭素と反応し、水素と一酸化炭素を形成する。これは、生成する可燃性ガスの主成分である。
【０００７】
工業規模にてバイオマスのガス化を実施するために、様々な方法が開発されてきた。最も広まった技術は、固定床ガス化装置及び可動床ガス化装置である。後者は、高い熱出力（１０ＭＷ以上）の設備に用いることが意図されており、細かく粉砕された燃料を必要とする。
【０００８】
固定床ガス化装置は、より低い出力の設備であり、より粗い燃料（例えば、木材チップ）を用いることができる。固定床ガス化装置の２つの主要な分類は、バイオマス及び空気の循環の相対的な方向によって区別できる。つまり、向流及び並流である。向流ガス化装置では、バイオマスの供給は反応装置の頂部から行われ、空気は反応装置の底部から格子を通して注入される。コークスは、部分的に燃焼されて、このプロセスの様々なステップに要する熱エネルギーを供給する。この種類のガス化装置は大量のタールを発生させるので、ガス化装置の出口にてこれを除去しなければ、生成された合成ガスを用いることができない。
【０００９】
並流ガス化装置では、バイオマス及び酸化剤の供給は同じ方向に行われる。生成されたガスは高温領域を通過し、これにより熱分解反応中に生じたタールを分解することができる。結果として、生成されたガスは反応装置から７００℃程度の高温にて流出する。従って、向流ガス化装置と比較すると、タール成分は大幅に少ない。その一方、現存の並流ガス化装置は最大出力の点で限度がある。これは、酸化剤（空気、酸素、水蒸気）の注入が外周にて行われることから、特に還元エリアでは、反応床内における反応ガス（「ガス化剤」とも呼ばれる）の進入が制限されるからである。このようなガス化装置は、例えば、WO 2009/020442（Detes Maden Enerji Ve Cevre Teknoloji Sistemleri Limited Sirket）に説明されている。
【００１０】
この問題を解決するための解法は提案されている。US特許594,540 (Kitson, 1897)は、並流円筒型ガス化装置であって、空気の導入は円筒の頂部を通して行うものを説明している。空気入口ノズルは円錐型であり、空気はバイオマスの反応床に直接導入される。同様に、US特許4,306,506 (Energy Recovery Research Group)は、並流円筒型ガス化装置を説明しており、これは、頂部から底部に向かう順に、上部乾燥エリア、その後の蒸留エリア（熱分解）、更にその後の酸化エリア、最後に還元エリアを有する。空気はダクトを通じて導入され、当該ダクトは、酸化エリアの「芯」に対して開いており、且つ、空気を酸化エリア全体の頂部に及び底部に向かって偏向させる円錐を備える。更に、空気は還元エリアの底部に送られても良い。この空気は、還元エリアを冷却するためのものである。この構成では、空気の注入は２つの欠点を有する。一方では、生成された合成ガス中の水素と、空気中の酸素とが反応し、合成ガスの発熱量を低下させる。他方で、空気中の窒素によって合成ガスは希釈されてしまう。
【００１１】
US特許4,568,271 (Kernforschungsanlage Julich)は、有機化合物を含む廃液をガス化するためのガス化装置を説明している。液体は、縦型円筒容器に対し、ガス化装置の頂部に配置されたダクトを通じて導入される。炭素の豊富な材料を含む白熱する反応床が、円筒容器の底部に配置されている。円筒容器の底部に配置された中央ダクトを通して、更には開口を有し且つ白熱する反応床内に配置された円錐を通して、白熱する反応床に酸素が導入される。廃液は気化され、「分解」される。この装置は、廃液の処理だけに適している。
【００１２】
特許公開DE 102010033646 (Pyrox GMBH)は、並流固定床ガス化装置であって、ガス化装置の本体内に配置された「分離された」酸化室を備えるものを説明している。この酸化室は、円錐の幅広の部分が底部に位置するテーパー形状の上エリアを備え、酸化剤（空気）入口は酸化室の上部に備えられている。テーパー形状の上エリアは更に二重の壁を備え、その中を熱分解エリアにて生成された熱分解ガスが運ばれ、酸化室に導入される。これらの熱分解ガスは、酸化室の周辺に配置されたグリッドを通過する。特許公開DE 102010033646に説明された酸化室は、典型的にはバーナー設備を有する。この装置は複雑な構造を有し、加えて熱分解ガスはタール分を多く含んでおり、入口の格子はすぐに目詰まりするおそれがある。
【００１３】
特許出願NL 8200417 (TAB BV)は、幅広い種類の燃料を処理できる並流固定床ガス化装置を説明している。このガス化装置は、ガス化装置の本体の頂部に設けられた空気入口を備え、これにより空気は管によって、円錐の幅広部分が底部に位置しているテーパー形状の上部を備えるチャンバーに導入される。チャンバーの形状に起因して、バイオマス内における空気の分散は最適ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、従来技術による並流固定床ガス化装置は、その出力が制限されている。並流固定床ガス化装置について、この最大出力に関する従来技術の制限を除去し、特に５００ｋＷを越える最大出力にて動作可能とすること、高い出力、最小のタール量及び最小の灰分中のカーボン量にて合成ガスを得られるようにすること、に関する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題は、ガス化剤を利用してバイオマスを合成ガス及び灰に変換することを意図した並流固定床ガス化装置により解消される。当該ガス化装置は、反応器本体を備え、当該反応器本体は上部及び下部を備え、ガス化装置の本体上部の頂部に位置する入口ダクトを通じてガス化装置にバイオマスが導入され、合成ガスは合成ガス排出ダクトを通じて排出され、灰は反応器本体の下部の底部から灰排出ダクトを通じて排出される。また、前記ガス化装置は、頂部から底部に向けて、
バイオマス熱分解エリア、
バイオマス酸化エリア、
還元エリア、
灰が通過して排出されるための複数の開口を備える格子、
を備え、
前記ガス化装置は、空気又は酸素のようなガス化剤を導入する手段を備え、
前記ガス化装置は、ガス化剤を導入する手段が以下の構成、つまり、
ガス化装置の酸化エリアの頂部又は酸化エリア上方に配置され、ガス化剤を分散するための円錐と、
ガス化装置の酸化エリアに配置され、ガス化剤を注入する手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
ガス化装置は、合成ガス排出ダクトを通じてガス化装置から出る前に合成ガスが集められる環状区域を備えることが望ましい。
【００１７】
分散のための前記円錐は、バイオマスの入口ダクトの下方に位置し、ガス化装置の動作中にバイオマス中に埋め込まれる。望ましくは、分散のための円錐は、反応器本体の上部の内径Ｄに対して２０％から６０％の間、より好ましくは３０％から５０％の間の外径ｄを有する。円錐の内角は、６０°から１２０°の間であることが望ましく、７０°から１１０°の間であることがより望ましい。
【００１８】
一実施形態では、本発明によるガス化装置は、格子よりも上で且つ酸化エリアよりも下に配置されたガス化剤入口を有する。
【００１９】
望ましくは、前記環状区域の表面積は、格子に設けられた開口の表面積に比べて３倍から１０倍（望ましくは４倍から６倍、更に望ましくは５倍）大きい。
【００２０】
本発明のガス化装置は、様々な大きさ及び様々な熱出力にて動作できるが、その動作は、熱出力が２００から５０００ｋＷ、望ましくは５００から２５００ｋＷ、更に望ましくは６００から２０００ｋＷの間であるときに最適に動作する。
【００２１】
本発明の他の目的は、本発明のガス化装置を用いるバイオマスのガス化方法であって、
バイオマスを入口ダクトから導入し、
分散のための前記円錐を通じて、且つ、ガス化装置の酸化エリアに配置された注入手段を通じて、ガス化剤を導入し、
合成ガスを、前記環状区域及び前記合成ガス排出ダクトと通じて排出し、且つ、
灰を、前記格子及び灰排出ダクトを通じて排出する。
【００２２】
本方法の望ましい実施形態によると、前記ガス化剤は、グリッドの上方で且つ酸化エリアの下方に位置する入口を通じて注入される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明によるガス化装置の一態様を模式的に示し、縦の断面を示している。
【図２】図２は、本発明によるガス化装置の一態様を模式的に示し、縦の断面を示している。
【図３】図３は、本発明によるガス化装置の一態様を模式的に示し、Ａ−Ａ面における水平断面を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明によるガス化装置の一態様を模式的に示し、縦の断面を示している。
【図５】図５（ａ）は、ガス化装置の出口における合成ガスの温度の変化（黒色の曲線）、及び、反応器の頂部におけるガスの温度の変化（灰色の曲線）を示す。図５（ｂ）は、ガス化装置の頂部における圧力の変化（灰色の曲線）、及び、ガス化装置の底部における圧力の変化（黒色の曲線）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明のガス化装置１４（より一般的に、反応器とも呼ばれる）は、略円筒形の反応器本体を備え、当該本体は、上部２２と下部２３とを有する。一実施形態では、合成ガスを排出するための環状区域１１が存在することから、下部２３の直径は上部２２の直径よりも大きい。
【００２５】
図１及び図２に示す発明によると、バイオマス２６はガス化装置１４に対して入口ダクト１を通じて導入され、このために典型的にはウォームねじ２を用いる。「バイオマス」とは、固体の有機物を意味し、例えば様々な形の木材廃棄物（チップ、粒、破片等）、農業副生成物（例えば干し草）、処理場由来の乾燥残渣（泥）、その他のガス化装置１４の設計にて処理できる状態のあらゆる有機物である。回転アーム３により、バイオマスの表面を平らにすることができる。
【００２６】
図２は、図１の反応器１４を単純化して示すものであり、３つの反応エリア、つまり熱分解エリア１６、酸化エリア１７及び還元エリア１８のおよその位置関係と、乾燥エリア２５とを模式的に示す。本発明の反応器１４内において、酸化エリア１７は概ね反応ガス入口４の高さに位置し、熱分解エリア１６はその上、空気分散円錐１３の上方に位置し、還元エリア１８はより下、反応ガス下方入口６（これは随意設ける）の上方に位置する。
【００２７】
灰は、反応器本体の下部２３に設けられた格子８を通り、格子８の下方に集められる。灰は、定期的に又は連続的に、回転アーム９（典型的には２連アーム）によって灰排出ダクト１０を通して廃棄される。これは、図３に模式的に示す通りである。
【００２８】
主要ガス化剤（反応ガス）入口４は、反応床１５の中間の高さに位置する。これは、一揃いのダクト又はパイプからなると共に、末端が典型的には注入ブッシュである注入手段１９、２９からなり、反応器１４の本体２２の外周上方に分配されていて、ダクト４により供給される。
【００２９】
本発明のガス化装置１４において、他の反応ガス入口が反応床１５の上部に設けられており、これは上方ダクト５であり、その末端には反応ガス１３を分散するための円錐が設けられている。分散のための円錐１３により、酸化エリア１７において反応ガスの供給が良好になり、装置の出力が向上する。
【００３０】
実際、発明者らは、並流固定床ガス化装置の出力に関する制限を除去するためには、酸化エリアの全体に対して反応ガスを供給できるようにする必要があることを理解した。より具体的には、発明者らは、熱出力が５００ｋＷ程度を越えると、周辺注入ノズルはもはや不十分であることを観測した。実際、バイオマスに対して反応ガスが限定的にしか貫通しないことから出力は限定され、最大熱出力は反応器の断面積に比例することが分かる。従って、出力およそ５００ｋＷに対応するような所定の反応器の直径Ｄから、酸化エリアに対する反応ガスの注入を改善する必要が出てくる。このような追加の注入は、より小さな反応器にも有益である。
【００３１】
この問題は、ガス化装置の中央部分、酸化エリアの上方に肯定された円錐１３によって、酸化エリアの芯に反応ガスを供給することで解決される。当該円錐１３には、ガス化装置の軸に配置されたパイプ５によって反応ガスが供給される。この装置により、ガス化装置の酸化エリアの中心に最適な形で反応ガスを供給することができ、空気を反応ガスとして熱出力５ＭＷのレベルに達することができる。
【００３２】
分散円錐１３は、バイオマスの上面を平らにする回転アーム３の下方に位置しており、バイオマス２６内に埋め込まれている。反応器１４の動作中、円錐１３内の空間２４において、上は円錐１３により区切られ、底はバイオマス２６からなる斜面により区切られた固体の無い空間が作られる。
【００３３】
円錐１３が存在することに関係して、他の利点も現れる。円錐１３は、ガス化装置１４中に２つの明瞭に異なる部分を規定する。つまり、バイオマス２６の乾燥２５及び熱分解１６のための上部と、酸化１７及びコークスの還元１８のための下部である。円錐の位置は、固体がそれぞれの部分に最適な時間滞在するように決定される。これにより、連続的に動作することができ、タールの熱分解の変換を最大化することができる。実際、従来の反応器では、タールは熱分解エリアに出て、酸化エリアにて分解される。本発明の反応器によると、タールの一部は円錐１３内にて酸化される。熱分解中のバイオマスは円錐１３の壁沿いに移動する。熱分解ガスは空間２４を満たす。バイオマスの全く無い円錐１３内において、タールの均一な酸化が行われる。ここでいう均一な酸化とは、気相での酸化を意味する。これにより、生成するガス中のタール濃度が劇的に低減される。既知の並流固定床ガス化装置では、タールの濃度は生成するガスに対して５００ｍｇ／Ｎｍ３を越える。これに対し、本発明の装置では、この値は５０ｍｇ／Ｎｍ３未満、更には３５ｍｇ／Ｎｍ３未満に低下する。
【００３４】
円錐１３内における均一酸化エリア２４は、バイオマスに占められていない。従って、パイプ５に挿入された装置（図には示していない）によって導入された化石燃料（天然ガス、プロパン等）を燃焼させることによってガス化装置を起動するために用いることができる。また、領域２４によって、ガス化装置１４の安定動作中に、上部１６にて発生した熱分解ガス及びタールの一部を直接、空気により酸化することができる。
【００３５】
円錐１３は、更に、熱交換装置であって、バイオマス２６の乾燥及び熱分解に必要な熱の一部を供給することができる。実際、酸化反応は発熱反応であり、乾燥及び熱分解はエネルギーの供給を必要とする。しかしながら、従来のガス化装置では、酸化によって発生したエネルギーを乾燥及び／又は熱分解に利用することはできなかった。これは、バイオマスの反応床は熱伝導性が低いからである。円錐１３は一般に鋼により作られ、これは良好な熱伝導体であるから、酸化により発生したエネルギーを回収し、その少なくとも一部を熱分解エリア１６及び乾燥エリア２５に位置するバイオマスに供給することができる。
【００３６】
望ましい実施形態では、円錐１３の外径ｄが、反応器本体の上部２２の内径Ｄに対して２０％から６０％の間、より望ましくは３０％から５０％の間の値を有する。これらのパラメータは図４に示している。円錐１３の内角αは、６０°から１２０°の間であることが望ましく、７０°から１１０°の間であることがより望ましい。これらのパラメータにより、酸化エリア１７を最適な形状にすることができる。仮に、円錐がもっと広がっているとすると、つまり、内角αが１２０°を越えるとすると、一方では円錐１３上方においてバイオマスの流れが難しくなり、他方では円錐内におけるガスの再循環が不十分になって、熱分解ガスを良好に酸化することができなくなる。仮に、円錐がもっと狭いとすると、つまり、内角αが６０°未満であるとすると、バイオマスの流れに対する障害物としては不十分となり、円錐の上方に熱分解エリアを規定することができなくなる。更に、この角度では円錐内における熱分解ガスの再循環ができなくなる。
【００３７】
酸化エリア１７内に、周辺ガス入口４、１９及び２９と、パイプ５及び円錐１３からなる中央空気入口とが同時に存在することにより、酸化エリア１７に均一に空気を供給することができ、それにより、ガス化装置１４の出力を増加させることができる。円錐１３が存在するので、円錐の下方の所定エリアにおいてタールを酸化するための追加の酸化エリアが得られる。
【００３８】
従来技術の並流反応器では、生成されるガス中の粒子の濃度は、向流反応装置の場合よりも高い。粒度が非常に細かくなりながら、還元フェーズにおいてガスはコークスを通過する。このガスは、反応器の出口において、コークス及び灰の粒子の一部を運搬する。本発明の装置では、円錐が存在することから出力が増加するので、この問題は重大になる。このことから、合成ガスにおける粒子の量を最小化するために、コークスの反応床を去る際における合成ガスの速さを制限し、粒子の運搬を低減することが重要である。
【００３９】
既存の装置はガスの出口をガス化装置の下部の格子によって設けている。これは、ガスの排出の速さを低減することはできない。というのは、格子の大きさ及び開口は、灰の除去のために規制されているからである。
【００４０】
本発明の特定の実施形態における装置１４では、合成ガスは、格子１８上方に配置されたテーパー形状の環状区域１１を通して反応器１４から排出される。このテーパー形状の環状区域１１の表面積（格子８上方におけるバイオマスの斜面の面積により定義される）は、格子８に設けられた開口の面積に対して、３倍から１０倍（望ましくは４倍から６倍、更に望ましくは５倍）である。これにより、格子８を通る排出の速さに対し、合成ガスの排出の速さを同じ係数で減少させる。結果として、本発明の装置１４によると、粒子の運搬を制限できる小さい速さで合成ガスを排出することができる。実際、環状排出エリア１１の表面積は格子に設けられた開口よりも遙かに大きいので、ガスの排出の速さは、仮に格子８を通して排出した場合の排出の速さに比べて遙かに小さい。従って、コークス及び灰の粒子の運搬は非常に限定される。
【００４１】
環状区域１１を通じてガスを排出することによる他の効果も現れる。固体の反応床における圧力損失は顕著に減少する。固体の反応床１５における最も細かい粒度は格子８の直近部分に位置し、コークスの合成ガスへの変換によって、次第に細かくなる粒子が生成する。これは、反応床１５における空孔率は、格子上において、固体の反応床の上部におけるよりも小さいことを意味する。
【００４２】
ガスの排出が格子の下方で行われる場合、ガスは、格子を通り抜けるために非常に細かい固体を通過しなければならない。圧力の損失は非常に大きく、一般に、合成ガスのラインに高出力の排出機を備えることが必要となり、ガスの排出に関する電力の消費が大きくなる。加えて、非常に細かい粒度をもたらすので、コークスの変換をあまり大きくすることができない。従って、灰における炭素量は大きいままであり、バイオマスの合成ガスへの変換を制限する。しかしながら、本発明のガス化装置１４によると、ガスの排出は格子８の上方にて行われるので、ガスは細かい粒子の層を通過する必要がない。格子８上におけるコークスの粒度は非常に細かくても良く、この場合も合成ガスのラインの圧力損失が増えることも無い。これにより、より出力の小さい排出機を用いることができ、この装置の電力消費を制限できる。
【００４３】
更に、本発明によるガス化装置１４の他の特定の実施形態では、他の反応ガス入口が、環状のダクトであっても良いダクト７によって格子８の下方に設けられている。この実施形態では、格子８の下に反応性ガスを注入し、コークスの変換を最大化すると共に灰の炭素量を制限することができる。この結果、ガス化装置１４の出力が向上する。
【００４４】
特に、望ましい実施形態では、中央チューブ６による反応ガス入口が格子８の上方に設けられている。格子８の上方において反応ガスを導入すると、コークスの高温エリアを反応器１４の底部に向けて拡大することができる。この結果、コークスの変換は最大化され、ガス化装置１４の出力は更に向上する。格子８下方の反応ガス入口７と、格子８の上方に配置され、注入孔２７を有する空気入口６との両方を有する実施形態が、図１に示されている。
【００４５】
更に、追加の反応ガス入口６、７により、灰の炭素含量を大幅に削減することができ、その結果、ガス化装置１４の全体としての出力は増加する。
【００４６】
本発明のガス化装置１４により生成された合成ガスは、燃焼させることもできるし、化学反応、例えばフィッシャー・トロプシュ（Fischer-Tropsch）合成の材料として用いることもできる。
【００４７】
典型的には、本発明によるガス化装置１４の外壁は鋼からなっていても良く、内壁は、バイオマスと接触するのだが、耐火コンクリートからなっていても良い。図１による反応器であって、内径Ｄが７４０ｍｍであり且つ最大熱出力が３００ｋＷ程度である反応器について試験を行った。異なる運転状態における反応器の様々な箇所の温度を測定した。望ましくは、乾燥エリア２５では、温度は９０から１２０℃の間であり、熱分解エリア１６では２５０から５００℃の間であり、酸化エリア１７では８００から１３００℃の間であり、還元エリア１８では、１１００から７００℃の間である。
【００４８】
特定の実施形態では、円錐１３は８０°程度の内角αを有する。
【００４９】
合成ガスの温度及びガス化装置の温度は、運転の最初の１５時間中に測定した。ガス化装置の頂部及び底部において、圧力も測定した。これらの曲線が図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されている。「合成ガス温度」は、ガス化装置の出口において発生したガスの温度である。「反応器温度」は、ガス化装置の頂部におけるガスの温度である。「底部反応器圧力」は、ガス化装置の底部にて測定した圧力である。「頂部反応器圧力」は、ガス化装置の頂部にて測定した圧力である。２つの値の違いは、ガスが通過する固体の反応床における圧力の損失を示唆する。圧力は、mmH2Oを単位として曲線で表されている。これらは、反応器がいくらか減圧されているので、実際には負圧である。
【００５０】
得られた合成ガスの化学組成を特性づけるために、２つのガス試料を連続的に採取した（SCA1及びSCA2と呼ぶ）。これは、反応器１４が良好に稼働しているときに行った。２つの瓶の試料を気相マイクロクロマトグラフィにより分析した。結果は、以下に示している。百分率は、体積値である。
【００５１】
【表１】
2015509993.tif 000003
【符号の説明】
【００５２】
１            バイオマス用の入口ダクト
２            ウォームねじ
３            回転アーム
４            反応ガス入口ダクト
５            反応ガス上側入口ダクト
６            反応ガス下側入口ダクト
７            反応ガス環状入口ダクト
８            格子
９            回転アーム
１０          灰排出ダクト
１１          環状区域
１２          合成ガス排出ダクト
１３          反応ガス／円錐拡散器
１４          ガス化装置（反応器）
１５          反応床
１６          熱分解エリア
１７          酸化エリア
１８          還元エリア
１９、２９    反応ガス注入ノズル
２０          上方に拡大する漏斗エリア
２１          下方に拡大する漏斗エリア
２２          反応器本体（上部）
２３          反応器本体（下部）
２４          均質酸化エリア
２５          乾燥エリア
２６          バイオマス
２７          注入孔
【図３】
2015509993.tif 000004
【図４】
2015509993.tif 000005
【図１】
2015509993.tif 000006
【図２】
2015509993.tif 000007
【図５】
2015509993.tif 000008
【国際調査報告】
2015509993.tif 000009
2015509993.tif 000010
2015509993.tif 000011
2015509993.tif 000012
2015509993.tif 000013
2015509993.tif 000014