(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にパイロリシスによって固形供給物を熱変換して、固形残留物および原ガスを発生させること、前記固形残留物を燃焼して燃焼ガスを生成すること、および原ガスをクラッキングして可燃性ガスを生成することを含む可燃性ガスの製造方法であって、燃焼ガスのすべてまたは一部を、原ガスのクラッキングに必要な熱エネルギー供給に用いるとともに、前記クラッキング操作に用いる前に前記燃焼ガスの一部を分流して、固形供給物の熱変換に必要なエネルギーを供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
燃焼ガスを、原ガスをクラッキングするための少なくとも１つの加熱手段（４２）への供給に用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃焼ガスを新鮮な空気と混ぜてクラッキング操作の所望の温度を得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
燃焼ガスおよび／または新鮮な空気の流速および流量を変化させることによって、クラッキング手段（１２）の温度および温度上昇速度を制御することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
クラッキング操作中に、原ガスが間接加熱を受けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
クラッキング操作中に、原ガスが直接加熱を受けることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
特にパイロリシスによる供給物の熱変換手段（１０）と、パイロリシス操作から得られる固形残留物の燃焼手段（２８）と、前記パイロリシスから得られる原ガスのクラッキング手段（１２）とを有する、固形供給物から可燃性ガスを製造するプラントであって、燃焼手段（２８）からの熱エネルギーのすべてまたは一部を熱変換手段（１０）へ輸送する接続管路（３０）と、接続管路（３０）に設けたバイパス点（４０）と、バイパス点（４０）に接続され、クラッキング手段（１２）へ熱エネルギーを輸送するためのバイパス管路（３８）とを有することを特徴とするプラント。
【請求項８】
バイパス点（４０）に、熱変換手段（１０）およびクラッキング手段（１２）への燃焼ガスの流れを制御する手段を有することを特徴とする、請求項７に記載のプラント。
【請求項９】
バイパス管路（４０）が、クラッキング手段（１２）の加熱手段（４２）に熱エネルギー供給することを特徴とする、請求項７または８に記載のプラント。
【請求項１０】
空気供給管路（４８）によって、加熱手段（４２）に新鮮な空気を供給することを特徴とする、請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
加熱手段（４２）が間接加熱手段であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のプラント。
【請求項１２】
加熱手段（４２）が直接加熱手段であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のプラント。
【請求項１３】
加熱手段が、燃焼ガスをクラッキング手段（１２）に注入するための、少なくとも１つの注入手段（４２）を有することを特徴とする、請求項９ないし１２のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１４】
前記燃焼手段内の固形残留物の燃焼を制御するための、燃焼手段（２８）と連結した制御手段（３６；８０）を有することを特徴とする、請求項７に記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスまたは家庭および／または産業廃棄物などの有機分を含有する固形供給物の熱変換から得られるガスから、可燃性ガスを製造する方法およびプラントに関する。
【０００２】
こうして製造されたリッチな可燃性ガスは、一方ではタールなどの重質生成物を含まず、他方では鉱物質の汚染物質、特にアルカリ塩を含まない。
【０００３】
これらの可燃性ガスは、ガスエンジン、ガスタービン、ボイラーまたはバーナーなどの動力生成装置または方法に有利に用いることができる。
【０００４】
したがって、パイロリシス(pyrolysis)またはサーモリシス(thermolysis)によって、上記定義のような固形供給物を熱変換する段階と、この変換段階から得られるガスのクラッキング操作とを組み合わせて、可燃性ガスを生成することは特に興味がある。
【０００５】
固形供給物をパイロリシス（またはサーモリシス）で変換することにより得られる、本明細書で以下パイロリシスガスまたは原ガスと呼ぶガスは、一般に水蒸気、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈx、Ｃ3Ｈy、ＮＨ3などの非凝縮性ガス、および炭素原子少なくとも４個を有する、より重質の炭化水素フューム(hydrocarbon fumes)の混合物からなる。
【０００６】
この重質の炭化水素フュームを、これらのパイロリシスガスのクラッキングによって変換して、この操作の最後に、大部分が非凝縮性かつ可燃性のガスを得ることができる。
【０００７】
【従来の技術】
可燃性ガス製造方法は、特に、米国特許第４，３００，９１５号明細書から既知である。この特許は、供給物のパイロリシス操作から得られる原ガスから、引き続きこれらのパイロリシスガスの一部のみをクラッキングして、前記可燃性ガスを最終的に生成する、こうした可燃性ガスの製造方法を記載している。
【０００８】
この特許では、パイロリシスガスの他の部分は、クラッキング処理に必要な熱エネルギーを発生させるバーナーに供給するのに使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この方法の欠点は、パイロリシス操作から得られるガスの一部だけしか変換することができず、したがってクラッキング操作の総合効率が低下していることである。
【００１０】
本発明は、可燃性ガス製造方法およびプラントでの上記の欠点を克服することを目的とし、これによってパイロリシスガスのすべてが可燃性ガスに変換される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特にパイロリシスによって固形供給物を熱変換（thermal conversion）して、固形残留物および原ガス(raw gases)を発生させること、前記固形残留物を燃焼して燃焼ガスを生成すること、および原ガスをクラッキングして可燃性ガスを生成することを含む可燃性ガスの製造方法であって、燃焼ガスのすべてまたは一部を、原ガスのクラッキングに必要な熱エネルギー供給(thermal power supply)に用いるとともに、前記クラッキング操作に用いる前に前記燃焼ガスの一部を分流して、固形供給物の熱変換に必要なエネルギーを供給することを特徴とする方法である。
【００１３】
本発明の方法の他の好ましい態様は、燃焼ガスを、原ガスをクラッキングするための少なくとも１つの加熱手段（４２）への供給に用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明の方法のさらに他の好ましい態様は、燃焼ガスを新鮮な空気と混ぜてクラッキング操作の所望の温度を得ることを特徴とし、これによりクラッキング操作においてに必要な温度を得ることができる。
【００１５】
本発明の方法のさらに他の好ましい態様は、燃焼ガスおよび／または新鮮な空気の流速および流量を変化させることによって、クラッキング手段（１２）の温度および温度上昇速度を制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明の方法のさらに他の好ましい態様は、クラッキング操作中に、原ガスが間接加熱を受けることを特徴とする。
【００１７】
本発明の方法のさらに他の好ましい態様は、クラッキング操作中に、原ガスが直接加熱を受けることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、特にパイロリシスによる供給物の熱変換手段（１０）と、パイロリシス操作から得られる固形残留物の燃焼手段（２８）と、前記パイロリシスから得られる原ガスのクラッキング手段（１２）とを有する、固形供給物から可燃性ガスを製造するプラントであって、燃焼手段（２８）からの熱エネルギーのすべてまたは一部を熱変換手段（１０）へ輸送する接続管路（３０）と、接続管路（３０）に設けたバイパス点（４０）と、バイパス点（４０）に接続され、クラッキング手段（１２）へ熱エネルギーを輸送するためのバイパス管路（３８）とを有することを特徴とするプラントである。
【００２０】
本発明のプラントの他の好ましい態様は、バイパス点（４０）に、熱変換手段（１０）およびクラッキング手段（１２）への燃焼ガスの流れを制御する手段を有することを特徴とする。
【００２１】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、バイパス管路（３８）が、クラッキング手段（１２）の加熱手段（４２）に熱エネルギー供給することを特徴とする。
【００２２】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、空気供給管路（４８）によって、加熱手段（４２）に新鮮な空気を供給することを特徴とする。
【００２３】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、加熱手段（４２）が間接加熱手段であることを特徴とする。
【００２４】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、加熱手段（４２）が直接加熱手段であることを特徴とする。
【００２５】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、加熱手段が、燃焼ガスをクラッキング手段（１２）に注入するための、少なくとも１つの注入手段（４２）を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明のプラントのさらに他の好ましい態様は、前記燃焼手段内の固形残留物の燃焼を制御するための、燃焼手段（２８）と連結した制御手段（３６；８０）を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明の実施態様の例の概要を図１から図４に示した。本発明の他の特徴および利点は、これらの図に基く下記の説明により、より明確になるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施態様の様々な構成要素を示すフローシートである。供給物の熱変換手段の一例であるパイロリシス炉（１０）は、可燃性ガス製造用のクラッキング手段の一例であるクラッキング反応器（１２）と連結している。
【００２９】
パイロリシス炉（１０）には、管路（１４）を経由して、都市廃棄物および／または産業廃棄物またはバイオマスなどの有機分を含有する主として固形の供給物が供給される。
【００３０】
パイロリシス炉（１０）は、様々な大きさおよび組成の供給物を処理する能力を有し、したがって、バイオマス、あるいは家庭廃棄物、一般的な産業廃棄物、または処理プラントのスラッジなどの有機物を含有する固形供給物の混合物などの、主な供給物の供給を受けることができる回転炉であることが好ましい。
【００３１】
この炉に導入する供給物は、炉に導入する前に、粉砕、乾燥、その他の通常の技術を用いて、最大粒子径または水分含有量など、炉の仕様を満足するように処理することができる。
【００３２】
特に、これらの仕様によって使用が規定されている供給物は、最大粒子径が３０ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満であり、水分含有量を最大４０重量％、好ましくは２０重量％に低下させなければならない。供給物の水分含有量は、クラッキング反応、したがってクラッキング反応器の効率に影響するからである。
【００３３】
水と、パイロリシス操作から得られるガスとの質量比が、０．１から１０になるような初期水分含有量を有する供給物を処理することが好ましい。こうした数値では、水蒸気が、炭素含有残留析出物の形成を制限または防止さえすることによって、クラッキング反応に良い影響を与えるからである。
【００３４】
この炉は、エンクロージャ(enclosure)（１６）を有しており、このエンクロージャ内に存在する供給物を加熱するための高温流体を受け入れる環状加熱空間（２０）がエンクロージャ（１６）と固定外殻（１８）とに囲まれた空間に設けられる。この炉は、回転炉の場合においては回転式のエンクロージャ（１６）を有する。
【００３５】
この流体の影響を受けて、および、パイロリシスの一般的方法である、空気をまったく存在させずにエンクロージャ内で行われる熱変換の結果、供給物は熱分解を受けて、炉の出口で、原ガスと呼ぶガス相、および本明細書で以後コークスと呼ぶ炭素に富んだ固体相の形成をもたらす。
【００３６】
炉の出口で、原ガスは、管路（２２）を経由してクラッキング反応器（１２）へ送られて可燃性ガスに変換され、この後反応器出口に配置された管路（２４）で集められる。コークスは、エアロックを形成した一連の弁（図示せず）などの外部へのシールを設けた管路（２６）を経由して燃焼手段（２８）に運ばれ、パイロリシス炉（１０）のエンクロージャ（１６）内に導入される供給物のパイロリシスに必要な熱エネルギーを発生させ、その全部または一部が接続管路（３０）を経由して環状加熱空間（２０）へ運ばれ、排出管路（３２）を経由して出る。
【００３７】
燃焼手段（２８）は、流動層、固定層、スクリュウ炉、火格子炉、サイクロン炉、または基本的に固形燃料を燃やすことができる任意の他の装置とすることができる。
【００３８】
この燃焼手段（２８）には、制御弁（３６）を有する管路（３４）を経由して、リサイクルされたフュームと混ぜることによってＯ2がほとんどない、または多分予熱された燃焼空気を供給され、コークスの燃焼温度、したがって燃焼手段（２８）からの燃焼ガスの温度が制御される。
【００３９】
原ガスのクラッキングに必要なエネルギーは、この燃焼手段（２８）から供給される。
【００４０】
より正確には、以後燃焼ガスと呼ぶ熱ガスの形をしたこのエネルギーは、その全部または一部が、接続管路（３０）のバイパス点（４０）から始まるバイパス管路（３８）を通って運ばれる。このバイパス点は、環状加熱空間（２０）の上流に設けられ、クラッキング反応器（１２）に位置する加熱手段（４２）で終わる。
【００４１】
燃焼ガスは、クラッキング反応器の加熱手段（４２）で使用されて、管路（４４）を経由して流出し、当技術分野で知られた方法で排出される。
【００４２】
加熱手段（４２）から出る燃焼ガスの温度は、プラントの熱効率を高めるために再利用することができる。特に、管路（４４）から出るガスの全部または一部を用いて、固定外殻（１８）とエンクロージャ（１６）に囲まれた環状加熱空間（２０）内を循環させることによって、回転式エンクロージャ（１６）を加熱することができる。
【００４３】
バイパス点（４０）には、制御手段および調整手段（図示せず）と連結した弁などの任意の周知の手段を設け、これにより、パイロリシス炉（１０）に供給される熱エネルギーおよびクラッキング反応器（１２）に必要なエネルギーを適切に制御することができる。
【００４４】
図２に示したように、クラッキング反応器（１２）は耐熱性材料から作られた殻を有し、その内部には、管路（２２）から来る原ガスが循環する好ましくは金属製の管（４６）が配置されている。これらの管は、その末端の一方で管路（２２）と通じており、他端で管路（２４）と通じている。
【００４５】
バイパス管路（３８）を経由して燃焼ガスを供給する加熱手段は、少なくとも１個の燃焼ガス注入手段、ここではディフューザ（４２）であり、記載の例では２個が反応器の壁内に配置されており、これが燃焼ガスを反応器内部に注入して管（４６）を加熱し、温度上昇速度および反応器内滞在時間を考慮して、その中を循環する原ガスを最高の変換率でクラッキングする。
【００４６】
クラッキング温度および温度上昇速度を制御する手段は、有利には、新鮮な空気供給管路（４８）、およびそれぞれ燃焼ガスの入口および新鮮な空気の入口と連結し、それぞれディフューザ（４２）で終わる制御弁（５０）、（５２）の形で設けられる。
【００４７】
クラッキング反応器内の所望の温度および温度上昇速度を考慮して、この反応器内へディフューザ（４２）から注入される燃焼ガスおよび新鮮な空気の流速および流量は、制御弁（５０）、（５２）によって制御される。
【００４８】
クラッキング反応を得るために、多分新鮮な空気と混ぜられた燃焼ガスは、管（４６）の壁を加熱し、この管内を循環する原ガスのクラッキングを引き起こす。
【００４９】
こうして、温度および速度パラメータを考慮して、原ガスに存在する重質炭化水素は、クラッキングによって軽質ガスに変換され、管路（２４）を経由して流出し、図４に関連して本明細書で以下さらに明確に説明する追加の処理を受ける。
【００５０】
もちろん、上記の温度および温度上昇速度パラメータと関連した、管の配置（数量、レイアウト、直径等）は、炭素含有残留析出物の形成を最小限に抑えつつ、最高の原ガス変換率を得ることができるようにする。
【００５１】
図２の反応器内で行われる原ガスのクラッキングは、空気の不存在下で行われることに留意することが重要である。
【００５２】
図３は一変形例であり、原ガスは管内を循環せず、管路（２２）を通ってクラッキング反応器（１２）の殻によって範囲が定められた容積内に直接流入し、クラッキングの後、管路（２４）を通って可燃性ガスと燃焼ガスの混合物の形で流出する。
【００５３】
この変形例では、クラッキング反応器（１２）は、耐熱性材料で作られた殻を有し、その中へ、一方では管路（２２）を通って原ガスが流れ、他方ではディフューザ（４２）を通って燃焼ガスが流れる。これらの燃焼ガスはバイパス管路（３８）から来て、空気供給管路（４８）から来る新鮮な空気と多分連動して、上記のように、制御弁（５０）、（５２）によって燃焼ガスおよび新鮮な空気の流速および流量が制御される。
【００５４】
原ガスおよび（多分新鮮な空気を随伴する）燃焼ガスは、この殻内部で互いに混ざり、クラッキング操作に必要な熱エネルギーは燃焼ガスによって直接供給される。
【００５５】
したがって、反応器の出口では、管路（２４）は、クラッキング操作から得られる可燃性ガスと燃焼ガスの混合物を運ぶことになる。
【００５６】
もちろん、この混合物は、この後、任意の適当な手段で処理して、それが含有する可燃性ガスが使用できるようにする。
【００５７】
図４は、図１および図２に関連して上述したように、管路（２４）を通ってクラッキング反応器（１２）から流出する可燃性ガス、およびパイロリシス炉（１０）の加熱手段で用いられ排出管路（３２）を経由して排出された燃焼ガスの処理の一例を説明する。
【００５８】
管路（２４）から来る可燃性ガスは、熱交換器（５６）によって急速に冷却されて化学反応を停止し、次いで、交換器出口で、管路（５８）を通って、ろ過および分離手段（６０）に送られ、懸濁した固体粒子を除去しこれを排出する。
【００５９】
固体粒子は、管路（６２）を経由して排出されて、貯蔵装置（図示せず）に送られ、洗浄された可燃性ガスは、図示した例では管路（６４）を経由してエンジンまたはタービンなどの動力生成手段（６６）への供給に用いられる。
【００６０】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、管路（６４）を可燃性ガス貯蔵装置に接続することができ、前記洗浄ガスの圧縮段階の後、このガスを貯蔵することができる。
【００６１】
パイロリシス炉（１０）の加熱に用いられ、排出管路（３２）を経由して排出された燃焼ガスは、熱回収手段（６８）に供給される。この手段から来るフュームは、次いで管路（７０）を経由して煙突（７２）に排出され、一方、エネルギー（水蒸気、温水等）は、管路（７４）を経由して熱回収手段から排出されて適当な手段に送られる。
【００６２】
次に、可燃性ガスを製造する方法を、図１に基づいて以下に説明する。
【００６３】
供給物は、管路（１４）を経由してパイロリシス炉（１０）のエンクロージャ（１６）に、前記炉への供給およびその気密性を実現できる装置（示さず）を用いて（前処理を行って、または行わずに）導入される。
【００６４】
回転炉の場合、供給物はエンクロージャ（１６）内部に進み、環状加熱空間（２０）内を循環する燃焼ガスの熱の作用で残存水分が解放され、次いで完全空気不存在下での熱分解（パイロリシス）を受ける。
【００６５】
なお、環状加熱空間（２０）内の燃焼ガスは、所望の加熱速度および温度パラメータに応じて、エンクロージャ（１６）を循環する供給物に対して向流または並流循環とすることができる。この環状加熱空間に存在する燃焼ガスの温度は、６００℃から１４００℃、好ましくは８００℃から１２００℃である。供給物の加熱は、エンクロージャ（１６）の金属壁への燃焼ガスの輻射および対流によるエネルギー伝達によって提供される。
【００６６】
このパイロリシス操作は、３００℃から９００℃、好ましくは５００℃から７００℃の温度、および大気圧に近い圧力で行われる。供給物の炉内滞留時間は、３０から１８０分、好ましくは４５から９０分である。
【００６７】
さらに、加熱速度は、重質生成物の形成を最小限にするように、５℃／分から５０℃／分とするのが好ましい。
【００６８】
炉の出口では、供給物が分解して、一方では管路（２６）を通って直接または間接的に燃焼手段（２８）に排出されるコークスを形成し、他方ではクラッキング反応器（１２）へ送られる原ガスを形成する。
【００６９】
燃焼手段（２８）内でコークスが燃焼して発生した熱は、一部は接続管路（３０）を通ってパイロリシス炉（１０）の加熱に用いられ、他の部分はバイパス管路（３８）を通ってクラッキング反応器（１２）の加熱に用いられる。
【００７０】
原ガスは、反応器内で、図２または３に基づいて説明した装置によって、８００℃から１２００℃の温度でクラッキングを受ける。次いで、このクラッキング操作から得られた可燃性ガスは、管路（２４）を経由して排出されて、例えば図４に基づいて説明したように適当な方法で処理される。
【００７１】
こうして、すべての原ガスは最後には可燃性ガスに変換され、したがって供給物の可燃性ガスへの変換効率はますます高くなることになる。
【００７２】
もちろん、本発明は、上記の例に限定されることはなく、任意の変形例を含むものである。
【００７３】
原ガスからコークスをさらに良好に分離するように、サイクロン型分離器（７６）をパイロリシス炉（１０）の出口に特に配置することができ、貯蔵ビン（７８）を設けて燃焼手段（２８）へのコークスの供給を制御弁（８０）によって制御することができる。
【００７４】
さらに、図４に関連して、熱交換器（５６）と熱回収手段（６８）の間に管路（８２）を設けて、可燃性ガスがこの交換器を通るときに冷却されて回収される熱をそこへ伝達することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、バイオマスまたは家庭もしくは産業廃棄物などの有機分を含有する固形分から、タール等の重質生成物や鉱物質の汚染物質等を含まない高品位の可燃性ガスを効率よく得ることができる。得られた可燃性ガスは、ガスエンジン、ガスタービン、ボイラーまたはバーナーなどの動力生成装置のエネルギー源として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラントの一例の構成要素を示す図である。
【図２】本発明のプラントに用いることのできるクラッキング反応器の一例の縦断面図である。
【図３】本発明のプラントにプラントに用いることのできる他のクラッキング反応器の一例の縦断面図である。
【図４】本発明のプラントに用いることのできる可燃性ガスまたは燃焼ガスの処理プラントの一例の構成要素を示す図である。
【符号の説明】
１０  熱交換手段（パイロリシス炉）
１２  クラッキング手段（クラッキング反応器）
１４  管路
１６  エンクロージャ
１８  固定外殻
２０  環状加熱空間
２２  管路
２４  管路
２６  管路
２８  燃焼手段
３０  接続管路
３２  排出管路
３４  管路
３６  制御手段（制御弁）
３８  バイパス管路
４０  バイパス点
４２  加熱手段または注入手段（ディフューザ）
４４  管路
４６  管
４８  空気供給管路
５０  制御弁
５２  制御弁
５６  熱交換器
６０  分離手段
６６  動力生成手段
６８  熱回収手段
７２  煙突
７６  サイクロン型分離器
７８  貯蔵ビン
８０  制御手段（制御弁）
８２  管路
【図１】
0004440519.tif 000002
【図２】
0004440519.tif 000003
【図３】
0004440519.tif 000004
【図４】
0004440519.tif 000005