(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化される供給材料（１４，１４’）の入口（４１）と、生成ガスを放出する出口（２４，３８）とを有するガス化容器（１２）が据え付けられており、前記入口（４１）は空気が供給材料を備えた前記ガス化容器（１２）内に進入することを防止する、空気を分離し封止する手段（５０）を含んでおり、（ａ）使用時に、入ってくる供給材料（１４，１４’）を前記容器（１２）の加熱された内壁に接触するように拡散させる回転ファンと、（ｂ）使用時に、前記出口（２４，３８）から排出する前に前記生成ガスから微粒子からなる物質を取り除く渦流を前記生成ガスに生じさせるサイクロンとのユニット（２０）が前記容器（１２）の上部（１２’）に設けられている燃焼室（７０）を有し、
前記ユニット（２０）は、その上面を直立して半径方向に延びるとともに供給される供給材料（１４，１４’）を前記ガス化容器（１２）の頂部の前記加熱された内壁に接触するように拡散させる複数のファンブレードを備えており、前記入口（４１）は前記供給材料（１４，１４’）を前記ファンブレードに供給する位置に設けられている、ガス化反応装置。
【請求項２】
前記燃焼室（７０）はガスを燃料とする炉である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記入口（４１）が前記容器（１２）の頂部カバー（２６）に設けられており、前記ユニット（２０）が前記頂部カバー（２６）のすぐ下に配置されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ユニット（２０）が、前記頂部カバー（２６）から間隔を置いて配置されており、前記ファンブレードを上面の上に有しているディスク要素（６２）を有しており、該ディスク要素が中央軸まわりにあるシャフト（２２）にしっかりと固定されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ユニット（２０）が、前記ディスク要素（６２）の下面および前記シャフトにしっかりと固定されている複数のサイクロンパドル（６６）をさらに含んでいる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記容器（１１２）は側壁（１１２’）を有し、前記ユニット（１２０）は回転可能なシャフト（１２２）に固定された、上面を有する円錐状のつば（１６２）を有しており、前記ファンブレードは、前記円錐状のつば（１６２）の前記上面から直立している、概ね半径方向に延びている複数のプレート（１６３）と、前記容器（１１２）の前記側壁（１１２’）に近接するように前記円錐状のつば（１６２）からぶら下がっている複数のパドル（１６４）とが備えられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のガス化反応装置。
【請求項７】
前記パドル（１６４）を前記シャフト（１２２）に接続している１つまたは２つ以上のスパイダ（１３６）を含んでいる、請求項６に記載のガス化反応装置。
【請求項８】
前記プレート（１６３）の最外部の近傍で前記容器に取り付けられた環状の耐久板（１６５）を含んでいる、請求項６に記載のガス化反応装置。
【請求項９】
前記容器（１１２）が、側壁（１１２’）と、環状の樋（１１６）を形成するために前記容器（１１２）の前記側壁（１１２’）に結合する、内側に向かってドーム状になっている底部壁（１１２’’’）と、を有している、請求項１から８のいずれか１項に記載のガス化反応装置。
【請求項１０】
各パドル（６６）が、前記ユニット（２０）の回転方向の前方に曲げられた、湾曲した、または角度を付けられた半径方向最外部を有しており、及び／または、各パドル（６６）が、前記ユニット（２０）の回転方向の前方に突出するように前記シャフトに接線方向に配置されている、請求項５または６に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器が、ガスを通さないベアリング（３０）によって上端が閉じられた中央の直立ダクト（２４）を有しており、前記ユニット（２０）が、前記ダクト（２４）に沿って上方に延びているシャフト（２２，１２２）に取り付けられている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記シャフト（２２）が、前記容器（１２）内に軸方向に取り付けられた中心合わせピンの周りに緩く取り付けられているブッシュ（３４）を下端に有している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記シャフト（２２）が中空であり、かつ上端および下端の近くに開口（２２’，２２’’）を有しており、前記中空のシャフト（２２）が粒子を含まない生成ガスを前記出口（２４，３８）に搬送する導管である、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記出口（２４，３８）が、排出が進行している間、前記容器（１２）に前記生成ガスの一部を再循環させるように構成されかつ配置されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記容器（１２）が、前記容器に空気を進入させることなく灰の排出を可能にするエアロックダクト（１６）を底部に有している、請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記空気を分離し封止する手段が、供給材料を空気を伴うことなく前記入口（４１）に供給する封止された供給装置（５０）である、請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記供給装置が、入口（５４）を有するチャンバ（５２）と、使用時に空気を通過させないが固体の供給材料の粒子を通過させる、凹むことが可能な封止ニップを形成している凹むことが可能な外縁を備えたローラ（５８）を有している封止手段（５６）と、前記供給材料（１４）を前記入口（４１）に送るコンベア（６０）とを有している、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記供給装置（５０）が、液体の供給材料（１４’）を前記入口（４１）に供給する管（４４）をさらに含んでいる、請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記出口（３８）が、オイル幕または水幕のスクラバー／冷却器に接続されている、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はガス化反応装置に関する。
【０００２】
より詳細には、主題の装置は、有機物、すなわち有機成分を含む物質を、高熱量のガスに変換するためのものである。これは、廃棄物の処理に対して特に適用可能である。
【０００３】
商業上のおよび都市の（家庭の）廃棄物のような廃棄物を処理することが絶えず要求されている。埋め立ては、昔から行われている処理の手段であるが、周知の多くの欠点がある。焼却は、考えられるより良い処理の方法であるが、限界がある。特に、エネルギーの変換率が比較的低く、そして、例えば地域暖房用に余剰熱を利用することは、効率の問題および熱の配給に高い資本コストを要するという問題がある。焼却炉は、低熱量の煙道ガスを大量に発生する。このガスは、大気中に排出される前に、費用のかかる浄化が行われなければならない。焼却炉はまた、廃棄が必要な灰を大量に生じる。
【０００４】
したがって、焼却は、埋め立ての理想的な代替手段では決してない。
【０００５】
ガス化は、焼却の潜在的に魅力的な代替手段である。ガス化においては、有機物は直接分解され、すなわち、熱分解により空気が無い状態で可燃性のガスおよび灰に変換される。残念ながら、現存のガス化器では、生成されるガスは炭素および灰粒子にひどく汚染されている。ガスは、ガスが熱源としてまたは電力に変換されるために効率的に用いられる前に、かなりのそしてコストをかけた浄化を必要とする。現存するガス化プラントにより生成されたガスは、しばしば、非常に有毒なダイオキシンに汚染されている。
【０００６】
本発明は、灰を最小にして、きれいで、高熱量のガスを生成可能な、非常に効率的な変換器、すなわちガス化器の開発を目的とする。他の目的は、ホテル、工場および商店街におけるような小さな処理場における実施のみならず、大規模な都市廃棄物処理場における実施にも適した、順応性のある変換器、すなわちガス化器の構造を考案することにある。後者の実施においては、ガス化反応装置が、その処理場で必要な全てのエネルギーを供給し、処理場を実質的に自立させることができるようにすることが望ましい。
【０００７】
本発明のガス化反応装置を有している、都市廃棄物処理プラントは、以下に概説するように構成できる。
【０００８】
入ってくる固体廃棄物は、区分けステーションに送られる。ここで、鉄を含む金属および鉄を含まない金属の物体が取り除かれる。また、セラミックおよびガラスの物体が取り除かれる。残っている固体廃棄物は主として有機物であり、セルロース化合物、プラスチックおよびゴムの物質を含んでいる。廃棄物はそれから、比較的一様な大きさの小さな粒子に砕くために、細断ステーションに送られる。この段階では、廃棄物は、通常、多量の水分を含んでおり、したがって、乾燥器に送られる。乾燥器のエネルギーは、ボイラー／エンジンの排気から取り出され、このエネルギーはさらに、ガスを利用可能なエネルギー、すなわち電力または熱へ変換するために用いられる。水蒸気として放出された水分は、下水管に排出するために凝縮されることもある。
【０００９】
乾燥した廃棄物は、かたまりになっていれば粉砕され、それから、可燃性ガスおよび灰への分解のためにガス化器に送られる。生成されたガスは、種々の目的に用いることができるが、主に、電力を発生するガスタービン発電機の運転に用いられ、電力のいくらかまたは全てが利益を得るために全国の送電系統網に供給されてもよい。ガスのいくらかは、ガス化反応装置を加熱するために用いられる。ガス化反応装置からの排気は、乾燥器を間接的に加熱するために用いられる。ガスタービン発電機からの排気は、蒸気タービン発電機に動力を供給する、過熱蒸気を生成する熱交換器に供給できる。蒸気のいくらかは、乾燥器を加熱するのに用いてもよい。蒸気タービン発電機により発生された電力は、プラントの装置の需要に利用してもよいし、利益を得るために送電系統網に供給してもよい。
【００１０】
ガス化プラントが経済的に非常に望ましいということが、以下の概説から理解されるであろう。プラントの経営者は、燃料（廃棄物）の取得には、全く費用をかけなくて済む。それどころか、経営者は、廃棄物を出した者に、廃棄物の処分費用を請求できるであろう。一旦建設して運転し出せば、プラントは、人員配置と定期保守と修繕以外に大きな操業コストを必要としない。プラントを運転するための入力エネルギーは、廃棄物自身から有効に得ることができる。廃棄物から得られる余剰エネルギーは、例えば、電気エネルギーまたは熱エネルギーとして、利益のために売却することができる。
【００１１】
本発明によれば、高熱量の生成ガスを発生するための、固体または液体の有機物をガス化する方法は、ガス化容器から空気を排除する間、ガス化容器を高温に加熱する工程と、供給材料を、空気を伴うこと無くガス化容器の頂部に収容し、供給材料を、ガスと灰とに分解するためにガス化容器の加熱された内面に瞬間的に接触するようにファンにより遠心的に拡散させる工程と、供給材料を分解し、供給材料から灰のような微粒子からなる物質を実質的に取り除くために、ガス化容器内の生成ガスにサイクロン運動を及ぼし、ガスがガス化容器を通る中心軸経路に沿って出口に導かれる工程とを含んでいる。
【００１２】
本発明は、改善されたガス化反応装置を提供する。したがって、本発明によれば、ガス化される供給材料の入口と生成ガスを放出する出口とを有するガス化容器が設置された燃焼室を含み、入口は供給材料を備えたガス化容器に空気が進入することを防止するための、空気を隔離し封止する手段を含んでおり、（ａ）入ってくる供給材料をガス化容器の加熱された内壁に接触するように拡散することと、（ｂ）出口から放出する前にガスから微粒子からなる物質を取り除くために、生成ガス中にサイクロンを生じさせることとにそれぞれ用いられる、回転ファンとサイクロンとのユニットがガス化容器の上方部分に設けられているガス化反応装置が提供される。ここで、ユニットは、その上面を直立して半径方向に延びるとともに供給される供給材料をガス化容器の頂部の加熱された内壁に接触するように拡散させる複数のファンブレードを備えており、入口は供給材料をファンブレードに供給する位置に設けられている。
【００１３】
ここで、本発明を、添付図面を参照して、例示によってのみ、より詳細に説明する。
【００１４】
図１のガス化反応装置１０は、例えばステンレス鋼からなるガス化容器１２を有している。この容器内では、供給材料１４，１４’は、容器１２の内側の非酸化雰囲気内で、高熱量のガスと灰とに、熱分解により変換される。容器１２は、直円筒状の上方部分１２’と、灰の収集器１６に向かって先細になりかつ灰の収集器１６内に終端がきている円錐台状の下側部分１２’’とを有している。後者には、エアロックを構成する、空間的に離れている２つのゲート弁１８が設けられており、これにより、ガス化容器１２内に空気が進入すること無く灰を定期的に排出できる。
【００１５】
ガス化容器１２は、その上側部分１２’内にサイクロンファンユニット２０を有しており、サイクロンファン２０は容器から上方に延びている中空のシャフト２２に取り付けられている。このシャフトは、容器の頂部カバー２６に溶接されている直立ダクト２４内に収容されている。そして、シャフト２２は、駆動シャフト２８に連結されている。駆動シャフト２８は、ダクト２４の頂部を塞ぎ、好ましくは流体により冷却されている、密封された、空気およびガス不浸透性のベアリング組立体３０内に自由に動くように取り付けられている。２つのシャフト２２，２８を、したがってサイクロンファン２０を回転させる電気モーター駆動装置３２が設けられている。
【００１６】
２つのシャフト２２，２８は、本質的に、ベアリング組立体３０のみによって支持されている。シャフト２２はサイクロンファン２０を通って下方へ延びている。その下部端には、スパイダ３６に取り付けられている中心合わせピンを内部に収容している、グラファイトブッシュ３４が取り付けられている。ブッシュ３４の内面と中心合わせピンとの間には、１ｍｍ程度の隙間がある。ブッシュとピンとは共にシャフト２８のベアリングとしては機能せず、ベアリング組立体３０のみがシャフトを回転するように支持している。ピンおよびブッシュ３４は主として、シャフト２２およびサイクロンファン２０の半径方向の運動を安全な限界内に抑制または制限する安全策を構成している。
【００１７】
今まで記述したように、空気は、ガス化反応装置１０内、特に容器１２内に入り込むことはできず、また、ガスは、ガスダクト３８を通る場合を除いて容器から漏れ出すことはできない。ダクト３８は直立ダクト２４から分岐しており、不図示の安全な圧力シールへの接続部４０を含んでいる。
【００１８】
ガスに変換される供給材料１４，１４’は、頂部カバー２６に溶接されている空気を通さない伸縮式の伸長導管４２を備えた入口４１を通して、空気を伴うこと無く、容器１２内に導入される。供給材料１４は主として、本質的に大部分が繊維状である乾いた、小さな微粒子の状態の、都市の固体廃棄物である。しかしながら、供給材料は、都市の固体廃棄物に決して限られるものではない。もちろん、他の有機物の供給材料を用いることができ、それは固体である必要はない。例えば、使用済みのオイルを、供給材料１４’として管４４によりガス化のために容器２２内に供給することができる。このようなオイルは、特に高熱量のガスに変換することができる。供給材料の混合物を用いると、化学的な組成および生成ガスの熱量を制御できるので、固体の供給材料と液体の供給材料との両方を同時に容器１２に導入することが望ましい場合もある。
【００１９】
固体の供給材料は、封止された供給装置５０により、空気を伴うこと無く、容器入口４１に供給される。
【００２０】
簡潔に言えば、固体の供給材料を空気を伴うこと無く導管４２に供給する供給装置５０は、供給材料入口５４と、導管に開口している供給材料出口とを備えたチャンバ５２を有している。入口と出口との間の位置にある封止手段５６は、チャンバ５２の幅にわたっている。封止手段は、互いに接触し、凹むことが可能なニップを形成している、反対方向に回転する一対のローラー５８を含んでいる。このニップは、充分な垂直方向の大きさがあり、供給材料を、ローラー５８の間を出口に向かう経路において通過させることができ、ガスまたは空気がローラーの間を通過することを実質的に防止する封止部を構成している。
【００２１】
封止された供給装置５０は、コンベアから微粒子からなる供給材料１４を受け取るるために、供給コンベア（不図示）の下に位置している。封止手段５６はチャンバ５２を２つの部分に事実上仕切っており、一方の部分は大気に開口している入口５４を含んでおり、他方の部分は封止手段の下にあって封止手段によって大気から分離されている。モータ６０により駆動される、凹むことが可能なローラー５８のおかげで、重力によりコンベアから落下する供給材料１４は、空気を伴わずに、チャンバ５２の下側部分内を通過する。ここから、供給材料は、公知の種類の振動するバーコンベア６１により、出口、導管４２、および入口４１に送られる。チャンバの下側部分に、少なくとも１つのガス設備（不図示）を備えることもできる。この手段により、装置１０の始動時に、チャンバの下側部分では、内容物を排除し、または不活性ガスによって内容物を押し流すことが可能である。実際のガス化動作の間、チャンバは容器１２内で生成されたガスで満たされるであろう。
【００２２】
述べたように、封止手段は、凹むことが可能な封止ニップを構成する、接触し、反対方向に回転する一対のローラー５８を有しており、これらのローラーは、重合体のタイヤによって構成された、凹むことが可能で、弾力があり、圧縮できる外縁を有している。凹むことが可能な封止ニップに入り込む供給材料の粒子は、下方に搬送され、ニップ内において、弾力のある、圧縮できる外縁は凹み、すなわち供給材料の粒子を包囲して捕らえると同時に、かなりの量の空気がチャンバ５２の下側部分内を通過することを防止する。
【００２３】
サイクロンファン２０は、中空シャフト２２に強固に固定されている、最上部の金属製のディスク６２を有している。ディスク６２の上面の上には、ファンブレード６４が取り付けられている。ディスク６２およびブレード６４は容器１２の頂部カバー２６のすぐ下に配置されており、その結果、ブレードは入口４１のすぐ下で回転する。３つ、４つまたはそれ５つ以上のファンブレード６４を設けることができる。
【００２４】
また、複数の例えば４つの金属製パドル６６が、シャフト２２およびディスクの下面に強固に固定されている。各パドル６６は、シャフトから放射状に突き出ていてもよく、その最外部は、前方にすなわちサイクロンファンの回転の方向に曲げられ、湾曲し、または角度を付けられていてもよい。複数のパドル６６は、シャフト２２の周りに同じ間隔を置いて配置されている。パドルは、シャフト２２から放射状に突き出させる代わりに、サイクロンファンの回転の方向の前方に突き出すようにシャフト２２に対して接線方向に配置することができ、そして好ましい。同様に、この配置において、各パドル６６は、前方に曲げられ、湾曲し、または角度を付けられた最外部を有している。使用時には、サイクロンファンが回転すると、後述するように、パドル６６によって、容器１２内のガスに渦巻き運動が引き起こされる。
【００２５】
各々のパドル６６は、正方形または長方形の上側部分６６’と、先細の、三角形の下側部分６６’’とを有している。
【００２６】
金属製のディスク６２、ファンブレード６４、およびパドル６６は、ステンレス鋼からできていてもよく、互いにおよびシャフト２２に溶接されていてもよい。
【００２７】
容器１２は、燃焼室７０の内部に設置されている。燃焼室は、例えば、耐火煉瓦、耐火粘土またはセラミックの繊維からなる、厚い断熱性の裏張りのある鋼で作られている、頂部７２、底部７４および側壁７６を有している。複数のガスバーナー７８が、燃焼室７０の側壁７６の周りに間隔をおいて取り付けられている。ガスバーナー７８は、可燃性のガスと空気との混合ガスを燃焼させ、動作中に、容器を約９００℃またはそれより高い温度に加熱する。使用時には、可燃性のガスとして、供給材料のガス化によって生成されたガスの一部を用いてもよい。ガス化のプロセスを始める時には、どんな任意の手頃な可燃性のガス、例えばプロパンを代用してもよい。
【００２８】
ガスバーナー７８は、本出願人の英国特許出願第ＧＢ９８１２９７５．２号明細書に記載されているようなものが好ましいが、任意の適したバーナーを用いてもよい。
【００２９】
燃焼室７０内の燃焼生成物は、排気ダクト８０によって大気中に排気される。ガス状の燃焼生成物は、まず、蒸気または温水の生成器（不図示）内での熱交換によって冷却されることが好ましい。取り出された熱は、プラント内で、例えば供給材料から水分を取り除くために用いられる乾燥器で用いられることが望ましい。熱交換の後に、燃焼生成物は大気中に排気される。
【００３０】
ここで、ガス化反応装置１０の動作を述べる。
【００３１】
冷えた状態から始動すると、窒素のような不活性ガスが容器１２内に入口（不図示）を通して導入され、ダクト３８を経て排気される。密閉された供給装置５０にも、不活性ガスが勢いよく流される。
【００３２】
不活性ガスの気圧が容器１２内で保持されている間、バーナー７８が点火して、容器の温度が上昇させられる。容器１２の温度は、高温計（不図示）のような公知の手段によって推定できる。その間、サイクロンファン２０は、電気モーター駆動装置３２によって、５００〜１０００ｒｐｍの速度で回転させられる。
【００３３】
容器１２が一旦所望の温度に達すると、供給材料の供給が開始される。入口４１を通った供給材料１４，１４’は、高速で回転するファンブレード６４に出会い、容器１２の熱い内面に向かって外側にほうり出される。高熱量のガスへのガス化が急速に開始され、これは、１００分の１秒以内であると信じられている。ガス化がこのように急速に開始することは、ダイオキシンが生成されることを回避することにおいて重要な要素であると考えられている。供給材料の供給とガス化とが継続しているとき、生成されたガスがサイクロンファン２０に推進効果をもたらし、その回転を維持することがわかる。その結果、モーター駆動装置３２への電力の供給を止めることができる。さらに、今度はそれを、プラントで利用可能な発電機として使用することができる。ガス化が進むにつれて、不活性ガスの供給を止めることができ、高熱量ガスを以後の処理、収集、および使用のために、ダクト３８を介して容器１２から放出させることができる。
【００３４】
ガス化の間、生成されたガスは粒子によって汚染されることがある。しかしながら、上述したように、パドル６６は、ガスに、渦巻き動作、すなわちサイクロン効果を引き起こす。その結果、微粒子からなる物質は、ガス化容器１２の内面に向かって外側に投げ出される。もし、この物質が完全にガス化されていなければ、その分解およびガス化は、ガス化容器１２の内面の周辺で継続し、それはついには灰になる。サイクロン効果により、ガスから、微粒子からなる不純物が首尾よく取り除かれる。
【００３５】
生成されたガスは、やがて、中空シャフト２２の下側の開口２２’を通って、中空シャフト２２に入り込む。生成されたガスは、シャフト２２を上り、シャフトの穴２２’’を経て、ダクト２４の上側領域内に流れ出る。
【００３６】
ガスの大部分はダクト３８を経てダクト２４から出ていくが、ガスの一部は、ダクト２４を下って容器１２内に戻り、その中に、ガスはファンブレード６４の遠心力的な動作によって容器１２内に引き寄せられ、ガスは入ってくる供給材料の容器１２の熱い内面への流れを助けるように引き寄せられる。
【００３７】
ダクト３８に入ったガスは、送風冷却器またはスクラバーに送られ、そこで、冷却水または冷却オイルのしぶきを通過することにより、非常に急速に冷却される。このような冷却器またはスクラバーでの冷却により、ガスは著しくきれいな状態になり、その組成がダイオキシンのような汚染物質へ変換することを確実に首尾よく回避することができる。このガスは、非常に清浄に燃焼し、その燃焼生成物を大気中に放出した際に引き起こされる環境問題を最小にできる。
【００３８】
生成されたガスの少量を、バーナー７８に供給することに使用することができる。生成ガスの大半は、熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換される。
【００３９】
非限定的な例として、ガス化反応装置１０は直径が３．６ｍのサイクロンファン２０を有することができ、容器１２は毎時約１．５トンの乾燥した都市の固体廃棄物を処理できる。このようなガス化反応装置は、冷えた状態から始動した後、約１時間でガスの生成を開始できる。緊急時には、供給材料の供給を終了させることにより、約２５秒でガスの生成を停止させることができる。
【００４０】
供給材料１４，１４’のガスへの変換効率は、９０〜９５％のオーダーである。
【００４１】
１時間当たりに生成されるガスは、供給材料１４，１４’の性質次第で、約２．５〜１４ＭＷを生じることができる。このガスがタービン発電機で電力を生成するために消費される場合には、最高の変換効率は４２％かそこらである。実際には、供給材料の品質次第で、１．０トンの乾燥した供給材料から０．７から４．５ＭＷの電力を発電することができる。
【００４２】
ガス化反応装置１０から得られたガスを、一部は暖房（例えば空間暖房）に使用し、一部は発電に使用する場合には、３０％の電気エネルギーと５０％の熱エネルギーとを得ることが可能である。予想されるエネルギー損失は、２０％である。
【００４３】
次の表は、図１のガス化反応装置により生成されるガスの分析結果であり、塩素化合物の汚染物質が無いことを示している。
【００４４】
【表１】
0004471496.tif 000002
これに対して、埋め立てガスは、次の表で示すように、もっとずっと汚染されている。この分析結果は、ディスティントン、コンバーランド、イングランドの埋め立て地からの、３つの異なるガスのサンプルについてのものである。
【００４５】
【表２】
0004471496.tif 000003
前の４つの分析結果において、濃度の単位はｍｇ／ｍ3であり、“ＮＤ”は検出されなかったことを意味している。
【００４６】
本発明のガス化反応装置１０により生成されたガスは、主要な成分として、種々の炭化水素、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を有している。次の表は、本発明のガス化反応装置を使用して得られた２つのガスのサンプルについての、主要な成分および熱量を示している。
【００４７】
【表３】
0004471496.tif 000004
サンプル１は、都市の固体廃棄物をガス化することによって生成されたガスである。サンプル２は、その５０％がエンジンの潤滑油に使用されたオイルの混合物をガス化することにより生成されたガスである。供給材料が、処分問題をますます増加させている“無償の”廃棄物からなっていることを考えると、高熱量のきれいなガス生成物は非常に有益である。熱量はガスの組成から算出され、そしてそれは、約３８ＭＪ／ｍ3である天然ガスの熱量によく比肩する。
【００４８】
ここで図２〜７を参照すると、本発明の第２の実施形態は、例えばステンレス鋼からなるガス化容器１１２を有するガス化反応装置１００である。第１の実施形態と同様に、供給材料１４，１４’は、容器１１２内の酸化しない雰囲気内で、高熱量のガスと灰とに熱分解により変換される。
【００４９】
容器１１２は、円筒状の側壁１１２’、上方に向かってドーム状になっている頂部壁１１２’’、および上方に向かってドーム状になっている底部壁１１２’’’を有しており、側壁１１２および底部壁１１２’’’の下側端部は環状の樋１１６につながっている。樋１１６は、供給材料１４，１４’のガス化によって生成された灰を集め、この灰は、回転弁１１８の作動によって容器１１２から導管１１７を経て取り除かれる。
【００５０】
“炭素灰’’は、完全に圧力封止されたオーガー（不図示）によって、回転弁１１８の下方の位置から除去された後に、２つの方法のうちの１つにより処理される。
【００５１】
一方のケースでは、灰は浄化室内で除去され、そして浄化された後に、今度は、ガスの解放および空気の進入が生じないように、他のオーガーおよび２つのエアロック弁を経て取り除かれる。
【００５２】
他方のケースでは、灰は、ずっと高い温度に引き上げられ、充分に炭素と反応し水素および二酸化炭素のさらなる流れを生成する高温の蒸気と反応させられる。そして、残っている不活性な灰は、浄化された炭素の灰と同様の方法で排出される。
【００５３】
上側の中空ダクト１１９および下側の中空ダクト１２１は、容器の頂部壁１１２’’および底部壁１１２に、互いにおよびガス化容器１１２と同軸に溶接されている。供給材料１４，１４’は、容器１１２の頂部壁１１２’’に、容器１１２の垂直軸からずれて、しかしその垂直軸の近くに設けられたダクト１４２を介して、容器１１２内に供給される。
【００５４】
ガス化容器１１２は、ダクト１１９，１２１内で自身の軸の周りを回転するように支持された中空シャフト１２２に取り付けられたサイクロンファンユニット１２０を有している。特に図３，４、および７を参照すると、シャフト１２２の上端部が、フランジ２０３を備えた上側取り付けシャフト２０２がボルト２０４で止められている外側の環状の継ぎ環２００に溶接されている。セラミック製の断熱体からなるディスク２０６が、断熱をなすために継ぎ環２００とシャフト２０２のフランジ２０３との間に挟まれている。
【００５５】
ここで、図３，５、および６を参照すると、同様に断熱をなすために、シャフト１２２の下端部が、フランジ２１１を備えた下側取り付けシャフト２１０がボルト２１２で止められている外側の環状の継ぎ環２０８に、セラミック製の断熱体からなるディスク２１４を継ぎ環２０８とシャフト２１０のフランジ２１１との間に挟んだ状態で、溶接されている。
【００５６】
上側のダクト１１９および下側のダクト１２１は、断熱を成すためにセラミック製の断熱環帯２１９，２１９’の各々を間に挟んだ状態で、蓋２１６および２１８で覆われている。ローラーベアリング封止組立体２２０および２２２が、上側および下側のダクトに取り付けられている。後者は、サイクロンファンユニット１２０を支持するスラストベアリング支持体２２３上に配置されている。これらはまた、取り付けシャフト２０２および２１０を回転するように支持しており、一方で、組立部品２２０は図７の破線２２３で示すようにガス化装置１００の熱サイクルの間に長軸方向に伸長および短縮することを可能にしている。
【００５７】
ローラーベアリング封止組立体は、空気を封止しかつガスが漏れないように、サイクロンファンユニット１２０を支持している。これらは、流体で冷却されていることが好ましい。
【００５８】
下側方の取り付けシャフト２１０は、サイクロンファン１２０を回転させる、本実施形態においては定格５．５ｋＷの電気モーター駆動装置２１２に連結されている。
【００５９】
中空シャフト１２２の壁には、垂直方向に並べられている５つの貫通穴１２４の列があけられており、穴１２４の列は、容器１１２内のシャフト１２２の下部に向かうように配置されている。シャフト１２２には、垂直方向に並べられている５つの貫通穴１２６の列もあけられており、穴１２６の列は、ダクト１１９の上部の内部に配置されている。
【００６０】
上側のダクト１１９の側方に設けられたダクト１２８は、穴１２４を経てシャフト１２２の内部を通り、穴１２８を通ってシャフト１２２の内部からダクト１１９内に出るガスを、容器１１２から取り出すために用いられる。ダクト１１９の上部は、環状のガス規制体１２９により、容器１１２に対して実質的に密封されている。
【００６１】
供給材料１４，１４’は、図１の実施形態を参照して述べたような供給装置（不図示）により、ガス化容器１１２内に、空気を伴うことなく供給される。
【００６２】
ここで、図２および３を参照すると、サイクロンファン１２０は、シャフト１２２上に固定されている、容器１１２の頂部の方に向かって閉じた円錐状のつば１６２を有しており、このつば１６２の傾斜している上面の上には、シャフト１２２の近くから円錐状のつば１６２の底辺まで半径方向に延びている、等距離の間隔を置いて配置されている（この場合）４つの直立板１６３（２つが示されている）が取り付けられている。
【００６３】
本実施形態においては、半径方向外側から見てサイクロンファン１２０の運動方向に向くように半径方向の並びから僅かに角度をつけられて設けられている２４個の平らなパドル１６４が、円錐状のつば１６２の縁から垂直方向下向きにぶら下がっている。
【００６４】
パドル１６４はまた、水平方向の幅にわたって半径方向に僅かに湾曲していてもよい。
【００６５】
パドル１６４は、シャフト１２２と各パドル１６４との間に各々が水平方向に固定された、垂直方向に間隔をおいて配置されている一対のスパイダ１３６によって、円錐状のつば１６２から垂直方向の向きに支持されている。
【００６６】
円錐台状の耐久性の管１６５が、プレート１６３の最外部の近傍の、容器１１２のドーム状の頂部壁１１２’’と側壁１１２’との接合部で、容器１１２の隅に溶接されている。
【００６７】
容器１１２は、図１の実施形態の燃焼室７０と同じ物質で作られているが容器１１２を囲むように構成されている、ガスバーナー（不図示）付きの燃焼室７０の内部に取り付けられている。
【００６８】
燃焼室１７０内の燃焼生成物は、排気ダクト（不図示）により、大気中に排出される。ガス状の燃焼生成物は、まず、蒸気または温水の生成器（不図示）内での熱交換により冷却されることが好ましい。取り出された熱は、プラント内で、例えば供給材料から水分を取り除くために用いられる乾燥器で使用されるのが望ましい。熱交換の後、燃焼生成物は大気中に排出される。
【００６９】
ガス化反応装置１００の動作は、図１のガス化反応装置を参照して述べたものと同様である。
【００７０】
冷めた状態から始動されると、窒素のような不活性ガスが、入口（不図示）を通して容器１１２内に導入される。
【００７１】
不活性ガスのガス体が容器１１２内に保持されている間、容器１１２の温度が上昇させられる。そして、サイクロンファン１２０が、電気モーター駆動装置２１２によって５００〜１０００ｒｐｍの速度で回転させられる。
【００７２】
容器１１２が一旦所望の温度に達すると、供給材料の供給が開始される。入口ダクト１４２を通り抜けた供給材料１４，１４’は、高速で回転するプレート１６３に当たり、容器１１２の熱い内面に向かって外側にほうり出され、耐久性のプレート１６５は、容器１１２との最初の衝突点で容器１１２を保護する。高熱量のガスへのガス化は、前述と同様に急速に開始する。供給材料の供給とガス化とが続いているとき、生成されたガスがサイクロンファン１２０に推進効果をもたらし、その回転を維持し、同様に、モーター駆動装置２１２への電力の供給を止めることができ、そして、今度はそれを、プラントで利用可能な発電機として使用してもよい。ガス化が進むにつれて、不活性ガスの供給を止めることができ、高熱量ガスを、以後の処理、収集、および使用のために、ダクト１２８を介して容器１１２から放出させることができる。
【００７３】
パドル１６４が、容器１１２の容積内のガスに、微粒子からなる物質が容器１１２の内壁に向かって外側に投げ出されるように、渦巻き動作−すなわちサイクロン効果−をもたらしかつ持続させる。もし、この物質が完全にガス化されていなければ、その分解およびガス化は、容器１１２の内側の周辺で続き、それはついには灰になる。生成されたガスはシャフトの下側の開口１２４を通って容器の側壁１１２’に放り出される微粒子から分離し、容器の中央の中空シャフト１２２にやがて入るので、サイクロン効果により、ガスから微粒子からなる不純物が首尾よく取り除かれる。生成されたガスは、シャフト１２２を上り、シャフトの開口１２６を経て、ダクト１１９の上側領域に流れ出す。
【００７４】
大部分のガスはダクト１２８を経てダクト１１９から出ていくが、ガスの一部は、ダクト１１９を下って容器１１２内に戻り、その中に、ガスはプレート１６３の遠心力的な動作によって内部に引き寄せられ、ガスは入ってくる供給材料の容器１１２の熱い内面への流れを助けるように引き寄せられる。
【００７５】
ダクト１２８に入ってくるガスは、前述と同様に、送風冷却器またはスクラバーに送られ、そこで、冷却水または冷却オイルのしぶきを通過することにより、非常に急速に冷却される。このような冷却器またはスクラバーでの冷却により、ガスは著しくきれいな状態になり、その組成がダイオキシンのような汚染物質へ変換することを確実に首尾よく回避することができる。このガスは、非常に清浄に燃焼し、その燃焼生成物を大気中に放出した際に引き起こされる環境問題を最小にできる。
【００７６】
生成されたガスの少量を、バーナー（不図示）に供給することに使用することができる。主要な生成ガスは熱エネルギーまたは電気エネルギーに変換される。
【００７７】
通常の都市の処理場においては、並行に稼働する９台もの装置１０または１１０を設けられるであろうことが予想される。出力電力は、３０ＭＷ程度の電気エネルギーおよび５０〜６０ＭＷ程度の熱エネルギーであると予想される。
【００７８】
都市の固体廃棄物から生成されるガスは、有害なハロゲン化合物が少ないことが望ましい。通常のクロマトグラフ解析により、このような化合物の量は微々たるものであることがわかっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による第１のガス化反応装置の部分的な断面図である。
【図２】  本発明による第２のガス化反応プラントの部分的な断面図である。
【図３】  図２のガス化反応プラントのロータ組立体の断面図である。
【図４】  図２のガス化反応プラントのロータ組立体を支持する、上側のシャフト組立体の断面図である。
【図５】  図２のガス化反応プラントのロータ組立体を支持する、上側のシャフト組立体の断面図である。
【図６】  図２の環状の部分ＶＩの詳細図である。
【図７】  図２の環状の部分ＶＩＩの詳細図である。
【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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