(57)【要約】本発明は、原料をガス化する方法および装置に関する。本発明によると、方法は、原料を固定層ガス化装置の上部に供給するステップと、原料をガス化装置の上部からガス化装置の熱分解領域に導入し、熱分解領域で固定層を形成し、熱分解領域で熱分解空気の存在下で原料を熱分解し、熱分解生成物を形成するステップと、熱分解生成物を熱分解領域からガス化装置の下部に導入するステップと、一次空気を向流的に下部に導入するステップと、ガス化ガスを形成するように、ガス化装置の下部で最終ガス化を行うステップと、ガス化ガスを触媒酸化部におよび触媒酸化部の触媒層を通って導入するステップと、触媒酸化部の改質空気の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスを改質するステップと、を含み、ガス状生成物を形成するようになっている。さらに、本発明は、ガス状生成物に関する。【選択図】図１
2018500403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料をガス化する方法であって、前記方法は、
‐原料を固定層ガス化装置の上部に供給するステップと、
‐原料を前記ガス化装置の上部から前記ガス化装置の熱分解領域に導入し、熱分解領域で固定層を形成し、熱分解領域で熱分解空気の存在下で原料を熱分解し、熱分解生成物を形成するステップと、
‐熱分解生成物を熱分解領域から前記ガス化装置の下部に導入するステップと、
‐一次空気を向流的に前記下部に導入するステップと、
‐ガス化ガスを形成するように、前記ガス化装置の下部で最終ガス化を行うステップと、
‐ガス化ガスを触媒酸化部におよび触媒酸化部の触媒層を通って導入するステップと、
‐前記触媒酸化部の改質空気の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスを改質するステップと、
を含み、
ガス状生成物を形成するようになっていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記触媒層の温度は、６００〜９００℃である、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、ガス化ガスの温度は、前記触媒酸化部の前に４００〜６００℃である、方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、前記固定層は、コンパクトにするように押圧される、方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記固定層は、回転するグレートによって攪拌される、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、改質空気は、前記触媒酸化部の直前に導入される、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、原料は、木材含有物質、バイオマス系材料、有機物質およびそれらの組み合わせで構成されるグループから選択される、方法。
【請求項８】
原料をガス化する装置であって、前記装置は、
‐固定層ガス化装置（１）であって、上部（２）と、前記ガス化装置の中間部にある熱分解領域（３）と、下部（４）と、触媒酸化部（５）と、を備える固定層ガス化装置（１）と、
‐少なくとも１つの供給装置（６）であって、原料が熱分解領域（３）に導入される前記ガス化装置の前記上部（２）に原料を供給し、熱分解領域に固定層を形成する、供給装置（６）と、
‐前記下部（４）に導入される熱分解生成物を形成する熱分解空気（７）の存在下で原料が熱分解される熱分解領域（３）にある固定層と、
‐熱分解空気（７）を熱分解領域（３）に導入する第１空気供給装置と、
‐前記下部（４）に向流的に一次空気（８）を導入する第２空気供給装置と、
‐前記下部（４）での最終ガス化によって形成されたガス化ガス（９）を前記触媒酸化部（５）に導入するガス導入装置と、
‐触媒による酸化のために改質空気（１０）を導入する第３空気供給装置と、
‐前記触媒酸化部（５）の触媒層（１１）であって、前記触媒酸化部（５）の触媒層（１１）を通って、ガス化ガス（９）が導かれて改質空気（１０）の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスが改質され、ガス状生成物（１２）を形成するようになっている、前記触媒酸化部（５）の触媒層（１１）と、
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記装置は、前記触媒酸化部（５）の前に温度を調節する少なくとも１つの温度調節デバイスを備えることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の装置であって、前記装置は、機械的層押圧デバイス（１３）を備え、前記機械的層押圧デバイス（１３）は、前記層を押圧することを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置であって、前記触媒酸化部（５）は、熱分解領域（３）を囲むように配置される、装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は、前記固定層を攪拌する回転するグレートを備える、装置。
【請求項１３】
ガス状生成物であって、低タール含有量の前記ガス状生成物は、請求項１〜７のいずれか１項の方法によって形成される、ガス状生成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料をガス化するための、請求項１のプリアンブルに定められる方法に、および請求項８のプリアンブルに定められる装置に、関する。さらに、本発明は、請求項１３のプリアンブルに定められるガス状生成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる熱分解およびガス化方法および装置は、従来技術から知られている。熱分解およびガス化生成物は、有機物質およびバイオマスなどの異なる原料から生成される。
【０００３】
いくつかの国では、小規模なバイオマスを電力に変換する工場の可能性が高まっている。従来の燃焼および蒸気サイクルは、５‐１０ＭＷ燃料容量以下で高過ぎて非効率的である。
【０００４】
既存の降流式ガス化装置は、無灰木材ブロックまたは良質木材チップなどの非常に良質な木質燃料またはバイオマスを必要とし、大幅に増えるタール生成なしに、経済的に魅力のある０．５‐２ＭＷスケールまでスケールアップすることができない。加えて、降流式ガス化装置は、炭素変換効率が悪い。理想操作は、熱分解生成物および酸素との良好な接触を必要とする。灰は、通常未燃炭素を比較的多く含み、タール含有量は、エンジン使用に多すぎる。昇流式ガス化装置などの他の基本的なガス化装置の種類は、良好な炭素転換率を有するが、重大な廃液問題を招かずに生成物ガスから除去するのが非常に難しい多くのタールを作り出す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、原料をガス化する新しいタイプの方法および装置を開示することである。さらに、本発明の目的は、低タールガス状生成物である新しいタイプの生成物を形成する方法および装置を開示することである。さらに、本発明の目的は、新しい低タール生成物を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による方法および装置は、請求項に示されたものによって特徴付けられる。
【０００７】
本発明は、原料をガス化する方法に基づく。本発明によると、方法は、原料を固定層ガス化装置の上部に供給するステップと、原料をガス化装置の上部からガス化装置の熱分解領域に導入し、熱分解領域で固定層を形成し、熱分解領域で熱分解空気の存在下で原料を熱分解し、好ましくは熱分解ガス状生成物である熱分解生成物を形成するステップと、熱分解生成物を熱分解領域からガス化装置の下部に導入するステップと、一次空気を向流的に下部に導入するステップと、ガス化ガスを形成するように、ガス化装置の下部で最終ガス化を行うステップと、ガス化ガスを触媒酸化部におよび触媒酸化部の触媒層を通って導入するステップと、触媒酸化部の改質空気の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスを改質するステップと、を含み、そして低タール含有量のガス状生成物が形成される。好ましくは、熱分解領域は、ガス化装置の中間部分である。好ましくは、木炭の燃焼もガス化装置の下部で起こる。
【０００８】
さらに、本発明は、原料をガス化する装置に基づく。本発明によると、装置は、固定層ガス化装置であって、上部と、ガス化装置の中間部にある熱分解領域と、下部と、触媒酸化部と、を備える固定層ガス化装置と、少なくとも１つの供給装置であって、原料が熱分解領域に導入される固定層ガス化装置の上部に原料を供給し、熱分解領域に固定層を形成する、供給装置と、下部に導入される熱分解生成物を形成するように原料が熱分解される熱分解領域にある固定層と、熱分解空気を熱分解領域に導入する第１空気供給装置と、下部に向流的に一次空気を導入する第２空気供給装置と、下部での最終ガス化によって形成されたガス化ガスを触媒酸化部に導入するガス導入装置と、触媒による酸化のために改質空気を導入する第３空気供給装置と、触媒酸化部の触媒層であって、触媒酸化部の触媒層を通って、ガス化ガスが導かれて改質空気の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスが、処理好ましくは改質され、低タールガス状生成物を形成するようになっている、触媒酸化部の触媒層と、を備える。
【０００９】
さらに、本発明は、ガス状生成物に基づく。低タール含有量のガス状生成物は、本発明の方法によって形成される。一実施形態では、ガス状生成物の主成分は、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、メタン、窒素および水蒸気である。加えて、ガス状生成物は、原料由来の少量の異なるガス不純物を含み得る。一実施形態では、ガス状生成物は、ベンゼンより重い２００ｍｇ／ｍ３ｎ未満の炭化水素成分を含む。
【００１０】
ガス化に適したおよび／またはそれ自体が公知であるあらゆる反応器またはガス化装置は、ガス化に使用することができる。好ましくは、ガス化装置は、固定層反応器である。一実施形態では、ガス化装置は、降流式ガス化装置と昇流式ガス化装置との組み合わせである。
【００１１】
この文脈において、熱分解は、酸素の存在下で高温下での有機物質の熱化学的分解を意味する。熱分解は、揮発性化合物が原料から除去される、原料のあらゆる熱分解、加熱分解、熱化学的分解またはそれらの組み合わせを意味する。この文脈において、熱分解領域は、熱分解が行われるガス化装置の部分を意味する。好ましくは、熱分解領域は、原料の液化ステージを備える。
【００１２】
この文脈において、熱分解空気、一次空気および改質空気は、酸素、窒素、蒸気および二酸化炭素を含み得るあらゆる空気供給を意味する。一実施形態では、熱分解空気、一次空気および／または改質空気は、酸素を含む。一実施形態では、熱分解空気、一次空気および／または改質空気は、典型的な大気組成を含む。一実施形態では、熱分解空気、一次空気および／または改質空気は、酸素、酸素系組成物または酸素および蒸気の混合物を含む。一実施形態では、熱分解空気、一次空気および／または改質空気は、二酸化炭素または二酸化炭素系組成物を含む。
【００１３】
一実施形態では、原料は、木材含有物質、バイオマス系材料および有機物質（有機物質含有揮発性物質など）およびそれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。例えば、原料は、チップ、森林チップ、樹皮、おがくず、わら、泥炭および石炭およびそれらの組み合わせであり得る。原料は、他の有機成分も含み得る。原料は、１つ以上の材料成分を含み得る。好ましくは、原料は、固体状である。
【００１４】
一実施形態では、固定層は、好ましくは上から層を時々押圧するように、コンパクトにするように押圧される。一実施形態では、装置は、層を押圧するおよび締結する機械的層押圧デバイス（層締結デバイスなど）を備える。機械的層押圧デバイスは、ねじ、ピストン式デバイスまたはあらゆる他の適切なデバイスであり得る。層チャネリングは回避され、原料の下降流は、機械的層押圧を用いることによって促進される。
【００１５】
一実施形態では、固定層は、例えばガス化装置の底部から、回転するグレートによって攪拌される。一実施形態では、装置は、層を攪拌する回転するグレートを備える。一実施形態では、回転するグレートは、層を攪拌するためにガス化装置の底部に配置される。
【００１６】
熱分解領域では、熱分解は、空気の存在下で原料層の内側で行われる。一実施形態では、熱分解空気は、熱分解領域に導入される。一実施形態では、温度は、熱分解空気の供給によって熱分解領域で制御される。一実施形態では、熱分解は、熱分解生成物を形成するように５００‐６００℃の温度で行われる。一実施形態では、ガス化装置の熱分解領域は、降流領域となる。熱分解領域の酸素の存在は、重質タールの選択酸化をもたらし、熱的に安定な芳香族化合物の形成を最小限に抑える。
【００１７】
熱分解は、酸素の存在下で行われる。一実施形態では、わずかな量の空気が熱分解領域に導入され、触媒酸化部の前のガス温度が４００‐６００℃であるようになっている。好ましい実施形態では、熱分解空気の量は、熱分解空気、一次空気および改質空気を含む全空気供給の５‐４０％（好ましくは１０‐２０％）である。
【００１８】
ガス化の向流下部では、木炭がガス化されるおよび／または灰が酸化される、最終ガス化が行われる。さらに、タールは、下部で部分的に分解され得る。好ましくは、ガス化装置の下部は、昇流式ガス化装置として働く。一次空気は、ガス化装置の下部に向流的に供給される。一実施形態では、一次空気の一部は、中央管を通じて供給され、中央管は、層でより高くおよび熱分解領域の出口により近く配置され、タール分解を向上させるようになっている。好ましくは、ボトムアッシュは、下部から除去される。残留炭素の完全燃焼は、ボトムアッシュ除去の前に下部で実現することができる。
【００１９】
一実施形態では、触媒酸化部は、熱分解領域を囲むように配置される。
【００２０】
触媒による酸化では、残留タールは、触媒層で酸化されて分解される。一実施形態では、触媒層の温度は、６００〜９００℃、好ましくは７００〜８００℃である。好ましくは、タールの分解は、選択的酸化、改質および熱分解の複合効果に基づく。
【００２１】
一実施形態では、ガス化ガスの温度は、触媒酸化部の前に４００〜６００℃である。
【００２２】
一実施形態では、装置は、触媒酸化部の前に温度を調節する少なくとも１つの温度調節デバイスを備える。
【００２３】
一実施形態では、装置は、熱分解領域に関連して温度を調節する少なくとも１つの温度調節デバイスを備える。
【００２４】
一実施形態では、改質空気は、触媒酸化部に導入される。一実施形態では、改質空気は、触媒酸化部の直前に、好ましくは直下で、触媒による酸化に導入され、酸化反応が触媒表面上で起こるようになっている。これは、６００‐９００℃の範囲の比較的低い動作温度で非常に効果的なタール低減をもたらす。
【００２５】
触媒層は、あらゆる適切な触媒を含んでよい。一実施形態では、触媒は、ジルコニウム系触媒、貴金属系触媒、ニッケル系モノリス、カルシウム系触媒、他の適切な触媒およびそれらの組み合わせで構成されるグループから選択される。触媒は、異なる形状で形成されてよい。触媒層は、異なる反応器設計で、好ましくはモノリス要素または噴流または流動層設計を用いて、構成され得る。
【００２６】
本発明にとってタールを低減できることは重要である。酸化熱分解、向流ガス化装置下部および触媒タール分解および酸化が用いられることは、重要である。
【００２７】
一実施形態では、ガス状生成物は、例えばガスクリーニングステップで、固形分を除去するために、濾過される。一実施形態では、装置は、少なくとも１つの濾過デバイスを備える。ガス状生成物は、あらゆる適切な方法またはデバイスによって濾過され得る。
【００２８】
一実施形態では、ガス状生成物は、ガス洗浄によって後処理される。好ましくは、タールおよび硫黄は、ガス洗浄中に除去され得る。一実施形態では、装置は、少なくとも１つの後処理用ガス洗浄デバイスを備える。あらゆる適切なガス洗浄デバイスが使用されてよい。
【００２９】
一実施形態では、ガス状生成物は、従来技術のガス化装置に典型的なタール凝縮の問題のない触媒による酸化の後に温度が１００‐４００℃であるように、冷却される。一実施形態では、装置は、少なくとも１つの冷却デバイスを備える。ガス状生成物は、あらゆる適切な方法またはデバイスによって（例えば熱交換器によって）冷却され得る。
【００３０】
一実施形態では、ガス状生成物は、濾過、ガス洗浄および冷却によって、処理される。この組み合わせのおかげで、タール含有廃水が生じない。
【００３１】
一実施形態では、ガス状生成物は、エネルギー生産プロセスの燃料として使用および利用される。一実施形態では、ガス状生成物は、そのようなものとしてまたはガス洗浄の後で燃料として使用される。
【００３２】
一実施形態では、酸素または酸素と蒸気との混合物または二酸化炭素は、プロセスの１つ以上の空気供給ステップの空気の代わりに使用される。この実施形態では、より少ない窒素含有量およびより多い発熱量のガス状生成物が生成される。
【００３３】
本発明は、低タール濃度をガス状生成物で実現することができるという利点を提供する。本発明のおかげで、完全な原料変換、特に炭素変換が、酸化過程により実現する。さらに、本発明によって、エネルギー生産プロセスまたは化学合成のために、ガス状燃料製品を生成することができる。
【００３４】
本発明の方法および装置は、コスト効率的におよびエネルギー効率的に低タール生成物を形成する可能性を提供する。本発明は、低タール生成物を生成する産業上利用可能で簡単で手頃な方法を提供する。本発明の方法および装置は、生産工程として実現が容易および簡単である。
【００３５】
以下では、本発明は、添付図面を参照し、詳細な例示的実施形態を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による装置の一実施形態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、原料をガス化する本発明による装置を表す。
【００３８】
例１
図１の装置は、固定層ガス化装置（１）を備え、それは、上部（２）、ガス化装置の中間部にある熱分解領域（３）、および下部（４）を備える。さらに、装置は、触媒酸化部（５）を備える。触媒酸化部（５）は、熱分解領域（３）を囲むように配置される。さらに、装置は、熱分解領域に固定層を形成するように原料が熱分解領域（３）に導入される固定層ガス化装置の上部（２）に原料を供給する供給装置（６）を備える。固定層は、熱分解領域に配置され、熱分解領域で、原料が、熱分解生成物を形成する熱分解空気（７）の存在下で熱分解される。熱分解生成物は、下部（４）に導入される。さらに、装置は、熱分解空気（７）を熱分解領域（３）に導入する第１空気供給装置と、向流的に一次空気（８）を下部（４）に導入する第２空気供給装置と、下部（４）での最終ガス化によって形成されたガス化ガス（９）を触媒酸化部（５）に導入するガス導入装置と、を備える。さらに、装置は、触媒酸化部（５）の直前に触媒による酸化のために改質空気（１０）を導入する第３空気供給装置と、触媒酸化部（５）の触媒層（１１）と、を備え、触媒酸化部（５）の触媒層（１１）を通って、ガス化ガス（９）が導かれて改質空気（１０）の存在下で触媒による酸化によってガス化ガスが改質され、低タール含有量のガス状生成物（１２）を形成するようになっている。
【００３９】
さらに、装置は、層締結デバイス（１３）を備え、それは、層を押圧するおよび締結するピストン式デバイスである。ボトムアッシュ（１４）は、装置の底部から装置から除去することができる。
【００４０】
この発明で使用されるデバイスは、それ自体が公知であり、従ってそれらはこの文脈においてこれ以上詳しく説明されない。
【００４１】
例２
この試験では、触媒による酸化およびその効率は、実験室規模で研究された。木材ガス化ガスは、ガス化ガスが本発明によって処理された触媒酸化デバイスに導入された。触媒による酸化の前のガス化ガスおよび触媒による酸化の後のガス状生成物が、表１に表されている。
【００４２】
【表１】
2018500403.tif 000003
【００４３】
残留タールは触媒による酸化中に酸化されて分解されることが、認められた。
【００４４】
本発明による方法および装置は、異なる種類の原料をガス化する異なる実施形態に適している。本発明による方法および装置は、異なる種類の低タール生成物を形成する異なる実施形態に適している。
【００４５】
本発明は、単に上記で言及された例だけに限定されない。代わりに、多くの変形が、請求項によって定められる発明概念の範囲内で可能である。
【図１】
2018500403.tif 000004
【国際調査報告】
2018500403.tif 000005
2018500403.tif 000006
2018500403.tif 000007