(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料から燃焼ガスおよび合成ガスおよび還元ガスを生ぜしめるための方法であって、ガス化条件下で化学量論的に少なく燃焼室（９）内で生ぜしめられる、ＣＯ２およびＨ２Ｏを含有するガス化媒体に対してガス状の酸素及び／又は酸素を含有するガスを添加しながら、燃料の無機的な成分である鉱物質の材料及び／又は鉱石の溶融温度よりも高い温度でバーナで行う燃焼によって、燃料から燃焼ガスおよび合成ガスおよび還元ガスを生ぜしめるための方法において、
イ）燃料及び／又はガスを燃焼室（９）に流入させる際に回転させ、燃焼時に生じる液体鉱物質成分を、ほぼ垂直に配置されたバーナ壁に対して投げ付け、このときに生じるガス化媒体から分離させ、
ロ）該ガス化媒体を、燃焼室の底面に設けられた中央開口を通してガス化反応器に案内し、この場合、ガス化媒体が進入噴流を形成し、
ハ）分離された前記液体成分を、燃焼室の底面に設けられた中央開口を通して導出し、この場合、スラッグ滴としてガス化媒体進入噴流によって連行し、ガスに対して平行に導出し、反応器底面に向かって加速させ、ここで捕集し、この底面から導出し、
ニ）ガス化装置で、炭素を含有する粉末燃料をガス化媒体に供給し、ガス化反応が行われる際に、二酸化炭素が一酸化炭素に還元し、水蒸気が水素に還元し、
ホ）ガス進入噴流を、反応器底面の上側で変向させ、生じたガス化ガスを反応器の上側で導出し、燃焼ガスまたは合成ガスまたは還元ガスとなるように、引き続き脱塵し、化学的にクリーニングしながら処理し、
ヘ）燃料を変温的にまたはオートサーム式に３００〜８００℃に加熱し、この場合の生成物が、燃焼室（９）に供給される前にガス状の炭素含有燃料と固体の炭素含有燃料、たとえば乾留ガスと木炭とに分離され、次いで別個に供給されることを特徴とする、再生燃料および化石燃料から燃焼ガスおよび合成ガスおよび還元ガスを生ぜしめるための方法。
【請求項２】
固体の炭素含有燃料を、粉末燃料を成すように粉砕する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
バーナの所要の熱の一部を、ガス化ガス及び／又は燃焼ガス、合成ガス、還元ガスとの熱交換により補償する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
ガス化ガスを、反応器壁と外側の燃焼室壁との間の空間を通して案内し、このガス化ガスは燃焼室から導出された熱の一部を吸収する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
熱いガス化ガスを、反応器壁と外側の燃焼室壁との間の空間への流入前に冷却する、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
スラッグを反応器底面の水浴内に集め、そこから導出する、請求項１から５までいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
冷却を、水、水蒸気、及び／又は冷却ガスによる急冷によって直接に、または反応器壁または反応器壁の内壁に結合された冷却面によって行う、請求項５記載の方法。
【請求項８】
炭素を含有する固体の燃料に、外部の鉱物質の材料及び／又は鉱石を添加し、燃焼の際に溶融する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
粉末燃料に、外部の微粒子状の燃料を添加する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
粉末燃料を単数または複数の槍形部材を介して進入噴流に、有利には燃焼室底面のすぐ下で吹き込む、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
スラッグを、燃焼室の底面でスラッグ捕捉槽に集め、中央開口の流出溝を介して供給する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって、コンビネーションバーナ（１）と、その下に配置された燃焼室（９）とから成っており、燃料とガス（２，３，４，５，７，８）の供給部が設けられている形式のものにおいて、
イ）燃焼室（９）の頭部にはスワール装置（３３）が配置されていて、このスワール装置（３３）を介して、コンビネーションバーナ（１）からの燃料とガスとが下方に向かって、この底面の中央に配置されたガス流出部（３４）に案内されていて、
ロ）ガス流出部（３４）の上方の端部がスラッグ槽（１２）によって取り囲まれており、
ハ）ガス流出部（３４）の下側に、スラッグ槽（１９）とスラッグ排出部（２２）とを備えた吸熱性の逃出流ガス化装置（１４）が位置しており、該逃出流ガス化装置にスラッグがガスに対して平行に流入し、
ニ）ガス流出部（３４）の下側に、ガス化装置（１４）内に達する粉末燃料槍形部材（１５）が配置されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置。
【請求項１３】
ガス流出部（３４）が吸熱性の逃出流ガス化装置（１４）の上方の領域で、耐熱性の材料から成るジャケット（３５）によって取り囲まれている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
上方の粉末燃料槍形部材（１５）と下方の粉末燃料槍形部材（１７）とが設けられており、上方の槍形部材（１５）がジャケット（３５）を貫通してガイドされている、請求項１２または１３記載の装置。
【請求項１５】
吸熱性の逃出流ガス化装置（１４）が防熱ジャケット（３２）によって取り囲まれている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
防熱ジャケットが燃焼室（９）を間隔をおいて、環状室の形の熱補償通路（２６）を形成しながら取り囲んでいる、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
防熱ジャケット（３２）に燃焼室（９）の領域で冷却装置（２７）が設けられている、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
環状室もしくは熱補償通路（２６）に案内装置（２４）が設けられている、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
吸熱性の逃出流ガス化装置（１４）の上方の領域及び／又は熱補償通路に急冷装置（３０）が配置されている、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
スラッグ槽（１２）が円錐状に形成されていて、スラッグのための流出溝を有している、請求項１２から１９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
燃焼室（９）の底面が円錐状に形成されていて、逃出流ガス化装置（１４）が漏れ防止装置として逆円錐を有しており、該逆円錐が燃焼室底面を間隔をおいて取り囲んでいる、請求項１２から２０までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ドイツ連邦共和国特許第４４０４６７３号明細書により公知のような再生燃料および化石燃料、その他のバイオマス、塵芥、汚泥、有利にはこれらから生じる熱分解生成物から燃料ガス、合成ガス、還元ガスを生ぜしめるための方法および装置に関する。熱分解生成物を使用する場合、この熱分解生成物は反応器に供給される前に固体物質とガス状物質、たとえば低温乾留ガスと木炭とにほぼ分離され、別個に反応器に供給される。
【０００２】
本発明による装置は、エネルギー産業、化学工業、冶金学において、発動機、合成プロセス、鉱石還元、製鉄のための燃焼ガス、合成ガス、還元ガスを効率よく生ぜしめるために使用することができる。
【０００３】
フランス特許第２１７７０８８号明細書により、石炭を３段階でガス化する方法が公知である。この公知の方法では、第１プロセスで、水素と一酸化炭素とを含む合成ガスを生ぜしめ、続くプロセスでこのガスをメタン化する。この方法ではできるだけメタン化された燃料ガスを石炭から得るべきであるので、少なくとも５０バールの、有利には７０バールの高いプロセス圧がメタン化のために必要である。
【０００４】
第１の段階ではまず初めに合成ガスおよび液状のスラグが生ぜしめられ、第２段階ではこれに別の燃料（石炭、水蒸気）が加えられる。この場合、メタン、水素、一酸化炭素を有する生成ガスが形成されるだけでなく、スラグの冷却下で石炭・スラグ混合物が形成される。
【０００５】
発生する石炭・スラグ混合物は次いで、付加的なプロセスで炭化された材料の粒子を分離し、これを第３段階で戻すために水蒸気によって懸濁されるか又は、流体化によって第３プロセスの流動床から取り出さなければならない。
【０００６】
付加的なエネルギコストがかかる炭化・スラグ混合物のための分離段階の他にこの方法にはとりわけ、溶融されたスラッグが、水蒸気、ガスまたは石炭のような冷たい媒体を混入することにより冷却されるという欠点を有しており、この場合、制御できない凝集および付着が生じる。
【０００７】
さらにこの３段階で行う方法では、反応物を長時間、流動床に保持しなければならない。
【０００８】
さらに比較的多数のガス化の方法が存在するが、それはほぼ３つのグループ、即ち固定床ガス化、流動床ガス化、逃出流ガス化（Flugstromvergasung）に分類できる。ガス化のための装置では、この場合、特別に本発明による装置が分類される逃出流ガス化のための装置では、エネルギ的な観点および所要ガス化媒体において多くの妥協が強いられる。鉱物質の成分の溶融を伴う逃出流ガス化は主として一段階で行われる。即ち、ガス化反応に関わる全ての媒体は１つの反応室に供給される。これにより全ての媒体は燃料の鉱物室の成分のスラッグ融点よりも高いレベルにされる。このことは耐火性に内張りされ、冷却層によっても被覆された反応器壁を有する反応器の場合に行われる。ＧＳＰ逃出流反応器（文献１，２参照）においては典型的であるように冷却層を有する反応器では、ガス化ガスの顕熱の大部分が冷却された壁に導出される。ガス化ガスを水蒸気飽和点まで水急冷する並流反応器では、冷却反応器壁が設けられていても設けられていなくても、さらに極めて大きな熱エネルギが低いエネルギ発生レベルまで下げられる。冷却反応器内壁を有する反応器で、ガス化ガスが上方に向かって、かつ液体スラッグが下方に向かって反応器から流出する向流反応器の場合には、付加的な熱または付加的な燃焼によってスラッグ流出が保護される。このような処置によりガス化ガスの熱価を下げるために多くの酸素を必要とすることとなり、ひいてはガス化ガス全体のエネルギ発生効率が悪くなる。このような対策を講じなければ、スラッグ流を維持することができないので、ガス化の作用が妨げられる。
【０００９】
ガス化媒体としての酸素によって運転される逃出流反応器では特に、反応相手の極めて短い滞留時間しか存在しない。燃料不足時の酸素発生を回避するために、極めて手間のかかる測定および監視が必要となる。
【００１０】
別個の熱分解によって燃料を供給される逃出流反応器は、熱分解生成物が反応器に供給される前に冷却され、熱損失されるだけでなくガス調整および液体生成物の処理に大きな手間を要するという欠点を有している。
【００１１】
本発明の課題は、先行技術の欠点を回避して、平均的に低い温度レベルのもとで高いエネルギ放出効率で作業し、炭化水素およびクロロ炭化水素（ダイオキシン、フラン）を有しておらず、発電消費のための燃焼ガス、合成ガスまたは還元ガスとして、鉱物還元を行う熱において使用することができるようなガス化ガスを生ぜしめる、別個の分離段階を要さない簡単な方法および反応器を提供することにある。
【００１２】
この課題は本発明によれば、請求項１に記載の特徴部により解決された。その他の請求項は本発明の別の構成を成している。この解決手段は次のように行われる。即ち、反応器が、原則的には高い温度レベルの物理的な熱を、最小の損失のもとで維持し、化学的に結合された熱を高めるために利用するように形成される。この場合、燃焼温度における燃料及び／又はガスをまず初めに、バーナの出口もしくは燃焼室の入り口で回転させる。これにより熱いスラッグ滴が壁に向かって投げ付けられ、この壁に沿って、燃焼室の底面に設けられたスラッグ槽へと流出する。従って液体のスラグと固体の燃料との混合は防止される。燃焼室壁はこの場合、凝固したスラッグ溶融物の層が壁の上に形成され、その層の上を別のスラッグが流れ、壁の外面が（反射された）ガス化ガスによって取りまかれるような温度レベルに保たれる。
【００１３】
燃焼室の底面は中央開口を有しており、この中央開口からは、スラッグ滴を有さないガスが進入噴流として流出し、逃出流ガス化装置に到る。壁に沿って流出するスラッグは、開口を取り囲む槽に集まる。この槽には有利には半径方向の流出溝が設けられていて、ガスに対して平行に逃出流ガス化装置に流出する。このガス流出部はこの場合、通路として形成されていて、これによりガス化ガスは層状にされる。
【００１４】
これにより２つのことが得られる。１つは、下方に向かってガス化装置に流出するガスは比較的長く噴流として維持されることである。この場合、このガスは水浴の上側で圧縮効果により自ら減速し、上方に向かって変向（反射）し、進入噴流に対して平行にガス化装置壁に沿って上昇する。上昇するガス噴流には、還元する条件下で、炭素を含む粉末燃料が吹き込まれ、この粉末燃料はまずは下降連行され、ジャケット状に上昇するガス部分に到る。この場合装置の寸法および流れ速度は、これにより十分な滞留時間が得られ、従って粉末燃料の十分なガス化が行われるように設計される。
【００１５】
ガス流出部を取り囲むように、上昇するガス部分が、流出する噴流と逆混合するのを防止するために、耐熱性の鋼またはセラミックから成るジャケットを配置することもできる。このジャケットを貫通して槍形部材を介して粉末燃料が供給される。
【００１６】
上昇ガスはたとえば案内装置を介して、装置の外側カバーと燃焼室のジャケットとの間の中間室に到り、このジャケットに沿って熱補償を行い、ガス化ガス流出部を介して装置から出る。
【００１７】
この装置は防熱ジャケットを有しており、有利には冷却される。
【００１８】
生じたガスは高品質で、直接使用することができる。
【００１９】
上昇ガスが熱補償通路に流入する前に、このガスは水または冷却ガスの流入飛散により、たとえば不安定な運転状態で急冷される。
【００２０】
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【００２１】
コンビネーションバーナ１が設けられている。このコンビネーションバーナ１は、高温でガス状の乾留の生成物、即ち、タール、オイル、水のような蒸気状の成分と、乾留生成物通路４の流入管片に位置する塵芥を収容し、スワール装置３３を介して燃焼室９に導入する。コンビネーションバーナ１の乾留生成物通路には、残留コークス、灰、添加物８を反応器に供給するための管が配置されており、これにより燃焼室１内で溶融された鉱物質の成分はスワールを与えられ、加熱され、燃焼室９において液体状で壁に向かって投げ付けられる。灰の溶解温度以上で行われるガス化媒体に対して少ない化学量論的な燃焼のために、コンビネーションバーナ１は、酸素７または空気３のための供給通路を有している。この酸素７または空気３は乾留生成物と同様にスワール装置３３を介して、乾留生成物をガス化媒体に迅速に置換し、残留コークス、灰、および場合によっては添加物のような鉱物質成分を溶解するために燃焼室９に導入される。冷却されていない成分への臨界的な熱導入を回避する目的で、始動および加熱のために必要な点火燃料供給部２と、点火空気供給部５と、点火装置ならびに点火監視部６とがコンビネーションバーナ１に組み込まれる。このコンビネーションバーナ１ではこれらのエレメントは、継続的なガス化運転の際に流れる別の媒体から保護されている。
【００２２】
木炭粉末燃料のために公知のスワールバーナを使用することも可能である。
【００２３】
燃焼室９は、残留コークス、灰、および添加物の鉱物質成分の溶融温度より高い温度で運転される。燃焼室９の壁は熱を伝えるので、外方に向かう熱伝導に基づき壁にスラッグが保護層を形成するように凝固し、さらに燃焼室９内の温度に基づき液体スラッグは流出する。反応室１０の底面は、一体に形成された流出溝を有するスラッグ捕捉槽１２として、スラッグ浴１３を形成するように形成されている。このスラッグ浴１３は、スラッグとガス化媒体１１との直接的な接触によって、およびガス化媒体１１を伴う、ガス流出部を通る並流によってもスラッグ流を常に保証する。ガス化条件下で化学量論的に少なく燃焼室９内で生ぜしめられるガス化媒体１１は、高く調整されたＣＯ2およびＨ2Ｏの含量のために吸熱逃出流ガス化装置１４のガス化媒体１１として働く。ガス化媒体１１が有する顕熱は、粉末燃料とガス化媒体との間の吸熱的なガス化反応のために必要な熱を補償するために使用される。従って、粉末燃料のための槍形部材１５，１７が反応器内に設けられる。ガス化媒体１１は進入噴流１６として吸熱性の逃出流ガス化装置１４に流入し、連行されたスラッグ滴１８を加速させるので、スラッグ滴１８は水浴１９に集められ、ここで耐溶離性の顆粒に凝固する。スラッグ排出部２２と、水供給部２１と水溢流部２０とは媒体を導出し、蒸発水を補足するために設けられている。これらは水浴１９とともに吸熱性逃出流反応器１４の下方の接続部を形成する。
【００２４】
ガス流出部３４の下側に、耐熱性の鋼またはセラミックから成るジャケット３５が配置され、このジャケット３５を通って粉末燃料槍形部材５が貫通案内されているならば、進入噴流はさらに安定化させることができ、壁に対して平行にジャケット状に上昇する反応ガスと逆混合されることはない。付加的な粉末燃料槍形部材１７はその下方に位置している。上記の構造は、酸素を含まないガス化媒体１１およびガス化させたい粉末燃料を吸熱性の逃出流反応器１４に供給すること、および５００℃を越える高いガス化温度により、冷たい反応器領域への酸素漏れが生じないことを保証する。
【００２５】
吸熱性のガス化の際に冷却されたガス化ガス２３の加熱のために熱補償通路２６が働く。この熱補償通路２６には場合によっては案内装置２４が位置している。この案内装置２４はガス化流２３に渦流スワールを与える。このスワールは、燃焼室９の壁からの対流性の熱の導出を強化し、内側の燃焼室壁は、スラッグの溶融温度よりも低く冷却され、これにより凝固されたスラッグにより保護層が形成される。付加的に、冷却媒体導入部２８および導出部２９を介して供給される冷却装置２７による燃焼室壁の冷却が強化される。５００℃〜１２００℃の間に位置すべきガス化温度を低下させるために、ガス化ガスを急冷するための装置３０が設けられていて、この装置には急冷ノズル３１が組み付けられている。耐火性に被覆されたガス化ガス流出部２５を介して、ガス化ガスは反応器を離れる。
【００２６】
多段反応器の別の構成により、反応器の使用を大きく拡大することができる。即ち、コンビネーションバーナ１の部分の残留コークス、灰、粉末燃料槍形部材８，１５，１７と急冷ノズル３１とを交換することにより、外部からの場合によっては汚染された鉱物質の物質、鉱石も溶融することができ、外部からの微粒子状の燃料をガス化することができ、固有の燃焼ガスまたは外部からの供給ガスを調量のために使用することができ、水、水蒸気、冷却ガスのような異なる媒体によて急冷することができる。
【００２７】
水浴１９の代わりに吸熱性の逃出流ガス化装置１４の下方の接続部を形成する、燃焼室９から流出する液体状のスラッグを捕集するための槽の構成も可能である。
【００２８】
反応器には化学的・熱的保護のために耐火性ライニング３２が設けられている。しかし耐熱性で防食性の材料および１０ＭＰａまでの圧力のための熱的な外部絶縁体を設けることも考えられる。
【００２９】
吸熱性の逃出流ガス化装置１４への燃焼室９の漏れを防止するために、熱補償通路２６の下方部分が円錐形に形成されている。
【００３０】
参考文献
１．カール／フリッツ「ノエル・コンヴェルジオンスフェアファーレン」（CARL/FRITZ : NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN,  EF-Verlag fuer Energie-und Umwelttechnik GmbH 1994)
２．ルーカスｕ．ａ．「アイン・フェアグライヒ・フォン・コーレフェアガーズングスフェアファーレン・ウンター・ドゥルック・イン・デア・フルーグシュタウブボルケ」（LUCAS u.a. : Ein Vergleich von Kohlevergasungsverfahren unter Druck in der Flugstaubwolke,  Chemische Technik 1988, Heft 7, Seite 277-282)
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による反応器を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１  コンビネーションバーナ
２  点火剤
３  燃焼空気
４  乾留生成物
５  点火空気
６  監視部
７  酸素
８  残留コークス、灰
９  燃焼室
１０  反応質
１１  ガス化媒体
１２  スラッグ槽
１３  スラッグ浴
１４  吸熱性逃出流ガス化装置
１５  粉末燃料槍形部材
１６  進入噴流
１７  粉末燃料槍形部材
１８  スラグ滴
１９  水浴
２０  水溢流部
２１  水供給部
２２  スラッグ排出部
２３  上昇流
２４  案内装置
２５  ガス化ガス流出部
２６  熱補償通路
２７  冷却装置
２８  冷却剤導入部
２９  冷却剤導出部
３０  急冷装置
３１  急冷ノズル
３２  防熱ジャケット
３３  スワール装置
３４  ガス流出部
３５  ジャケット
【図１】
0004112173.tif 000002