(57)【要約】  固形木質バイオマスから電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラント（１００）であって、固形木質バイオマスは、木屑、つる枝、低木及び小低木、穀物、干し草、動物用敷材、適切に処理された泥、殻及び穀粒、適切に処理された皮、繊維状培養物、及びこれらの複合物の形態の木材の中から選択されており、前記プラント（１００）は、少なくとも１つの第１容器（１’）と、少なくとも１つの相互接続ダクト（１’’’）によって接続されている少なくとも１つの第２容器（１’’）とを含み、前記第１容器（１’）は、Ｈ２及びＣＯを含む合成ガスへの前記バイオマスの変換を引き起こすのに適している構成要素を含み、前記プラント（１００）は、機械に搭載されている、固形木質始動バイオマスをふるい分け、乾燥させ、ブリケット製造する特定のステップを提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形木質バイオマスから電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラント（１００）であって、前記固形木質バイオマスは、木屑、つる枝、低木及び小低木、穀物、干し草、動物用敷材、適切に処理された泥、殻及び穀粒、適切に処理された皮、繊維状培養物、及びこれらの複合物の形態の木材の中から選択され、前記プラント（１００）は、少なくとも１つの第１容器（１’）と、少なくとも１つの相互接続ダクト（１’’’）によって接続されている少なくとも１つの第２容器（１’’）と、を含み、前記第１容器（１’）は、Ｈ２及びＣＯを含む合成ガスへの前記バイオマスの変換を引き起こすのに適している構成要素を含み、前記物質は、電気エネルギーに変換可能な機械エネルギーを生成するように適合されている前記プラント（１００）に含まれる少なくとも１つの吸熱モーター（１４）に供給されるように適合されており、前記第２容器（１’’）は、少なくとも発電機と、少なくとも１つの電気ボードとを含むように適合されており、前記第１容器（１’）は、前記固形木質バイオマスを貯蔵する少なくとも１つの第１区分であって、タブ状タンク（２）を含む第１貯蔵区分と、少なくとも１つの適切なガス化反応器（７）によって合成ガスを生成する少なくとも１つの第２区分と、前記第２ガス化区分で事前に合成された燃料が供給される吸熱モーター（１４）の少なくとも１つの第３区分と、総熱回収のための少なくとも１つの第４区分と、を含み、前記熱電併給プラント（１００）は、数百ｋＷまでの公称電力を有する熱電併給プラント（１００）において、前記第１貯蔵区分において、ブリケットにおける前記固形木質始動バイオマスを乾燥させ、ふるい分け、配合するための、機械に搭載され統合されたシステムを含み、前記第１区分は、乾燥器（３）と、三方向振動ふるい（４）と、破砕機（５）と、統合ブリケット機械（６）と、を含み、前記振動ふるい（４）、前記乾燥器（３）及び前記統合ブリケット機械（６）は、相乗的に協力することを特徴とする熱電併給プラント（１００）。
【請求項２】
前記第２ガス化区分は、下降気流タイプの固定床を有する少なくとも２つのガス化反応器（７）と、回転弁で示す、事前に乾燥され配合された前記バイオマス用の少なくとも１つの密封装入システム（８）と、前記合成ガス用の少なくとも１つのサイクロン抽出システム（９）と、前記固形始動バイオマスのガス化によって得られるバイオチャー用の少なくとも１つの密封抽出システム（１０）と、ガス化ステップによって生成された物質を冷却する少なくとも１つの凝縮システム（１１）と、前記合成ガスを精製する少なくとも１つのろ過システム（１２）と、前記ガス化反応器（７）で生成された最高沸点物質を回収するように適合されている少なくとも１つの回収室（１３）であって、前記物質はタールの形態を有し、前記タールは前記固形始動バイオマスの方へ搬送可能である回収室（１３）と、を更に含む、請求項１に記載の固形木質バイオマスから電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラント（１００）。
【請求項３】
吸熱モーターの前記第３区分は、変更されたディーゼルサイクルを有し、前記合成ガスに対して較正された、少なくとも１つのモーター（１４）を含む、請求項１又は２に記載の固形木質バイオマスから電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラント（１００）。
【請求項４】
熱回収の前記第４区分は、合成ガス生成ステップと、前記モーター（１４）を用いた合成ガス燃焼と、前記ろ過システム（１２）に対応付けられた前記凝縮システム（１１）とによって生成された熱を回収するように適切に空間的に構成されているダクトのセットを含み、前記凝縮システム（１１）の回収熱は、前記固形バイオマスの乾燥に寄与するために貯蔵庫を照射するように適合されており、前記第４区分では、排出及び前記モーター用の冷却液からの熱の回収は、２つの水対水及び水蒸気交換器を用いて回収され、ユーザに供給されるために端子に導かれることを提供する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固形木質バイオマスから電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラント（１００）。
【請求項５】
前記合成ガスの２つの生成ラインと２つの熱電併給グループとを含み、５０ｋＷの公称電力を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１００）。
【請求項６】
３つのガス化反応器（７）と２つの吸熱モーター（１４）とを含み、１００ｋＷの公称電力を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１００）。
【請求項７】
木屑で示す固形バイオマスから開始する電気及び熱エネルギーを連続的に生成する方法であって、前記方法は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電併給プラント（１００）を使用し、前記方法は、
ａ）前記第１容器（１’）の前記タブ状タンク（２）内で、前記バイオマスを貯蔵し、ふるい分け、乾燥させ、ブリケット製造する前記第１区分に前記木屑を投入することと、
ｂ）少なくとも１つの装入ホッパー（１５）内に、適切に処理された前記バイオマスを移送して、回転弁で示す前記密封装入システム（８）によって前記ホッパー（１５）から少なくとも１つのガス化反応器（７）に前記木屑を移送することと、
ｃ）前記反応器（７）内で前記固形バイオマスをガス化することと、
ｄ）前記ガス化によって生成されたガスが前記反応器（７）から流出し、バイオチャーで示す副生成物からバイオガスのガス状部分を分離するように適合されているサイクロン抽出システム（９）を前記ガスが通過することであって、密封抽出システム（１０）を用いて前記分離が行われることと、
ｅ）ガス状物質が前記反応器（７）から流出し、ガス化ステップによって生成された前記物質を冷却する凝縮システム（１１）と、前記合成ガスを精製するろ過システム（１２）との内部に前記ガス状物質が通過することであって、前記通過は、適切な回収室（１３）内に回収される高分子量を有する物質の沈殿を可能にし、前記プラント（１００）の前記第１容器（１’）の前記第１区分に後で搬送され、前記バイオマスと混合されるために、高分子量を有する前記物質を回収することと、
ｆ）Ｈ２及びＣＯを含む前記合成ガスが前記ろ過システム（１２）から流出し、２つのモード：フレア又はモーターで前記プラント（１００）を管理することができる三方向弁（１６）に前記合成ガスが通過することであって、前記三方向弁（１６）は、フレア（１７）への前記合成ガスの搬送、又は前記モーター（１４）に到達するための前記合成ガスの移動の継続を可能にすることと、
ｇ）前記モーター１４を発電機に接続することもできる前記相互接続ダクト１３によって前記第１容器１’に接続された前記第２容器１’’内に好ましくは配置された適切な発電機によって、前記モーター（１４）によって生成された機械エネルギーを電気エネルギーに変換することと、を提供する方法において、前記方法は、
前記ステップａ）において、前記振動ふるい（４）のふるいを通過する微細材料の部分を、前記ブリケット機械（６）を用いた後のブリケット製造のために前記材料を用意する下部の前記破砕機（５）によって直接降ろし、上ふるいを示す原料部分を、基板に搭載されて乾燥させるために、前記タンクに供給し、事前設定サイズに製造された前記ブリケットを、前記ガス化反応器（７）に直接注入することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラント（１００）と請求項７に記載の方法のステップａ）とを用いて得られるブリケットの形態の木屑であって、前記ブリケットは、２ｃｍ〜６ｃｍの間に含まれる直径と、０．５ｃｍ〜４．５ｃｍの間に含まれる厚さと、１０重量％以下の含水率と、を有することを特徴とする、木屑。
【請求項９】
前記ブリケットは、４ｃｍの直径と、３ｃｍの厚さと、を有する、請求項８に記載のブリケットの形態の木屑。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラント（１００）と請求項７に記載の方法のステップａ）及びステップｅ）とを用いて得られるブリケットの形態の木屑であって、前記ブリケットは、前記プラント（１００）の循環から生じるタールと更に混合されている、木屑。
【請求項１１】
Ｈ２及びＣＯを含む合成ガスから電気及び熱エネルギーを生成する、請求項８、９及び１０のいずれか１項に記載のブリケットの形態の木屑の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収及び節約用のシステムの分野に関する。より詳細には、本明細書は、電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給システムの分野に関し、特に、始動燃料として固形バイオマスを使用する小規模熱電併給プラントシステムに関する。更により詳細には、本発明は、性能を向上させ、プラント動作全体を最適化するために、バイオマスの特性を最適化することができる特定の構成要素を含むことを特徴とする、固形バイオマスが供給される特定の小規模熱電併給プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、全体的に生成される電気エネルギーの大部分は、熱モータープラントから生じている。これらのプラントにおいて、生成熱を、まず、機械エネルギーに変換し、その後、発電機の使用によって電気エネルギーに変換する。使用熱は、様々なタイプのプラントから生じることができる。限定されない一例として、原子力発電所、従って核分裂反応から、又は、より簡単には、火力発電所、特に一般的に石油留分、バイオマス、石炭などの様々なタイプの炭素物質からなる投入燃料の燃焼から、熱は生じる。
【０００３】
機械エネルギーに熱を変換する工程は、かなり複雑な熱力学サイクルで行われることが知られている。とにかく、開始サイクルとは無関係に、熱力学の第２法則は、変換が完全であるのを妨げ、実際に、殆どの周知の配合の１つにおいて、この法則は、「１００％の効率を有する熱機械を製造することができない」ことを確認する。カルノーの定理は、モーターの熱効率、従ってモーターの性能、又は機械エネルギーへの熱エネルギーの変換において仕事に変換されるエネルギー量は、限界値をとることを示すので、この法則と一致する。この条件は、実際に発生する熱を全て、仕事に変換するとは限らないことを必要とする。とにかく、熱力学の第１法則から周知のように、エネルギー余剰は「損失」されないことが明らかである。より詳細には、変換のために使用されないエネルギー量を、環境に通常分散される熱の形態で熱力学サイクルによって与える。殆どの場合、このようなエネルギー量は、無視することができず、むしろ、かなりの割合に達する。この条件は、エネルギー回収を最適化する、従って、無駄を削減する目的で、本発明の分野の技術的発展、新しい一層革新的なプラントの設計及び達成を促している。
【０００４】
実際に、熱電併給は、機械エネルギーへの熱エネルギーの変換の循環で使用されていない熱の大部分を回収して使用する目的になっている。偶然ではなく、実際に、建物を加熱するために、又は蒸気の形態の工業環境で、又はより簡単には様々な民間用途のために、このエネルギー量を使用することができる。性能の範囲は、今まで、数キロワットから数百キロワットまで変化する、熱電併給プラントの電力の機能である。
【０００５】
最近、技術的発展は、植物バイオマスから得られるエネルギー源として使用する熱電併給の分野である。例えば、欧州特許出願公開第２  ８４３  ０３１  Ａ１号には、米、皮、干し草及びおがくずなどのバイオマスのガス化及びメタン化に基づく熱電併給の方法及びシステムが記載されている。上述の文献のシステムは、より詳細には、ガス化ユニット、シフトユニット、精製ユニット及びメタン濃度ユニットを含む。
【０００６】
異なるタイプのバイオマス熱電併給プラントを認めることができる場合でも、現場でのバイオマスの配置、歩留まりの再現性だけでなく、同等に最適な変換にも対する最適特性の付与を提供する実際に統合されたモジュール的解決策がない。例えば、バイオマスを木屑で示す場合、現在のシステムは、機械に搭載されている木屑のふるい分け、乾燥、貯蔵及び配合を提供しない。通常、燃料に対するふるい分け及び乾燥ユニットを、実際のガス化プラントと実際の連続性を有しない専門外部プラントに割り当てる。
【０００７】
更に、ガス化（バイオマス熱電併給工程のステップ）用の現在のプラントは、定期的に処分される必要がある大量のタール（５〜６％まで）を通常生成すると考えられるべきである。これは、このプラントタイプ、特にプラントの使用に関する技術の発展を実際に妨げるかなりの環境及び管理の困難を伴う。従って、使用される前駆体、特に木屑の特性は、全工程の効率に対して最重要である。現在、今日市場でプラントの建築業者によって要求されるような燃料を供給することができるのに十分専門化した市場がまだない。このプラントタイプの建築業者の要求と大きく対照をなすこの態様は、均一に分布され限定可能な構造特性を有する木屑の欠如を伴う。従って、Ｈ２及びＣＯを含む合成ガスの生成のために木屑を使用するプラントの多大な故障がある。属する種と無関係な木質前駆体は、サイズ及び湿度レベルに対して必要な基準を殆ど満たさず、従って、相当なプラント動作問題を生じる。
【０００８】
このような目的のために、本産業発明特許出願の目的は、始動燃料として木屑を使用し、高いプラント性能に対する最適特性を有する木屑を得ることができるように適合されている、木質前駆体をふるい分け、乾燥させ、配合する特定の区分が供給される特定の熱電併給プラントを提案することにある。このプラントは、存在する他の構造体と一緒に適切に組み立てられる場合、機能及び有効性を相乗的に高めるのに寄与する特定の構成要素を更に有する。このプラント、関連動作方法、特定の構成要素及びそれらの均等な特定の空間配置について、詳細に後述する。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書は、数百ｋＷまで変化することができる公称電力を有する、電気及び熱エネルギーを連続的に生成する熱電併給プラントに関する。それにもかかわらず、約５０ｋＷの公称電力、限定されない一例として、４９．８ｋＷの公称電力を有するプラントを、ここで説明する。このプラントは、始動燃料材料として木質バイオマスを使用するプラントに関する熱電併給工程中に生じる全ての現在の重大な問題及び欠点を克服することができる統合構造特徴を含む。
【００１０】
前記熱電併給プラントは、長さ６ｍ、幅２．５ｍのサイズを有する広大な容器内に構造構成要素の一部を配置することができるような小型構造のように見える。より詳細には、このプラントは、少なくとも２つの容器、特に少なくとも１つの第１容器及び少なくとも１つの第２容器を含み、少なくとも次の区分、燃料をふるい分け、乾燥させ、ブリケット配合し、貯蔵する特定の本質的な機能を有する、機械に搭載されている少なくとも１つの貯蔵区分と、合成ガスを生成して精製する少なくとも１つの区分と、熱電併給及び熱回収のための少なくとも１つの区分と、非常フレアのための少なくとも１つの区分と、好ましくは前記第１容器に位置し、プラント機器の全信号のケーブルを収容するように適合されている少なくとも１つの相互接続ボードと、が特定されることができる。第２容器に配置された主ボードとの接続は、プラグ・アンド・プレイ設置用の高速タイプの工業用コネクタを介して行われる。
【００１１】
標準構成において、主電気ボードは、操作卓も収容するように適合されている（一層明確に後述するように、３ｍの長さを有し、好ましくは、上述の区分の一部を含むために設定された第１容器から１．５ｍの距離に配置された（但し、限定されない））第２容器内に設けられており、近くの建物内に位置する、好ましくは、前記熱電併給プラントから１０ｍ未満の距離に位置することもできるように設けられている。本熱電併給プラントを、完全に装着され、配線及び試験され、クライアント熱使用システムの端子（フランジ）及び電力網との接続の準備ができている、即ち、プラグ・アンド・プレイ・モードにおけるユーザに提供することができる。
【００１２】
有利なことに、このプラントの設置は、建築工事を必要とせず、風化物質からの保護シェルターも必要としない。完全に自動化され、従って、人材の介入を必要としない。燃料の再装入は、ユーザの選択に従って手動及び自動の両方で、２日に１回行うことができる。
【００１３】
再装入の時間は、燃料の乾燥に十分である。
【００１４】
有利なことに、燃料材料として木材を使用する、同等の公称電力の現在の熱電併給プラントに関して、本熱電併給プラントは、費用がかかることも時々ある、ダンプ又は他のシステムで処分を必要とする廃棄を生じない。即ち、動作中に生成される全材料を、工程で再利用する。
【００１５】
有利なことに、燃料貯蔵庫において並んで行われる装入物の乾燥は、プラントによって生成される凝縮物をゼロまで減らすことができる。
【００１６】
有利なことに、プラントの供給は、前記プラントによって生成される合成ガスの前駆体の形式に関して選択の少なくとも二重の可能性を与える。限定されない一例として、燃料木材は、原木Ｇ３０−Ｇ５０の木屑の形態、及び２ｃｍ〜６ｃｍの間に含まれる直径、好ましくは４ｃｍの直径、及び０．５ｃｍ〜４．５ｃｍの間に含まれる厚さ、好ましくは１ｃｍ〜３ｃｍの間に含まれる厚さを有するブリケットの形の両方で見られる。木屑及びブリケットの両方は、木屑の下ふるい、又は刈り取り、更により細かい破砕から生じる原木材料で製造され、熱電併給プラントを全体的に特定するふるい分けの基本的なステップによって生成された廃棄材料を使用することができ、上述のように、木質始動材料を使用する熱電併給プラントで生じる全ての問題、様々な構成要素間の微細構造レベルで生じる化学物理的特性の均一性及び構造均一性の欠如、その結果、歩留まりの変動及び生成循環の再現性の欠如を上流で解決することができる。
【００１７】
有利なことに、機械に搭載されているふるい分けは、木屑のサイズを標準化するので、木屑をそのままで装入することができ、数時間で、乾燥は、湿度のレベルを、プラントに対して最適レベルである湿度に戻す。
【００１８】
有利なことに、ガス化反応器の形状及び処理区分の特徴では、特定の工程条件のために、正常動作条件で生成されるタールの量は実質的にゼロである。更に、始動ステップ中に分離される必要がある部分を、最低でも、とにかく、吸収され新たにガス化される木材の装入への循環に戻す。
【００１９】
有利なことに、プラントによって生成され抽出されたバイオチャーは、土壌改良として再利用できる。
【００２０】
有利なことに、生成された可能な液体を、還元ゾーンの温度を制御して分子状水素の生成を最大化する反応器内で再循環させることもできる。
【００２１】
有利なことに、合成ガスフィルターで吸収された材料、木屑を、後で新たにガス化されるために、装入タンクに再利用することができる。
【００２２】
有利なことに、反応器は、空気吸入を防止する特殊供給システムを用いて、ブリケットをブリケット準備機械から直接供給する自動装着具を提供する。
【００２３】
プラントの構成要素の特定の空間構成は、木屑乾燥区分のために、高い熱回収を得ることができることも示すべきである。より詳細には、廃熱によって加熱された大量の空気を、換気装置によって乾燥区分に押しやるので、吸熱モーター及び発電機によって放出された熱も、木屑の乾燥のために回収する。
【００２４】
ここに存在する構成要素の全機能を、マノスタット、サーモスタットなどの各設置機器の診断及び較正を与える分散管理システム（入出力リンク）によって制御されるＰＬＣによって管理する。
【００２５】
以下、本発明について、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態の１つで詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本産業発明特許出願の目的である固形バイオマス熱電併給プラントの斜視図を示し、このようなバイオマスを木材で示す。より詳細には、当該図面は、このプラント１００が、少なくとも２つの容器、特に、第１容器１’と第２容器１’’とを含むことを示す。これらの容器は、少なくとも１つの相互接続ダクト１’’’によって接続可能である。
【図２】装置用の支持構造作業及びサービス開口部を有する広大な容器の斜視図を示す。
【図３】ガス化反応器７に木屑の固形バイオマスを貯蔵し、乾燥させ、ふるい分け、装入する第１区分の斜視図を示す。温水からの熱風で熱換気される乾燥器３と、ふるい、即ち下ふるいを通過する微細材料の部分を、ブリケット製造の後ステップのために材料を用意する下破砕機５に自動的に降ろすことができるように適合されている三方向振動ふるい４とを認めることができる。このブリケット製造ステップは、前記第１区分にも含まれる適切な統合ブリケット機械６によって行われる。
【図４】木屑を乾燥させる放熱器及びモーター１４からの熱の回収用の構成を示す。
【図５】バイオチャーの抽出及びガス化用の反応器７のシステムの斜視図を示す。
【図６】ガス化反応器７から凝縮システム１１及びろ過システム１２への合成ガス生成ラインを示す。
【図７】本熱電併給プラントの構成要素の一部の空間構成の詳細斜視図を示す。フレア１７と、凝縮システム１１と、ろ過システム１２と、バイオチャー用の密封抽出システム１０と、タール用の回収室１３とを認めることができる。
【図８】本熱電併給プラントの構成要素の一部の空間構成の詳細斜視図を示す。フレア１７と、凝縮システム１１と、ろ過システム１２と、バイオチャー用の密封抽出システム１０と、タール用の回収室１３とを認めることができる。
【図９】木屑乾燥器のための熱風の回収、及び交換器及び管を通るモーターの排ガスからの熱回収温水の生成ラインの斜視図を示す。
【図１０】凝縮システム１１及びろ過システム１２のグループから送風機及び非常フレア１７への合成ガスラインの斜視図を示す。
【図１１】凝縮及びろ過グループからモーター１４への合成ガスラインの斜視図を示す。プラント１００で生成された合成ガスの経路に対してフレア又はモーターのモードを選択することができる三方向弁１６の存在も示す。
【図１２】統合凝縮及びろ過グループの拡大及び詳細斜視図を示す。
【図１３】凝縮物の再ガス化の閉鎖システムの詳細斜視図を示す。
【図１４】凝縮及びろ過グループの熱交換器から循環器及び放熱器への合成ガス用の液圧冷却回路の斜視図を示す。
【図１５】工程の装置間の相互接続用の機器工程図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好適な実施形態において、熱電併給プラント１００は、少なくとも２つの容器、特に、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するのに必要な合成ガスの生成を提供する構成要素を含むように適合されている少なくとも１つの第１容器１’と、前記第１容器１’に接続され、任意選択の操作卓を収容するだけでなく、発電機、電気ボードを含むように設定されている少なくとも１つの第２容器１’’と、を含む。
【００２８】
より詳細には、第１容器１’は、前記プラント１００に含まれ、前記ガス状物質を供給可能な特定の吸熱モーター又はモーターによって生成された機械エネルギーから開始する電流生成工程に有用なＨ２及びＣＯなどの関心のある化学物質を得る木質前駆体の吸熱変換を引き起こす必要な構成要素を含む。
【００２９】
本発明の詳細な説明に入る前に、木質前駆体は、固形始動バイオマスとして木材を使用する熱電併給プラントに現存する問題が全くない変換を引き起こす最適特性を始動物質、即ち木質材料バイオマスに与える特定の性質を特徴とすることを示す必要がある。より詳細には、このプラント１００は、関心のある合成ガスの生成工程を最適化する、即ち、Ｈ２及びＣＯを生成するように適切に形成された特定の木材ブリケットにおける木質材料をふるい分け、乾燥させ、配合する特定の区分を現場で含むことを特徴とする。更に、このプラントでは、非常に低い湿度のために、適切にふるい分けされ配合された材料を、変換に対して定性的に優れた状態にし、周知のように、湿度は、木質バイオマスを用いたこのようなプラントタイプの誤動作、その結果、商業的に立ち行かなくなることの主な原因の１つである。
【００３０】
ブリケットにおける木質前駆体を配合して含水率を最小化することができる構成要素は相乗的に協力し、前記プラント１００に統合された構成要素ブリケット機械内にふるい分け且つ「乾燥」された材料を挿入すると、ブリケット機械は、重量が時間と共に一定であるブリケットを製造することができ、変換に有用な現用固形バイオマスの量を正確に推定することができるだけでなく、事前乾燥がない状態で、ブリケットの形態のバイオマスからの水の可能な自然除去が、任意の１つの弱い機械的応力の影響下で崩れることもあるブリケット自体の構造不安定性を引き起こすのも防止することを示す必要もある。更に、ブリケットにおける配合ステップ中の固形バイオマス内に水が存在すると、液体状態の水は圧縮できないことが周知であるので、事前定義サイズのブリケットを得るために、加えられるべき圧力が正確に評価されない。従って、所望のサイズを巨視的に有するけれども、水の体積を微細構造的に含むブリケットを有する。従って、例えば温度上昇に起因する水の自然除去は、上述のように、プラントの特定の循環に対して設定された重量、サイズなどの有効パラメータの損失を引き起こすだけでなくブリケットの構造安定性も損なう（ブリケットの本体からの水の除去の後に形成される）空洞を有する構造を決定する。
【００３１】
実質的に、本発明の目的である熱電併給プラント１００は、燃料として使用されるブリケットにおける固形バイオマスをふるい分け、乾燥させ、配合する統合システムを現場で含むという事実のために、既知の熱電併給プラントと異なる。合成ガスの生成、即ち、後の工程ステップに有用なＨ２及びＣＯによって形成される燃料の生成を目的とするブリケットの前駆体は、木屑、つる枝、低木及び小低木、穀物、干し草、動物用敷材、適切に処理された泥、殻及び穀粒、適切に処理された皮、繊維状培養物、及び同様の特性を有する他の材料の形態の木材などのバイオマスであることができる。
【００３２】
従って、本熱電併給プラント１００は、最適性能のために事前に処理及び配合されている固形バイオマスに統合及び装入された、下降気流タイプの固定床を有する適切なガス化反応器で生成された合成ガスを使用することによって、電気及び熱を連続的に生成するように適合されている。数回上述のように本発明の目的を特徴づけるシステムの特定の構成要素によって、このような最適性能を得ることができる。
【００３３】
上述のように、前記熱電併給プラント１００は、少なくとも１つの第１容器１’と、相互接続ダクト１’’’によって前記第１容器１’に接続されている少なくとも１つの第２容器１’’と、を含む。
【００３４】
前記第１容器１’は、木屑で表されるブリケットにおける固形バイオマスを貯蔵し、更に乾燥させ、ふるい分け、配合する少なくとも１つの第１区分と、適切なガス化反応器によって合成ガスを生成する少なくとも１つの第２区分と、前記ガス化区分で事前に合成された燃料が供給される吸熱モーターの少なくとも１つの第３区分と、総熱回収のための少なくとも１つの第４区分と、を含む。
【００３５】
より詳細には、変換のためにバイオマスをふるい分けて配置する前記第１区分は、重量で１０％以下の湿度値に正規化される、予熱強制空気で乾燥するシステムの特定の統合によって、木屑を装入する少なくとも１つのタブ状タンク２を含む。更により詳細には、前記乾燥は、温水からの熱風で熱換気された乾燥器３によって行われる。前記第１区分は、ふるい、即ち下ふるいを通過する微細材料の部分を、ブリケット製造の後ステップのために材料を用意する下破砕機５に自動的に降ろすことができるように適合されている三方向振動ふるい４を更に含む。このブリケット製造ステップは、前記第１区分にも含まれる適切な統合ブリケット機械６によって行われる。
【００３６】
バイオマスをガス化する前記第２区分は、凝縮物の生成を制限するために形状及び工程が最適化された下降気流タイプの固定床を有する少なくとも１つの反応器７、好ましくは少なくとも２つの反応器７、更により好ましくは３つの反応器７を含む。更に、前記第２ガス化区分は、限定されない一例として、回転弁で示す密封装入システム８と、合成ガス用のサイクロン抽出システム９と、始動バイオマスのガス化の更なる生成物として得られるバイオチャー用の密封抽出システム１０とを使用する。後で他に使用する予定になっているために、生成されたバイオチャーの量を回収することができることを示すべきである。例えば、土壌改良として使用され、このような用途の利益は周知である。
【００３７】
プラント１００のガス化の第２区分は、ガス化ステップから生成された物質を冷却する凝縮システム１１と、合成ガスを精製するろ過システム１２とを更に含む。基本的な回収室１３を前記凝縮システム１１及びろ過システム１２に統合することを示す必要がある。このような基本的な回収室１３は、この回収室１３内に後で沈殿するために、ガス化反応器で生成され、前記凝縮システムで適切に冷却された最高沸点物質を収集するように適合されている。そうでなければ、ガス状物質、特にＨ２及びＣＯの合成ガスは、前記ろ過システム１２の中の移動を続ける。
【００３８】
吸熱モーターの第３区分は、特定のバイオ合成ガスバイオマス燃料に対して較正された、既知の手段で、適切に変更されたディーゼルサイクルを有する少なくとも１つの合成ガスモーター１４を含む。
【００３９】
熱回収の第４区分は、既知の手段で適切に配置され空間的に構成される場合、上述のモーター１４を用いた合成ガス燃焼及び合成ガス生成工程によって生成された熱を回収することができる構成要素及びダクトのセットを含む。より詳細には、前記第４区分では、プラント１００の動作中に生成された熱生成源を回収して使用する。更により詳細には、前記第４区分では、生成された場合、まず、合成ガスの熱を、ガス化反応器７の熱分解ゾーンに伝達し、次に、前記ろ過システム１２に対応付けられた凝縮システム１１の凝縮器は、ガス化区分、反応器及びモーターの照射熱と一緒に、固形木屑バイオマスを乾燥させるために、近くの貯蔵庫を照射することになる他の熱を回収する。更に、前記第４区分では、排出及びモーターの冷却液の熱を、限定されない一例として、２つの水対水及び水蒸気交換器を用いて回収し、ユーザに供給されるために、このような熱をフランジ（端子）に導く。
【００４０】
従って、本産業発明特許出願の特許請求の範囲の目的でもあるプラント１００用の動作方法は、
ａ）第１容器１のタンク２内で、バイオマスを貯蔵し、ふるい分け、乾燥させ、ブリケット製造する第１区分に原料、従って固形木質バイオマスを投入するステップと、
ｂ）（例えば、スクリューシステムを有する）少なくとも１つの装入ホッパー１５内に、適切に処理された前記バイオマスを移送して、限定されない一例として回転弁で示す前記密封装入システム８によって前記ホッパー１５からガス化反応器７にバイオマスを移送するステップと、
ｃ）反応器７内で（ガス化工程自体の還元及び燃焼熱分解の通過によって）固形バイオマスをガス化するステップと、
ｄ）ガス化によって生成されたガスが前記反応器７から流出し、バイオチャー（初期バイオマスの重量で２％〜５％）で示す副生成物から、前記反応器７に再挿入された（反応器７の下部における）バイオガスのガス状部分を分離するように適合されているサイクロン抽出システム９をガスが通過し、バイオチャーを、例えば土壌改良として他の用途のために適切に回収して保存し、密封抽出システム１０を用いて前記回収が行われるステップと、
ｅ）ガス状物質が反応器７から流出し、ガス化ステップから生成された物質を冷却する凝縮システム１１と、合成ガスを精製するろ過システム１２との内部にガス状物質が通過し、前記凝縮システム１１を通る通過は、適切な回収室１３内に回収される高分子量を有する物質の沈殿を可能にし、回収材料は、フェノール、芳香族多環式炭化水素及び様々な複素環式化合物などの物質の複合混合物を含み、プラント１００の第１容器１’の第１区分に後で搬送され、バイオマスと「混合」されるために、「コールタール」を通常規定する高分子量を有する物質の前記混合物を回収し、本明細書中で説明するように、この態様は、プラントの動作及び有効性を最適化する、プラント１００の工程の幾つかのステップに更なる相乗的寄与を与えるステップと、
ｆ）Ｈ２及びＣＯを含む前記合成ガスがろ過システム１２から流出し、２つのモード（フレア又はモーター）でプラント１００を管理することができる三方向弁１６に合成ガスが通過し、より詳細には、前記三方向弁１６によって、前記合成ガスをフレア１７に搬送することができ、又はモーター１４に到達するために、合成ガスは移動を継続することができるステップと、
ｇ）前記モーター１４を発電機に接続することもできる相互接続ダクト１３によって第１容器１’に接続された前記第２容器１’’内に好ましくは配置された適切な発電機によって、前記モーター１４によって生成された機械エネルギーを電気エネルギーに変換するステップと、を少なくとも含む。
【００４１】
上述のように、乾燥のために固形始動バイオマスに後で搬送するために、及びユーザに供給されるために、システムの構成要素によって生成された全ての熱を回収する。
【００４２】
熱電併給プラント１００と同様に、固形木質材料バイオマスから開始するＨ２及びＣＯの合成ガスを用いて熱及び電気エネルギーを生成する方法は、プラント１００の第１容器１’の第１区分におけるシステムに統合された特定の構成要素によって、ブリケットにおける木屑をふるい分け、乾燥させ、配合する特定のステップを含むことを特徴とする。上述のように、前記バイオマスをブリケット機械６に挿入する前に、「機械に搭載されている」木屑をふるい分け、乾燥させる前ステップは、ブリケットの構造安定性及び重量で１０％以下の含水率に関する最適特性を有するブリケットを得ることができるので、前記構成要素は相乗的に協力する。従って、木質材料製の固形バイオマスを使用する熱電併給プラントに対して現在生じるような、変換されるべき基材における水の存在に関する全ての問題を回避することができる。
【００４３】
より詳細には、木屑装入区分の先頭に、三方向振動ふるい４を設置し、ふるい（下ふるい）を通過する微細材料の部分を、後のブリケット製造ステップのために材料を用意する下破砕機５に自動的に降ろす。適切なサイズを有する原料の部分（上ふるい）を、基板に搭載されて乾燥させるために、タンクに供給する。更に、ふるい分けは、除鉄機械の更なる存在が「侵入」金属部品への接近を防止するけれども、搬送部材の詰まりを引き起こすことがあるより大きい木材片（通常、少量）を「捕捉」して降ろすシステムを提供する。その後、分離材料は、機械自体によって生成された熱風による、破砕機５内の乾燥ステップに進み、適切な湿度センサーが許可を与えた場合、このような材料をブリケット製造ステップに供給する。ここから、事前設定サイズに製造されたブリケットを、ガス化反応器に直接注入する。このようにして、木材バイオマスの９９％が使用され、あまり廃棄がない。
【００４４】
実質的に、プラント１００は、ガス化区分に供給されるために、不適切なサイズの木材を乾燥させ、ふるい分け、ブリケット製造する機能を、タブ状タンク２に統合する。その結果、変換区分は、機械に搭載され、前記第１容器１’に完全に統合され、自動的に管理可能である。
【００４５】
本発明に関する実験中に、ガス化反応器から出る合成ガスの凝縮及びろ過のステップからのタールの回収、特に木屑を含むタブ状タンク２内に到達するためのプラントのダクト内でのタールの搬送は、合成ガスへのその後の変換に対するブリケットの性能を確実に高めることが驚いたことに更に分かっている。より詳細には、高分子量炭化水素に基づく粘性液体の存在は、このような混合物の「結合」特性が既知であるので分かりやすい、ブリケットの稠密度を高めるだけでなく、特に、合成ガスへのバイオマスの変換も最適化して、関心のあるガス状生成物の歩留まりを増加し、その結果、より稠密になるブリケットの配合ステップを用いて、及び関心のある生成物のより高い歩留まりを含むガス化ステップを用いて相乗作用を発揮することが認められた。
【００４６】
木屑との混合による前記炭素質液体を、様々な方法で固形バイオマスの表面に吸着又は結合させることができ、効果的に、（分子構造に存在する）幾つかの化学種及び化学基を、分子構造からの除去に（「結合」の形で）一層利用可能であり、その結果、生成されるＣＯ及びＨ２のあり得る増加、及び合成ガス生成工程の歩留まりの全体的な増加を促進するという事実に、１つのあり得る説明をたどることができる。
【００４７】
従って、上述の方法、特にプラント１００に関する方法の前記ステップｅ）は、後のガス化ステップ中の変換に対する性能に関して改良特性を有する、プラントによって生成され再循環されるタールと混合される、ブリケットを得ることができる。
【００４８】
更に、プラント動作方法のステップは、ガス化によって必要なものに従って、多くの手段を提供し、特に、ブリケット製造前の木材の湿度の連続制御と、反応器７の動作を変更することなく湿度の除去を促進しブリケットを並んで供給することができるような全体の破砕及びブリケット製造にわたる真空システムと、反応器にブリケットを直接注入する管のシステムと、材料の有効性に基づいて設定されるべき選択基準、又は事前定義基準に基づく供給調整及び制御機能（木屑対ブリケットの比）と、起こり得る詰まりを検出するセンサー及びこのセンサーの自動処理システムと、を提供する。
【００４９】
従って、本熱電併給プラント１００の第１区分は、ガス化プラントに最適のサイズを有する木材の自動装入及び木屑の選択の最適化と、機械の連続生成に応じて調整され、互いに同期化された選択、破砕及びブリケット製造の循環と、ブリケットの形態の木屑の様々なモード（自動、手動及び同時）に応じた個別調整供給と、プラグ・アンド・プレイのプラント解決策を提供するような容器内の全部品の統合とを提供する。
【００５０】
更に、全工程を全体として制御して自動化することができる。
【００５１】
上述のように、プラント１００はフレア１７を含み、非常時又はモーターの保守停止時に、燃やされるために、合成ガスの生成を前記フレアに転用することができる。フレア１７に、偶発的炎の戻りを防止するための液圧ガード、及び高所の末端で合成ガスに点火する点火用バーナーを設ける。
【００５２】
プラント１００は、排気及びガスの排出用のシステムを更に含む。より詳細には、排気は、モーターの触媒マフラーを介して行われるだけであり、国際的な法律によって規定された法定制限値の範囲内にある。
【００５３】
数回上述のように、プラント１００及び関連動作方法は、バイオマス燃料に対して機械に搭載されている、乾燥させ、ふるい分け、ブリケット製造する、相乗的に協力する構成要素であって、合成ガスへの変換に対する特性を驚くほど改良する、始動バイオマスと混合されるために反応器による凝縮及び合成ガスのろ過の後に生成されるタールの再利用によって与えられる更なる相乗的寄与のための構成要素の特定の統合と特徴とする。
【００５４】
従って、本説明の中で、本発明を特徴づける上述の態様を重要視しており、その結果、プラント１００に更に含まれる、センサー、弁、マノスタット、減圧装置など、及び様々なレバーシステムなどの既知の全ての構造特性及び手段を省略する。従って、当業者がこれらの事項の存在を理解することは当然のことであり、本発明の本質及び発明の特徴が、概要が上述された態様にあることは明らかである。
【００５５】
それにもかかわらず、本発明による熱電併給プラント１００の構造特性をより詳細に説明する目的で、好ましい実施形態のうち１つでプラントを実現するために使用される構成要素の一部の限定されないリストを、以下与えている。
【００５６】
前記プラントは、少なくとも下記の構成要素を更に含む。
−低電圧、自励、ブラシレス、四極、４００Ｖ、５０Ｈｚ、中性三相の同期交流発電機、自動電圧調整器、自動力率調整器
−鋼製ベース、防振支持体、始動用蓄積装置
−ソレノイド弁を有する主要モーター供給ガスランプ、圧力調整器、フィルター、安全マノスタット
−プレート型のグリコール水対水の熱交換器、オンオフ型の蒸気バイパスの蒸気対水管熱交換器、主要送水ポンプ、弁、絶縁管、圧力プローブ、温度プローブ、法律によって規定されるような保護物を備えた温水の生成用の熱回収モジュール
−住宅除去型４５ｄｂ（Ａ）の排ガス消音器
−国内電力網と並行して動作する電気ボード
−長さ６．０ｍ、幅２．４ｍ、高さ２．６ｍの容器
−防塵フィルター、侵入防止ネット及び防音ラビリンスを有する換気口
−灯標
【００５７】
上述のように、熱電併給プラント１００は、１つ又は複数のガス化反応器を含むことができる。典型的に、プラント１００の様々な実施形態による２つのガス化反応器又は３つのガス化反応器を含むけれども、これに限定されない。従って、この態様は、少なくとも２つのガス生成ライン及び少なくとも２つの熱電併給グループの存在に対応付けられる。有利なことに、このような特徴は、必要な保守ステップ中にプラントを完全に停止するわけではない。より詳細には、５０ｋＷの機械に関して、２つのラインのうち他方を停止する必要無しに一方を停止することができるように、この停止は、２つの同じラインによって行われる。電力が１００ｋＷである場合、プラントは典型的に、３つの反応器及び２つのモーターを含み、従って、有利なことに、独立して各構成要素に関する保守活動を交替することができる。
【００５８】
特に、本プラントのこれらの特徴は、プラントの熱エネルギー生成に影響を及ぼす。従って、保守期間中に電力が低い場合でも、ユーザは、熱エネルギー管理に継続性を有する。幾つかの設置の場合、この態様は、（例えば、スポーツ施設の設置の場合）非常に有利である可能性がある。１つだけのラインでの動作期間において、公称電力の最高６５％を生成する、電力余裕を利用することができるので、全体の電気生成はわずかに増加する。電力の場合も、用途に対して、「電力網分離」が重要である可能性がある、供給継続性が残ったままである。
【００５９】
本発明による全ての実施形態に対して、プラントに含まれ容器内に装着される様々な要素に対する構造及び支持手段は、通常の容器運搬手段でプラントを搬送することができることも示すべきである。更に、プラント１００は、カテゴリー１の地震帯で使用されるために試験されている。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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