JP2010525120A - ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するためのガス化装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するためのガス化装置に関し、上記装置は、原材料入口、ガス状のガス化媒体のための入口、使い果たされた原材料のための出口、および、合成ガス出口を有する容器と、上記容器内に収容されるとともに、上記容器の上記原材料入口、使い果たされた原材料のための上記出口、および、上記ガス化媒体のための上記入口と流体連通するガス化反応器と、上記容器内に収容されるとともに、上流側および下流側を有し、上記上流側が上記反応器と流体連通し、上記下流側が上記合成ガス出口と流体連通する濾過ユニットとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するためのガス化装置および方法に関する。

合成ガスを生成するためのガス化装置および方法は、ガス化可能な原材料を高温プロセスによってガス燃料へと変換するために便利であると考えられてきた。かなり複雑な熱化学反応の結果として、ガス化可能な原材料、例えばバイオマスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタンなどの永久ガスへと変換されるが、これらは通常、周囲条件で液化するタールと総称される有機蒸気と炭や灰からなる固形残差物を含んでいる。

従来、ガス化プロセスは容器内に収容されるガス化反応器内で行なわれ、また、結果として生じる粗製永久ガス（以下では粗製合成ガスと呼ぶ）は、固形残渣を除去するために、また、タール成分を減少させるために、容器から引き出されて更なる機器へ通される。粗製合成ガスは、とりわけ、使用される原材料およびガス化プロセスの条件に応じて、前述した永久ガス、すなわち、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、および、メタンを様々な量で含んでいる。

サイクロンによって、最終的には更なる濾過装置によって固形残渣を除去できるが、タール成分の除去は更に難しい。タールは、凝縮、タールエアロゾルの形成、および、下流側プロセス機器やガス化装置の用途で使用されるエンジンおよびタービンで問題を引き起こす更に複雑な構造体を形成する重合、に関連する様々な問題に起因して望ましくない。

幾つかのタール成分は、合成ガスの温度が約４００℃未満まで降下すると、液化し、および／または、凝固する。したがって、タール凝縮物によって影響される可能性が高いプロセス機器は、約５００℃以上の温度に維持されなければならない。

また、粗製合成ガスから除去される固体およびタールは依然としてガス化可能な材料を含む。

粗製合成ガスから除去される固体およびタール成分中に含まれるエネルギの少なくとも一部を回収するために様々な技術が提案されてきた。

しかしながら、そのような手法は、タール成分の依然としてかなりの部分がガス化反応器を収容する容器から除去される粗製合成ガス中に含まれ、それにより、後段の機器で問題が生じて、合成ガスの発生量が減少するという点で満足できるものではない。また、粗製合成ガスが濾過デバイスを通過するまで粗製合成ガスの高温処理が必要とされる。

更に、原材料の未だ使い果たされていない部分、すなわち、依然としてガス化可能な部分を含む固体粒子の再利用は、より複雑な装置、および、より高いメンテナンス労力を必要とする。

したがって、本発明の目的は、ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するための装置および方法であって、コストおよび労力を減らしつつ合成ガスの更に高い発生量を可能にする装置および方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、請求項１に係るガス化装置によって解決される。

ガス化反応器も収容する同じ容器内に濾過ユニットを収容すると、サイクロンデバイスおよび更なる濾過デバイスを装置に取り付ける必要なく、容器の出口で精製合成ガスが与えられる。

これは、特定の重要性および影響力を有する。なぜなら、これまで、容器から引き出される粗製合成ガスは、高温であり、サイクロン・濾過デバイスを通過するときに高温に維持される必要があるためである。さもなければ、タール成分が液化してサイクロンおよび後段の濾過デバイスの機能を低下させるからである。

この下流側の機器、すなわち、サイクロン・濾過デバイスがそのような高温に耐えなければならないだけでなく、容器からサイクロンおよび後段の濾過デバイスへと至る導管を少なくとも分離することも必要となる場合さえあり、あるいは、幾つかのケースでは、更に、サイクロンおよび濾過デバイスを加熱して、容器から出てサイクロンおよび濾過デバイスを通過する粗製合成ガス流を十分高い温度、すなわち、５００℃以上に維持することにより、かなり早期に濾過デバイスの目詰まりをもたらすであろう例えばフィルタエレメント内でのタールの凝縮およびタールの堆積を回避することも必要となるかもしれない。

ガス化反応器も収容する同じ容器内に濾過ユニットを収容することは、より高い投資或いはより高価なフィルタエレメントを必要としない。これは、サイクロンの後段の別個の濾過デバイスで既に使用されるフィルタエレメントが既に同様の高い温度に耐えなければならなかったからである。

したがって、容器内に収容される濾過ユニットにおいて同じタイプのフィルタエレメントを使用することができる。同時に、これらのフィルタエレメントは、粗製合成ガスから除去される固体を再利用するための余分なチューブおよび更なる装置を伴うことなく更なるガス化のために直ちに反応器内へ戻されてもよい粗製合成ガスから固体を除去する。驚くべきことに、サイクロンデバイスを省くことができることが分かった。

したがって、濾過ユニットの上流側が、他の機器を間に介在させることなく、反応器の下流側と直接に流体連通することが好ましい。

濾過ユニットと反応器とが上記ガス化反応器よりも上側に濾過ユニットを垂直に配列する状態で配置される場合、粗製合成ガスから除去される固体は、更なる機器を何ら必要とすることなく、単に重力によってガス化反応器内へとリサイクルされてもよい。

濾過ユニットは、１つ以上のフィルタエレメントを含み、特に交換可能なフィルタエレメントを含むことが好ましく、それにより、ガス化装置のメンテナンスが容易となる。

本発明に係る特定の利点を有するフィルタエレメントは、限られた容積内で大きな表面積を与え且つ取り扱いが容易なフィルタキャンドルの形態を成す。

これらのフィルタエレメントは多孔質支持エレメントを備えることが好ましい。

本発明の特定の実施形態によれば、上記多孔質支持エレメントは多孔質外壁エレメントと多孔質内壁エレメントとを備え、上記多孔質内壁エレメントは、濾過ユニットの下流側と流体連通する濾過チャンバを画定する。

本発明の他の実施形態において、上記多孔質外壁エレメントおよび内壁エレメントは、互いから離間されることにより自由空間を形成する。フィルタエレメントはバルク状態の微粒子触媒材料を更に備え、上記微粒子触媒材料は上記自由空間内に収容される。

本発明の更に他の実施形態では、上記多孔質内壁エレメントが触媒材料を備える。そのような実施形態において、外壁エレメントおよび内壁エレメントは、互いに離間されずに、それらの内周面および外周面がそれぞれ密に接触した状態で配置されることが好ましい。

上記内壁エレメントは、触媒材料から構成され、あるいは、触媒材料でコーティングされる材料から構成されることが好ましい。

更に、多孔質支持エレメントは、フィルタエレメントの濾過特性を規定する膜を上流側に備えてもよい。支持エレメントの上流側表面上の膜層の使用は、支持エレメントの空隙率の設計に関して更に大きな柔軟性を与える。支持エレメントおよびフィルタエレメントのΔｐ特性は、全体として、特定の用途の要件に更に容易に調整されてもよい。

支持エレメントは、触媒材料のためのキャリアとして特に興味深い塩基性金属酸化物材料または混合金属酸化物材料を備えることが好ましい。

フィルタエレメントは触媒活性金属材料を備えることが更に好ましく、上記触媒活性金属材料は、上記塩基性金属酸化物材料上または混合金属酸化物材料上に堆積されることが好ましい。

触媒活性金属材料の好ましい例は、元素形態または酸化物形態のＮｉ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＩｒおよびＲｅである。前述した金属材料は、それぞれ単独で使用されてもよく、あるいは、互いに組み合わせて使用されてもよい。

フィルタエレメントが触媒活性金属材料を備えると、合成ガスを発生させるためにタール成分の少なくともかなりの部分が接触改質を受けてもよい。

したがって、タール成分の接触改質は、タール凝縮によって引き起こされる下流側機器での問題を減少させるだけではなく、合成ガス発生量も増大させる。更に、Ｈ_２やメタンなどの合成ガス中の可燃性ガス成分の割合が増大されるため、合成ガス品質が高められる。

ガス化反応器も収容する容器内に濾過ユニットが収容されるため、濾過ユニットは、ユニットを加熱する必要なく、接触改質プロセスにとって十分な温度に維持される。

本発明の好ましい実施形態において、容器は、底部、上端部、および、上記底部と上端部とを接続する側壁を備える。

底部および／または側壁は、ガス化媒体のための１つ以上の入口を含むことが好ましい。

また、好ましい実施形態では、側壁が原材料入口を備える。

そのような原材料入口は、ガス化反応器の下部に対応する側壁の部分に位置されることが好ましい。この場合、側壁は、ガス化反応器自体の一部を形成することが好ましい。

他の好ましい実施形態では、容器の上部は、濾過ユニットおよび合成ガス出口を収容する。

そのような形態において、ガス化媒体は、容器の底部および／または下側壁を通じて容器の下部へ導入されるのが好ましく、また、ガス化反応器を通過し、ガス化反応器で原材料のガス化反応をサポートする。容器内のガス流は上部まで進み続け、上部において、反応器内で生成された粗製合成ガスは、濾過ユニットを通過し、その後、精製された形態で合成ガス出口を通じて容器から出る。

本発明は特定のタイプのガス化反応器に限定されないが、流動層反応器が好ましい。

特に本発明の範囲内で有用な技術において記載される流動層反応器の典型例は、欧州特許第８４４０２１号、国際公報ＷＯ９７／２００１７号、および、米国特許２００７／００７９５５４号から知られる。

本発明の好ましい実施形態において、ガス化反応器の流動層は、砂、かんらん石、および／または、白雲石から選択される微粒子物質を備える。

流動層材料は、予熱されることなくガス化装置内へ供給されてもよい供給したてのガス化可能な原材料のための熱源手段、蓄熱手段、および、熱伝達手段としての機能を果たす。流動層材料から供給したての原材料への熱伝達は、原材料の所望の反応温度までの加熱を加速する。

砂以外の微粒子物質、例えばかんらん石および／または白雲石の使用は、それらの材料がタール分解反応をサポートし得るという点で更なる利点を有する場合がある。

これは、既に、粗製ガス中のタール含有量をある程度まで減少させ、含有されるタールは、その後、触媒活性金属材料を保持する濾過ユニット内で合成ガスへと更に容易に且つ更に完全に変換される。

更なる好ましい実施形態において、容器は、収着材料のための入口を備える。収着材料は、Ｈ_２Ｓ、ＨＣｌなどの有毒ガス、重金属成分、アルカリ化合物などの固定のために使用され、それにより、それらがガス化反応器から出る粗製合成ガスの一部を形成しないようになる。

これに加えて或いはこれに代えて、収着材料は、原材料中に含められて、ガス化可能な原材料と一緒にガス化装置内へ供給されてもよい。

これに加えて或いはこれに代えて、収着材料のための入口が反応器と流体連通してもよく、それにより、収着材料が別個の入口を介して反応器内へ供給されてもよい。

これに加えて或いはこれに代えて、収着材料の入口は、容器の側壁、または、容器の上端部、更には濾過ユニットの上流側に位置されてもよい。

本発明は、更に、ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するための方法に属する。

本発明に係る方法は、前述したガス化装置を使用し、請求項２４に詳しく規定される。

多くのケースでは、燃焼助燃ガスであるガス化媒体を使用することが好ましい。ガス化媒体としての燃焼助燃ガスの使用は、それが原材料の一部を燃やすことができ、それにより、ガス化反応のために必要なエネルギを形成するという点で有益である。多くのケースにおいて、燃焼助燃ガスの使用は、外部加熱手段、例えば電気炉によって容器を加熱する必要性を有することなく、ガス化反応を維持できる十分なエネルギを反応器内に形成できる。

好ましいガス化媒体は、酸素、二酸化炭素、窒素、および／または、水蒸気を含む。なお、特に、酸素と窒素との混合物としての空気がガス化媒体として使用されてもよい。

幾つかのケースでは、水蒸気のみがガス化媒体として使用されてもよい。しかしながら、この場合、容器および容器内の反応器をガス化反応にとって十分な高い温度に維持するために外部加熱手段が必要である。

窒素は、反応器内の原材料の流動性を高めるためのガス状成分として使用できる。

好ましくは、原材料は、容器内への簡単で且つ制御された供給を可能にする微粒子物質の形態で使用される。

本発明の方法で使用されるべき原材料は、多くの材料源から得られてもよく、好ましくはバイオマス、特にセルロース含有材料を含む。

これに代えて或いはこれに加えて、原材料は、非セルロースバイオマス材料から構成されてもよい乾燥した汚水スラッジを含んでもよい。

ガス化媒体は、１つ以上のガス化媒体入口を介して容器内へ供給されてもよく、上記入口は容器の底部および／または側壁に位置される。ガス化媒体を容器内へ供給するための１つ以上の入口を選択することにより、ガス化反応器のための最適な運転条件を得ることができる。

通常、容器からの側壁はガス化反応器の一部を形成する。すなわち、ガス化反応器を形成するために別個の区画室を容器内に設置する必要がない。

精製合成ガスは、好ましくは容器の上部に位置される合成ガス出口を介して容器から除去される。容器の上部は、好ましくは１つ以上のフィルタエレメントが設けられる濾過ユニットも収容することが好ましい。

本発明と関連して使用されるべき好ましいフィルタエレメントは、フィルタキャンドルの形態を成す。本発明において役立つフィルタエレメントは、本発明の装置の説明と関連して先に説明された。

フィルタエレメントの一部を形成してもよい触媒活性材料は、粗製合成ガス中に含まれる有機化合物の接触改質を促進する触媒活性金属材料から選択されることが好ましい。

そのような有機化合物としては、ガス状炭化水素、特に重質炭化水素、および、他のタール成分が挙げられるが、これらに限定されない。

本発明に係る更に好ましい方法において、触媒活性金属材料は、原材料がタンパク性物質および／または硝酸塩を含む場合に形成されるアンモニアの分解も促進するように選択され、また、合成ガスの一部としてのアンモニアは通常は望ましくない。

本発明に係る他の好ましい方法において、上記方法は、収着材料を反応器内へ供給することを含む。収着材料は、容器から出る精製合成ガスにおいては大抵望ましくないＨ_２Ｓ、ＨＣｌなどの有毒ガス、重金属成分、および／または、アルカリ化合物などを固定するようになっている。

収着材料は、ガス化反応器を収容する部分で、また、これに代えて或いはこれに加えて濾過ユニットの上流側で、容器内へ導入することができる。

収着材料は、白雲石、石灰、および／または、重炭酸ソーダ石から選択されるのが好ましい。

本発明はバッチプロセスとして行なわれてもよいが、本発明の方法は、連続プロセスとして行なわれるのが最も有益である。

使い果たされた微粒子原材料は上記反応器から連続的に或いは断続的に引き出され、それにより、大きなサービス間隔を可能にする長期間にわたってこの方法を続けることができる。

本発明は、この方法を行なっている最中に、濾過ユニットによって粗製合成ガスから除去される灰成分が更なるガス化のために反応器内へ直接に戻され得ることを可能にするのが最も有益であり、本発明の前述の利点および更なる利点は、以下の実施例の説明および図面から明らかである。

本発明のガス化装置の概略図である。 本発明のガス化装置の更なる実施形態の概略図である。 図１および図２の装置で使用されるべきフィルタエレメントの第１の実施形態の断面の概略図である。 図１および図２の装置で使用されるべきフィルタエレメントの第２の実施形態の断面の概略図である。 図１および図２の装置で使用されるべきフィルタエレメントの第３の実施形態の断面の概略図である。 本発明の実施例で得られるタール減少を示す例示的なグラフである。

図１は、原材料のガス化のためのガス化装置１０を示しており、上記ガス化装置１０は電気炉１４によって取り囲まれる容器１２を備えている。

容器１２は、底部１６と、側壁１８と、上端部２０とを備える。

容器１２の底部１６は、蒸気などのガス化媒体のための入口２２と、容器１２内に収容されるガス化媒体分配手段２４とを備える。容器１２の側壁１８は、バブリング流動層反応器の一種であるガス化反応器２６を収容する。

容器１２の上端部２０は、合成ガス出口２８と、ガス化可能な原材料３２のための供給入口３０とを備える。原材料３２は、入口３０およびハウジング１２内の導管３４を通じて、反応器２６内およびその流動層中へと方向付けられる。容器１２の上端部は、分離プレート４４内に装着される２つのフィルタエレメント４０、４１を備える濾過ユニット３８を収容しており、分離プレート４４は、反応器２６の上側のフリーボード空間を、合成ガス出口２８と直接に流体接続する濾過ユニット３８の下流側の容積から区切る。

使い果たされた原材料は、容器１２から出口４６を経由して容器１２の底部を通じて引き出されてもよい。

図１に示される装置に類似する装置が以下の実施例で使用されている。

図２は、本発明に係る他のタイプのガス化装置５０を示している。

ガス化装置５０は、底部５４、側壁５６、および、上端部５８を有する容器５２を備える。容器５２は、その側壁５６内にガス化反応器６０を収容する。

この実施形態では、ガス化反応器６０が流動層反応器タイプのものである。

底部５４は、ガス化媒体のための入口６２と、容器５２の断面全体にわたってガス化媒体を分配するためのプレナム６４とを含む。

容器はガス化可能な原材料のための入口６６を更に備えており、上記入口は反応器６０と流体連通している。

容器５２の上端部５８は、分離プレート７４内に装着される複数のフィルタエレメント７２を備える濾過ユニット７０を収容するフリーボード６８を形成しており、分離プレート７４は、フリーボード６８を、反応器６０の下流側端部と直接に流体連通する濾過ユニット７０の上流側部分と、容器５２の合成ガス出口７８と直接に流体連通する濾過ユニット７０の下流側部分とに分ける。

ガス化装置５０の運転は、図１のガス化装置の運転に類似する。

使い果たされた原材料は、出口ライン７６を介して容器５２から引き出されてもよい。

図３は、図１および図２に示されるガス化装置１０、５０のそれぞれで用いるフィルタエレメントの好ましい実施例を示している。

フィルタエレメント８０は、フィルタエレメント８０の全長にわたって略同一の広がりを持つ多孔質外壁エレメント８４および多孔質内壁エレメント８６から構成される多孔質支持エレメント８２から構成される。

フィルタエレメント８０は例えば円形断面を有してもよく、多孔質外壁エレメントおよび内壁エレメント８４、８６は中空円筒形状を成して同軸に配置される。

フィルタエレメント８０は、本質的に流体を透過させない材料から形成される底部８８を備える。外壁エレメント８４および内壁エレメント８６は、互いに離間されており、微粒子触媒材料９２をバルク状態で収容する自由空間９０をそれらの間に形成する。内壁エレメントの下縁は、底部８８の凹部９３内にシール状態で収容される。

フィルタエレメント８０の上部にはトッププレート９４が設けられており、上記トッププレートは、内壁エレメントおよび外壁エレメントの上端に適応して、触媒材料を収容する空間９０を密封する。

トッププレート９４は、内壁エレメント８６の内面によって画定される濾過チャンバ９８と濾過ユニットの下流側との流体連通を行なう中心開口９６を備える。

フィルタエレメント８０の上流側では、支持エレメント８２が膜層９９を備えており、上記膜層の孔がフィルタエレメント８０の濾過特性を規定する。この場合、多孔質外壁および内壁エレメントの空隙率を幅広い範囲で変えることができる。これらの壁エレメントの孔または穿孔は比較的大きくされてもよい。これは、孔または穿孔の最大孔径が自由空間９０内のバルク材料９２の粒子を保持できる程度に十分小さくなってさえいればよいからである。

この特徴により、特に、フィルタエレメントにわたってΔｐをかなりの程度まで減らすことができる。

底部８８では膜層が必要とされない。これは、底部が流体を透過させない材料から形成されるからである。

本発明の装置と関連して使用されるべきフィルタエレメントの類似の実施形態がフィルタエレメント１００の形態を成して図４に示されている。

フィルタエレメント１００は、多孔質外壁エレメント１０４と多孔質内壁エレメント１０６とから構成される多孔質支持エレメント１０２を備える。図３と関連するフィルタエレメント８０の実施形態に関連して既に説明したように、外壁エレメントおよび内壁エレメントは、互いに離間されて、微粒子触媒材料１１０をバルク状態で収容する自由空間１０８を形成している。フィルタエレメント１００の上端は、図３に示されるフィルタエレメント８０のプレート９４に類似するトッププレート１１２によって閉じられる。

しかしながら、フィルタエレメント１００の下端は、図３のフィルタエレメント８０に関して示される形態とは異なる。ここでは、底壁１１４が多孔質材料から形成される。内壁エレメント１０６は多孔質底壁１１６も含んでおり、また、底壁１１６および底壁１１４は、自由空間１１０が微粒子触媒材料をバルク状態で収容するのに寄与するように互いに離間される。

フィルタエレメント１００のこの実施形態は、微粒子触媒材料１１０のための自由空間を形成するために占められる容積を最大限に使用するとともに、微粒子触媒材料が集まる濾過空間１１８の内部へと流体が通過するための最大表面積も与える。トッププレート１１２は、濾過空間１１８と濾過ユニットの下流側とを流体連通させる中心開口１２０を有する。

図３に示されるフィルタエレメントと関連して説明したように、フィルタエレメント１００はその支持エレメント１０２の上流側表面上に膜層１１７を有する。底壁１１４、１１６は多孔質であって流体を透過するため、膜層１１７も底壁１１４の上流側表面を覆う。

図５は、本発明の装置で、例えばガス化装置１０、５０のそれぞれのうちのいずれか一方で使用されるべきフィルタエレメントの別の実施形態を示している。

図５に示されるフィルタエレメント１３０は、多孔質外壁エレメント１３４と多孔質内壁エレメント１３６とから構成される多孔質支持エレメント１３２を備える。フィルタエレメント１３０の底部は、多孔質内壁エレメント１３６の下端１４０を凹部内に収容する流体不透過ボトムプレート１３８によって閉じられる。多孔質内壁エレメントは、その内面を用いて濾過チャンバ１４２を構成する。

図３および図４に示される実施形態とは異なり、図５に示されるフィルタエレメント１３０は、触媒材料から形成され或いは触媒材料を支持する材料から形成される多孔質内壁エレメントを備える。多孔質内壁エレメント１３６がそれ自体で触媒作用を与えるため、内壁エレメントと外壁エレメントとの間に自由空間を設ける必要がなく、そのため、実際には、内壁エレメント１３６が外壁エレメント１３４と密に接触することが好ましい。

内壁エレメント１３６は、その上端が外壁エレメント１３４の上端に対してシールされており、そのため、トッププレートを省くことができる。

濾過空間１４２は、フィルタエレメント１３０の開放端１４４を介して、濾過ユニットの下流側と流体連通している。

容易に分かるように、図５のフィルタエレメント１３０は、内壁エレメント１３６に底部を設けるように変更することができ、その場合、上記底部は、底部１３８が多孔質から構成される、すなわち、透過性を有することができるようにする。

また、容易に考えられるように、外壁エレメントの空隙率は、所望の濾過特性を与えるように選択されてもよい。

別の方法では、支持エレメント１３２の上流側表面に膜層（図示せず）が設けられてもよく、その場合、上記膜層は、所要の濾過特性をフィルタエレメント１３０に対して与える。外壁（および内壁）エレメントの空隙率は、Δｐを最小にするように且つ内壁エレメント１３６によって与えられる触媒材料の触媒作用に関して最大の効果を与えるように選択されてもよい。

本実施例では、図１の装置１０に類似する装置が使用された。濾過ユニットは、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３コーティングとその上に堆積されるＮｉＯ触媒とが設けられた多孔質ＳｉＣ支持エレメントを含むフィルタエレメントを備えていた。フィルタエレメントは、０．０６９３７ｍ^２の有効濾過表面積に相当する６０／４０ｍｍ（外径／内径）×３６８ｍｍ（長さ）の寸法を有しており、容器の上端部内、すなわち、図１に示されるものに類似するバブリング流動層ガス化反応器のフリーボード内に収容された。フィルタエレメントには、その上流側表面上に、約１０μｍの平均孔径を有する膜が設けられる。

したがって、フィルタエレメントは、図３〜図５と関連して説明したフィルタエレメントと比較して簡単な構造を有していた。

アーモンドの殻がバイオマス原材料として使用され、また、微粒子形態のかんらん石が流動層材料として使用された。

ガス化プロセスは、蒸気ガス化プロセスとして行なわれた。

バイオマスの蒸気ガス化を始める前に、ガス化反応器および触媒濾過ユニットが電気炉（図１）によって約８００℃まで加熱された。触媒フィルタエレメントのＮｉＯ含有触媒材料の還元のため、３．５体積％のＨ_２含有量を伴うＮ_２−Ｈ_２ガス混合物が使用された。触媒フィルタエレメントの完全な還元の後、Ｈ_２ガスの供給が終了され、８．４３ｇ／分のバイオマス供給速度をもって蒸気ガス化が開始された。１．７ｃｍ／秒の触媒フィルタエレメントのための前面速度を選択するガス化プロセスの最初の６０分間にわたって、蒸気供給速度が５．３ｇ／分に調整された。１２０分間続くガス化実験の第２の時間では、２ｃｍ／秒の前面速度をもたらすために、蒸気供給速度が８ｇ／分まで増大された。窒素供給速度は、蒸気ガス化プロセス全体にわたって２０℃で５．７ｌ／分に固定された。

ガス化装置の運転条件、ガス発生量、水変換率、触媒フィルタエレメントを通過した後の精製合成ガス中のタール含有量、炭化物残渣、および、炭素変換率、並びに、精製合成ガスの組成の更なる詳細は、表１で与えられている。

触媒フィルタエレメントのタール除去性能の決定のため、同じ幾何学的構造の一体型非触媒フィルタキャンドルを用いて同程度の蒸気ガス化条件下で第２の実験が行なわれた。表２は、対応するガス発生量、水変換率、粗製合成ガスのタール含有量および組成、炭化物残渣、および、炭素変換率を示している。従来のガス化システムでは、同様のタール残渣が観察される。

触媒フィルタエレメントのタール除去性能の決定のため、同じ幾何学的構造の一体型非触媒フィルタキャンドルを用いて同程度の蒸気ガス化条件下で第２の実験が行なわれた。表２は、対応するガス発生量、水変換率、粗製合成ガスのタール含有量および組成、炭化物残渣、および、炭素変換率を示している。従来のガス化システムでは、同様のタール残渣が観察される。

第１のガス化実験で達成された触媒フィルタエレメントのタール変換率（パーセント）の計算のため、１．０４ｇ／Ｎｍ^３の初期タール含有量（第２のガス化実験で測定された）と第１のガス化実験のそれぞれの別個の動作時間で測定されたタール含有量との間の差が１．０４ｇ／Ｎｍ^３の初期タール含有量で割られる。

６０分の動作時間後に前面速度を１．７ｃｍ／秒から２ｃｍ／秒へと増大させることによって表１の条件にしたがった第１のガス化実験において触媒フィルタエレメントの結果として得られるタール変換率が図６で与えられている。

Claims (57)

1. ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するためのガス化装置であって、
   原材料入口、ガス状のガス化媒体のための入口、使い果たされた原材料のための出口、および、合成ガス出口を有する容器と、
   前記容器内に収容されるとともに、前記容器の前記原材料入口、使い果たされた原材料のための前記出口、および、前記ガス化媒体のための前記入口と流体連通するガス化反応器と、
   前記容器内に収容されるとともに、上流側および下流側を有し、前記上流側が前記反応器と流体連通し、前記下流側が前記合成ガス出口と流体連通する濾過ユニットと、
   を備えるガス化装置。
2. 前記濾過ユニットが１つ以上のフィルタエレメントを含む請求項１に記載の装置。
3. 前記フィルタエレメントがフィルタキャンドルの形態を成す請求項２に記載の装置。
4. 前記フィルタエレメントが多孔質支持エレメントを備える請求項２または３に記載の装置。
5. 前記多孔質支持エレメントが多孔質外壁エレメントと多孔質内壁エレメントとを備え、前記多孔質内壁エレメントは、前記濾過ユニットの下流側と流体連通する濾過チャンバを画定する請求項４に記載の装置。
6. 前記多孔質外壁エレメントおよび内壁エレメントが、互いから離間されることにより自由空間を形成し、前記フィルタエレメントがバルク状態の微粒子触媒材料を更に備え、前記微粒子触媒材料が前記自由空間内に収容される請求項５に記載の装置。
7. 前記多孔質内壁エレメントが触媒材料を備える請求項５に記載の装置。
8. 前記多孔質内壁エレメントが、触媒材料から構成され、あるいは、触媒材料でコーティングされる材料から構成される請求項７に記載の装置。
9. 前記フィルタエレメントが、それらの支持エレメントの上流側に膜を備える請求項４〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記支持エレメントが塩基性金属酸化物材料または混合金属酸化物材料を備える請求項４、請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記フィルタエレメントが触媒活性金属材料を備える請求項２〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記触媒活性金属材料が塩基性金属酸化物材料または混合金属酸化物材料上に堆積される請求項１１に記載の装置。
13. 前記金属材料が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＩｒおよびＲｅから選択される１つ以上の金属を元素形態で或いは酸化物形態で備える請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記容器が、底部、上端部、および、前記底部と前記上端部とを接続する側壁を備える請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記底部および／または前記側壁が前記ガス化媒体のための前記入口を含む請求項１４に記載の装置。
16. 前記側壁が前記原材料入口を備える請求項１４または１５に記載の装置。
17. 前記側壁が前記ガス化反応器の一部を形成する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記上部が、前記濾過ユニットおよび前記合成ガス出口を収容する請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記反応器が流動層を備える請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 前記流動層が、砂、かんらん石、および／または、白雲石から選択される微粒子物質を備える請求項１９に記載の装置。
21. 前記容器が収着材料のための入口を備える請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記収着材料のための前記入口が前記反応器と流体連通する請求項２１に記載の装置。
23. 前記収着材料のための前記入口が前記濾過ユニットの上流側と流体連通する請求項２１に記載の装置。
24. ガス化可能な原材料から合成ガスを生成するための方法であって、
    請求項１〜２３のいずれか一項に記載のガス化装置内へ、前記装置の容器の原材料入口を介して原材料を供給するステップと、
    ガス化媒体入口を介して前記装置内へガス状のガス化媒体を供給するステップと、
    前記装置内に収容されるガス化反応器内で前記原材料と前記ガス化媒体とを反応させて、粗製合成ガスを生成するステップと、
    前記容器内に収容された濾過ユニットに前記粗製合成ガスを通過させて、精製合成ガスを生成するステップと、
    前記精製合成ガスを前記容器の合成ガス出口を通じて前記容器から除去するステップと、
    を備える方法。
25. 前記ガス化媒体が燃焼助燃ガスである請求項２４に記載の方法。
26. 前記ガス化媒体が、酸素、二酸化炭素、窒素、および／または、水蒸気を含む請求項２４または２５に記載の方法。
27. 前記原材料が微粒子物質の形態を成す請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記原材料が、バイオマス、特にセルロース含有材料を含む請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記原材料が乾燥した汚水スラッジを備える請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記容器が、底部、上端部、および、前記底部と前記上端部とを接続する側壁を備える請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記ガス化媒体が前記ガス化媒体入口を介して前記容器内へ供給され、前記入口が前記底部および／または前記側壁に位置される請求項３０に記載の方法。
32. 前記原材料が前記原材料入口を介して前記容器内へ供給され、前記原材料入口が前記側壁に位置される請求項３０または３１に記載の方法。
33. 前記側壁が前記ガス化反応器の一部を形成する請求項３２に記載の方法。
34. 前記精製合成ガスが前記合成ガス出口を介して前記容器から除去され、前記合成ガス出口が前記上端部に位置される請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記濾過ユニットには１つ以上のフィルタエレメントが設けられる請求項２４〜３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記フィルタエレメントがフィルタキャンドルとして設けられる請求項３５に記載の方法。
37. 前記フィルタエレメントが多孔質支持エレメントを備える請求項３５または３６に記載の方法。
38. 前記多孔質支持エレメントが多孔質外壁エレメントと多孔質内壁エレメントとを備え、前記多孔質内壁エレメントが、前記濾過ユニットの下流側と流体連通する濾過チャンバを画定する請求項３７に記載の装置。
39. 前記多孔質外壁エレメントおよび内壁エレメントが、互いから離間されることにより自由空間を形成し、前記フィルタエレメントがバルク状態の微粒子触媒材料を更に備え、前記微粒子触媒材料が前記自由空間内に収容される請求項３８に記載の装置。
40. 前記多孔質内壁エレメントが触媒材料を備える請求項３８に記載の装置。
41. 前記多孔質内壁エレメントが、触媒材料から成り、あるいは、触媒材料でコーティングされる材料から構成される請求項４０に記載の装置。
42. 前記フィルタエレメントが、前記支持エレメントに支持される多孔質膜を備える請求項３７〜４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記支持エレメントが塩基性酸化物材料または混合金属酸化物材料を備える請求項３７〜４２のいずれか一項に記載の方法。
44. 前記フィルタエレメントが触媒活性金属材料を備える請求項３５〜４３のいずれか一項に記載の方法。
45. 前記触媒活性金属材料が、粗製合成ガス中に含まれる有機化合物の接触改質を促進させる請求項４４に記載の方法。
46. 前記触媒活性金属材料がアンモニアの分解を促進させる請求項４４または４５に記載の方法。
47. 収着材料を前記反応器内へ供給するステップを備える請求項２４〜４６のいずれか一項に記載の方法。
48. 前記収着材料が、原材料と一緒に前記反応器内へ供給される請求項４７に記載の方法。
49. 前記収着材料が、前記濾過ユニットの上流側で前記容器内へ供給される請求項４７に記載の方法。
50. 前記収着材料が、Ｈ_２Ｓ、ＨＣｌ、重金属、および／または、アルカリ化合物を結合するように選択される請求項４７〜４９のいずれか一項に記載の方法。
51. 前記収着材料が、白雲石、石灰、および／または、重炭酸ソーダ石を含む請求項５０に記載の方法。
52. 前記反応器が流動層を含む請求項２４〜５１のいずれか一項に記載の方法。
53. 前記流動層が、砂、かんらん石、および／または、白雲石から選択される微粒子物質を備える請求項５２に記載の方法。
54. 濾過ユニットに粗製合成ガスを通過させる前記ステップ中に、前記粗製合成ガスの灰成分が粗製合成ガスから除去される請求項２４〜５３のいずれか一項に記載の方法。
55. 合成ガスから除去される灰成分が前記反応器内へ直接に戻される請求項５４に記載の方法。
56. 前記方法が連続的な方法として行なわれる請求項２４〜５５のいずれか一項に記載の方法。
57. 使い果たされた微粒子原材料を前記反応器から引き出すステップを含む請求項２４〜５６のいずれか一項に記載の方法。

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