JP4041653B2 - 炭素含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質のガス化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は請求項１及び請求項２に対応して、炭素含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質のガス化装置に関する。
【０００２】
可燃物質及び廃棄物質には、褐炭または石炭、並びにそれらのコークス、水と炭の懸濁液、更に油、タール及びスライム、並びに例えばクラフトプロセスからの黒液のような化学的プロセス及びパルプ化プロセスからの残余物または廃棄物、並びに廃油、ＰＣＢ含有油、合成樹脂フラクション及び家庭ごみフラクションまたはそれらの再生生産物、及び自動車スクラップ、ケーブルスクラップ及び電子装置スクラップの再加工からの軽量粉砕物のような廃棄物経済活動及びリサイクリング経済活動からの固体フラクション及び流動フラクション、並びに汚染水溶液及び汚染ガスのような、灰分を含む物質または灰分を含まない物質がある。本発明は噴流層ガス化装置用のみならず、固定層ガス化装置または流動層ガス化装置またはそれらの組合せのような他のガス化システム用にも使用可能である。
【０００３】
ガス発生の技術では、固体可燃物質、流動可燃物質、及びガス状可燃物質のオートサーミック噴流層ガス化が長年に渡り知られている。その際、酸素含有ガス化媒体に対する可燃物質の割合は、合成ガスの性質により高炭素化合物がＣＯ及びＨ２のような合成ガス成分に完全に分解され、及び無機成分が溶解して放出されるように選択される（Ｊ．カール、Ｐ．フリッツ、ノエル−転換方法、エネルギー技術及び環境技術のためのＥＦ出版有限会社、ベルリン、１９９６、３３頁及び７３頁（J.Carl, P.Fritz，NOELL−KONVERSIONSVERFAHREN, EF−Verlag fuer Energie− und Umwelttechnik GmbH，Berlin, 1996, S33 und S.73））。
【０００４】
技術部門に導入されている様々なシステムに応じて、その際ガス化ガスと溶解無機成分、例えばスラグは、別々にまたは共同にガス化装置の反応室から放出される（ＤＥ１９７１８１３１．７）。
【０００５】
ガス化システムの反応室の内部境界のために、耐火内張りが設けられているシステムまたは冷却システムが導入されている（ＤＥ４４４６８０３Ａ１）。
【０００６】
耐火内張りを備えたガス化システムは、少ない熱損失の有利さを有するので、供給される可燃物質のエネルギー的に有効な転換を提供する。但しこれらのガス化システムは、噴流層ガス化にて反応室の内部表面に流出する流動スラグが耐火内張りを溶解し、その為に高価なフレッシュライニングまでの極めて制限された操作持続期間のみが許されるので、灰分を含まない可燃物質のためにのみ組込み可能である。
【０００７】
灰分含有可燃物質における前記短所を除去するために、膜壁の原理に従う冷却システムが創作された。反応室に付設された表面にて先ず固体スラグ層が冷却により成長し、この固体スラグ層の強度は、ガス化室から更に投じられるスラグが流動的に前記壁にて流れ落ちるまで、及び例えばガス化ガスと共同で反応室から流れ落ちるまで増加する。このようなシステムは極めて安定していて、長い操作持続期間を保証する。これらのシステムの主な短所は、取り入れられるエネルギーのほぼ５パーセントまでが冷却シールドに伝達されることにある。
【０００８】
重金属含有または軽量灰分含有の油、タールまたはタール油固体スライムのような様々な可燃物質及び廃棄物質では、冷却される反応器壁にて十分な保護スラグ層を形成するには灰分が少なすぎ、これは結果的に付加的なエネルギー損失を伴い、他方では、耐火性に内張りされた反応器にて耐火層の融解ないしは溶解を回避するため、及びフレッシュライニングまでの十分に高い操作持続期間を達成するには灰分含有量が高すぎる。
【０００９】
別の短所として、反応器壁の複雑な構成が挙げられ、これは製造及び稼動に際して多大な問題点を生じさせ得る。例えば、Ｊ．カール、Ｐ．フリッツ、ノエル−転換方法、エネルギー技術及び環境技術のためのＥＦ出版有限会社、ベルリン、１９９６、３３頁及び７３頁（J.Carl, P.Fritz，NOELL−KONVERSIONSVERFAHREN, EF−Verlag fuer Energie− und Umwelttechnik GmbH，Berlin, 1996, S33 und S.73）にて示されている噴流層ガス化装置の反応器壁は、無圧の水ジャケット、内側にてタールエポキシド樹脂混合物により防食され耐火軽量コンクリートで内張りされている圧力ジャケット、並びにボイラー構成にて通例の膜壁のように気密に溶接され水を流し通し、ピン留めされ薄いＳｉＣ層で被われている冷却管を有する冷却シールドを有する。耐火コンクリートにより被われている圧力ジャケットと冷却シールドとの間には冷却シールドクリアランスが設けられ、この冷却シールドクリアランスは、後流及び凝縮物形成を回避するために、乾燥していて酸素を含まないガスによって洗浄されなくてはならない。
【００１０】
前記従来技術より、本発明の課題は、簡単で且つ信頼性のある稼動態様にて、可燃物質及び廃棄物質の極めて異なる灰分含有量を顧慮する装置を創作することにある。
【００１１】
本課題は請求項１及び請求項２の特徴により解決する。
【００１２】
本発明による装置の別の構成は従属項より明らかである。
【００１３】
本発明による装置は、極めて異なる灰分含有量を有する可燃物質、廃棄物質及び残余物質のガス化、並びに炭化水素を含有するガス、流動体及び固体物質の組み合わされたガス化に適している。
【００１４】
本発明によれば、ガス化プロセスのための反応室を耐火内張りまたは凝固スラグから成る層により画成することが考慮されている。強力な冷却により、耐火材料を有する内張りにおいては該耐火材料が保護され、または流動スラグが凝固されるので、熱性隔離層が形成される。冷却は水で満たされた冷却クリアランスにより達成され、この場合稼動状態は沸点以上または沸点以下に調整され得る。
【００１５】
本発明を図１及び図２に示す二つの実施例を用いて詳細に説明する。
【００１６】
実施例１にて図１はガス化反応器を示す。反応室１内にて可燃物質、残余物質及び廃棄物質は酸素含有酸化剤と共にＨ２及びＣＯの豊富な生ガスに変換される。ガス化媒体の供給は特定の燃焼装置を介して行われ、この燃焼装置は燃焼装置フランジ２にて固定される。特定の装置が備えられる開口部８を介してガス化生ガスは、場合により流動スラグと共に反応室１から出て、後置の冷却システム、洗浄システム及び再生システムに達する。ガス化反応器は圧力ジャケット３により被われ、この圧力ジャケット３は反応室１と外部気圧との間の圧力差を吸収する。この圧力ジャケット３の熱保護のために冷却クリアランス５が配置されていて、この冷却クリアランス５は、水で満たされ得て、全圧に依存する沸点以上または以下にて稼動され得る。破損の場合におけるガス化ガスの冷却クリアランス５への流入を防止するために、冷却クリアランス５の圧力は反応室１内の圧力よりも常に高く保たれる。内側に向かって冷却クリアランス５は冷却壁４により画成されている。冷却クリアランス５内にて生成される熱水、または蒸気は、接続管９を介して排出される。冷却壁４は、この冷却壁４の表面に固定される薄いセラミック保護層６を備えている。冷却クリアランス５内の温度はプロセスの圧力に依存して５０℃と３５０℃との間に位置する。灰分を含まない、または極端に灰分の乏しい投入物質のガス化に際して、冷却クリアランス５への入熱を制限するために冷却壁４を耐火内張り７としての耐火性の断熱壁で外装することは合目的である。灰分含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質の投入に際しては、耐火壁７が放棄され得る。反応室１内にて発生する流動スラグが、冷却壁４及びこの冷却壁４の層部６の冷たい表面にて冷却され、該スラグは凝固し、このようにしてスラグ層１０として耐火内張りを形成し、このスラグ層１０は反応室１方向へ、温度が該スラグの溶解点に到達するまで成長する。このようにして更に投じられるスラグはスラグフィルムとして流れ落ち、熱い生ガスと共に開口部８を介して排出される。
【００１７】
図２は冷却壁４の実施例を示す。この場合この冷却壁４は気密に溶接されている半管の壁部を有し、これらの半管はピン留めされていて、薄い炭化珪素層で突固めされている。反応室１に指向する側面には、セラミック内張りがスラグ層１０として設けられていて、このスラグ層１０は、図１に示されているように、人工的に塗布されるか、または固有の溶解灰分自体により発生する。例えば、波形板形状、台形形状、三角形形状、または長方形形状から成るような冷却壁の別の形状が製造技術に依存して可能である。セラミック保護部６の取付及び固定は、実施例２におけるように機械的な止め具により行われ得るが、火炎噴射によるような熱による塗布によっても行われ得る。
【００１８】
更に、符号３、４、５、６及び７を有し反応室１を画成する壁部のために図２に示されている実施例は、熱的に極めて負荷のかかる噴流層反応器用のみならず、例えば固定層ガス化装置または流動層ガス化装置またはそれらの組合せのような別のガス化システム用にも組み込まれ得ることが容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はガス化反応器を示す。
【図２】 図２は冷却壁４の実施例を示す。
【符号の説明】
１ 反応室
２ 燃焼装置インサート用フランジ
３ 圧力ジャケット
４ 冷却壁
５ 冷却クリアランス
６ 冷却壁のセラミック保護部
７ 反応器の耐火内張り
８ ガス及びスラグ排出体用開口部
９ 蒸気または熱水接続用接続管
１０ スラグ層
本発明は請求項１及び請求項２に対応して、炭素含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質のガス化装置に関する。
【０００２】
可燃物質及び廃棄物質には、褐炭または石炭、並びにそれらのコークス、水と炭の懸濁液、更に油、タール及びスライム、並びに例えばクラフトプロセスからの黒液のような化学的プロセス及びパルプ化プロセスからの残余物または廃棄物、並びに廃油、ＰＣＢ含有油、合成樹脂フラクション及び家庭ごみフラクションまたはそれらの再生生産物、及び自動車スクラップ、ケーブルスクラップ及び電子装置スクラップの再加工からの軽量粉砕物のような廃棄物経済活動及びリサイクリング経済活動からの固体フラクション及び流動フラクション、並びに汚染水溶液及び汚染ガスのような、灰分を含む物質または灰分を含まない物質がある。本発明は噴流層ガス化装置用のみならず、固定層ガス化装置または流動層ガス化装置またはそれらの組合せのような他のガス化システム用にも使用可能である。
【０００３】
ガス発生の技術では、固体可燃物質、流動可燃物質、及びガス状可燃物質のオートサーミック噴流層ガス化が長年に渡り知られている。その際、酸素含有ガス化媒体に対する可燃物質の割合は、合成ガスの性質により高炭素化合物がＣＯ及びＨ２のような合成ガス成分に完全に分解され、及び無機成分が溶解して放出されるように選択される（Ｊ．カール、Ｐ．フリッツ、ノエル−転換方法、エネルギー技術及び環境技術のためのＥＦ出版有限会社、ベルリン、１９９６、３３頁及び７３頁（J.Carl, P.Fritz，NOELL−KONVERSIONSVERFAHREN, EF−Verlag fuer Energie− und Umwelttechnik GmbH，Berlin, 1996, S33 und S.73））。
【０００４】
技術部門に導入されている様々なシステムに応じて、その際ガス化ガスと溶解無機成分、例えばスラグは、別々にまたは共同にガス化装置の反応室から放出される（ＤＥ１９７１８１３１．７）。
【０００５】
ガス化システムの反応室の内部境界のために、耐火内張りが設けられているシステムまたは冷却システムが導入されている（ＤＥ４４４６８０３Ａ１）。
【０００６】
耐火内張りを備えたガス化システムは、少ない熱損失の有利さを有するので、供給される可燃物質のエネルギー的に有効な転換を提供する。但しこれらのガス化システムは、噴流層ガス化にて反応室の内部表面に流出する流動スラグが耐火内張りを溶解し、その為に高価なフレッシュライニングまでの極めて制限された操作持続期間のみが許されるので、灰分を含まない可燃物質のためにのみ組込み可能である。
【０００７】
灰分含有可燃物質における前記短所を除去するために、膜壁の原理に従う冷却システムが創作された。反応室に付設された表面にて先ず固体スラグ層が冷却により成長し、この固体スラグ層の強度は、ガス化室から更に投じられるスラグが流動的に前記壁にて流れ落ちるまで、及び例えばガス化ガスと共同で反応室から流れ落ちるまで増加する。このようなシステムは極めて安定していて、長い操作持続期間を保証する。これらのシステムの主な短所は、取り入れられるエネルギーのほぼ５パーセントまでが冷却シールドに伝達されることにある。
【０００８】
重金属含有または軽量灰分含有の油、タールまたはタール油固体スライムのような様々な可燃物質及び廃棄物質では、冷却される反応器壁にて十分な保護スラグ層を形成するには灰分が少なすぎ、これは結果的に付加的なエネルギー損失を伴い、他方では、耐火性に内張りされた反応器にて耐火層の融解ないしは溶解を回避するため、及びフレッシュライニングまでの十分に高い操作持続期間を達成するには灰分含有量が高すぎる。
【０００９】
別の短所として、反応器壁の複雑な構成が挙げられ、これは製造及び稼動に際して多大な問題点を生じさせ得る。例えば、Ｊ．カール、Ｐ．フリッツ、ノエル−転換方法、エネルギー技術及び環境技術のためのＥＦ出版有限会社、ベルリン、１９９６、３３頁及び７３頁（J.Carl, P.Fritz，NOELL−KONVERSIONSVERFAHREN, EF−Verlag fuer Energie− und Umwelttechnik GmbH，Berlin, 1996, S33 und S.73）にて示されている噴流層ガス化装置の反応器壁は、無圧の水ジャケット、内側にてタールエポキシド樹脂混合物により防食され耐火軽量コンクリートで内張りされている圧力ジャケット、並びにボイラー構成にて通例の膜壁のように気密に溶接され水を流し通し、ピン留めされ薄いＳｉＣ層で被われている冷却管を有する冷却シールドを有する。耐火コンクリートにより被われている圧力ジャケットと冷却シールドとの間には冷却シールドクリアランスが設けられ、この冷却シールドクリアランスは、後流及び凝縮物形成を回避するために、乾燥していて酸素を含まないガスによって洗浄されなくてはならない。
【００１０】
前記従来技術より、本発明の課題は、簡単で且つ信頼性のある稼動態様にて、可燃物質及び廃棄物質の極めて異なる灰分含有量を顧慮する装置を創作することにある。
【００１１】
本課題は請求項１及び請求項２の特徴により解決する。
【００１２】
本発明による装置の別の構成は従属項より明らかである。
【００１３】
本発明による装置は、極めて異なる灰分含有量を有する可燃物質、廃棄物質及び残余物質のガス化、並びに炭化水素を含有するガス、流動体及び固体物質の組み合わされたガス化に適している。
【００１４】
本発明によれば、ガス化プロセスのための反応室を耐火内張りまたは凝固スラグから成る層により画成することが考慮されている。強力な冷却により、耐火材料を有する内張りにおいては該耐火材料が保護され、または流動スラグが凝固されるので、熱性隔離層が形成される。冷却は水で満たされた冷却クリアランスにより達成され、この場合稼動状態は沸点以上または沸点以下に調整され得る。
【００１５】
本発明を図１及び図２に示す二つの実施例を用いて詳細に説明する。
【００１６】
実施例１にて図１はガス化反応器を示す。反応室１内にて可燃物質、残余物質及び廃棄物質は酸素含有酸化剤と共にＨ２及びＣＯの豊富な生ガスに変換される。ガス化媒体の供給は特定の燃焼装置を介して行われ、この燃焼装置は燃焼装置フランジ２にて固定される。特定の装置が備えられる開口部８を介してガス化生ガスは、場合により流動スラグと共に反応室１から出て、後置の冷却システム、洗浄システム及び再生システムに達する。ガス化反応器は圧力ジャケット３により被われ、この圧力ジャケット３は反応室１と外部気圧との間の圧力差を吸収する。この圧力ジャケット３の熱保護のために冷却クリアランス５が配置されていて、この冷却クリアランス５は、水で満たされ得て、全圧に依存する沸点以上または以下にて稼動され得る。破損の場合におけるガス化ガスの冷却クリアランス５への流入を防止するために、冷却クリアランス５の圧力は反応室１内の圧力よりも常に高く保たれる。内側に向かって冷却クリアランス５は冷却壁４により画成されている。冷却クリアランス５内にて生成される熱水、または蒸気は、接続管９を介して排出される。冷却壁４は、この冷却壁４の表面に固定される薄いセラミック保護層６を備えている。冷却クリアランス５内の温度はプロセスの圧力に依存して５０℃と３５０℃との間に位置する。灰分を含まない、または極端に灰分の乏しい投入物質のガス化に際して、冷却クリアランス５への入熱を制限するために冷却壁４を耐火内張り７としての耐火性の断熱壁で外装することは合目的である。灰分含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質の投入に際しては、耐火壁７が放棄され得る。反応室１内にて発生する流動スラグが、冷却壁４及びこの冷却壁４の層部６の冷たい表面にて冷却され、該スラグは凝固し、このようにしてスラグ層１０として耐火内張りを形成し、このスラグ層１０は反応室１方向へ、温度が該スラグの溶解点に到達するまで成長する。このようにして更に投じられるスラグはスラグフィルムとして流れ落ち、熱い生ガスと共に開口部８を介して排出される。
【００１７】
図２は冷却壁４の実施例を示す。この場合この冷却壁４は気密に溶接されている半管の壁部を有し、これらの半管はピン留めされていて、薄い炭化珪素層で突固めされている。反応室１に指向する側面には、セラミック内張りがスラグ層１０として設けられていて、このスラグ層１０は、図１に示されているように、人工的に塗布されるか、または固有の溶解灰分自体により発生する。例えば、波形板形状、台形形状、三角形形状、または長方形形状から成るような冷却壁の別の形状が製造技術に依存して可能である。セラミック保護部６の取付及び固定は、実施例２におけるように機械的な止め具により行われ得るが、火炎噴射によるような熱による塗布によっても行われ得る。
【００１８】
更に、符号３、４、５、６及び７を有し反応室１を画成する壁部のために図２に示されている実施例は、熱的に極めて負荷のかかる噴流層反応器用のみならず、例えば固定層ガス化装置または流動層ガス化装置またはそれらの組合せのような別のガス化システム用にも組み込まれ得ることが容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はガス化反応器を示す。
【図２】 図２は冷却壁４の実施例を示す。
【符号の説明】
１ 反応室
２ 燃焼装置インサート用フランジ
３ 圧力ジャケット
４ 冷却壁
５ 冷却クリアランス
６ 冷却壁のセラミック保護部
７ 反応器の耐火内張り
８ ガス及びスラグ排出体用開口部
９ 蒸気または熱水接続用接続管
１０ スラグ層
Claims (5)
- 炭素及び灰分含有可燃物質、残余物質及び廃棄物質を、酸素含有酸化剤を用いて、噴流層反応器として形成されている反応室内で、無機成分の溶解点以上の温度にて、雰囲気圧と８０バールとの間の圧力にてガス化するための装置において、
反応室輪郭が外側から内側へ向けて以下の構成の冷却反応器壁により画成されていて、
− 圧力ジャケット（３）；
− セラミック保護層（６）を備え気密に溶接された半管を有する冷却壁（４）；
− 上記圧力ジャケット（３）と上記冷却壁（４）との間の水冷冷却クリアランス（５）；
− 冷却壁（４）のセラミック保護部（６）；
− スラグ層（１０）、
及び、圧力ジャケット（３）と冷却壁（４）との間の上記冷却クリアランス（５）が、冷却水の沸点以下または以上にて稼動され得るように圧力調整及び温度調整可能であり、該冷却クリアランス内の圧力がガス化室内の圧力よりも高く、
上記反応室の上部に燃焼装置が配置されている
ことを特徴とする装置。 - 炭素を含有し灰分を含有しない可燃物質、残余物質及び廃棄物質を、酸素含有酸化剤を用いて、噴流層反応器として形成されている反応室内で、８５０℃以上の温度にて、雰囲気圧と８０バールとの間の圧力にてガス化するための装置において、反応室輪郭が外側から内側へ向けて以下の構成の冷却反応器壁により画成されていて、
− 圧力ジャケット（３）；
− セラミック保護層（６）を備え気密に溶接された半管を有する冷却壁（４）；
− 上記圧力ジャケット（３）と上記冷却壁（４）との間の水冷冷却クリアランス（５）；
− 冷却壁（４）のセラミック保護部（６）；
− 耐火内張り（７）、
及び、圧力ジャケット（３）と冷却壁（４）との間の上記冷却クリアランス（５）が、加圧水で満たされ冷却水の沸点以下または以上にて稼動され得て、冷却クリアランス（５）内の圧力がガス化室（１）内の圧力よりも高く、
上記反応室の上部に燃焼装置が配置されている
ことを特徴とする装置。 - 上記気密に溶接された半管はピン留めされていて、高い熱伝導度のセラミック質量体の薄い層で被われていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
- 前記セラミック質量体の薄い層が、火炎放射により冷却壁（４）に塗布されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
- 冷却壁（４）が、台形形状、三角形形状、長方形形状または波形形状のような幾何学的形状を有し得ることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
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