JP4264525B2

JP4264525B2 - 有機物質および物質混合物をガス化する方法

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Publication number: JP4264525B2
Application number: JP2001525293A
Authority: JP
Inventors: ミューレンハインツ−ユルゲン; シュミットクリストフ
Original assignee: 株式会社日本計画機構
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2003510403A; ES2244476T3; DE50010310D1; BR0014217A; HRP20020246B1; CN1213129C; HUP0202874A2; WO2001021730A1; MXPA02003116A; PL354103A1; BR0014217B1; EP1226222A1; CA2387690A1; SI20749A; AU7780200A; RU2240341C2; CN1376188A; CZ20021021A3; EP1226222B1; HRP20020246A2

Description

【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載された有機物質および物質混合物をガス化する方法に関する。
【０００２】
米国特許第４５６８３６２号［１］から有機物質および物質混合物をガス化する方法が知られており、この場合に有機物質を熱分解反応器に導き、反応器内でこの物質を熱担持媒体と接触させ、これにより急速な熱分解が行われ、その際この物質が熱分解生成物、すなわち熱分解ガスの形で凝縮可能な物質および固体の炭素含有残留物と反応する。熱分解に必要な熱エネルギーは固体の炭素含有残留物の燃焼により生じる。タール含有熱分解ガスは、第２の反応帯域で高い発熱量を有する生成物ガスが得られるようにクラック反応し、水蒸気と反応する。
【０００３】
この方法では流動層中で固体の炭素含有残留物の熱分解および燃焼が行われる。熱分解流動層反応器の上側の部分にタール含有熱分解ガスの反応帯域が備えられている。熱担持媒体は、固体の炭素含有残留物と一緒に一部は熱分解流動層反応器の反応器頭部を介しておよび残りの部分は上側の流動層の境界に配置されている導管を介して排出され、流動層燃焼装置に供給される。ここで固体の炭素含有残留物が燃焼し、熱担持媒体が加熱する。加熱した熱担持媒体および灰は排ガスと一緒に流動層燃焼装置から排出され、熱分解流動層反応器の上側に配置されたガス−固体分離器内で分離され、熱分解反応器の反応帯域に供給され、ここから再び熱分解反応器の流動層に至る（熱担持媒体循環）。
【０００４】
しかしながらこの流動層の運転はきわめて費用がかかり、反応帯域での熱分解ガスの反応への作用がほとんど不可能である。更に反応帯域で高く加熱した水蒸気を使用しなければならず、これは再び費用をかけて処理される水の使用を前提とする。
【０００５】
ドイツ特許第１９７５５６９３号［２］から有機物質および物質混合物をガス化する方法が公知であり、この場合に有機物質を流動床反応器中で熱担持媒体と接触させ、これにより急速な熱分解が行われ、その際有機物質が一方で炭素含有の固体の残留物に、他方で凝縮可能な揮発性のガス状の成分からなる熱分解ガスに変換される。
【０００６】
その後熱担体および熱分解コークスを燃焼に供給し、ここで炭素含有残留物の一部を燃焼し、他の部分は熱担持媒体を加熱し、再び熱分解に供給する。
【０００７】
タール含有熱分解ガスは、反応媒体、一般に水蒸気を添加後、間接的熱交換機として形成される第２の反応帯域中で高い発熱量を有する生成物ガスが得られるように更に加熱し、その際この熱交換機の間接的加熱は燃焼ガスによりその冷却により行われる。灰は熱担体および固体の炭素含有残留物の灰の混合物の部分流から燃焼後、機械的に熱担体から分離され、冷却され、排出される。
【０００８】
しかしながらこの方法は、この方法を実施する装置が煩雑で高価になり、運転および使用可能性に不利に作用するという若干の問題点を有する。第１に熱担体は加熱した状態で、すなわち５５０〜６５０℃で示される熱分解温度よりかなり高い温度で燃焼から熱分解に戻される。これにより材料的におよび機械的に特に費用のかかる供給装置を使用しなければならない。更に加熱した熱担体を更に灰と混合する場合は、灰の軟化、従って焼成の問題を考慮しなければならない。第２に使用される間接的熱交換機はその処理条件、両側で５００〜１０００℃の温度、一方で還元性条件、熱分解ガスおよび生成物ガスおよび燃焼排ガス中の強い腐食性の成分により、きわめて費用のかかる材料を必要とし、および起こりうる灰の軟化により付加的な事情により費用のかかる精製装置を必要とする。熱交換機中の灰の付着の不安は運転および燃焼装置の構成に狭い限界を設定する。他の困難は熱分解ガスを生じる蒸気の混合にある。蒸気は多くの費用を伴って高く加熱するかまたは温度の低下が達成され、これはタールの濃縮および同時に焼成の問題を生じることがある。最後に燃焼装置中で、再び加熱すべき熱担持媒体で所定の熱転移が保証されない状況が考えられる。従って熱分解コークスおよび熱担持媒体が燃焼装置中で分解し、例えば火格子焼成の場合に熱分解コークスが層の上で焼失し、一方熱担持媒体が更に下から流れる火格子空気によりなお冷却することが危惧される。
【０００９】
本発明の課題は、両側で高い温度を有する流動層または熱交換機の使用を回避し、燃焼装置から熱担持媒体への熱転移が特に決められたやり方で行われる、少ない装置の費用で高価な、希釈されていない、発熱量の多い生成物ガスを製造するための簡単に実施すべき方法を提供することである。
【００１０】
前記課題は、請求項１の特徴部分により解決される。［２］と同様にして根本思想が更に追求され、この方法は３つの簡単に実施すべき処理工程に分かれる。急速な熱分解、熱を供給した均一な気相反応でプロセス蒸気を混合した後の熱分解ガスからの生成物ガスの取得、熱分解コークス、固体の炭素含有残留物の燃焼による熱分解および気相反応に必要な熱の発生。しかしながら燃焼装置の熱を決められたやり方で強制的に熱担持媒体に移送する思想はかなりの不都合である。すなわち［２］に記載されるように、熱分解コークスおよび熱担持媒体を混合物として燃焼装置に導入する場合は、例えば燃焼格子上で熱担持媒体および熱分解コークスが分解し、燃焼中に熱担持媒体が十分に加熱されないだけでなく、下から格子を通過する燃焼空気により冷却されることを考慮しなければならない。回転管形炉または流動層でのみ決められた、強制的な熱転移が考慮されるが、それはこの場合に固体が格子の燃焼作用により強力に混合するからである。しかしながらこの場合に回転管形炉は空気の混合が悪いきわめて高価な燃焼装置であり、一方前記理由から流動層は考慮されない。
【００１１】
従って本発明により、熱分解反応器を出た直後に熱分解コークスおよび熱担持媒体からなる混合物を分割し、熱分解コークスを燃焼装置で燃焼し、一方熱担持媒体を加熱帯域に供給し、加熱帯域内で堆積層として煙道ガスを流動し、所定のとおり加熱する。これにより達成される一方での熱分解コークスの燃焼と他方での熱担持媒体の加熱の分離により２つのことが達成される。一方では熱分解コークスの燃焼はこの燃料の要求に完全に適合することができ、すなわち基本的にすべての燃焼形式が再び該当する。他方では熱担持媒体の加熱帯域を本発明の方法により装置の任意の位置に移動することができ、従って最大処理温度に加熱した熱担持媒体の費用のかかる機械的な搬送の代わりに燃焼装置からの熱い排ガスの比較的簡単な搬送およびきわめて低い処理温度、熱分解反応器を出た後の基準温度での熱担持媒体の加熱帯域への搬送のみが行われる。
【００１２】
本発明により、有機物質の熱分解を、できるだけ単純な装置で強力な運転法で加熱、乾燥および熱分解に必要な熱の転移をできるだけ有効なやり方で実現する反応器中で実施する。従って一般に流動床反応器または回転ドラムがこの課題に該当する。この場合に熱分解温度は有利には５５０〜６５０℃の範囲である。
【００１３】
熱分解コークスおよび熱担持媒体の分離の形式は熱担持媒体の性質に依存し、種々のやり方で行うことができる。機械的分離は例えば二工程の篩い分けにより行うことができる。その際分離すべき媒体の温度が約５００〜６００℃であることが有利に作用し、従って市販されている材料を使用することができる。篩い分けによる二工程の分離は熱担持媒体が狭い粒度範囲の内部で形状安定な粒子からなる場合に該当する。その際熱担体は中程度粒子として取り出し、熱分解コークスは粗粒および細粒として取り出す。２つの篩い分け部分が接近して十分に集まっている限り、少ない熱分解コークスが部分的に適当に熱担持媒体に到達し、ここでコークスは一般に妨害されない。他の可能性は磁気特性を有する熱担体、例えば鋼球の利用である。これは磁気により混合物から分離することができる。しかしながらこの場合に熱いばら物の磁気による分離が市販の装置では実施できないことを記載する。最後に熱担持媒体が十分な密度を有する場合に、可能性として空気分級が提供される。その際分級流体として燃焼空気が提供されるが、安全性の理由から循環して戻される煙道ガスの部分流が有利である。この場合に燃焼装置を分離工程のきわめて近くに配置することが好ましい。この場合に燃焼装置は有利には例えばサイクロン燃焼装置のように、担体ガス中に燃料を流動化または分散して使用すべきである。
【００１４】
熱担持媒体と熱分解コークスの分離により燃焼装置の形式はほとんど重要でない。しかし若干の限界条件が適用される。一方では決められたリフォーミング温度で煙道ガスを、燃焼装置の端部で、加熱帯域への通路の熱損失、加熱帯域内部の熱担持媒体への熱転移の度数およびリフォーミング中の第２反応帯域での熱転移の際の熱担体の度数を考慮する温度で排出しなければならない。例えばリフォーミング温度が１０００℃である場合は、この帯域に侵入する際の熱担体は約１０５０℃の熱さでなければならない。加熱帯域の相当する設定でこれは１０７５℃の熱い煙道ガスで達成することができる。燃焼装置からこの加熱帯域への通路の損失をカバーするために、燃焼装置を出る際に排ガスはいくらか高く、例えば１１００℃でなければならない。他方では熱分解コークスの無機成分に関して多くの決められた限界条件を守らなければならない。例えば基本的に灰の溶融または焼結は排除されないが、例えば鶏糞肥料をガス化し、生じた灰を価値ある有効な肥料として使用する場合は、灰は生成物としてすべての軟化を回避して乾燥した灰の排出を必要とする。この場合に例えば化学量より低い量の運転で段階的燃焼を使用することができ、この場合にまず二次空気を添加することにより完全な燃焼が達成され、同時に必要な温度が達成される。形成される熱分解コークスが反応熱を生じるために十分でない場合は、生成物ガスを添加して燃焼できることをなお記載すべきである。
【００１５】
第２の重要な補充手段は熱担体循環に第２反応帯域を取り入れることである。リフォーミングは、熱担持媒体と直接接触して、水蒸気との公知反応により、例えば
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ →ｎＣＯ＋（ｍ／２＋ｎ）Ｈ_２
のように行う。
【００１６】
これによりおこりうる煤煙形成および他のクラック処理による焼き付けが許容され、それは熱担持媒体の回転により熱転移表面が常に再び再生するからである。熱担体循環に第２反応帯域を取り入れる結果は熱担体循環のかなりの拡大である。
【００１７】
この方法は本発明により熱担体循環を実施する少なくとも２個の基本的可能性を開示する。熱担体に関して第２反応帯域および熱分解反応器は直列にまたは並列して接続されていてもよい。直列接続の重要な利点は装置が簡単なことである。加熱帯域、第２反応帯域および熱分解反応器が前後に接続され、熱担持媒体が重力により運動して上から下に装置を通過して移動する。熱分解は［２］に記載された装置に対して、きわめて多くの熱担持媒体を使用して、明らかに低い温度で熱分解を実施しなければならない点で異なっている。例えば熱担持媒体を１０５０℃でリフォーミングのために第２反応帯域に導入する場合は、これを約７５０℃で離れる。並列接続の場合は熱分解反応器および第２反応帯域への熱い熱担体流の分配および引き続く一緒の供給のために熱分解工程は［２］に記載された装置に対して異なっていないが、高い装置の費用を考慮しなければならない。従って並列接続は装入物質が特に熱い熱担持媒体と接触することが有利である場合に有利である。
【００１８】
最後になお第２反応帯域中のリフォーミング前の熱分解ガスへのプロセス蒸気の混合を説明する。これは予測すべき均一気相反応に関して過剰で行わなければならない、それというのもおこりうる煤煙形成を徹底的に抑制できるからである。このための根拠は新鮮な生成物ガス中の所定の水蒸気濃度、すなわち例えば２０容量％以上を維持することである。他方で測定値として水蒸気濃度でのプロセス蒸気の添加量の調節がきわめて煩雑であり、高価であることを予測しなければならない。いずれにせよ場合により存在する量の測定を介して効率に依存して導かれる確実な値の設定がより好ましい。それぞれの場合に記載すべき本発明の方法の具体的可能性はプロセス蒸気と熱分解ガスの混合の位置の選択にある。これは遅くとも第２反応帯域、リフォーマーに導入する前に行わなければならないが、熱分解反応器の上流に、熱分解反応器内部の任意の位置に、その下側の端部まで移動することができる。その際熱分解反応器の下側端部は熱担持媒体および固体の炭素含有残留物の混合物の出口である。これにより熱分解とリフォーミングの間の熱の装入の分布が変化するが、結局は固体側の出口の近くで熱分解反応器から蒸気を添加して蒸気で熱分解物を洗浄することがいくつかの点で有利である。第１に第２反応帯域への通路での熱分解ガスの温度がどの位置でも低下せず、凝縮を考慮しなくてよい。第２にバイオマスから熱分解の際に水蒸気での洗浄により揮発性成分の収率を高めることができることが知られている［３］。これは、固体の熱分解生成物の高すぎる収率がこの方法の熱需要を介して生成物ガスの収率およびこれに関連して冷たいガスの効率を少なくするので、有利である。最後におよび第３に、これにより熱担持媒体および熱分解コークスの分離工程の方向での熱分解ガスのおこりうる漏れによる目減りを防ぐ。
【００１９】
図１は本発明の対象の可能な構成を示す。この場合にこれはすでに記載された直列接続装置であり、上から下に加熱帯域、第２反応帯域（リフォーマー）および熱分解反応器が直列に接続されている。装入物質１０１は搬送装置１０２およびゲート１０３を介して熱分解反応器１０４に導かれる。搬送装置１０２は搬送スクリュー、ベルトコンベアー等として形成され、加熱されていてもよく、この場合に排ガスおよび生成物ガスの廃熱利用からの低温熱１５１を、有利に、すなわち全効率を高めるために使用することができる。蒸気１５２は開放した系である場合は、周囲に放出されるが、そうでなければ熱分解反応器１０４または燃焼装置１０５に添加する。熱分解反応器１０４への添加が、少ないプロセス蒸気を供給するだけでよいという利点を有する。しかしながら燃焼装置１０５への添加が技術的に簡単であり、それというのもこれはわずかに低圧で実施するからである。熱分解反応器１０４は有利には円筒型のシャフトとして形成されている。装入物質のほかにここで第２反応帯域（リフォーマー）１０７からゲート１０６を介して出てくる熱担持媒体が存在する。このゲートは任意の構造であるが、有利にはロータリーベーンフィーダーまたは間欠式フィーダーとして形成され、気密である必要はない。
【００２０】
まず追出される揮発物質のほかの通路を記載する。この揮発物は供給されるプロセス蒸気１０９との混合物で分離導管１０８を介して第２反応帯域１０７に向かって熱分解反応器１０４を離れる。基本的にこの通路は、すなわちガスがいずれの時間でも無制限に透過でき、一方熱担持媒体が計量されてのみまたはゲートの進行の枠内で流れに合わせて通過できるように、ゲートが透過性に形成される場合は、ゲート１０６を介しておよびこれによる分離導管１０８の省略を介して可能である。すなわち熱担持媒体が計量されてのみ、流入を完全に中断する可能性をもって熱分解反応器１０４に導入する間、全部の熱分解ガス量は常に混合されるプロセス蒸気１０９と共に妨害されずに漏れることができなければならない。第２反応帯域（リフォーマー）１０７の底部の相当する構成により、熱分解からの揮発物の流れはできるだけ長い通路でリフォーマー中に存在する熱担持媒体からなる堆積層１１０を通過する。揮発物は加熱下で生成物ガスに反応するガス混合物に向流で上から下に移動し、その際冷却される。リフォーマー１０７の上側部分に、変換工程を支持するために、触媒１１１は堆積層または有利にはハネカムパックの形で存在することができる。触媒１１１はリフォーマー１０７の上側の熱い端部に存在することが重要であり、それというのもこの位置で生じる生成物ガスはなお精製されてなく、従って装入物質１０１に依存して例えば硫黄のような多くの触媒毒をなお含有することがあるが、ニッケルを基礎とする触媒のような多くの触媒は高温で反応性でなく、再生または自由燃焼することができる。これはリフォーマー１０７中できわめて簡単に、例えばときおり生じる少ない空気混合物により達成することができるが、その際この時点で生成物品質の損失を甘受しなければならない。生成物ガス流１１２は上に向かってリフォーマー１０７を離れる。この位置で同時に全部の熱分解ガス通路または生成物ガス通路の最も高い温度が存在し、それぞれの場合に生成物ガス流１１２の検知可能な熱を利用する。これは有利には廃熱容器１１３の内部で行うことができる。ここで生じる蒸気の少なくとも一部を引き続きプロセス蒸気１０９として工程に再び供給することができる。廃熱利用後に粗製生成物ガスが精製工程および調節工程１１４に導入し、その作用方法は生成物ガスの引き続く使用目的に適合し、自体公知である。精製工程１１４に同時にここで一般に生成物ガスの冷却により得られる水性凝縮物の調節が含まれる。ベンチレーター１１５は有利にはわずかに過圧の熱分解反応器１０４での圧力の調節および生成物ガスおよびその前駆物質の搬送の任務を担う。ベンチレーター１１５の後方で精製した生成物ガス流１１６は装置を離れる。場合により調節された凝縮物流１５３は供給水として廃熱容器１１３に供給されるかまたは燃焼装置１０５で蒸発することができ、従って基本的に全工程の排水のない運転が可能である。凝縮物を燃焼装置に供給する可能性は、凝縮物を以下に記載する分離工程１２１に供給し、熱担体または炭素含有残留物を冷却して蒸発し、蒸気を燃焼装置に供給することにある。検知可能な熱をきわめて十分に利用し、場合により蒸気を外部の使用者（これには外部のまたは場合によりコンベアー１０２の内部の装入物質の調節が含まれる）に放出する場合は、供給水として新鮮な水１５４の単独の使用が好ましく、凝縮物１５３はできるだけ完全に排除されるかまたは燃焼される。
【００２１】
以下に熱担持媒体および熱分解コークスの通路を説明する。熱担持媒体および熱分解コークスの混合物がゲートおよび搬送装置１２０をとおり分離工程１２１に導入する。機械的に篩い分けまたは分級によるかまたは磁気によるその作用方法はすでに記載した。その後分離した熱分解コークス流１２２はすぐに燃焼装置１０５に至る。ここでコークス流は燃焼空気１５５と一緒に燃焼し、熱い排ガスを生じ、これは熱ガス導管１２３を介して熱担持媒体（予熱器）の加熱帯域１１７に供給される。空気過剰または煙道ガス還流および段階的燃焼を介して燃料の温度と煙道ガス温度を互いに分離し、必要な煙道ガス温度にもかかわらず乾燥して灰を取り去る可能性は、公知として前提されているので、詳しく説明しない。燃焼装置の外部に離れ、この通路で場合により冷却される灰流／燃えかす流１５６がなお残留することを記載する。
【００２２】
熱担持媒体は搬送装置１２４により直接予熱器１１７に供給される。搬送装置は機械的観点で熱い材料の穏和な搬送のために熱損失を最小にして形成されるべきである。その際第１にバケットコンベアー、チェーンコンベアーまたはバケットエレベーターの使用が考えられる。
【００２３】
本発明の構成において予熱器１１７が直接リフォーマー１０７の上方に配置され、リフォーマーからガス側にゲート１１８により分離される。ゲートは煙道ガスと精製物ガスの混合が開始しないようにできるだけ気密でなければならない。構造に関してゲート１１８には特別な要求は存在しない。リフォーマー１０７と同様に排ガスは予熱器を下から上に熱担持媒体に向流で貫流する。熱担持媒体は約５００℃の工程の基準温度で予熱器１１７に上に導入する。この基準温度は熱分解最終温度から熱損失による温度の低下を差し引いて得られる。予熱器１１７（同じことはリフォーマー１０７に適用される）が十分に大きく形成される場合は、搬送装置１２４およびゲート装置１１８および１０６はほとんど任意に不連続的に稼働することができる。
【００２４】
排ガスは基準温度よりわずかに高い温度で予熱器１１７を離れる。一般に排ガス量は生成物ガス量より明らかに多い。従って予熱器を出た後の排ガスの廃熱の利用はここで切実に求められる。これは有利には空気予熱器（ＬＵＶＯ）１２５での燃焼空気の予熱により行われ、それというのもこの方法で、還流される熱が燃焼後に再びエネルギー的に利用可能に約５００℃の基準温度より高い温度で再使用されるからである。熱転移のこの形式は蒸気発生の方法で実現されないかまたは過度に大きな費用をかけてのみ実現される。ＬＵＶＯ１２５の後方に、装入物質および有効な排出限界に依存して形成され、その作用方法が自体公知であｑる精製工程１２６および送風機１２７が配置される。精製した排ガス１５７は一般に周囲に排出され、その際部分流１５８を燃焼装置１０５に温度の運転の改良のために返送することができる。
【００２５】
図２は第２反応器（リフォーマー）および熱分解反応器の熱担体側の並列接続装置の処理技術的核心を簡略に示す。熱分解反応器２０２および分離工程２０３をとおり燃焼装置２０４（燃焼空気２５１）に至る装入物質２０１の通路は実質的に同じである。しかしこの場合にリフォーマー２０５は熱分解反応器とほぼ同じ高さに存在し、加熱帯域を形成する予熱器２０６は熱分解反応器２０２とリフォーマー２０５の上に存在する。予熱器２０６から２つの示された排出漏斗および互いに独立に運転可能な計量ゲート２０７および２０８を介して最高に加熱された熱担持媒体が並行してリフォーマー２０５および熱分解反応器２０２に搬送される。リフォーマー２０５を離れる熱担持媒体は分離工程２０３に供給されない。しかし熱分解反応器２０２を通過し、分離工程２０３で熱分解コークスから分離された熱担持媒体およびリフォーマー２０５を通過した熱担持媒体は搬送装置２０９で一緒になって予熱器２０６で燃焼する。しかしこの場合に粗製生成物ガス流２１０および予熱器２０６の後方の排ガス流２１１に関してはすべて図１に示される直列接続装置と全く同じであり、従ってここで並列接続装置の説明を終了する。
【００２６】
図３は図１に示された直列接続装置の例の本発明の方法の具体的な使用例を著しく簡略に示し、この場合にこの使用例は図２に示された並列接続装置で相当する機能を果たす。この場合に装入物質３００は記載されたように熱分解反応器３０１に導入し、熱分解コークスを形成して反応器を通過する。しかしこの場合に熱分解コークスは分離工程３０２で熱担持媒体から分離され、使用可能なコークス３０４として冷却および調節工程３０３を介して工程から排出され、任意の方法で更に利用される。この場合に工程３０３は、例えば真空下に存在する交換装置、コークス乾燥冷却装置であってもよい。燃焼装置３０５は熱担持媒体を加熱するために少なくとも１種の以下の燃料で燃焼する。異種の燃料３０６または生成物ガスの部分流３０７または熱分解コークスの部分流３０８。燃料３０６は、これが燃焼できる限り、装入物質３００の部分流であってもよい。これは、特に本発明の方法により装置を運転するために重要である。そのほかの場合は多数のガス状、液状または固体の燃料が該当する。例えば生成物ガスを還元剤として精錬工程で利用する場合は、場合により炉口ガスまたはいずれかの他の希薄ガスを燃料３０６として使用することができる。図３に記載される場合は燃焼装置３０５の位置は必ずしも分離工程３０２のすぐ近くであることはなく、例えば加熱帯域３０９のすぐ近くに配置されてもよい。リフォーマー３１０はこれに関係なく、生成物ガス３１１の品質および排ガス３１２の他の処理も同様である。図３には更に以下のものが示される。熱担持媒体の搬送装置３１３、装入物質の排出ゲート３２０、リフォーマーと熱分解反応器３２１の間のゲート３２１、熱分解反応器からの排出ゲート３２２、加熱帯域とリフォーマーの間のゲート３２３、燃焼空気流３５１、およびプロセス蒸気流３５２。
【００２７】
実施例
図１による装置中で、木材２００ｋｇ／ｈ（ａｔｒｏ）、すなわち湿分３０％の空気乾燥木材２８６ｋｇ／ｈをガス化する。木材は灰２％（水不含）を含有し、そのほかは主に水および灰不含で計算して炭素５０％、水素６％、酸素４２％および窒素１.９％からなる。水不含の状態で下側の発熱量は１８.０ＭＪ／ｋｇである。熱的ガス化出力は従って１０００ｋＷである。熱分解は５５０℃で実施し、水蒸気でのリフォーミングは９５０℃で実施する。稼働圧力は大気圧である。
【００２８】
熱担持媒体として粒度約１０ｍｍを有する鋼球を使用する。まず熱担持媒体を５００℃から９５０℃に加熱する。熱分解、リフォーミングおよび熱損失をカバーするために必要な２５１ｋＷの熱出力により熱担持媒体の循環量は４３００ｋｇ／ｈであり、木材使用量の２１.５倍である。熱分解反応器は内寸１.３ｍの円筒高さおよび内径０.９ｍを有する内張りされたシャフトであり、熱分解流動床に滞在時間０.５時間で安全に使用される。熱分解中に木材が反応し、熱分解コークスとして木材の乾燥物質の２０質量％、すなわち４２ｋｇ／ｈが残る。これは灰分９.５％を有し、水および灰不含のベースに対して炭素９２.２％、水素２.６％および酸素５.２％を含有する。発熱量は２９.１ＭＪ／ｋｇである。リフォーミングは９５０℃で内寸０.９ｍの円筒高さおよび内径０.７ｍの熱担体堆積層で行われ、ガス滞在時間０.５秒が確実に維持される。これにより以下の生成物ガスが得られる。
【００２９】
発熱量９.１０ＭＪ／ｋｇ、乾燥
水素５９.７容量％、乾燥
一酸化炭素１７.０容量％、乾燥
メタン１.４容量％、乾燥
二酸化炭素２１.９容量％、乾燥
水蒸気２４.８容量％、
量４０２Ｎｍ^３／ｈ
化学的エンタルピー流７６５ｋＷ
燃焼装置中の熱分解コークスのエンタルピー流は３４１ｋＷである。これによりリフォーミング、熱分解、生成物ガス冷却からの排水蒸発および熱損失のカバーのための熱が製造され、燃焼装置に必要な燃焼空気を３５０℃に加熱する。燃焼装置効率は８０.１％であり、従って排ガス損失は６８ｋＷである。生成物ガスの検知可能な熱は１６８ｋＷであり、これにより約１４５ｋｇ／ｈの飽和蒸気を低圧で製造することができ、このうち５０ｋｇ／ｈがプロセス蒸気として必要であり、残りはその他の目的に使用することができる。
【００３０】
引用文献
［１］米国特許第４５６８３６２号
［２］ドイツ特許第１９７５５６７９３号
［３］Ｍ.Ｓｔｅｎｓｅｎｇ、Ａ.Ｊｅｎｓｅｎ、Ｋ.Ｄａｍ−Ｊｏｈａｎｓｅｎ、Ｍ.Ｇｒｏｅｎｌｉ：ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＫｉｎｅｔｉｃＭｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆＢｉｏｍａｓｓＰｙｌｏｌｙｓｉｓ.Ｐｒｏｃ.２ｎｄＯｌｌｅＬｉｎｄｓｔｒｏｅｍＳｙｍｐｏｓｉｕｍＳｔｏｃｋｈｏｌｍ１９９９年６月８−１１日、９７−１０４
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱帯域、第２反応帯域および熱分解反応器が直列に接続されている本発明の方法を実施する装置の工程図である。
【図２】第２反応帯域と熱分解反応器が並列に接続されている本発明の方法を実施する装置の工程図である。
【図３】図１の装置を簡略に示した図である。
【符号の説明】
１０１装入物質
１０２装入物質の搬送装置
１０３ゲート
１０４熱分解反応器
１０５燃焼装置
１０６ゲート
１０７第２反応帯域（リフォーマー）
１０８揮発物の分離導管
１０９供給されるプロセス蒸気
１１０熱担持媒体
１１１触媒
１１２生成物ガス流
１１３廃熱容器
１１４精製および調節工程
１１５ベンチレーター
１１６精製された生成物ガス流
１１７加熱帯域（予熱器）
１１８ゲート
１２０ゲートおよび搬送装置
１２１分離工程
１２２熱分解コークス流
１２３熱ガス導管
１２４搬送装置
１２５空気予熱器（ＬＵＶＯ）
１２６精製工程
１２７送風機
１５１低温熱
１５２蒸気
１５３凝縮物流
１５４新鮮な水
１５５燃焼空気
１５６灰／燃えかす流
１５７精製された排ガス
１５８精製された排ガスの部分流
２０１装入物質
２０２熱分解反応器
２０３分離工程
２０４燃焼装置
２０５リフォーマー
２０６予熱器
２０７計量ゲート
２０８計量ゲート
２０９搬送装置
２１０粗製生成物ガス流
２１１排ガス流
２５１燃焼空気
３００装入物質
３０１熱分解反応器
３０２分離工程
３０３冷却および調節工程
３０４使用可能なコークス
３０５燃焼装置
３０６異種燃料
３０７生成物ガス
３０８熱分解コークスの部分流
３０９加熱帯域（予熱器）
３１０リフォーマー
３１１生成物ガス
３１２排ガス
３１３熱担持媒体の搬送装置
３２０装入物質の排出ゲート
３２１リフォーマーと熱分解反応器の間のゲート
３２２熱分解反応器からの排出ゲート
３２３加熱帯域とリフォーマーの間のゲート
３５１燃焼空気流
３５２プロセス蒸気流

Claims

有機物質および物質混合物から高い発熱量を有する生成物ガスを製造する方法であり、
循環する熱担持媒体が、加熱帯域、反応帯域、熱分解帯域および分離工程を通過し、引き続き加熱帯域に戻り、その際
有機物質または物質混合物を熱分解帯域中で加熱した熱担持媒体と接触することにより固体の炭素含有残留物および揮発性相として熱分解ガスに分離し、
熱分解帯域を通過後、固体の炭素含有残留物を分離工程で熱担持媒体から分離し、
熱分解ガスを反応媒体としての水蒸気と混合し、反応帯域中で加熱した熱担持媒体に含まれる熱の一部を交換することにより高い発熱量を有する生成物ガスが生じるように更に加熱する、有機物質および物質混合物から高い発熱量を有する生成物ガスを製造する方法において、
水蒸気を熱分解帯域で熱分解ガスと混合し、
全部の固体の炭素含有残留物を別の燃焼装置に供給し、ここで燃焼し、
この燃焼装置の熱い排ガスを、加熱帯域に存在する熱担持媒体の堆積を通過させ、その際大部分の顕熱を熱担持媒体に与えることを特徴とする、有機物質および物質混合物から高い発熱量を有する生成物ガスを製造する方法。
水蒸気を熱分解帯域で、熱担持媒体および固体の炭素含有残留物の混合物の排出口の近くで熱分解ガスと混合する請求項１記載の方法。
熱分解ガスまたは生成物ガスの一部を炭素含有残留物用の燃焼装置でまたは別の燃焼装置で燃焼し、その際発生した熱を熱分解帯域および反応帯域で利用する請求項１記載の方法。
触媒の存在で熱分解ガスと水蒸気の反応を実施する請求項１記載の方法。
熱担持媒体が砂、砂利、小砂利、珪酸アルミニウム、鋼玉、硬砂岩、珪岩またはコーディエライトのような耐火物からなる請求項１記載の方法。
熱担持媒体が金属材料、このうち有利には磁性材料または非金属セラミック材料、焼結材料または鉄鉱石ペレットからなる成形体からなる請求項１記載の方法。
使用される全部の熱担持媒体の少なくとも一部分が反応帯域中で触媒活性の材料からなる請求項１記載の方法。
固体の炭素含有残留物からの熱担持媒体の分離を熱分解帯域を出た後に磁気により行う請求項１または５記載の方法。
固体の炭素含有残留物からの熱担持媒体の分離を熱分解帯域を出た後に気流分級により行い、その際分級媒体として有利に空気、ここで再び有利には燃焼装置用燃焼空気または排ガス、ここで再び有利には燃焼装置から戻される排ガスを利用する請求項１記載の方法。
少なくとも１種の以下の媒体：
有機物質、熱担持媒体、固体の炭素含有残留物、熱分解帯域を出る際の熱担持媒体および固体の炭素含有残留物の混合物の搬送を
不連続的にまたは少しずつ行う請求項１記載の方法。
生成物ガスおよび燃焼装置の排ガスの顕熱を少なくとも一部分、反応媒体として水蒸気を製造するためにまたは燃焼装置の空気の予熱に利用する請求項１記載の方法。
生成物ガスおよび燃焼装置の排ガスの顕熱を少なくとも一部分、有機物質の予備乾燥および加熱に直接的または間接的に利用する請求項１記載の方法。
加熱帯域を通過後、熱担持媒体を、反応帯域を通過する部分と、直接熱分解帯域で使用する部分に分割し、反応帯域を通過した熱担持媒体を熱分解帯域に更に供給するか、または熱分解帯域の後方で残りの熱担持媒体に添加する請求項１記載の方法。
熱担持媒体の他に強塩基性の固体の物質、有利には酸化カルシウム、水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムを熱分解帯域を通過させ、これを引き続き同様に熱担持媒体から分離し、燃焼装置を通過するかまたは直接燃焼装置の外に導く請求項１記載の方法。
生成物ガスを冷却し、その際生じる凝縮物を精製し、水蒸気を生じるために再使用するか、または燃焼装置または熱担持媒体または炭素含有残留物に、これに含まれる燃焼成分を蒸発し、燃焼するために添加する請求項１記載の方法。