JPH03500902A - 粉砕された生物廃棄物よりガスを製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 粉砕された生物廃棄物よりガスを製造する方法および装置 本発明は、粉砕された、たとえば藁などの生物廃棄物よりガスを製造する方法に 関し、該方法においては、粉砕物が、ばあいによっては蒸気添加を伴なって、気 密なロックを経て反応器に導入され、触媒からなる反応ベッドに分配され、該触 媒は製造されたガスおよび残余物が前述のベッドの底部から取出されるときに、 ガス化中に廃棄物があらかじめ決められた経路に沿って流されるように撹拌され る。本発明はまた前記方法を行うための装置に関する。

スウェーデン王国特許出願公告第４５３．０９７号公報により、このタイプの方 法は知られている。この開示された装置においては、生物廃棄物は、縦型反応器 の底部格子上方にある程度距離をおいて導入され、熱分解のプロセスのあいだ、 廃棄物は、活性石灰石触媒を含む加熱された岩石粒子のかたまりとともに上方に 運ばれる。残余物は反応器の上部において取り除かれ、下部に再循環され、そこ で残余物は岩石粒子を加熱するための燃料として用いられ、燃焼空気が反応器の 底部の格子を通して導入される。燃焼空気は、反応器内の生物学的なかたまりの 流動化にも使用される。生物物質が導入される領域においては岩石粒子の温度が 高いので、かなりの量のタールが生成し−１石［（石の触媒効果、プロセスの温 度勾配の正確な制御およびあらかじめ定められた低水分含有量の監視により、前 記タールはガスに追従することが防止される。

これらの条件を満たすことは、現実には難しい。このプロセスのもう１つの欠点 は、ガスが燃焼により発生した排煙と混合し熱分解することである。それゆえ、 製造されるガスは、かなりの量のＣＯ２およびＮ２を含むので発熱量が比較的小 さい。

コークス製造により製造されるガスの品質を改善するために触媒を用いることは 、西ドイツ特許第２，９１４，２９５号明細書により知られている。この既知の 方法においては、ニッケルが、ガスを製造するもとになる石炭に、０．１〜２． ５重量パーセントの量だけ添加される。前記特許明細書によるとこのガス中のメ タン含有量は、このガスが天然ガスに匹敵するように増加される。石炭に加えら れたニッケルは、コークスの製造プロセス終了後に製造されたコークス中にみら れる。該金属を酸に溶かすことによりこのコークスからニッケルが再び回収され てもよい。もし触媒が回収されなければ、コークスの燃焼によりえられた灰分は 環境との関係において許容されえず、特別な予防策がとられることが要求される であろう。

西ドイツ特許出願公開第３，４２１．８１３号公報により、上部にセラミック体 の層が設けられた、多数のロッドからなる格子上で、粉砕された藁をガス化する ことが知られている。このロッドが往復運動してセラミック体が移送される。こ のセラミック体は一種の自浄式格子を形成し、その上では、セラミック体上また はそれらのあいだで層をなして藁材料の熱分解または燃焼がおこる。セラミック 体の運動により、藁材料が一様に分配され、格子表面を覆う部分において燃焼が 不均一になるという危険が軽減される。

前述の方法においては、ある量の燃焼用空気がガス化されるべき材料の中に導入 されることにより熱分解が生じる。燃焼用空気は、かなりの量のＣＯ２とＮ２を 含んでおり、それが製造されたガスに混入する。

このＣＯ２とＮ２は、ガスの発熱量には貢献せず、えられる燃焼温度を減じる。

高い発熱量をえるために製造ガスの希釈を防ぐためには熱分解が閉鎖された反応 器中でおこることが必要である。材料の部分的燃焼からの空気を加えることなし に、粉砕された生物材料からガス製造する方法を開示した既知の方法はない。タ ールはガスのを用件を減じ、間接加熱による熱の生物材料への伝達を困難にする 反応器内の堆積物生成の原因となるので、実用的なプロセスにおいては、タール の生成が抑制されることが条件となる。

本発明の目的は、前述のごときタイプの方法であって、前記問題点が解決され、 発熱量が太き（、かつタールをともなわないガスが製造される方法を提供するこ とにある。また、この方法では、熱伝達のための表面にタールの沈殿が発生せず 、ガス燃焼により生ずる残余物は、環境に許容されない成分をあまり含んでいな い。

本発明により請求項１によって特徴づけられる方法においてこの目的は達成され る。

充填体が触媒のキャリヤとしてのセラミック体を含む反応ベッドを振動させるこ とにより、生成するタールの量が最小限になるように材料は徐々に熱せられなが ら一様な流れで下方に運ばれる。触媒の存在により、タールの生成が抑制される 温度においての熱分解が増加する。

とくに、既知の方法に較べて２００℃の温度低下かえられる。このプロセスはス ラグの生成が起らないような温度正量で起こるであろう。触媒の存在はタールの 生成に関与する成′））を可燃性ガスに変換することにも貢献する。

触媒は、セラミック体と混合されるので、反応床内にとどまり、生物材料から生 じる灰分を汚染しないであろう。

反応床を間接加熱することにより、製造されたガスが加熱による排煙によって希 釈されることが防止され、とくに、反応床内の大気が減少することにより、触媒 が酸化して、その効果が損なわれることが防止される。反応床を振動させること により、まず第１に前記反応床を通って材料が移送され、第２に材料と触媒との 必要な接触が確実にされ、第３にプロセスを維持するために加熱手段から材料へ の熱の分配を改善する。

前記振動は、このプロセスに対してきわめて重要であるので、もしバイブレージ ジンが持続されなければ、このプロセスはきわめて短時間のうちに停止してしま うであろう。

本発明によりＮ、系触媒は、効果的であることが確認された。この特定の金属を 使用することにより製造ガス中のメタンの収率が増加する。

粉砕された材料が、セラミック体の過度の浸食を伴わずに、セラミック体を含む 触媒中を下方に効果的に移送されるためには、本発明によれば、ベッドが流動化 するような方向と強さで振動させられることが好ましい。

熱分解によりガスに変換されなかった材料の残余物は、かなりの量の炭素を含む 。この残余物は、さらに加熱して水を加えることによりガスに変換されてもよい 。つまり本発明によれば、材料の一部は、熱分解を維持するのに必要な熱を供給 するために燃焼されてもよい。

本発明はまた、前記方法を行う装置にも関する。該装置は、触媒作用のある充填 体の反応ベッドの中に生物材料を導入するための気密なロックを存する入口を偏 えた反応器セルを含み、前記反応ベッドは、ガス化のあいだ、あらかじめ定めら れた流路に沿って生物材料がガスの流れと同じ方向に移送され、かつ残余物が反 応器の底部で取出されるように充填体を撹拌する手段を含む。本発明によれば、 前記装置は請求項６により特徴づけられる。

この装置の他の特徴および有利点は、以下の記載により表わされている。

つぎに図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の装置の一実施例の断面図、第２図は炭素含有残余物が別途処理 のために除去される本発明の装置の別な実施例の断面図である。

第１図に図示された装置は、藁、籾殻、木の皮、型巣の殻または類似のセルロー ス含有物などの生物廃棄物の粉砕物よりガスを製造しようとするもので、垂直軸 を有する円筒状容器の形状をした反応器よりなる。ガスを製造するために、ガス に変換することが可能である他の物質が使用され、または、前記生物廃棄物のあ るものの中に混入され、または、石炭や泥炭と混合されてもよい。

さらに、廃棄物を利用できないばあいには、前記装置は、純粋な普通の燃料から の熱分解に用いてもよい。容器は、その上部においてカバー２で閉じられており 、カバー２には、粉砕物の入り口が設けられている。粉砕物は、螺旋状コンベヤ ４によって供給される。容器の下端付近には、格子６が配置されており、該格子 の下において、容器は、円錐形の底部７によって閉じられており、前記底部には ガスおよび灰分のための出口が配置されている。

格子の領域の一部は、加熱表面積を増加させるとともに加熱媒体の出口を形成す るためのチャンネル１ｏを備えた加熱要素９によって占められている。格子６が ベッドに而°する面積を増加させる手段として、格子には多数のピラミッド形物 体６′があり、該面積はそれによって増加させられる。これら物体の目的はベッ ドの断面積に比べて格子面積を増加させることである。前記ピラミッドのメツシ ュが下方の格子のメツシュと等しいかまたはそれよりも細かいばあいには、この 増加はピラミッド形の物体が実際に平面状の格子上に置かれるばあいにもうろこ とができる。これらの物体には、加熱媒体が物体６′において加熱要素における 温度と同じ温度を保つことができるように加熱媒体用流路が設けられていてもよ い。有機物の充分な変換が反応器中において達成されるべきばあいは、このよう な構成が好ましい。多くのばあいにおいては、熱分解段階とそれにつづく段階と にプロセスを分けるのが実践的である。その際、熱分解によって生成された炭素 が別なプロセスによってガスに変換され、または、熱焼により熱エネルギーが発 生せしめられる。該。

熱エネルギーの一部は熱分解段階において利用されるのが好ましい。

チャンネルまたはチューブ１０は、加熱媒体の共通の出口を形成する環状チャン バ１１に接続されている。容器の外側からは、加熱媒体の入口１２が設けられて いる。加熱媒体は空気でありでもよく、好ましい実施例においては、ガスや他の 適切な燃料用の燃焼器であってもよい。加熱は電気加熱要素によってなされても よい。そのばあいは、加熱媒体の入口１２および出口１１は、電気供給のための 対応する手段によって置き換えられる。第１図に示した円形断面を有する容器を 含む実施例においては、加熱要素およびチューブは王冠のような形状であるが、 加熱要素を、充填体のベッドの形状に適合させるためにこの形状を変化させても よい。加熱要素の目的は、ベッドのゾーンにおいて８００〜１０００℃の温度を 維持することである。

このゾーンは、ベッドの全横断面を包含していなければならず、また該ゾーンは 全領域にねたりて同じ高さであることが好ましい。

第２図に示されている別な実施例においては、加熱要素は環状人ロチ゛ヤンバ２ ３および環状出口チャンバ２４を接続するチューブ２１．２２である。このチュ ーブは、その実質的にかなりの部分が容器の軸と平行になるように構成されてい る。それにより、チューブは、反応炉の中味である充填体および有機材料の流動 化に寄与する。この別な実施例においては、有機材料の充分な改質は意図されて おらず、炭素含有量の多い残余物が熱分解により生成したガスとともに格子２６ を通して取出される。残余物およびガスは、ガス出口２８が設けられているチャ ンバ２７を通して取出される。実質に気密なロック２９を通して残余物は除去さ れ、別途処理および／または燃焼される。この別な実施例においては、出口チャ ンバ２４と入口チャンバ２３とのあいだのゾーンでの温度勾配は２００℃から５ ００℃であることが目標とされている。

両方の実施例において触媒を含むセラミック材料の充填体１４のベッド１３が容 器内に配置されている。充填体１４は、たとえば円柱のように一様な形をしてお り、それによりランダムに充填されたベッド１３における充填体は開放構造をな し、二の構造によって粉砕物が充填体のあいだの空間に分配される。ベッド１３ の上方には、アジテータ１５または類似の撹拌手段が配置されている。アジデー タＩ５は、入口３を通って容器内に挿入されているシャフトＩＢによって回転さ れる。アジテータは、反応器内において温度が１００℃をこえないゾーンにおい て動作する。

アジテータは、１対の回転アームとして示されているが、反応器の断面によって は他の形であってもよい。アジテータは、１つまたは複数の別な腕１５−を有し ていてもよい。この別な腕１５゛は反応ベッド中で回転し、粉砕物と充填体との 充分な混合を確実にする。通常用いられるニッケル系触媒を使用するばあいはベ ッドの高さは３０〜４０国である。ロジウムや白金など他の金属系触媒も使用さ れうる。

容器は、弾性支持要素１７によってとくに垂直方向に動きうるように支えられて いる。容器１にはガスの製造を維持するのに充分な速度で粉砕物を下方に移動さ せるために必要な動きをベッド中において充填体のあいだにもたらすため、パイ ブレーク１８が設けられている。

この装置の操作は、つぎのとおりである。すなわち、螺旋状コンベヤ４により粉 砕された生物材料が反応器の中に、該材料の層がベッド１３の頂部に形成される まで導入される。加熱要素の温度が８００〜ｔｏｏｏ”ｃに達したとき、バイブ レータが作動せしめられて、粉砕物がベッド中に分配される。ベッド中では、加 熱要素およびチューブ１０に近い容器下部において最高温度となるような温度勾 配かえられるであろう。粉砕物は変換され、メタン、蒸気、二酸化炭素ならびに 一酸化炭素に加えていくらかのカーボン・アッシュ（ｃａｒｂｏｎ　ａｓｈ）お よびタールかえられるであろう。前記蒸気の一部は、熱を消費して炭素に作用し 、−酸化炭素および水素を生成するであろう。この変換は、ガスがベッドを離れ る格子付近の領域でおこると思われる。ガスがガス出口を通って逃げるので、こ の領域では、−酸化炭素の分圧が比較的低く、このことは、一方の炭素および二 酸化炭素と他方の一酸化炭素とのあいだのバ・ランスをさらに一酸化炭素を生成 する方向に変化させるであろう。

水蒸気の存在下で炭素は、−酸化炭素および水素に変換されるであろう。加熱要 素９およびチューブＩＯは、これらの反応を維持するのに充分な高温を格子にお いて保つように構成されるべきである。このプロセスにおいて材料とガスの流れ が同一方向であるという事実により、ごく小量のタールしか生成せず、触媒の存 在によりこのタールは熱を消費してメタン、−酸化炭素、二酸化炭素および水蒸 気に変換されるであろう。その結果、生物材料は、比較的高い発熱量を有するガ スと炭素を含まない灰分とに変換される。触媒の存在によって触媒を使用しない ばあいよりも約２００℃低い温度でガスへの転化がおこる。この低温は加熱の必 要を軽減し、反応器内の温度が灰分の融点をこえないので灰分からのスラグ生成 を防止する。スラグ生成がないので、粉砕物のベッドを通る移送と充填体の過度 の浸食を生じさせることなく充填体表面を清浄かつ活性に保つための充填体間の 相互移動とが容器のバイブレージジンによって充分に提供される。

このプロセスにおいて有機材料は充填体のあイタで一種の潤滑剤として働き、物 質量の実際の接触を軽減する。

前記バイブレージジンは、ベッドが流動化するヨウナやり方および強さで行なわ れる。このような流動化された状態で充填体は、大きさや比重量にによりて分類 される。それにより、充填体を特有の触媒効果、熱伝達または、購入価格を有す る、異なるフラクションに分けることができる。反応器の効率を増加させるため 、または、もっとも重要な事項に依存する経済性を改善するために、ベッドを異 なる層に分割するのにバイブレーションが利用されてもよい。このバイブレーシ ョンは、回転する偏心質量を有するタイプの適切なバイブレータによって提供さ れてもよい。このバイブレータはバイブレーションが垂直成分を有するように構 成されていてもよい。

たとえば藁などの生物材料の貯蔵中においては、水の含有量が少ないことが好ま しい。したがって、水分の含有量を補うために水蒸気を反応器に加えることも適 切でありうる。この水分は、初期の熱分解によって生成された遊離炭素の転化を 増加させるために反応器内で加熱中に藁から蒸発する。８００℃で反応器を出る ガスからの熱は、反応器の好ましくは上部に導入される蒸気を聾造するのに用い られてもよく、それにより該蒸気は下方の出口へ向かうガスの下への流れを助け る。蒸気の注入量は、反応器の底部より除去される灰分が炭素を含まず、無機物 のみを含むように制御される。

ニッケルを含む触媒を使用することにより、前記のタイプの反応器において下に 体積パーセントで示される組成の乾燥ガスを藁からうろことができる。

Ｃｏ　１５〜３０％ ＣＨ４５〜２５％ ８２　５〜２５％ ＣＯ２１０〜１５％ Ｎ２　約１９６ 製造されたガスは、タール含有量が低く、たとえば、ガスバーナ、モータまたは 類似の装置には精製しないで使用されうる。このガスの発熱量は、およそ３８０ （Ｈｃａｌ／ｄである。

国際調査報告 ＋ｓ＋ｅｎｎ＋−ｅ１１＋喝＾””””””ＰＣＴ／ｎＫ８８１０（Ｈ７４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．粉砕物がばあいによっては蒸気添加を伴って、気密なロックを経て反応器に 導入され、触媒充填体からなる反応ベッドに分配され、該充填体が、製造された ガスおよび残余物が前記ベッドの底部から取出されるときに、ガス化中に廃棄物 があらかじめ決められた径路に沿って流れるように撹拌されるガス製造方法であ って、 前記ベッドが間接的に加熱され、材料がベッドの中を通って下方へ移送されるよ うな振動によって前記撹拌が与えられ充填体が触媒作用を有する重金属に対する セラミック製キャリヤであることを特徴とする、粉砕された藁などの生物廃棄物 よりガスを製造する方法。
2. ２．重金属がＮｉである請求項１記載の方法。
3. ３．振動が、反応ベッドが流動化されるような方向および強さで行われる請求項 １または２記載の方法。
4. ４．反応ベッドの下限を定める格子を経て５００℃の温度においてガスが取出さ れる請求項１、２または３記載の方法。
5. ５．残余有機材料が実質的に気密なロックを通して取出され、すくなくともその 一部が反応ベッドの加熱用燃料として用いられる先行するいずれかの請求項に記 載の方法。
6. ６．触媒作用のある充填体の反応ベッドの中に生物材料が気密なロックを経て入 るための入口を備えた反応器セルを含み、前記反応ベッドが、ガス化のあいだ、 あらかじめ定められた流路に沿って粉砕物がガスの流れと同じ方向に移送され、 かつ残余物が反応器の底部で取出されるように充填体を撹拌する手段を含む請求 項１記載の方法を行う装置であって、 反応ベッドが間接加熱のための加熱手段を有し該加熱手段が主に材料の流れの方 向に設けられており、材料が反応ベッドの中を通って下方へ移送されるように反 応ベッドを振動させる手段が設けられており、充填体が触媒作用を有する重金属 に対するセラミック製キャリヤであることを特徴とする粉砕された藁などの生物 廃棄物よりガスを製造するための装置。
7. ７．重金属がＮｉである請求項６記載の装置。
8. ８．振動手段が垂直方向成分に振動を与えるように配置されてなる請求項６また は７記載の装置。
9. ９．上限が格子であるチャンバに接続された出口を有する請求項６、７または８ 記載の装置。
10. １０．残余物のための気密なロックを有する出口と残余物のすくなくとも一部分 を燃焼させるための手段とが設けられてなる請求項６〜９のいずれかに記載の装 置。