【発明の詳細な説明】
底部供給−上部抜出しガス化装置
発明の背景
技術分野
本発明は固体有機物質のガス化に関する。特に、本発明は、エネルギー製造に
用いられる燃焼性ガスを製造し及び／又は熱分解有機物質からの化学成分を回収
する有機固体物質のガス化に関する。
従来の技術
有機固体物質の分解蒸留から燃焼性ガスを製造するガス化は従来技術において
知られており、熱分解反応を維持するために有機物質の少なくとも一部の燃焼熱
の利用を伴っている。ガス化する有機物質はガス化反応器に、典型的にはその頂
部から導入される。空気のような酸素含有ガスが熱反応器に有機物質の下から導
入されて燃焼帯を形成し、そこでガス化工程の残部が燃焼してガス化反応に必要
な熱を生成する。燃焼帯からの熱ガスは導入空気によって有機物質塊を通って上
部に送られる。加熱空気とガスは有機物質の分解蒸留、及び、次の式：
ＣxＨyＯz＋Ｏ
＝Ｃ＋ＣＯ＋ＣＯ2＋Ｃx1-xnＨy1-ynＯz1-zn
のような反応に従って水素、一酸化炭素及び炭化水素を含む他の炭素含有ガスの
発生を生じる。
所望の出力が内燃機関、ボイラー、タービン又は加熱装置
に用いるのに適した燃焼性生成物ガスである効率的なガス化装置においては、燃
焼性生成物中の遊離炭素は最小限にするか効率的にゼロにすべきである。更に、
二酸化炭素の量は最小限にすべきである。
熱ガス化反応器の設計の重要な観点は、熱反応用の熱を生成する燃料を提供す
る燃焼帯へガス化帯から炭素含有固体生成物の効率的な取出しを図りながら効率
的なガス化を促進するために、新たに導入される有機物質と燃焼帯からの熱空気
及びガスの緊密な接触のための装置である。有機物質の多くはガス化反応器の作
業条件下で大きな凝集塊又はクリンカーを形成して、反応器を通る物質及び撹拌
機のような移動部品の動作を停止させることがある。
米国特許第4,445,910号明細書（1984）でツインマーマンは、おがくずのよう
なセルロース系廃棄物を処理するのに特に適したガスを発生しかつ炭（char）を
製造する熱分解システムを示し、反応器室の基部に供給物質を上向に供給し、空
気を室の側壁の回りに放射状に供給している。生成物ガスをクリーニングするシ
ステムも開示されている。ツインマーマンのシステムはおがくずのような微細に
分割された物質の処理には効率的であるが、粒径が大きい物質やクリンカーを形
成し易い物質は、固体取出し機構の配置がかなり制限されているためにツインマ
ーマンの反応器に供給するには不適当である。ツインマーマンのシステムは、ツ
インマーマンの反応器配置が炭に反応して灰（ash）にしないので、本発明のガ
ス化方法よりは熱分解方法を実施することを指向している。
米国特許第4,614,523号明細書（1986）でソアレスは、下向きの空気導入ノズ
ル及び反応器冷却ジャケットを有する廃木材及びバイオマス用の下流ガス化機（
gasifier）を開示している。然し、ソアレスのシステムは複雑な構造で、一定の
供給物質が用いられたときに生成物ガス状流出物が運ぶタールや微粒子（partic
ulates）の沈積によってガス流通路が詰まることがあり、微細物質の多くが床を
通る空気流を制限する。
米国特許第4,971,599号明細書（1990）でコルデル等は、供給物質が反応器の
基部に上向きに供給されるバイオマスガス化機を開示している。コルデル等の反
応器における（火）格子（grate）の存在は、一定の供給物質が用いられるとき
にクリンカーによる詰まりを生じる。
固体のガス化及び熱蒸留システムで遭遇する他の問題は、微粒子及びタールの
あるガス状流出物の取扱いである。エネルギー回収に有用な生成物になる前に、
タール及び微粒子は除かなければならないし、ガスは冷却しなければならない。
微粒子及び凝縮タールは導管、冷却器、及び分離器を詰まらせ易い。米国特許第
4,069,133号明細書（1978）でウンバーフェルスは、熱蒸留ユニットの頭上導管
をクリーニングし凝縮タール及び微粒子を工程に戻す回転らせん形装置を示して
いる。ウンバーフェルスの装置は、蒸留ユニットに戻るガス状流出物からタール
及び微粒子を除くために蒸留ユニットからのガス状流出物出口の点で活性凝縮及
びクリーニング装置を用いていない。ツインマーマンの上記の’910特許は、広
範囲のガス−液体接触装置を用いる典型的なガス精製システムを示している。こ
れらのシステムは、サイズ、高エネルギー損失、複雑さ、高液体使用、蒸発液体
からの荷重、及び詰まりと維持の問題の欠点をかかえている。
従来のガス化システムのこれらの欠点及び他の欠点が本発明のガス化システム
で対処される。本発明のガス化熱反応器は、木材及びバイオマス物質から都市固
体廃棄物、脱水下水スラッジ、中古タイヤのような物品から破棄されたゴム、プ
ラスチック、エ業工程廃棄物、医療／病院廃棄物、及び油頁岩の蒸留にわたる広
範囲の供給物質を処理する能力を提供する。本発明のシステムは、導管を通って
熱反応器の中心区画の中心に上向きに物質を連続的に供給する。供給物質がオー
ガ（auger）システムで供給点に移送されるので、燃焼帯で熱固体に露出される
導管を通して予熱される。次いで予熱された供給物質は続いて導入される供給物
質によって上向きにされてガス化帯に入り、そこで階層化投入物を形成し、燃焼
帯から上方に移動する熱ガス及びガス化反応の熱（微）粒子生成物と接触する。
供給物質は反応器の中心部から上方及び外部に移動するので灰になり、既知の他
のガス化器に比較して出力ガス状流出物のタール及び油が少なくなる。撹拌機は
熱微粒子生成物と物質のガス化で生じる熱ガスとの効率的な接触、及び熱微粒子
生成物の熱反応器の側壁へのネット移動を確保する。微粒子物質が最終的に側壁
に到達すると灰が生成され重力で下に落下する。物質の完全揮発化はこの段階で
起こり、製造されるガスが部分的に揮発するので、熱反応器
からの出力ガス状流出物は既知のガス化器で製造されるより少ないタールを含ん
でいる。この微粒子物質と灰の熱混合物は側壁に沿い、供給導管の周囲及び空気
導入ノズルの間を燃焼帯に降下する。空気導入ノズルのデザインが特異であるた
め、通常の格子は必要でない。空気導入ノズルは、格子として機能するように反
応器側壁の内面と一体化したマニホールドから放射状に内側に向いている。然し
、ノズルは反応器壁の近傍により広いスペースがあるので、クリンカーはノズル
構造を通って容易に移動する。反応器の中心近傍で形成されるクリンカーはゆっ
くりと外側へ側壁に向かって移動し、そこでノズルの間を落下する。熱マニホー
ルド及びノズルを通って移動することによって予熱された空気はノズルによって
燃焼帯に下向きに向けられる。灰は反応器の下部区域から除かれ、機械式ブレー
カーを用いて灰の除去を妨げることになる凝集体（agglomerates）又はクリンカ
ーを破壊し細かく砕く。攪拌機も灰の流動の助けになる。本発明の反応器は、コ
ルデル等の上記’599特許のような降下固体物質にクリンカーによる詰まりを起
こさせる格子の使用を避けると共に、ソアレスの上記’523特許におけるような
生成物ガス状流出物の除去に伴う複雑さを有する頂部供給システムを回避してい
る。本発明反応器には固体移動用の直接及び開放路が設けられており、複雑な固
体移動路が凝集物又はクリンカー含有灰を生じやすい嵩高な供給物質の処理を妨
げるツインマーマンの上記の’910特許とは対照的である。
本発明の装置は、ツインマーマンの上記の’910特許のよ
うに液体と直接接触することなくガス状流出物の効率的冷却及びクリーニングを
設けており、より効率的で信頼性のあるガス処理システムとなっている。蒸発液
体からの追加的ガスの投入はなく、液体再循環及びスプレー装置の詰まりも起こ
らない。本発明の独創的な高速回転ブラシ状分離器要素とスクレーパの組合せは
、上述したような直接液体接触の問題がなく、間接冷却ガス流から効率的にター
ル及び微粒子を除く。冷却は、内部に設けた冷却管又はユニットの外壁の冷却ジ
ャケットで提供される。ガス分離用のブラシ状要素の使用は、ホリングワースの
米国特許第2,998,099号明細書（1961）及び米国特許第2,922,489号明細書（1960
）及びモーアの米国特許第5,111,547号明細書（1992）に示されているように、
従来技術で知られているが、本発明の高速ブラシ回転と壁スクレーパの新規な組
合せは、本発明の困難なタール及び微粒子環境において極めて効率的なガス分離
を提供する。この装置はセルフクリーニングであり、凝縮したタール及び微粒子
が高速回転剛毛（ブリストル：bristle）要素に凝集し、適当な大きさで塊にな
ると遠心力によって剛毛からクリーナー側壁にとばされ、そこでスクレーパが凝
集物質を除き、分離機基部に落ちて除去される。反応器への分離されたタール及
び微粒子の再循環のための設備が設けられて、副産物を減らし、本発明システム
の効率を改良する。自動制御は、本発明の熱反応器の安全で効率的な操業を提供
する。
既知の設計の冷却モデュールを、機械分離機を出るガス状流出物を冷却するた
めに本発明システムに設ける。この冷却
モデュールは間接熱交換タイプのもので、直接にガス流への流体冷却の付加を回
避する。
新規な静電沈降分離器（electrostatic precipitator）を設けて、生成物ガス
流から残留固体及び凝縮粒子又はエアロゾルを更に除く。本発明の静電沈降分離
器はセルフクリーニングであって、そのコレクター電極の非回転円筒状ブラシ状
配置及び電極が吊下げられる独特の態様のためであり、即ち、腕の一端から一端
で垂直に吊下げられ、他の端は温度制御油浴に浸漬され、油浴の基部を通って突
出した絶縁体を介して電力源に接続されている。荷電粒子は沈降分離器の外壁に
集積し、重力によって沈降分離器の基部の回収点に流れて、回収機電極のセルフ
クリーニングを行う。静電的な荷電ブラシ状回収機要素の使用は、米国特許第2,
780,009号明細書（1957）のスティッケルの乾燥機に示されているように既知で
あるが、重力誘導セルフクリーニングを可能にする本発明のサスペンションシス
テムを教示していない。スターバの米国特許第3,111,024号明細書には、垂直に
吊下げたブラシ状ガス分離機が示されているが、静電的に荷電していないし、ガ
スの逆流を有し、そのクリーニングサイクルに活性オシレータを用いている。本
発明のシステムには、それぞれ冷却モデュールの基部及び静電沈降分離器からタ
ール及び粒子の入った凝縮物を回収し、タール、油及び微粒子を熱反応器に再循
環しながら、凝縮水を分離して除去する設備が設けられている。
発明の概要
本発明は広範囲の固体有機物質をガス化して有用な生成物ガス出力を得るシス
テム（装置）に関し、従来技術のガス化システムにおけるガスのクリーニング及
び冷却の問題及び閉塞固体の詰まりの問題を克服するものである。
本発明の目的は、処理固体による詰まりのない有機固体ガス化システムを提供
することである。
本発明の他の目的は、生成ガスの間接冷却を用いて再循環液体スプレーシステ
ムの蒸気導入及び詰まり又は取扱いの複雑な問題を回避したガス化システムを提
供することである。
本発明の更に他の目的は、固体及び供給空気の予熱における熱効率を維持する
ガス化システムを提供することである。
本発明の更に他の目的は、空気流速、入力物質供給速度の調節及び均衡化を可
能にし、炭素及び二酸化炭素出力を最小にすると共に容積生成物ガス出力及び品
質を最大にするガス化システムを提供することである。
本発明のその他の目的、利点及び新規な特徴は、以降の記載を検討することに
よって当業者に明白になるであろうし、本発明の実施によって理解できるであろ
う。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に特に指摘した手段及び結合によ
って実現され、達成できる。
上記の及びその他の目的を達成するため、具体化され広く記載された本発明の
目的に従って、本発明は次のものを包含することができる。即ち、（ａ）出口か
ら上の熱反応器の中央区域（セクション）内に上向きにかつ空気マニホールドか
らは間隔をおいて、オーガ及び下からの供給システムで供給
される入来固体廃棄物を支持する下向きの空気入力を有する空気マニホールドを
収容した、好ましくはコニカル又は逆ピラミッド状の、テーパー付き下部ボディ
を有する円筒状熱反応器、（ｂ）入力空気容積制御を備えた空気マニホールド注
入システム、（ｃ）ガス化反応の大きな固体微粒子副産物を破壊するための水平
軸の回りを回転するクリンカーブレーカーシステム、（ｄ）空気マニホールド及
び供給オーガ出口の上で作動する回転撹拌システム、（ｅ）生成物ガスの損失を
妨げるシールを形成し、下部の予め定めた距離で終りかつ出口を有しない回転部
分を有する供給オーガ、（ｆ）反応器内の固体物質のレベルを検知（検出）し、
空気流に対するオーガ入力速度及び物質消費速度を変更し及び均衡化するフィー
ドバック及び制御システム、（ｇ）生成物ガス圧力を測定し、空気注入及び供給
速度を変えて一定生成物ガス圧力を維持するフィードバック及び制御システム、
（ｈ）反応器温度を測定し、供給速度及び空気及び／又は水注入速度を変えて工
程を最適にするフィードバック及び制御システム、（ｉ）クリーナーの壁に集積
し、遠心力でブラシからクリーナーの壁に移される微粒子を回収する、高速回転
金属ブラシ及び同心及び同軸スクレーパ機構を用いる機械式クリーナー、（ｊ）
生成物ガスから微粒子及びエアロゾルを分離するための荷電金属ブラシを用いる
静電沈降分離器システム、（ｋ）電気的に絶縁された沈降分離器ブラシ支持シス
テム、（ｌ）機械式クリーナーと静電沈降分離器との間の処理ガスの冷却のため
の間接熱交換冷却機、（ｍ）機械式クリーナーから熱反応器
へ回収固体を戻す再循環オーガ、及び（ｎ）冷却機及び静電沈降分離器から熱反
応器へ凝縮タール及び油を戻す再循環導管である。
図面の簡単な説明
明細書に含まれ、その一部分を構成する添付の図面は、明細書の記載と共に本
発明の態様を図解するもので、本発明の原理を説明することに供される。
図１は、本発明のガス化システム１０全体の正面図の略図である。
図２は、図１のオーガー供給取入れシステム（feederinput auger system）の
詳細な正面図である。
図３は、図１の熱反応器の詳細な正面図である。
図４ａは、図３の空気取入れマニホールドの正面図である。
図４ｂは、図３の空気取入れマニホールドの底部の詳細な平面図である。
図５は、図１の機械式クリーナーの詳細な正面図である。
図６は、図１の機械式クリーナーのＡ−Ａにおける断面図である。
図７は、図５の機械式クリーナーのフィン付管式冷却ケージの詳細な正面図で
ある。
図８は、図１の静電沈降分離器の静電絶縁及び懸架システムの詳細な正面図で
ある。
図９は、自動式固体及び空気供給制御システムを図解する本発明のガス化シス
テムの部分的正面図である。
発明の詳細な説明
本発明は、供給システム、ガス化反応器、機械式クリーナー、冷却モデュール
及び静電沈降分離器を用い、廃棄物を可燃焼ガス又は可燃焼固体材料に転換する
ためのガス化システムを提供する。廃棄物は、閉じられた反応容器内に導入され
、高められた温度において撹拌される。容器への空気入口は、３つの異なるフィ
ードバックシステムデザインの組合わせの１つにより制御され、その結果、廃棄
物材料を部分的に酸化し、及び粒子含有ガス状流出物を生産する。ガス状流出物
は、付加的な装置により機械的に洗浄され、冷却され、静電的に洗浄され、清浄
な燃焼生成物ガスが生産される。ガス化反応器のガス状流出物から除去された粒
子、タール及び油は、熱反応器内に再循環され、付加的なガス抽出に供される。
ガス状流出物から除去された水は放出される。
１ポンド当り少なくとも５，０００ＢＴＵの発熱量をそれ自体又は組合わせて
有する広範な種類の固体又は半固体の有機供給原料が本発明において有用である
。有用な原料には、分類された都市及び商業廃棄物、裂かれた紙、木材廃棄物、
脱水された汚水スラッジ、廃棄タイヤ、農業廃棄物、自動車の裂かれた「くず(f
luff)」、塗料スラッジ、石炭、油田廃棄物及び炭化水素混入土壌、並びに油母
頁岩（oil shale）が含まれる。本発明のシステム内で処理する前に、液体廃棄
物を固体と混合することができる。
原料の性質に依存し、エネルギー生産のための低ＢＴＵガス、又は（タイヤあ
るいは油母頁岩からの）アスファルト材
料及びディーゼル燃料のような一連の副生成物、（多くの原料からの）アンモニ
ア、（多くの原料からの）水素、窒素、二酸化炭素などの液化ガス、並びに多様
な他の化合物を本発明のシステムの生成物として得ることができる。
図１、２及び３を参照すると、本発明のガス化システム、オーガー供給システ
ム、及び熱反応器の断面の正面図がそれぞれ示されている。本発明のガス化シス
テム（装置）１０は、オーガー供給取入れシステム１２により供給され、オーガ
ー供給取入れシステム１２は、ガス化システム１０に搭載するための廃棄物材料
投入物及び再循環された固体、タール並びに油を受容する。オーガー供給取入れ
システム１２には、逆角錐台状構造の頂部供給容器（tip feeder bin）１４が含
まれ、通常のデザインの箱状ロックホッパー１６内に下方向に、続いて、斜めに
配置された主供給オーガー１８に入る。
熱反応器２０は、円錐壁２３を有する逆円錐状の下方部分２２、及び円柱壁２
６を有する円柱状の上方部分２４を有する。熱反応器２０の上方部分は、カバー
プレート２８により閉じられている。熱反応器２０の下方部分は、灰放出オーガ
ー３０及びロックホッパー（示されず）内で終結する。上方円柱部分２４には、
上方部分３２及び中央部分３４が含まれる。下方部分３６は、上方円柱部分２４
の下方部分及び下方円錐部分２２に含まれる。放射状（半径方向）に延びる空気
導入ノズル４０を有する空気取入れマニホールド３８は、中央部分３４を下方部
分３６から分割するように、円柱壁２６の内側表面と一体を成す。灰クリンカー
（ash clinker）破
砕器４４は、灰放出オーガー３０の上方の、円錐下方部分２２内にある。反応器
出口ポート４８は、カバープレート２８内にある。反応器導管５０は、反応器出
口ポート４８において熱反応器２０に連結される。
主供給オーガー１８は、円錐壁２３を貫通し、下方部分３６を貫通し延び、中
央部分（セクション）３４内にその中心軸に沿い上方に供給オーガー出口５２を
通して排出を行う。材料撹拌機５４は、中央部分３４内において、供給オーガー
出口５２の上に距離を保って位置する。灰放出オーガー３０及びロックホッパー
（示されず）は、熱反応器２０内の圧力を維持し、ガス状流出物の損失を防止す
るために閉じられている。
反応器導管５０は、反応器導管５０中の屈曲部６２に配置される油圧（hydrau
lic）管クリーナー駆動装置６０により駆動される内部回転ブラシ５８を含有す
る。電動装置のような他の適切な駆動装置を用いることができる。反応器導管５
０は、機械式クリーナー７０の円柱状ベース７４に位置するタンジェンシャル入
口ポート７２において機械式クリーナー７０に連結される。機械式クリーナー７
０は、ベース７４のタンジェンシャル入口ポート７２の上方に位置する下方円錐
状部分７６、及び円錐部分７６の上方の上方円柱部分７８を含む。カバープレー
ト８２により機械式クリーナー７０の頂部が構成される。機械式クリーナー７０
の底部排出口８４は開口し、供給ロックホッパー１６への再循環のために、固体
が固体オーガー返路８５を通過することを許容する。
機械式クリーナー７０は、シャフト９０上に据付けられた剛毛（ブリストル：
bristle）８８を有する高速回転金属製ブラシ状エレメント（部材）８６を収容
する。ブラシ状エレメント８６は、上方円柱部分７８内の、据えつけのフィン付
冷却ケージ９２内で、１分当り約３０００回転で回転する。円盤状の金属製エレ
メントであるハーモニックバランサー９３は、シャフト９０の下方末端に固定さ
れ、高速動作中にブラシ状エレメント８６内の振動及びホイッピング（whipping
）を減少させることに役立つ。上方スクレーパーブラシ９４は、フィン付冷却ケ
ージ９２の外部において低速で回転する。上方スクレーパーブラシ９４は、機械
式クリーナー７０の上方円柱部分７８の内部を掃き、下方スクレーパーブラシ９
６は、機械式クリーナー７０の下方円錐部分７６の内部を掃く。高速ブラシ８６
は、カバープレート８２に搭載された油圧モーター９８により駆動される。低速
の上方及び下方スクレーパーブラシ９４及び９６は、モーター（示されず）によ
り１分当り約１回転で、機械式クリーナー７０の円柱状ベース７４から駆動され
る。機械式クリーナー７０の開口底部排出口８４は、固体再循環回路１００に通
じる。熱反応器２０及び／又は機械式クリーナー７０は、熱除去のための付加的
な装置として、ボイラー−管型熱放散水ジャケット１０２及び１０４内にそれぞ
れ包まれ得る。
機械式クリーナー導管１０６は、インプットポート１２２において機械式クリ
ーナー７０の出口ポート１０８を間接冷却モデュール１２０と連通する。冷却モ
デュール１２０は、
既知の構造（図示せず）の液体冷却式間接熱交換器を含有する。凝縮水は、冷却
器排水路１２４を通り冷却モデュール１２０を出、排水管１２６を通る。冷却モ
デュール１２０のガス出口ポート１２８は、冷却モデュール導管１２８により、
円錐状ベース１３２のタンジェンシャル入口ポート１３４において静電沈降分離
器１３０に同様に連結される。
静電沈降分離器１３０は、シールプレート１３８により蓋をされた円柱壁１３
６を支持する円錐状ベース１３２により構成される。静電沈降分離器１３０もま
た、絶縁及び懸架システム１４６から懸架されたシャフト１４４上に固定された
剛毛１４２を有する絶縁され、懸架された据えつけブラシ１４０を含有する。絶
縁及び懸架システム１４６は、シールプレート１３８において、静電沈降分離器
１３０に固定される。冷却ジャケット１３９は、付加的な冷却のために円柱壁１
３６を囲む。生成物ガスは、システム１０を離れ、静電沈降分離器１３０の円柱
壁１３６の上方のシールプレート１３８の直下に配置される生成物ガス出口ポー
ト１４８を通り、生成物ガス導管１４９内に入る。
静電沈降分離器１３０の沈降分離器ベース１３２は、凝縮物排水管１５０及び
タール／油／水導管１５２により、既知の構造のタール／油／水分離器１５４に
連結される。タール／油／水分離器１５４は、タール／油再循環導管１５６によ
り、タール／油再循環ポート１５８において主供給オーガー１８に連結され、タ
ール／油再循環回路１６０が完成される。タール／油／水分離器１５４は、放出
導管１６３へ導く放水
ポート１６２を含有する。
図２をさらに具体的に参照すると、図１の供給取入れオーガーシステムの詳細
な正面図が示されている。取入れオーガーシステム１２の主供給オーガー１８は
、供給管として供され、３つの材料源、すなわちロック−ホッパー１６に連結さ
れた頂部供給容器１４、タール／油再循環回路１６０及び固体再循環回路１００
の固体オーガー返路８５に連結される。ロックホッパー１６は、オーガーの下方
起点１６６において、主供給オーガー１８に接合する。タール／油再循環回路１
６０は、タール／油再循環ポート１５８において主供給オーガー１８に接合する
。固体オーガー返路８５は、固体再循環取入れポート１６８において主供給オー
ガー１８に接合する。主供給オーガー刃（blade）１７０は、主供給オーガー１
８内で回転し、供給オーガー出口５２（図１参照）から特定の距離（約１．５オ
ーガー刃直径）短いところで終結する。
図３をさらに詳細に参照すると、図１の熱反応器２０の詳細な正面図が示され
ている。熱反応器２０の円錐状下方部分２２のベース１７２は、灰放出オーガー
３０を有する。灰クリンカー破砕機４４は、円錐部分２２内で灰放出オーガー３
０上に距離を保って配置される。空気マニホールド３８及び空気入口１７４は、
熱反応器２０の円柱状上方部分２４の底付近に配置され、中央部分３４を下方部
分３６から分割する。耐火性裏打１７７が上方円柱部分２４の内壁上に配置され
得、これは、耐火煉瓦製であり得る。材料撹拌機５４及び放射状に配置された撹
拌刃１７８が、空気取入れマニホールド３８
及び供給オーガー出口５２の上方に距離を保って配置される。好ましい態様にお
いて、スクレーパー刃１７９が熱反応器２０の上方部分３２の内部壁を掃き、刃
１７９は、１分当り約１ないし２回転で回転する材料撹拌機５４の回転シャフト
１８０に連結され、これにより駆動される。熱反応器２０の円柱状上方部分２４
のカバープレート２８は、反応器出口ポート４８、及びシャフト１８０を駆動す
る撹拌機油圧駆動モータ５５を含有する。
図４ａおよび４ｂを参照すると、図３の熱反応器の空気流入（取入れ）マニホ
ールドシステムの詳細な立面図および底面図がそれぞれ示されている。簡略にす
るために、ある種のノズルは、図４ａから削除されている。空気マニホールドシ
ステム３８には、酸素、酸素を含有する他のガスまたは酸化性ガスが、空気入口
１７４を通して供給される。空気入口マニホールド３８は、断面において直交し
ている環状チャンバー１８２、および、環状チャンバー１８２から中心軸に向か
う放射状（半径方向）のマルチノズル４０を有している。環状チャンバー１８２
は、下向きの複数の空気出口１８３を有し、各ノズル４０は、複数の下向きの空
気出口１８４を有している。ノズル４０は、所望の空気分布および固体流を与え
るために、種々の長さとすることができる。
図５を参照すると、図１のメカニカル（機械式）クリーナーの詳細な立面図が
示されている。熱反応器から延びている（図１参照）反応器導管５０は、タンジ
ェンシャルクリーナー入口ポート１８５において、メカニカルクリーナー７０に
接続されている。タンジエンシャルポート１８５は、図１のポート７２の好まし
い態様であり、メカニカルクリーナー７０を通過する上方への渦ガス流を引き起
こす。垂直駆動シャフト１８６は、メカニカルクリーナー７０の下方からのび、
モーター（図示せず）によって駆動されるものであり、アーム１８８によって２
組のスクレーパーブラシ９６に接続されている。このスクレーパーブラシは、下
部円錐状セクション７６の内壁を払い除く。スクレーパーブラシ９４は、アーム
１８９によって駆動シャフト１８６に接続されており、メカニカルクリーナー７
０の上部円筒セクション７８の内壁を払い除く。スクレーパーブラシ９４は、上
方の円筒区画７８の内壁の全てを実質的に払い除くための垂直に揺れる剛い毛の
部分を有している。円筒状セクション７８内には、定置フィン付き管状冷却ケー
ジ９２がスクレーパーブラシ９４内に吊り下げられている。フィン付き管状冷却
ケージ９２は、高速で回転するブラシ状部材８６を包囲し、この部材８６は、カ
バープレート８２上に位置する水圧駆動モーター９８によって作動する。メカニ
カルクリーナー７０の底部は底部排出部８４に連通しており、リサイクルシステ
ム１００の固体オーガー帰還８５に固体を放出する（図１参照）。ガスは、クリ
ーナー出口ポート８０を通過して、メカニカルクリーナー７０を離れる。
図６を参照すると、図５のＡ−Ａ部の平面図が示されている（ハーモニックバ
ランサー、下部スクレーパーブラシ、スクレーパーアームは図示されていない）
。上部スクレーパー
ブラシ９４は、定置フィン付き管状冷却ケージ９２の外側で回転する。高速ブラ
シ８６は、定置フィン付き管状冷却ケージ９２の内側で回転する。反応器導管５
０は、円筒状ベース８４のタンジェンシャルポート１８５において、メカニカル
クリーナー６０に接線方向で接続されている。
図７を参照すると、図５のフィン付き管状冷却ケージの立面図の詳細が示され
ている。フィン付き管状冷却ケージ９２は、一連の垂直放熱部材１９２の１つに
供給するための水入口１９０を有する。放熱部材１９２は、円形の下部管マニホ
ールド１９４によって、冷却ケージ９２の底部に接続されている。放熱部材１９
２は、円形の上部管マニホールド１９６によって、フィン付き管状冷却ケージ９
２の頂部に同様に接続されている。水は、残りの放熱部材１９２を通って上部の
管マニホールド１９６まで上昇し、この上部管マニホールド１９６に接続された
水出口１９８を通過して、フィン付き管状冷却ケージ９２を離れる。
図８を参照すると、静電ブラシの吊り下げ、および図１の静電沈降分離器の分
離システムの詳細が示されている。定置金属製ブラシ１４０は、分離および懸架
システム１４６の導電性支持体２００によって、沈降分離器１３０の中心から吊
り下げられている（図１参照）。このシステム１４６は、静電沈降分離器１３０
の頂部に設けられている。この導電性支持体２００は、分離固着機構２０２内で
、沈降分離器１３０の外側端部付近まで延びている。機構２０２は、油浴２０４
に浸潰させることによって、システムの残り部分から分離さ
れている。温度センサー２０５は、油浴２０４を所望の温度に維持するために、
オイルヒーター２０６を作動させている。ブラシ１４０は、円筒状壁１３６から
約３インチのところまで延びている。沈降分離器１３０の内部の定置ブラシ１４
０に正電荷を誘起させるために、高電圧／低電流（２５〜５０ＫＶ ＤＣ）の電
源（図示せず）が、導電性支持体２００の陽極に接続されている。円筒壁１３６
（図１参照）は、接地されている。
図９を参照すると、ガス化システム１０の操作のための自動制御システムの模
式的な立面図が示されている。温度センサー２１０は、熱反応器２０内でガス化
プロセスの温度を検出するために、上部区画３２と中央区画３４とをほぼ分割す
る位置で、熱反応器２０の円筒状の壁２６に取り付けられている。レベルセンサ
ー２１２は、温度センサー２１０と同等の高さにおいて、この温度センサー２１
０から離れた位置で、熱反応器２０の円筒状壁に取り付けられており、熱反応器
２０内で固体物質レベルを検出する。固体供給量コントローラー２１４は、例え
ば、駆動モーター（図示せず）を制御することによって、主供給オーガー１８の
回転速度を制御するために、供給入口オーガーシステム１２配置されている。圧
力センサー２１６は、静電沈降分離器１３０の生成ガス導管１４９の生成ガス出
口ポート１４８に設けられている。空気入口コントローラー２１８は、空気供給
導管２２２の空気バルブ２２０に接続されており、この導管は、熱反応器２０の
空気流量マニホールドシステム３８の空気入口１７４に接続さ
れている。温度センサー制御ライン２２４は、温度センサー２１０を固体供給量
コントローラー２１４につないでいる。レベルセンサー制御ライン２２６は、レ
ベルセンサー２１２を固体供給量コントローラー２１４につないでいる。圧力セ
ンサー制御ライン２２８は、圧力センサー２１６を空気入口コントローラー２１
８に接続している。減速水制御バルブ２４２を有する減速水供給導管２４０は、
空気供給導管２２２に接続されている。減速制御ライン２３４は、温度センサー
２１０を冷却水制御バルブ２４２につないでいる。センサー２１０、２１２およ
び２１６、コントローラー２１４および２１８、バルブ２４２は、制御ライン２
２４、２２６および２２８とともに、所望に応じて電気的、空気圧式、または水
圧式で操作することができる。
操作において、主傾斜供給オーガー１８は、供給容器１４からロックホッパー
１６を通して廃棄物質が供給される。主供給オーガー１６は、また、固体循環経
路１００から輸送された、プロセスの固体副生成物が供給される。副生成物であ
るタールおよびオイルは、タール／オイル循環経路１６０から、あるいはシステ
ムから排出されて、主供給オーガーに仕込まれる。既知の構成（図示せず）のロ
ックホッパー機構は、廃棄物質供給システム１２および灰分除去システム３０の
ために用いられ、これは、熱反応器２０の内部を外部雰囲気から隔離して、圧力
を維持し、生成ガスの損失を防止する。また、主供給オーガー１８は、主供給オ
ーガー出口５２の下方の所定の位置まで延びて、主供給オーガー出口５２の開口
部
近傍における流入物質の意図的な渋滞を引き起こし、さらに、外部雰囲気からシ
ステムを密閉する。廃棄物質は、空気マニホールド３８の直上、かつ、撹拌ブレ
ード１７８から離れた下方において熱反応器２０に導入される。このブレードは
、流入された物質およびガス化された微粒子を撹拌する。空気は、放射状マニホ
ールド４０の底部から熱反応器２０に流入し、そこで予備加熱される。この供給
形態は、層状の物質の床を生じさせ、この底部から上昇する材料のガス化を促進
する。空気マニホールド３８の放射状ノズル４０の間の空間は、ガス化プロセス
からの残留物が、クリンカーブレイカー４４を通過した後に、反応器２０の底２
２へ落下することを可能にする。なお、クリンカブレイカー４４は、一体化した
物質またはクリンカー（存在すれば）を、微細なサイズの通過可能な集合体まで
減少させる。
気相流出物が、熱反応器２０とメカニカルクリーナー７０との間を移動する際
に、粒子は、この２つのユニットを接続する反応器導管５０の壁に堆積する。堆
積した粒子は、反応器導管５０の内部のクリーナーブラシ５６で回収され、循環
される。クリーナーブラシは、メカニカルクリーナー７０の円筒状ベース７４ま
で粒子を移動させる。反応器の頂部のガスは、円筒状ベース７４でメカニカルク
リーナー７０に接線方向に注入される。渦状のガス流がメカニカルクリーナー７
０内を上昇する際に、高速で回転するブラシ８６が、粒子のため、またはガスか
ら抽出された濃縮タールのための回収ポイントとして作用する。遠心力は、得ら
れた塊状の堆積物を、
メカニカルクリーナー７０の内壁に移動させる。堆積した粒子は、低速で回転す
るブラシ９４によって、メカニカルクリーナー７０の壁から除去され、底部排出
口８４への粒子の落下が引き起こされる。粒子のわずかなフィルムがメカニカル
クリーナー７０の内壁で継続して維持され、これは、低速回転する金属製ブラシ
９４との金属−金属接触を防止する。本発明の好ましい態様は、プロセスガスか
らの熱抽出、および低速回転ブラシから導かれる熱の除去のための、フィン付き
管状冷却ケージ９２を含む。他の態様においては、熱抽出プロセスを補助するた
めに、水冷ジャケット１０４内にメカニカルクリーナー７０の外側を包囲する。
プロセスガスの冷却は、静電沈降分離器１３０への途中で、ガスが冷却モデュ
ール１２０を通過する際も継続される。冷却モデュール１２０が存在するので、
生成ガスの温度は、予めガスによって輸送されたオイル、タールおよび水の蒸発
温度（露点）より低い。これらの３つの成分の凝縮物は、冷却モデュール１２０
の底部および沈降分離器１３０で回収される。水抽出後、タールおよびオイルは
、熱反応器２０で付加的に処理するために主供給オーガー１６に戻される。ある
いは、副生成物の処理のために放出される。プロセスガスは、静電沈降分離器１
３０内でさらに冷却され、洗浄される。この静電沈降分離器は、ガス流からエア
ロゾルを除去して、清浄な冷却された生成ガスを生じさせる。清浄な生成ガスは
、静電ガス出口ポート１４８においてシステムから放出される。
熱反応器２０への固体物質の供給量は、温度センサー２１
０と、固体供給量コントローラー２１４を操作するレベルセンサー２１２とによ
って制御される。反応器温度が上昇すると、温度センサー２１０は、制御ライン
２２４を通して供給オーガーコントローラー２１４に制御信号を送る。この信号
は、オーガー回転速度を減少させることなどによって、固体供給量を増加させる
ように供給オーガー１８に作用する。熱反応器温度が低下した場合には、温度セ
ンサー２１０は、制御ライン２２４を通して供給オーガーコントローラー２１４
に制御信号を送る。この信号は、固体供給量を減少させるよう供給オーガー１８
に作用する。熱反応器２０内の固体レベルが上昇するにつれて、レベルセンサー
２１２は、主供給オーガー１８の固体供給量を減少させるという信号を、制御ラ
イン２２６を通して固体供給オーガーコントローラー２１４に送る。熱反応器２
０内の固体が低下した場合には、レベルセンサー２１２は、主供給オーガー１８
の固体供給量を増加させるという信号を、制御ライン２２６を通して固体供給オ
ーガーコントローラー２１４に送る。生成ガス導管１４９内の生成ガスポート１
４８におけるガス圧が上昇すると、圧力センサー２１６は、制御ライン２２８を
通して空気入口コントローラー２１８に信号を送る。この信号は、空気供給導管
２２２内の空気バルブ２２０に作用して、空気流入マニホールド３８の空気入口
１７４への空気の供給量、そして、熱反応器２０への空気の供給量を減少させる
。生成ガスポート１４８内のガス圧力が減少すると、圧力センサー２１６は、制
御ライン２２８を通して空気入口コントローラー２１８に信
号を送る。この信号は、空気供給導管２２２内の空気バルブ２２０に作用して、
空気流入マニホールド３８の空気入口１７４への空気の供給量、そして、熱反応
器２０への空気の供給量を減少させる。温度センサー２１０が、熱反応器２０内
の暴走反応を示す温度のような予め設定された最大温度を測定すると、この温度
センサー２１０は、冷却水導管２４０内の冷却水制御バルブ２４２へ、冷却制御
ライン２３４を通して信号を送る。通常の操作においては、水制御バルブ２４２
は閉じられた状態にあるが、熱反応器２０内の最大温度を示す信号を温度センサ
ー２１０から受け取ることによって、この水制御バルブ２４２は開かれる。そし
て、水導管２４０を通して空気供給導管２２２へ、空気入口１７４を通して空気
流入マニホールドシステム３８へ、そして、熱反応器２０内へ水が流れるのを可
能にして、熱反応器内の反応を遅らせる。水は、ガス化プロセスを緩和するため
に、熱反応器に加えることができる。コールおよびタールのような低水素原料で
の操作については、連続的に水を加えてプロセスに水素を供給することができる
。
本発明のガス化システムのための典型的な廃棄固体供給速度は、粒径、原料の
熱含量および水分含量に応じて、３００〜６０００ lb／hrである。固体原料は
、好ましくは、２インチ未満の粒径を有し、３０％未満の水分を含有して、１０
〜８０ lb／cu.ftの範囲である。約２．０〜１．０ポンドの空気に対して約１
．６〜１．０の固体燃料という、固体供給量に対する供給空気の比が典型的に維
持され、これは
特に固体燃料に依存する。システムは、好ましくは常圧より僅かに高い圧力で操
作され、これは、高圧で操作され、かつ、より高価な装置が必要とされる多くの
ガス化システムに有利である。
本発明の熱反応器の操作温度は、典型的には、熱反応器内の入口空気ノズル４
０の頂部近傍での測定で、約１０００°Ｆ〜約２４００°Ｆである。流出生成ガ
ス温度は、周囲の温度およびガス生成物の所望の用途に応じて、約５０〜１００
°Ｆである。本発明のガス化システムにおけるガス化は、従来の廃棄固体ガス化
器よりもメタン含有量の高い生成ガスをもたらすことがわかる。すなわち、約１
７６〜約２００BTU／st.cu.ft.の生成ガス熱価（原料としての木材廃棄物で）が
得られ、これは、約１５０ BTU／st.cu.ft．の典型的な木材ガスの熱価より実質
的に高い。
システム中の中間の温度は、固体原料および、熱反応器からの未生成ガス流出
物の特性に依存する。露出した金属導管、冷却ジャケット、冷却ケージ、および
他の間接的な熱交換器等の種々の冷却機構が与えられ、それらの間の温度は、所
望に応じて操作することができる。清浄プロセスの初期において、原料プロセス
ガスを冷却するのが望ましいと一般に考えられている。プロセスガスがメカニカ
ルクリーナーを離れる際の、このガスの温度の実質的な減少を保つことが望まし
いとされている。冷却部材からの排出熱は、他の用途のために回収され、システ
ム全体の効率を向上させる。
本発明のガス化システムの操作の例においては、１ lb
当たり６０００ＢＴＵのＢＴＵ熱価を有する、１cu.ft当たり２０ lbの材料の
６０００lbs／hrの固体供給量においては、１８００〜２４００KWHrの出力と同
等の２１．６MMBTU／hrのＢＴＵ値を有する、毎分２４００std.cu.ft.のガス出
力が現実的である。
上述の特定の大きさおよび装置は、本発明の特定の態様を単に例示するための
ものである。本発明の態様は、下降するガス化された固体によって取り囲まれた
上昇する層状床の中での低圧ガス化；固体、灰分および凝縮物の効率のよい取扱
い；ガスの洗浄；および上述のようなガスの冷却の原則に従う限りは、異なるサ
イズおよび形状の部材を含むことが予測される。本発明の範囲は、請求の範囲に
よって定義されることが意図される。
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【要約の続き】
より一端から懸垂された筒状ブラシ状電極により、残り
の粒子もしくはエーロゾルが生成物ガスから除去され
る。