JP2003147365A - 固形供給物の熱変換から得られるガスから可燃性ガスを製造する方法およびプラント - Google Patents
固形供給物の熱変換から得られるガスから可燃性ガスを製造する方法およびプラントInfo
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Abstract
来技術の欠点を克服し、パイロリシスガスのすべてが可
燃性ガスに変換される方法の提供。 【解決手段】 本発明は、空気不存在下で固形供給物
の、パイロリシスまたはサーモリシスなどの熱変換を行
って、固形残留物および原ガスを発生させ、前記固形残
留物を燃焼して燃焼ガスを生成する段階、および原ガス
をクラッキングして可燃性ガスを生成させることを含む
可燃性ガスの製造方法に関する。本発明によれば、燃焼
ガスのすべてまたは一部が、原ガスのクラッキング操作
の熱エネルギーとして供給され用いられる。
Description
家庭および/または産業廃棄物などの有機分を含有する
固形供給物の熱変換から得られるガスから、可燃性ガス
を製造する方法およびプラントに関する。
は、一方ではタールなどの重質生成物を含まず、他方で
は鉱物質の汚染物質、特にアルカリ塩を含まない。
スタービン、ボイラーまたはバーナーなどの動力生成装
置または方法に有利に用いることができる。
たはサーモリシス(thermolysis)によって、上記定義の
ような固形供給物を熱変換する段階と、この変換段階か
ら得られるガスのクラッキング操作とを組み合わせて、
可燃性ガスを生成することは特に興味がある。
リシス)で変換することにより得られる、本明細書で以
下パイロリシスガスまたは原ガスと呼ぶガスは、一般に
水蒸気、CO、CO2、H2、CH4、C2Hx、C3Hy、
NH3などの非凝縮性ガス、および炭素原子少なくとも
4個を有する、より重質の炭化水素フューム(hydrocarb
on fumes)の混合物からなる。
パイロリシスガスのクラッキングによって変換して、こ
の操作の最後に、大部分が非凝縮性かつ可燃性のガスを
得ることができる。
第4,300,915号明細書から既知である。この特
許は、供給物のパイロリシス操作から得られる原ガスか
ら、引き続きこれらのパイロリシスガスの一部のみをク
ラッキングして、前記可燃性ガスを最終的に生成する、
こうした可燃性ガスの製造方法を記載している。
分は、クラッキング処理に必要な熱エネルギーを発生さ
せるバーナーに供給するのに使用される。
イロリシス操作から得られるガスの一部だけしか変換す
ることができず、したがってクラッキング操作の総合効
率が低下していることである。
ントでの上記の欠点を克服することを目的とし、これに
よってパイロリシスガスのすべてが可燃性ガスに変換さ
れる。
シスによって固形供給物を熱変換(thermal conversion)
して、固形残留物および原ガス(raw gases)を発生させ
ること、前記固形残留物を燃焼して燃焼ガスを生成する
こと、および原ガスをクラッキングして可燃性ガスを生
成することを含む可燃性ガスの製造方法であって、燃焼
ガスのすべてまたは一部を、原ガスのクラッキングに必
要な熱エネルギー供給(thermal power supply)に用いる
ことを特徴とする方法である。
ング操作に用いる前に燃焼ガスの一部を分流して、固形
供給物の熱変換に必要なエネルギーを供給することを特
徴とする。
ガスを、原ガスをクラッキングするための少なくとも1
つの加熱手段(42)への供給に用いることを特徴とす
る。
は、燃焼ガスを新鮮な空気と混ぜてクラッキング操作の
所望の温度を得ることを特徴とし、これによりクラッキ
ング操作においてに必要な温度を得ることができる。
は、燃焼ガスおよび/または新鮮な空気の流速および流
量を変化させることによって、クラッキング手段(1
2)の温度および温度上昇速度を制御することを特徴と
する。
は、クラッキング操作中に、原ガスが間接加熱を受ける
ことを特徴とする。
は、クラッキング操作中に、原ガスが直接加熱を受ける
ことを特徴とする。
の熱変換手段(10)と、パイロリシス操作から得られ
る固形残留物の燃焼手段(28)と、前記パイロリシス
から得られる原ガスのクラッキング手段(12)とを有
する、固形供給物から可燃性ガスを製造するプラントで
あって、燃焼手段(28)からの熱エネルギーのすべて
または一部をクラッキング手段(12)へ輸送するバイ
パス管路(38)を有することを特徴とするプラントで
ある。
管路(30)が、熱変換手段(10)を燃焼手段(2
8)へ接続し、クラッキング手段(12)への熱エネル
ギー輸送手段が接続管路(30)に設けたバイパス点
(40)とバイパス管路(38)とを有することを特徴
とする。
バイパス点(40)に、熱変換手段(10)およびクラ
ッキング手段(12)への燃焼ガスの流れを制御する手
段を有することを特徴とする。
様は、バイパス管路(38)が、クラッキング手段(1
2)の加熱手段(42)に熱エネルギー供給することを
特徴とする。
様は、空気供給管路(48)によって、加熱手段(4
2)に新鮮な空気を供給することを特徴とする。
様は、加熱手段(42)が間接加熱手段であることを特
徴とする。
様は、加熱手段(42)が直接加熱手段であることを特
徴とする。
様は、加熱手段が、燃焼ガスをクラッキング手段(1
2)に注入するための、少なくとも1つの注入手段(4
2)を有することを特徴とする。
様は、前記燃焼手段内の固形残留物の燃焼を制御するた
めの、燃焼手段(28)と連結した制御手段(36;8
0)を有することを特徴とする。
4に示した。本発明の他の特徴および利点は、これらの
図に基く下記の説明により、より明確になるであろう。
々な構成要素を示すフローシートである。供給物の熱変
換手段の一例であるパイロリシス炉(10)は、可燃性
ガス製造用のクラッキング手段の一例であるクラッキン
グ反応器(12)と連結している。
4)を経由して、都市廃棄物および/または産業廃棄物
またはバイオマスなどの有機分を含有する主として固形
の供給物が供給される。
および組成の供給物を処理する能力を有し、したがっ
て、バイオマス、あるいは家庭廃棄物、一般的な産業廃
棄物、または処理プラントのスラッジなどの有機物を含
有する固形供給物の混合物などの、主な供給物の供給を
受けることができる回転炉であることが好ましい。
前に、粉砕、乾燥、その他の通常の技術を用いて、最大
粒子径または水分含有量など、炉の仕様を満足するよう
に処理することができる。
れている供給物は、最大粒子径が30cm未満、好まし
くは10cm未満であり、水分含有量を最大40重量
%、好ましくは20重量%に低下させなければならな
い。供給物の水分含有量は、クラッキング反応、したが
ってクラッキング反応器の効率に影響するからである。
との質量比が、0.1から10になるような初期水分含
有量を有する供給物を処理することが好ましい。こうし
た数値では、水蒸気が、炭素含有残留析出物の形成を制
限または防止さえすることによって、クラッキング反応
に良い影響を与えるからである。
(16)を有しており、このエンクロージャ内に存在す
る供給物を加熱するための高温流体を受け入れる環状加
熱空間(20)がエンクロージャ(16)と固定外殻
(18)とに囲まれた空間に設けられる。この炉は、回
転炉の場合においては回転式のエンクロージャ(16)
を有する。
リシスの一般的方法である、空気をまったく存在させず
にエンクロージャ内で行われる熱変換の結果、供給物は
熱分解を受けて、炉の出口で、原ガスと呼ぶガス相、お
よび本明細書で以後コークスと呼ぶ炭素に富んだ固体相
の形成をもたらす。
由してクラッキング反応器(12)へ送られて可燃性ガ
スに変換され、この後反応器出口に配置された管路(2
4)で集められる。コークスは、エアロックを形成した
一連の弁(図示せず)などの外部へのシールを設けた管
路(26)を経由して燃焼手段(28)に運ばれ、パイ
ロリシス炉(10)のエンクロージャ(16)内に導入
される供給物のパイロリシスに必要な熱エネルギーを発
生させ、その全部または一部が接続管路(30)を経由
して環状加熱空間(20)へ運ばれ、排出管路(32)
を経由して出る。
クリュウ炉、火格子炉、サイクロン炉、または基本的に
固形燃料を燃やすことができる任意の他の装置とするこ
とができる。
6)を有する管路(34)を経由して、リサイクルされ
たフュームと混ぜることによってO2がほとんどない、
または多分予熱された燃焼空気を供給され、コークスの
燃焼温度、したがって燃焼手段(28)からの燃焼ガス
の温度が制御される。
は、この燃焼手段(28)から供給される。
の形をしたこのエネルギーは、その全部または一部が、
接続管路(30)のバイパス点(40)から始まるバイ
パス管路(38)を通って運ばれる。このバイパス点
は、環状加熱空間(20)の上流に設けられ、クラッキ
ング反応器(12)に位置する加熱手段(42)で終わ
る。
段(42)で使用されて、管路(44)を経由して流出
し、当技術分野で知られた方法で排出される。
は、プラントの熱効率を高めるために再利用することが
できる。特に、管路(44)から出るガスの全部または
一部を用いて、固定外殻(18)とエンクロージャ(1
6)に囲まれた環状加熱空間(20)内を循環させるこ
とによって、回転式エンクロージャ(16)を加熱する
ことができる。
調整手段(図示せず)と連結した弁などの任意の周知の
手段を設け、これにより、パイロリシス炉(10)に供
給される熱エネルギーおよびクラッキング反応器(1
2)に必要なエネルギーを適切に制御することができ
る。
(12)は耐熱性材料から作られた殻を有し、その内部
には、管路(22)から来る原ガスが循環する好ましく
は金属製の管(46)が配置されている。これらの管
は、その末端の一方で管路(22)と通じており、他端
で管路(24)と通じている。
を供給する加熱手段は、少なくとも1個の燃焼ガス注入
手段、ここではディフューザ(42)であり、記載の例
では2個が反応器の壁内に配置されており、これが燃焼
ガスを反応器内部に注入して管(46)を加熱し、温度
上昇速度および反応器内滞在時間を考慮して、その中を
循環する原ガスを最高の変換率でクラッキングする。
御する手段は、有利には、新鮮な空気供給管路(4
8)、およびそれぞれ燃焼ガスの入口および新鮮な空気
の入口と連結し、それぞれディフューザ(42)で終わ
る制御弁(50)、(52)の形で設けられる。
温度上昇速度を考慮して、この反応器内へディフューザ
(42)から注入される燃焼ガスおよび新鮮な空気の流
速および流量は、制御弁(50)、(52)によって制
御される。
な空気と混ぜられた燃焼ガスは、管(46)の壁を加熱
し、この管内を循環する原ガスのクラッキングを引き起
こす。
慮して、原ガスに存在する重質炭化水素は、クラッキン
グによって軽質ガスに変換され、管路(24)を経由し
て流出し、図4に関連して本明細書で以下さらに明確に
説明する追加の処理を受ける。
パラメータと関連した、管の配置(数量、レイアウト、
直径等)は、炭素含有残留析出物の形成を最小限に抑え
つつ、最高の原ガス変換率を得ることができるようにす
る。
キングは、空気の不存在下で行われることに留意するこ
とが重要である。
環せず、管路(22)を通ってクラッキング反応器(1
2)の殻によって範囲が定められた容積内に直接流入
し、クラッキングの後、管路(24)を通って可燃性ガ
スと燃焼ガスの混合物の形で流出する。
2)は、耐熱性材料で作られた殻を有し、その中へ、一
方では管路(22)を通って原ガスが流れ、他方ではデ
ィフューザ(42)を通って燃焼ガスが流れる。これら
の燃焼ガスはバイパス管路(38)から来て、空気供給
管路(48)から来る新鮮な空気と多分連動して、上記
のように、制御弁(50)、(52)によって燃焼ガス
および新鮮な空気の流速および流量が制御される。
る)燃焼ガスは、この殻内部で互いに混ざり、クラッキ
ング操作に必要な熱エネルギーは燃焼ガスによって直接
供給される。
4)は、クラッキング操作から得られる可燃性ガスと燃
焼ガスの混合物を運ぶことになる。
適当な手段で処理して、それが含有する可燃性ガスが使
用できるようにする。
たように、管路(24)を通ってクラッキング反応器
(12)から流出する可燃性ガス、およびパイロリシス
炉(10)の加熱手段で用いられ排出管路(32)を経
由して排出された燃焼ガスの処理の一例を説明する。
換器(56)によって急速に冷却されて化学反応を停止
し、次いで、交換器出口で、管路(58)を通って、ろ
過および分離手段(60)に送られ、懸濁した固体粒子
を除去しこれを排出する。
されて、貯蔵装置(図示せず)に送られ、洗浄された可
燃性ガスは、図示した例では管路(64)を経由してエ
ンジンまたはタービンなどの動力生成手段(66)への
供給に用いられる。
なく、管路(64)を可燃性ガス貯蔵装置に接続するこ
とができ、前記洗浄ガスの圧縮段階の後、このガスを貯
蔵することができる。
れ、排出管路(32)を経由して排出された燃焼ガス
は、熱回収手段(68)に供給される。この手段から来
るフュームは、次いで管路(70)を経由して煙突(7
2)に排出され、一方、エネルギー(水蒸気、温水等)
は、管路(74)を経由して熱回収手段から排出されて
適当な手段に送られる。
に基づいて以下に説明する。
リシス炉(10)のエンクロージャ(16)に、前記炉
への供給およびその気密性を実現できる装置(示さず)
を用いて(前処理を行って、または行わずに)導入され
る。
(16)内部に進み、環状加熱空間(20)内を循環す
る燃焼ガスの熱の作用で残存水分が解放され、次いで完
全空気不存在下での熱分解(パイロリシス)を受ける。
は、所望の加熱速度および温度パラメータに応じて、エ
ンクロージャ(16)を循環する供給物に対して向流ま
たは並流循環とすることができる。この環状加熱空間に
存在する燃焼ガスの温度は、600℃から1400℃、
好ましくは800℃から1200℃である。供給物の加
熱は、エンクロージャ(16)の金属壁への燃焼ガスの
輻射および対流によるエネルギー伝達によって提供され
る。
00℃、好ましくは500℃から700℃の温度、およ
び大気圧に近い圧力で行われる。供給物の炉内滞留時間
は、30から180分、好ましくは45から90分であ
る。
最小限にするように、5℃/分から50℃/分とするの
が好ましい。
は管路(26)を通って直接または間接的に燃焼手段
(28)に排出されるコークスを形成し、他方ではクラ
ッキング反応器(12)へ送られる原ガスを形成する。
発生した熱は、一部は接続管路(30)を通ってパイロ
リシス炉(10)の加熱に用いられ、他の部分はバイパ
ス管路(38)を通ってクラッキング反応器(12)の
加熱に用いられる。
づいて説明した装置によって、800℃から1200℃
の温度でクラッキングを受ける。次いで、このクラッキ
ング操作から得られた可燃性ガスは、管路(24)を経
由して排出されて、例えば図4に基づいて説明したよう
に適当な方法で処理される。
性ガスに変換され、したがって供給物の可燃性ガスへの
変換効率はますます高くなることになる。
ることはなく、任意の変形例を含むものである。
るように、サイクロン型分離器(76)をパイロリシス
炉(10)の出口に特に配置することができ、貯蔵ビン
(78)を設けて燃焼手段(28)へのコークスの供給
を制御弁(80)によって制御することができる。
6)と熱回収手段(68)の間に管路(82)を設け
て、可燃性ガスがこの交換器を通るときに冷却されて回
収される熱をそこへ伝達することができる。
もしくは産業廃棄物などの有機分を含有する固形分か
ら、タール等の重質生成物や鉱物質の汚染物質等を含ま
ない高品位の可燃性ガスを効率よく得ることができる。
得られた可燃性ガスは、ガスエンジン、ガスタービン、
ボイラーまたはバーナーなどの動力生成装置のエネルギ
ー源として活用することができる。
ある。
キング反応器の一例の縦断面図である。
きる他のクラッキング反応器の一例の縦断面図である。
ガスまたは燃焼ガスの処理プラントの一例の構成要素を
示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 特にパイロリシスによって固形供給物を
熱変換して、固形残留物および原ガスを発生させるこ
と、前記固形残留物を燃焼して燃焼ガスを生成するこ
と、および原ガスをクラッキングして可燃性ガスを生成
することを含む可燃性ガスの製造方法であって、燃焼ガ
スのすべてまたは一部を、原ガスのクラッキングに必要
な熱エネルギー供給に用いることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 クラッキング操作に用いる前に燃焼ガス
の一部を分流して、固形供給物の熱変換に必要なエネル
ギーを供給することを特徴とする、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】 燃焼ガスを、原ガスをクラッキングする
ための少なくとも1つの加熱手段(42)への供給に用
いることを特徴とする、請求項1または2に記載の方
法。 - 【請求項4】 燃焼ガスを新鮮な空気と混ぜてクラッキ
ング操作の所望の温度を得ることを特徴とする、請求項
1または3に記載の方法。 - 【請求項5】 燃焼ガスおよび/または新鮮な空気の流
速および流量を変化させることによって、クラッキング
手段(12)の温度および温度上昇速度を制御すること
を特徴とする、請求項1ないし4のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項6】 クラッキング操作中に、原ガスが間接加
熱を受けることを特徴とする、請求項1ないし5のいず
れか一項に記載の方法。 - 【請求項7】 クラッキング操作中に、原ガスが直接加
熱を受けることを特徴とする、請求項1ないし5のいず
れか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 特にパイロリシスによる供給物の熱変換
手段(10)と、パイロリシス操作から得られる固形残
留物の燃焼手段(28)と、前記パイロリシスから得ら
れる原ガスのクラッキング手段(12)とを有する、固
形供給物から可燃性ガスを製造するプラントであって、
燃焼手段(28)からの熱エネルギーのすべてまたは一
部をクラッキング手段(12)へ輸送するバイパス管路
(38)を有することを特徴とするプラント。 - 【請求項9】 接続管路(30)が、熱変換手段(1
0)を燃焼手段(28)へ接続し、クラッキング手段
(12)への熱エネルギー輸送手段が接続管路(30)
に設けたバイパス点(40)とバイパス管路(38)と
を有することを特徴とする請求項8に記載のプラント。 - 【請求項10】 バイパス点(40)に、熱変換手段
(10)およびクラッキング手段(12)への燃焼ガス
の流れを制御する手段を有することを特徴とする、請求
項9に記載のプラント。 - 【請求項11】 バイパス管路(38)が、クラッキン
グ手段(12)の加熱手段(42)に熱エネルギー供給
することを特徴とする、請求項9または10に記載のプ
ラント。 - 【請求項12】 空気供給管路(48)によって、加熱
手段(42)に新鮮な空気を供給することを特徴とす
る、請求項11に記載のプラント。 - 【請求項13】 加熱手段(42)が間接加熱手段であ
ることを特徴とする、請求項11または12に記載のプ
ラント。 - 【請求項14】 加熱手段(42)が直接加熱手段であ
ることを特徴とする、請求項11または12に記載のプ
ラント。 - 【請求項15】 加熱手段が、燃焼ガスをクラッキング
手段(12)に注入するための、少なくとも1つの注入
手段(42)を有することを特徴とする、請求項11な
いし14のいずれか一項に記載のプラント。 - 【請求項16】 前記燃焼手段内の固形残留物の燃焼を
制御するための、燃焼手段(28)と連結した制御手段
(36;80)を有することを特徴とする、請求項8に
記載のプラント。
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