JP2004502544A

JP2004502544A - 有機成分を含有する物質混合物の熱分解及びガス化方法、及び装置

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Publication number: JP2004502544A
Application number: JP2002509431A
Authority: JP
Inventors: クルム　ヴォルフガング; フンク　ギュンター; ハメル　ステファン; メルテンス　クリスチャン
Original assignee: ヘルホフ　ウムヴェルトテヒニック　ゲーエムベーハー
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2004-01-29
Also published as: CZ200322A3; PT1299502E; NO332914B1; WO2002004574A1; EP1299502B1; US20030140559A1; ZA200300245B; DE10033453B4; PL197047B1; PL359489A1; ES2394079T3; DE10033453A1; US8128716B2; CA2415457C; EP1299502A1; AU2001267582B2; NO20030106D0; AU6758201A; DK1299502T3; CA2415457A1

Abstract

本発明は、有機成分を含有する物質混合物の熱分解及びガス化方法に関する。有機物質（４）又は有機成分を含有する物質混合物は、燃焼反応炉（２）からの熱媒体、好ましくは灰（５）と接触状態に置かれ、熱分解反応炉（１）、好ましくは塔型反応炉で熱分解される。熱分解の結果生じた熱分解コークス（１０）は、燃焼反応炉（２）、好ましくは流動層反応炉で空気（１１）が添加された状態で燃焼される。上記の方法を改良するため、熱分解により生じた粗製ガス（６）がガス改質反応炉（３）、好ましくは触媒で精製される。

Description

本発明は、有機成分を含有する物質混合物の熱分解及びガス化方法と、そのような方法を実施する装置に関する。
【０００１】
物質混合物は、特に、家庭廃棄物或いは家庭廃棄物に類する廃棄物、並びに家庭廃棄物又は家庭廃棄物に類する廃棄物から得られた生成物に関する。
【０００２】
有機物質の熱分解及びガス化方法及び装置は既に公知である。独国特許第１９７５５６９３号公報には、有機物質を熱分解反応炉に導入して熱媒体と接触させることにより、熱分解を発生させるという有機物質のガス化方法が開示されている。熱分解反応炉は、移動層反応炉又は回転式ドラムである。熱分解による生成物は、凝縮性物質を有する熱分解ガスと、炭素を含有する固体残留物とからなる。炭素含有固体残留物と熱媒体には、炭素含有残留物の燃焼と、熱媒体の加熱及び熱分解反応炉への再導入という燃焼処理が施される。続いて、第２の反応領域において、高発熱量の精製合成ガスが得られるようにタール含有熱分解ガスが加熱される。この反応は、タール含有熱分解ガスが間接熱交換器に送られ、そこで水蒸気等の反応物質と反応するようにして発生する。燃焼廃ガスは、その熱成分が熱分解ガスと反応物質との反応に利用されるように間接熱交換器に導入される。燃焼によって生じた炭素含有固体残留物の灰と熱媒体は、熱分解反応炉の有機物質入口側に戻される。
【０００３】
先願であり、未だ公開されていない特許出願第１９９３００７１．２号は、有機物質の熱分解及びガス化方法及び装置に関し、そこでは、有機物質が乾燥及び熱分解反応炉に導入され、燃焼流動層の流動層物質と接触させられることによって、乾燥及び熱分解工程が生じ、有機物質がこの乾燥及び熱分解による生成物から水蒸気に変換される。熱分解生成物は、凝縮性物質を有するガスと、炭素含有固体残留物とからなる。炭素含有固体残留物は、必要ならば、水蒸気の一部、凝縮性物質を有する熱分解ガス及び流動層物質と共に燃焼流動層に戻され、そこで有機物質の炭素含有残留物が燃焼されるとともに、流動層物質が加熱されて熱分解反応炉に戻される。引き続いて、乾燥工程からの水蒸気と凝縮性物質を有する熱分解ガスが、別の反応領域において、高発熱量の生成ガスが生成されるように処理される。熱分解残留物が燃焼される燃焼流動層は、定置式の流動層として作用する。熱分解ガスは、間接熱交換器に通され、必要に応じて、そこで水蒸気、酸素、空気、それらの混合物等の反応物質と反応する。燃焼廃ガスは、その熱成分が熱分解ガスと反応物質との反応に利用されるように間接熱交換器と接触させられる。
【０００４】
独国特許第１９７５５６９３号公報に係る公知の方法及びその先願の独国特許出願第１９９３００７１．２号に係る方法のどちらの場合でも、燃焼廃ガスが導入され、熱分解ガスが通される間接熱交換器が使用されている。しかしながら、この方法とそのような方法の実施に必要な装置にはいくつかの欠点がある。
【０００５】
本発明の課題は、有機成分を含有する物質混合物の熱分解及びガス化の改良方法と、そのような方法を実施するための改良型装置を提供することである。
【０００６】
この種の方法により、上記の課題は請求項１の特徴部分によって解決される。本発明に係る装置は請求項２７の対象である。本発明に係る方法及び装置の別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明に係る方法によれば、有機物質又は有機成分を含有する物質混合物を熱分解反応炉内で燃焼反応炉からの熱媒体と接触させて熱分解する。熱分解反応炉は好ましくはシャフト炉である。燃焼反応炉として、好ましくは流動層反応炉が使用される。熱媒体は、好ましくは燃焼反応炉からの灰からなる。しかしながら、その他の熱伝達物質や流動層物質を使用することも可能である。熱媒体及び流動層物質はそれぞれ燃焼反応炉からの灰を含有していてもよいし、これらの灰からのみ、或いは略これらの灰からのみ構成されていてもよい。有機物質と熱媒体とが混合されるように両者を接触状態にすると有利である。有機物質と熱媒体は熱分解反応炉内で接触させられ、混合、乾燥及び熱分解される。熱分解により生じた熱分解コークスは、燃焼反応炉内或いは流動層反応炉内で燃焼される。
【０００８】
本発明によれば、熱分解により生じた粗製ガスがガス改質反応炉内で精製される。この精製は、好ましくはガス改質反応炉内に設けられた触媒により行われる。この精製又は触媒による精製は、好ましくは水蒸気を添加した状態で行われる。
【０００９】
本発明に係る方法によれば、燃焼反応炉から燃焼相の熱が導入されるとともに熱分解ガスが導入される伝熱装置や熱交換器はもはや必要ではなくなる。
【００１０】
本発明に係る方法は、家庭廃棄物又は家庭廃棄物に類する廃棄物から生じた物質混合物の熱分解及びガス化に特に適している。これには、好ましくは、以下の方法に従って家庭廃棄物又は家庭廃棄物に類する廃棄物から生成された物質混合物が必要である。すなわち、まず、家庭廃棄物又は家庭廃棄物に類する廃棄物は、必要に応じて前処理され、特に粉砕される。続いて、密閉容器内で強制換気状態で堆肥化され、有機物質が分解される。一定期間、例えば７日間の経過後、通常は、生物学的により分解し易い成分が全て或いはかなりの部分まで分解される。この分解は乾燥化によって停止する。この物質は、最大で１５％の残留含水率になるまで乾燥される。その後、必要に応じて後処理にかけられる。この種の物質は、Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の名前で市販されている。
【００１１】
好ましくは、粗製ガス用の触媒として、熱分解反応炉からの熱分解コークスが使用される。このようにして、熱分解コークスの触媒作用が利用される。粗製ガス用の触媒として、熱分解コークスを単独で使用してもよいし、１種類以上の別の触媒と一緒に使用してもよい。
【００１２】
別の有利な実施形態は、熱分解の前に有機物質から微細片がふるい分けされることを特徴とする。微細片は別の方法で分離されてもよい。ふるい分け或いは別の方法で分離された微細片は、好ましくは燃焼反応炉に導入される。微細片のふるい分け等の分離及び／又は導入は、特にＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の処理に有利である。Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の微細片はかなりの割合の不活性成分（灰）と汚染物質を含んでいるので、ふるい分け或いはその他の分離にかけられることが好ましい。また、さらに処理するために流動層反応炉に直接導入されることが有利である。したがって、導入された物質（Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標））の汚染物担体が流動層反応炉から直接、すなわちシャフト炉やガス改質反応炉を介することなく、煙道ガス精製装置に導入されるという利点が得られる。煙道ガス精製は、適用し得る環境保護規定に従って、現在のドイツの場合は１７世紀の連邦排出保護令（ＢｌｍＳｃｈＶ）に従って実行されている。これにより、汚染物担体が環境に入り込むのを防止することができる。もう１つの利点は、Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の微細部分がより高い割合で不活性成分（灰）を含んでいるので、原材料に比べて粗い片の発熱量が増大するという点である。
【００１３】
粗製ガスの精製又は触媒による精製から合成ガス（「燃焼ガス」）を生成することができる。合成ガスは、好ましくはガスタービン又は別の熱機関のエネルギーに利用される。エネルギー利用工程、すなわち、ガスタービン等の熱機関からの廃ガスが燃焼反応炉又は流動層反応炉に導入されると有利である。燃焼反応炉又は流動層反応炉には、上記廃ガスに加えて空気が導入されてもよい。しかしながら、燃焼反応炉又は流動層反応炉が空気ではなくタービン等の熱機関からの廃ガスのみを使って作動されることも可能である。このことは、ガスタービン等の熱機関からの廃ガスが合計約１７％にまでなり得る十分な酸素含有率を有するために可能である。これにより、特に優れたエネルギー利用が可能になる。
【００１４】
さらに別の有利な実施形態では、ガスタービン等の熱機関の燃焼室に使用される前に、合成ガスが冷却及び／又は精製される。この冷却及び／又は精製は急冷槽で行われることが好ましい。冷却及び／又は精製からの廃水は、好ましくは乾燥器内で蒸発させられる。蒸発による残留物（「濃くなった」すなわち濃縮化された残留物）は、好ましくは燃焼反応炉に導入される。
【００１５】
さらに別の有利な実施形態は、粗製ガスの精製又は触媒による精製により合成ガスが生成されることを特徴とする。好ましくは、合成ガスから水素が分離される。水素分離によって残留する希薄ガスは、燃焼反応炉に導入されることが好ましく、そこで熱利用されてもよい。
【００１６】
燃焼反応炉又は流動層反応炉は２段階工程で作動されると有利である。このことは、特に、理論燃焼に必要な量よりも少ない量の空気を燃焼反応炉又は流動層反応炉の下端側に導入することで実現可能である。その結果、熱分解反応炉又はシャフト炉に導入される灰が未だコークスを含有しているので、そのコークスが熱分解反応炉（シャフト炉、脱気装置）の上部で早くも触媒作用を及ぼす。完全燃焼を達成し、精製された廃ガスを環境に排出できるようにするため、燃焼反応炉から灰を搬出する装置の上方にさらに空気が添加される。
【００１７】
さらに別の有利な実施形態は、熱分解反応炉又はシャフト炉の１領域がガス改質反応炉として使用されることを特徴とする。このことは、熱分解反応炉又はシャフト炉とガス改質反応炉が１つの「熱分解−ガス改質反応炉」要素として構成され、熱分解反応炉の１領域が触媒コンバータとして利用されることによって実現可能である（図６）。また、ガス改質反応炉が熱分解反応炉又はシャフト炉の上方に位置するか、或いは、ガス改質反応炉が熱分解反応炉又はシャフト炉の上部領域内に位置することによっても実現可能である（図１０）。
【００１８】
さらに別の有利な実施形態は、ガス改質反応炉で精製された粗製ガスが触媒が充填された別の反応炉内でさらに精製されること（図７）、或いは、ガス改質反応炉が触媒充填材を有する反応炉として構成されていることを特徴とする。上記別の反応炉内の触媒充填材は、１種類以上の金属化合物（永久触媒）からなっていてもよい。ガスがガス改質反応炉を出ると直ぐに、別の反応炉に導入される。この場合、ガス改質反応炉は１次反応炉として機能する。その場合、ガス改質反応炉は絶対に必要というわけではない。この場合、ガス改質反応炉を無しで済まし、別の反応炉が熱分解により生成された粗製ガスを触媒精製する実質的なガス改質反応炉として機能するようにすることも可能である。
【００１９】
ガス改質反応炉で精製された粗製ガスが触媒充填材を有するさらに別の反応炉でさらに精製されると、すなわち、触媒充填材を有する上記別の反応炉に加えて、触媒充填材を有する第２の別の反応炉が存在すると、特に有利である。この状態で、第１及び第２の別の反応炉が交互に活性化されるならば特に有利である。したがって、第１及び第２の別の反応炉は、交互に活性状態になるように作動される。この結果、交互に、すなわち、もう一方の別の反応炉が活性化される毎に再生可能な第１及び第２の別の反応炉からなるさらに別の有利な実施形態が実現可能となる。再生は、好ましくは燃焼反応炉又は流動層反応炉からの高温の廃ガスによって行われる。第１の別の反応炉と第２の別の反応炉を使用することにより、ガス改質反応炉を無しで済ますことも可能になる。その場合、第１及び第２の別の反応炉は、熱分解により生成された粗製ガスを触媒精製するための事実上のガス改質反応炉となる。
【００２０】
さらに別の有利な実施形態は、触媒が熱媒体と共に添加される、或いは、触媒が熱媒体と共に効果を奏することを特徴とする。既に説明したように、熱分解反応炉からの熱分解コークスは粗製ガス用触媒として利用可能である。その結果、熱分解反応炉又はシャフト炉で生成された熱分解コークスの触媒作用が利用される。これを実現するため、ガス改質反応炉は、熱分解反応炉又はシャフト炉から燃焼反応炉又は流動層反応炉への固体物質の流れの中に組み入れられる。しかしながら、温度レベルを考慮する場合は、燃焼反応炉又は流動層反応炉からの灰が導入される熱分解反応炉又はシャフト炉の領域が最も高温の灰（熱媒体、流動層物質）が存在する場所であるので、そこでのガス処理、すなわち粗製ガスの触媒精製が望ましい。
【００２１】
これを実現するため、好ましくは、熱媒体（灰）と共に触媒が添加され、熱媒体（灰）と共に触媒が効果を奏する方法が適用される。例えば、触媒は熱分解反応炉又はシャフト炉の上部に添加されてもよい。これは、灰と一緒に行われてもよい。しかしながら、触媒は別の方法によっても添加することができる。さらに、触媒は灰が導入されるガス改質反応炉内に存在していてもよい。
【００２２】
金属酸化物等の永久触媒を利用することも可能である。永久触媒を使用すれば、燃焼反応炉又は流動層反応炉を通じて回路が形成され、燃焼時に触媒の熱精製が起こる。しかしながら、コークスや石炭等の使用済み触媒を使用することも可能である。
【００２３】
上記の方法の実施に特に適した、本発明に係る有機成分含有物質混合物の熱分解及びガス化装置は、有機物質又は有機成分を含有する物質混合物、好ましくはＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）と熱媒体とを導入可能な熱分解反応炉、好ましくはシャフト炉と、熱分解反応炉又はシャフト炉からの熱分解コークスを燃焼させるとともに熱媒体を生成する燃焼反応炉、好ましくは流動層反応炉とを備えている。好ましくは、熱媒体として、燃焼反応炉からの灰が使用される。本発明によれば、熱分解によって生成された粗製ガスを精製するガス改質反応炉が設けられている。ガス改質反応炉内に触媒が設けられていることが好ましい。
【００２４】
有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００２５】
本発明により、所定の灰成分と高い揮発分とを有する燃料から粗製ガスを生成することが可能で、ガスタービン工程での使用にも固体物質の再利用にも適しており、したがって高価値の方法及び装置が提供される。この場合、その目的は、技術的に酸素を使用する必要なく、熱分解ガスが不活性ガスと接触することもなく実現される。本発明は、特にＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の処理に適している。この場合、Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）の微細部分が、一方では上述の平均量の汚染物を含有し、他方では高い不活性部分（約５０重量％）を含有すること、すなわち、高価値ガスへの微細部分の貢献度が小さく、熱分解ガス精製の費用と労力に対する負の影響が比較的高いことが予測される。熱媒体は、熱分解コークスから燃焼によって生成される。この場合、微細部分を有する利用物質全体（有機物質、特にＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標））が熱分解を通過してガス精製に負担をかける。好ましくは、微細部分は燃焼に直接導かれ、燃焼反応炉内では、この微細部分と熱分解コークスとから熱媒体が生成される。その結果、微細部分の揮発汚染物を燃焼工程で分離し、廃ガス精製工程でふるい分けて取り除くことができる。これにより、汚染物が微細部分から熱分解ガスを通過する危険性やガス精製工程が不必要に入念になったり高価になることをなくすことができる。
【００２６】
本発明の実施時に発生する熱分解ガス又は合成ガスは、物質及びエネルギーとしての利用、特に発電、発熱、メタノールの製造又は水素の製造に利用することができる。水素リッチなガスを製造することも可能である。本発明は、電流の発生、特にガスタービンでの電流の発生に利用可能である。ガスタービンのガスは流動層反応炉の流動層内の燃焼及び流動化用空気として利用可能である。その場合、装置は加圧下で作動される必要があり、燃焼ガス圧縮機が設けられる。燃焼反応炉又は流動層反応炉内の燃焼により、熱分解反応炉用の熱が供給される。さらに、流動層により、処理中に内部で熱媒体、すなわち灰が生成される。コークスや熱分解コークスが触媒物質として使用される場合は、同様に、流動層への段階的な給気により処理中に内部で生成することができる。本方法を理論外燃焼によって実行することも可能である。熱分解ガスの次の処理を脱気装置（熱分解反応炉）内で直接実行することも可能であり、したがって、脱気とガス改質を１つの反応炉で行うこともできる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
基本的な処理を実行するための図１に示す基本的な構成は、シャフト炉１と、流動層反応炉２と、ガス改質反応炉３からなる。有機物質、好ましくはＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）４と、熱媒体、好ましくは灰６とが流動層反応炉２からシャフト炉１に送給される。シャフト炉１に導入されたＴｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）４は、そこで、流動層反応炉２からの高温の灰５と混合される。Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔは温度上昇して脱気（熱分解）される。ガス、すなわち粗製ガス６と、固形物７、すなわち熱分解コークスと、灰が発生する。粗製ガス６はシャフト炉１の上端から出て、固形物７はシャフト炉１の下端から出る。粗製ガス６と固形物７はガス改質反応炉３に導入される。固形物７、すなわちそこに含まれる熱分解コークスはガス精製用の触媒として作用するので、粗製ガス６は高温の固形物を経てガス改質反応炉３に導入される。さらに、この時点で水蒸気６が添加される。その結果、触媒で精製されたガス９（合成ガス、燃焼ガス）が得られる。ガス改質反応炉からの固形物１０（熱分解コークスと灰）は流動層反応炉２に導入され、そこで空気１１と燃焼する。流動層反応炉２の流動層からの廃ガス１２は精製される。さらに、もはや不要になった灰１３が流動層反応炉２から排出される。
【００２９】
図２に示す基本的な処理の変形例の場合、Ｔｒｏｃｋｅｎｓｔａｂｉｌａｔ（登録商標）４が導入されるふるい１４がさらに設けられている。粗い片１５はシャフト炉１に導入される。微細片１６は流動層反応炉２に導入される。
【００３０】
図３に示す変形例の場合、燃焼ガス１７が生成され、圧縮機１８を介して混合室１９に導入される。そこで、圧縮済み燃焼ガスが、圧縮機２１で圧縮された空気２０と混合される。混合物２２はガスタービン２３に導入され、そこで機械エネルギーに変換される。ガスタービン２３からの機械エネルギーの一部は、空気用の圧縮機２１を駆動するために使用される。圧縮機１８もガスタービン２３によって駆動させることができる（図示せず）。ガスタービンからの廃ガス２４は流動層反応炉２に導入される。図３の実施形態の場合、ガス改質反応炉３で生成されたガスはガスタービン工程の燃焼ガス１７として使用される。流動層反応炉２は、空気ではなく、ガスタービン２３からの廃ガス２４によって駆動される。これは、ガスタービン２３からの廃ガス２４が約１７％の酸素含有率を有しているために可能である。
【００３１】
図４に示す変形例では、ガス改質反応炉３で生成された合成ガス２６が導入される水素分離装置２５が設けられている。分離された水素２７は他の目的で使用される。残りの低熱量の希薄ガス２８は熱利用のために流動層反応炉２に導入される。適切には、水素分離工程２５は、合成ガス２６のタール成分が凝縮しないように高温で行われる。水素分離のため、好ましくは、薄膜、薄膜処理又はＰＳＡ方式が使用される。
【００３２】
図５に示す実施形態では、流動層反応炉２が２段階工程で作動される。流動層反応炉２の下端には、理論燃焼工程で必要な量よりも少ない量の空気１１が添加される。その結果、シャフト炉１に導入される灰５には未だコークスが含まれており、そのため、そのコークスがシャフト炉（脱気装置）の上部で早くも触媒作用を及ぼす。完全燃焼を達成するため、そして、精製された廃ガス１２を周辺領域に排出するため、流動層反応炉２から灰５を搬送する構成の上方に、別の空気、すなわち２次空気２９が添加される。
【００３３】
図６に示す実施形態では、シャフト炉とガス改質反応炉が１つの要素として、すなわち熱分解−ガス改質反応炉３０として構成されている。この場合、熱分解反応炉１の１つの領域３１、すなわち下方領域が触媒コンバータとして使用される。
【００３４】
図７に示す実施形態では、ガス改質反応炉３に加えて、触媒充填材を備えた別の反応炉３２が設けられている。ガス改質反応炉３の触媒によって精製された粗製ガスは、この別の反応炉３２でさらに精製される。ガス改質反応炉３と別の反応炉３２のそれぞれには水蒸気８が導入される。ガス、すなわち合成ガス９がガス改質反応炉３を出ると、触媒充填材が充填された別の反応炉３２に導入される。この触媒充填材は１種類以上の金属化合物（永久触媒）から構成されている。この場合、ガス改質反応炉３は前触媒として機能する。図７の実施形態では、ガス改質反応炉３を省略することも可能である。この場合、粗製ガスの触媒精製は触媒充填材を備えた反応炉によって実行されることになる。
【００３５】
図８は図７の実施形態の変形を示す。この変形例では、触媒充填材を備えた第１の別の反応炉３２に加えて、触媒充填材を備えた第２の別の反応炉が設けられている。ガス改質反応炉３からの合成ガス９は、第１の別の反応炉３２と第２の別の反応炉３３に交互に導入される。別の反応炉３２，３３は所定時間に活性化し、合成ガス９が導入されると同時に水蒸気８が供給される。この場合、他方の別の反応炉３３，３２はその間に再生することができる。この再生のため、流動層反応炉２からの廃ガス１２が利用される。別の反応炉３３，３２を出た廃ガス３４は廃ガス精製装置に導入される。
【００３６】
図８の実施形態では、ガス改質反応炉３は必ずしも必要ではない。ガス改質反応炉３が存在しない場合、その仕事は別の反応炉３２，３３又は所定時間に動作中の別の反応炉３２又は３３によって実行される。
【００３７】
図８から分かるように、ガス改質反応炉（この場合、絶対に必要というわけではない）から出たガス９は、触媒充填材が充填された別の反応炉３２に導入される。この触媒充填材は、例えば、（図７の実施形態と同様に）１種類以上の金属化合物から構成されている。触媒充填材は、埃、炭素等、合成ガス９に含まれる成分によってその有効性が低下する。その結果、第１の別の反応炉３２と並列に第２の別の反応炉３３が設けられ、第１の別の反応炉３２の活性状態期間中に流動層反応炉２からの高温の廃ガス１２によって再生される。この場合、第２の別の反応炉３３の触媒充填材は、高温の廃ガス１２と進行中の反応とによって加熱される。第１の別の反応炉３２の触媒充填材の効果が減衰すると直ぐに、精製用合成ガス９のガス流が第２の別の反応炉３３の触媒充填材に導入され、第１の別の反応炉３２の触媒充填材は、流動層反応炉２から高温の廃ガス１２が導入されることによって再生される。
【００３８】
図９は、燃焼ガス１７が圧縮１８の前に急冷槽３５に導入される、図３の実施形態の変形例を示す。バーナー室１９用の燃焼ガス１７は、圧縮機１８で圧縮される前に急冷槽３５内で冷却及び精製される。急冷槽３５からの廃水３６は乾燥器３７に導入され、蒸発させられる。乾燥器の蒸気は凝縮され、さらに浄化させることなく廃水３８として排出することができる。乾燥器３７からの「濃縮された」残留物３９は全て有機成分からなっている。この残留物は流動層反応炉２に導入され、そこで熱処理される。別の態様として、流動層反応炉２の流動層において、急冷槽３５内で生じた廃水３６の全てを直接熱処理することも可能である（この場合、急冷槽３５の廃水３６は直接、すなわち、乾燥器３７を設けずに流動層反応炉２に廃水３９として導入されるが、図面には示されていない）。
【００３９】
図１ないし図９に示す実施形態では、シャフト炉で生成された熱分解コークスの触媒作用が利用されている。これらの実施形態では、ガス改質反応炉３がシャフト炉１から流動層反応炉２への固形物の流れの中に組み入れられる。しかしながら、温度レベルを考慮すれば、流動層反応炉２からの灰５が導入されるシャフト炉１の領域で固形物（灰）が最も高温レベルになるため、その領域でのガス処理が望ましい。
【００４０】
これを実現するため、図１０の方法が実施されてもよい。この場合、触媒４０はシャフト炉１の上部に導入される。シャフト炉とガス改質反応炉は１つの要素として、すなわち熱分解−ガス改質反応炉３０′として構成される。しかしながら、シャフト炉１の上部への触媒４０の添加は、流動層反応炉２からの灰５と一緒に行われる必要は必ずしもない。触媒は別の方法で添加されてもよい。さらに、触媒はシャフト炉１の上部領域、すなわち、熱分解−ガス改質反応炉３０′の４１で示す領域に有ってもよい。図１０の実施形態では、金属酸化物等の永久触媒を使用することができる。しかしながら、コークスや石炭等、使用済み触媒を使用することも可能である。永久触媒を使用すれば、流動層反応炉２を通る回路が形成され、流動層反応炉２の燃焼時に触媒の熱精製が発生する。ガス改質反応炉は自動的にシャフト炉１に統合され、熱分解−ガス改質反応炉３０′となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る有機成分含有物質混合物の熱分解及びガス化方法を実施する装置の概略図。
【図２】
微細片をふるい分けするふるいを備えた図１の装置。
【図３】
ガスタービンを備えた図１の装置。
【図４】
水素分離装置を備えた図１の装置。
【図５】
２段階工程で流動層反応炉が作動される図１の装置。
【図６】
シャフト炉とガス改質反応炉が「熱分解−ガス改質反応炉」要素として構成されている図１の装置。
【図７】
触媒充填材を有する別の反応炉を備えた図１の装置。
【図８】
触媒充填材を有する別の（第２の）反応炉を備えた図７の実施形態。
【図９】
急冷槽及び乾燥器を備えた図３の実施形態。
【図１０】
熱媒体と一緒に触媒が添加されて効果を奏するさらに別の実施形態。

Claims

有機物質（４）又は有機成分を含有する物質混合物を熱分解反応炉（１）内で熱媒体と接触させて熱分解するとともに、熱分解により生じた熱分解コークス（７）を燃焼反応炉（２）内で空気（１１）を添加した状態で燃焼させる、有機成分を含有する物質混合物の熱分解及びガス化方法であって、
熱分解により生じた粗製ガス（６）がガス改質反応炉（３）内で精製されることを特徴とする熱分解及びガス化方法。
上記熱媒体は、上記燃焼反応炉（２）からの灰（５）からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
上記ガス改質反応炉（３）に触媒が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の方法。
上記精製は、水蒸気（８）を添加した状態で実行されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の方法。
上記熱分解反応炉（１）からの熱分解コークス（７）は、上記粗製ガス（６）用の触媒として使用されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
上記熱分解の前に、上記有機物質（４）から微細片（１６）が分離（１４）されること（図２）を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
上記分離（１４）された微細片（１６）は、上記燃焼反応炉（２）に導入されることを特徴とする請求項６記載の方法。
上記粗製ガスを精製することにより、合成ガス（１７）が生成されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方法。
上記合成ガス（１７）は、ガスタービン（２３）のエネルギーとして利用されること（図３、図９）を特徴とする請求項８記載の方法。
廃ガス（２４）が上記エネルギー利用段（２３）から上記燃焼反応炉（２）に導入されることを特徴とする請求項９記載の方法。
上記合成ガス（１７）は、最初に冷却及び／又は精製（３５）されること（図９）を特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の方法。
上記冷却及び／又は精製工程（３５）からの廃ガス（３６）が蒸発（３７）されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
上記蒸発（３７）による残留物（３９）が上記燃焼反応炉（２）に導入されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
上記粗製ガス（６）を精製することにより、合成ガス（９、２６）が生成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の方法。
上記合成ガス（２６）から水素（２７）が分離（２５）されること（図４）を特徴とする請求項１４記載の方法。
上記水素分離（２５）時に残存している残留希薄ガス（２８）が上記燃焼反応炉（２）に導入されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
上記燃焼反応炉（２）は、２段階工程で作動されること（図５）を特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の方法。
上記熱分解反応炉（１）の１領域がガス改質反応炉として使用されること（図６、図１０）を特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の方法。
上記ガス改質反応炉（３）内で精製された粗製ガス（６）が触媒充填材を有する別の反応炉（３２）内で精製される（図７）か、或いは上記ガス改質反応炉が触媒充填材を有する反応炉として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の方法。
上記ガス改質反応炉（３）内で精製された粗製ガス（６）が触媒充填材を有するさらに別の反応炉（３３）内でさらに精製され、
上記第１の別の反応炉（３２）と上記第２の別の反応炉（３３）とが交互に活性化されること（図８）を特徴とする請求項１９記載の方法。
上記第１の別の反応炉（３２）と上記第２の別の反応炉（３３）は、好ましくは上記燃焼反応炉（２）からの高温の廃ガス（１２）により好ましくは交互に再生されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
上記ガス改質反応炉（３）を設けることなく、上記別の反応炉（３２）或いは上記別の反応炉群（３２、３３）が粗製ガスの精製を引き受けることを特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれかに記載の方法。
上記触媒は、上記熱媒体と共に添加されるか或いは効果を奏すること（図１０）を特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれかに記載の方法。
上記触媒（４０）は、上記熱媒体（５）に添加されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
永久触媒が使用されることを特徴とする請求項２３又は請求項２４記載の方法。
使用済みの触媒が使用されることを特徴とする請求項２３ないし請求項２５のいずれかに記載の方法。
有機物質（４）又は有機成分を含有する物質混合物と熱媒体（５）が導入される熱分解反応炉（１）、好ましくはシャフト炉と、
上記熱分解反応炉（１）からの熱分解コークス（７）を燃焼させるとともに上記熱分解反応炉（１）用の熱媒体（５）を生成する燃焼反応炉（２）、好ましくは流動層反応炉とを備え、
有機物質又は有機成分を含有する物質混合物を熱分解及びガス化し、特に請求項１ないし請求項２６のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
熱分解により生じた粗製ガス（６）を精製するガス改質反応炉（３）をさらに備えていることを特徴とする熱分解及びガス化装置。
上記ガス改質反応炉（３）に触媒が設けられていることを特徴とする請求項２７記載の装置。
上記有機物質（４）から微細片（１６）をふるい分けするふるい（１４）又は上記有機物質（４）から微細片（１６）を分離する分離装置をさらに備えていること（図２）を特徴とする請求項２７又は請求項２８記載の装置。
上記ガス改質反応炉（３）からの合成ガス（１７）をエネルギーとして利用するガスタービン（２３）をさらに備えていることを特徴とする請求項２７ないし請求項２９のいずれかに記載の装置。
上記合成ガス（９）を冷却及び／又は精製する急冷槽（３５）をさらに備えていることを特徴とする請求項３０記載の装置。
上記急冷槽（３５）からの廃水（３６）を冷却及び／又は精製する乾燥器（３７）をさらに備えていることを特徴とする請求項３１記載の装置。
上記ガス改質反応炉（３）からの合成ガス（２６）から水素（２７）を分離する水素分離装置（２５）をさらに備えていることを特徴とする請求項２７ないし請求項３２のいずれかに記載の装置。
上記燃焼反応炉（２）は、２段階工程で作動されることを特徴とする請求項２７ないし請求項３３のいずれかに記載の装置。
上記熱分解反応炉（１）又はシャフト炉と上記ガス改質反応炉（３）とが１つの要素として、好ましくは熱分解−ガス改質反応炉（３０、３０′）として構成されていることを特徴とする請求項２７ないし請求項３４のいずれかに記載の装置。
触媒充填材を有する別の反応炉（３２）をさらに備えていることを特徴とする請求項２７ないし請求項３５のいずれかに記載の装置。
触媒充填材を有するさらに別の反応炉（３３）をさらに備えていることを特徴とする請求項３６記載の装置。
上記ガス改質反応炉（３）が取り除かれていることを特徴とする請求項３６又は請求項３７記載の装置。