JP2007126625A5

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Publication number: JP2007126625A5
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Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2026-03-10

Description

粒子状廃棄物ガス化システム及び方法

この発明の実施形態は、一般的に灰残留物及びガス排気を活用するために、農業廃棄物を制御した形でガス化することに関する。

農作物の処理から出る廃棄物又は副産物の処分は、しばしば、そのような副産物の焼却を伴い、食料生産産業に関して多くの問題を生じさせている。米やピーナッツの皮、木材チップ、綿の種などの副産物は、強靭、木質で、研磨性を持つものである。更に、そのような副産物は、密度が変化するとともに、ケイ酸含有量が高い。そのような副産物の灰化又は焼却は、コストがかかり、大量のエネルギーを消費するとともに、大気汚染の問題を発生させる。

これまで、前述した形式の廃棄物又は副産物、或いは同様の廃棄物又は副産物の制御した形での焼却又は灰化は、経済的な観点又は環境保護の立場のどちらかから試みられてきたが、僅かにしか成功していない。供給物の密度の変化のために、しばしば、焼却の間に、燃焼過多又は燃焼不足が起こって、その結果熱の生成と排気ガスの質が不安定となり、熱回収のためには十分でなくなる。例えば、ケイ素含有量が高い供給物をバーナーの燃焼室に導入することは、フライ灰が過剰となる排気流を生成して、ケイ素に関連した磨耗性のために、ボイラー管の損傷と劣化を引き起こすこととなる。また、従来技術のバーナーは、燃焼率を制御することができず、そのため市場性の有る生成物として、燃焼残留物の灰分を制御するための柔軟性に欠けている。
米国特許公開明細書第４，５８９，３５５号米国特許公開明細書第４，５１７，９０５号

以上のことから、前処理又は事前のコストのかかる処理を必要とすることなく、多様な供給物に対して経済的なガス化システムを提供すること、並びに供給物のかさ密度における広範囲な変化に対応することは、重要な課題である。

別の課題は、燃焼残留物の灰分を制御するとともに、ガス排気のフライ灰含有量を最小化することができる、そのような廃棄物に関するガス化システムを提供することである。

典型的な燃焼又はガス化システムの問題は、燃焼又はガス化システム内の灰残留物の蓄積に関するものである。排出されない場所での灰残留物の蓄積は、排出されない場所に淀んだ灰残留物が過熱されるために、燃焼又はガス化システムの床の上に灰残留物をスラグ化又は硬化させることとなる。この排出されない場所での灰残留物の堆積によって、ガス化運転は、しばしば、完全に停止される（或いは少なくとも遅くなる）。このため、ガス化システムの運転は、しばしば、停止されて、システムから堆積した灰残留物を除去するために、人を手配しなければならないので、灰残留物のスラグ化は、コストと時間がかかる。更に、結果として得られる灰残留物のパラメータ及びガス化システムの効率が、硬化して堆積した灰残留物によって、悪い影響を受けることとなるので、灰残留物のスラグ化は、しばしば、コストがかかる。下水の汚泥、蒸留した残留物、サンサ、藁、その他のアルカリ性の高い燃焼物などのガス化燃焼物が、過剰な量のリン酸カリウム又は低い融解温度を持つ場合、この灰残留物のスラグ化の問題は、特に深刻である。

現在利用されているガス化システムの別の問題は、ガス化プロセスの効率に関連する。このプロセスの効率は、しばしば、ガス化室内の空気の低い温度によって低下される。この効率と炭素転換率は、しばしば、ガス化システム内の空気の温度及びその他の可変の動作パラメーターによって不利な影響を受ける。

更に、典型的なガス化システムの別の試みは、ガス化室内の燃焼物の滞留時間に関するものである。典型的なガス化システムは、ガス化室の固定した容量のために、ある時点における室内の固定した量の燃焼物をガス化することしかできない。単位時間当りにより多くの燃焼物をガス化するために、既存の攪拌アームの速度を増大させると、ガス化室の内容物が、より蒸発し易くなって、その結果、燃焼物又は灰をガス流に飛散して載せてしまうこととなる。更に、攪拌アームの所望の速度で、ガス化システムを動作させた場合でも、燃焼物又は灰は、しばしばガス流に飛散して載って行くこととなる。

また、現在のガス化システムでは、攪拌アームの曲がりが問題である。攪拌アームが、ガス化室内で過熱された場合、攪拌アームは、ガス化室に対して上方又は下方に曲がる傾向が有り、それは、ガス化システムの効率及び能力を低下させることとなる。

そのため、ガス化室内の排出されない場所での灰残留物のスラグ化をより良好に制御するガス化システムに関するニーズが存在する。

更に、現在利用されているガス化又は燃焼システムと比べて、効率を向上しつつ、炭素転換率がより大きなガス化システムに関するニーズが存在する。

更に、燃焼物又は灰がガス流に飛散して載るのを防止するために、攪拌アームの速度を遅くした場合でも、従来のガス化システムで得られる燃焼物の滞留時間を維持することができるガス化システムに関するニーズが存在する。また、燃焼物又は灰がガス流に飛散して載ること無く、所定の時間間隔内により多くの燃焼物を処理することができるガス化システムに関するニーズが存在する。

最後に、攪拌アームに損傷を与える可能性を低減又は解消したガス化システムに関するニーズが存在する。

以上に対して、この発明の実施形態の対象は、効率と炭素転換率を向上して改良したガス化システムを規定することである。

この発明の実施形態の別の対象は、ガス化システム内の灰残留物のスラグ化を低減する、或いは防止するガス化システムを規定することである。

この発明の実施形態の更に別の対象は、ガス化プロセスの柔軟性を高めたガス化システムを規定することである。

この発明の実施形態の更に別の対象は、燃焼物の滞留時間を維持しつつ、攪拌アームの回転速度を低下させることができるガス化システムを規定することである。

この発明の実施形態の更に別の対象は、ガス流に燃焼物又は灰を飛散して載せること無く、ガス化室内の燃焼物の滞留時間を維持、増大或いは低減することができるガス化システムを規定することである。

この発明の実施形態の別の対象は、ガス化室内への攪拌アームの曲がりを低減又は解消したガス化システムを規定することである。

これらの対象は、以降において明らかとなるその他の対象及び利点と共に、以下でより完全に記載する、或いは請求項に挙げる通り、それらの一部を形成する添付図面を参照した構成及び方法の詳細な説明の中に有る。ここで、全体を通して、同じ符号は、同じ部分を示すものとする。

この発明の前述した特徴を詳細に渡って理解することができるように、一部を添付図面に図示した実施形態を参照して、上記で簡単に要約したこの発明のより詳しい記述を行う。しかしながら、添付図面は、この発明の典型的な実施形態を図示したに過ぎず、そのため発明の範囲を制限するものと考えてはならなず、この発明に関しては、その他の同等の効果的な実施形態が許容されることに留意されたい。

ガス化は、炭素を含む物質を主に一酸化炭素及び水素から成る合成ガスに変換する。この合成ガスは、例えば、電気又は蒸気を生成するための燃焼物として利用されるか、或いは石油化学又は精製産業における基本化学生成ブロックとして使用される。好ましくは、ガス化は、多くの場合に価値の低い又は価値のない供給材料を市場性の有る燃焼物及び生成物に変換することによってこれらの供給材料に価値を付加する。

ガス化システムでは、ガス化プロセスに対して熱を供給するため、燃焼物中の揮発材の限定された燃焼が発生する。固体燃焼物が、ガスに変換される時に、ガスは、例えば、ボイラー，乾燥機，炉又は溶鉱炉に点火するために燃焼されるか、エンジンに点火するために冷却、洗浄されるか、或いは更に液体燃焼物に加工される。

十分な酸素の欠乏に起因して完全燃焼又は酸化が気化中に好ましくは起きないので、ガス化プロセスは、潜在的に有害な汚染物質の生成を著しく最小限にする。可燃ガスは、バイオマス材料の「混合」で発生する。次いで生成ガスは、精確な温度で順順に燃焼されて、有害な汚染物質を最小限にするか又は低減する。このプロセスのために、ガス化は、多くの場合に廃棄物の燃焼よりも好ましい。この場合、全ての酸化又は燃焼は、単一の室内で迅速に起きる。

特許文献１及び２を引用例として、ここに完全な形で組み込む。ストック供給システムの温度冷却端部から床の上のガス化室内の中央の供給位置に放出された時に、この発明にもとづき、粒子状の供給材料が、規則的な供給速度でガス化室内に供給され、空気と混合される。粒子状の供給材料が、この床内に落下する。ガス化を促進する空気が、上のオーバーファイアの位置及び床の下のアンダーファイアの位置から供給される。機械的な掃引動作が実施されていない間に、空気のアンダーファイアの軸線方向の流入が、粒子状の材料を流動化するのに不十分な速度でゲート開口部を通じてガス化室に入る。水冷式の半径方向の掃引アームが、支持床上で回転して、ガス化の間に固体を機械的に流動化するのに十分な速度でガス化室の流動化領域を通じて粒子状の固体を収集し攪拌する。高密度の米の外皮から低密度の綿実までの異なる種類の粒子状の供給材料を収容するため、掃引アームは、好ましくは固定された支持床上の間隔を空けた高さを垂直方向に調節可能である。掃引アームの収集動作は、支持床の孔の無い周辺部の上の流動化しない収集領域に向かう遠心力により、粒子状の供給材料を放射状に外方向に移動させるように誘導する。残留物排出ダクトが、収集領域内の１つ又は複数の位置の支持床の孔の無い部分に連結されている。回転させて灰残留物を収集領域から残留物排出ダクト内に移動させるため、材料移動パドルが、掃引アームの半径方向の外側端部に連結されている。

上述した設備の操作は、供給位置を通過して、上の排気ダクトに流れるガス状の排気を生み出す。この排気ダクトは、排気をボイラー等用の加熱媒体として有効に送る。粒子状の供給材料の供給速度を制御することによって、及び支持床の上の掃引アームの垂直方向の間隔を調節することによって、排気の熱エネルギー成分を変えて異なる要求に合わせてもよい。更に、灰残留物の処分に対する市場の異なる要求に合わせるため、リミット間のアンダーファイアの空気流入速度を調節することによって、及び掃引アームの速度を調節することによって、灰残留物の炭素成分を変えてもよい。

アンダーファイアの空気の流入は、支持床の下にある流入区画内の円部分によって分離された少なくとも２つの流れから固定された支持床の孔部分を通じて誘導される。２つの流れの流入速度が、独立した空気バルブを通じて異なるレベルで選択される。その結果、供給位置の下に整合された放射状内部空気流入領域が、上向きの流入の流れをその他の流入領域の速度より速い速度で誘導する。

図面を詳細に参照する場合、図１は、一般に符号１０で付記したこの発明のシステムを実現するための一般的な装置を示す。固体廃棄物が、投下端部１４を有する貯蔵ホッパ１２内に貯蔵されている。微粒子の供給材料が、この投下端部１４からホッパに取り付けられたオーガー式コンベヤ１６に入る。このコンベヤ１６は、駆動機構、好ましくは可変速度モータ１８によって駆動されて、供給材料を一般に矩形断面の重力ダクト２０の上の入口に送る。このダクト２０の下の供給端部は、流量計２２の筐体に連結されている。供給材料が、流量計２２を通過して回転式の計量器２４に入る。流量計２２は、供給材料の重量流れ速度を測定するために設計された商業的に入手可能な衝撃ラインタイプであり、このような測定を示す電気信号を生成する。したがって、供給機構２６用の重量流れ供給速度をほぼ一定に維持するため、流量計２２の信号出力は、可変速度モータ１８の駆動を制御するために使用される。回転式の計量器２４は、従来の技術で周知であり、ここではガスの停滞を阻止するために利用される。

送出機構２６は、駆動機構、好ましくは可変速度モータ２７によって駆動され、ガス化室機器２８内へ延在している。ガス化生成物は、ガス化室機器の上端部から排出ダクト３０を通じて排気されるガス廃棄物及びダクト３２を通じて下端部から引き出される灰残留物を含む。ガス化を促進する空気が、上端部のオーバーファイア流入ダクト３４及び下端部のアンダーファイア流入ダクト３６を通じて供給される。アンダーファイアの流入は、好ましくは空気流入制御弁３７，３９によって２つの流入経路間で分岐される。空気が、好ましくは２つの異なる速度でこれらのバルブを通じて機器２８に入る。供給材料集塵機構３８が、機器２８に連結し、駆動機構、好ましくは可変速度モータ４０による駆動のため機器２８の下端部から延在している。機構３８は、調節装置４１で操作される適切な出力を通じて好ましくは垂直方向に調節可能である。ピストン式調節ロッド４３が、この調節装置４１から延在している。

装置１０に連結されているシステムが、図６中に示されている。微細粒子の供給材料が、ホッパ１２からガス化室機器２８に流れる。点火器４２が、このガス化室機器２８に連結されている。また、上述した収集駆動モータ４０が、ガス化室機器２８に連結されていて、オーバーファイア流入ダクト３４及びアンダーファイア流入ダクト３６を通じてそれぞれ空気を供給するブロワ−４４，４６に連結されている。流量計２２の信号出力が、好ましくは画像ディスプレイ４８に入力され、入力としてコンピュータ５０に入力される。入力データも、調節器５２からコンピュータ５０に入力される。ガス化室内への供給材料の調節された均一な重量流れ速度を維持するため、このコンピュータは、供給材料ドライブ１８〜２６を制御する出力を生成する。ブロワ−４６からのアンダーファイア流入速度，掃引アームの垂直隙間及び掃引アームの回転速度も、バルブ制御部５３，モータ４０及び収集高さ調節制御部５５を通じてコンピュータによって制御される。したがって、この発明の実施形態にしたがって供給速度，アンダーファイアの空気の流入速度及び収集の高さ及び速度を制御するため、利用される場合に、コンピュータがプログラミングされる。

図１，２では、送出機構２６が、ガス化室機器２８の筐体５６の外部のモータ２７によって駆動されるオーガー式コンベヤ５４を含む。コンベヤ５４は、空気流路５８及び外部水ジャケット６０によって包囲されている。空気流路５８及び外部水ジャケット６０は、コンベヤ５４と共に筐体５６内に延在して、固定された水平支持床６４の上の筐体５６によって包囲されたガス化室６２の高温環境内のコンベヤを冷却する。断熱被覆６１が、好ましくは外部水冷却ジャケット６０上に形成されている。このジャケット６０は、オーガー式コンベヤ５４の放出終端部６６を超えて軸線方向に延在して、筐体５６の垂直な縦軸線にほぼ整合したガス化室内の中心の供給位置に混合スペース６８を形成する。冷却流路５８が、混合スペース６８内に開口している。その結果、管路７０を通じて筐体の外部から供給された空気が、スペース６８内に放出されて、コンベヤ５４の供給終端部６６から放出された微細粒子の供給材料と混合される。水を流入路７２と排出管路７４との間で循環させるため、ジャケット６０の環状の水のスペースが、その内部端部で閉じられている。したがって、コンベヤ５４を冷却する空気及び水は、支持床６４に向かう減速された重力作用の降下に対する気体状のガス化生成物の熱的な上昇流にある比較的熱い中央の位置で空気と微細粒子の固体の混合物を放出する機能を連続的に可能にする。

スペース６８は、床上に落ちる前に粒子を空気と混合するだけではなくて、オーガー式コンベヤ５４内への逆流を阻止し、コンベヤ５４からの供給が中断された時に、流路５８からの空気の連続流によって放出終端部を洗浄する。

図２に示すように、支持床６４は、筐体５６の底部７８の上方に設置されて成るガスを分配するためのプレート７６と、プレート７６に固定された耐火プレート８０とを備えている。又、２つの流入領域８４ａ，８４ｂに区画されたアンダーファイア室の上方において火格子を形成するために、プレート７６の多孔部には１つ又は複数の孔８２が穿設されており、穿設された孔８２が互いに近接して設けられていることが望ましい。尚、前述のように、アンダーファイアの空気は、空気流入制御弁３７，３９を通って流入領域８４ａ，８４ｂへ導入される。以上のことより、ブロワで加圧されたアンダーファイアの空気が円形仕切板８５で２つの流れに分岐され、それぞれの流れが異なった流速で火格子の孔８２を通って上方に向けられていると好ましい。

図２の２点鎖線で示すような床８７を形成する粒子状物質は、ガス化プロセスにおいて集塵機構３８により機械的に流動化される。ここで、集塵機構３８は、ローター部分８８から流動化領域を通って延びる半径方向の掃引アーム８６を備えており、ローター部分８８は、シールされた軸受９０で軸支されて筐体５６に対して垂直な軸まわりに回転する。尚、掃引アーム８６は、これとプレート７６との間隔が調節可能に形成されていてもよい。又、ローター部分８８は、ギヤ９２を備えており、可変速モータ４０と連動できるよう筐体５６の外部へ延設されていることが望ましい。管路９４は、ローター部分８８及び掃引アーム８６の中を同心状に延びて、リターン流路９６及び環状の流入路９８を形成しており、これらリターン流路９６及び流入路９８は、マニホールド１００，１０２を介してそれぞれ冷却液の排出管１０４及び流入管１０６に連通している。又、掃引アーム８６中を延びる管路９４の終端部１０８は、掃引アーム８６の半径方向の外端に設置された中空のパドル１１０内に向かって開口している。パドル１１０内部が、掃引アーム８６及びパドル自体の冷却のために環状の流入路９８と接続されていると好ましい。

パドル１１０は、支持床６４の半径方向の外端部、即ち、孔の無い部分１１２の上方に設置され、これにより流動性のない堆積領域が形成される。集塵機構３８のローター部分８８による掃引アーム８６の回転は、ガス化プロセスにおける粒子状物質を流動化するだけではなく、遠心力による支持床６４の環状の孔の無い部分１１２上に位置する流動性のない堆積領域へ向かう半径方向外方への粒子状物質の移動をも生じさせることは明らかであり、それ故、灰残留物は、支持床６４の孔の無い部分１１２上に堆積し、図３及び図４に示しているように、パドル１１０が回転する度に残留物の排出ダクト３２の流入終端部１１４へと移動させられる。又、水冷ジャケット１１６は、図４に示すように排出ダクト３２に周設され、排出ダクト３２は、その流入終端部１１４において支持床６４の孔の無い部分１１２と接続されている。更に、流入終端部１１４は、支持床６４の孔の無い部分１１２上の灰残留物を下方へ送出するために、その上方で周期的な運動をするパドル１１０と一直線を成して形成されている。

この発明の上記実施形態に係る構成によれば、供給物が高い無水ケイ酸含有量を有しているにも拘わらず、排気ガス中のフライ灰含有量と研磨性が最小化される。又、排気ガス中のフライ灰含有量は、床８７の半径方向外側下方に位置する半径方向外側の流入領域８４ｂを通る比較的低速度のアンダーファイアからの流入によって更に低下するとともに、攪拌により分散させられる。床８７の中心部は、中央の供給位置と並んだ位置に有るために、好ましくは最大の高さを有しており、床８７の半径方向内側に位置する流入領域８４ａと上下に並んで位置し、流入領域８４ａにおいては、比較的高速度の一次空気が流入する。前述のようなアンダーファイアの空気の区画分けによって、特に綿の種子のような軽い供給物のガス化を実現する際に重要なフライ灰削減効果が達成される。

例えばもみ殻のような比較的重い供給物を処理する際には、効果的なガス化のために、掃引アーム８６の攪拌速度及びプレート７６からの高さをそれぞれ動作可能な上限である毎分７．５回転及び１３＋１／２インチとしてもよい。一方、例えば綿の種子のような比較的軽い供給物を処理する際には、この発明の実施形態に従って、掃引アーム８６の高さを動作可能な下限である５＋１／２インチとするのが好ましい。尚、比較的軽い供給物を処理する際、パドル１１０の幅及び高さを大きく採ることで、灰残留物の回収性を高める効果があることが分かっている。以上説明した掃引アーム８６の攪拌速度及び高さ、パドル１１０の寸法及びアンダーファイアの流入領域における流入速度を含む種々のパラメータは、色々な形で灰残留物のカーボン含有量にも影響し、又、これらパラメータは、得るべき生成物の質及び供給物の特性の多様な組み合わせに合わせて適当に調節し得る。

図７〜９に示した他の実施形態において、掃引アーム８６又は攪拌アームは、その表面に、ガス化室内で支持床６４の外周（及び排出ダクト３２の上方にある流入終端部１１４）に向かう灰残留物の押進を促進させるための１つ又は複数のブレード１５０或いはディフレクタを備えている。又、ブレード１５０は、支持床６４の外周へ燃焼物を押進させることにより支持床６４上における燃焼物のスラグ化を防止し、これによりプロセス効率の向上及び支持体６４上の燃焼物の増加によるプロセスの停止の予防が図られる。

１つ又は複数のブレード１５０は、攪拌アーム８６に適合させることが可能であり、攪拌アーム８６が全体的に丸い金属パイプから成っていると好ましい。攪拌アーム８６及びブレード１５０は、必ずではないが、３０４ステンレス鋼のような耐熱ステンレス鋼から成っていることが望ましい。

他の実施形態においては、ブレード１５０は、攪拌アーム８６と一体として１つの鋳型で鋳造される。更に他の実施形態においては、ブレード１５０は攪拌アーム８６と分離されて、例えばボルトやねじのような一つ以上の締結部材をブレード１５０と攪拌アーム８６に配備するか、或いはブレード１５０と攪拌アーム８６の連結箇所を溶接することによって、操作可能な形で接続される。

間隔をあけて斜めに配置された複数のブレード１５０を攪拌アーム８６の周囲に設置して、それと操作可能な形で接続するのが最も好ましい。ブレード１５０は、約２インチの間隔で設けられるのも好ましいが、これを約１＋１５／１６インチの間隔とするのが最も好ましい。更に、１９個のブレード１５０が約２フィート＋（１０＋１／８）インチに亘って間隔をあけて攪拌アーム８６に設置されるのも好ましい。上記のブレード１５０が攪拌アーム８６に設置される間隔或いは長さは単なる例にすぎず、この発明を制限するものではない。むしろ、この発明の実施形態に合わせて、ブレード１５０の間隔と攪拌アーム８６上のブレード１５０の数を自由に選択し得るものである。

攪拌アーム８６がガス化室２８内で回転する際、１つ又は複数のブレード１５０は、灰残留物のディフレクタとして機能する。最大限の灰残留物の排出を達成するために、図７に明確に示すように、ブレード１５０が攪拌アーム８６の中心軸Ｃに直交する垂線Ｐに対して角度Ａをもって設置されるのが好ましい。前記角度Ａは、約３５°であるのが最も好ましいが、垂線Ｐに対する角度は、この発明の様々な実施形態について自由に選択し得る。

図９に示すように、各ブレード１５０は、幅Ｗ、長さＬ及び厚さＴを有している。ここで、幅Ｗは３＋３／８インチ、厚さは３／８インチとするのが望ましい。一つの実施形態においては、図８及び図９に示すように、各ブレード１５０が切取部分１５５を有している。この実施例において、各ブレード１５０の切取部分１５５は攪拌アーム８６の外径と操作可能な形で接続されている。切取部分１５５は、ブレード１５０が攪拌アーム８６と操作可能な形で接続されている場合に、垂線Ｐに対して角度Ａでブレード１５０を配置することができるように形成されていると好ましい。

図８に示すように、ブレード１５０が攪拌アーム８６上に位置するとき、ブレード１５０の最下部は耐火プレート８０の上方に位置している（図２参照）。このとき、ブレード１５０の最下部と耐火プレート８０の最上部とのクリアランスは、約１／２インチであることが望ましい。ブレード１５０の最下部と耐火プレート８０の最上部との最小限のクリアランスが約１／４インチであることが望ましい。

ところで、ガス化室２８内での攪拌アーム８６における、或いはその近傍における温度を検知するために、１つ又は複数の温度センサ装置を攪拌アーム８６或いは支持床の孔の無い部分１１２上に設置してもよい。温度センサ装置は、熱電対であるのが望ましいが、熱電対の代わりにその他の公知の温度センサ装置を用いてもよいし、熱電対に加えてその他の公知の温度センサ装置を用いてもよい。

温度センサ装置が含まれる場合、コンピュータ５０は、例えば供給量、掃引の高さ、流入速度制御、アンダーファイアのブロワー４６および／またはオーバーファイアのブロワー４４の温度等を調節することにより、熱電対での温度の読みに従って、ガス化室機器２８の内外でのパラメータを自動的に変更しかつ最適化するためにプログラムされるのが好ましい。攪拌アーム８６の下方に配置された燃焼物の融解温度（以下" Ｔ_f" ）は、コンピュータ５０により計算され、燃焼物の温度は燃焼物のＴ_fより低い温度でガス化室機器２８のパラメータを最適化するコンピュータ５０により維持される。Ｔ_f未満で攪拌アーム８６の下方の燃焼物の温度を維持することにより燃焼物のスラグ化を防止することができる。従ってガス化プロセスの効率が増大するのに役立つ。

攪拌アーム８６はガス化室機器２８の内径の回りで可動であるのと同様に中心軸Ｃを中心にして回転可能であるのは任意である。さらに攪拌アーム８６が中心軸Ｃを中心にして回転すると、燃焼物はガス化室機器２８内で流動化し、燃焼物はガス化室機器２８の周辺に向かって流動する。

図１０は攪拌アーム８６の代替え的実施形態を示す。この実施形態において、攪拌アーム８６はその中に一つあるいはそれより多くの孔１６０を備えている。孔１６０は図１０においては形状が円形であるように示してあるが、孔１６０は攪拌アーム８６を流れる多量の流体を分配できる如何なる形状であってもよい。

この孔１６０は、攪拌アーム８６のパイプに渡って間隔をおいて設けられた多数の孔であるのが好ましく、攪拌アーム８６を冷却するための攪拌アーム８６を流れる流体を分配するのに利用されている。攪拌アーム８６を通って分配される流体は、蒸気であるのが好ましく、約１７５〜２００°Ｆの温度で攪拌アーム８６を通って分配されるのが最も好ましい。蒸気は攪拌アーム８６を通って蒸気分配通路の中を移動した後孔に入る。蒸気源はガス化室機器２８の外部に配置されているのが好ましいが、蒸気源がどの位置にあってもよい。

攪拌アームの孔１６０を介して蒸気を供給することにより、過熱のせいで攪拌アーム８６の作動が非効率的あるいは不適切になるのを防ぐ。蒸気の分配をしないと、攪拌アーム８６は過熱時にガス化室機器２８に対して上方および／または下方へ曲がる可能性がある。さらに、攪拌アームの孔１６０を介して蒸気を供給することにより、スラグ化を防止するための床温度の冷却が促進され、かつ燃焼物内の炭素が一酸化炭素に効率的に転換することが促進される。

さらに上記熱電対は攪拌アーム８６の温度を検知するために利用されてもよく、コンピュータ５０は、所望のあるいは最適な攪拌アーム８６の温度を維持するために、孔１６０を流れる蒸気の分配を選択的に信号制御するように設定されていてもよい。（ガス化室機器２８内部での攪拌アーム８６の屈曲／曲がりを防ぐための）最適な攪拌アーム８６の性能を引出すために、攪拌アーム８６は約３００°Ｆよりも低い温度で維持されるのが最も好ましい。

上記実施形態のいずれにおいても、蒸気がプレナム室内のアンダーファイア空気領域内へ射出されるのは任意選択であってもよい。各領域内へ射出される蒸気量が領域毎に規定されると、燃焼物内の炭素の一酸化炭素への転換は増大し、燃焼物床の冷却は促進することができる。

上記実施形態のいずれにおいても、付加的な攪拌アーム８６をガス化室機器２８に加えることができる。付加的な攪拌アーム８６をガス化室機器２８に加えることにより、攪拌アーム８６の移動速度は燃焼物の滞留時間を犠牲にすることなく、かつ燃焼物／灰のガス流内へ飛散して載せることを引き起すことなく減少する。特に排他的にではないが、オリーブ廃棄燃焼物はガス化室機器２８周囲に配置される攪拌アーム８６の数を増やすことにより利益を得ることができる。

二つの攪拌アーム８６がガス化室機器２８と一緒に利用されるが、一方の攪拌アームは他方の攪拌アームから約１８０°のところに配置されるのが一般的である。他の実施形態において、複式攪拌器は四つの攪拌アーム８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃ及び８６Ｄを備えており、これらのアームは図１１に示すようにガス化室機器２８内で互いに約９０°おいて設けられている。複式攪拌器は約２４フィートの直径を有するガス化室機器２８内で利用されるのが好ましい。複式攪拌器を利用する場合、少なくとも四つの間隔をおいて設けられた灰回収部１１４が支持床６４内に配置され、ガス化室機器２８内の残留灰が灰回収部１１４を通って適切に投棄可能になる。しかしながら、任意の数の灰回収部１１４を支持床６４に配備してもよい。

複式攪拌器が一つ又はそれ以上の攪拌アーム８６Ａ〜Ｄ上に一つ又はそれ以上のブレード１５０を備えているのは任意選択である。更に、複式攪拌器が図１０に関連して示すか又は記載した蒸気分配システムを備えていることは任意選択であり、および／または上記に記載したような熱電対又は他の熱検知装置を備えていることは任意選択である。複式攪拌器の代わりに、任意の数の攪拌アームが他の攪拌アームに対して任意の角度で設けられ、かつ任意の間隔をおいて設けられているのはこの発明の実施形態の範囲内にある。灰回収部１１４の数が利用される攪拌アーム８６の数と同じであるのは好ましいが、また任意の数の灰回収部１１４が支持床６４に配備されるのは実施形態の範囲内にある。

上記の実施形態のいずれにあっても、一つ又はそれ以上の半径方向に対して間隔をおいて設けられた流入領域を流れるアンダーファイアの空気流は、アンダーファイアの空気に対して付加的蒸気により予加熱されてもよい。アンダーファイアの空気の予加熱によりガス化プロセスの効率は上がる。アンダーファイアの空気を予加熱することに加えて、一つ又はそれ以上のプレナム室の領域内へ排出された蒸気によりガス化プロセスの効率は上がる。

更に上記の実施形態のいずれにあっても、一つ又はそれ以上の熱電対又は他の熱検知装置は、攪拌アーム８６の下方の温度を決定するために支持床６４の下方の一つ又はそれ以上の室８４ａ，８４ｂ内に設けられていてもよい。ブレード１５０間の選択的熱電対に関連して上記に記載したように、室８４ａ，８４ｂ内に設けられた熱電対はその場所の温度を検知し、その場所の温度を示す信号をコンピュータ５０に送る。続いてコンピュータ５０は設備の様々な操作に対して信号を送り、ガス化プロセスを最適化するために一つ又はそれ以上の作動パラメータを変更する。熱電対は支持床６４上の燃焼物温度を監視するために利用され、過熱によるスラグ化とその結果として起こる支持床６４上の燃焼物の硬化を防止する。

上記実施形態により、ガス化室内における床上での燃焼物のスラグ化を減少させるか又はなくすことによって効率的でかつ最適なガス化プロセスが得られるのは有利である。更に上記実施形態により、ガス化室内の床温度を制御することによって、及び攪拌アームの温度を制御することによって効率的でかつ最適なガス化プロセスが得られるのは有利である。

ガス化設備と共に利用されるバイオマス燃焼物の実例とは以下のもの、すなわち稲籾殻、稲わら、チキンリター、グリーンバーク、大鋸屑及び切れ端、ピート、麦わら、コーンコブ及び刈り株、ピーナッツ籾殻、処理済みの都市型固形廃棄物（ＲＤＦ）（綿毛、薄片、ペレット）, 石油コークス, コットンジンウェイスト、コットン種子籾殻、低級石炭、木屑、農業残留物、製紙スラッジ、廃水処理スラッジ、又は上記のいずれかの組合わせである。ガス化装置はバイオマス燃焼物を使用し、例えば以下のもの、すなわち乾燥キルンの直焚き用熱、使用又は販売用の電気を発生させるための蒸気、工業プロセスで使用するための熱、Ｉ／Ｃエンジン／ガンセット用熱、発電用ボイラの複合燃焼用ガス、サーマルオキシダイザーの直焚き用熱を発生させ、および／または廃棄物の廃棄コストが安くなる。

上記の説明において、バイオマスは、バイオマスガス化が廃棄物を再利用する好ましい方法であるにもかかわらず、ガス化よりも燃焼又は焼却を受けている。

上記のことはこの発明の実施形態に向けられたものであるが、この発明のその他の及びこれ以上の実施形態は基本となる範囲から離れることなく考案することができ、その範囲は従属する請求項により決定される。

この発明のシステムと関連した設備の簡略化した側方立面図図１に図示した設備の部分的に拡大した側方断面図図２の断面線３−３で示した面での概略の部分断面図図３の断面線４−４で示した面での部分的に拡大した概略の断面図図２の断面線５−５で示した面での概略の部分横断面図この発明のシステムを制御に関して模式的に図示したブロック図図１と２の設備で使用可能な攪拌アームの側方立面図図７の攪拌アームの部分断面図図７と８の攪拌アームで使用可能な攪拌ブレードの分解図図１と２の設備で使用可能な攪拌アームの代替実施形態の部分断面図設備内の攪拌アームを図示した、図１〜５の設備の代替実施形態の横断面を下向きに見た図

３−３断面線
４−４断面線
５−５断面線
１０この発明によるシステム
１２ホッパ
１４送出部
１６オーガー式コンベヤ
１８モータ
２０ダクト
２２流量計
２４回転式計量器
２６送出機構
２７（速度可変）モータ
２８ガス化室機器
３０排出ダクト
３２排出ダクト
３４流入ダクト
３６流入ダクト
３７空気流入制御弁
３８集塵機構
３９空気流入制御弁
４０速度可変モータ
４１調節装置
４２点火器
４３ピストン式調節ロッド
４４ブロワー
４６ブロワー
４８画像ディスプレイ
５０コンピュータ
５２調節器
５４オーガー式コンベヤ
５５掃引する高さの調節制御部
５６（ガス化室の）筐体
５８空気流路
６０水ジャケット
６１耐火断熱被覆
６２ガス化室
６４支持床
６６オーガー式コンベヤの終端部
６８混合スペース
７０管路
７２管路
７４管路
７６プレート
７８底部
８０耐火プレート
８２孔
８４流入領域
８４ａ流入領域
８４ｂ流入領域
８５円形仕切板
８６掃引アーム
８６Ａ攪拌アーム
８６Ｂ攪拌アーム
８６Ｃ攪拌アーム
８６Ｄ攪拌アーム
８７床
８８ローター部分
９０軸受
９２ギヤ
９４管路
９６リターン流路
９８流入路
１００固定マニホールド
１０２固定マニホールド
１０４冷却液排出管
１０６冷却液流入管
１０８管路９４の終端部
１１０中空パドル構造
１１２孔の無い部分
１１４流入終端部（灰回収部）
１１６水冷ジャケット
１５０ブレード
１５５切り取り部分
１６０孔
Ａ角度
Ｃ中心軸
Ｌ長さ
Ｐ垂線
Ｔ厚さ
Ｗ幅

Claims

一つ以上の材料をガス化して、一つ以上の生成物を生成することができるガス化室と、
このガス化室内に配置され、ガス化室中を移動可能である、ガス化中に一つ以上の材料を流動させるための少なくとも一つの移動可能な攪拌アームと、
この少なくとも一つの攪拌アームの外周に操作可能な形で接続された一つ以上のブレードと、
を有する一つ以上の材料をガス化するためのガス化システム。
当該の一つ以上のブレードが、当該の一つ以上の材料をガス化中に十分に流動させるように計算された角度で配置されており、この角度が、当該の少なくとも一つの攪拌アームの中心軸の垂線に対する角度である請求項１に記載のガス化システム。
当該の角度が、約３５°である請求項２に記載のガス化システム。
各ブレードの上方部分が、各ブレードの下方部分よりも、攪拌アーム支持部から更に外側に配置されている請求項１に記載のガス化システム。
当該の一つ以上のブレードが、当該のガス化室内で一つ以上の材料を一層流動させるように、当該の少なくとも一つの攪拌アームが、更にその中心軸の周りに回転可能である請求項１に記載のガス化システム。
当該の一つ以上のブレードが、少なくとも一つの金属から構成されている請求項１に記載のガス化システム。
当該の一つ以上の攪拌アームが、ほぼ円筒形である請求項１に記載のガス化システム。
当該の一つ以上の攪拌アームが、複数の孔を有し、それらを通して蒸気を送ることが可能である請求項１に記載のガス化システム。
少なくとも三つの攪拌アームを有する請求項１に記載のガス化システム。
一つの場所における当該の一つ以上の材料の温度を検出するために、当該の一つ以上の攪拌アームの近くに、少なくとも一つ以上の温度検知器を更に有する請求項１に記載のガス化システム。
当該の少なくとも一つ以上の温度検知器が、少なくとも一つの熱電対である請求項１０に記載のガス化システム。
当該の少なくとも一つ以上の温度検知器が、当該のガス化室内のパラメータを監視及び最適化するためのコンピュータと操作可能な形で接続されている請求項１０に記載のガス化システム。
その中に燃焼物支持床を備えたガス化室と、
この燃焼物支持床上で一つ以上の材料を回転して分散させるために、この燃焼物支持床上に配置された少なくとも四つの攪拌アームと、
この燃焼物支持床内に間隔を空けて配置された、そこを通して一つ以上の材料を回収するための少なくとも四つの灰回収口と、
を有する一つ以上の材料をガス化するためのガス化システム。
当該の少なくとも四つの攪拌アームの中の少なくとも一つを通して、この少なくとも一つの攪拌アームを冷却するための蒸気を送るための一つ以上の孔を更に有する請求項１３に記載のガス化システム。
当該の少なくとも四つの攪拌アームの中の少なくとも一つの外周に操作可能な形で接続された一つ以上のブレードを更に有する請求項１３に記載のガス化システム。
当該の一つ以上のブレードが、当該の少なくとも四つの攪拌アームの中心軸の垂線に対して傾斜している請求項１５に記載のガス化システム。
一つ以上の攪拌アームを中に配置したガス化室を配備し、この少なくとも一つの攪拌アームの外周には、一つ以上のブレードを、この少なくとも一つの攪拌アームの中心軸に対して或る角度を持って操作可能な形で接続することと、
この少なくとも一つの攪拌アームをガス化室中を回転して移動させて、この少なくとも一つのブレードが、一つ以上の材料をガス化室の外周の方に逸らせるとともに、分散させることと、
を有する一つ以上の材料をガス化するための方法。
当該の少なくとも一つの攪拌アームを冷却するために、当該の少なくとも一つの攪拌アームを通して蒸気又は水を送ることを更に有する請求項１７に記載の方法。
当該のガス化室内のガス化を支援するために、予熱した空気を下方から供給することを更に有する請求項１７に記載の方法。
当該のガス化室内における一つ以上の材料の分散を最適化するために、当該の一つ以上のブレードの角度を変化させることを更に有する請求項１７に記載の方法。
炭素転換率と燃焼物床の冷却を最適化するために、当該のガス化室の一つ以上の領域に蒸気を選択的に注入することを更に有する請求項１７に記載の方法。