JP2011516242A - 加圧容器内に供給するバイオマス搬送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】非常に多くの様々な種類のバイオマスを、加圧された容器内に簡単な搬送装置で導入することにある。
【解決手段】バイオマスのような不均質固形物質を加圧容器内に導入することは困難である。従来から使用されているロータリバルブおよびエアロックは大きい欠点を有している。標準型のスクリュウコンベアを使用することは、加圧容器からのガスが、螺旋スクリュウの後ろに形成されるキャビティ内に逃散してしまうという事実からこれまで失敗してきた。これらの欠点は、スクリュウコンベアパイプ６内に２つの独立的に制御できるスクリュウを配置することで解決される。モータ１２により駆動される一次スクリュウとモータ１１により駆動される二次スクリュウとの間で、バイオマスは、両モータ１１、１２の回転速度の差により生じる高圧により圧密され、これにより、ほぼ完全な気密性を有する塞栓体１３が形成される。本発明は、合成ガスの製造のために、加圧されたガス化装置内にバイオマスを導入するのに特に良く適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、非常に大きい圧力が加えられた容器内にバイオマスを供給する方法および装置に関する。有利な用途は、合成ガスの製造のために、圧力が加えられているガス化装置内にバイオマスを導くことである。
合成ガスの製造のためのガス化システムでは、システムを２〜１００バール、好ましくは１２〜４０バールの高圧で作動させることが本来的に望まれている。このことは、特に、合成ガスが他の製品を形成すべく更に処理される工業用システム、および合成ガスまたはその後の製品が、加圧されたパイプ網に供給されるか、タービンで燃焼されることを目的とする工業用システムについて当てはまることである。
今日、非常に大きい圧力を用いるバイオマスガス化システムは、ロータリバルブまたはエアロックのいずれかを用いており、このシステムでは、一体化された搬送スクリュウが、いかなる圧力勾配も生じさせることなく、バイオマスをロックからガス化装置へと搬送する。従来技術として、下記非特許文献１に開示されたものがあり、該非特許文献１の第５４〜５９頁、および第７２〜７３頁の表２〜７に関連技術が記載されている。
入口と出口との間の全セクションに亘ってスクリュウが延びている標準スクリュウコンベアは、一般に、一部分のみが充填されるに過ぎない。したがって、加圧された容器からのガスが、搬送方向に対して逆流してしまう。このスクリュウコンベアが完全に充填された場合でも、圧密された搬送物質が螺旋スクリュウの後ろにキャビティを形成し、該キャビティ内にガスが逆流してしまう。
カールスルーエ・リサーチセンター（Karlsruhe Research Centre、Forschungszentrum Karlsruhe（英、独訳））では、バイオマスをポンプ圧送できる流体に変換する「バイオリク（Bioliq）」という名称の方法が開発されており、この方法は、下記特許文献１に開示されている。この方法は、このようにして作られた流体を高圧に抗して搬送することを可能にするが、この長所は、流体を作るための高額な費用により相殺されてしまう。
また、蒸気発電所で熱を発生させるため、僅かに高い圧力を受けて作動される流動床中に褐炭を導入する関連分野で、２バールより高い圧力を受ける容器内にバイオマスを搬送するための何らかの移動を行うことも不可能である。この例として、下記特許文献２に開示されたパイプチェーンコンベア、または下記特許文献３に開示されたピストンコンベアがある。
ドイツ国特許ＤＥ １０ ２００４ ０１９ ２０３ Ｂ３号公報 ドイツ国特許ＤＥ １９８ ４３ ２５５ Ａ１号公報 ドイツ国特許ＤＥ ４４ ３１ ３６６ Ａ１号公報
「バイオマスのサーモ−ケミカルガス化の分析および評価（Analysis and evaluation of thermo-chemical gasification of biomass）」（"Renewable raw materials"シリーズ、Volume29、Landwirtschaftsverlag GmbH, Muenster (2006)）
本発明の目的は、非常に多くの様々な種類のバイオマスを、加圧された容器内に簡単な搬送装置で導入することにある。
上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の方法および装置により達成される。本発明の有利な実施形態は請求項２〜１０に記載されている。
バイオマスは、非常に複雑な原料である。例えば、合成ガスへの熱化学的ガス化の場合には、下記のものが考えられる。
・例えば、おが屑および木片等の異なる含水量およびかなり異なる性質（Beschaffenheit）をもつ木材、
・新鮮マスとして、サイロに貯蔵され、粗い粒子または細かい粒子にプレスされまたは乾燥されたエネルギ植物、
・固体バイオマスと混合されたオイル、
・穀物および繊維、
・あらゆる種類の食品および食品工業からの廃棄物、および
・畜産廃棄物
バイオマスは、均質物質としてまたは可能な限り広範囲の物質混合物として、大きい圧力に抗してスクリュウコンベアにより搬送すべきである。
請求項１に記載の発明によれば、回転速度を別々に制御できる２つのスクリュウコンベアを直列に前後に配置することにより、加圧チャンバ内へのバイオマスのセルフシーリング供給が達成される。これにより、バイオマスは、ほぼ完全な気密性を有するバイオマスの塞栓体（gas-tight plug、gasdichter Pfropfen（英、独訳））が形成されるようにして、２つのスクリュウコンベアの間のスペース内で圧密される。１つの搬送スクリュウを備えたシステムとは異なり、本発明による２スクリュウシステムでは、塞栓体内の圧力は、下流側スクリュウの回転速度により制御される。本発明による装置は横断面を大きくすることができるため、大きい塊のバイオマスを導入するときでも詰まりまたは漏れを低減できる。したがって、非常に異なる特性をもつバイオマスを送り込むこともできる。
請求項２に記載の発明のように、２つのスクリュウコンベアは、パイプ内で軸線方向に前後に配置されることが有利である。これにより、多くの種類のバイオマスで問題であった搬送流の曲りを解消できる。
請求項３に記載の発明によれば、２つの搬送スクリュウの間にいかなる搬送要素も設けられていないセクションが設けられているので、シーリング塞栓体が容易に形成される。これにより、長いシーリングストレッチを形成でき、これは大きい乾燥バイオマスにとって特に有利である。
請求項４に記載の発明によれば、一次スクリュウコンベアは、スクリュウプレスとしても設計できる。これは、バイオマスが５０％以上の水分を含有する場合に特に有利である。
請求項５に記載の発明によれば、一方のスクリュウコンベアをツインスクリュウコンベアとして設計することもできる。これにより、より高い圧力を達成でき、導入されるバイオマスを均質化しかつ粉砕することができる。
請求項６に記載の発明によれば、スクリュウパイプおよびウォ―ムシャフトを加熱することも有利である。なぜならば、これにより、バイオマスを一層容易に塑性変形でき、したがってより良いシールが得られるからである。
請求項７に記載の発明のように、搬送ストレッチの端部には分割装置を配置するのが有利である。これにより、バイオマスを、大きい圧力を受けている領域内に排出することが容易になる。
請求項８〜１０には、塞栓体の圧密効果を高めるには、バイオマスを如何に準備するかの方法が記載されている。
本発明のスクリュウコンベアを示す概略図である。
以下、図１に示す例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
バイオマス１は、例えばロータリバルブを備えたレシーバを用いてホッパ３から排出され、フランジ１４を通って搬送装置の出口２から出る。フランジ１４は、大きい圧力が加えられた容器または他の搬送装置に連結されている。バイオマス１は、最初に、スクリュウパイプ６と、ウォームシャフト５と、螺旋スクリュウ４とから形成された一次スクリュウコンベアを通って運ばれる。バイオマス１は次に、いかなる搬送要素も収容されていないパイプセクション１３を通って押される。パイプセクション１３内で形成されたバイオマスの塞栓体は、次に、スクリュウパイプ６と、ウォ―ムシャフト８と、螺旋スクリュウ９とから形成された二次スクリュウコンベア内に通される。搬送ストレッチの終時に、バイオマスは、出口２で、大きい圧力を受けているチャンバ内に落下する。搬送ストレッチの端部に受動または能動分割装置１０が配置されているならば有利であることが証明されている。
モータ１２により駆動される一次スクリュウコンベアの回転速度が、搬送キャパシティを主として決定する。モータ１１により駆動される二次スクリュウコンベアの回転速度が、搬送装置のシーリング気密性を主として決定する。圧力センサ７により測定されるパイプセクション１３内の圧力が、モータ１１により駆動される二次スクリュウコンベアの回転速度を制御する。この圧力は、搬送装置のシーリング気密性に対応する。この圧力の最も良い値は、充填ホッパ３に微量逆流するガスを分析することにより、バイオマスの種類に関連して決定される。一般に、パイプセクション１３内の圧力は、フランジ１４でのシステム圧力より高い。
本発明によれば、最も広範囲の種々のバイオマスを、高い圧力を受けているシステム内に導入できる。これは、合成ガスへのバイオマスの工業的熱化学的ガス化にとって経済的にかなり重要なことである。
したがって、再度要約するならば、本発明によれば、加圧容器内に供給するためのバイオマス搬送装置が提案される。バイオマスのような不均質な固形物質を加圧容器内に導入することは困難である。従来から使用されているロータリバルブおよびエアロックは、大きい欠点を有している。標準型のスクリュウコンベアを使用することは、加圧容器からのガスが、螺旋スクリュウの後ろに形成されるキャビティ内に逃散してしまうという事実からこれまで失敗してきた。これらの欠点は、スクリュウコンベアパイプ６内に２つの独立的に制御できるスクリュウを配置することで解決される。モータ１２により駆動される一次スクリュウとモータ１１により駆動される二次スクリュウとの間で、バイオマスは、両モータ１１、１２の回転速度の差により生じる高圧により圧密され、これにより、ほぼ完全な気密性を有する塞栓体１３が形成される。本発明は、合成ガスの製造のために、加圧されたガス化装置内にバイオマスを導入するのに特に良く適している。
１ バイオマス
２ 出口
３ ホッパ
４、９ 螺旋スクリュウ
５、８ ウォ―ムシャフト
６ スクリュウパイプ
７ 圧力センサ
１０ 分割装置
１１、１２ モータ
１３ パイプセクション
上記目的は、特許請求の範囲の請求項１および５に記載の方法および装置により達成される。本発明の有利な実施形態は特許請求の範囲の記載の従属項に記載されている。
加圧チャンバ内へのバイオマスのセルフシーリング供給が達成される。本発明の装置では、回転速度を別々に制御できる２つのスクリュウコンベアが直列に前後に配置されている。これにより、バイオマスは、ほぼ完全な気密性を有するバイオマスの塞栓体（gas-tight plug、gasdichter Pfropfen（英、独訳））が形成されるようにして、２つのスクリュウコンベアの間のスペース内で圧密される。１つの搬送スクリュウを備えたシステムとは異なり、本発明による２スクリュウシステムでは、塞栓体内の圧力は、下流側スクリュウの回転速度をより制御される。本発明による装置は横断面を大きくすることができるため、大きい塊のバイオマスを導入するときでも詰まりまたは漏れを低減できる。したがって、非常に異なる特性をもつバイオマスを送り込むこともできる。
２つのスクリュウコンベアは、パイプ内で軸線方向に前後に配置される。これにより、多くの種類のバイオマスで問題であった搬送流の曲りを解消できる。
２つの搬送スクリュウの間にいかなる搬送要素も設けられていないセクションが設けられているので、シーリング塞栓体が容易に形成される。これにより、長いシーリングストレッチを形成でき、これは大きい乾燥バイオマスにとって特に有利である。
一次スクリュウコンベアは、スクリュウプレスとしても設計できる。これは、バイオマスが５０％以上の水分を含有する場合に特に有利である。
一方のスクリュウコンベアをツインスクリュウコンベアとして設計することもできる。これにより、より高い圧力を達成でき、導入されるバイオマスを均質化しかつ粉砕することができる。
スクリュウパイプおよびウォ―ムシャフトを加熱することも有利である。なぜならば、これにより、バイオマスを一層容易に塑性変形でき、したがってより良いシールが得られるからである。
搬送ストレッチの端部には分割装置を配置するのが有利である。これにより、バイオマスを、大きい圧力を受けている領域内に排出することが容易になる。
請求項２〜４には、塞栓体の圧密効果を高めるには、バイオマスを如何に準備するかの方法が記載されている。

Claims (10)

  1. スクリュウコンベアシステムの補助により加圧容器内にバイオマスを供給する方法または装置において、スクリュウコンベアシステムが少なくとも２つのスクリュウコンベアからなり、これらのスクリュウコンベアの回転速度が独立的に制御されることを特徴とする方法または装置。
  2. 前記スクリュウコンベアは、軸線方向に前後に配置されていることを特徴とする請求項１記載の方法または装置。
  3. 前記２つのスクリュウコンベアの間に、搬送要素が設けられていないセクションが配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の方法または装置。
  4. 前記スクリュウコンベアの１つは、バイオマスから流体相を押出すスクリュウプレスとして設計されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の方法または装置。
  5. 少なくとも１つのスクリュウコンベアがツインスクリュウを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法または装置。
  6. 少なくとも１つのスクリュウコンベアが加熱可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法または装置。
  7. 前記スクウェアコンベアシステムの端部に、バイオマスの分割装置が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の方法または装置。
  8. 粗い粒子のバイオマスと細かい粒子のバイオマスとの混合物が、スクリュウコンベアシステムの入口に導かれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法または装置。
  9. 前記バイオマスは流体でどろどろに磨り潰されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の方法または装置。
  10. 前記バイオマスは予熱されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の方法または装置。
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