JP2014523811A - 廃棄物処理の改良 - Google Patents

Abstract

材料を受け取る投入口と処理済みの材料の排出口とを有する細長のプロセス管（２２）から成る、有機材料を処理するための装置及び方法が提供される。ガス搬送システムはプロセス管を介して材料を流体的に搬送する。ガス搬送システムは、プロセス管（２２）の投入端に接続された、高温高圧不活性ガスである搬送ガスの供給源を備える。制御システムは高圧不活性ガスのプロセス管（２２）への供給を制御して、１バッチの材料を管（２２）を介して搬送し、同時にそれを加熱してその中の有機物をガス化してプロセスガスを製造するようになっている。プロセス管（２２）は複数のセクションを有し、それぞれは閉鎖装置（４４）で分離され、ガス搬送手段によって材料が１つのセクションから次のセクションへ搬送される。

Description

本発明は有機成分を有する材料の処理の改良に関する。具体的には、本方法はそのような材料の半連続プロセスにおける処理の改良に関する。

材料をガス化又は熱分解して合成ガスを製造するためのバッチプロセスおよび連続プロセスは当技術分野においてよく知られている。

既知の連続法の１つは移動炉を利用するもので、このシステムにおいては、材料をメッシュ状のベルトコンベアで炉内移動させて処理を行う。ベルト上の材料が炉内を通過する際に、高温ガスが材料の間を通過する。この方法の問題点は、ベルト上にある材料の深さがプロセスに制限を与えることである。材料は堆積されており、メッシュの上の堆積された材料の中に囲まれた材料には高温ガスが接触しないために効率が低下する。処理される材料の全表面を高温ガスに曝すことが、効率的な材料処理には有利である。また、処理材料の撹拌も行われず、コンベアベルトの寿命も一般的に短い。

もう１つの既知の連続法は、回転炉を利用するものである。この方法では大きな炉が水平に対して傾斜しており、最高端部から供給又は充填された材料が重力の影響で、材料が排出される最下端に向かって移動する。炉を回転させて炉内の材料を撹拌し、高温ガス流を供給して炉中を移動する材料を加熱する。この方法の一つの問題点は、可動部が多いことである。特に、炉の全体が回転するために、常に摩耗を生じ、故障を発生させる原因となり得る。これは、広範囲の温度に対する密封を要求される両端の回転シールに関して特にそうである。更なる問題は、一般的にこれらの炉は材料の処理能力の割に大きな空間を占有することである。

連続プロセスの更なる問題としては、そこを通過する材料の完全な処理を保証するために、一般的に処理パラメータが極めて安定した水準に設定されることである。このことは、処理を必要とする材料に大きな変動、例えば水分含有量などの変動があると、問題を生じる可能性がある。

微細な有機物粒子が炉内を流れる高温ガス流に随伴される噴流床炉は、例えば日本国特許公開公報第２００９２５６４９０号明細書において周知である。

廃棄物、例えば都市廃棄物を、その表面上又は内部に高温ガスを通過させることで加熱して乾燥させることもまた周知である。そのような従来技術の例は、日本国特許出願公開平９−４２８３６号公報、ＰＣＴ国際出願ＷＯ２０１０／０２７１３８号パンフレット、及び欧州特許出願公開ＥＰ００３１９３９号明細書に開示されている。

特開２００９−２５６４９０号公報 特開平９−４２８３６号公報 国際公開第２０１０／０２７１３８号 欧州特許出願公開第００３１９３９号明細書

本発明の目的は、有機成分を有する材料を処理するための改良方法と装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、バイオマスと産業廃棄物と都市廃棄物（ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ）と汚泥とを含む有機被覆廃棄物や有機物などの材料を処理するための装置が提供される。この装置は、材料を受け取る投入口と処理済みの材料の排出口とを有する、細長のプロセス管と、その材料をそのプロセス管を介して流体搬送するガス搬送システムであって、プロセス管の投入口端部に接続された、高温高圧不活性ガスから成る搬送ガスの供給源を備える、ガス搬送システムと、そのプロセス管へのその高圧不活性ガスの供給を制御して、１バッチの材料をそのプロセス管を介して搬送すると同時にその材料を加熱してその中の有機物をガス化してプロセスガスを製造するように構成された制御システムとを備え、プロセス管は、それぞれが閉鎖装置（ｃｌｏｓｕｒｅ）で分離された複数のセクションから成り、ガス搬送手段が材料を１つのセクションから次のセクションへ搬送するように構成されている。

このように処理することで、本質的に連続なバッチプロセスが影響を受ける。これにより、バッチプロセスに関連するプロセスパラメータの変更の自由度が与えられるとともに、材料のより高い処理能力やバッチ間の休止時間のないことなどの連続プロセスの利点が与えられる。

好ましくはこの装置は、プロセス管からプロセスガスを抽出するための分離手段を更に含んでいる。

好ましくはガス搬送手段は、各セクション内の材料を次のセクションに移動させるための搬送ガスを供給するために、各セクションに結合された搬送ガス入口を含んでいる。好ましくはプロセス管の各セクションはその下流端の近くにプロセスガス出口を有する。

プロセスを管のセクションに分割することによって、各セクションのパラメータ、例えば流体抽出／添加などを独立してモニタすることが可能となる（下記を参照）。更に、各段で高温搬送ガスが導入されるので、セクションの数が多いほど、搬送ガスからの熱入力が大きくなる。

装置は搬送ガスの圧力を増加させるための搬送ガス圧縮機を更に備えており、搬送ガスの膨張によってプロセス管内の材料を移動させる。

搬送ガス圧縮機は、搬送ガスを受け取るための、内部にピストンを有する圧縮チャンバと、そのチャンバ内のガスを圧縮するためにチャンバ内のピストンを移動させるアクチュエータとを備えていてもよい。好ましくは圧縮チャンバは、チャンバ内のピストンの１行程で、プロセス管の１セクションから別のセクションへ材料を搬送するのに十分な搬送ガスを押し出せる大きさとなっている。

１つの好適な構成では、プロセス管の各セクションはそれに結合された圧縮機を持っている。これとは別の構成においては、装置は１つの中央圧縮機を備え、バルブ手段によってガスがプロセス管の必要とするセクションへ送られてもよい。

装置はそこから流体を排出するための流体出口を管の各セクションに備えていてもよい。装置は、排出された流体をその搬送ガス中に供給するために、各セクションの搬送ガス入口導管内に流体入口を備えていてもよい。高温搬送ガスは数百度の領域に昇温されているので、流体を搬送ガスに添加すると流体は蒸発し、蒸発による体積膨張が、ガス温度をわずかに低下はさせるが圧力を急上昇させて、それによって管に沿った材料の搬送を支援する。

好適な構成において本装置は、本装置で製造されたプロセスガスを加熱してその中の任意の揮発性有機化合物を分解させる熱処理を行うための、少なくとも１つの熱処理チャンバを更に備えている。好ましくは、熱処理チャンバからの出口導管が備えられていて、そこからプロセス管に供給される高温プロセスガスが搬送ガスとして利用される。

この装置は、処理する材料を受け取って一時保管するための供給ホッパと、供給ホッパによる供給を受ける二次ホッパとを備え、二次ホッパはバルブによってプロセス管に接続され、二次ホッパはその上端に搬送ガス入口を持っていてもよい。このようにして、第１のホッパからのバッチを第２のホッパを介して連続的に制御してプロセス管へ導入することが可能である。

装置にはプロセスガスの品質を検知するためのセンサが備えられていて、検知された品質が所期の基準を満たさない場合には、プロセスガスを搬送ガスとしてプロセス管に再循環させるように装置が制御され、所定の基準を満たす場合には、貯蔵又は直接使用のためにそのプロセスガスの少なくとも一部が抽出されてもよい。

プロセス管の内表面には、材料が管内を搬送される際に管内での材料の転がりを促進するための固定された攪拌器が備えられていてもよい。

本発明の第２の態様によれば、バイオマスと産業廃棄物と都市廃棄物と汚泥とを含む有機被覆廃棄物や有機物などの材料を処理するための方法が提供される。この方法は、材料を受け取る投入口と処理済みの材料の排出口とを有する細長のプロセス管を提供することと、その材料をそのプロセス管を介して流体搬送するガス搬送システムであって、プロセス管の投入口端部に接続された高温高圧不活性ガス供給源を備える搬送システムを提供することと、１バッチの材料を管を介して搬送し、それによってその材料を加熱して材料内の任意の有機物をガス化してプロセスガスを製造するために、プロセス管への高圧不活性ガスの供給を制御することと、を含む。プロセス管は更に、それぞれが閉鎖装置で分離された複数のセクションから成り、各セクションはそこに結合された搬送ガス供給のための搬送ガス入口を持っている。この方法は、材料を１つのセクションから次のセクションに搬送するために、搬送ガスの供給を制御することを更に含んでいる。

好ましくはこの方法は更に、プロセス管からプロセスガスを分離することを更に含む。

好ましくはこの方法は、圧力を増加させるために搬送ガスを圧縮することを含み、この搬送ガスの膨張がプロセス管内の材料を移動させる。

この方法は管の各セクションから、そこにある流体出口を介して流体を排出することを含んでもよい。管から排出される流体は、その後、搬送管の上流の搬送ガス中に供給されてもよい。搬送ガスの温度は、追加された流体を蒸発させるのに十分であり、それによって搬送ガスの圧力を上昇させる。

この方法は好ましくは、熱処理チャンバ内のプロセスガスを加熱して、そこにある任意の揮発性有機化合物を熱分解することを含む。プロセスガスはその後、搬送ガスとして利用するために熱処理チャンバからプロセス管へ供給されてもよい。

一実施形態において本方法は、処理する材料を受け取って一時保管するための供給ホッパを提供することと、バルブによってプロセス管に接続された、供給ホッパによる供給を受ける二次ホッパを提供することと、二次ホッパの上端に搬送ガス入口を提供することと、処理する１バッチの材料を供給ホッパから二次ホッパへ供給することと、搬送ガス入口を介してガスを送ることと、１バッチの材料が二次ホッパからプロセス管の中へ搬送されるように、バルブを開放することと、を含む。

好ましくはプロセス管の各セクションは、その下流端の近くにプロセスガスを抽出するためのプロセスガス出口を備えている。

この方法にはプロセスガスの品質を検知することが含まれ、所定の基準を満たさない場合には、プロセスガスをプロセス管に再循環させ、所定の基準を満たす場合には、貯蔵又は直接使用のためにそのプロセスガスの少なくとも一部を抽出してもよい。

本方法は、プロセス管の下流に廃棄材料サイロを提供することと、完全処理済みの不活性材料をサイロ内に回収することを含んでもよい。

本方法は、管内の物質が管内を搬送されるときに撹拌することを含んでもよい。

次に、本発明の特定の実施形態を図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施形態の概略図である。 本発明の第２の実施形態の概略図である。 本発明の概略図である。 本発明による別の実施形態のプロセス管の部分切欠き断面図である。 本発明による別の実施形態のプロセス管断面図である。 本発明の別の実施形態の概略図である。

図１には、廃棄材料を装填するための供給ホッパ１が備えられている。装填は例えばコンベヤなどの通常の方法によって、あるいはダンプカーまたはバケツを積載可能な車両から直接、行われてもよい。

「廃棄材料」という用語は、以下の記述全体で使用され、本装置によって処理されるべき材料であって、多くの異なる形態を取り得る材料のことを指している。本システムは、有機物を大きな割合で含む任意の材料を処理可能であることが当業者には理解されるであろう。

バルブ３は、体積あるいは重量に基づいた定量の廃棄材料２を２次ホッパ４に導入できるようになっている。

廃棄材料のプロセス管への最初の導入は、既存の圧縮空気搬送方式を利用して行うことができる。これは周知の技術であるが、簡単に説明すると、バルブ３を開放したときにバルブ８は閉鎖したままであって、廃棄材料がバルブ３を通って落下して、空気を逃がしながら２次ホッパを充填する。このとき、ホッパはバルブ８の近くの位置と、バルブ３に近い位置のホッパの頂部とから空気をホッパの外に排気できるようになっている。

圧縮空気の供給源が導管１０を介して２次ホッパに接続されていて、バルブ８が開放されてかつバルブ３が閉鎖されると、圧縮空気を位置１０から流入させて廃棄材料をプロセス管２２の中へ押し込む。このシステム投入機能は上記のように通常の圧縮空気手段を利用して行ってもよいが、本明細書でこの後システム内での廃棄材料の一般的な移動に関して説明するように、通常の圧縮空気の代わりに、プロセスガスを搬送ガスとして利用してこの装填機能を実行し得ることが理解されるであろう。

本発明の運転の基本は、廃棄材料がプロセス管の入口から出口まで、ガス化プロセスそのものに利用される高温ガスによって搬送されることである。その際、搬送運動を起こし、その運動で自動的に撹拌を起こすために、ガスが廃棄材料に圧力をかける。そうすることで、廃棄材料は部分的または全体として高温プロセスガスに曝露されて、それによってガス化する。ガス化プロセスは一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）を含むプロセスガスを生成し、これは通常合成ガスと呼ばれる。

廃棄材料は、従来法における圧縮空気によってではなく、ガス化プロセスからの加圧された高温プロセスガスの供給によって、プロセス装置内を移動する。

典型的にはプロセス管に沿った複数の地点において、提案された個数の圧縮チャンバ２１の１つからの圧力で高温ガスが注入される。各圧縮チャンバはプロセス管のセクション部分に隣接して取り付けられ、高温プロセスガス入口ダクト１９に接続されている。セクションはバルブ４４によって複数の個別のチャンバに分離されている。

複数の好適な実施形態の１つにおいて、典型的にはピストン２０を収納するチャンバ２１が備えられており、このピストンは作動行程で矢印１３及び１４の方向に運動可能であり、通常の手段、例えば油圧シリンダ１５に接続されて作動させることができる。

ピストン２０が作動して矢印１３の方向に移動すると、チャンバ２１にあるバルブ１１と１７が閉じて、その一方でバルブ１２と１６が開く。それによって大きなダクト１９に配管された入口ダクト１８からの高温ガス５３がピストン２０の移動によって圧縮されて所要の好適な圧力となり、ガスをバルブ１２及びダクト１０から強制的に押出して、２次ホッパ内に押し込む。そうして廃棄材料２Ａは圧力が掛けられて、強制的にバルブ８を通って移動させられ、プロセス管２２内での移動行程が開始される。

ピストンが矢印１３方向に移動している間、バルブ１６が開いて、ダクト１８からの高温ガスの非拘束連続流が維持されるために、ダクト１９内の高温ガス流５３には圧力低下が起こらない。

２次ホッパが廃棄材料２Ａで満杯になると、バルブ５と７が開いて、取り込まれた空気がダクト６を通って抜けて、ガス出口ダクト４７へ合流する。

２次チャンバ４がダクト１０からの高圧高温ガスで充填される前に、バルブ５と７が閉じる。

ピストンの後ろ側の容積はガス５３で自由に充填されるので、ピストン２０の行程の終点でバルブ１１と１７が開き、かつバルブ１２と１６が閉じて、ダクト１８からピストンの後ろ側のバルブ１７を通ってチャンバ内の自由空間を高温入力ガス５３で充填し続けることが可能であり、ピストンが矢印１４の方向に移動して高圧高温ガスをバルブ１１を通って移動させて、既に２次ホッパ４内に充填されている次のバッチの廃棄材料２Ａを高圧高温ガスが加圧する。このようにしてピストンの両方向の行程が活用される。

チャンバ２１の大きさは、ピストンの１行程で十分な容積の高温ガスが圧縮されて、既存の通常の圧縮空気搬送方法と同様に、廃棄材料の塊に実効的に圧力をかけて廃棄材料が決められた増分だけプロセス管内を搬送されるように計算されている。この技術は搬送工業においては広く知られており、濃密相、希薄相、脈動相などの様々な用語があるが、顕著な点は本提案の装置は、高温プロセスガスをガス化させると同時に搬送にも利用することである。従って高温ガスの使用には、プロセス管２２内を漸進的に移動させることと、廃棄材料を加熱してガス化させることの、二重の目的がある。

このプロセスは漸進的であって、典型的にはチャンバ２１のような複数のチャンバが、プロセス管２２に隣接してその全長に亘り適切な距離間隔で取り付けられて、例えば各セクションに廃棄材料がある時間滞在した後に次のセクションに搬送されるというような、連続的又は半連続的な廃棄材料の搬送を行うのに好適な時間間隔となるようになっている。

典型的には、上記のような機能が行われているときに、その同じ機能がプロセス管２２の全長に沿った複数のチャンバで実行される。

例えば、ピストン２０が矢印１３の方向に移動するのと同時に、ピストン３１がバルブ２５と２４が閉じた状態で好適な手段３２によって作動され、その次にはピストン３１が矢印２９の方向に移動する間バルブ２３と２６が開いたままでいる。ここでも、高温ガスがチャンバ３０内で加圧され、バルブ２３とダクト９を通って、既にそこにある廃棄材料２Ｂの塊の前の位置でプロセス管２２の中に押し込まれる。ピストン３１が矢印２９の方向へ移動する際は、バルブ２６が開いて高温ガス５３がダクト２７から制限を受けずに流れるのでチャンバ３０が連続して充填される。

前に述べたのと同様に、ピストン３１が矢印２８で示す方向に戻り、バルブ２３と２６が閉じるとともに、バルブ２５と２４が開いてプロセスサイクルを継続させる。

バルブ４４は、一般的にプロセス管２２の長さ方向の各セクションを密閉し、かつチャンバの順序にしたがって選択的に動作して、ガス搬送による廃棄材料のシステム中の搬送を実行する。

このプロセスは所望の数のセクションに対して繰り返され、廃棄材料は一般的に２Ｂ、２Ｃ、２Ｄで示すように塊状となって搬送される。運転時には、下流のチャンバにある材料がまずチャンバから搬出されてから、上流の材料がそのチャンバ内に搬入されるような順序で一般的に運転される。

プロセス管２２内の処理により生じるガスは、管の各セクションにあるバルブ４５を通って押し出され、導管４６を通って、ガス化処理用の主排出プロセスガスダクト４７に入る。プロセスガスの一部はプロセス管の末端からプロセス管の端部にある回収サイロ４８に入るようにもなっていて、そこで、バルブ５１とダクト５２を通って主排出ダクト４７へ抜けることができる。バルブ５０はサイロの底に備えられて、そこから不活性の処理済み材料を排除することができるようになっている。

完全に処理されて不活性となった処理廃棄物４９は、プロセス管２２の端部から捕捉されてサイロ４８に回収されて、バルブ５０から排出することができる。

チャンバ操作の正確なタイミングとプロセスガス入力位置の説明は、本システムの模式的な表示を意図している添付の図１に厳密に合わせる必要がないことは理解されるであろう。

プロセス装置が連続的な直線状のプロセス管２２として示されているが、必ずしも連続的な長さのものである必要はなく、複数の段階的なセクションであって、廃棄材料が１つのセクション段から次へ行き来することができるようなものであってもよいことは理解されるであろう。あるいはまた、プロセス管２２はいくつかの段が円形に配置されて、廃棄材料がループ状のセクションを連続的に通過して、ガス化が完了すると適当な出口バルブとサイロから排出されるようになっていてもよい。ただし、これらの配置はいずれも処理をよりバッチ式システムに似たものにする。

再度図を参照すると、プロセス管２２の最初の領域は、廃棄材料２Ｃ、２Ｄを非常に高い圧力で圧縮できる設備を持っていて、例えば水や任意の流体が廃棄材料から絞り出されて、プロセス管の各セクションにある回収点５７から排出されて貯蔵され、その後で制御された手段によってガス化相の任意の地点で利用されるようになっていてもよい。特に、材料中に過剰のＨ_２Ｏがある初期の相において抽出された水は、湿度の大部分が既に使い切られてガス化プロセスのための湿度が不足しているような、プロセス管２２の後方の段でシステム中に再導入されてもよい。

上記のように初期の圧縮段のバルブ５７で回収されたＨ_２Ｏは、任意の領域の入口バルブ５６から高温ガス入力に加えて圧力を上昇させることができ、プロセス管内における廃棄材料への熱伝導と、高温ガス（合成ガス）の浸透を支援することが理解されるであろう。具体的には、高温ガスは添加された水を蒸発させ、液相から気相への変化による体積増加が、水が添加されたことによるプロセスガスの圧力増加をもたらし、その結果、プロセス管２２へ入るガスを加速すると共にその中の材料の搬送を支援する。

各セクションの後に、そのセクションから抽出されたプロセスガスに対するプロセス検査が行われて、ガス品質（化学組成と温度）の状態が与えられる。総合品質が良好であれば、そのガスはプロセスガスとして認定され、ダクト４６を通ってガス出口ダクト４７へ入ることができる。品質が良くない場合には、次の領域で利用する前に再調整する必要がある。この場合、ガスは出口パイプ５４を通って再循環させられ、バルブ５５又はその他の任意の適切な場所を経て高温ガス入口ダクト２７へ入る。こうして、導管４７を通ってシステムから抽出されるプロセスガスは高品質となるように制御可能である。装置の個別のセクションにおいてガスを再循環させることができるので、バッチ運転システムの柔軟性を持たせることができ、１つのセクションから別のセクションへガスを搬送することで連続運転の利点が与えられる。従って装置は連続的に運転可能であるが、熱量の値が異なり有機成分と湿度含有量が異なる、異なる廃棄物の取り扱いに容易に適合させることもできる。

後方の領域の段において、入口を通ってセクションに入る高温ガスの圧力と温度を高くなるように制御して、ＣＯとＨ_２を回収して、分子量の大きい炭化水素分子（ＣｘＨｙ）を分解することが可能である。

図２においては、以下で述べるように単一の加圧タンク６１が地面の上又は下で、プロセス管２２からの遠隔位置に取り付けられているという変形を除いて、図１に示すシステムと同様に機能するシステムが示されている。このタンクは、１つの圧縮機６２で加圧される。これは図１で説明したタイプのものであってもよいし、別の種類の高温圧縮機であってもよい。

前に説明したように、再循環ループは各セクションに備えることができ、プロセス検査を行ってプロセスガスの総合品質が与えられる。総合品質が良好である場合には、プロセスガスはダクト４６を通ってガス出口ダクト４７に入る。品質が良くない場合には、ガスは出口パイプ５４を通って再循環させられ、バルブ５５又はその他の任意のより適切な場所を経て高温ガス入口ダクトへ入ることができる。この構成においては、再循環されるガスは、図１の例のようにガスが発生したセクションしか再循環できないのではなく、全てのセクションの中へ再循環されることを理解されたい。

プロセス管２２はまた、一般的に地面の上又は下に配置することが可能であり、管が地面の下に取り付けられている場合には、圧縮高温ガスは地面より上又は下にある１つの加圧タンク６１内に貯蔵されて、プロセス管のすべての領域へ供給することが可能であり、そのそれぞれは関連する制御バルブ６０を通して順番に作動するように選択可能である。図１の例で、プロセス管２２が地面より下に配置されていれば、可動部品を持っていて保守の必要性の高い圧縮機は地面の上に配置されるか、あるいは少なくとも保守が容易な、簡単にアクセスできる位置に配置される。さらに、１つのセクションから別のセクションへの廃棄物の移動を制御するバルブ４４はそれぞれが制御用のアクチュエータを持っていて、これも同じように地面より上、あるいは少なくとも簡単にアクセス可能な位置に配置されることが好ましい。

前に述べたように、前述の初期の圧縮段のバルブ５７で回収されたＨ_２Ｏは、入口バルブ５６を介して任意の領域の高温ガス入力に加えることができ、圧力を高めて、プロセス管内における廃棄材料への熱伝導と高温ガス（合成ガス）の浸透の助けとなることが可能であることは理解されるであろう。

廃棄材料がプロセス管内部を移動するにつれて（連続的なガス化によって）体積が減少するので、最後のセクション領域においては、断面積を減少させるか、運転モードを調節して、質量は小さいが密度が高くなった廃棄材料の移動を支持するためにより大きな流速を与えることが可能である。

プロセス管２２を通って搬送される際の廃棄材料の移動速度は、廃棄材料内の有機物の処理及びガス化のための、廃棄材料仕様に比例し得る。そしてバルブのタイミングと圧縮機のアクチュエータの運転とプロセス管のセクション内へのＨ_２Ｏの導入の内の１つまたは複数を制御することによって、速度を適宜増減することができる。

両方の実施形態を参照すると、好適な形状と寸法をした突起部がプロセス管２２の内部の長さ方向に沿って取り付けられていて、廃棄材料２Ｃ、２Ｄなどを転動させて形状を変えさせる。そして、材料がプロセス管内を強制移動させられる間に開放されて曝気されるようにする。そのような突起部６３の詳細は図２に示されているが、図１ではわかりやすくするために省略されている。

プロセス管２２の内壁には、廃棄材料の移動に逆らって材料を管の中心方向へ押すための、プロセス管２２の内部に取り付けられた成型されたフィン６３に加えて、中心から離れて移動させるために長さ方向へ切り込まれた施条すなわち螺旋切込み溝を有していてもよい。これらの特徴は個別又は一緒に、例えば交互に使用することができ、材料を管内で半径方向に動かして撹拌と混合を大きくしてもよい。そうすることで、ガスの浸透が向上し、結果としてガス化速度が上がる。

図３には、プロセス管２２から出るプロセスガスに熱処理を施す熱酸化器６５と組み合わせたシステムが示されている。プロセスガスは８００℃を越える温度に約２分間保持されて、ガス中の長鎖の炭化水素とＶＯＣを分解させる。これは、プロセスガスの燃焼を防止するために、酸素濃度を下げた環境で行われる。熱はバーナ６６によって供給され、そこでは、燃料例えば天然ガス又は合成ガスと酸素との実質的に化学量論的な混合物が燃焼される。熱酸化器６５からの高温ガスの一部は搬送ガスとして利用されて、プロセス管２２内の材料の移動とその加熱の両方を行う。図１と２に示した、例えばガスの圧縮及びバルブ操作などのシステムの詳細の一部は、わかりやすくするために図３では省略したことを理解されたい。

個別の領域の温度を制御してガス化プロセスを支援するために、高温プロセスガスによって供給される熱に加えて、プロセス管セクションを加熱する追加的な手段６４が備えられてもよい。これは例えば電気的手段などの任意の知られた加熱手段であってよく、あるいはシステムの熱を利用してもよい。例えば熱酸化器６５からの高温ガスを再循環導管（図示せず）を介して循環させてもよい。これはプロセス全体を通じて処理チャンバ温度の細かな調整を確保するのに役立ち、特に、各セクションの温度の微調整を可能として、プロセスガスの合成ガス品質のより良い制御をもたらす。

上記のように、製造されるガス品質をモニタすることが可能である。ガス品質が低い場合、調整のために個別のチャンバに送るか、あるいは熱処理チャンバ６５を循環させて、所望の品質が得られるまでプロセス管を再循環させてもよい。システムで高品質のプロセスガス（合成ガス）が製造されるようになれば、例えば合成ガス発電機の運転などの利用６８のため、又は後での使用に備えた貯蔵のために、システムから取り出すことができる。

温度が特定の範囲にあるプロセスの一部の段では、装置内にカーボンとコークスの両方が生成され得る。カーボンとコークスの生成期間において、プロセス管のセクション、又はその中の材料を、コークス粒子の共振周波数で振動させてコークスを金属成分から分離し、ガス化し難いコークス成分のガス化処理を強化してもよい。振動は、後側の段において前後への圧力パルスによって圧力サイクルを生成することで発生させてもよい。これは例えば圧縮機によって行ってもよいし、あるいは代替の振動手段（これは圧力波発生器又は機械的振動器を含んでいてもよいが）を利用してもよい。このステップは、大部分のガス化プロセスが完了した後は、後の段でのみ利用される。そしてより固い粒子のみが残されて、それは金属微粉と混合されるか又は金属微粉を被覆する。

渦電流センサと磁気装置６７がプロセス管の後段において廃棄ゴミを撹拌し、粒子を所望の方向へ移動させるのに適している場合がある。コークスや鉄類や非鉄材料などがガス化プロセスの後に残留している場合に、このような装置を追加して、プロセス管の終段へ向かってガス化プロセス全体を微細に制御することが可能である。この撹拌は、機械的な振動と同様の効果があり、コークスとカーボンを金属から分離し、その表面領域のより多くを熱に曝露して、ガス化を支援することができる。

様々なプロセス管のセクション間の材料の移動は、コントローラ７４によって完全に制御される。このコントローラは、様々なパイプ領域での合成ガス品質と、温度などのその他のプロセスパラメータとを計測する種々のセンサからのプロセスパラメータ信号を受信して、廃棄物とプロセスガスの状態を評価する制御アルゴリズムを持っている。図には示されていないが、コントローラはシステムの様々なバルブとセンサに接続されていて、運転パラメータに関する情報を受信し、様々なバルブやアクチュエータやヒータに制御信号を送信してシステムを運転することが理解されるであろう。廃棄物の状態によって、圧力と合成ガス品質が変化する。さらには、廃棄物の状態及びガス化速度に基づいて、廃棄物移動速度（各プロセス管セクションでの滞在時間）を制御することができる。これによってガス化プロセスの更なる自由度が得られて、コークスをガス化する最終部の配管セクションに入る前に、廃棄物を完全にガス化又はコークスに変換することが可能となる。

図４と５では、プロセス管２２は外皮６９と内皮７０を持つ構造となっていて、廃棄材料を内皮７０の内部に保持し、高温プロセスガスがプロセス管２２の特定のセクションにおいて内皮と外皮の間の空隙７２から内部プロセス管７１へ通過して入り込んで、ガス化時に廃棄物のより効果的な分解を促進するようになっていてもよい。それに代わって、又はそれとの組み合わせで、廃棄材料が内皮の内部に保持されて、高温プロセスガスがプロセス管２２の特定の領域セクションにおいて内部プロセス管７１の内部から外へ出て内皮と外皮の管構造の間の空隙７３の中へ入り込んで、ガス化時に廃棄物のより効果的な分解を促進するようになっていてもよい。管の断面は、図示したものとは異なる、例えば丸い内管と四角の外管のような多くの組み合わせによる断面形状を取ってもよいことは理解されるであろう。

図６には、図３に示した装置の一変形が示されている。この実施形態には、２つの熱酸化器６５と２つのガス出口ダクト４７がある。各ガス出口ダクト４７は、バルブ７４、７５によって導管４６に接続されている。導管４６を通過するプロセスガスの品質が判定されて、その品質によって、バルブ７４又はバルブ７５のいずれかが開放されて、プロセスガスをガス出口ダクト４７の一方又はもう一方を通過させることができる。所定の基準を満たさない低品質プロセスガスの使用においては、プロセスガスは１つのガス出口ダクト４７と熱酸化器６５に送られ、そこでガスが処理されて、搬送ガスとしてプロセス管２２に再循環して戻される。特定の品質以上のプロセスガスは、もう一方のガス出口ダクト４７と熱酸化器に送られ、この酸化器がガスを熱処理した後、ガスはプロセス管２２に再循環されるか、又は貯蔵のため、又は例えば電気を生産するための合成ガスエンジンでの直接利用のために取り出すことができる。図ではプロセス管２２のすべての段が両方の出口ダクト４７に接続されているが、一変形では、プロセス管２２のいくつかのセクションの出口だけが、一方あるいはもう一方の出口ダクトに接続される。処理される材料によっては、最初の数段では多量の揮発物と水蒸気が製造されてガス化が開始されたばかりであるために、これらの段からのプロセスガスは所望品質に到達しないことがあり得ることが知られている。従って、これらの段からの出力は、常に１つの熱酸化器に送ることが適切である場合がある。これとは対照的に、終わりの数段でのプロセスガスは、特に材料が既にカーボンとコークスに分解されている場合には、高品質のプロセスガスとなっており、下流での貯蔵又は使用処理のために、常にもう一方の熱酸化器に送ってもよい。プロセスパラメータと処理される材料とに依存してプロセスガスの品質が変化する中央段においては、導管４６を両方の導管に接続し、前述したようにガス品質に応じてガス流をバルブ７４、７５を用いて制御することが適切であり得る。図には示していないが代替構成として、１つの熱酸化器を使用し、低品質プロセスガスは注入する前に燃料と混合してバーナ内で燃焼してもよい。

Claims (31)

1. バイオマスと産業廃棄物と都市廃棄物と汚泥とを含む有機被覆廃棄物や有機物などの材料を処理するための装置であって、
   前記材料を受け取る投入口と処理済みの材料の排出口とを有する、細長のプロセス管と、
   前記材料を前記プロセス管を介して流体搬送するガス搬送システムであって、前記プロセス管の投入口端部に接続された、高温高圧不活性ガスから成る搬送ガスの供給源を備える、ガス搬送システムと、
   前記プロセス管を介して１バッチの前記材料を搬送し、それと同時に前記材料を加熱して内部の任意の有機物をガス化してプロセスガスを製造するために、前記プロセス管への前記高圧不活性ガスの供給を制御するように構成された制御システムと、
   を備え、
   前記プロセス管は複数のセクションから成り、前記セクションのぞれぞれはバルブで分離され、
   前記ガス搬送手段は前記材料を１つのセクションから次のセクションに搬送するように構成されている、装置。
2. 前記プロセス管から前記プロセスガスを抽出するための分離手段を更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス搬送手段は、各セクション内の前記材料を次のセクションに移動させるための搬送ガスを供給するために、前記各セクションに結合した搬送ガス入口を含む、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記搬送ガスの圧力を増加させるための搬送ガス圧縮機を更に備え、前記搬送ガスの膨張により前記プロセス管内の前記材料が移動させられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記搬送ガス圧縮機は、前記搬送ガスを受け取るための、内部にピストンを有する圧縮チャンバと、前記チャンバ内の前記ピストンを移動させてその中のガスを圧縮するためのアクチュエータと、を備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記圧縮チャンバは、チャンバ内の前記ピストンの１行程で、前記プロセス管の１つのセクションから別のセクションへ材料を搬送するのに十分な搬送ガスを押し出せる大きさとなっている、請求項５に記載の装置。
7. 前記プロセス管の各セクションはそれに結合した圧縮機を有する、請求項４又は６に記載の装置。
8. 前記管の各セクションに、そこから流体を排出するための流体出口を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記管の各セクションにそこから流体を排出するための流体出口と、各セクションの搬送ガス入口導管内に前記搬送ガス中に流体を供給するための流体入口と、を更に備える、請求項５に記載の装置。
10. 前記装置により製造された前記プロセスガス中の任意の揮発性有機化合物を分解させるために、前記プロセスガスを加熱により熱処理するための少なくとも１つの熱処理チャンバを更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記熱処理チャンバからの高温プロセスガスを前記プロセス管へ供給して前記搬送ガスとして使用するために、少なくとも１つの熱処理チャンバからの出口導管を更に備える、請求項１０に記載の装置。
12. 処理する材料を受け取って一時保管するための供給ホッパと、
    前記供給ホッパによる供給を受ける二次ホッパと、
    を更に備え、
    前記二次ホッパはバルブによって前記プロセス管に接続され、
    前記二次ホッパはその上端に搬送ガス入口を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記プロセス管の各セクションはその下流端の近くにプロセスガス出口を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記プロセスガスの品質を検知するためのセンサを更に備え、
    所定の基準を満たさない場合には、前記プロセスガスを前記プロセス管を介して再循環させ、
    所定の基準を満たす場合には、貯蔵又は直接使用のために前記プロセスガスの少なくとも一部を抽出する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記プロセス管の内表面は、前記材料が搬送される間に前記管内で材料の転がりが推進されるように、固定の攪拌器を備えている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. バイオマスと産業廃棄物と都市廃棄物と汚泥とを含む有機被覆廃棄物や有機物などの材料を処理するための方法であって、
    前記材料を受け取る投入口と処理済みの材料の排出口とを有する、細長のプロセス管を提供することと、
    前記材料を前記プロセス管を介して流体搬送するガス搬送システムであって、前記プロセス管の投入口端部に接続された、高温高圧不活性ガスから成る搬送ガスの供給源を備える、ガス搬送システムを提供することと、
    前記プロセス管を介して１バッチの前記材料を搬送し、それにより前記材料を加熱して内部の任意の有機物をガス化してプロセスガスを製造するために、前記プロセス管への前記高圧不活性ガスの供給を制御することと、
    を含み、
    ここで前記プロセス管は、そのそれぞれがバルブで分離された複数のセクションから成り、各セクションはそこに結合された搬送ガス供給のための搬送ガス入口を持っており、
    前記方法は、前記材料を１つのセクションから次のセクションに搬送するために、前記搬送ガスの供給を制御することを更に含む、方法。
17. 前記プロセス管からの前記プロセスガスを分離することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 圧力を増加させるために前記搬送ガスを圧縮することを更に含み、前記搬送ガスの膨張により前記プロセス管内の前記材料を移動させる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記管の各セクションから、流体出口を介して流体を排出することを更に含む、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記管から排出された流体を前記プロセス管の上流の前記搬送ガス内に供給することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記搬送ガスの温度は、追加された前記流体を蒸発させるのに十分であり、それによって前記搬送ガスの圧力を上昇させる、請求項２０に記載の方法。
22. 前記プロセスガス内の任意の有機化合物を熱分解するために、前記プロセスガスを熱処理チャンバ内で加熱することを更に含む、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記搬送ガスとして使用するために、高温プロセスガスを前記熱処理チャンバから前記プロセス管へ供給することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
24. 処理する材料を受け取って一時保管するための供給ホッパを提供することと、
    バルブによって前記プロセス管に接続された二次ホッパであって、前記供給ホッパによる供給を受ける二次ホッパを提供することと、
    前記二次ホッパの上端に搬送ガス入口を提供することと、
    処理する１バッチの材料を前記供給ホッパから前記二次ホッパへ供給することと、
    前記搬送ガス入口を介してガスを送ることと、
    前記１バッチの材料が前記二次ホッパから前記プロセス管の中へ搬送されるように、前記バルブを開放することと、
    を更に含む、請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記プロセス管の各セクションの下流端近くにプロセスガス出口を提供することと、前記プロセスガス出口を介してプロセスガスを抽出することとを更に含む、請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記プロセスガスの品質を検知することと、
    前記プロセスガスが所定の基準を満たさない場合には、前記プロセスガスを前記プロセス管を介して再循環させることと、
    前記プロセスガスが所定の基準を満たす場合には、貯蔵又は直接使用のために前記プロセスガスの少なくとも一部を抽出することと、
    を更に含む、請求項１６〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記プロセス管の下流に、不活性の完全処理済みの材料を回収するための廃棄材料サイロを提供することを更に含む、請求項１６〜２５のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記材料が前記管内を搬送されるときに管内で撹拌されることを更に含む、請求項１６〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記プロセス管の最初のセクションからの前記プロセスガスを第１の熱処理チャンバ内で加熱して、その中の任意の揮発性有機化合物を熱分解し、その処理済みガスを搬送ガスとして再循環させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
30. 前記プロセス管の最終セクションからの前記プロセスガスを第２の熱処理チャンバ内で加熱して、その中の任意の揮発性有機化合物を熱分解することを更に含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記プロセスガスの品質を判定することと、
    前記プロセスガスが所定の品質閾値よりも低い場合には、前記プロセスガスを第１の熱処理チャンバを通して前記ガスを加熱し、その中の任意の揮発性有機化合物を熱分解させてその処理済みガスを搬送ガスとして再循環させることと、
    前記プロセスガスが所定の品質閾値よりも高い場合には、前記プロセスガスを第２の熱処理チャンバを通して前記ガスを加熱し、その中の任意の揮発性有機化合物を熱分解させることと、
    を更に含む、請求項１６に記載の方法。

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