JP2015507673A - 外部加熱型マイクロ波プラズマガス化炉及び合成ガス製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2 炉本体
3 マイクロ波プラズマ発生装置
4 下側二酸化炭素/蒸気ノズル
5 上側蒸気ノズル
6 監視ユニット
7 循環床媒体出口
8 ガス化炉間隙領域
9 外部加熱装置
10 循環床媒体入口
Claims (9)
- 外部加熱型マイクロ波プラズマガス化炉であって、垂直方向に配置される炉本体と、前記炉本体と連通するとともに炉本体の中央部に配置されるフィーダと、炉本体の間隙領域に配置されて蒸気を噴霧するための上側ノズルと、炉本体の床領域に配置されて二酸化炭素/蒸気を噴霧するための下側ノズルと、炉本体の上部にある合成ガス出口付近に配置される監視ユニットと、前記間隙領域の上側ノズルの上端に位置するマイクロ波プラズマ発生装置とを含み、マイクロ波プラズマ発生装置は1層または2層が配置され、各層は3個または4個のプラズマ作用ガス入口を含み、プラズマ流は前記ガス化炉の間隙領域に水平方向/接線方向に噴霧され、外部加熱装は外部熱源を利用して加熱し、前記外部加熱装置は前記炉本体と一体化され、或いは炉本体から分離させられており、前記外部加熱装置はスラグを排出するためのスラグ出口を含む、ガス化炉。
- 循環床媒体出口は炉本体底部に配置されるとともに循環床媒体入口は炉本体上部に配置され、或いは、循環床媒体出口および循環床媒体入口のいずれもが前記炉本体の側壁に配置され、外部加熱装置は炉本体から分離されるとともに、循環床媒体が循環床媒体出口から流出し、外部加熱装置により加熱されて、循環床媒体入口から炉本体に戻るように、循環床媒体出口および循環床媒体入口の間に配置され、外部加熱装置の熱源はマイクロ波、高温マイクロ波プラズマ、レーザ、プラズマアーク、太陽エネルギ、またはそれらの組み合わせである、請求項1のガス化炉。
- 前記外部加熱装置は前記炉本体と一体化され、外部加熱装置の熱源はマイクロ波、高温マイクロ波プラズマ、レーザ、プラズマアーク、太陽エネルギ、循環流動床(CFB)ボイラの高温床媒体、またはそれらの組み合わせである、請求項1のガス化炉。
- 前記マイクロ波プラズマ発生装置は電極ギャップが大きく、プラズマ活性が高く、且つ体積範囲が広いものであり、マイクロ波プラズマ発生装置のマイクロ波電源は基本周波数が2.45GHzであり、単一のマイクロ波プラズマ発生装置の出力は200kW以内である、請求項1乃至3のいずれかのガス化炉。
- 請求項1、2または4のいずれかの外部加熱型マイクロ波プラズマガス化炉を利用するガス化方法であって、前記方法はバイオマス燃料をガス化するために外部熱エネルギを使用するものであり、
1)バイオマス燃料および固形廃棄物を含む原料をフィーダから炉本体に導入し、原料を高温床領域でガス化し熱分解して、多量の一酸化炭素、水素、二酸化炭素と、少量のメタンおよびタールを含む合成ガスを生成する工程と、
2)合成ガスを上方へ前記ガス化炉の間隙領域に流し、前記マイクロ波プラズマ発生装置を始動させて非平衡状態の高活性、高電離度の高温プラズマ酸化剤を生じさせることにより、合成ガスを前記プラズマ酸化剤と混合し粉砕して、蒸気を上側ノズルから炉本体に噴霧し、間隙領域の温度を1000〜1200℃に制御し、合成ガスをプラズマ雰囲気に3〜10秒滞留させるようにプラズマ酸化剤の流量を調整し、プラズマ流を撹拌して熱伝達および質量移動を高め、前記炉本体上部に配置される合成ガス出口から最終合成ガス生成物を回収する工程と、
3)床領域の残留炭素が酸化還元されるように、高温の二酸化炭素および蒸気を下側ノズルから前記炉本体に噴霧する工程と、
4)未反応残留炭素および床媒体を循環床媒体出口から外部加熱装置に送り、そこで残留炭素は燃焼させられ、床媒体は加熱されてスラグから分離させられ、前記スラグをスラグ出口から排出する工程と、
5)分離された床媒体を循環床媒体入口から炉本体に戻し、床媒体は下方へ流れ、逆方向に流れる高温合成ガスと熱交換を行い、床領域の温度が600〜1000℃になるよう熱エネルギを放出し、冷却された床媒体を外部加熱装置に送り再度加熱し、必要に応じて循環を数回繰り返す工程と、前記循環床媒体出口温度は750〜1200℃であり、前記加熱された床媒体の温度は床領域内での温度よりも高く、
6)監視ユニットにより合成ガスの温度と成分を監視し、ガス化作用を確実に行うために二酸化炭素流量、蒸気流量、マイクロ波出力を調整する工程と
を含む方法。 - 工程2において、合成ガスが前記間隙領域のプラズマ雰囲気にとどまる滞留時間は3〜6秒である、請求項5の方法。
- 工程2において、合成ガスが前記間隙領域のプラズマ雰囲気にとどまる滞留時間は4〜6秒である、請求項6の方法。
- 工程3乃至5において、前記ガス化炉床領域における反応温度は600〜850℃に制御される、請求項5乃至7のいずれかの方法。
- 請求項1、3、4のいずれか一項の外部加熱型マイクロ波プラズマガス化炉を使用するガス化方法であって、前記方法はバイオマス燃料をガス化するために外部熱エネルギを利用するものであり、
1)バイオマス燃料および固形廃棄物を含む原料をフィーダから炉本体に導入し、原料を高温床領域でガス化し熱分解し、固定床と同様の床領域により、固形バイオマスの床領域への滞留時間を長くして、床領域で複雑且つ高効率の熱分解反応を完全に行い、先ず固形燃料を高温化で熱分解し、主要成分である揮発性物質および余剰固定炭素物質を生成し、次に揮発性物質を高温下で粉砕して、多量の一酸化炭素、水素、二酸化炭素と、少量のメタンおよびタールを含む合成ガスを生成し、スラグをスラグ排出口から排出させる工程と、
2)合成ガスを上方へ前記ガス化炉の間隙領域に流させ、前記マイクロ波プラズマ発生装置を始動させて非平衡状態の高活性、高電離度の高温プラズマ酸化剤を生じさせることにより、合成ガスを前記プラズマ酸化剤と混合し粉砕して、蒸気を上側ノズルから炉本体に噴霧し、間隙領域の温度を1000〜1200℃に制御し、合成ガスをプラズマ雰囲気に3〜10秒滞留させるようにプラズマ酸化剤の流量を調整し、プラズマ流を撹拌して熱伝達および質量移動を高め、前記炉本体上部に配置される合成ガス出口から最終合成ガス生成物を回収する工程と、前記合成ガス生成物はタールを僅かに含み、或いはタールを含んでおらず、
3)床領域の温度を600〜1000℃に、間隙領域の温度を750〜1200℃に維持するために、ガス化炉をガス化炉低部に配置される外部加熱装置により加熱する工程と、
4)監視ユニットにより合成ガスの温度と成分を監視し、ガス化作用を確実に行うために二酸化炭素流量、蒸気流量、マイクロ波出力を調整し、合成ガス出口温度を900〜1200℃に制御する工程と
を含む方法。
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