JP2017517468A

JP2017517468A - 水素ガスを生成するために有機材料を反応させるためのプロセスおよび装置

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Abstract

供給装置（３０）と、入口ゾーン（Ｅ）と内部空間（Ｉ）と回転軸線（Ｒ）と出口側（Ａ）とを備えた管状炉（２０）と、出発材料（１）に水（Ｗ）を添加できるように供給装置（３０）または入口ゾーン（Ｅ）の領域に配設される水供給部（３１）とを備えた、水素を含むガスを生成するために有機出発材料（１）を反応させるための装置（１００）であって、供給装置（３０）および管状炉（２０）の配置および設計が、供給装置（３０）により入口ゾーン（Ｅ）の領域において出発材料（１）を管状炉（２０）の内部空間（Ｉ）に供給することが可能であるとともに固体材料（２）およびガス混合物（３）を管状炉（２０）の出口側（Ａ）で排出できるようなものであり、管状炉（２０）が第１のゾーン（Ｚ１）と第２のゾーン（Ｚ２）とを含み、第１のゾーン（Ｚ１）が入口ゾーン（Ｅ）と第２のゾーン（Ｚ２）との間の領域にあり、かつ第２のゾーン（Ｚ２）が第１のゾーン（Ｚ１）と出口側（Ａ）との間の領域にあり、管状炉（２０）が、第１のゾーン（Ｚ１）と第２のゾーン（Ｚ２）の異なる熱誘起膨張を補償するように設計される補償器（２１）を備え、管状炉（２０）の出口側（Ａ）に配設された、ガス混合物（３）を前方へ誘導するように設計されたガス誘導システム（４０）が存在し、ガス誘導システム（４０）の領域に配設されたガスモニタ（４１）が存在し、ガスモニタ（４１）がガス混合物（３）中の水素含有量を監視するように設計され、水供給部（３１）がガス混合物（３）中の水素含有量に応じた調整に適している、装置（１００）が開示される。

Description

本発明は、加熱システムによって加熱される高温炉に関し、かつ有機材料を合成ガスに変換するためにかかる炉を使用するプロセスに関する。具体的には、廃棄物、残留物、バイオマスおよび同様のものなどの、炭素または炭化水素を含有する出発材料の処理に好適である管状炉が含まれる。

例えば誘導コイルを用いて加熱される種々の炉が存在する。１つの例は、国際公開第０９／０１００８６号パンフレットにより知られている。更なる例が欧州特許第１４９５２７６号明細書に記載されている。

超高温が長期間にわたって存在する場合、または非常に反応性の高い材料が炉内に放出される場合には、そのような誘導炉の信頼性に関する問題が発生し得ることが分かっている。例えば、変換されるべき材料から放出された酸素は、炉壁を浸食する可能性がある。それゆえ、まず第１に酸素が炉の内部に到達するのを防止することが試みられている。この例は、国際特許出願の国際公開第０９／０１０１００号パンフレットにより知られている。しかしながら、硫黄および塩素を含有する物質は、より一層反応性が高い。硫黄および塩素は、有機材料の一般的な構成成分、例えば、その場合、残留物または同様のものである。

国際公開第０９／０１００８６号パンフレット欧州特許第１４９５２７６号明細書国際公開第０９／０１０１００号パンフレット

それゆえ、本発明では、高温でも反応性の高い材料に対する改善された安定性をもたらす炉を提供することが重要である。本発明はまた、炭素を含有する出発材料を、水素ガスを高い割合で含有する合成ガスに効率的に変換することに関するものでもある。

水素ガスをある割合で含むガスを生成するために有機出発材料を反応させるように設計される本発明による装置は、供給装置と、入口ゾーンと内部空間と回転軸線とを備えかつ出口側を備えた管状炉と、出発材料に水を添加できるように供給装置または入口ゾーンの領域に配設される水供給部とを備える。

供給装置および管状炉は、入口ゾーンの領域において出発材料を管状炉の内部空間に供給できるように、かつ固体材料とガス混合物を管状炉の出口側で排出できるように設計されかつ構成される。装置は、管状炉が第１のゾーンと第２のゾーンとを含み、第１のゾーンが入口ゾーンと第２のゾーンとの間の領域にあり、第２のゾーンが第１のゾーンと出口側との間の領域にあることを特徴とする。

装置は、好ましくは第１のゾーンと第２のゾーンとの間の移行エリアに配設される補償器を備えることを特徴とする。

実施形態の全ての形態において、補償器は、管状炉の第１のゾーンと第２のゾーンの異なる熱誘起膨張を補償する働きをする。

装置は、ガス誘導システムが、管状炉の出口側に配設されるとともに、ガスを前方へ誘導するように設計され、ガスモニタが、ガス誘導システムの領域に配設され、ガスモニタがガス混合物中の水素含有量を監視するように設計され、水供給部をガス混合物中の水素ガスの含有量に応じて調整できることを特徴とする。

この種類の装置は、高い、好ましくは８０％を超える、水素ガス含有量（水素富化ガスとして知られる）を有するガス混合物を生成するために出発材料を効率的に反応させることを可能にする。

本発明によれば、水素富化ガスは、固体形態である僅かに湿潤性または湿潤性の有機抽出物、すなわち、有機固体物質から生成される。必要に応じて、入口側で流体成分を有機固体物質に添加／混合することができる。

出発材料（抽出物）を選択することができないので、できたとしても、限られた範囲でしか選択できないので、本発明によれば、合成の組成は、炉の出口側での合成ガス中の必要な水素含有量に応じたより多いまたはより少ない水の添加により調整される。

炉の連続して配設された２つのゾーンにおいて行われる本発明のそれらのプロセス段階後には、残存する合成ガスは、水素を最大で７０体積％含む。好ましくは、残存する合成ガスは、水素を最大で８０体積％含む。

水素富化ガスを、本発明の装置の出口側で排出し、例えば、燃料として使用することができる。

炉内での出発材料（抽出物）の変換は、少なくとも部分的に発熱性である。炉の２つのゾーンでの好適な処理条件を提供するために、炉には加熱システムが設けられる。好ましくは実施形態の全ての形態において、加熱システムは、外側から管状炉上に設けられ、かつ誘導的に動作することができ、ならびに／または、加熱システムは、抵抗加熱システムとすることができる。

装置の管状炉は、補償器により第１のゾーンが第２のゾーンから分離される、２つの部分として設計される。

（有機）出発材料は、入口ゾーンの領域において供給装置を通して管状炉の内部空間に供給することができる。実施形態の全ての形態において、管状炉は、好ましくは、回転対称管状炉として設計され、この管状炉の内部空間内には、管状炉の回転運動中に出発材料を管状炉の出口側の方向に搬送するために、搬送要素が整然と配設される。

高温装置は、管状炉の周面の領域に配設される（抵抗または誘導）加熱システムであって、管状炉内において、少なくとも１つの高熱ゾーン（第２のゾーン）と比較的高熱でないゾーン（第１のゾーン）を画定する（抵抗または誘導）加熱システムを備える。入口側から見て、高熱ゾーンは、比較的高熱でないゾーンの後に続く。

本発明によれば、加熱システムは、高熱ゾーンの領域において管状炉の内部空間内の、摂氏１０００度を超える、好ましくは摂氏１１００度〜摂氏１３００度である温度を達成できるように設計される。

本発明によれば、加熱システムは、比較的高熱でないゾーンの領域において管状炉の内部空間内の、摂氏３００度〜摂氏９００度である温度を達成できるように設計され、この温度が好ましくは摂氏６００度〜摂氏８５０度である。

本発明によるプロセスは、ガス状生成物への有機出発材料の変換が装置内で行われることを特徴とする。この変換は、装置の管状炉の内部空間において段階的に行われる。入口側／ゾーンにおいて、出発材料が内部空間に供給される。内部空間内の出発材料を入口側から出口側に搬送するために、管状炉を、回転軸線を中心に回転させる。本発明によれば、内部空間を通して搬送している間および反応中に、出発材料は、摂氏３００度〜摂氏９００度（好ましくは摂氏６００度〜摂氏８５０度）の動作温度で第１の温度ゾーンを通過し、続いて、１０００℃を超える動作温度（好ましくは摂氏１１００度〜摂氏１３００度）で第２の温度ゾーンを通過する。

本発明は、具体的には、（２つの部分の）抵抗加熱システムによって加熱される装置に関し、水素ガスを生成する目的で出発材料を反応させるためにかかる装置を利用するプロセスに関する。具体的には、廃棄物、残留物質、バイオマスおよび同様の材料などの、炭素および炭化水素を含有する出発材料を処理するのに好適である管状炉が含まれる。

図面を参照しながら実施形態の例の助けを借りて本発明を以下に解説する。

図１は、本発明による装置の実施形態の好ましい形態の概略側面図である。図２は、本発明による装置の実施形態の好ましい形態の炉の概略側面図である。図３は、本発明による装置の実施形態の好ましい形態の炉および供給装置の概略側面図を示す。図４Ａは、本発明による装置の実施形態の好ましい形態の炉の縦断面の概略側面図を示す。図４Ｂは、図４Ａにおける領域Ｂの概略拡大図を示す。

本発明をより良く説明できるように、位置および方向が以下で使用される。これらの詳細は、関連の設置状況に関係し、それゆえ、限定的であると理解されるべきではない。

本発明は、廃棄物、残留物質、バイオマスおよび同様のものなどの、炭素または炭化水素を含有する有機出発材料１、すなわち出発材料を処理するかまたは反応させることに関する。この処理または反応中に、少なくとも１つのガス混合物３と１つの固体材料２が形成される。好ましくは、一酸化炭素ＭＯと水素Ｈ２を含有する合成ガスは、ガス混合物として生成される。処理に応じて、合成ガスは、水素ガス４を高含有量で含有する。好ましくは、水素ガスの含有量は８０％を超える。

ガス混合物３はまた、ＣＯ_２および未転化メタン（ＣＨ_４）をより少ない割合で含有することができる。

本発明によれば、出発材料および動作条件に応じて、Ｈ_２／ＣＯの比が４を超える、特に好ましくは５を超える。重要な点は、本発明が高い水素含有量をもたらすのにＣＯ_２を還元する必要のないことである。

実施形態の好ましい形態の助けを借りてかつ図１を参照しながら本発明の詳細を以下に解説する。実施形態の更なる形態は、実施形態のその好ましい形態から得られる。

本発明による高温装置１００は、有機出発材料１を変換するように特別に設計される。装置１００は、供給装置３０と、回転軸線Ｒを有する回転対称管状炉２０とを備える。回転軸線Ｒは、典型的には、水平に配設されるかまたは僅かに傾斜している。傾斜した配置において、傾斜角度は最大で４５°とすることができる。傾斜した配置では、少なくとも管状炉２０が斜めになっており、出口側Ａが入口ゾーンＥよりも高い所に位置する。しかしながら、図１に示すように、回転軸線Ｒが水平方向に位置合わせされることが好ましい。

有機出発材料１を反応させて水素ガス４を生成するために、水または水蒸気供給部３１が、入口ゾーンＥの領域に配設される。この供給部３１は、好ましくは、図１に表すように入口ゾーンＥの手前の管状炉２０外側に位置する。

水供給部または水蒸気供給部の調整を通じて、出発材料１は、管状炉の内部空間Ｉに湿潤状態で供給される。

図１による実施形態の形態は、ガス誘導システム４０の領域において出口側にガスモニタ４１を備える調整器または調整回路を備える。ガスモニタ３１は、直接的または間接的に（例えば、仲介コンピュータを介して）、調節信号Ｓ１が供給部３１に送出されることを可能にする。制御変数としても知られる、この調節信号Ｓ２を用いて、送給される水または水蒸気の量を、例えば、弁、ポンプまたはフラップ（ここではアクチュエータ３２として表される）によって調整することができる。

実施形態の全ての形態では、ガスモニタ４１として、例えば、電気化学式水素センサまたは電気化学式水素測定セルを備える、ガスモニタ４１を使用することができる。

実施形態の全ての形態において、ガスモニタ４１は、例えば、ガス混合物３中の水素含有量についての情報を提供する測定信号を送出することができる。制御変数Ｓ１を提供するために、この測定信号を直接的または間接的に（例えばコンピュータを介して）使用することができ、制御変数Ｓ１は、アクチュエータ３２を介して水の添加量に影響を及ぼす。

一方では、水素含有量４の多いガス混合物３を生成するために出発材料１の効率的な反応を可能にする目的で、十分な量の水を入口側で添加しなければならない。他方では、出発材料１が比較的高温でない温度Ｔ１で第１のゾーンＺ１を、次いでより高温Ｔ２で第２のゾーンＺ２を通過する２段階反応が行われなければならない。

Ｔ２＞Ｔ１が当てはまる。好ましくは、Ｔ１は、摂氏３００度〜摂氏９００度である。特に好ましくは、Ｔ１は、摂氏６００度〜摂氏８５０度である。好ましくは、Ｔ２は１０００℃を超える。特に好ましくは、Ｔ２は、摂氏１１００度〜摂氏１３００度である。

研究および試験は、上記の温度範囲では、２段階の温度処理中に、反応性の高い成分が、管状炉２０の材料を浸食する湿った出発材料から生成されることを示している。それゆえ、本発明によれば、第１のゾーンＺ１の材料が第２のゾーンＺ２の材料とは異なる状態で、特別な材料を使用しなければならない。

本発明によれば、ゾーンＺ１およびＺ２の各々は、より大きな損傷を受けずに永続的に利用できる管状炉２０を得るために個別に最適化されなければならない。

好ましくは実施形態の全ての形態において、管状炉２０が、第１のゾーンＺ１では、耐熱性金属または耐熱性合金を含み、好ましくはニッケル合金が使用される。

本明細書の目的では、ニッケル合金は、重量％で他の金属元素よりもニッケルを多く含む合金である。好ましくは、摂氏９００度までの温度範囲での腐食および酸化に耐性があるニッケル合金が使用される。管状炉２０の第１のゾーンＺ１の領域において材料として使用するためには、反応性の高いガス成分に対する耐性も重要である。上述の全ての材料は、ハロゲンイオンおよび／または硫化水素に耐性がなければならない。

主成分としてのニッケルに加えて、実施形態の全ての形態では、クロムもまた、第１のゾーンＺ１の材料の重要な２次成分である。加えて、以下の元素、鉄、モリブデン、ニオブ、コバルト、マンガン、銅、アルミニウム、チタン、ケイ素、炭素、硫黄、リンまたはホウ素のうちの１つまたは複数がニッケル合金に含まれ得る。

ＳｐｅｃｉａｌＭｅｔａｌｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社によるＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）またはＩｎｃｏｎｅｌ合金が特に好適である。

実施形態の全ての形態において、第２のゾーンＺ２の領域には、管状炉２０は、好ましくは、管状炉２０の内部空間Ｉ内の反応性の高いガスおよび高温Ｔ３に対する保護材として働く材料を含む。

第２のゾーンＺ２の領域において、管状炉２０は、高耐熱性セラミックコーティングを有する耐熱性金属、高耐熱性セラミック強化材を有する耐熱性金属、高耐熱性セラミック骨材を有する耐熱性金属、金属とセラミックの高耐熱性化合物、または高耐熱性セラミック材料を含み、セラミック材料が、好ましくは、以下の群の成分、すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のうちの１つを含む。

実施形態の全ての形態において、管状炉２０を１ピース（例えば、内側が異なってコーティングされる１つの管）または２ピース（例えば、セラミック材料の１つの長手方向セクションと耐熱性金属の１つの長手方向セクション）のいずれかで構成することができる。

上記の管状炉（２０）材料は非常に異なっており、それら材料を管状炉において耐久性のある状態で互いに組み合わせることができないことが示されている。それゆえ、本発明は、例えば図１に示すように、第１のゾーンＺ１を第２のゾーンＺ２から分離できる補償器２１を使用する。しかしながら、補償器２１はまた、その設計に応じて、別の位置に配設することができる。

実施形態の全ての形態において、本発明の補償器２１は、基本的に２つの役割を果たすように設計される。第１に、補償器２１は、使用される材料の大きな温度差と異なる膨張係数とに起因して管状炉２０の第１のゾーンＺ１と第２のゾーンＺ２との間に（例えば、２ピース管状炉において）発生する可能性のある機械的応力を補正または補償する働きをする。第２に、実施形態の全ての形態において、補償器２１は、好ましくは、ゾーンＺ１とＺ２との間に気密接続部を形成する。したがって、実施形態の全ての形態において、補償器２１は、好ましくは、高温に耐性があり、可撓性でかつ気密性であるように設計される。

実施形態の全ての形態において、補償器２１は、好ましくは、ケイ酸塩、例えば、天然雲母質鉱物、好ましくは金雲母、または合成雲母と、無機的に結合したガラス／雲母の組み合わせと、黒鉛材料とを含み、実施形態の全ての形態において、適切な材料が摂氏１２００度を超える融点を有する。

実施形態の全ての形態において、最終段落に記載された材料は、好ましくは、第１のゾーンＺ１の材料と第２のゾーンＺ２の材料との間の領域に配設される。

実施形態の全ての形態において、補償器２１は、好ましくは、ケイ酸塩、ガラス／雲母の組み合わせまたは黒鉛材料に加えてまたはそれに代えて、セラミック織物を含む。

実施形態の全ての形態において、セラミック織物のマットは、好ましくは補償器２１の構成要素として使用される。金属酸化物繊維のマットが特に好ましい。３Ｍ社によりＮｅｘｔｅｌ（商標）という名称で販売されているマットが極めて特に好ましく、それらマットは、摂氏１２００℃を超える温度で使用されるように設計されているはずである。

好ましくは、実施形態の全ての形態において、補償器２１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように設計される。

図４Ａおよび図４Ｂのこの補償器２１は、管状炉２０に接続されるとともに、固定軸受５０に対して摺動可能に設けられ／支えられる。熱誘起膨張が発生した際には、補償器２１を、図４Ａに両方向矢印Ｐ１で示すように、軸受５０に対して変位させる。

実施形態の全ての形態において、補償器２１は、好ましくは、管状炉に装着または焼き嵌めされる鋼製ホルダまたは鋼製リング５１を備える。鋼製ホルダまたは鋼製リング５１は、好ましくは、管状炉２０の周囲を３６０°取り囲む。

ゾーンＺ１とＺ２との間の移行エリアにおいて、補償器２１および／または管状炉２０は、実施形態の全ての形態において、好ましくは、管状炉２０の周囲を３６０°取り囲むセラミック製の取付具またはリングを備える。

ゾーンＺ１とＺ２との間の移行エリアにおいて、補償器２１および／または管状炉２１は、好ましくは、管状炉２０に直接的または間接的に内側が接続される回転組立体５３を備え、回転組立体５３が、回転軸線Ｒに平行に軸受５０に対して摺動可能に管状炉２０の外周面で支持している。

好ましくは実施形態の全ての形態において、管状炉２０は、管状炉２０の長手方向の熱誘起膨張を回転軸線Ｒに平行に許容するために入口ゾーンＥおよび／または出口側Ａの領域において摺動可能に支持される。

好ましくは実施形態の全ての形態において、出口側Ａの領域では、管状炉２０は、出口側Ａの領域において、長手方向の膨張が発生した際には、管状炉２０が回転軸線Ｒに平行にガス誘導システム４０内に所定の距離だけ入り込むようにして支えられる。

好ましくは実施形態の全ての形態において、ガス誘導システム４０のエリアでは、汚染物質および／または一酸化窒素および／または重金属をガス混合物から分離するように設計されるガス洗浄器４２が使用される。

合成ガス清浄化用に設計されたガス洗浄器４２が特に好適である。そのようなガス洗浄器はよく知られている。

例えば、ＡｉｒＬｉｑｕｉｄｅ社による酸性ガス除去（ＡＧＲ）プロセスを使用することができる。このプロセスは、酸性ガス洗浄を含む。しかしながら、冷メタノールを溶媒として利用する、Ｒｅｃｔｉｓｏｌ（登録商標）を物理吸収のために使用することもできる。

好ましくは実施形態の全ての形態において、ガス誘導システム４０の領域では、水素を分離するための装置４３は、水素濃度が７０％を超える（好ましくは８０％を超える）水素ガス４および残留ガス５が排出される出口側で使用される。

装置４３は、例えば、水素を分離するための（選択性ガス分離）膜を備えることができる。水素分離用の装置４３が知られている。

図１は、本発明による第１の例の装置１００を示している。装置１００は、左から右に見て、以下の構成要素および要素を備える。
出発材料／使用される材料１を送給するように設計された任意選択の漏斗７。
出発材料／使用される材料１を炉２０の内部空間に搬送するための（例えば、内部ウォームまたはコンベヤベルトを備えた）搬送要素３３。
ここでは搬送要素３３の領域に配設されるとともに、水量を調整するためのアクチュエータ３２を備える水（または水蒸気）供給部３１。
管状炉２０を回転可能に支持するための軸受要素／軸受／回転組立体３５。出発材料／使用されるべき材料１を送り込むための入口ゾーンＥ。
管状炉２０は、補償器２１により互いに空間的に分離される第１のゾーンＺ１および第２のゾーンＺ２を含む。
好ましくは炉２０の壁２３内または壁２３上に配設される加熱システム２７（図示せず）。
（清浄な無機材料として）固体材料２を、およびガス混合物３を排出するように設計された出口側Ａ。
出口側Ａの領域には、例えば、固体材料２を分離するための分離器４４が存在し得る。
出口側Ａの領域には、ガス混合物３を前方へ誘導するように設計されたガス誘導システム４０が存在する。
ガス誘導システム４０の領域には、ガス洗浄器４２を配設することができる。
ガス誘導システム４０の領域には、現時点で存在する水素量（水素含有量）を測定できるように、ガスモニタ４１が配設される。
ガスモニタ４１は、（例えば、信号線を介して）アクチュエータ３２に直接的または間接的に接続される。
水素を分離するための装置４３をガス誘導システム４０の領域に配設することができる。この装置４３は、流れ方向に見て、ガスモニタ４１の下流側に位置する。

図２は、本発明による装置１００の一部を形成し得る炉２０の更なる例を示している。炉２０は、左から右に見て、以下の構成要素および要素を備える。
出発材料／使用されるべき材料１を送り込むための入口ゾーンＥ。
補償器２１により互いに空間的に分離される第１のゾーンＺ１および第２のゾーンＺ２。
ここでは炉２０の壁２３内または壁２３上に配設される加熱システム２７。第２のゾーンＺ２の領域において、加熱システム２７は、第１のゾーンＺ１の領域における熱出力よりも高い熱出力を有することができる。内部空間内で行われるプロセスは少なくとも部分的に発熱性であるので、第２のゾーンＺ２の領域における加熱出力が、実施形態の全ての形態においてより高い加熱出力である必要はない。
炉２０内における内部搬送羽根２４。
（清浄な有機材料として）固体材料２を、およびガス混合物３を排出するように設計された出口側Ａ。
炉２０を回転駆動するための搬送ローラ３６および／または回転組立体。

図２は、本発明による装置１００の一部であり得る更なる例の炉２０を示している。炉は、右から左に見て、以下の構成要素および装置を備える。
供給装置３０の一部を形成するとともに、出発材料／使用される材料１を炉２０の内部空間に供給する（例えば、内部ウォームまたはコンベヤベルトを備えた）搬送要素３３。ここでは、出発材料／使用される材料１は、例えば、材料供給装置６を通して上方から搬送要素に到達することができる。
管状炉２０を回転可能に支持するための軸受要素／軸受３５。
出発材料／使用される材料１を送り込むための入口ゾーンＥ。
ここでは搬送要素３３の領域に配設されるとともに、所定量の水Ｗを（水蒸気ＷＤとして）炉２０の内部空間Ｉに直接的に供給する水（または水蒸気）供給部３１。
管状炉２０は、補償器２１により互いに空間的に分離される第１のゾーンＺ１および第２のゾーンＺ２を含む。
ここでは炉２０の壁２３内または壁２３上に配設される加熱システム２７。第２のゾーンＺ２の領域において、加熱システム２７は、第１のゾーンＺ１の領域における熱出力よりも高い熱出力を有することができる。内部空間Ｉ内で行われるプロセスは少なくとも部分的に発熱性であるので、第２のゾーンＺ２の領域における加熱出力が、実施形態の全ての形態においてより高い加熱出力である必要はない。
（清浄な有機材料として）固体材料２、およびガス混合物３を排出するように設計された出口側Ａ。
ガス混合物３を除去するためのガス誘導システム４０。
出口側Ａの領域にはまたはガス誘導システム４０には、水（または水蒸気）供給部２６（例えば、水噴射部）を任意選択的に配設することができる。
出口側Ａの領域には、例えば、固体材料２を分離するための分離器４４および収集容器４５を配設することができる。

１出発材料／使用される材料
２固体材料／清浄な有機材料
３ガス混合物
４水素ガス
５残留ガス
６材料供給部
７漏斗
２０管状炉
２１補償器
２３管壁
２４搬送羽根
２５（カウンタ）軸受
２６水（または水蒸気）供給部
２７．１予熱システム
２７．２主加熱システム
３０供給装置
３１水（または水蒸気）供給部
３２アクチュエータ
３３搬送要素／ウォーム
３４パイプ
３５軸受要素／軸受／回転組立体
３６搬送ローラ
４０ガス誘導システム
４１ガスモニタ
４２ガス洗浄器
４３水素分離装置
４４分離器
４５収集容器
５０軸受
５１鋼製ホルダまたは鋼製リング
５２セラミック製の取付具またはリング
５３回転組立体
１００装置
Ａ出口側
Ｅ入口ゾーン
Ｉ内部空間
Ｐ１両方向矢印
Ｒ回転軸線
Ｓ１制御変数
Ｗ水含有量（水または水蒸気）
ＷＤ水蒸気
Ｚ１第１のゾーン
Ｚ２第２のゾーン

Claims

供給装置（３０）と、
入口ゾーン（Ｅ）と内部空間（Ｉ）と回転軸線（Ｒ）と出口側（Ａ）とを備えた管状炉（２０）と、
出発材料（１）に水（Ｗ）を添加できるように前記供給装置（３０）または入口ゾーン（Ｅ）の領域に配設される水供給部（３１）とを備えた、水素を含むガスを生成するために前記有機出発材料（１）を反応させるための装置（１００）であって、
前記供給装置（３０）および前記管状炉（２０）が、前記供給装置（３０）により前記入口ゾーン（Ｅ）の領域において前記出発材料（１）を前記管状炉（２０）の前記内部空間（Ｉ）に供給することが可能であるとともに固体材料（２）およびガス混合物（３）を前記管状炉（２０）の前記出口側（Ａ）で排出できるようにして配設されかつ設計され、
前記管状炉（２０）が第１のゾーン（Ｚ１）と第２のゾーン（Ｚ２）とを含み、前記第１のゾーン（Ｚ１）が前記入口ゾーン（Ｅ）と前記第２のゾーン（Ｚ２）との間の領域にあり、かつ前記第２のゾーン（Ｚ２）が前記第１のゾーン（Ｚ１）と前記出口側（Ａ）との間の領域にあり、
前記管状炉（２０）が、前記第１のゾーン（Ｚ１）と前記第２のゾーン（Ｚ２）の異なる熱誘起膨張を補償するように設計される補償器（２１）を備え、
前記ガス混合物（３）を前方へ誘導するように設計されたガス誘導システム（４０）が、前記管状炉（２０）の前記出口側（Ａ）に配設され、
ガスモニタ（４１）が、前記ガス誘導システム（４０）の領域に配設され、前記ガスモニタ（４１）が前記ガス混合物（３）中の水素含有量を監視するように設計され、
前記水供給部（３１）を前記ガス混合物（３）中の前記水素含有量に応じて調整できることを特徴とする、装置（１００）。
前記補償器（２１）が、前記第１のゾーン（Ｚ１）と前記第２のゾーン（Ｚ２）との間の移行エリアに配設されることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１００）。
前記補償器（２１）が、前記管状炉（２０）に接続されるとともに、固定軸受（５０）に対して摺動するように設計され、熱誘起膨張が発生した際には、前記補償器（２１）を前記軸受（５０）に対して変位させることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１００）。
前記管状炉（２０）が、前記管状炉（２０）の長手方向の熱誘起膨張を許容するために前記入口ゾーン（Ｅ）および／または前記出口側（Ａ）の領域において摺動可能に支持されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記水供給部（３１）の領域には、前記ガスモニタ（４１）により提供される制御変数（Ｓ１）によって前記水供給部（３１）を調整することを可能にするアクチュエータ（３２）が配設されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記第１のゾーン（Ｚ１）の領域において前記出発材料（１）を摂氏３００度〜摂氏９００度の温度にするために、前記第１のゾーン（Ｚ１）の領域において、前記管状炉（２０）には、予熱システム（２７．１）、好ましくは電気予熱システムが設けられ、好ましくは前記温度が摂氏６００度〜摂氏８５０度であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記第１のゾーン（Ｚ１）の領域には、前記管状炉（２０）が、耐熱性金属または耐熱性合金を含み、好ましくはニッケル合金、特に好ましくはＩｎｃｏｎｅｌまたはＩｎｃｏｎｅｌ合金が使用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記第２のゾーン（Ｚ２）の領域において前記出発材料（１）を、摂氏１０００度を上回る、好ましくは摂氏１１００度〜摂氏１３００度の範囲である高温にすることができるように、前記第２のゾーン（Ｚ２）の領域において、前記管状炉（２０）には、主加熱システム（２７．２）、好ましくは電気加熱システムが設けられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記第２のゾーン（Ｚ２）の領域において、前記管状炉（２０）が、前記管状炉（２０）の前記内部（Ｉ）において反応性の高いガスおよび高温から保護する働きをする材料を含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置（１００）。
前記第２のゾーン（Ｚ２）の領域において、前記管状炉が、
高耐熱性セラミックコーティングを有する耐熱性金属、
高耐熱性セラミック強化材を有する耐熱性金属、
高耐熱性セラミック骨材を有する耐熱性金属、
金属とセラミックの高耐熱性化合物、または
高耐熱性セラミック材料を含み、
前記セラミック材料が、好ましくは、以下の群の成分、すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のうちの１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置（１００）。
前記水供給部（３１）は、前記出発材料（１）が前記管状炉（２０）内に供給される前に前記水供給部（３１）が前記出発材料（１）に調整可能な量の水（Ｗ）を添加できるようにして前記供給装置（３０）の領域に配設されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記管状炉（２０）をその回転軸線（Ｒ）を中心に回転させることで前記管状炉（２０）を通して前記入口ゾーン（Ｅ）から前記出口側（１）に前記出発材料（１）を搬送するように設計される搬送ウォームおよび／または搬送羽根（２４）が、前記管状炉（２０）の前記内部空間（Ｉ）内に配設され、前記搬送ウォームおよび／または前記搬送羽根（２４）が、前記第１のゾーン（Ｚ１）の領域には、好ましくは高耐熱性金属合金を、および前記第２のゾーン（Ｚ２）の領域には、好ましくは高耐熱性セラミック材料を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記補償器（２１）が好ましくは、雲母質材料、好ましくは金雲母と、無機的に結合したガラス／雲母の組み合わせとを含み、前記補償器（２１）が前記第１のゾーン（Ｚ１）の前記材料と前記第２のゾーン（Ｚ２）の前記材料との間の範囲に配設されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
ガス圧力計が前記ガスモニタとして機能することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
ガス誘導システム（４０）の領域には、汚染物質および／または一酸化窒素および／または重金属をガス混合物（３）から分離するように設計されるガス洗浄器（４２）が配設されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
流れ方向に見て、前記ガスモニタ（４１）後方の、前記ガス誘導システム（４０）の領域には、水素を分離するための装置（４３）が配設され、前記装置（４３）の出口側では水素濃度が８０％を超える水素（４）および残留ガス（５）が提供されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記管状炉（２０）の前記出口側（Ａ）の領域には、好ましくは前記ガス誘導システム（４０）の領域には、固体物質用の分離器（４４）が配設されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置（１００）。
前記装置（１００）には、炭素または炭化水素を含有する出発材料（１）が送給されることと、前記出口側で、水素を含有するガス混合物（３）を得ることができることとを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置（１００）の使用。