JP2018002793A5

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Publication number: JP2018002793A5
Application number: JP2016128683A
Authority: JP
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2036-06-29

Description

従来技術に関して、一般に、次のことを述べることができる：
木質は、化学的に三つの主要成分から構成されている：
−セルロース
−ヘミセルロース
−リグニン
−残部 Regarding the prior art, in general, it may be mentioned the following:
Wood is chemically composed of three main components:
-Cellulose-hemicellulose-lignin-balance

セルロース
全ての木質の植物の主成分は、約５０％のセルロースから構成されている。セルロースは、個々のグルコース単位からなる鎖状構造の分子である。セルロースの本来の構成成分は、二糖類であるセロビオースである。 Cellulose The main component of all woody plants is composed of about 50% cellulose. Cellulose is a chain of molecules consisting of individual glucose units. The natural constituent of cellulose is cellobiose, a disaccharide .

リグニン
木質の第三の成分は、その質量に基づいて約２５〜３０％が、フェニルプロパン単位からなるポリマーであるリグニンである。 Lignin The third component of wood is lignin, a polymer composed of about 25-30% by weight of phenylpropane units.

熱−化学的変換
熱−化学的な仕上げ工程（ガス化）により、固体のバイオエネルギー源は、第一に、熱の流入下でガス状の第二のエネルギー源に変換される。ガス化の際、バイオマスは高温で可能な限り完全に可燃性ガス（すなわち、いわゆる合成ガス）に変換される。そのために、そのプロセスに当量未満の酸素含有ガス化剤（空気）が供給され、それによって、バイオマス中に含有される炭素を一酸化炭素に変換できる。同時に、投入した材料の部分的な燃焼によって必要なプロセス熱が提供さるため、ガス化プロセスをいつでも起こすことができる（自己熱ガス化）。発生する低カロリーガスは、バナーに熱を供給するために、そして、なかんずくガスエンジン又はガスタービンにおいて流体の流れを発生させるために使用される。 Thermo-chemical conversion By means of a thermo-chemical finishing step (gasification), a solid bioenergy source is first converted into a gaseous second energy source under the influx of heat. During gasification, the biomass is converted to a flammable gas (ie, so-called synthesis gas) as completely as possible at high temperatures. To that end, the process is supplied with less than an equivalent amount of an oxygen-containing gasifier (air), whereby the carbon contained in the biomass can be converted to carbon monoxide. At the same time, the gasification process can take place at any time (self-thermal gasification) as the required process heat is provided by partial combustion of the input materials. The resulting low-calorie gas is used to supply heat to the banner and, inter alia, to generate a fluid flow in a gas engine or gas turbine.

並流の固定床ガス化
この種類のガス化の場合、固形物粒子（木質）は、ガス流によって移動しない。燃料は、バラ材の形態でガス化器を通って移動する。ガス化の残滓は、ガス化器の下部領域に受容される。燃料及びガスは、同じ経路を進む。 Co-current fixed bed gasification In this type of gasification, solid particles (wood) are not moved by the gas stream. The fuel moves through the gasifier in the form of bulk material . Gasification residues are received in the lower region of the gasifier . Fuel and gas follow the same path.

脱気及び熱分解（Ｐｙｒｏｌｙｓｅ）
熱分解相又は熱分解ゾーンにおける温度は、２００℃〜４００℃の間である。この温度において、酸素（Ｏ２）及び水素（Ｈ２）は脱気される。前章で述べたように、木質の構成成分はこの相でガス化される。熱分解の際、セルロース及びヘミセルロースから、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）並びに酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、アセトン（Ｃ３Ｈ６Ｏ）、フェノール（Ｃ６Ｈ５ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）が生じる。その熱分解の際に生じた長鎖の炭化水素はタールと呼ばれる。 Degassing and pyrolysis (Pyrolyse)
The temperature in the pyrolysis phase or zone is between 200C and 400C. At this temperature, oxygen (O2) and hydrogen (H2) are degassed. As mentioned in the previous chapter, wood constituents are gasified in this phase. During pyrolysis, carbon dioxide (CO2) and carbon monoxide (CO) and acetic acid (CH3COOH), acetone (C3H6O), phenol (C6H5OH) and water (H2O) are produced from cellulose and hemicellulose. The long-chain hydrocarbons produced during the pyrolysis are called tars.

酸化
乾燥、熱分解及び還元に必要なエネルギーは、このゾーンで形成される。炭素及び水素はエネルギーを放出しながら燃焼する（発熱）。このゾーンでは、温度は６５０℃〜１１００℃の間であり、そして、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＨ_４が生じる（以下を参照。符号なし）。 The energy required for oxidation, drying, pyrolysis and reduction is formed in this zone. Carbon and hydrogen burn while emitting energy ( heat generation ). In this zone, the temperature is between 650 ° C. and 1100 ° C. , and CO ₂ , H ₂ O and CH ₄ are produced (see below, unsigned) .

還元
還元ゾーンでは、燃焼ガスの発生が可能である。この場合、固体の炭素の本来のガス化が起こる。この還元ゾーンでは、ＣＯ２及びＨ２Ｏのような、その前の過程の酸化で生じた中間生成物が、赤く燃える木炭上で還元される。その際に、ＣＯ、Ｈ２及び高級炭化水素が発生する。これは、約１１００〜６５０℃で行われる。 Reduction In the reduction zone, combustion gas can be generated. In this case, the natural gasification of solid carbon occurs. In this reduction zone, intermediate products from previous oxidations, such as CO2 and H2O, are reduced on red burning charcoal. At that time, CO, H2 and higher hydrocarbons are generated. This is done at about 1100-650 ° C.

高ＣＯ生成と高水素生成との間には、温度依存性とは逆の傾向がある。さらに、水素の生成は、メタン形成のために後退する。二つの成分は発熱量を高める。高い水素含有量は、エンジンのノッキング問題を高める。アンチノックのメタンは良好な燃料ガスであるが、経験上、高いメタン含有量をもたらすガスの生成は、ガスの高いタール負荷も一緒に招く。 Between the high CO generation and high hydrogen generation, there is a reverse tendency to the temperature dependence. In addition, hydrogen production recedes due to methane formation. The two components increase the calorific value . High hydrogen content increases engine knocking problems. Although anti-knock methane is a good fuel gas, experience has shown that the production of gas that results in a high methane content also results in a high tar load of the gas .

プロセスの実施、滞留時間、温度及び燃料の種類、粒度及び湿度は、木質ガスの組成に影響を及ぼす。木質の典型的な発熱量は、３．５〜５．５ＭＪ／ｍ３の規模にあり、そのため、木質ガスはリーンガスである。 Process implementation, residence time, temperature and fuel type, particle size and humidity influence the wood gas composition. The typical calorific value of wood is on the order of 3.5-5.5 MJ / m3, so wood gas is lean gas.

本発明は、請求項１の特徴部分に示された特徴を有する装置及び請求項３の特徴部分に示された特徴を有する方法によってこの課題を解決する。言い換えると：ガス発生器の底部領域においてガス化されずに付随的に生じた木炭を、少なくともその大部分を、ガス流体流により下流に設けられた高温ガスフィルターへ移送する。これは、かつてより周知のバルク輸送時と同様に、圧気輸送の技術により、流体流の速度を適切に選択することによって遂行できる。高温ガスフィルターでは、木炭、並びに炭塵及びそれに伴う灰分が、好ましくはフィルターカートリッジであるフィルターの表面で分離される。フィルターにおける圧力損失に依存して、フィルターカートリッジの上流に、酸素（大抵は、空気の形態）が可能な限り激しく導入され、それによって、そのフィルターカートリッジでは、フィルターケークが吹き飛ばされ、そして圧力サージ及び温度により有利に働き、第二のガス化工程が行われ、それによって、同伴された木炭又は微粉炭の大部分がガス化される。依然としてガス化されていない部分は、フィルターの下方部分に−またもや、好ましくは空気の形態で−供給される酸素によって最終的にガス化される。事前に不明な場合に装置建造者及び装置操作者にとって決定するのが容易なプロセスパラメータに依存して、鉱物灰分への木質ガス化は、本質的に完全に遂行することができる。 The invention solves this problem by an apparatus having the features set forth in the characterizing part of claim 1 and a method having the features set out in the characterizing part of claim 3. In other words: the concomitantly produced char that has not been gasified in the bottom region of the gas generator is transferred, at least in large part, by means of a gaseous fluid stream to a hot gas filter provided downstream. This can be accomplished by the appropriate selection of fluid flow velocities by means of pneumatic transport, as in the more well-known once bulk transport. In a hot gas filter, charcoal and coal dust and associated ash are separated on the surface of the filter, which is preferably a filter cartridge. Depending on the pressure loss in the filter, upstream of the filter cartridge, (usually, air forms) oxygen is violently as far capable Kushirube input, whereby the the filter cartridge, the filter cake is blown off, and Advantageously due to the pressure surge and the temperature, a second gasification step is carried out, whereby the majority of the entrained char or pulverized coal is gasified. The portion that has not yet been gasified is finally gasified by the oxygen supplied to the lower part of the filter—again, preferably in the form of air. Advance depending on the easy process parameters to determine for device builders and apparatus operator if unknown, wood gasification to mineral ash can be essentially completely performed.

唯一の図からなる図面において、本発明の装置は、単に概略的に示されている。その場合、図上の構成要素のうち本発明とは文脈において因果関係のないものは省略した。特に、多数の計測器、制御機器及び遮断機器、制御装置、装置上流及び下流の構成要素、例えば貯蔵装置、乾燥手段、最終的な生成物ガス精製及び使用者への移送は、木質ガス化の装置の分野の当業者には周知であり、更なる説明は、本発明に関連して必要ではない。 In the drawing consisting of only one figure, the device according to the invention is shown only schematically. In this case, components having no causal relation in context with the present invention among components on the drawing are omitted. In particular, a large number of measuring instruments, control and shut-off devices, control devices, upstream and downstream components such as storage , drying means, final product gas purification and transfer to the user can be used for wood gasification. It is well known to those skilled in the field of devices and no further description is necessary in connection with the present invention.

本発明の装置は、本発明に不可欠な要素及び部材−計測器等がない場合でさえ−この単一の図に概略的に示されている。これらは、本質的に次を有する：ガス化器１及び高温ガスフィルター２。木質チップ、木質ペレット、石炭などは、図示しない貯蔵バンカーから、供給３を介してガス化器１にその頭部から適切に供給され、そして、従来技術から知られているそれらにおいて、冒頭に述べた、乾燥、膨潤、酸化及び還元の工程を経て、その際、符号４で示す下部領域において、ライン及び分配器５を介して空気が適切に供給される。これは、並流で作動する固定床を備えた典型的な木質ガス化器である。その下部領域では、酸化後に還元が行われ、そして未燃焼部分及び灰分が生成物ガスと共に、ライン６を介してガス化器の底部領域において引き抜かれ、そして、高温ガスフィルター２の中央領域に導入される。 The device of the present invention is shown schematically in this single figure-even without the essential elements and components-even the instruments and the like-of the present invention. These essentially have: a gasifier 1 and a hot gas filter 2. Wood chips, wood pellets, coal, etc. are suitably fed from the storage bunker, not shown, to the gasifier 1 via feed 3 at its head, and are mentioned at the outset in those known from the prior art. In addition, through the steps of drying, swelling, oxidation and reduction, air is appropriately supplied through a line and a distributor 5 in a lower region indicated by reference numeral 4. This is a typical woody gasifier with a fixed bed operating at cocurrent. In the lower region, a reduction takes place after oxidation, and the unburned parts and ash, together with the product gas, are withdrawn in the bottom region of the gasifier via line 6 and introduced into the central region of the hot gas filter 2 Is done.

フィルターカートリッジ７は、加圧空気供給器９に調節可能に接続されており、これらは、該加圧空気供給を使って、それらの純粋ガス側に衝撃的に過圧をかけて、そうして、それらの粗製ガス側に蓄積したフィルターケークが吹き飛ばされそして少なくとも部分的にガス化され得るようにする。高温ガスフィルター２の下部領域には、ガス化されなかった成分のための取り出し部１０及び対応する灰分容器１１が設けられる。 The filter cartridges 7 are adjustably connected to a pressurized air supply 9, which use the pressurized air supply to shock overpressure their pure gas side, and thus , filter cases click accumulated in their crude gas side of the blown and at least partially to be gasified. In the lower region of the hot gas filter 2 there is provided a take-out 10 for the components that have not been gasified and a corresponding ash container 11.

本発明によれば、今や、ライン１２を介して例えば、空気の形態で、場合によっては加熱及び／又は乾燥した酸素が、フィルター底部１３の下方の領域（フィルターカートリッジのほぼ下端部）に供給され、それによって、高温ガスフィルター２の粗製ガス領域において、依然としてガス化されていない木質成分の極めて完全なガス化がさらに進行する。 According to the present invention, now, for example, via line 12, with air form, optionally oxygen heated and / or drying is supplied to the area below the filter bottom 13 (substantially the lower end of the full I Luther cartridge) Thereby, in the crude gas region of the high-temperature gas filter 2, extremely complete gasification of the woody components that have not been gasified further proceeds.

本発明は、図示した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。したがって、大型の装置の場合、保守の場合においてさえ連続運転が達成できるよう、いくつかのガス化器及び／又はいくつかの高温ガスフィルターを適切に互いに組合せることができる。吸引を増強しても重すぎる木質成分のためのガス化器には、このような成分のための排出装置を設けることができ、このような成分が後でガス化器に再び供給されるかまたは廃棄されるかは、出発材料の性質及び生成物流へ戻す可能性に依存する。 The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible. Thus, in the case of large equipment, several gasifiers and / or several hot gas filters can be appropriately combined with one another so that continuous operation can be achieved even in case of maintenance. Gasifiers for woody components that are too heavy even with increased suction can be provided with a discharge device for such components, and if such components are later fed back into the gasifier. Or is discarded depending on the nature of the starting materials and the possibility of returning to the product stream .

供給ライン１２のノズル又はその他の開口部が高温ガスフィルター２中へ進入する高さは、フィルターカートリッジ７が存在する場合、その下端が適切である。そこでは、フィルターケークが吹き飛んだ時に、障害のない運転の間に未だガス化されていない材料が通過するのと同じように、全材料が通過する。過圧及び体積流量のような運転パラメーターは、いくつかの実験によって容易に決定される。種々異なる材料がガス化され、それが、特定の状況下で有利な場合、個別に、又はグループで供給できるノズルが、様々な高さで設けられる。 The height at which the nozzle or other opening of the supply line 12 enters the hot gas filter 2 is appropriate at the lower end of the filter cartridge 7 when the filter cartridge 7 is present. There, when the filter cake blows off, all the material passes, just as non-gasified material passes during unhindered operation. Operating parameters such as overpressure and volume flow are easily determined by some experiments. Different materials are gasified, and if this is advantageous under certain circumstances, nozzles, which can be supplied individually or in groups, are provided at different heights.

要約すると、本発明は炭化水素含有材料、特に木質を、ガス化器１によりガス化するための装置であり、該ガス化器に、その上部領域中にガス化すべき材料を供給し、そして、大抵空気の形態の酸素が該ガス化器の中央領域に供給され、そして、該ガス化器の下部領域中では、固定床リアクター中で該材料の大部分がガス化され、その際、該ガス化器１の最下部領域から生成ガスが生成ガスライン６を介して引き抜かれ、そして、高温ガスフィルター２の下部領域中へ導入され、そこでは、好ましくはフィルターカートリッジ７を備えたフィルターを介して、ガス化されなかった粒子、灰分及び異物のような固形物が分離される一方で、純粋ガスがそこを通って到達し、そして、純粋ガスライン８を介して輸送され、その際、該高温ガスフィルター２の底部領域中に残存する固形物を排除するために、取り出し部１０が設けられる、と言える。その際、該高温ガスフィルター２には、フィルター底部１３と取り出し部１０との間のその中央高さの領域に、ライン１２を介して、好ましくは空気の形態の酸素が供給される。 In summary, the present invention is an apparatus for gasifying a hydrocarbon-containing material, in particular wood, by means of a gasifier 1, which feeds the material to be gasified into its upper region, and Oxygen, mostly in the form of air, is supplied to the central region of the gasifier and, in the lower region of the gasifier, most of the material is gasified in a fixed-bed reactor , where the gas encoder 1 of the product gas from the bottom region is withdrawn through the product gas line 6 and is introduced into the lower region of the hot gas filter 2, wherein, preferably via a filter having a filter cartridge 7 , while particles which have not been gasified, the solid such as ash and debris being separated, reaching the pure gas therethrough, and is transported through the pure gas line 8, this time, the high temperature Gasfi To eliminate solids remaining in the bottom region of the coater 2, Eject unit 10 is provided, and said. At that time, the high-temperature gas filter 2, in the region of the center height between the take-out portion 10 and the filter bottom 13, via a line 12, is preferably supplied oxygen in the form of air.

材料に関する“大部分”という語は、５０重量％超、好ましくは８０重量％超、特に好ましくは９５重量％超を意味し；、リアクター、フィルター、構造物又は装置、又は、より一般的には対象物の“下部領域”は、全体の高さの下半分、特に下の４分の１を意味し、“最下部領域”という語は、下から４分の１、特には、もっと小さい部分を意味し；そして、“中央領域”という語は、全体の高さの中央の３分の１を意味する。これらの指標の全ては、“上”、“下”、“前”、“後ろ”等も同様に、それらが一般的に有する意味であり、その意図した位置で観察された対象物に適用されることに留意すべきである。 The term "majority" with respect to the material means more than 50% by weight, preferably more than 80% by weight, particularly preferably more than 95% by weight; a reactor, a filter, a structure or a device, or more generally The " bottom area" of the object means the lower half of the overall height, especially the lower quarter, and the term "bottom area" means the lower quarter, especially the smaller part. And the term " central area" means the middle third of the overall height. All of these indices, as well as "up", "down", "front", "back", etc., have their general meaning and apply to the object observed at its intended location. It should be noted that

０１ガス化器
０２ホットエアフィルター
０３フィーダー
０４取付部品
０５分配器
０６生成物ライン
０７フィルターカートリッジ
０８純粋ガスライン
０９加圧空気供給器
１０取り出し部
１１灰分容器
１２供給ライン
１３フィルター底部 01 gasifier 02 hot air filter 03 feeder 04 mounting parts 05 distributor 06 product line 07 filter cartridge 08 pure gas line 09 pressurized air supply 10 take-out part 11 ash container 12 supply line 13 filter bottom

Claims

A device comprising a gasifier (1) for gasifying a carbon-containing material, in particular wood, wherein the material to be gasified into the upper region of the gasifier, and in its central region, usually oxygen is supplied in the form of air, and, for the most part in a fixed bed reactor in the lower region is gasified, whereby, from the bottom region of the gasifier (1), the product gas line (6 ) Is drawn off and introduced into the lower region of the hot gas filter (2), where the non- gasified particles, ash, preferably through a filter with a filter cartridge (7) And the solids such as foreign matter are separated, while the clean gas passes therethrough and is discharged through a clean gas line (8), wherein the hot gas is discharged to discharge the remaining solids The bottom of the filter (2) Unit taken out frequency region (10) is provided, a said device,
Oxygen is supplied via line (12), preferably in the form of air, to the central height region of the hot gas filter (2) between the filter bottom (13) and the take-off (10). An apparatus as described above, characterized in that:

The example suction in the by blower product line (6) (Zug) is a strength particles not gasified in gasification unit is entrained essentially to the high temperature gas filter (2) The device according to claim 1, characterized in that it is characterized by:

A method for gasifying a carbon-containing material, particularly wood, using a gasifier (1) and a high-temperature gas filter (2) downstream of the product stream, wherein the gas filter (2) is filtered by a product stream. Before the supply of oxygen , preferably in the form of air, whereby a further gasification step is carried out.