JP2019537661A - フィルターキャンドルおよびゼオライト供給器を備えた生成ガスフィルター - Google Patents

Abstract

本発明は、木質ガス化反応器（３）の生成ガスが生成ガス配管（２）を介して供給され、かつ精製ガスが精製ガス配管（５）を通って排出される、ハウジングを備えた生成ガスフィルター（１）に関する。生成ガス流から長鎖炭化水素を少なくとも実質的に減らし得るために、および高いフィルター性能も獲得するために、フィルター（１）が隔離床（８）を介して気密に２つの部分に分けられており、生成ガス配管（２）が一方の下部領域（４）に通じており、かつ精製ガス配管（５）が上の捕集室（１０）から出ており、隔離床（８）に少なくとも２つのフィルターキャンドル（９）が配置されており、フィルターキャンドル（９）が、個々に圧縮空気配管（１２）を介して圧縮空気源（Ｐ）と接続可能であり、かつ下部領域（４）内に突き出ており、ならびにゼオライト容器（１４）が、圧縮空気源（Ｐ）と接続可能なベンチュリノズル（１５）および開閉可能な配管を介して、フィルター（１）の下部領域（４）と接続している。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルおよび欧州特許第３０６７４０７号（特許文献１）に対応する木質ガス化反応器からの生成ガス中の長鎖炭化水素を減らすための装置に関する。言い換えれば、木質ガス化反応器からの生成ガスが生成ガス配管を介して供給されるハウジングを備えた生成ガスフィルターに関する。

本出願人の欧州特許第３０６７４０７号（特許文献１）からは、このような設備に関し、収量を改善するために、生成ガスフィルター内で、ただし本来のフィルターの前に、生成ガスに酸素を送ることが知られている。この文献は、長鎖炭化水素を減らすという問題には取り組んでいない。

欧州特許第１８７０４４４号（特許文献２）および国際公開第２００８／０８９５０３号（特許文献３）は類似の装置に関しているが、同様に長鎖炭化水素を減らすという問題には取り組んでいない。

長鎖炭化水素としては、例えば、バイオマスガス化の際に一般的に発生するフェノール、アセナフチレン、ナフタレン（Ｎａｐｈｔａｌｉｏｎ）、メチルナフタレン、フェナントレン、クレゾール、ビフェニル、フルオレン（Ｆｌｕｒｅｎ）、およびアントラセンのような長鎖炭化水素を挙げることができる。木材ガス化の場合、長鎖炭化水素の形成は、常に存在するテルペンおよびさらにはリグニンによって引き起こされる。

反応器としては、現況技術において知られているすべての反応器、したがってとりわけ上昇流方式のガス化、下降流方式のガス化、２段方式のガス化、固定流動床およびさらには循環流動床による反応器を挙げることができる。

本発明の意味における木質ガス化反応器はバイオマスから生成ガスを生産し、この生成ガスはその後、非常に様々に、例えばブロック発電所（Ｂｌｏｃｋｋｒａｆｔｗｅｒｋ）、タービン、およびその類似物などにおいて使用することができる。その際、生成ガス中に含まれている固体を分離する必要がある。このような固体は、ガス化反応器の場合はたいてい未燃炭素粒子であり、ただしその他の混合物を少量で含んでいる可能性もある。これに関してはそれぞれの立法機関によっても事業者によっても、いわゆる微粉塵の除去がますます強く求められており、このような絶えず厳しくなっている限界値が定められている。

これらの固体を分離する１つの可能性は古典的なろ過にあり、非常に様々なフィルターを使用できるが、フィルターキャンドルおよびフィルターバッグだけを指摘しておく。

ろ過のための１つの代替技術は触媒の使用であり、触媒の場合、これらの固体粒子を、それが化学的に可能であれば、触媒によって燃焼させる。両方の方法が利点および欠点を有した。

いまではこれに加え、様々な国の立法機関は、生成ガスおよび排煙ガスのいっそう良好なろ過を漠然と求めるだけでなく、新しい観点として、生成ガス中に残る長鎖炭化水素の割合を減らすことも要求している。バイオマスガス化に由来する長鎖炭化水素を減らすために、今のところ投入する燃料およびその塊程度に最も着目している。ときには燃料の含水率もある役割を演じる。それに加えてこのような成分は、凝縮し、付着し易いので、バイオガス化の後に接続されるユニット、例えばエンジンに損害を与える。

欧州特許第３０６７４０７号 欧州特許第１８７０４４４号 国際公開第２００８／０８９５０３号

本発明の目的は、将来の規準も満たすことができるような、したがってとりわけ、生成ガスから長鎖炭化水素を少なくとも十分に除去すること、好ましくは微粉塵および超微粉塵をろ別することができるような装置または方法を提供することである。

本発明によればこの目的は、請求項１の特徴部に含まれる特徴によって達成される。言い換えれば、生成ガス流が通過するフィルター上にまたはろ過ケーキ上に、微粉砕ゼオライトを付与し、これによりとりわけ長鎖炭化水素を、ゼオライトろ過ケーキを介した触媒作用によってクラッキングし、かつゼオライトろ過ケーキと共に生成ガス流から排除することができる。

好ましい一実施形態では、本発明による生成ガスフィルターは少なくとも２つのフィルターキャンドルを有しており、これらのフィルターキャンドルを通って生成ガスが流れ、かつフィルターキャンドルの表面で粒子がろ別され、これがろ過ケーキを生成し、このようなろ過で知られているように、貫流する生成ガス流の圧力低下が設定限界値を上回ると、ろ過ケーキを剥がしてフィルターから排除する。その際、本発明によれば、ろ過ケーキを除去した後に、微粉砕ゼオライトをフィルターキャンドルの領域で生成ガス流中に吹き込み、ろ過ケーキの土台としてフィルターキャンドル（複数可）に付着させ、こうして層または被膜が形成され、たとえ極めて薄くてもこの層または被膜は、生成ガス流中に含まれる長鎖炭化水素を減らすことができる。ろ過ケーキの次の吹飛ばしまたは剥離により、ろ過ケーキと共に使用済みの触媒作用するゼオライトも排除される。

米国特許第５５０５７６６号で付随的に言及されているように、ゼオライトは、現況技術では化石由来の排煙ガスから水銀を分離するために使用された。

例えば特開２００５０２８２９４号公報または国際公開第２０１０／０３４７９１号から明らかであるように、ゼオライトは現況技術では別の関係でも、詳しくは排ガス、排煙ガス、および燃焼ガスの処理においても言及されている。

これに関し日本の文献は、極めて酸性の排ガスに関しており、この排ガスに、少なくとも５０重量％のアルカリ剤を含有する処理剤が混ぜられ、超微粉塵をろ別するためフィルターに意図的に施したろ過ケーキを設けることができ、これに適した材料の列挙においてゼオライトも言及されている。この排ガス中に長鎖炭化水素が存在するとしても（それは言及されていない）、フィルターハウジング内およびフィルターで、熱的および化学的な条件下で直接的に長鎖炭化水素を減らしてはいない。

国際公開文献は、銑鉄を製造する際にまたは石炭ガス化設備内で発生する排ガスを扱っており、したがって木材のガス化に関する本発明とは違い、非常に厄介な汚染物質を含んでいる。ここでは機械的ろ過だけでなく、粒子状の添加剤の添加が提案されており、この添加剤は吸着剤も含有することができ、この吸着剤もまた微粉砕ゼオライトであり得る。加えられた吸着剤はその後、ファインフィルター内でガス流から除去される。長鎖炭化水素の存在も長鎖炭化水素への影響も言及されていない。

生成ガスろ過のための本発明による機構１を純粋に概略的に示す図である。

以下では、純粋に概略的な表示に基づき、１つだけの図を用いて本発明をより詳しく説明する。

この１つだけの図は、生成ガスろ過のための本発明による機構１を純粋に概略的に示している。文脈からそれぞれの意味を明白に推論できるので、ここでも技術用語のように、すべての筐体、装備品などを備えたフィルター全体およびフィルター自体をしばしば同義で「生成ガスフィルター」または略して「フィルター」と呼ぶ。機構１には生成ガス流が送られ、この生成ガス流は、配管２を通って木質ガス化反応器３（示唆のみ）から本来のフィルター４に至る。フィルター４からは、送風機６が中に配置された精製ガス配管５が、タービン、燃焼機関などの形態のガス変換機へと通じている。

フィルター４は、実質的にはハウジングおよび隔離床８から成っており、隔離床８には、複数の、図示した例示的実施形態では２つのフィルターキャンドル９が、下に向かって、未精製の生成ガスに突き出るように配置されている。隔離床８は、ならびに隔離床８とハウジングおよびフィルターキャンドル９との接続部は、密に形成されおり、これにより、生成ガス配管２を通ってくる生成ガスはフィルターキャンドル９を通り抜けることでしか、隔離床８の上側にある精製ガス用の捕集室１０内に、およびそこから精製ガス配管５内に達することができない。

フィルター４の下部領域は、円錐形であるかまたは別の形式で先細りするように形成されており、この下部領域の下端では、図示した例示的実施形態では開閉装置なしで、粉塵容器１１内に通じている。開閉器具として、例えばロータリバルブを設けることができ、単純なフラップも可能である。

フィルターキャンドル９は現況技術から知られているように、圧縮空気配管１２および選択的に作動可能な開閉器具１３を介して蓄圧器Ｐと接続している。

これまで述べてきた装置は完全に従来の生成ガスフィルターに対応しており、この装置の運転は、現況技術の運転に対応しているので簡単にしか示さない。

通常運転では（立上げ運転および非常時運転はここでは説明しない）、生成ガスは木質ガス化反応器３から生成ガス配管２を通ってフィルター４内に、そこからフィルターキャンドル９を通って捕集室１０内に、そこから精製ガス配管５および場合によっては設けられているまたは設けられていない送風機６を通ってガス変換ユニット内に流れている。この場合、フィルターキャンドル９の表面を通り抜ける際に、固体材料が生成ガス流からろ別され、ろ過ケーキが形成される。このろ過ケーキは、一方ではフィルター特性を改善し、他方では増加するろ過ケーキの生成によりフィルターキャンドル９での圧力低下を増大させ、こうして流量が低下する。

圧力低下の設定限界値に達すると（このために必要なセンサはさらに下で説明する）、観測しているそれぞれのフィルターキャンドルに帰属する開閉器具１３が開き、短いが激しい圧力サージが、フィルターキャンドルを通る生成ガスの貫流方向とは逆に生じ、この圧力サージによりろ過ケーキが適切に剥離され、それから重力に従って下へと粉塵容器１１内に達する。短時間後に、たいていはほんの数ミリ秒後には既に開閉器具１３が再び閉じ、次のろ過ケーキが生成され始める。生成ガスの組成および精製ガスに関する遵守すべき純度規則を知ったうえで正しく設計すれば、このやり方で、フィルター特性が時間と共に変動するにもかかわらず所望の純度を経時観察において達成することができる。

本発明によれば、一方では超微粉塵画分をより良好に分離し得るためにも、他方ではそれだけでなく本発明により長鎖炭化水素を減らすためにも、ゼオライト材料用の貯蔵容器１４が設けられている。貯蔵容器１４の下端はベンチュリノズル１５に通じており、ベンチュリノズル１５には、開閉器具１６が適切に開くと、貯蔵タンクＰまたはコンプレッサから来る圧縮空気が貫流する。そうしてこの圧縮空気が、ベンチュリノズル１５を通り抜ける際に貯蔵容器１４から微粉砕ゼオライトを随伴し、ゼオライトを１つまたは複数のノズル１７からフィルター４の内部に、好ましくは例えばフィルターキャンドル９の領域で噴霧する。

この装置は、フィルターキャンドル９の１つからろ過ケーキを剥離させた後は常に、両方の開閉器具１６が短く開き、これにより圧縮空気がベンチュリノズル１５を通って流れ、その際に、微粉砕ゼオライトを随伴するように運転される。このゼオライトは、フィルター４のハウジング内部に吹き込まれる際に噴霧され、かつ生成ガス流と共に、好ましくは（ここではろ過ケーキが存在していないので流動抵抗がほかのキャンドル（複数可）より小さい）浄化直後のフィルターキャンドル９へと運ばれ、そこでフィルター表面に付着する。こうしてゼオライトは実質的に第１の層を、したがってこの後に生成されるろ過ケーキのための土台を形成する。このろ過ケーキを通り抜ける際に、およびたとえ薄い層であるとしてもゼオライトを最後に通り抜ける際に、長鎖炭化水素が減少し、使用済みの触媒のゼオライトはろ過ケーキの次の剥離の際に、粉塵容器１１内に排除される。

長鎖炭化水素の「クラッキング」の正確な化学的プロセスは知られていないが、それでもフィルターの前と後の生成ガスの分析が、このような反応になるにちがいないことを示しており、なぜなら長鎖炭化水素の割合が大幅に減少しており、ろ過ケーキ中では見つからないからである。

本発明は、説明および図示した実施形態に限定されるのではなく、様々に変化および適応させることができる。そうしてたいていの場合には、ろ過の始めに未精製の生成ガスが早くもさらなる使用にまたは周囲環境にもたらされてしまわないよう、独自のスタートプログラムが準備されるであろう。これに関しては現況技術に多数の手本が存在しており、これらの手本は、本発明を知ることで容易に本発明と組み合わせることができる。このような追加的なフィルターを、吹飛ばし後のフィルターキャンドルに、新たなろ過ケーキが形成されるまで接続してもよい。対応する通気管および弁またはフラップなども、見易くする理由から、およびこれらが本発明の本質と因果的には結びついていないので図示していない。このことは、運転を監視するセンサ、とりわけろ過ケーキの状態を推測可能な圧力測定器および流量測定器にも当てはまる。

複数のフィルターキャンドルを設けるなら、噴霧するゼオライト用の入り口を相応に増やすべきであり、これら個々の吹き込みノズルの向きをそれぞれのフィルターキャンドルに適合させることができ、かつ事情によっては個別にまたは一群でアクティブにしてもよい。この場合に複数の貯蔵容器１４も設けるかどうかは、個別の事情に左右され、一般的なガス精製の分野の当業者は、本発明および適用事例の知識をもって容易に決定することができる。

使用可能な材料は現況技術と同じであり、これについては本発明によって何も変わらないので、ここでそれを取り上げる必要はないと思われる。設備の制御も、本発明に従って運転すべきフィルターキャンドルおよびゼオライト吹込み以外は現況技術に対応しており、これら両方の本発明による制御は上で説明しており、詳細は幾つかの簡単なテストによって確かめられる。

吹き込むべきゼオライトの粒径は、通常の適用事例では最小で１５μｍおよび最大で５０μｍである。ゼオライトの修飾を通して、それぞれの生成ガス組成を考慮することができ、粒径または粒径分布が異なる幾つかの試験により、使用するフィルターキャンドルにも応じたそれぞれの最善の状態を見つけることができる。使用する天然または合成のゼオライトの正確な詳細は、それぞれの生成ガス生成器に左右され、ここで詳しい説明は必要ない。

さらに指摘しておくべきは、明細書および請求項において、「大部分」のような表現は、材料組成の場合、５０重量％超、好ましくは８０重量％超、特に好ましくは９５重量％超を意味しており、反応器、フィルター、構築物、もしくは装置の、または非常に一般的には対象の「下部領域」とは、全高の下部半分およびとりわけ下部４分の１を意味しており、「最下部領域」とは、最下部４分の１、とりわけもっと小さい部分を意味しており、その一方で「中間領域」とは、全高の中間の３分の１のことである。すべてのこれらの表現は、観測している対象に関して、意図した位置および向きに適用したとき、通常の意味を有している。

明細書および請求項において「実質的に」とは、物理的に可能であれば、表示した値から下にも上にも、そうでなければ合理的な方向にのみ、最大１０％相違することを意味しており、これは度数表示（角度および温度）の場合は±１０°のことである。

０１ フィルター、全体として
０２ 粗ガス配管
０３ 木質ガス化反応器
０４ 本来のフィルター
０５ 精製ガス配管
０６ 送風機
０７ 煙突
０８ 隔離床
０９ フィルターキャンドル（複数可）
１０ 捕集室
１１ 粉塵容器
１２ 圧縮空気配管（複数可）
１３ 開閉器具（複数可）
１４ 貯蔵容器
１５ ベンチュリノズル
１６ 開閉器具（複数可）
１７ ノズル（複数可）

Claims (10)

1. ハウジングを備えた、木質ガス化反応器からの生成ガス中の長鎖炭化水素の含有量を減らすための生成ガスフィルターであって、前記ハウジングに木質ガス化反応器（３）からの生成ガスが生成ガス配管（２）を介して供給され、かつ前記ハウジングから精製ガスが精製ガス配管（５）を通って排出され、フィルター（１）が隔離床（８）を介して気密に２つの部分に分けられており、前記生成ガス配管（２）が一方の下部領域（４）に通じており、かつ精製ガス配管（５）が上の捕集室（１０）から出ており、さらに、隔離床（８）に少なくとも２つのフィルターキャンドル（９）が配置されており、前記フィルターキャンドル（９）が、個々に圧縮空気配管（１２）を介して圧縮空気源（Ｐ）と接続可能であって、かつ前記下部領域（４）内に突き出ている生成ガスフィルターにおいて、ゼオライト容器（１４）が、圧縮空気源（Ｐ）と接続可能なベンチュリノズル（１５）および開閉可能な配管を介して、前記フィルター（１）の前記下部領域（４）と接続していることを特徴とする、生成ガスフィルター。
2. 前記下部領域（４）の最下部区域が、先細りした断面を有しており、かつ粉塵容器（１１）に通じていることを特徴とする、請求項１に記載のフィルター。
3. 前記圧縮空気源（Ｐ）から前記ベンチュリノズル（１５）を経て前記下部領域（４）への配管において、前記ベンチュリノズルの前後にそれぞれ開閉器具（１６）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフィルター。
4. 前記圧縮空気配管（１２）に開閉器具（１３）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のフィルター。
5. 前記精製ガス配管（５）に、精製ガスを前記フィルター（１）から運び去る送風機（６）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のフィルター。
6. 前記生成ガス配管（２）および／または前記下部領域（４）および／または捕集室（１０）および／または前記精製ガス配管（５）内に、少なくとも１本のデータ線を介して制御装置または調節装置と接続している圧力測定器および／または流量測定器が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のフィルター。
7. 各フィルターキャンドル（９）に、圧力測定器および／または流量測定器の専用セットが割り当てられていることを特徴とする、請求項６に記載のフィルター。
8. 前記開閉器具（１３、１６）が、前記制御装置または前記調節装置と作動接続されていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一つに記載のフィルター。
9. 前記フィルターキャンドル（９）での圧力低下が増大すると、圧力低下が増大した１つまたは複数のフィルターキャンドル（９）に圧縮空気が供給され、その後ゼオライト粉末が前記下部領域（４）に吹き込まれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のフィルターの運転。
10. 前記フィルターキャンドル（９）での圧力低下の増大が、圧力測定器および／または流量測定器によって測定されることを特徴とする、請求項９に記載の運転。

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