JP2811593B2 - 燃焼性気体生成物の製造方法 - Google Patents
燃焼性気体生成物の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 1. 発明の範囲 本発明は一般的に水とカーボン素材の反応からの燃焼
性気体生成物の製造に関係する技術の分野を含む。さら
に詳しくは、本発明はガス化反応がアークによって活性
化される燃焼性気体生成物の製造に関する改良方法に関
係する。
性気体生成物の製造に関係する技術の分野を含む。さら
に詳しくは、本発明はガス化反応がアークによって活性
化される燃焼性気体生成物の製造に関する改良方法に関
係する。
2. 先行技術の記述 水または蒸気が白熱のカーボン素材と反応する水性ガ
ス方式によって主として水素と一酸化炭素から成る燃焼
性気体生成物を製造することが知られている。これは典
型的に、２段階の操作を通して実現される。そこではコ
ークスのようなカーボン素材の層が、最初にそこに空気
を通すことによって素材が白熱するまで酸化され、第２
段階では生成ガスを得るために白熱素材を通して蒸気を
通す。水素と一酸化炭素は、次の化学式に従って生成す
る。
ス方式によって主として水素と一酸化炭素から成る燃焼
性気体生成物を製造することが知られている。これは典
型的に、２段階の操作を通して実現される。そこではコ
ークスのようなカーボン素材の層が、最初にそこに空気
を通すことによって素材が白熱するまで酸化され、第２
段階では生成ガスを得るために白熱素材を通して蒸気を
通す。水素と一酸化炭素は、次の化学式に従って生成す
る。
H2O＋H2＋CO コークスの層は第２段階の間じゅう冷却され、空気酸
化の第１段階は層を再加熱するために繰り返されなくて
はならない。
化の第１段階は層を再加熱するために繰り返されなくて
はならない。
炭素または黒鉛電極を使用することによってカーボン
素材の層を電熱的に加熱する方法もまた知られている。
これは素材に接触して電極を置き、電極に十分な電位を
与えることによって、ガス化反応を生ずる十分に上昇し
た温度に素材を抵抗加熱をもたらすことによって実現さ
れる。ガス化反応に必要な水は注入蒸気の形で、または
反応容器の底に配置された貯水ためからの水蒸気として
供給される。抵抗加熱のために電極を利用することに加
えて、さらに素材を必要なだけ上昇された温度まで加熱
するためにアークを利用することによって水気体反応を
行うことが知られている。
素材の層を電熱的に加熱する方法もまた知られている。
これは素材に接触して電極を置き、電極に十分な電位を
与えることによって、ガス化反応を生ずる十分に上昇し
た温度に素材を抵抗加熱をもたらすことによって実現さ
れる。ガス化反応に必要な水は注入蒸気の形で、または
反応容器の底に配置された貯水ためからの水蒸気として
供給される。抵抗加熱のために電極を利用することに加
えて、さらに素材を必要なだけ上昇された温度まで加熱
するためにアークを利用することによって水気体反応を
行うことが知られている。
知られている燃焼性ガスの製造方法は、本来コークス
などのような非常に独特なカーボン素材に制限され、多
様なカーボン素材から成る供給源のガス化には適用され
ない。特にそこでは、目標は、化学工業に応用されるた
めに清潔な燃料ガスまたは清潔な合成ガスの生産を含
む。従来の技術は廃物由来の燃料（RDF）、森林、産
業、農業廃棄物のような様々な廃棄物の有効なガス化の
商業的成功は証明されていない。これらの素材からのエ
ネルギーの回収は一般的には付随の低いエネルギー回収
効果と余剰処理問題のあるMass Burn法によって、また
はガス化方法で操作されたとき低BTUガスを産出する流
動層燃焼方法によって、達成される。
などのような非常に独特なカーボン素材に制限され、多
様なカーボン素材から成る供給源のガス化には適用され
ない。特にそこでは、目標は、化学工業に応用されるた
めに清潔な燃料ガスまたは清潔な合成ガスの生産を含
む。従来の技術は廃物由来の燃料（RDF）、森林、産
業、農業廃棄物のような様々な廃棄物の有効なガス化の
商業的成功は証明されていない。これらの素材からのエ
ネルギーの回収は一般的には付随の低いエネルギー回収
効果と余剰処理問題のあるMass Burn法によって、また
はガス化方法で操作されたとき低BTUガスを産出する流
動層燃焼方法によって、達成される。
燃焼性ガスの製造に対してここで記述されている以前
の技術の技術的および経済的欠陥がよく知られている。
様々なカーボン素材からの燃焼性ガスの製造に対してエ
ネルギー効果と環境的に許容し得る方法に対する必要性
が存在する。
の技術の技術的および経済的欠陥がよく知られている。
様々なカーボン素材からの燃焼性ガスの製造に対してエ
ネルギー効果と環境的に許容し得る方法に対する必要性
が存在する。
発明の概要 本発明の目的は様々なカーボン素材のガス化を通して
燃焼性ガスの効果的な製造のための方法と装置を提供す
ることにある。
燃焼性ガスの効果的な製造のための方法と装置を提供す
ることにある。
本発明の他の目的は、化学的ガス化反応が光化学的に
も電熱的にも両方とも活性化される様々なカーボン素材
を効果的にガス化する改善された方式を供給することに
ある。
も電熱的にも両方とも活性化される様々なカーボン素材
を効果的にガス化する改善された方式を供給することに
ある。
本発明のそれ以上の目的は、電熱的活性化のみを利用
する方式よりも低いエネルギー消費が要求されるやり方
でガス化反応を光化学的および電熱的に活性化するため
の電気的エネルギーを使用することによりカーボン素材
のガス化のための方式を提供することにある。
する方式よりも低いエネルギー消費が要求されるやり方
でガス化反応を光化学的および電熱的に活性化するため
の電気的エネルギーを使用することによりカーボン素材
のガス化のための方式を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、アークによって様々なカー
ボン素材からの燃焼性ガスの経済的および効率的な製造
のための改良方法および装置を提供することにある。
ボン素材からの燃焼性ガスの経済的および効率的な製造
のための改良方法および装置を提供することにある。
本発明のまたさらなる目的は、危険な有機廃棄物の破
壊および安全で清潔な燃料ガスへの転換のための改良方
式を提供することにある。
壊および安全で清潔な燃料ガスへの転換のための改良方
式を提供することにある。
本発明のこれらおよび他の目的は、アークゾーンを作
るためその底部に隣接して配置された電極を備えつけら
れる一次反応器の頂部にカーボン素材を仕込むことによ
って実現される。投入量の一定のレベルが反応器中で維
持され、アークによる蒸発のための水の供給はアークゾ
ーンのすぐ下のレベルに維持される。連続的なアークが
電極で維持されるとき、アークの強烈な熱はアークゾー
ンでの供給量中に“アークポケット”をつくる。それに
よってポケット周辺での下方への供給量およびポケット
の中のガスおよび蒸気をアークの熱的および光学的効果
にさらす。
るためその底部に隣接して配置された電極を備えつけら
れる一次反応器の頂部にカーボン素材を仕込むことによ
って実現される。投入量の一定のレベルが反応器中で維
持され、アークによる蒸発のための水の供給はアークゾ
ーンのすぐ下のレベルに維持される。連続的なアークが
電極で維持されるとき、アークの強烈な熱はアークゾー
ンでの供給量中に“アークポケット”をつくる。それに
よってポケット周辺での下方への供給量およびポケット
の中のガスおよび蒸気をアークの熱的および光学的効果
にさらす。
アーク帯域中および投入量の低い部分の中でおこって
いる結果的な反応は、反対方向への熱交換の状態で下方
へ移動する投入量を通して上方に上昇する粗生成ガスを
製造する。それとともに熱分解の初期段階は投入量の高
さの約半分で開始する。このように部分熱分解の生成物
は上方に移動するガスに加えられる。熱分解生成物は、
燃焼性ガス、二酸化炭素、およびタールやガムを含む凝
縮できる生成物を含む。タールやガムは、冷たい入って
くる投入粒子上に析出し、反応器中の反応ゾーン低部に
還流される。凝縮できないガス生成物および二酸化炭素
は、投入物中を完全に通過し、一次反応器の頂部から除
去される粗生成ガスの一部になる。
いる結果的な反応は、反対方向への熱交換の状態で下方
へ移動する投入量を通して上方に上昇する粗生成ガスを
製造する。それとともに熱分解の初期段階は投入量の高
さの約半分で開始する。このように部分熱分解の生成物
は上方に移動するガスに加えられる。熱分解生成物は、
燃焼性ガス、二酸化炭素、およびタールやガムを含む凝
縮できる生成物を含む。タールやガムは、冷たい入って
くる投入粒子上に析出し、反応器中の反応ゾーン低部に
還流される。凝縮できないガス生成物および二酸化炭素
は、投入物中を完全に通過し、一次反応器の頂部から除
去される粗生成ガスの一部になる。
粗生成ガスはその後コークスの投入量を含んでいる二
次反応器の頂部に供給される。電極は二次反応器の頂部
に備え付けられコークス投入量の頂上から一定間隔に置
かれる。炭素の塊はコークス投入量に電気的に接触して
反応器の底に配置される。これは電極とコークス投入量
の頂上の間のアークと白熱のため投入床の同時抵抗加熱
の両方を維持することを可能ならしめる。一次反応器か
らの粗生成ガスは最初にアークの電熱的および光化学的
効果を受ける。その後はそれ以上の反応のため白熱コー
クス投入量を通って下方に通過し、次に主に水素、一酸
化炭素およびメタンから成る精製生成ガスの形で二次反
応器の底から除去される。
次反応器の頂部に供給される。電極は二次反応器の頂部
に備え付けられコークス投入量の頂上から一定間隔に置
かれる。炭素の塊はコークス投入量に電気的に接触して
反応器の底に配置される。これは電極とコークス投入量
の頂上の間のアークと白熱のため投入床の同時抵抗加熱
の両方を維持することを可能ならしめる。一次反応器か
らの粗生成ガスは最初にアークの電熱的および光化学的
効果を受ける。その後はそれ以上の反応のため白熱コー
クス投入量を通って下方に通過し、次に主に水素、一酸
化炭素およびメタンから成る精製生成ガスの形で二次反
応器の底から除去される。
本発明の他の目的、特徴および利点は下文で、１つの
図面と共に受けるとき、その好ましい実施態様の次の詳
細な記述から明らかになるであろう。
図面と共に受けるとき、その好ましい実施態様の次の詳
細な記述から明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 １つの図は本発明の好ましい実施態様の実施のために
使用される装置の略図である。
使用される装置の略図である。
好ましい実施態様の詳細な記述 発明の実施に従って、一定のまたは様々な炭素廃棄物
の供給は、材料の熱的および光化学的分解をひきおこす
アークにさらされる。アークは等方性結合分解によるラ
ジカル種の発生をひきおこすために十分な強度のもので
ある。材料は炭化水素、炭水化物および大量の水を含
む。これらの分子の全ては、生成ガスの高い水素ガス含
有量に基づく支配的反応の１つである水の等方性分解に
よって水の等方性分解反応は次の反応式で示されるよう
に水酸基と水素原子を生成する。
の供給は、材料の熱的および光化学的分解をひきおこす
アークにさらされる。アークは等方性結合分解によるラ
ジカル種の発生をひきおこすために十分な強度のもので
ある。材料は炭化水素、炭水化物および大量の水を含
む。これらの分子の全ては、生成ガスの高い水素ガス含
有量に基づく支配的反応の１つである水の等方性分解に
よって水の等方性分解反応は次の反応式で示されるよう
に水酸基と水素原子を生成する。
H20＋ｈν→H0＋HO0 この反応は水素原子の中に有力な還元剤を、水酸基中
に有効な酸化体を生成する。これらの種はどちらも急速
にカーボン素材と反応して追加のラジカル種を生成す
る。これらの反応の最終結果は供給材料中の比較的高分
子量の炭化水素と炭水化物材料の低分子量のガス生成
物、主として一酸化炭素と水素分子への転換である。こ
れは材料中の炭素原子間の結合の破壊および炭素と酸素
間の、および２個の水素間の結合の生成によって生じ
る。
に有効な酸化体を生成する。これらの種はどちらも急速
にカーボン素材と反応して追加のラジカル種を生成す
る。これらの反応の最終結果は供給材料中の比較的高分
子量の炭化水素と炭水化物材料の低分子量のガス生成
物、主として一酸化炭素と水素分子への転換である。こ
れは材料中の炭素原子間の結合の破壊および炭素と酸素
間の、および２個の水素間の結合の生成によって生じ
る。
本発明の他の重要な側面は、化学の連鎖反応の性質中
にある。アークによって最初に生成されたラジカルは順
番に連鎖反応で供給材料との反応によって追加のラジカ
ルを形成する。このようなラジカルの特質は、それらが
供給材料と反応して新しいラジカルを生成することがで
きるばかりではなく、それ自身とも反応できることであ
る。水素分子を生じる２つの水素原子の結合は、立ち代
わってラジカルの数の正味の減少を生じるラジカル再結
合過程の見本である。
にある。アークによって最初に生成されたラジカルは順
番に連鎖反応で供給材料との反応によって追加のラジカ
ルを形成する。このようなラジカルの特質は、それらが
供給材料と反応して新しいラジカルを生成することがで
きるばかりではなく、それ自身とも反応できることであ
る。水素分子を生じる２つの水素原子の結合は、立ち代
わってラジカルの数の正味の減少を生じるラジカル再結
合過程の見本である。
全過程は３段階に分けることができる。最初の段階で
はラジカルの数は増加している。伝播段階ではラジカル
の性質は変化するかもしれないけれども、ラジカルの数
は本質的に同じのままである。停止段階ではラジカルの
数は減少する。本発明の実施において、最初の段階はア
ークの帯域でおこる。そこでは、アークによって供給さ
れる光と電熱的エネルギーは、供給材料と水分子中に化
学結合をひきおこし、ラジカルの生成で破壊される。こ
れらのラジカルは他の供給分子と反応し、なおより多く
のラジカルを生成し、材料が比較的低分子に変えられる
まで伝播段階においてより多くの化学結合の破壊をひき
おこす。材料がより低分子量の化合物への転換によって
消費されるにつれて、新しいラジカルの生成速度は減少
する。ラジカルは再結合によって消費され、それによっ
て停止段階での生成物形成をもたらす。
はラジカルの数は増加している。伝播段階ではラジカル
の性質は変化するかもしれないけれども、ラジカルの数
は本質的に同じのままである。停止段階ではラジカルの
数は減少する。本発明の実施において、最初の段階はア
ークの帯域でおこる。そこでは、アークによって供給さ
れる光と電熱的エネルギーは、供給材料と水分子中に化
学結合をひきおこし、ラジカルの生成で破壊される。こ
れらのラジカルは他の供給分子と反応し、なおより多く
のラジカルを生成し、材料が比較的低分子に変えられる
まで伝播段階においてより多くの化学結合の破壊をひき
おこす。材料がより低分子量の化合物への転換によって
消費されるにつれて、新しいラジカルの生成速度は減少
する。ラジカルは再結合によって消費され、それによっ
て停止段階での生成物形成をもたらす。
１つの図を参照して説明すると、本発明の好ましい実
施態様の実施に利用される装置１が略図的に示してあ
る。装置１は、外側の鋼製ケース５および耐火製レンガ
または類似材料の内部の内張７から成る一次反応器３を
含む。それは集合的に垂直配列の反応室９を定める。室
９の底は、弁で調節された水供給導管13によって水11の
規制量を保持する容器10を形成する。弁で調節された排
出ゲート15もまた灰を除去するために室９の底に備え付
けられる。一対の対立する炭素電極17と19が適切なジャ
ーナル21と23によってそれぞれ滑動的に支持される。そ
の結果電極17と19の対応する端は室９の中で水11の高さ
のちょうど上の高さに配置される。ジャーナル21と23は
適切なガスシールを備え付けられている。電極17と19は
適切な電力源への接続のためにそれぞれの電気的結線25
と29を備え付けられている。
施態様の実施に利用される装置１が略図的に示してあ
る。装置１は、外側の鋼製ケース５および耐火製レンガ
または類似材料の内部の内張７から成る一次反応器３を
含む。それは集合的に垂直配列の反応室９を定める。室
９の底は、弁で調節された水供給導管13によって水11の
規制量を保持する容器10を形成する。弁で調節された排
出ゲート15もまた灰を除去するために室９の底に備え付
けられる。一対の対立する炭素電極17と19が適切なジャ
ーナル21と23によってそれぞれ滑動的に支持される。そ
の結果電極17と19の対応する端は室９の中で水11の高さ
のちょうど上の高さに配置される。ジャーナル21と23は
適切なガスシールを備え付けられている。電極17と19は
適切な電力源への接続のためにそれぞれの電気的結線25
と29を備え付けられている。
反応室９の上部は、カーボン素材33を受けとり、導管
36の中に含まれている、スクリューオーガなどのよう
な、適切なコンベアー35によって室９の中へ供給する供
給ホッパー31を含む装入機構30を備えつけている。機構
30は、室９の上部に隣接した適切な位置に配置されたセ
ンサー39で同様に制御されているモーター37で操作され
る。センサー39は当技術においてよく知られているどの
ような型のものであってもよく、本明細書に記述された
ように本発明の実施に適切であるかと思われる。この方
法では、室９に供給されるカーボン素材33の所望の高さ
のレベルは、絶えずセンサー39で監視され、機構30で保
持できる。ホッパー31、コンベアー35および導管36は、
素材33がそこに含まれ、圧縮されるときガスシールを集
合的に定める。
36の中に含まれている、スクリューオーガなどのよう
な、適切なコンベアー35によって室９の中へ供給する供
給ホッパー31を含む装入機構30を備えつけている。機構
30は、室９の上部に隣接した適切な位置に配置されたセ
ンサー39で同様に制御されているモーター37で操作され
る。センサー39は当技術においてよく知られているどの
ような型のものであってもよく、本明細書に記述された
ように本発明の実施に適切であるかと思われる。この方
法では、室９に供給されるカーボン素材33の所望の高さ
のレベルは、絶えずセンサー39で監視され、機構30で保
持できる。ホッパー31、コンベアー35および導管36は、
素材33がそこに含まれ、圧縮されるときガスシールを集
合的に定める。
一次反応器３はまた粗生成ガス産出管路41を含む。反
応器３で生成された粗生成ガスは、反応器３に構造およ
び形状において類似している二次反応器45の頂部に管路
41を通って導かれる。二次反応器45もまた垂直配置の反
応室51を集合的に定める外部スチールケース47と耐火製
レンガの内部の内張り49から成る。二次反応器45の上部
は、電極53の端が室51の中に所望高さに置かれるように
適切なガスシールジャーナル55の中に滑動的に据え付け
られる１つの炭素電極53が備え付けられる。反応器45の
上部もまた、モーター61で操作されるホッパー57と適切
なコンベアー59を含む投入機構56が備え付けられる。こ
の場合、ホッパー57は、ガスが、特にその投入操作の間
に機構56を通ってもれることを防ぐように、ガスシール
を与えるための適切なロックシステムを含まなくてはな
らない。ホッパー57は、一定の高さのレベルをもつコー
クス63の層が室51の中に保持されるように、室51の中に
供給されるコークスで満たされる。示されるように、電
極53の終端は、下文に記述されるように、その間のアー
クの創り出しを可能にするためにコークス層63の上部レ
ベルから所望の間隔だけ離れて置かれる。
応器３で生成された粗生成ガスは、反応器３に構造およ
び形状において類似している二次反応器45の頂部に管路
41を通って導かれる。二次反応器45もまた垂直配置の反
応室51を集合的に定める外部スチールケース47と耐火製
レンガの内部の内張り49から成る。二次反応器45の上部
は、電極53の端が室51の中に所望高さに置かれるように
適切なガスシールジャーナル55の中に滑動的に据え付け
られる１つの炭素電極53が備え付けられる。反応器45の
上部もまた、モーター61で操作されるホッパー57と適切
なコンベアー59を含む投入機構56が備え付けられる。こ
の場合、ホッパー57は、ガスが、特にその投入操作の間
に機構56を通ってもれることを防ぐように、ガスシール
を与えるための適切なロックシステムを含まなくてはな
らない。ホッパー57は、一定の高さのレベルをもつコー
クス63の層が室51の中に保持されるように、室51の中に
供給されるコークスで満たされる。示されるように、電
極53の終端は、下文に記述されるように、その間のアー
クの創り出しを可能にするためにコークス層63の上部レ
ベルから所望の間隔だけ離れて置かれる。
反応器45の底部は、コークス層63と電気的に接触して
配置される炭素材料の塊65が備え付けられる。炭素の塊
65はきまった場所に支持され、金属ブラケット67と適切
な接地接続68によって電気的に接地される。それに応じ
て、電極53もまた電気的結線69が備え付けられる。電位
が適切な電源によって接続67と69を横切って付加される
とき、アークは、室51の中で電極53の端とコークス層63
の頂上の間でおこる。同時に抵抗加熱もまたコークス層
63の高さの至る所におこる。生成ガス産出管路71は、そ
こから精製可燃性ガスを取り除くために反応器45の底部
に備え付けられる。管路71は好ましくその中に適切な制
御弁手段73が備え付けられる。弁で調節される放出ゲー
ト75もまた、灰の除去のために反応器45の最低部分に備
え付けられる。
配置される炭素材料の塊65が備え付けられる。炭素の塊
65はきまった場所に支持され、金属ブラケット67と適切
な接地接続68によって電気的に接地される。それに応じ
て、電極53もまた電気的結線69が備え付けられる。電位
が適切な電源によって接続67と69を横切って付加される
とき、アークは、室51の中で電極53の端とコークス層63
の頂上の間でおこる。同時に抵抗加熱もまたコークス層
63の高さの至る所におこる。生成ガス産出管路71は、そ
こから精製可燃性ガスを取り除くために反応器45の底部
に備え付けられる。管路71は好ましくその中に適切な制
御弁手段73が備え付けられる。弁で調節される放出ゲー
ト75もまた、灰の除去のために反応器45の最低部分に備
え付けられる。
反応器３および45は、それぞれ金属の脚77と79によっ
て、または他の適切な、よく知られている支持手段によ
って上昇された位置で支えられて略図的に示される。
て、または他の適切な、よく知られている支持手段によ
って上昇された位置で支えられて略図的に示される。
操作の方法 装置１の操作における本発明の実施を図を参照して記
述する。投入機構30は、一次反応器３の反応室９内にカ
ーボン素材33を投入し、所望の高さに維持するために使
用される素材33が反応の間に消費されるにつれて、セン
サー39は素材33を新しく補給するために投入機構30を作
動させる。それによっていつも室９中にそれを一定の高
さに保持する。機構30のホッパー31と導管36の中の素材
33の存在はガスシールを形成するのに役立ち、それによ
って機構30による反応ガスのもれを防ぐ。室９の底の水
11の高さは、電極17と19の向かい合う端の間に設立され
たアーク下約１〜３インチに保持される。その高さは、
水がアークにより蒸発されるにつれて供給管路13によっ
て保持される。
述する。投入機構30は、一次反応器３の反応室９内にカ
ーボン素材33を投入し、所望の高さに維持するために使
用される素材33が反応の間に消費されるにつれて、セン
サー39は素材33を新しく補給するために投入機構30を作
動させる。それによっていつも室９中にそれを一定の高
さに保持する。機構30のホッパー31と導管36の中の素材
33の存在はガスシールを形成するのに役立ち、それによ
って機構30による反応ガスのもれを防ぐ。室９の底の水
11の高さは、電極17と19の向かい合う端の間に設立され
たアーク下約１〜３インチに保持される。その高さは、
水がアークにより蒸発されるにつれて供給管路13によっ
て保持される。
ガス化反応は、電極17と19で維持されるときその間の
連続的アークを作る約40〜120ボルトの範囲で電気的結
線25と29を横切る電位を付加することによって開始され
る。アークの強い熱は素材33の投入物中に図中Ｐで一般
的に示される“アークポケット”によって定められるア
ークゾーンを創り出し、保持する。ポケットＰの周囲の
素材33およびポケットＰの中で生じるガスおよび蒸気
は、アークの結果として生じる熱的および光化学的効果
にさらされる。アークは1000Å〜6000Åの波長範囲で高
い強度の光を発する。それによって本明細書に先に記述
した方法で等方性結合分解によってラジカル種の生成を
ひきおこすのに十分なエネルギッシュなアーク効果をつ
くりだす。
連続的アークを作る約40〜120ボルトの範囲で電気的結
線25と29を横切る電位を付加することによって開始され
る。アークの強い熱は素材33の投入物中に図中Ｐで一般
的に示される“アークポケット”によって定められるア
ークゾーンを創り出し、保持する。ポケットＰの周囲の
素材33およびポケットＰの中で生じるガスおよび蒸気
は、アークの結果として生じる熱的および光化学的効果
にさらされる。アークは1000Å〜6000Åの波長範囲で高
い強度の光を発する。それによって本明細書に先に記述
した方法で等方性結合分解によってラジカル種の生成を
ひきおこすのに十分なエネルギッシュなアーク効果をつ
くりだす。
素材33に存在する炭化水素および炭水化物に加えて、
室９の底で貯蔵部10から蒸発された大量の水11もまた存
在する。それによってアークポケットＰの中で支配的反
応の１つである水の等方性分解が起り、先に示した反応
式に従ってヒドロキシルラジカルと水素原子の形成が結
果として生じる。有力な酸化体であるヒドロキシルラジ
カルおよび有用な還元剤である水素原子は、追加のラジ
カル種を生成するために熱いカーボン素材33と急速に反
応する種として機能する。これらのラジカルは、順番
に、先に記述した３つの連続する段階で炭素結合分解に
よって新しくより小さい分子を形成するために役立つ連
鎖反応に関与する。最終結果はカーボン素材33の炭素１
つの化合物、一酸化炭素（CO）へのほぼ完全な分解と転
換である。本過程に含まれる水素原子が結合して水素分
子を生じる。
室９の底で貯蔵部10から蒸発された大量の水11もまた存
在する。それによってアークポケットＰの中で支配的反
応の１つである水の等方性分解が起り、先に示した反応
式に従ってヒドロキシルラジカルと水素原子の形成が結
果として生じる。有力な酸化体であるヒドロキシルラジ
カルおよび有用な還元剤である水素原子は、追加のラジ
カル種を生成するために熱いカーボン素材33と急速に反
応する種として機能する。これらのラジカルは、順番
に、先に記述した３つの連続する段階で炭素結合分解に
よって新しくより小さい分子を形成するために役立つ連
鎖反応に関与する。最終結果はカーボン素材33の炭素１
つの化合物、一酸化炭素（CO）へのほぼ完全な分解と転
換である。本過程に含まれる水素原子が結合して水素分
子を生じる。
これらの反応は室９の低い部分でおこり、そこに向か
って素材33がそれらの消費の間連続的に移動する。アー
クによって生産されるガスは向流熱交換をしながら下方
に移動している素材33を通して上方に上昇する。それに
よって室９の中で素材33のおおよそ中間の位置で熱分解
過程の初期の段階を開始する。熱分解過程の生成物は、
冷たい入ってくる素材33上に析出する傾向がある一酸化
炭素、タールおよびガムを含む。室９の上部で集められ
た一次反応器３から得られる粗生成ガスは、量の下がる
順で水素、一酸化炭素、二酸化炭素メタンおよびC2〜C6
の炭化水素化合物の痕跡量を含む。さらに、生成ガスは
一般的に冷たい入ってくる素材33上に再び析出されない
これらの量のタールやガムを運び、そしてさらに投入機
構30から入ってくる微細な素材33の粒子を浮遊させて運
ぶこともできる。
って素材33がそれらの消費の間連続的に移動する。アー
クによって生産されるガスは向流熱交換をしながら下方
に移動している素材33を通して上方に上昇する。それに
よって室９の中で素材33のおおよそ中間の位置で熱分解
過程の初期の段階を開始する。熱分解過程の生成物は、
冷たい入ってくる素材33上に析出する傾向がある一酸化
炭素、タールおよびガムを含む。室９の上部で集められ
た一次反応器３から得られる粗生成ガスは、量の下がる
順で水素、一酸化炭素、二酸化炭素メタンおよびC2〜C6
の炭化水素化合物の痕跡量を含む。さらに、生成ガスは
一般的に冷たい入ってくる素材33上に再び析出されない
これらの量のタールやガムを運び、そしてさらに投入機
構30から入ってくる微細な素材33の粒子を浮遊させて運
ぶこともできる。
一次反応器３で生成された粗生成ガスは一般的に、そ
の高い（約10％）二酸化炭素含有量、タールおよび含有
量、およびカーボン素材33の浮遊させて運ばれる微粒子
のために、直接使用するために不適切である。例えば、
カーボン素材33の主な供給物として廃木材を使用して運
転された一次反応器３からの典型的な粗生成ガスは次の
成分から成る。
の高い（約10％）二酸化炭素含有量、タールおよび含有
量、およびカーボン素材33の浮遊させて運ばれる微粒子
のために、直接使用するために不適切である。例えば、
カーボン素材33の主な供給物として廃木材を使用して運
転された一次反応器３からの典型的な粗生成ガスは次の
成分から成る。
上の粗生成ガスの計算された総イギリス熱量単位含有
量は約335である。従ってそれは中質イギリス熱量単位
燃料ガスとしてみなされる。この粗生成ガスの精製は、
産出管路41を通って室９の頂部からガスを除去し、二次
反応器45の頂部にガスを向けることによって成し遂げら
れる。コークス粒子63の層は反応器45の反応室51の中で
一定の高さに保持される。約40〜20ボルトの範囲内の電
位が、それぞれ、炭素の塊65と電極53の電気結線67と69
を横切って付加されるとき、連続的アークは、電極53の
端とコークス層63の頂部の間で、全コークス層の間じゅ
う同時抵抗加熱と共に維持される。これは層63が白熱に
加熱される原因となる。管路41からの粗生成ガスは室51
内に受けとられ、先ずアークの電熱的および光化学的効
果を受ける。その後さらに進んだ反応のために白熱コー
クス層63を通って下方に通過する。この結果もとのパー
センテージの約半分またはそれ以下の二酸化炭素含有量
の減少がおこる。それとともに炭素はタール、ガムおよ
び一次反応器３および白熱コークス層63から粗生成ガス
中に含まれたカーボン素材の微粒子分解から誘導される
この反応に関与する。反応器45からの精製生成ガスは貯
蔵および使用のため産出管路71を通って除去される。供
給素材として廃材を使用して精製された生成ガスの組成
は次から成ることが示される。
量は約335である。従ってそれは中質イギリス熱量単位
燃料ガスとしてみなされる。この粗生成ガスの精製は、
産出管路41を通って室９の頂部からガスを除去し、二次
反応器45の頂部にガスを向けることによって成し遂げら
れる。コークス粒子63の層は反応器45の反応室51の中で
一定の高さに保持される。約40〜20ボルトの範囲内の電
位が、それぞれ、炭素の塊65と電極53の電気結線67と69
を横切って付加されるとき、連続的アークは、電極53の
端とコークス層63の頂部の間で、全コークス層の間じゅ
う同時抵抗加熱と共に維持される。これは層63が白熱に
加熱される原因となる。管路41からの粗生成ガスは室51
内に受けとられ、先ずアークの電熱的および光化学的効
果を受ける。その後さらに進んだ反応のために白熱コー
クス層63を通って下方に通過する。この結果もとのパー
センテージの約半分またはそれ以下の二酸化炭素含有量
の減少がおこる。それとともに炭素はタール、ガムおよ
び一次反応器３および白熱コークス層63から粗生成ガス
中に含まれたカーボン素材の微粒子分解から誘導される
この反応に関与する。反応器45からの精製生成ガスは貯
蔵および使用のため産出管路71を通って除去される。供
給素材として廃材を使用して精製された生成ガスの組成
は次から成ることが示される。
上に加えて、他の試験を装置１で主要なカーボン素材
33として自動車のタイヤおよび石油コークスを使用して
行い、次の組成をもつ精製生成ガスを生じた。
33として自動車のタイヤおよび石油コークスを使用して
行い、次の組成をもつ精製生成ガスを生じた。
生成ガスのCO2含有量は次の化学反応によって二次反
応器中で低くなる。
応器中で低くなる。
CO2＋Ｃ→2CO 先に示したように、この反応のための炭素はタール、
ガムおよび一次反応器３からの粗生成ガス中のカーボン
素材の浮遊させて運ばれた微粒子から、また、二次反応
器45中の白熱コークス層63から誘導される。アーク電熱
的および光化学的効果は、水蒸気および有機ラジカルの
活性化をおこす。これらの活性種および白熱コークス層
63は主に水素および一酸化炭素と低量のCO2、CH4および
C2〜C6の炭化水素化合物のような少量の他の成分をもつ
精製生成ガスを生ずる反応器45の中での最終精製反応に
関与する。それゆえ二次反応器は清潔な燃焼性中質イギ
リス熱量単位燃料ガスとして、または化学工業に応用す
るための合成ガスとして適切だと考えられる精製ガスを
供給する精製単位装置として機能する。
ガムおよび一次反応器３からの粗生成ガス中のカーボン
素材の浮遊させて運ばれた微粒子から、また、二次反応
器45中の白熱コークス層63から誘導される。アーク電熱
的および光化学的効果は、水蒸気および有機ラジカルの
活性化をおこす。これらの活性種および白熱コークス層
63は主に水素および一酸化炭素と低量のCO2、CH4および
C2〜C6の炭化水素化合物のような少量の他の成分をもつ
精製生成ガスを生ずる反応器45の中での最終精製反応に
関与する。それゆえ二次反応器は清潔な燃焼性中質イギ
リス熱量単位燃料ガスとして、または化学工業に応用す
るための合成ガスとして適切だと考えられる精製ガスを
供給する精製単位装置として機能する。
本発明はさらに危険物、病院および様々なタイプの化
学廃棄物の加工および分解処理に適応できる。このよう
な供給素材は本明細中で先に記述した素材と同程度の破
壊的分解を受ける。特に危険な廃棄物のために、三次反
応器をさらに付け加えた精製のために二次反応器45と直
列的に接続できる。このような三次反応器は、二次反応
器45と同じ構造的および機能的特徴を持ち、反応器45の
産出管路71から入ってくる生成ガスを受けとる。三次反
応器は、反応器45の産出管路71中の適切な監視装置によ
り検出されるどのような残留危険化合物をも破壊するた
めの安全な予備の装置として利用できる。
学廃棄物の加工および分解処理に適応できる。このよう
な供給素材は本明細中で先に記述した素材と同程度の破
壊的分解を受ける。特に危険な廃棄物のために、三次反
応器をさらに付け加えた精製のために二次反応器45と直
列的に接続できる。このような三次反応器は、二次反応
器45と同じ構造的および機能的特徴を持ち、反応器45の
産出管路71から入ってくる生成ガスを受けとる。三次反
応器は、反応器45の産出管路71中の適切な監視装置によ
り検出されるどのような残留危険化合物をも破壊するた
めの安全な予備の装置として利用できる。
水のバランスは装置１の操作において重要な因子であ
る。例えば、カーボン供給素材としての廃材は一般に55
％までの水を含みその量は効果的ガス化のために要求さ
れる化学量論的量をはるかに超過している。従って、廃
材は装置１への導入の前に乾燥させられなくてはならな
い。さもなければ、二次反応器45でのコークス消費量は
望まれるよりも多くなるであろう。同様の考慮が廃物由
来燃料（RDF）にも適用される。さらに、高い含硫黄石
炭がガス化されるとき、硫黄は生成ガスの中に、商業的
硫黄副産物を生成するための従来の方法によってガスか
ら除去できる硫化水素として現れる。処理されたガスは
発電所における燃焼に適する清潔な燃焼性燃料である。
このように、本発明は従来の多額のガス処理コストおよ
び環境の汚染が顕著に減少または除去されるから、高い
含硫黄石炭の処理のために有効な手段を提供する。
る。例えば、カーボン供給素材としての廃材は一般に55
％までの水を含みその量は効果的ガス化のために要求さ
れる化学量論的量をはるかに超過している。従って、廃
材は装置１への導入の前に乾燥させられなくてはならな
い。さもなければ、二次反応器45でのコークス消費量は
望まれるよりも多くなるであろう。同様の考慮が廃物由
来燃料（RDF）にも適用される。さらに、高い含硫黄石
炭がガス化されるとき、硫黄は生成ガスの中に、商業的
硫黄副産物を生成するための従来の方法によってガスか
ら除去できる硫化水素として現れる。処理されたガスは
発電所における燃焼に適する清潔な燃焼性燃料である。
このように、本発明は従来の多額のガス処理コストおよ
び環境の汚染が顕著に減少または除去されるから、高い
含硫黄石炭の処理のために有効な手段を提供する。
本発明は、好ましい実施態様と特定の操作パラメータ
ーを参照して本明細書で記述および説明したけれども、
当技術に精通したものは、様々な修正、変化、付加、省
略および置換が本発明の精神または付記した特許請求の
範囲からはずれることなくなしうることを正しく理解す
るであろう。
ーを参照して本明細書で記述および説明したけれども、
当技術に精通したものは、様々な修正、変化、付加、省
略および置換が本発明の精神または付記した特許請求の
範囲からはずれることなくなしうることを正しく理解す
るであろう。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 3/06 C10J 3/18
Claims (8)
- 【請求項１】ａ）底部に第１のアーク帯域を保持する一
次反応室と、該アーク帯域に水の供給源と、そして少な
くとも白熱コークスの層を含む二次反応室とを備え、各
反応室が垂直配置されており、 ｂ）一次反応室の頂部にカーボン素材を投入し、該素材
のガス化を電熱的および光化学的に活性化しそこから粗
生成ガスを生じさせるためにアーク帯域と接触させて一
次反応室を通ってカーボン素材を下向きに連続的に移動
させる、という段階を含んでなるカーボン素材から主に
水素と一酸化炭素からなる燃焼性ガス生成物を製造する
方法において、 ｃ）該第１のアーク帯域の上位に実質的に一定体積のカ
ーボン素材を保持し、入ってくる該素材の熱分解を開始
し凝縮できる生成物と凝縮できない生成物を生成するた
めに向流熱交換の状態で下向きに移動するカーボン素材
中に粗生成ガスを上向きに通過させ、 ｄ）一次反応室の頂部から粗生成ガスと凝縮できない生
成物を取り除き、それを二次反応室の頂部へ導入し、 ｅ）凝縮できる生成物を一次反応室の底部へ向かって下
向きに移動するカーボン素材とともに還流し、 そして ｆ）主に水素と一酸化炭素からなる精製生成ガスを製造
するために二次反応室内の白熱コークス層に粗生成ガス
と凝縮できない生成物を通過させるという段階からなる
ことを特徴とする主に水素と一酸化炭素からなる燃焼性
ガス生成物を製造する方法。 - 【請求項２】さらに白熱コークス層の頂部に第２のアー
ク帯域を保持し、ガスが二次反応室内のコークス層を通
過するに先立って第２のアーク帯域の電熱的および光化
学的効果に前記ｃ）段階から生じる粗生成ガスをさらす
という段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記
載の方法。 - 【請求項３】さらに二次反応室中のコークス層を白熱さ
せるためアーク加熱と電気抵抗加熱の組合せによって加
熱する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の方法。 - 【請求項４】さらに二次反応器中のコークス層を実質的
に一定の体積に保持する段階を含むことを特徴とする請
求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】さらに ａ）白熱コークス層を含む垂直配置の三次反応室を備
え、 ｂ）最終生成ガスを製造するため二次反応室からの精製
生成ガスを三次反応室の白熱コークス層を通過させる段
階を含むことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項６】カーボン素材から主に一酸化炭素と分子状
水素からなる燃焼性ガス生成物を製造するための装置に
おいて、 反応室内（５）に実質的に一定体積のカーボン素材を保
持するために室の頂部に置かれた手段（39）を有し、垂
直反応室（５）と、カーボン素材のガス化を電熱的およ
び光化学的に活性化するために十分な強度のアーク帯域
を創り出すための室の底の一対の電極（17,19）と、ア
ーク帯域の下に配置された貯水かめ（10）と、室中の電
極を横切って電位を付加する手段（25,29）を持つ一次
反応器（３）と、 垂直の配置でその中に配置されたコークス層、二次反応
室の頂部を通って延びてアークを創り出すためにコーク
ス層から一定の間隔に配置された電極、およびコークス
層と電気的に接続して二次反応室の底に配置された電極
を含む二次反応室（47）と、 二次反応室内で電極（53,65）を横切って電位を付加す
る手段と、 一次反応室の頂部から粗生成ガスを取り除き、二次反応
室の頂部にそれを導入するための導管（41）とおよび 二次反応室の底部から精製生成ガスを取り除くための導
管（71）とからなることを特徴とする主に一酸化炭素と
分子状水素からなる燃焼性ガス生成物を製造するための
装置。 - 【請求項７】一次反応室内で実質的に一定体積のカーボ
ン素材を保持するための手段が、一次反応室の頂部にカ
ーボン素材を導入するための充填機構（30）と、一次反
応室内のカーボン素材の体積を感知しそのレベルが予め
決めた体積より下がった場合に該充填機構を作動する手
段（39）とからなることを特徴とする請求の範囲第６項
に記載の装置。 - 【請求項８】さらに二次反応器室内のコークス層を実質
的に一定の体積に保持する手段を含む請求の範囲第６項
または第７項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US19874188A | 1988-05-25 | 1988-05-25 | |
| US198,741 | 1988-05-25 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH03505570A JPH03505570A (ja) | 1991-12-05 |
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ID=22734614
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|---|---|---|---|
| JP1506052A Expired - Fee Related JP2811593B2 (ja) | 1988-05-25 | 1989-05-23 | 燃焼性気体生成物の製造方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2811593B2 (ja) |
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| AU (1) | AU617486B2 (ja) |
| CA (1) | CA1339271C (ja) |
| DE (1) | DE68922310T2 (ja) |
| DK (1) | DK172824B1 (ja) |
| IN (1) | IN167224B (ja) |
| MX (1) | MX170703B (ja) |
| WO (1) | WO1989011448A1 (ja) |
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| AU4640699A (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-05 | Nuova Meccanica S.R.L. | Process and apparatus for producing combustible gas from carbonaceous waste |
| JP2002226873A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Takeshi Hatanaka | 液体燃料油の製造法およびその装置 |
| GB2490175A (en) * | 2011-04-21 | 2012-10-24 | Tetronics Ltd | Treatment of waste |
| NO340971B1 (no) * | 2013-03-18 | 2017-07-31 | Elkem Carbon As | Fremstilling og forvarming av masovnsgass |
| EP3814274B1 (en) | 2018-06-29 | 2022-05-04 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Electrically heated reactor and a process for gas conversions using said reactor |
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| US1974125A (en) | 1931-01-12 | 1934-09-18 | Soelberg Jens Mork Fruis | Process for generating gaseous fuels |
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| US4052173A (en) * | 1974-07-29 | 1977-10-04 | Dynecology Incorporated | Simultaneous gasification of coal and pyrolysis of organic solid waste materials |
-
1987
- 1987-04-10 IN IN285/CAL/87A patent/IN167224B/en unknown
-
1989
- 1989-05-19 CA CA000600300A patent/CA1339271C/en not_active Expired - Lifetime
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- 1989-05-23 EP EP89906283A patent/EP0425506B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-23 AT AT89906283T patent/ATE121374T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-05-23 DE DE68922310T patent/DE68922310T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-23 JP JP1506052A patent/JP2811593B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-24 MX MX016174A patent/MX170703B/es unknown
-
1990
- 1990-11-23 DK DK199002789A patent/DK172824B1/da not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1146776A (en) | 1908-06-04 | 1915-07-13 | Henning Friedrich Wallmann | Process of manufacturing gas. |
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Also Published As
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|---|---|
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| MX170703B (es) | 1993-09-08 |
| JPH03505570A (ja) | 1991-12-05 |
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