JP4781274B2

JP4781274B2 - ガス化

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Publication number: JP4781274B2
Application number: JP2006538924A
Authority: JP
Inventors: ドール、ムラト; アカイ、ガーッリップ
Original assignee: ITI Ltd
Current assignee: ITI Ltd
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: ZA200604498B; AU2009251077B2; US8486168B2; BRPI0416197B1; AU2004288845A1; EA200600910A1; AU2009251077A1; US20060265954A1; JP2011168790A; WO2005047435A3; EA009349B1; GB0325668D0; ES2466165T3; CN1954055A; EP1687390B1; US20120311930A1; CN103468319B; WO2005047435A2; EP1687390A2; JP5560483B2

Description

本発明は、固形燃料のガス化装置、可燃性排出物を生成するための固形燃料のガス化方法、特にタールと水分を含まない発生炉ガス（producer gas）を生成するためのガス化装置と方法に関する。

ガス化装置は、バイオマス、化石燃料および廃棄物を個々にあるいは混合してガス化するのに使用されており、例えば内燃ガスエンジン、ガスタービン、２系統燃料ディーゼルエンジンおよび燃料電池を利用して、エネルギの生産に利用可能な種々の可燃性ガスを発生させる。
廃棄物の処理にガス化装置を使用するメリットは、焼却や埋め立てのような従来の方法に関連する環境問題に迫られて、当該方法による破棄物処理コストが増大することによって一段と大きくなっている。
ＥＰ１１８３３２８ＵＳ０９／８５６１８２ＵＳ特許６，３４５，９０７ＷＯ２００４／００４８８０

従来のガス化装置は通常バッチモードで運転されており、ブリッジの生成と同様にスラグとクリンカの生成が断続的なガスと燃料流れを引き起こし、これもやはり生成ガス中のタール含有量が高いことと関連している。さらに、酸化ゾーンの比較的高い局所温度が原因でガス化処理中に形成されるクリンカを効率的に排出することができない。高灰燃料のガス化によりガス化装置から高炭素含有量の残留物が排出されるが、それはその後処理するのが難しいことがある。
これらの問題を受けて、従来のガス化装置は、燃料が完全にガス化するまで作動させて、その後、高炭素灰と共に高温ガス化領域で形成されるスラグとクリンカを手動で除去するために停止させる。

好ましくない作動状態が開始段階の間に起こるという点でガス化のバッチ運転から他の問題が生じる。ガス化装置が通常の使用中に低温度（＜８５０℃）で運転される場合には、生成ガスのタール含有量が増大する。生成ガス中のタールは生成ガスの燃焼に使用する燃焼装置の内側部に堆積し、該装置を詰まらせて掃除が必要になる。一般的にガス化装置に取り付けられる現在の電力・熱発生装置は、タールと水分を含む生成ガスを活用するのに適していない。

本発明者らは、第１ゾーンではガス流れが下向き（燃料流れと同じ方向）で、第１ゾーンの下流の第２ゾーンではガス流れが上向き（燃料流れとは反対の方向）の、２つの酸化ゾーンを有するガス化装置が、公知のガス化装置の多くの問題を解決することを見出した。このような装置は、ガスの下降流と上昇流との組み合わせであることから、「ダウンアップドラフト（down-updraft）ガス化装置」と呼ばれることがある。

従って本発明の第１の態様は、バイオマス、化石燃料、廃棄物又はこれらの組み合わせを組み込んだ固形燃料（１１）を供給する燃料弁（２２）を有し、供給された固形燃料（１１）を酸化する第１の酸化ゾーン（８）と、前記第１の酸化ゾーン（８）の下部に配置される第１のスロート（２）と、該第１のスロート（２）の下部に配置される還元ゾーン（５）と、該還元ゾーン（５）の下部に配置される固形燃料（１１）から生成した残留炭化物を酸化する第２の酸化ゾーン（１４）と、第２の酸化ゾーン（１４）の下部に配置される第２のスロート（４）と、還元ゾーン（５）を囲むシリンダに配置され、前記第１の酸化ゾーン（８）と前記第２の酸化ゾーン（１４）で生成した可燃性排出物を微細孔触媒反応ゾーン（３）を経由して外部に排出する排出管（１８）を配置したことを特徴とする前記固体燃料をガス化するガス化装置である。

１つの特定の利点では、本ガス化装置は連続運転に適しており、また本方法は連続運転方法であり、スラグやクリンカを除去するために停止する必要なく長期間運転できる。これは、ある程度ガス化が均一化することにより起こる高レベル（high extent）のガス化と、運転中にガス化装置の底部にある灰やスラグを除去する能力による。他の利点は、生成ガス中のタール含有量を増加させる傾向がある起動モードでの運転時間を最小限に抑えられることである。

本発明のガス化装置では、第１の酸化ゾーンは、好ましくは少なくとも１０００℃の温度で運転するのに対し、還元ゾーンは６００〜９００℃の間の温度、より好ましくは約８５０℃の温度で運転し、さらに第２の酸化ゾーンは７００〜８００℃の間の温度、より好ましくは約７５０℃の温度で運転する。これがガス化の均一化を確実にする。

好ましくは、本発明のガス化装置は、第１の酸化ゾーンの上流に熱分解ゾーンと、該熱分解ゾーンの上流に燃料貯蔵ゾーン（fuel storage zone）をさらに備えている。本発明の第２の態様の好ましい方法による、このようなガス化装置の使用においては、燃料を燃料貯蔵ゾーンで乾燥させ、熱分解ゾーンで熱分解して炭を生成し、次いでその炭を部分的に酸化させ、還元させ、さらに酸化させる。燃料貯蔵および／または乾燥ゾーンは、好ましくは８０〜１２０℃の間の温度、より好ましくは約１００℃の温度で運転する。熱分解ゾーンは、好ましくは５００〜７００℃の間の温度、より好ましくは約６００℃の温度で運転する。これらの温度を維持する熱は第１の酸化ゾーンから得られる。

好ましくは、前記燃料貯蔵ゾーンは、充填弁（loading valve）を備え、かつ第１の酸化ゾーンの上流に火格子に通じるホッパを有する。

本発明の第１の態様のガス化装置の、ガス化装置本体において排出管とほぼ同一平面に配置される還元ゾーンを画定する微細孔触媒（microporous catalysis）で満たされたジャケット壁（jacket-wall）には有孔部がある。この有孔ジャケットにより、ガス化処理で生成される排ガスが効率的に浄化かつ除去でき、第２の酸化ゾーンに通じる経路を短縮できる（reducing its path）。

好ましくは、本発明の第１の態様のガス化装置は、大気圧以下（below）にガス化装置を維持できるような排出管に取り付けた手段をさらに備えた結果、空気が適当な空気吸込口（air inlet）を介してガス化装置に吸い込まれる。大気圧以下でガス化装置を運転するために、減圧フェイルを維持する手段の場合にはガス化装置内の燃焼プロセスが酸素の欠乏により停止するようなフェイルセーフ機構を備え、生成ガスの危険な蓄積を防止する。

ガス化装置への空気吸込口は、主な吸込管（inlet pipes）を介して負の吸引力（negative suction）で維持される。継続して吸い込まれる空気は、酸化ゾーンの外環に配置されたリングダクト中に吸引される。リングダクトは、傾斜スロートの内表面に装着された空気吸込ジェット（air inlet jet）によって導入前に予熱した空気を反応ゾーン内に提供する。従って予熱空気もまた、スロートレベルでガス化装置の金属表面に冷却効果を与える。

本発明のガス化装置では、第２の酸化ゾーン内の第２の酸化量は第２の吸気弁によって取り込まれる空気量によって制御される。

そのようなガス化装置は、バイオマス、化石燃料、廃棄物、またはそれらの組み合わせを組み込んだ固形燃料のガス化に使用でき、可燃性排出物を生成する。「固形燃料」は、固形燃料粒子の粒子内部（intra-particle）または粒子間（inter-particle）のポア（pore）の中にエントレインドリキッド（entrained liquid）（水分、オイル、オイルスラッジなど）を含有できる。

従って本発明の第２の態様は、炭化物を生成するために前記第１の酸化ゾーン（８）でバイオマス、化石燃料、廃棄物又はこれらの組み合わせを組み込んだ固形燃料（１１）を部分的に酸化し、灰を形成するために前記還元ゾーン（５）で炭化物を還元し、さらに前記第２の酸化ゾーン（１４）で灰中の残留炭化物を酸化し、前記還元ゾーン（５）で得られた炭化物の還元物と前記第２の酸化ゾーン（１４）で得られた残留炭化物の酸化物を微細孔触媒ゾーン（３）を通して前記排出管（１８）によって上記ステップ１）〜３）で生成した可燃性排出物を採取し、前記第１の酸化ゾーン（８）では生成ガスが燃料流れと同じ方向に流れ、前記第２の酸化ゾーン（１４）では生成ガスが燃料流れとは反対の方向に流れる請求項１記載のガス化装置を用いて可燃性排出物を生成するために前記固形燃料をガス化する方法である。

好ましくは、前記２つのゾーンから排出された約８５０℃の温度の可燃性排出物は、ガス化装置から離れる直前に残留タールをクラックするために微細孔触媒で満たされた穴あきコーンリング（perforated cone ring）を通る。

好ましくは、本発明によるガス化装置と方法のための固形燃料は、適当な可燃性キャリア（combustible carrier）の粒子内部（intra-particle）と粒子間（inner-particle）のポア内に吸収される、先に定義したような廃液、廃油または石油スラッジ、または化石燃料または廃棄物またはそれらの組み合わせなどのバイオマスを利用する。可燃性キャリアは内部空隙率（internal porosity）が高いのが好ましく、繊維形状で非常に高い粒子間空隙率（inter-particle porosity）をもたらすとより好ましい。前記廃液は前記キャリアと混合され、かつその混合燃料を高密度化するためにブリケット化されるのが好ましい。

本発明のガス化装置とガス化方法によってガス化されるバイオマスには、従来の非常に多様なソース（source）のいずれもが含まれる。例えば、木およびリグノセルロース、おが屑、石炭、ナッツ類の殻、汚泥スラッジ、皮革くず、タイヤおよびプラスチック廃棄物、都市廃棄物または家庭の残留物、オリーブの種、菜種かす、医療廃棄物、鳥や牛のリター（litter）と糞尿、食肉処理場の廃棄物、腐ったチョコレートのくず、獣脂、紙くず、生ゴミ、サトウキビの絞りかす、廃油、石油スラッジ、石炭微粉、骨くず、農業の残留物、および、骨くず、汚泥スラッジ、おが屑または菜種かすと混合した石油スラッジのような化石のくずとバイオマスとの混合物が含まれる。

適当なキャリアは、おが屑、食肉処理場からの骨粉の廃棄物、パン／食べ物のゴミ、都市ゴミ、乾燥した汚泥スラッジ、刻んだ藁、菜種かす、およびサトウキビの絞りかすから選択することができる。

均一な大きさの燃料（バイオマスまたは廃棄された炭素質材料など）のブリケットまたはペレットがガス化中に均一な空気分散を実現するために用いられるのが好ましい。また、ブリッジ形成を防止するため、燃料のブリケットの最大直径がガス化装置の最も狭い部分の８分の１より大きくないのが好ましい。

ガス化方法では必要な第２の酸化量は燃料の灰分に残存する炭化物含有量によって決まる。高灰燃料（汚泥スラッジ、皮革くず、石油残留スラッジ、家庭一般ごみ（ＲＤＦ）、骨粉、鳥や牛の糞尿など）は、通常、主たる酸化ゾーン内の灰によって炭素が幾分分離するので、従来のガス化装置では炭素転換率が低くなる。

本発明の他の態様では、本発明のガス化装置、水スクラバ、ポリマーフィルタユニット、ファン、別のポリマーフィルタユニット、および、クリーン燃焼（clean ignition）場所に通じる排出物のスタックのようなエネルギ生産用の生成ガスを排出する手段を順次に備えるガス化システムが提供される。

好ましくは、上記システムは起動中に用いるフィルタバイパスを備えている。好ましくは、フィルタは各ダブルフィルタユニットの片方だけが一時的にフィルタモードで作動して、もう一方は再生モードで作動するように、それぞれが連携して機能する（working in tandem）ダブルフィルタユニットである。

本発明の他の態様では、先に定義したような固形燃料をガス化すること、酸だけでなく微粒子と水溶性毒素を浄化するために生成ガスをスクラバに通すこと、タールと水分を吸収するフィルタ、ガス化を促進するファン、さらなるタールと水分を吸収する第２のフィルタを含み、クリーン燃焼用ガス（gas for clean ignition）を生成する、先に定義したようなガス化システムを運転する方法が提供される。水スクラバのｐＨは、ガスから酸を除去するために低い。

好ましくは、水スクラバからのガスは起動中に第１のフィルタをバイパスする。ガスは常にダブルフィルタユニットの片方でフィルタ処理され、他の一方で再生されるのが好ましく、それらが高温排ガスでなされるとより好ましい。特定の利点では、ファンから出るガスは高圧下にあり、第２のダブルポリマーフィルタユニット中のタールと水分をさらに凝縮（condensation）させる。

本発明の他の利点では、本発明のシステムとその運用方法が、タールと水分が少ない、好ましくは実質的にタールと水分のない、電力・熱発生装置に適当なガスを生成する。

我々は今や、水分とタールの除去（extraction）が、マイクロセルラーオープンセルポリマーフィルタ（microcellular open cell polymer filter）を用いることでさらに改善できることが分かった。

従って、本発明の別の態様では、０．１〜３００ミクロンの範囲ポア（第１のポア）とさらに任意で３００〜１０，０００ミクロンの範囲のポア（凝結（coalescence）ポア）を有するマイクロセルラーオープンセルポリハイペ（polyHIPE）ポリマーを備えており、該ポリマーはガスから水とタールを吸収するのに効果的な、ポリマーフィルタとその調製方法が提供される。

スルホン化マイクロセルラーポリマーの酸と中性塩の形態（それらもまた、ポリハイペ（polyHIPE）ポリマーとして知られている）は共に、吸水物質として用いることができる。

これらのポリマーは、我々の従前の特許出願（セル増加媒体（cell growth media）でありかつ新規なポリマーであるマイクロセルラーポリマー、ＥＰ１１８３３２８；ＵＳ０９／８５６１８２）の教示を利用して調製される。吸水のために第１のポアとさらに任意で凝結（coalescence）ポアを有するポリマーを用いることができる。これらのポアの種類を以下に記載する：
０．１〜３００μｍの範囲の第１のポア。例えば小さいポアのサイズは０．１〜０．５μｍの範囲で、大きいポアのサイズは０．５〜３００μｍの範囲である。
３００〜１０，０００μｍの範囲の凝結ポア。凝結ポアのサイズは３００〜１０００μｍの範囲であるが好ましい。

特定のポア直径のポリハイペ（polyhipe）は下記方法から得られる。オープンセルポリマーにおいて、セル間のコミュニケーションはインターコネクトとして知られている。ポリハイペ（polyHIPE）は、ポア（Ｄ）の直径に対するインターコネクト（ｄ）の直径の所望の割合を有する。例えばポア直径が約３００ミクロン未満のとき、０＜ｄ／Ｄ＜０．５の範囲、好ましくは０．１＜ｄ／Ｄ＜０．５の範囲である。インターコネクトの直径の範囲は最大１００ミクロンであり、好ましくは０．００１〜１００ミクロンの範囲、より好ましくは１〜５０ミクロンの範囲である。

ポリハイペ（polyhipe）は商業的に入手可能であり、あるいはＵＳ５０７１７４７とその中で引用して追加した特許公報に開示されたような方法若しくは以下に記載したような方法を用いて調製できる。

市販の一般的なポリハイペ（polyhipe）ポリマーにはポリビニルポリハイペ（polyhipe）が含まれ、油相スチレンモノマー、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、および界面活性剤（スパン８０ソルビタンモノオレエート）から構成される。前記ポリマーは、モノマーの相対比率によって決まる剛性体または柔軟体（rigid or flexible form）でも、さらに２−エチレンヘキシルアクリレートモノマーを含む柔軟体でもよく、また水相中に水相重合開始剤（aqueous phase initiator）としてある量の過硫酸カリウムを含んでもよい。

しかしながら、ポリマー中の硫黄の存在により、ガス浄化に使用することが環境上望ましくないことがある。従って、他の形態のマイクロセルラーポリマーを用いた方がよい。

ポリマーに硫黄族を用いることが望ましくない場合には、過酸化ラウリル（lauryl peroxide）などの油相重合開始剤（oil phase initiator）を用いるのが好ましい（油相の１％）。

従って、本発明のフィルタに含まれる第１の新規なポリハイペ（polyHIPE）ポリマーは、油相重合開始剤、好ましくは１，１−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）またはエマルジョンの油相の１％の過酸化ラウリルを組み込んでいる。

本発明のフィルタに含まれる第２の新規なポリハイペ（polyHIPE）ポリマーは、エマルジョンを破壊することなくポリマー吸着（adsorbent）させるために、好ましくは５〜１０％の量で存在する、モノマー（２−ビニルピリジンなど）を組み込んでいる。新規なポリマーには、弾性を加えて衝撃吸収と良好な摩耗特性を向上させるために、付加的にモノマー（２−エチルヘキシルアクリレートなど）を組み込んでもよい。また、弾性は親水性ポリマーの吸水能力（water uptake capacity）を高めるのに役立つ。２−エチルヘキシルアクリレートの濃度値は好ましくはＹ＝３０％以下であるが、より好ましくはＹ＝１５％である。

本発明のフィルタに含まれる第３の新規なポリハイペ（polyHIPE）ポリマーは、ポリマーのコアはスルホン化され、スキンはスルホン化されないが、それでも依然として水吸着性（water adsorbent）のあるスキン・コアポリハイペ（polyhipe）構造の形で（場合によっては２−エチルヘキシルアクリレートモノマーと共に）ビニルピリジンモノマーを組み込んでいる。これは、ポリマーのコアに少量の硫酸を注入し、次いでこのポリマーを既知の方法でスルホン化することによって行われる。これにより確実に、硫黄を含有する部分は封入される（encapsulated）が、ポリマー部分は水を吸収できる。

我々は、ポリマーが「乾燥段階（drying stage）」中に過度に乾燥されるべきではないことを見出した。過度な乾燥は、ポリマーの吸水（water uptake）率を低下させるだけでなく、ポリマーの吸水能力（water absorption capacity）をも低下させる。これらのポリマーの吸水能力（water absorption capacity）は通常、自重の１０〜１２倍である。

本発明のポリマーは、天然または合成ポリマー、水溶性または不溶性ポリマー、任意的に（バイオ）分解性架橋ポリマーでもよく、好ましくはタンパク質とセルロース、ポリアクリルアミド、剛性体または柔軟体（rigid or flexible form）のポリビニル、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリカプロラクトン、ポリ（ラクチド／グリコリド）、およびポリアクリリミドから選択される。

マイクロセルラーポリハイペ（polyhipe）ポリマーの調製工程には、第１段階で連続相中の分散相である高内相エマルジョン（high internal phase emulsion）（ＨＩＰＥ）を形成することが含まれ、その分散相はボイド（void）でもよく、あるいは溶解物質若しくは分散物質を含んでいてもよく、また第１段階でエマルジョンを得るために制御温度で混合を制御しながら注入（dosing）を制御することによって分散相を連続相に導入し、次いで制御された変形下で（under controlled deformation）制御された期間の間、均一化し、圧力と温度の制御の下で重合させることによって、モノマー、オリゴマーおよび／またはプレポリマーが、連続相で、均一化し、さらにその重合状態で存在する。

タイプ−１ポア（基本のポア）：これは、サイズがＰＨＰ形成のエマルジョン化段階で決まる基本的なポア構造である。従って、ポアのサイズは主にエマルジョンの変形（フロー）過程（deformation (flow) history）で決まる。このポアの完全性（integrity）は重合中保たれて、インターコネクトはこの段階で形成される。油相と水相の化学反応、相の体積（phase volume）、および温度や圧力などの重合条件によって、インターコネクトのサイズを０＜ｄ／Ｄ＜０．５の範囲に制御することができる。

タイプ−２ポア（凝結ポア）：このタイプのポア構造は、重合中にタイプ１のポアの凝結を制御することによって得られる。ＰＨＰエマルジョンの分散相の液滴は、水溶性ポリマーを水相に添加することによって、または親水性オイル（スチレンオキシドなど）を僅かに油相に添加することによって、またはエマルジョンのモノマーの濃度を上げることによって凝結される。この場合のインターコネクトのサイズは、凝結したポアを組み込んだマトリックスを形成するタイプ１のポアのサイズと同一である。しかしながら、凝結したポアは基本のポアと比較して非常に大きいという事実により、ｄ／Ｄ割合は非常に小さい。

非常に小さいポアサイズのエマルジョン（０．１〜０．５μｍ）は、非常に高い変形速度の流れ（deformation rate flow）を利用して得られるが、その流れは主に伸長し（predominantly extensional）、またエマルジョン化温度は可能な限り低い。大きなポアサイズのエマルジョン（０．５〜３００μｍ、例えば２００μｍ近く）は高温で、かつ、エマルジョンが、例えば水中油型システム（oil-in water type system）に完全にまたは部分的に転化する速度より低い臨界変形速度を少し上回る速度で得られる。この臨界変形速度は、例えば所与のシステムの混合中（during mixing for a given system）の添加速度または変形速度などを変えることによって決定することができる。これらのエマルジョンはまた、主にせん断流（shear flows）を利用して短時間に処理されるべきである。

非常に大きいポアエマルジョン（３００〜１０，０００μｍ、好ましくは１，０００μｍまで）は、重合中に制御されたポアの凝結方法によって得られる。制御された凝結を得るためには２つの方法：１）既知量の水溶性ポリマーを水（分散）相に添加することによる方法、あるいは２）「フィラー」溶質を連続油相に添加することによる方法がある。この２つの方法では、これらの添加剤の濃度と種類は重要である。濃度が低い場合には、これらの添加剤によって所望の特性を持つ１〜２００μｍの範囲のポアを有するポリハイペ（polyhipe）が得られる。濃度が一定値を越える場合には、凝結ポアが形成し始める。この場合、ポアのサイズは、凝結開始前のポアのサイズ、重合の温度と濃度、添加剤の分子量と種類によって変わる。

前記エマルジョンは、連続かつ分散した相を形成するいずれかの所望の不混和相から得ることができて、水相と非水相から得るのが好ましく、水相と油相から得るのがさらに好ましい。得られたエマルジョンはオイルエマルジョン中の水または水性エマルジョン中のオイルである。

分散相を連続相に制御して注入することによって、所望のエマルジョンを得ることができる。バッチミキサーでは、単一のまたは複数のエントリポイント（entry points）を利用して、分散相の注入をミキサーの底部から優先的に行う。複数のエントリ送り（entry feed）が、より大きなポアのエマルジョンをもたらした。注入速度が非常に速かった場合には、発生した水相ジェット（emerging jet of aqueous phase）によって生じた混合があまりに激しいので、エマルジョンのポアサイズが縮小した。その結果、この複数送りポイントと比較的長期間の注入の組み合わせが大きなポアのエマルジョンを作り出した。注入が完全に行われた後でエマルジョンは均一化されるべきであるが、均一化期間が長いとポアサイズが縮小した。

先に定義したような制御された混合は、臨界的（critical）でも、あるいはそれを発展させても（extended）よい。臨界的混合（critical mixing）は、転相（phase inversion）せずに水相の油相への拡散を引き起すのに十分な混同である。臨界的混合は均一の混合領域を利用することによって得られ、それによりポアサイズは実質的に均一になり、エマルジョンの破壊および転相が阻止される。

混合は、実質的に２相の全体積に均一の混合領域を提供するのに適当ないずれの手段によっても行うことができるが、マルチブレード、マルチジェットなどの混同手段によるのが好ましい。

我々は以前から、ＵＳ５，０７１，７４７の教示に反して、大きなポア直径を持つ安定したエマルジョンが、強く混合することをできるだけ小さくすること（minimising the intensity of mixing）によって得られることが分かっていた。従って、注入することで（by means of dosing）、安定したエマルジョンなどの均一混合が激しい混合を要さずとも得られる。均一化は外部ループ内で、静的または動的ミキサにも装着できるギアポンプまたはスクリューポンプのようなポンプを使用して実施することができる。この均一化のタイプに適した静的または動的ミキサのタイプを下記に記載する：アカイ，Ｇ．；アービング，Ｇ．Ｎ．；コワルスキ，Ａ．Ｊ．；マチン，Ｄ．「液組成を製造するための動的混合装置（Dynamic mixing apparatus for the production of liquid compositions）」ＵＳ特許６，３４５，９０７、２００２年２月１２日、およびアカイ，Ｇ．「流動性材料と微孔性ポリマーの処理方法と装置（Method and apparatus for processing flowable materials and microporous polymers）」国際特許出願のＰＣＴ公報ＷＯ２００４／００４８８０、２００４年１月１５日。

注入（Dosing）、エマルジョン化（emulsifying）、および均一化（homogenisation）は、最終的なポリハイペ（polyhipe）ポリマーのポアサイズに応じた適当な温度で行うことができる。所望のポアサイズが大きい場合、好ましい温度は高いが、それでもなお最低沸騰様相（the lowest boiling phase）の沸点を下回る。最低沸騰様相である水相は、約１００℃で沸騰する。６０℃またはそれより高いエマルジョン化温度（emulsification temperature）を用いる本発明のプロセスによって、６０ミクロンを越えるポアサイズを有するポリマーが得られることが分かった。６０℃を越える温度でエマルジョン化温度を上昇させると、６０℃を下回る温度で同様にエマルジョン化温度を上昇させる場合よりも得られるポアサイズが劇的に増加する。

最高のエマルジョン化温度は、最低沸騰様相の通常の沸点より高くてもよく、例えば最低沸騰様相は沸点を上げる成分を含んでもよい。水相は１００℃で安定し且つ潜在的に不活性の電解質を含むのが好ましい。温度がモノマーの沸点を越える場合、この手段によって本プロセスが高圧で実施されるのが好ましい。高いポアサイズのエマルジョンの好ましい温度範囲は７０〜１１０℃である。

クローズド連続処理装置（closed continuous processing equipment）を用いて圧力を大気圧より高くすることによって、水相物質または連続相物質の通常の沸点を越える温度でエマルジョン化とそれに続く重合を行うことができる。

本プロセスは、水相または油相重合開始剤、架橋剤、フィラーなどを追加して用いて実施することができる。そしてこれらは、先に定義したような最高運用温度で安定化するのが好ましい。重合開始剤、架橋剤、フィラーなどの選択は、エマルジョン化（emulsifying）および均一化（homogenising）のために相の許容可能な粘性を考慮してなされる。プレポリマーと部分的に架橋されたプレポリマーの割合を利用することによって必要な架橋剤の量を減らすことができるし、任意で、油相量を減らし且つ有効粘性率を下げるために適当な油相フィラーを用いてもよい。

好ましくは、本発明のプロセスは、本技術分野で知られている水相重合開始剤と共に、またはこの水相重合開始剤に代えて、油相重合開始剤を用いることを特徴とする。水相重合開始剤は比較的低い温度での運転に用いることができる。また、水相重合開始剤には過流酸ナトリウムまたは過流酸カリウムが含まれる。８０℃を越える高温での運転には、例えば１，１−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）または過酸化ラウリルなどの油相重合開始剤を用いるのが好ましい。

架橋剤は、例えばジビニルベンゼン（ＤＶＢ）でもよい。ポリハイペ（polyhipe）が生分解性であることが求められる場合、加水分解性架橋が得られる。これらの架橋剤は、エチレンジアクリレート、Ｎ−Ｎ’−ジアリルタールタール（tartar）ジアミド、Ｎ−Ｎ（１，２，ジヒドロキシエタン）−ビス−アクリルアミド、およびＮ−Ｎ’−Ｎ’’−トリアリルクエン酸トリアミド（triallyl citrictriamide）である。しかしながら、生分解性架橋剤の場合には、ポリマー自体が生分解性でなければならない。これらのポリマーは、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリε−カプロラクタム、およびポリアクリルイミドである。

マイクロセルラー構造を形成するために水溶性ポリマーが必要なとき、それらは架橋されなければならない。このようなポリマーの場合、モノマー（アクリルアミドなど）を水に溶解して、次いでこのモノマー溶液を適当な界面活性剤、重合開始剤および架橋剤の存在下でヘキサンまたはトルエンのような炭化水素液中に注入することによって、ハイペ（HIPE）エマルジョンを形成する。

タンパク質とセルロースもまた、マイクロセルラー構造を形成することができる。この場合、これらの物質を適当な乳化剤と共に適当な水相（タンパク質とシュバイツァーの試薬用の水、セルロース用のＣｕ（ＮＨ₃）₄（ＯＨ）₂）に溶解して、次いで炭化水素液に注入して水連続ハイペ（HIPE）を形成する。架橋は、このハイペ（HIPE）をグルタルアルデヒド溶液（プロテイン用）または酸性溶液（セルロース）中に浸すことによって行われる。

本プロセスには、重合前または重合後に先に定義したような適当な調整剤（modifier）を導入することを含めてもよい。例えば、調整剤を分散した水相中に導入して、次いで先に定義したような連続相中に注入してもよい。あるいは、既存のポリマー表面上で界面活性剤、電解質および未反応モノマーの除去、コーティング、さらなる重合または反応（further polymerisation or reaction）の形態を簡単にとることが可能な、後重合による改質段階（post polymerisation modification stage）を利用する。改質剤（Modifying agents）および改質技術（modification techniques）は、本技術分野では周知である。

重合は、本技術分野で周知のような、重合される各モノマー、オリゴマーおよび／またはプレポリマーに対する周知の時間と温度条件下で行われる。

好ましくは、ポリマーを個々のモールド内で重合させて、膜（skin）を形成させる。これは、充填層での使用中にポリマーの消耗（attrition）を防ぐという利点がある。ポリマーを充填材料の中にカットする（cut）ための他の方法では、分解して小粒子化できる。

本発明の他の態様では、ポリビニルポリハイペ（polyhipe）を含み、かつ油相モノマースチレン、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）、および界面活性剤（スパン８０ソルビタンモノオレエート）から構成され、さらに、好ましくは５〜１０％の量で存在する、エマルジョンを分離させずにポリマーに水を吸着（adsorbant）させるモノマー（２−ビニルピリジンなど）および／または弾性を加えて衝撃吸収と良好な摩耗特性を向上させるモノマー（２−エチルヘキシルアクリレートなど）を組み込み、該ポリマーが第１のポアとして０．１〜３００ミクロンの範囲のポア、例えば０．１〜０．５ミクロン、最大２００ミクロンのポアを有し、状況に応じてさらに、コモノマーの濃度が高い場合には、最大１０，０００ミクロンの範囲の凝結ポア、例えば最大１，０００ミクロンの凝結ポアが形成されることを特徴とするポリハイペ（polyhipe）が提供される。

本発明の他の態様では、先に定義したような固形燃料のガス化におけるガス化装置の使用、ガス化方法、ガス化システムとその方法、ガスフィルタ、および新規なポリマーが提供される。それらは、例えば内燃ガスエンジン、ガスタービン、２系統燃料ディーゼルエンジンまたは燃料電池を用いて、エネルギ生産に使用する可燃性ガスを発生させるものであるのが好ましい。

ここで本発明の詳細な実施形態について、他の好ましい特徴と共に、下記の図面を参照して説明する：
図１は、本発明によるガス化装置を示す概略図である。
図２は、本発明による図１のガス化装置を備えたガス化システムを示す概略図である。

図１に示すガス化装置１は、全体的に５つのゾーンに分割することができる。燃料が上部エアロック回転弁２２によって導入されるガス化装置の上端部は、燃料の貯蔵と乾燥ゾーン６である。このゾーンの下流は熱分解ゾーン７である。

第１の酸化ゾーン８は熱分解ゾーン７の下流にあり、該ゾーンの下縁を画定する第１の空気分配スロート（air distribution throat）２にある吸気ノズル１２と、還元ゾーン５の上部にある吸気ノズル１２を通じてガス化装置に空気を供給する。このスロートは、ガス化装置の下方に燃料が流れるのを促進するために、１０〜４０°、好ましくは約２０°の角度１０で傾斜しており、図示されているように湾曲してもよい。４０°よりも大きい角度では、燃料の流れが制限される。スロート２はガス化装置１の内部表面にしっかりと溶接される。

中央の空気ノズル群（set）２４は、第１の酸化ゾーン内での空気の分配を促進でき、スロート直径が約０．５メートルを超えると特に有用である。このようなノズルは、第１の空気分配スロート２より上の中央に配置されるのが好ましい。空気は、第１の空気分配スロート２とガス化装置の外殻との間に形成された環状ダクト２３から吸気ノズル１２に供給される。空気は、第１の吸気弁９によって環状ダクト２３内に入る。中央空気ノズル群２４がある場合には、作動が第１の吸気弁９の作動につながっている弁２５から空気が供給される。

中央空気ノズル群２４がないガス化装置では、吸気ノズル１２の約３分の２が傾斜したスロート２の表面に配置され、３分の１が有孔部３（下記参照）より少なくとも２０ｃｍ上の還元ゾーン５に配置されるのが好ましい。中央空気ノズル群２４がある場合には、同数のノズルが各場所に配置される。

スロート２は、円錐管として第２の酸化ゾーン１４に下降する還元ゾーン５に通じている。還元ゾーン５を囲むシリンダは、浄化し、かつ生成ガス１３がガス排出管１８の高さで直接第２の酸化ゾーンに脱出（escape）できるように、有孔性触媒反応シェル部（perforated catalysis shell part）３を有している。有孔性触媒のシェル３が垂直方向と作る角度は、１０〜４０°、好ましくは約２０°である。

第２の酸化ゾーン１４は、該ゾーンの下縁を画定する第２の空気分配スロート４に配置された空気ノズル１７を介して空気１５をガス化装置に供給する。このスロートはまた、燃料の流れを促進するように、１０〜４０°、好ましくは２０°の角度で傾斜しており、第１の空気分配スロート２の傾斜角度についての考慮がここでも当てはまる。スロート４はガス化装置１の内側表面にしっかりと溶接され、第１の空気分配スロート２と一直線にそろっているのが好ましく、対称的であるのがより好ましい。ここで用いた「対称的」という用語は、２つのスロート２，４が同じ形状で、かつ共通の垂直軸に配置されていることを意味する。

前記空気は、第２の分配スロート４とガス化装置の外殻との間に形成された環状ダクト２６から吸気ノズル１７に供給される。空気は、第２の吸気弁１５によって環状ダクト２６内に入る。

ガス化装置１の底部には、ガス化処理の最後に残存している灰・スラグ混合物を除去するためのスクリューコンベヤ１９が配置される。この灰は、上部に滑りゲート弁２１の付いたエアロック回転弁２０によって排出される。

ガス化装置内に生成されたガスは、ガス吸引ファン（図２）によって、好ましくは減圧に、例えば大気圧より低い圧力に保持されている、二重の渦排出管（double vortex discharge pipes）１８を用いて除去される。

ガス化装置リアクタ（gasifier reactor）１の下部１４は、上昇気流炭化ガス化装置（updraft charcoal gasifier）と同じように作動するが、ガス化装置１の上部６，７，８，５は、従来の下降気流ガス化装置（down draft gasifier）と同じように作動する。

第１と第２の酸化ゾーン８，１４の断面積は燃料貯蔵ゾーン６と熱分解ゾーン７の断面積よりも小さい。これらのゾーン全体の温度分布を均一に保つために、還元ゾーン５の断面積は、第１と第２の酸化ゾーン８，１４の断面積よりも小さい。

前記ガス化処理には、還元ゾーン５の上流のスロート部で均一な空気分配が行えるように、均一サイズの燃料１１（バイオマスまたは廃棄炭素物質など）のブリケットまたはペレットを用いるのが好ましい。また、スロート２の上流の第１の酸化ゾーン８内でのブリッジ形成を防止できるように、燃料ブリケットの最大直径はガス化装置１の最狭部の８分の１より大きくないのが好ましい。

ガス化処理をモニタできるように、熱電温度計（図示せず）をガス化装置中に設けてもよい。また、スロート２の上流の第１の酸化ゾーン８内に形成されるブリッジを破壊できるように、あるいは灰の蓄積を防止するために、ブリッジを破壊する（bridge-breaking）ポーカーおよび／またはバイブレータ（図示せず）を設けてもよい。前記ポーカーおよび／またはバイブレータはガス化装置１の外側上部（top outer section）に取り付けることができる。

図１に示されているガス化装置１は、燃費に応じて通常約５〜１５分かかる初期点火・起動後に連続運転される。

通常、高密度のまたは高密度化された（dense or densified）バイオマスおよび／または廃棄物（炭素質燃料）は、ガス化装置１内に上部燃料弁２２から充填される（loaded into）。固形燃料の充填が完了した後、燃料弁２２と灰排出弁２１は一次的に停止され、かつ塞がれる。そして、排出管１８に取り付けられたガス吸引ポンプ（図２）のスイッチが入ると、リアクタは、制御弁９，２５を開けることによって、第１の吸気（intake air）が環状ダクト２３を介して酸化ゾーン８に導入される地点である、大気圧より低い約５〜１０ｍｂａｒの圧力に達する。環状ダクト２３に配置されたガスバーナ（図示せず）は、酸化ゾーン８内の燃料を点火し、燃焼開始までヒートアップする点火装置として設けられる（issued）。

吸気ノズル１２，２４の配置（distribution）が空気を均一に酸化ゾーン８内に浸透させて燃料の燃焼をサポートし、高い均一温度（＞１０００℃）を得ることを可能にする。

第１の酸化ゾーン８で運転温度が１０００℃を越えた時点で、外部点火が停止される。それと同時に、有孔性触媒ジャケット３が適当な金属ベースの触媒を用いて活性化され、高温の生成ガスを通過させる。ガス化装置１に内部細孔触媒を配置することによって、ガスがガス化装置１から出る前にタールを含まない生成ガス１３を生成できる。第１の酸化ゾーンの運転温度とそれに対応するガス化装置の処理量は、吸気９を増やすか、または減らすことによってその後制御される。ガス化装置１は、吸気９，１５，２５を制御することで、最大処理能力の２０％まで低下させて効果的に運転できる。

第１の酸化ゾーン８で得られる高温は、熱上昇の輻射により、熱分解ゾーン７では約４００〜６００℃の温度になり、そして乾燥ゾーン６では約１００℃の温度になる。

約２０分の熱分解中に、高密度の均一サイズの燃料１１は酸素を供給せずに可燃性ガスを放出し、炭を形成する。以下の反応は、熱分解ゾーンで起こる典型的な反応である：
炭化物の形成
０．１７Ｃ₆Ｈ₁₀Ｃ₅ → Ｃ＋０．８５Ｈ₂ △Ｈ_300k＝−８０ｋＪ／ｇモル
水性ガスの移動
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋Ｈ₂ △Ｈ_300k＝−３３ｋＪ／ｇモル
メタンの形成
ＣＯ＋３Ｈ₂ → ＣＨ₄＋Ｈ₂ △Ｈ_300k＝−２０５ｋＪ／ｇモル
ＣＯ₂＋４Ｈ₂ → ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ △Ｈ_300k＝−１９２ｋＪ／ｇモル
２ＣＯ＋２Ｈ₂ ←→ ＣＨ₄＋ＣＯ₂ △Ｈ_298K＝−２４７．３ｋＪ／ｇモル

次いで、炭は、高温で発熱反応と吸熱反応がそれぞれ起こる、第１の酸化ゾーン８と次の還元ゾーン５に自重を受けて引き込まれる（dragged）。
以下の反応は、酸化ゾーン８で起こる典型的な反応である：
部分酸化
Ｃ＋1/2Ｏ₂ → ＣＯ △Ｈ_298K＝−２６８ｋＪ／ｇモル
ＣＯ＋1/2Ｏ₂ → ＣＯ₂ △Ｈ_298K＝−２８５．０ｋＪ／ｇモル
Ｈ₂＋1/2Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ △Ｈ_298K＝−２４１．８ｋＪ／ｇモル

少なくとも１０００℃の温度で酸化ゾーン８を運転する利点は、熱分解ゾーン７で生成された熱分解ガス中のタールをある程度までクラックして、より短い（lower）鎖長の炭化水素を生成することができることである。

還元ゾーン５（ガス化ゾーンとしてもよく称される）では、上記ゾーン６，７および８からの高温ガスとの反応によって、バイオマス炭化物は生成ガスに変えられる。
以下の反応は、還元ゾーン５で起こる典型的な反応である：
メタンの形成
Ｃ＋２Ｈ₂ → ＣＨ₄ △Ｈ_298K＝−７４．９ｋＪ／モル
ブドワー反応
Ｃ＋ＣＯ₂ → ２ＣＯ △Ｈ_298K＝−１７２．５ｋＪ／モル
水性ガス反応
ＣＯ₂＋Ｈ₂ ←→ ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ △Ｈ_298K＝−４１．２ｋJ／モル
Ｃ＋Ｈ₂Ｏ ←→ ＣＯ＋Ｈ₂ △Ｈ_298K＝−１３１．３ｋJ／モル

次いで、これらのゾーンからの生成ガスは、還元ゾーン５を取り囲む壁にある高活性の微細孔触媒で満たされた有孔ジャケット３を通じて吸い込まれ、その後、排出管１８を通ってガス化装置から出る。還元ゾーン５を取り囲む壁の有孔部３の使用により、生成ガスが残留タールをクラックすることが可能になる。また、生成ガスによって特に第２の酸化ゾーン１４において捕集され、ガス化装置１の外に運ばれる灰と微粒子の量を減らす。

還元ゾーン５で完全にガス化されなかった残存炭化物粒子は、灰中の残存炭化物を２次燃焼させガス化するために第２の酸化ゾーン１４内に落ちる（第１の酸化ゾーン８で起こる反応と類似の反応によって）。第２の燃焼室１４で形成される生成ガスは、排出管１８にかけられる陰圧のせいで上方を向く。必要な第２の酸化量は、燃料の灰中の残存炭化物含有量によって決まる。高灰燃料（汚水スラッジ、皮革くず、石油残留スラッジ、家庭廃棄物（ＲＤＦ）、骨粉、鳥・牛の糞尿など）は、通常、主たる酸化ゾーン中の灰によって炭素が多少分離されるため、従来のガス化装置では炭素転換率が低くなる。本発明のガス化装置では、第２の酸化ゾーン１４内の第２の酸化量は第２の吸気弁１５から入る空気量によって制御される。

第２の酸化ゾーンは、通常６５０〜８５０℃の間で運転する。高温の可燃性ガスの混合物（約４５０℃）は、有孔性触媒ゾーン３を通過した後、排出管１８からガス化装置１の外に出る。図２では、少量のタール（２０〜５０ｍｇ／ｍ³未満）と微粒子を含む生成ガスが、微粒子と細粒炭（fly ash）を除去するためにサイクロンに送り出され、次いで生成ガス中のタールまたは水分の沈降のような他の処理のために最終ガスフィルタ付きの１つまたは複数の熱交換器とガス水スクラバに送り出される。

ガス化装置１の通常運転中、灰オーガ１９と回転弁２０は、ガス化処理を妨げないようにリアクタからスラグを抽出するような回転速度で連続して操作される。灰オーガ１９の操作モードは、ガス化されたバイオマスおよび／または廃棄物の灰分によって決まる。

ガス化装置は、ガス化装置から除去された灰とスラグの炭素含有量が３％未満になるように運転される。

図２は、以下を順次に備えるガス化システムを図示する：本発明のガス化装置、水スクラバ、連携して機能する（working in tandem）ダブルポリマーフィルターユニット、ファン、別のダブルポリマーフィルターユニット、およびエネルギ生産用の生成ガスを排出する手段。

また、水スクラバからのガスは必要に応じて、好ましくは２つのポリマー箱フィルタの形態の、第１のダブルポリマーフィルタユニットをバイパスすることができる（これは起動中タール含有量が高いときに起こり得る。）。通常運転中、ガスが一方の箱フィルタを通り抜ける間に、ポリマーは第２の箱フィルタ内で内燃エンジンからの高温排ガスを吹き飛ばすことで再生される（regenerated）。ガス浄化は４０℃より低い温度で行われるのに対して、この再生（regeneration）は８０℃で行うことができる。第２の箱フィルタ内でポリマーを用いて再生している間、排出ガスもまたポリマーの吸収（absorption）によって浄化され、微粒子も保持される。

この連携し合う濾過（This filtration in tandem）は、圧力が高いファンの出口で繰返して行われて、水／タールの吸収を行う第２のダブルポリマーフィルタユニットでより多量のタールと水分を凝縮させる。内燃エンジンに送り込まれる前のガスの温度には制限がある。好ましい温度は約４０℃である。従って、ファンの出口からのガスを冷却しなければならない場合がある。これはファンの出口のフィルタ箱内の微孔性ポリマーによるタールと水分の除去を促進する。

ここで本発明につき、以下の実施例に関して限定されない態様で例示する。

本発明によるガス化装置の運転方法
１．起動
起動段階は、エンジン用のガスの質が安定して、そのまま続く定常状態に至るまで必要な操作をすべて含む。加重前の（preweighed）大量のバイオマス燃料を所定のレベルまでホッパに充填する。次いで、空気ファンと水スクラバ循環ポンプのスイッチを入れる。固形燃料点火装置を用いて燃料を火格子の上で発火させる。

２．ガス化運転
測定データは、燃料流速、ガス流速、ガス組成、温度および圧力である。吸気（inlet air）、乾燥ゾーン、熱分解ゾーン、スロートおよびスクラバ出口の温度を１５秒毎にアナログデジタル変換器で記録した。また、圧力低下もガス化装置と水スクラバ出口で測定した。生成ガス流速を吸引ファンの後ろに配置したガス流速メータで測定した。生成ガス中のタールと凝縮物（condensate）の量をガス化装置と水スクラバ出口で採取したガスのサンプルから測定した。
フィルタとして用いるクリーンで乾燥した木材チップと炭を箱フィルタ内の各トレイ中に置く。ガス流速メータを必要な流速に調節する。空気ファンのスイッチを入れた後で、水タンク側の循環ポンプ（水スクラバポンプ）のスイッチを入れる。次いで、生成ガスを点火するための点火用ライターを点火する。生成ガス流速を吸引ファンの後ろに配置したガス流速メータで測定した。
吸引効果を得るために循環ファン（ガスブースタファン）を用いる。この循環ファンは、スクラバと点火用バーナで点火した後に燃え上がるスタックを通じて生成ガスをガス化装置の外に引き出すようにガス化装置に結合したエンジンによって動かされる。熱電温度計で６つの別の箇所の温度を連続して測定し、そのデータをコンピュータに記録した。

３．ガス浄化
Ｕ字管装置（apparatus）をタールと凝縮物を収集し、かつガス分析用のガスサンプルを浄化するために用いた。Ｕ字管装置は、基本的にプラスチックパイプに繋がれた５ｍｍ直径でステンレス鋼のサンプリングプローブからなる。また、タールと水分をトラップする（trap）ために２個のパイレックス（登録商標）「Ｕ」管を順次に備えている。第１のトラップは比較的小径の球形のガラス玉を有し、湿った生成ガスに大きな表面積を与えるのに対し、第２のトラップは２個のグラスウールの間にシリカゲルを有している。真空ポンプ（ＡＥＩ型ＢＳ２４０６，０２５ｈｐ）をサンプリング管を通じてガスを引き込むのに用いた。ロタメータ（ＭＦＧフィッシャー，１０１／分）をＵ字管と真空ポンプの間に置いた。生成ガスのタール含有量を求めるために、一定のガス流速でガスが管を通って流れる時間を観察した。

４．停止（Shut down）
停止処置には、ガス化装置を安全に密閉するための全行為が含まれる。可燃性ガスが生成されなくなるまでオフガスバーナ（off gas burner）が第２の天然ガスバーナを使用し続けた状態で、ボイラのコンピュータ、水スクラバ、ガス化空気ノズル、循環ファンおよび排気ファンは順番に停止する。

５．データ処理
物質収支を完全にするために、汚染除去（cleanup）処置には、タール、炭化物、灰および凝縮物を収集するのに必要な全措置が含まれる。リアクタを冷却した後で、灰と炭化物を灰箱（ash chamber）から収集することによってそれらの量を測定した。最後に、ガス化装置の上部プレートを開けて、未利用のサトウキビの絞りかすを全て注意深く除去し、モニターした。消費された全てのサトウキビの絞りかすをガス化装置の全運転時間で割ることによって、平均的な燃料の供給量（feed rate）を算出した。

６．燃料の調製（Fuel preparation）
リアクタを通じて連続流を実現し、下流のエネルギ変換処理用の信頼性のある生成ガス組成とカロリー値を得るために、バイオマス燃料のコンシステンシー（consistency）がガス化には重要である。さらに、バイオマス燃料の高密度化（densification）がリアクタのサイズを小さくすると共に、高密度化された燃料の形状と大きさがガスと燃料流速の変動と、得られる生成物の品質の変動を低減する。木材チップのような既に密度の高いバイオマス燃料については、さらに高密度化することが不可欠ではないが、そのようにすることが望ましい。しかしながら、都市ゴミのような体積のバラツキが大きく、かさ密度が低い燃料については、間違いなく必然である。従って都市ゴミは、金属とガラスを除去した後に熱処理してセルロースが豊富な粉末（cellulose rich powder）にするか、あるいは細かく切った後でブリケット化して燃料を高密度化する。
ガス化される材料が精油所の含油スラッジなどの液体の場合には、乾燥させて固形物にするか、あるいはソリッドキャリア（solid carrier）、好ましくはバイオマスと一緒に混合することができる。使用するバイオマスなどは、多量のカルシウムを含む骨粉である。従って硫酸カルシウムを形成することによって油から硫黄を除去するのが有用である。

７．ガスの分析
ヘリウムをキャリアガスとして用いてガスサンプルを分析するために、ガスクロマトグラフ（島津ＧＣ−８Ａ）を使用した。ガスクロマトグラフ（ＧＣ）は、デュアルカラム（クロモソープ（chromosorp）１０１と分子ふるい）および熱伝導度検出器を備えている。各カラムのガスの滞留時間と質に影響を与えるパラメータを表４．１に記載した。同時に、生成した湿性ガス中のタールと凝縮物の量を求めるために、ガスをＵ字管装置に通した。質量とエネルギ収支を正確に算出するために、テスト装置近傍の空気の湿度を実験の間中適宜測定した。

種々の固体原料とのガス化結果

種々の固体原料とのガス化結果

※ＲＤＦ／ＭＳＷ：都市ゴミ（Municipal Solid Waste）

結論
表２Ａおよび表２Ｂに示されているように、全ての燃料が第１の酸化ゾーンのスロート温度を約１０００℃になるように操作により良好な温度制御がなされた。生成ガスの特性は素晴らしく、全てのケースでその後の燃焼にとって良好な燃料組成が得られた。特に、全ての燃料が燃焼エンジンでの燃焼に必要最低限の４メガジュール／ｍ³を越える６メガジュール／ｍ³であるという特徴があった。

表３Ａおよび３Ｂに示されているように、これはクリーン燃焼に適していて、例えばＮＯｘ５ｍｇ／ｍ³とＳＯ₂７ｍｇと微量レベルのＮＯ₂とＮＯのような低排出を行う。

本発明によるフィルタに使用するためのポリハイペ（polyhipe）ポリマーの調製
油相と水相の組成を以下に示す：
油相：
スチレンモノマー：（７８−Ｘ−Ｙ−Ｚ）%
２−ビニルピリジンモノマー：Ｘ％
２−エチルヘキシルアクリレートモノマー：Ｙ％
油相溶解重合開始剤（Oil phase soluble initiator）：Ｚ％
ジビニルベンゼン（架橋剤）：８％
スルビタンモノ−モノオレエート（スパン８０非イオン性界面活性剤）：１４％
水相：Ｚ％の過硫酸カリウム含有水
水相の好ましい相体積（phase volume）は８０〜９５％で、より好ましくは９０〜９５％である。

高濃度のモノマー２−ビニルピリジンの含有はエマルジョンを破壊する。従って、好ましいＸ値は５〜１０％の間にある。

２−エチルヘキシルアクリレートを用いるのは、微孔性ポリマーを弾性体にするためである。ポリマーの弾性は、より良好な衝撃吸収と良好な摩耗特性をもたらす。また弾性は親水性ポリマーの吸水能力を高めるのに役立つ。２−エチルヘキシルアクリレート濃度の好ましい値はＹ＝３０％以下であるが、好ましくはＹ＝１５％である。

水相および／または油相溶解重合開始剤は、Ｚ＝０〜１％の量で存在する。水相重合開始剤（過硫酸カリウム）を含有する硫黄を用いない場合に、油相溶解重合開始剤が存在する。

エマルジョンの調製は、エマルジョンを一定の回転速度で攪拌しながら、所定の割合で注入した油相と水相からバッチミキサの中で行った。各相の量（volume）、バッチミキサと羽根車の直径、羽根車の回転速度、および均一化時間の関数として、注入率（dosing rate）、変形率（deformation rate）、混合率（mixing rate）を予め定めた。

種々の混合条件による性能の違いをなくすために、我々は下記から混合特性を明らかにする；
Ｖ_Ａ＝時間ｔ_Ｄの間に付加された水相の量（volume）
Ｖ_Ｏ＝バッチミキサー中に入れられた油相の量（volume）
Ｄ_１＝羽根車の直径
Ｄ_０＝バッチミキサの直径
Ω＝回転速度
である場合、
注入率Ｒ_Ｄ＝Ｖ_Ａ／ｔ_Ｄ
注入中の変形率Ｒ_Ｅ＝Ｖ_Ａ／（ｔ_ＤＶ_０）
混合率Ｒ_Ｍ＝Ｄ_１Ω／Ｄ_０

また、我々はｔ_Ｈを均一化時間として、さらにｔ_Ｔを全混合時間として定義する。
ｔ_Ｔ＝ｔ_Ｄ＋ｔ_Ｈ

２枚のフラットパドルの羽根車（直径８ｃｍ、幅１．４ｃｍ）を直径８．５ｃｍの混合タンクに使用した。羽根車の間隔は１ｃｍであった。油相２５ｍｌをタンクの底に入れて、さらに水相２２５ｍｌを４箇所の供給ポイントを用いて注入した。水相の温度は−１．０から８０℃であった。

ビニルピリジンを用いたポリマーの調製には、重合を４０℃で８時間、次いで５０℃で８時間、最後に６０℃で８時間行った。このことが、重合中にエマルジョンを不安定化させないことを確実にする。我々は、ポリマーが「乾燥段階」中に過度に乾燥されるべきではないことを発見した。過度の乾燥は、ポリマーの吸水（water uptake）率の低下だけでなく吸水（water absorption）能力の低下をも招く。これらのポリマーの吸水能力は、通常自重の１０〜１２倍である。

本発明によるガス化装置を示す概略図である。本発明による図１のガス化装置を備えたガス化システムを示す概略図である。

符号の説明

１ガス化装置２スロート
３微細孔触媒ゾーン（有孔性触媒反応ジャケット）
４スロート５還元ゾーン
６燃料貯蔵・乾燥ゾーン７熱分解ゾーン
８酸化ゾーン９吸気
１０角度１１固形燃料
１２空気分配ノズル（吸気ノズル）
１３生成ガス１４酸化ゾーン
１５空気（吸気、吸気弁）１６角度
１７空気分配ノズル（空気ノズル、吸気ノズル）
１８渦排出管
１９排出機構（スクリューコンベヤオーガ）
２０回転弁２１滑りゲート弁（灰排出弁）
２２燃料弁２３環状ダクト
２４空気ノズル群２５制御弁、吸気
２６環状ダクト

Claims

ａ）バイオマス、化石燃料、廃棄物又はこれらの組み合わせを組み込んだ固形燃料（１１）を供給する燃料弁（２２）を有し、供給された固形燃料（１１）を酸化する第１の酸化ゾーン（８）と、
ｂ）前記第１の酸化ゾーン（８）の下部に配置される第１のスロート（２）と、
ｃ）該第１のスロート（２）の下部に配置される還元ゾーン（５）と、
ｄ）該還元ゾーン（５）の下部に配置される固形燃料（１１）から生成した残留炭化物を酸化する第２の酸化ゾーン（１４）と、
ｅ）第２の酸化ゾーン（１４）の下部に配置される第２のスロート（４）と、
ｆ）還元ゾーン（５）を囲むシリンダに配置され、前記第１の酸化ゾーン（８）と前記第２の酸化ゾーン（１４）で生成した可燃性排出物を微細孔触媒反応ゾーン（３）を経由して外部に排出する排出管（１８）
を配置したことを特徴とする前記固体燃料をガス化するガス化装置。
前記第１の酸化ゾーン（８）の上流に熱分解ゾーン（７）と、該熱分解ゾーン（７）の上流に燃料貯蔵・乾燥ゾーン（６）をさらに備えた請求項１記載のガス化装置。
前記第１の酸化ゾーン（８）と第２の酸化ゾーン（１４）にそれぞれ空気を供給するための空気分配ノズル（１２）と空気分配ノズル（１７）をさらに備えており、該空気分配ノズル（１２）が前記第１のスロート（２）と前記還元ゾーン（５）の上半分に設けられ、空気分配ノズル（１７）が前記第２のスロート（４）に設けられる請求項１記載のガス化装置。
前記第１の酸化ゾーン（８）に空気を供給するために該第１の酸化ゾーン（８）の上流中央部に空気ノズル群（２４）をさらに備えた請求項１記載のガス化装置。
前記第２の酸化ゾーン（１４）の下に火格子のない排出機構（１９）をさらに備えた請求項１記載のガス化装置。
前記火格子のない排出機構（１９）がスクリューコンベヤオーガを備えた請求項５に記載のガス化装置。
前記第１スロート（２）および／または第２のスロート（４）が鉛直方向に対して１０〜４０°までの間の角度（１０，１６）で傾斜している請求項１記載のガス化装置。
前記第１のスロート（２）および第２のスロート（４）が互いに鉛直軸を中心にして対称的に配置された請求項１記載のガス化装置。
大気圧以下の圧力に維持できるように前記排出管（１８）を二重の渦排出管とする請求項１記載のガス化装置。
前記第１の酸化ゾーン（８）および第２の酸化ゾーン（１４）の断面積が前記燃料貯蔵・乾燥ゾーン（６）と熱分解ゾーン（７）の断面積よりも小さい請求項２記載のガス化装置。
前記還元ゾーン（５）の断面積が前記第１と第２の酸化ゾーン（８，１４）の断面積よりも小さい請求項１０に記載のガス化装置。
１）炭化物を生成するために前記第１の酸化ゾーン（８）でバイオマス、化石燃料、廃棄物又はこれらの組み合わせを組み込んだ固形燃料（１１）を部分的に酸化し、
２）灰を形成するために還元ゾーン（５）で炭化物を還元し、
３）さらに前記第２の酸化ゾーン（１４）で灰中の残留炭化物を酸化し、
４）前記還元ゾーン（５）で得られた炭化物の還元物と前記第２の酸化ゾーン（１４）で得られた残留炭化物の酸化物を微細孔触媒ゾーン（３）を通して前記排出管（１８）によって上記ステップ１）〜３）で生成した可燃性排出物を採取し、
５）前記第１の酸化ゾーン（８）では生成ガスが燃料流れと同じ方向に流れ、前記第２の酸化ゾーン（１４）では生成ガスが燃料流れとは反対の方向に流れる請求項１記載のガス化装置を用いて可燃性排出物を生成するために前記固形燃料（１１）をガス化する方法。
前記第１の酸化ゾーン（８）は、８５０℃より高い温度で運転する請求項１２記載の方法。
前記第１の酸化ゾーン（８）の温度が、請求項１記載のガス化装置の第１のスロート（２）の外周部に設けられた吸気部（９）を調整することによって制御される請求項１２記載の方法。
前記還元ゾーン（５）は、６００〜９００℃までの間の温度で運転する請求項１２記載の方法。
前記第２の酸化ゾーン（１４）は、７００〜８００℃までの間の温度で運転する請求項１２記載の方法。
乾燥させ、かつ重力によって前記第１の酸化ゾーン（８）、次いで前記還元ゾーン（５）に入る炭化物を形成するために熱分解ゾーン（７）で燃料を熱分解することを含む請求項１２記載の方法。
前記熱分解ゾーン（７）の温度が４００〜６００℃であり、前記乾燥ゾーン（８）の温度が１００℃程度である請求項１７に記載の方法。
前記熱分解ゾーン（７）で得られる熱分解ガスに残存するタールが前記第１の酸化ゾーン（８）でクラックされる請求項１７記載の方法。
適当な可燃性キャリアの粒子内部と粒子間のポア内に吸収される廃油や石油スラッジを含むバイオマスをガス化する請求項１２記載の方法。
前記可燃性キャリアは内部空隙率が高く、好ましくは非常に高い粒子間空隙率をもたらすために繊維形状である請求項２０に記載の方法。
前記廃油や石油スラッジを含むバイオマスは前記可燃性キャリアと混合され、かつその混合燃料を高密度化するためにブリケット化される請求項２０記載の方法。
前記可燃性キャリアは、おが屑、食肉処理場からの骨粉の廃棄物、パン／食べ物のゴミ、都市ゴミ、乾燥した汚泥スラッジ、刻んだ藁、菜種かす、サトウキビの絞りかすから選択される請求項２０記載の方法。