JP5265912B2 - 可変粒度組成の固体を備える加圧装置の給送 - Google Patents

Description

本発明は、固形物の輸送に関する。より具体的には、本発明は、粒状あるいは不均一な形態の物質、換言すれば、多かれ少なかれ液体と混合された可変粒度組成の輸送に関し、その一例は、現在、「バイオマス」という名前の下で知られている。

具体的には、本発明は、第一タンク又は貯蔵場所から第二加圧タンクへ輸送することに関する。

「バイオマス」という用語は、その１つの使用の下では、生物学的起源の如何なる不均一な材料をも含む。それは、おが屑又はわら屑のように殆ど乾燥され、或いは、家庭廃棄物のように水に浸漬され得る。それは可変粒度組成であるので、輸送が困難であることが分かる。実際には、例えば、ますます話題になっている熱化学変換によるようなバイオマス再生を用いて、強制的ではないにしても、この固形物を運搬することは、常套手段になってきており、損失の欠如のような厳しい基準を満足しなければならず、最適な費用条件の下でそのように行わなければならない。

バイオマスに関連するものを含めて、固体を給送するための多くの装置が存在する。受容されている解決策は、無限ねじを従来的に使用する。しかしながら、これらのシステムは、大気圧近傍の圧力で動作するよう開発された。

実際には、熱化学変換のような再生プロセス中、異なる種類のバイオマス及び通常大気圧で貯蔵される粒度組成から、加圧下で動作する化学反応器に連続的に給送し得ることが必要である。

これらの条件の下で動作するよう設計された装置の第一範疇は、例えば、「Ｌｏｃｋ Ｈｏｐｐｅｒ」の名前によって知られる窒素を備える中圧室を用い、この種類の反応器の一例は、
［外１］

によって提供されている。そのような装置の主要な欠点は、加圧ガスの極めて大幅な消費にあり、従来的には、運搬される質量流の１０分の１のオーダの値を伴う。

他の範疇は、貯蔵素子（従来的に低圧にある）と反応素子（高圧にある）との間の良好な封止を可能にする縦続ピストンによってバイオマスを圧縮するという着想に基づく。しかしながら、固体を給送しながら、プラグ内に圧縮を維持することは困難であり、固体の給送が周期的であるならば、下流プロセスに不安定性が現れる。

金属ピークを備えるターンテーブル上で保持されるようになる物質を圧縮するために従来的な無限ねじが用いられる他の解決策が開発され、金属ピークの機能は、そのようにして形成されるプラグを侵食することである。分解されたプラグは収集され、次いで、日本国公報ＪＰ―１７３３９４号又はＪＰ６０−８１３８５号におけるように、例えば、無限ねじによって高圧プロセスに向けて運搬される。しかしながら、従来的な無限ねじを使用したプラグの製造は、圧縮の減速、従って、プラグによってもたらされる封止の減少につながることが分かった。さらに、動作は長期に亘ると一定でない。何故ならば、固体の連続的な通過は、プラグと接触する表面を研磨しがちであり、それによって、圧縮効率の減少を引き起こすからである。可変（ＤＤ−Ａ−２２２０９１）又は円錐（ＷＯ９３／１５２６２）ピッチを備える無限ねじを用いるような、無限ねじの形状に対する変更は、これらの問題に対する最終的な解決をもたらさない。

従って、給送タンクから加圧反応器へのバイオマスの移動を向上する必要がある。このために、可変粒度組成の固形物の運搬は、改良されるべき素子の一部を形成する。

その１つの特徴によれば、本発明は、無限ねじによる輸送に基づく運搬装置に関する。本発明の下では、例えば、圧縮物質のプラグによって引き起こされる輸送を妨げることに固有の問題を回避するために、本発明に従った装置は、無限ねじを取り囲むスリーブ上に対向ねじを有する。従って、輸送を密閉して行うことができ、対向ねじは、圧縮物質を案内する間、物質がスリーブの壁上に蓄積することを回避するのを可能にする。

好ましくは、対向ねじは運搬ねじのピッチよりもずっと大きなピッチを有し、幾つかの混ぜ合わされた対向ねじが存在する。ねじ及び対向ねじは、場合によっては互いに独立した、一定ピッチ又は可変ピッチを有し得る。

特に、輸送される固体が圧縮され場合並びに単に輸送される場合に最大効率を得るために、ねじの螺旋と対向ねじの螺旋との間の角度は、９０°と等しいことが好ましい。よって、圧縮が改良され、且つ、エネルギー消費が最適化される。

他の特徴から、本発明は、前に示された装置が、第一タンク又は給送装置に接続され得る導入手段と、第二タンク又は例えば反応器に接続され得る放出手段との間で用いられる輸送システムに関し、具体的には、反応器は加圧され、換言すれば、例えば、極めて大幅な温度差によって、給送タンクよりも高い圧力で加圧され得る。

好ましくは、システム中に存在する運搬装置は、物質を輸送するのに加え、例えば、一時的封止手段の存在を通じて、物質を圧縮する。

有利に、運搬装置の無限ねじの１つの端部に位置する圧縮物質又はプラグは、次に、再度輸送されるよう侵食される。このために、本発明に従ったシステムは、好ましくは、プラグが見い出される第一運搬装置の端部に対して直角に配置される、第二無限ねじ、或いは、第一装置に類似する第二装置さえも有し、このようにして除去される物質が第二無限ねじによって輸送されるのを可能にするために、その螺旋の少なくとも１つは、プラグを侵食するよう製造され得る。このために、第二無限ねじによって、第一装置を封止し且つ被輸送物質が圧縮されるのを許容するための手段を構成することができ、プラグは第二無限ねじに対して保持されるようになる。

１つの可能性によれば、このようにして起こされるプロセスを反復することができ、システムは、可変数の無限ねじと、固形物を運搬する装置とを含み得る。物質は（給送を除き）水平面に沿って全体的に運搬されるのが望ましい。全ての無限ねじ、或いは、それらの一部のみ、或いは、おそらく第一の無限ねじのみさえも、運搬と平行して圧縮をもたらし得る。好適な方法において、圧縮を可能にするねじは、前述されたような装置の一部である、換言すれば、対向ねじを有するスリーブ内に配置される。対向ねじの存在は、上記に説明されたように、輸送中の物質の損失を削減し、システムを目詰まりすることなしに均一な圧縮を可能にし、従って、プラグが所定の圧縮率及び封止品質で生成されるのを可能にする。

有利に、連続的な運搬装置の間の組立体は封止される。システムを放出タンクへの給送手段入力から封止さえし得る。

他の特徴から、本発明は、物質を第一タンクから第二タンクへ運搬するためのプロセスに関し、対向ねじに関連付けられた無限ねじを用いて、好ましくは、被輸送物質の圧縮を伴って、第二タンクを加圧し得る。圧縮はプラグの形成によって達成され、プラグはそれを創成する装置と下流に位置する装置との間に封止をもたらす。

連続的な無限ねじの使用は、漸進的な加圧、従って、加圧ガス使用の削減を可能にし、輸送中の幾つかの異なるガスの使用さえも可能にする。

添付図面中の図は、本発明がより良好に理解されることを可能にするが、一例として与えられているに過ぎず、全く限定的ではない。

図１は、運搬装置１を示している。従来技術におけるように、この装置は無限ねじ２を含み、無限ねじは、軸ＡＡの周りを回転し、且つ、突出する螺旋状巻線６を備えるシャフト４を含む。螺旋状巻線６は、第一巻線方向に、螺旋８を有する。螺旋は、可変ピッチに従って分離され得るが、好ましくは、一定ピッチである。無限ねじ２はスリーブ１０内に位置し、スリーブ内で自由に回転する。

逆に、本発明によれば、スリーブ１０は、その内面上に、対向ねじ又はケージねじとも呼ばれる、少なくとも１つの突出する螺旋状巻線１２を有する。図１では、２つの対向ねじ１２が存在し、各対向ねじは、無限ねじ２の巻線方向と反対の第二巻線方向に巻き付けられた螺旋１４で構成されている。スリーブ１０及び巻線１２は、無限ねじ２が自由に回転し得るような寸法とされ、スリーブ１０は、場合によっては、それ自体が、無限ねじ２と同一方向又は反対方向において異なる速度の回転に晒され得る。ケージねじ１２の螺旋１４は、可変又は一定ピッチだけ空けて配置され、好ましくは、対向ねじ１２のそれぞれは、１つの同一の装置１のために類似の形状である。対向ねじ１２が、無限ねじ２のピッチよりも一層広いピッチを有することが望ましく、好ましくは、５〜２０倍の間であり、例えば、１０倍広い。

シャフト４、スリーブ１０、螺旋８，１４、無限ねじ２のピッチ、及び、対向ねじ１２のピッチの寸法は、輸送されるべき材料及び所要の処理量に依存する。螺旋１４は、無限ねじ２の寸法と実質的に同一の寸法を有する、換言すれば、それらの方向に対して垂直な平面における螺旋８，１４の断面のサイズが、対向ねじ１２及び無限ねじ２と類似することが望ましい。装置１を構成する材料は、特に装置が低温或いは余り高くない温度で動作するときには、例えば、ステンレス鋼であり、物質が例えば１，０００℃より高い温度で輸送されるときには、ニッケル又はその合金が予想される。２つの材料によって、例えば、放出端に位置する側の上のＨａｙｎｅｓ（Ｒ）ＨＲ２３０型の耐熱合金を用いて、ねじを連続的に構成することも可能である。

実施例１： 木炭を輸送するための実施態様の１つは、ステンレス鋼３０４Ｌから成る装置１を含み、そのシャフト４が２２ｍｍの直径を有するねじ６は、内径４０ｍｍのスリーブ１０内を回転する。螺旋状巻線の螺旋８，１４は、４ｍｍの正方形の側断面であり、ねじ６に関して３０ｍｍのピッチ、対向ねじ１２に関して２７０ｍｍのピッチを備える。

実施例２： 木炭を輸送するための実施態様の１つは、ステンレス鋼３０４Ｌから成る装置１を含み、そのシャフト４が９０ｍｍの直径を有するねじ６は、内径１６０ｍｍのスリーブ１０内を回転する。螺旋状巻線のらせん８，１４は、１０ｍｍの正方形の側断面であり、ねじ６に関して１３０ｍｍのピッチ、対向ねじ１２に関して９００ｍｍのピッチを備える。

好ましくは、図１に示されるように、最大の効率を得るために、対向ねじ１２は、無限ねじ２に対して垂直に向けられている、換言すれば、無限ねじ２の螺旋８の方向と対向ねじ１２の螺旋１４の方向の間の角度αは、装置に沿って一定であり且つ９０度と等しい。これはより良好な圧縮及びより小さなエネルギー消費を可能にするが、状況に依存して、他の角度も考え得る。

そのような装置は、目詰まりなしに、大きな距離に亘って、可変粒度組成の固形物、具体的には、バイオマスを運搬することを可能にする。さらに、本発明に従った装置１は、固形物が圧縮されるために輸送され、プラグが創成されることを可能にする。即ち、もし無限ねじ２の「最終」端部１６、換言すれば、被運搬物質が向けられる方向の端部が、全体的又は部分的に閉塞されるならば、物質の蓄積が起こる。このプラグがスリーブ１０を目詰まりし得る既存の装置と異なり、本発明に従った装置によって創成されるプラグは、対向ねじ１２によって生成される運動の故に、無限ねじ２の端部１６に配置される。さらに、ケージねじ１２は、物質が圧縮される速度を増大し、且つ、均一化することを可能にする。均一な圧縮物質の閉塞の創成を促進するために、シャフト４の一部を放出端部１６周りの突起６なしに残すこと、換言すれば、端部１６からゼロではなく、（図２に示されるような）端部から実質的に減少された特定距離で巻線１２を開始することが可能である。

液体に大きく浸漬された物質、例えば、家庭廃棄物を輸送することの脈絡では、圧縮中に解放される液体を抽出する手段、例えば、放出端部１６近傍に配置されるオリフィスを提供することが望ましい。

装置が固形物導入手段１８に接続される図２に示される装置のように、装置１はシステムの一部であり得る。放出端部１６と反対側のねじ端部に或いは巻線６に沿って、これらの導入手段１８を配置し得る。好ましくは、無限ねじ２を回転するための手段２０に接続し得るよう、装置１の無限ねじ２のシャフト４は、導入手段１８を越えて延在し得る。

導入手段１８は給送タンク２２に結合され、給送タンクは、好ましくは、大気圧と数気圧との間で動作する。同様に、給送タンクの温度は可変であり得るが、好ましくは、周囲温度と関連製品の熱分解温度（即ち、２０℃〜２００℃の間）にある。

さらに、装置１の放出端部１６は放出手段２４に接続され、放出手段は、好ましくは、放出タンク２６に接続される。接続は直接的であってよく、換言すれば、装置１によって運搬される物質は、放出タンク２６に直線的に向けられ得る。しかしながら、バイオマスが装置１によって圧縮される場合、或いは、放出タンク２６が導入手段１８のレベルで優勢な圧力よりも高い圧力であるならば、或いは、２つのタンク２２，２６の間の温度差が極端であってさえも、第一装置１の放射端部１６とシステムの放射手段２４との間に、少なくとも１つの第二運搬装置を配置するのが好ましい。

有利に、第二運搬装置は、第二無限ねじ２８を含む。第二無限ねじをスリーブ２９内にも配置してもよく、第二ねじはスリーブ内で自由に回転する。好ましくは、この第二無限ねじ２８は、それ自体が、第一装置１０の放出端部１６を部分的に封止するよう構成される。その場合には、物質を輸送し且つ物質を第二無限ねじ２８と接触させることによって、プラグ３０を直接的に創成し得る。好ましくは、第二無限ねじは、装置１の端部で創成されるプラグ３０を少しずつ削り取り或いは侵食することができる。これは、第二運搬装置２８，２９内に給送されるバイオマスを正しく釣り合わせることを可能にする。

さらに、十分な圧縮率を備えた圧縮物質のプラグ３０の存在は、プラグ３０の２つの端部の間、換言すれば、材料入力の方向に向けられた端部と第二運搬装置２８によって侵食される端部１６との間の封止を可能にする。即ち、もし２つの装置の間で優勢な圧力の差が余り高過ぎないならば、第一装置１と第二装置２８，２９との間の圧力の移動を回避するために、プラグ３０は十分にコンパクトであり得る。このために、第二装置２８の無限ねじが、図２に示されるように、第一装置の軸ＡＡに対して９０°の角度に配置されるのが望ましい。２つの無限ねじ２，２８が同一の水平面に配置されることも推奨される。

輸送される材料の性質及び粒度組成第二ねじの回転速度、その螺旋のピッチ、第一装置１の回転速度、並びに、その巻線６に関する特性に依存して、プラグ３０の圧縮率を調節し、熱化学反応器における如何なる使用の条件にも適合することが可能であることが留意されよう。さらに、２つの装置２８，２９及び１の間の圧力差を設定し、従って、給送タンク２２より上の圧力に維持される放出タンク２６の方向に固形物を向けることが可能である。上述されたプロセスのお陰で、（導入手段１８を通じた）第二装置２８，２９と第一タンク２２との間の封止をプラグ３０によって継続的に維持し得るので、輸送される物質の加圧は、既存システムと同程度の加圧ガスを必要としないことが留意されるべきである。

試験中、プラグを通じた圧力損失、換言すれば、スリーブと、例えば、反対側に位置する装置のスリーブ２９との間の圧力差は、圧縮ねじの抵抗トルクの関数として（従ってプラグは異なる圧縮率を有した）、プラグ（この場合には木炭）のための注入ガス（この場合には窒素）の一定な流れを用いて測定された。結果は、特に加圧流体ベッドにバイオマスを給送することに関して、満足し得るものであった。その上、０．２バールの圧力損失に関して、加圧ガスの損失は最小限度であり、現在使用されているシステムに関する１０％と比べると、装置１によって処理され且つ輸送される物質の流れの１％のオーダの加圧ガス流速であることも分かった。

第二無限ねじ２８を回転する手段を設け得る。第二装置２８，２９も対向ねじ３２を備えること、換言すれば、第一運搬装置と類似の装置を第二運搬装置として使用することが可能であるが、第一運搬装置に関して、ねじを構成する材料は異なる。表１は、木炭を輸送するための特性が示している。

この場合には、ケージねじが存在するとき、被輸送物質の第二圧縮を想定することが可能である。即ち、その場合には、第二装置２８，２９はプラグ３０を侵食し、次に、前記の記載と同様に、その放射端部（図示せず）に第二プラグを形成するために、プラグを輸送する。次に、第二プラグを侵食し、結果として得られる物質を輸送するために、この放射端部に第三無限ねじを設けることが可能である。もし可能であれば全てが同一平面内に位置するＮ≧３個の無限ねじ及びｎ≦３個の部ラグの形成を用いて、この原理を反復し得るのは勿論である。これは漸進的な圧縮を可能にし、給送タンク２２と放出タンク２６との間に大きな圧力差がある場合に加圧ガスの消費を制限するのに有用であり得る。さらに、運搬及び圧縮装置のそれぞれに異なる加圧ガスを用いることも考え得る。例えば、中性ガスを注入することによって、或いは、１つの段階のための装置において優勢な圧力を変更する、具体的には、低下することによって、中間段階で物質を中和することも可能である。

従って、低圧タンク内に貯蔵されたバイオマスを加圧タンクに給送するための本発明に従ったプロセス及びシステムは、加圧ガスの消費のより多くの削減を可能にし、一部の場合には、その欠如を可能にする（数バール未満の動作圧力）。バイオマス貯蔵タンクと化学反応器との間の漏洩率は、（質量流としての）被運搬固体流の１００分の１より下の値に留まり得る。

さらに、放出タンクに継続的にバイオマスを給送し得る。システムが封止されるのを保証するために、圧縮システムの自動制御を使用することによって、全ての動作条件のために給送流を正しく釣り合わせることが可能である。形状及びサイズが異なる細粒を含め、バイオマス以外の如何なる粒状固体を輸送することが可能である。このために、例えば、無限ねじのピッチ及びそれらの断面のサイズを変更することによって、上述のシステムにおいて用いられる無限ねじを適用し得る。さらに、システムは、広範な温度範囲で動作し得るし、従って、例えば、温度と共に劣化する物質のための、或いは、給送に対して極めて高温（例えば、１，０００℃のオーダ）で動作する化学反応器のための冷却と共に用いられ得る。

本発明の好適実施態様に従った装置を示す概略図である。 本発明の実施態様の１つと適合する２つの装置を用いてバイオマスを輸送するためのシステムを示す正面図である。 本発明の実施態様の１つと適合する２つの装置を用いてバイオマスを輸送するためのシステムを示す上面図である。

Claims (15)

1. 固体を第一タンクから第二タンクへ輸送するためのシステムであって、
   前記第一タンクに接続され得る導入手段と、
   該導入手段に接続される第一運搬装置と、
   該第一運搬装置に接続される第二運搬装置と、
   前記第二タンクに接続されることができ、且つ、前記第二運搬装置と関連付けられる放出手段とを含み、
   前記第一運搬装置は、第一巻線方向の突出する螺旋状巻線を備えるシャフトを含む第一無限ねじと、スリーブとを含み、前記第一無限ねじは、前記スリーブの内側に配置され、且つ、回転するよう構成され、前記スリーブは、その内面上に前記第一巻線方向と反対の第二巻線方向の突出する螺旋状巻線を含む少なくとも１つの対向ねじを含み、
   前記第二運搬装置は、第二無限ねじを含み、該第二無限ねじの軸は、前記第一運搬装置の前記第一無限ねじの前記シャフトに対して垂直であり、前記第二無限ねじは、螺旋の螺旋状巻線を含み、前記螺旋の少なくとも１つは、前記第一運搬装置によって圧縮され且つ前記第一無限ねじの放出端部に配置される固形物によって形成されるプラグを研磨可能であり、
   前記第一無限ねじの前記放出端部は、圧縮される均一な固形物のプラグの創成を促進するよう、前記第一無限ねじの前記シャフトの周りに前記突出する螺旋状巻線を備えない、
   システム。
2. 前記スリーブは、複数の対向ねじを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第一運搬装置の前記第一無限ねじのピッチは一定である、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 各対向ねじは、一定のピッチを有する、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
5. 各対向ねじは、少なくとも前記第一無限ねじの前記ピッチの５倍と等しいピッチを有する、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のシステム。
6. 少なくとも１つの対向ねじの前記螺旋状巻線の螺旋の方向は、前記第一無限ねじの前記螺旋状巻線の前記螺旋の方向と約９０°の角度をなす、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記放出手段に接続される第二加圧タンクを含む、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記第二運搬装置の前記第二無限ねじは、スリーブを含み、前記第二無限ねじは、前記スリーブ内で回転し得る、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記第二運搬装置の前記スリーブは、その内表面上に前記第二無限ねじの巻線方向と反対の巻線方向の突出する螺旋状巻線を含む少なくとも１つの対向ねじを含む、請求項７又は８に記載のシステム。
10. 前記第二運搬装置の前記スリーブは、前記導入手段と反対の前記第一無限ねじの端部で、前記第一運搬装置の前記スリーブで密閉して封止される、請求項８又は９に記載のシステム。
11. 複数の第二運搬装置を含む、請求項８又は９に記載のシステム。
12. 前記複数の第二運搬装置の各々は、運搬方向において先行する運搬装置を用いて直角に漏れ止め状に封止される、請求項１１に記載のシステム。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載のシステムによって、固形物を第一給送タンクから第二反応タンクに運搬するためのプロセスであって、前記第一運搬装置によって圧縮される前記固形物のプラグの形成と、前記第二反応タンクへの前記固形物の輸送とを含む、プロセス。
14. 前記固形物の前記プラグの幾つかの形成と、前記運搬装置による研磨とを含む、請求項１３に記載のプロセス。
15. 前記第二反応タンクは、前記第一給送タンクよりも高い圧力にある、請求項１３又は１４に記載のプロセス。

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