JP5744721B2 - 炭化方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、木材装入物から木炭または／および活性炭を製造するための方法に関する。

本発明は同様に、木材装入物を収容できるように設計されたケージを炭化チャンバ内に受入れることができるように設計され、この方法を実施することにより木炭または／および活性炭を製造するためのキルンモジュールにおいて、前記炭化チャンバが上流側チャンバと下流側チャンバの間に位置づけされており、前記装入物の外部にあって第１の非酸化性高温燃焼ガスを生成できるように設計された少なくとも１つの加熱手段を含むかまたはこの加熱手段に連結されているキルンモジュールにも関する。

本発明は同様に、複数のキルンモジュールを含む、１つのこのような方法による、特に木炭または／および活性炭の製造のための炭化設備にも関する。

本発明は、任意の含水量のリグノセルロース材料を用いた木炭の製造の分野に入る。

木材の炭化を実施するために、木材装入物の温度は公知の要領で上昇させられる。装入物内の一定の温度レベルに対応する或る段階において、熱分解が開始する。熱分解反応がひとたび完了すると、反応の結果得られる生成物は木炭である。より焼成度の高い木炭を得るために装入物の温度を高くすることも可能である。次に、加熱手段は停止させられ、木炭装入物は冷却される。

加熱手段に応じて炭化装置を分類することができる。すなわち、
部分燃焼キルンは、一般的に従来のキルンである；木材装入物の一部分が燃焼されて、残りの装入物を炭化する；
外部加熱型キルンは、付加的なエネルギー源を使用する；
高温ガス接触キルンは、上述の型式の間の折衷策であり、特に工業用連続キルンとして使用される。

先行技術は、数多くの問題が正しく解決されていないことから、完全なものではない。生木または湿った木材を使用するのは困難でかつコストが高くつく。したがって、木炭製造の上流側において、３〜６ヶ月間、木材あるいは伐採作業または製材作業の残材を乾燥させる必要があることが多い。この乾燥作業は多くの場合、乾燥機または別のキルン内で実施され、これには多大なエネルギー支出が必要となる。

既存のキルンは寸法が小さいため、特に工業用連続キルンについては装入物を予め小片に切断する必要がある。

従来のキルンについては、炭化装置は木炭を冷却するために固定化されており、このため、キルンのサイズに応じてサイクル時間が２〜１２日間と延長されている。

プロセスの監視はオペレータにより行われ、燃焼排ガスの主観的な、嗅覚および視覚による監視で構成されている。一部の工業的設備では、温度センサーによりプロセスを監視することができるようになっている。

現行のキルンは、プロセス中の炭化温度を均質に制御できない。実際、キルンには所望の温度よりもはるか高温の部分と比較的低温の部分が存在する。結果として得られた木炭は、全く均質性が高いとは言い難く、そのため得られる木炭の量は低下し、所望の品質にとって不利である。

多くのプロセスで、炭化および／または冷却の間に木炭の取扱いが必要となり、こうして微粉の量は増大するが、微粉はサイズが小さくその価値は低い。

さまざまな装置がこれらの問題を解決しようと試みた。こうして、仏国特許第２，６０４１８１号から、高温ガスが、４００℃未満の温度で装入物を通して上部から底部へ循環しているコンテナーケージ内で木炭を製造するためのキルンが知られている。

仏国特許第２５８６０３１号は、各チャンバが乾燥、炭化、通気という木炭製造方法の１ステップに対応し、各チャンバに２つのボイラーが備わっている、多重チャンバ装置について記述している。燃焼空気はファンにより導入される。

欧州特許第３３０，７８４号は、対を成して機能するキルンにおいて、１つのキルンが炭化用であり、反応中に生成された高温ガスは、湿ったまたは緑の木材を乾燥するのに用いられるもう一方のキルンまで搬送されるキルンについて記述している。

木材の炭化以外の分野では、設備内の反応の結果として得られるガスを少なくとも部分的に再利用する設備が公知である。こうして、連続ループ内で機能する焼却を介して廃棄物を処理するための炉について記述する英国特許第１４４０２３６号が公知であり、ここでは、炉のチャンバ内で反応の結果得られる蒸留ガスが、再処理すべき不純物およびタールを再注入できるようにするのみ必要な浄化の後に２つの部分へと分離され、これらの部分は別々の回路を流れる。第１の部分は、必然的に洗浄処理を受け、次に燃料として再加熱炉内に注入された後、大気に放出される。第２の部分は、この再加熱炉内で第１の部分のガス流と接触することなく熱交換により再加熱され、その後焼却炉に再注入される。この方法では、再利用できるようにガスの浄化または／および洗浄処理が絶対に必要である。設備は複雑で、個別のガス回路を含み、ガス温度の制御はむずかしい。どの構成も、炭化処理のために、酸素ガスＯ_２を含まないガスを装入物に注入する必要性を考慮していない。このような炉は、炭化プロセスを実施するためには使用できない。

国際公開第０２／４８２９２号は、チャンバ内で、蒸気および二酸化炭素の存在下で非常に高温（１３００℃）まで上昇させられた炭素ベースの廃棄物をガス化するための連続プロセスについて記述している。反応の結果得られた熱分解ガスの一部分が燃料として直接使用される。特に始動のために燃料を注入する可能性を除いて、再循環ガスを制御する可能性は全く存在しない。その上、この再循環ガスはその義務的な燃焼を通してしか再利用されない。

廃棄物焼却のために提供されるこのような設備は、専用のキルンの暴走を回避しながら木材装入物の不完全な燃焼を発生させること、ひいてはこの装入物の内部温度を作業中常時制御することを必要とする精緻なプロセスである木材炭化用にはあまり適していない。

既存の炭化用キルンでは、キルンの滞留時間は長いものであり続けており、このため、装入物の乾燥、炭化および冷却作業を実施するために複数のキルンを列状に据えつけることが必要となる。

本発明の目的は、優れたエネルギー効率で滞留時間を短縮しかつ装入物の良好な回転を得ることを可能にする、専用に設計されたキルンモジュール内で、生木または湿った木材から出発して炭化プロセスを実施するための特定の方法を提案することにより、先行技術の欠点を克服することにある。

本発明は同様に、使用されるさまざまなガスの流れおよび温度を制御することにより、木材装入物内部の良好な炭化反応を調節するための条件を提供することも提案している。本発明は、特に木材装入物内における温度分布の最適な制御を介した最適な効率での炭化反応および優良な品質の木炭の生産を開始または／および維持するための最良のパラメータで流入ガスを装入物の上流側に導入することを目的として、設備のさまざまな点に存在するさまざまなガスの適切な混合を行なうことにより方法を実施するために、装置内を循環するガスを使用している。

本発明は、設備のさまざまな点に存在するガスに浄化、洗浄または類似の処理を行なうことなくそのままの状態で使用し、こうして装置を可能なかぎり単純なものにしている。本発明は同様に、再循環されたガスの燃焼を可能なかぎり回避する。

この目的で、本発明は、木材装入物から木炭または／および活性炭を製造する方法において、
前記装入物の外部にある少なくとも１つの加熱手段を介して、気体形態の酸素Ｏ_２を含まない第１の非酸化性高温燃料ガスが生成されることと；
前記第１の高温燃料ガスが第２の希釈ガスと混合されて、気体形態の酸素Ｏ_２を含まない非酸化性流入ガスの混合物を形成することと；
前記流入ガスの混合物が上流側で前記装入物内に送られ、その中で熱分解前線を生成することと；
前記装入物の上流側端部と下流側端部の間に加圧状態が作り出され、こうして前記熱分解前線は強制的に装入物内を上流側端部から下流側端部への一方向に通過させられることと；
前記装入物の下流側で、第３の退出ガスが回収され、その少なくとも第一の部分が搬送手段により前記第２の希釈ガス流の形で搬送され、前記第１の部分と相補的な第２の部分が搬送手段により第４の用役ガスの流れの形で出口オリフィスに向かって排出されることと、
を特徴とする方法に関する。

本発明は同様に、木材装入物を収容できるように設計されたケージを炭化チャンバで受入れることができるように設計された、上記の方法を実施することにより木炭または／および活性炭を製造するためのキルンモジュールにおいて、前記炭化チャンバが上流側チャンバと下流側チャンバの間に位置づけされており、前記装入物の外部にあって第１の非酸化性高温燃焼ガスを生成できるように設計された少なくとも１つの加熱手段を含むかまたはこの加熱手段に連結されているキルンモジュールであって、前記上流側チャンバの上流側にある混合用チャンバが含まれており、この混合用チャンバが一方では前記第１の燃料ガスをそして他方では前記下流側チャンバと連通する搬送手段に由来する第２の希釈ガスを収容できるように設計されており、こうして流入ガスの混合物が形成される、キルンモジュールに関する。

本発明は同様に、複数のこのようなキルンモジュールを含む、特に１つのこのような方法における請求された通りの木炭または／および活性炭の製造のための炭化設備において、連結されている少なくとも２つのキルンモジュールのための燃料ガスを生成する少なくとも１つの中央炉を含む設備にも関する。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら本発明の非限定的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。

本発明を実施するための装置を、概略的に、部分的にかつ断面図で表わす。 同様の要領で、本発明に係る方法の第１段階である始動の初期の間の図１由来の装置を表わす。 同様の要領で、本発明に係る方法の第１段階である始動の残りの部分の間の、第１由来の装置を表わす。 同様の要領で、本発明に係る方法の２段階である炭化の間の、図１由来の装置を表わす。 同様の要領で、本発明に係る方法の３段階である冷却の間の、図１由来の装置を表わす。

本発明は、より詳細には木材装入物６から木炭または／および活性炭を製造するための方法およびキルンモジュール１００に関する。本発明の第１の実施形態が、図面中に示されている。

本発明は、炭化チャンバ２５内に置かれた木材装入物６から木炭または／および活性炭を製造するために革新的な方法を使用し、この方法の顕著な特徴は、装入物６の外部にあるかまたはこの炭化チャンバ２５が内蔵されているキルンモジュール１００の外部にある少なくとも１つの加熱手段によって、熱分解前線２０を開始させ、それに続いてこの熱分解前線を制御下で伝播させるという点にある。この目的で、方法は次のステップを含む：
前記装入物６の外部にある少なくとも１つの加熱手段を介して、非酸化性燃料ガスとして公知の第１の高温ガス（Ｇ１）、すなわち気体形態の酸素Ｏ_２を含まないガスが生成され、この目的で、好ましくは、気体酸素Ｏ_２が枯渇しているガスを入口において消費し、出口では気体酸素を全く含まないガスを送り出す還元ボイラーが使用されるステップ；
これらの第１の高温燃料ガスＧ１が希釈ガスとして公知の第２のガスＧ２と混合されて、気体形態の酸素Ｏ_２を含まない非酸化性流入ガスＧ０の混合物を形成するステップ；
この流入ガスＧ０の混合物が装入物６内に上流側で送られ、その中で熱分解前線２０を生成するステップ；
装入物６の上流側端部と下流側端部の間に加圧状態が作り出され、こうして前記熱分解前線２０は強制的に装入物内を上流側端部から下流側端部への一方向に通過させられるステップ；
装入物６の下流側で下流側チャンバ１９において、管路２１内の退出ガスとして公知の第３のガスＧ３が回収され、このガスＧ３の少なくとも第一の部分が搬送手段４により前記第２の希釈ガスＧ２の流れの形で搬送され、前記希釈ガスＧ２で構成された第１の部分と相補的である、用役ガスとして公知のガスＧ４で構成されたその第２の部分が、搬送手段８によりこれらの第４の用役ガスＧ４の流れの形で出口オリフィスまたは使用オリフィスに排出されて例えばとこれらの用役ガスＧ４を再利用する目的でボンベに充填するかまたは乾燥機などの別の設備に供給を行うステップ。

本発明の好ましい実施形態において、本明細書の残りの部分で「木材」と呼ぶ木材または／および伐採または製材製品またはその他の植物は、少なくとも１つのケージ７内で装入物６を形成するように配置され、このケージは、装入物６を通して気体または／および液体流体の循環を可能にする。これらの木材は、炭化作業および実際の炭化後の冷却作業の持続時間全体を通してこのケージ７内にとどまる。木材装入物６を収納するこのケージ７は、原料および完成品の両方のための穿孔パレットとして同時に貯蔵パレットとしても使用されてよい。このケージ７は、例えば長さ数メートルの非常に大きなサイズのものであってよい。このケージには特に、森林内において木材を直接投入してよい。これによって、樹種、含水率および寸法が不均質な装入物を処理することが可能になる。このケージは、垂直または水平の配置が本発明の好ましい実施形態であるにせよ、必ずしも垂直または水平ではなくさまざまな方向性で位置づけされてよい。

本発明に係る方法はこのとき、以下のステップを含む：
装入物６が第１の上流側チャンバ１８と第２の下流側チャンバ１９の間で、密閉装置内の少なくとも１つのケージ７内に置かれるステップ；
装入物６の外部にある少なくとも１つの加熱手段を介して第１の高温燃料ガスＧ１が生成され、これが混合用チャンバ１５内に導入されるステップ；
第２の希釈ガスＧ２が前記混合用チャンバ１５内に導入されるステップ；
循環手段５を介して、前記第１の燃料ガスＧ１と第２の希釈ガスＧ２からなる流入ガスの混合物Ｇ０が第１の上流側チャンバ１８内で第２の下流側チャンバ１９と比べた加圧状態へと送られ、こうして装入物６内で熱分解前線２０を生成し、この前線が前記循環手段５の作用下で、強制的に第１の上流側チャンバ１８から第２の下流側チャンバ１９へと一方向に装入物内を通過させられるステップ；
第３の退出ガスＧ３が第２の下流側チャンバ１９内で回収されるステップ；
第３の退出ガスＧ３の少なくとも一部分が、第２の希釈ガスＧ２の流れの形で回収され、この希釈ガスＧ２が搬送手段４により前記混合チャンバ１５まで搬送されるステップ。

有利には、第２の希釈ガスＧ２の前記流れは、搬送手段４により、第１の高温燃料ガスＧ１とは個別に混合チャンバ１５に搬送される。

炭化サイクルを完了した後、装入物の冷却時間を短縮する目的で、装入物６は、有利には、流入ガスＧ０の混合物流内に水をスプレーすることによって、完全な熱分解の後に冷却される。

付加内部の炭化プロセスの制御がもつ全ての利点の恩恵を享受するために、流入ガスＧ０の流れおよび温度は調節され、ガスループは燃料ガスＧ１および希釈ガスＧ２の前記流れの制御によって管理され、流れのこの制御は流入ガスＧ０の温度を管理することができるように設計されており、流入ガスＧ０の流速は循環手段５により制御される。

経済的観点から見ると、本発明に係る方法では、あらゆる洗浄、燃焼、酸化、再加熱または冷却、圧縮または膨張処理を除き、場合によって凝縮物を排出すること以外に退出ガスＧ３の処理は一切行なわれない。

好ましくはそして有利にも、熱分解前線２０が生成され、木材装入物６内に発生する自然対流とは反対の方向に前進し、このことはすなわち、装入物６中の上流側端部にあるガスの入口が好ましくはこの装入物の下流側端部にあるガスの出口と同じかそれより高い位置あることを意味している。

酸を含まない流入ガスＧ０の導入を保証するために、第１の非酸化性高温燃焼ガスＧ１は、第１の燃料ガスＧ１が酸素ガスＯ_２を含まないように不完全燃焼が起こる中央還元炉において生成される。この中央炉は、好ましくは、複数の炭化チャンバに供給を行なうことができるように設計され、これらの炭化チャンバの各々は１つの異なる装入物６を含み、この装入物はこの同じ中央路を使用する流入ガスの混合物が補給するその他の装入物６とは独立した炭化プロセスに付される。

図を見れば分かるように、１つの変形形態において、装入物６の投入の間に装入物と共に導入された空気を排出する目的で、希釈ガスＧ２を形成するために使用されない退出ガスＧ３の部分は、特に煙突の形をした排出および通気用手段１７または／および搬送手段１６に搬送され、ここでこの部分は、炉または乾燥機などの燃焼手段に供給を行なうかまたは直接的にまたはボンベなどの内への用役ガスの充填を通してその他のあらゆる用途に供給することのできる用役ガスＧ４を構成する。

より優れた効率を得ることを可能にする、本発明に係る方法を実施する特に有利な方法においては、加圧下で熱分解が実施され、この目的で装入物６の直ぐ上流側の第１の上流側チャンバ１８と同様、装入物６の直ぐ下流側の第２の下流側チャンバ１９も、大気圧より高い圧力に付される。この圧力は、チャンバ内においておよそ数千Ｐａの加圧状態で大気圧よりごくわずかに高いものであってよいが、１０・１０^５〜３０・１０^５Ｐａの間の値を選択するのが有利である。

本発明は、ユーカリまたはココナッツの殻またはその他の類似の熱帯植物の炭化に特に適している。

本発明は同様に、方法を実施するように設計されたキルンモジュール１００にも関する。

このキルンモジュール１００は可動式であってよい。現場で得られる木炭の重量は木材の４分の１前後と軽量である。この可動性により、輸送コストを軽減することができる。

この方法を実施することにより木炭または／および活性炭を製造するように設計されたこのキルンモジュール１００は、木材装入物６を収容できるように設計されたケージ７を炭化チャンバ２５で受入れることができるように設計されている。この炭化チャンバ２５は、上流側チャンバ１８と下流側チャンバ１９の間に位置づけされている。

キルンモジュール１００は、第１の非酸化性高温燃料ガスＧ１を生成できるように設計された、装入物６の外部にある少なくとも１つの加熱手段を含んでいてよい。この加熱手段は同様に、それが連結されているキルンモジュール１００の外部にあってもよい。

本発明によると、キルンモジュール１００は、上流側チャンバ１８の上流側にありこのチャンバと連通している混合用チャンバ１５を含んでおり、この混合用チャンバは、一方ではこれらの第１の高温燃料ガスＧ１を、そして他方では下流側チャンバ１９と連通する搬送手段４に由来する第２の希釈ガスＧ２を収容できるように設計されており、こうして流入ガスＧ０の混合物が形成される。

このケージ７、あるいは上流側チャンバ１８と下流側チャンバ１９の間にキルンモジュール１００を含みケージ７を収容できるように設計されたハウジング２２は、上流側チャンバ１８内を除いて装入物６の外部での流入ガスＧ０のあらゆる通過を妨げることができるように設計されている。キルンモジュール１００は、下流側チャンバ１９に比べた上流側チャンバ１８内の加圧状態へと流入ガスＧ０の混合物を送ることができるように設計された循環手段５を含んでいる。

キルンモジュール１００は、前記流入ガスＧ０の流れおよび温度を管理し調節するための手段を含み、この手段は、一方では流入ガスＧ０の温度を管理するために作用できるように設計されている。この目的でこれらの手段は、燃料ガスＧ１の経路内にある流れ分配手段１３１、特にバルブまたはダンパーなどの閉鎖手段、希釈ガスＧ２の経路内にある流れ分配手段１２２、装入物６からの退出ガスＧ３の作業ガスＧ４で構成された部分の経路内にある管路１６上のガス流分配手段１３４に対し作用し、退出ガスＧ３のその他の相補的部分は希釈ガスＧ２を構成する。

流入ガスＧ０の流れおよび温度を管理し調節するためのこれらの手段は同様に、他方では、流入ガスＧ０の流速を制御するために上流側チャンバ１８と下流側チャンバ１９の間の正の圧力差を生成できるように設計された循環手段５に対し作用できるように設計されている。これらの管理および調節用手段は同様に、燃料ガスＧ１を生成する炉の運転を制御できるようにも設計されている。

好ましくは、キルンモジュール１００は、少なくとも１つのこのようなケージ７を収容することのできるベース３と、ベース３上で密閉した形で各々のケージ７の頂部に置くことができるように設計されたカバー１を含む。

このケージ７は、木材装入物６を収容できるように設計され、上流側チャンバ１８と下流側チャンバ１９の間に位置づけされている。

有利には、キルンモジュール１００は、カバー１上に密閉した形で置かれ、酸素の偶発的吸込みが万一発生した場合に炭化中に考えられるあらゆる気体の爆発を補償するために開閉できるトラップ１１を含んでいる。

好ましくは、ケージ７はその２つの端部が開放しているかまたは穿孔されており、気体または／および液体の通過を可能にしている。これらの端部は、一方は上流チャンバ１８とそしてもう一方は下流チャンバ１９と連通する。このときケージ７は、その他の面が気密な形で封止されている。

１つの変形実施形態において、義務的ではないものの好ましくは、ハウジング２２内のケージ７の相対的滑動運動特に垂直滑動運動が提供される。提供されるべきシールの観点から見てそれにより実施が困難になるとしても、そのとき、そのハウジング２２自体が気密であることを条件としてケージ７を全面的に穿孔することが可能である。

装入物６の一部分を燃焼させ、これにより酸素の遮断前にキルン装入物の温度上昇を促進させるべく予備乾燥作業をその時必要とし得る部分燃焼プロセスの先行技術とは異なり、本発明によると、調節された温度で、流入ガスＧ０がケージ７内にある装入物６を通して循環することが保証される。

非酸化性燃料ガスＧ１は好ましくは、用役ガスＧ４の不完全燃焼の結果得られる。有利には、これらの用役ガスＧ４は、装入物６または、別の近隣のキルン１００が含む装入物６の下流側で回収される。

本発明によると、上流側チャンバ１８の上流側にありそれと連通している混合用チャンバ１５は、一方では加熱手段に由来する第１の高温燃料ガスＧ１そして他方では下流側チャンバ１９の下流側で管路２１と連通する搬送手段４に由来する第２の希釈ガスＧ２を収容することができる。このチャンバは、装入物６の炭化に由来する退出ガスＧ３を回収できるように設計されている。搬送手段４は希釈ガスＧ２として知られる退出ガスＧ３の少なくとも一部分を燃料ガスＧ１とは別に混合用チャンバ１５に向かって搬送する。燃料ガスＧ１と希釈ガスＧ２はこの混合用チャンバ１５の中で混合されて、流入ガスＧ０の混合物を形成する。

退出ガスＧ３の一部分は、特に熱分解によって生成されたガスの圧力の作用下で少なくとも１本の管路１６を介して用役ガス流Ｇ４の形で排出される。希釈ガスＧ２として知られる退出ガスＧ３由来の相補的部分は、好ましくはバイパス管路４で構成される搬送手段内を循環する。希釈ガスＧ２は、第１の高温燃料ガスＧ１とは個別に混合用チャンバ１５に到達する。

管路８を介して排出される第４の用役ガスＧ４は、本発明の実施により生産されるガスループ内の退出ガスＧ３の余剰部分である。

キルンモジュール１００は同様に下流側チャンバ１９に比べた上流側チャンバ１８内の加圧状態へと流入ガスＧ０の混合物を送ることができるように設計された循環手段５をも含んでいる。流入ガスＧ０の混合物の混合も実施しかつ好ましくは少なくとも１つのタービンまたはファンで構成されているこれらの循環手段５は、上流側チャンバ１８から下流側チャンバ１９まで装入物６を通して単一の循環方向に熱分解前線２０を押すために充分な圧力を維持できるようにサイズ決定される。したがって、混合用チャンバ１５のエネルギーは、装入物６を通してキルン内の循環速度を設定する循環手段５によって抽出される。熱分解段階の間、蒸気が木材装入物６の最も上流側の層から抽出されると直ちに、熱分解から放出された熱は、装入物６の下流側すなわち図に示された通りの垂直キルンの場合には底部において直接消費される。熱分解に起因する熱の放出は、装入物６の木材の残りを乾燥させ、自律的である内部反応を開始させるのに充分高いものである。

図３は、装入物６の上流部分における熱分解前線２０の開始を示しており、燃料ガスＧ１は単独でエネルギー供給を提供し、希釈ガスＧ２は、下流チャンバ１９においてなお低温であるガスでのみ構成されている。ガスの循環は最低作動条件下にあり、こうしてキルンモジュール１００内の余剰ガスの用役ガスＧ４としての排出を可能にしている。

分岐２４は、一方では希釈ガスＧ２を閉鎖手段またはバタフライバルブ１３２が備わった搬送手段またはバイパス管路４へと分離し、他方では用役ガスＧ４を閉鎖手段またはバタフライバルブ１３４の備わった搬送手段または少なくとも１本の管路１６へと分離する。

一変形実施形態において、装置は、好ましくはこの分岐２４の下流側で管路８の後に、特に木材装入物６自体と共に空気の形で中に導入されてキルン内の存在する気体酸素を蒸発させるように設計された特に煙突１７である抽出管路への連結用のＴ字管を含んでいる。設備の始動の間、新しい木材装入物６の投入後、管路１６の閉鎖手段１３４は閉鎖され、こうして、用役ガスＧ４のあらゆる流れを阻止し、抽出管路または煙突１７は、低温で気体酸素を含有する退出ガスＧ３を排出する。煙突１７を退出する最初の蒸気が出現した時点で、下流側端部へ向かう用役ガスＧ４の通路を解放するのには、煙突に備わった閉鎖手段１３５を封止し管路１６の閉鎖手段１３４を再び開放するだけで充分である。

図４は、連続運転中のシステムを示しており、熱分解前線２０は装入物６の下流側端部まで前進し、熱分解は必要なエネルギーを提供し、燃料ガスＧ１によるエネルギー供給は温度を維持するためだけの最小限のものであり、ガスはバイパスを通して循環する。

循環手段５は好ましくはキルンモジュール１００の上部部分内に設置され、これらのガスＧ０を自然対流とは反対に装入物６を通って頂部から底部に強制的に循環させる。

本発明においては、有利にはキルンモジュール１００の外部にある少なくとも１つの加熱手段を用いて燃料ガスＧ１が生産され、このガスは木材装入物６の最も上流側の部分の熱分解の開始に必要なエネルギーを提供するために使用される。この加熱手段は、気体酸素Ｏ_２を生成しないように還元炉を含んでいる。この加熱手段は、特に第４の用役ガスＧ４を使用してよい。この用役ガスを使用可能にする設備がない場合、設備１００は、それを燃焼させるための酸化用開放炉を含むかまたはそれに連結されており、大気中へのガスの放出は人間の健康に無害である。

好ましい実施形態においては、ベース３は下流側チャンバ１９と連通するかまたはこのチャンバを内蔵し、出口管路８と同様バイパス管路４をも含んでいる。このベース３は埋込み式でも床置き式でもよい。有利にはこれは、その最下点に蓄積された凝縮物のための出口バルブ１０を含む。

このベース３は同様に、下流側チャンバ１９すなわち垂直に取付けられたケージ７の場合には下部チャンバを構成してもよく、そこから希釈ガスＧ２が混合用チャンバ１５に向かって搬送され、用役ガスＧ４で構成される退出ガスＧ３の残りの部分は以上で説明された通り好ましくは燃焼による使用装置または処理装置へと排出される。こうして、システムは、木材装入物６内の温度の精確な管理を可能にするガス循環ループを含む。

本発明の１つの重要な利点は、新たな装入物を処理する前に長期間にわたりキルンを停止させ装入物が冷却するのを待つ必要性が関係する先行技術の問題を克服するという点にある。

好ましい一実施形態において、ケージ７は炭化チャンバ２５において、少なくとも１つの投入扉が備わったハウジング２２に内蔵されている。このハウジング２２は、少なくともそのケージ７の周囲に少なくとも１つの熱交換器２３を含んでおり、この熱交換器は、装入物６を通る以外に上流側チャンバ１８から下流側チャンバ１９への前記流入ガスＧ０の通過を一切阻止するよう封止された形で設計されている。

本発明によると、熱分解および完全な炭化の後、所望の段階において、上流側端部を介しておよび好ましくは上面を介して、装入物６上に水がスプレーされる。このゾーンにおける温度は、装入物６と接触してこの水が蒸発するものの装入物を湿潤状態にすることがないように制御される。こうして、装入物６を収納するキルンのチャンバの温度を急速に低下させこのチャンバ内のエネルギー量を削減することが可能である。

こうして、ガス混合物Ｇ０の流れの中に水をスプレーすることにより、装入物６の有効かつ急速な冷却が得られる。この目的で、キルンモジュール１００には、混合用チャンバ１５内または上流側チャンバ１８またはその両方の中にある注入手段９例えば注入ノズルまたは／およびスプレーノズルまたは／および噴霧ノズルを含む冷却手段が含まれている。チャンバ１８内に直接スプレーすることで、循環手段がファンで構成されている場合に、循環手段５内に熱衝撃を作り出すことなくケージの上面またはケージ７に水を吹込むことが可能となる。

図５は、水スプレーを示し、ガスの循環はその最大限に維持されている。ガスＧ１のための入口は閉鎖され、もはやエネルギーは提供されず、このガスはＧ４で排出され、その後凝縮物および流出水は１０で、特に少なくとも１つのバルブにおいて放出される。

水の蒸発温度は装入物６の上部部分において急速に達成され、冷却はこの装入物の下部における温度が充分低くなった時点、すなわち通常は水の蒸発温度よりわずかに高い温度になった時点で終了したとみなされ、キルンからケージ７が降ろされる。キルン１００を開放した時点で、周囲空気からの酸素と接触して装入物が発火するかもしれない。この場合はケージ７を、ベル型消し炭壷内に１日か２日放置し、好ましくは梱包前の通過ゾーンにおいて木炭の冷却を終了させる。

好ましくは、装入物の上部および底部温度または／および圧力センサー１２そしてタービンを通過したガスの流速または／および圧力または／および温度センサー１２が、循環手段５または／および注入手段９およびバルブ１０を制御できるように設計されたプログラマブルコントローラ、コンピュータまたはそれに類するものの形をしたオペレータ無しで設備内のプロセスを実施するための自動化制御システムの入力端を構成する。このような制御システムはまた、１つ以上の制御ダンパー１３、詳細には第１の燃料ガスＧ１の１３１または／および第２の希釈ガスＧ２の１３２も圧力または／および流速に関し制御し、または／かつ管路１６の制御手段１３４および煙突１７の１３５をも制御する。

装入物６の上流側端部と下流側端部の間の温度差を測定することにより、炭化のタイプを簡単かつ精確に制御することができ、したがって、その焼成度によって、ニーズに応じて「低焼成度」品質から「高焼成度」品質までの均質な木炭を得ることができる。これは従来のキルンでは不可能で、先行技術の工業的システムの大部分においても非常にむずかしいことであった。

燃料ガスＧ１を生成するために特にボイラーまたは炉といった加熱手段に提供されるエネルギーは、木材、ガス、熱分解ガスまたはその他のガス、または混合燃料などのあらゆる燃料から結果としてもたらされる。

キルンへの投入前および冷却後に装入物を計量することにより、キルンモジュールの効率を制御することが可能となる。

サイクル時間は、ガスが通過すべき装入物６の厚みによって左右され、一般に、特に熱帯林において先行技術にしたがって同一キルン内で１２日のサイクルを１ヶ月に２回しか実施しないことが公知である先行技術の方法よりも短い。

本発明では、加熱手段を構成するボイラーにおいて充分に安定化されたパラメータで、次の装入物の処理へときわめて迅速に移行することが可能である。

好ましくは、キルンモジュール１００は断熱されている。

特に湿っているかまたは樹液が充満した木材を乾燥させている間に熱分解前線２０を開始させることが問題となる始動時には、加熱手段は、炭化のために使用される全てのエネルギーのうちのわずかな部分しか提供しないという点に留意すべきである。加熱手段は、熱分解前線２０の開始を可能にするように、そして特により吸熱性である炭化の終了時については温度を維持できるようにサイズ決定されなくてはならない。したがって、加熱手段は、点火スターターとして挙動する。こうして、１つの同じ加熱手段を同時に、炭化の進行度の異なる複数の装入物に割当てることができるということがわかる。したがって、１つの特定の実施形態において、１つの同じ加熱手段は、加熱手段の近くに星型、直線状にまたはその他の形で配置された複数の炭化ゾーンに供給を行なうことができる。この組織は、複数の炭化ゾーンに由来する用役ガスＧ４をこの加熱手段に補給してよい場合において非常に有利である。その上、異なる炭化段階にある複数の装入物６を管理して、それらの炭化サイクルをずらし装入物および装入物除去作業を順序づけすることが可能である。

加熱手段の周囲に配分された１つの装入物を各々含むキルンモジュール１００で構成された生産設備の設計も同様に、特にアクセスが困難であることの多い熱帯林において設備の搬送を容易にする。

本発明は同様に、各々以上で記述した通りの装置１００を複数含む、上述の方法にしたがった特に木炭または／および活性炭の製造用の１つのこのような炭化設備にも関する。この設備は、それに連結されている少なくとも２つの装置１００のための燃料ガスＧ１を生成する少なくとも１つの中央炉を含む。

加熱手段が木材を用いて作動している場合、ひとたび加熱手段により提供されたエネルギーが木炭の質量と処理された木材装入物の質量の間で演繹された場合の正味効率は、先行技術における通常２０％未満の効率に比べ８２％に近い炭素含有量で２５％を超えることから、本発明を用いた場合きわめて有利である。

要するに、燃料ガスＧ１は、キルンモジュール内部の装入物６にエネルギーを供給して装入物への温度提供と温度維持を保証するものである。これらの燃料ガスは、装入物６の外部にあるもののキルンモジュール１００内に一体化された加熱手段の結果、またはこのキルンモジュール１００自体の外部にある加熱手段の結果であってよい。

希釈ガスＧ２は、ガスループを形成することを可能にし、混合用チャンバ１５内に燃料ガスＧ１との混合物として到達するガスである。

この混合の結果として得られ循環装置５により適切な圧力にされている流入ガスＧ０は、真に炭化を制御するためのガスである。

本発明は、次のような新規の利点を提供する：
過熱箇所の制限；
高温ガス流により提供される装入物の温度の均一化；
本方法を実施するための物理的数値と同様、得られる製品の特性の限定。

要するに、本発明によると、ガスを直接燃焼させる代りにガスの一部分のみをループとして循環させて、装入物内の温度および流速に関して制御されているガス流を得ており、装置の優れた効率のおかげで、反応に由来するガスの大部分を別の用途に利用できるようにとっておくことが可能となる。

本方法の自動化は、温度、処理能力、圧力、流速の制御に関して完全なものであり得る。

循環手段５の存在により、炭化を減速させてそのパラメータを制御することができる。このようにして、特に連続モードでの先行技術のキルンの特徴である暴走は全て確実に回避されることになる。

装置全体が可動で、容易に輸送可能である。

本発明は、高温炭化が可能であることと同様に蒸気注入も可能であることから、活性炭を製造するために使用可能である。

スプレー作業は最終的に、生産された木炭のための溶剤および洗浄剤として作用する蒸気を発生させ、そのため一部の業界が必要とするよりも点火性の良好な清浄な製品の納入が可能になることの結果としてもたらされる別の利点を有する。

温度が非常に異なり再現可能性が低い静的処理という通常のケースと異なり、装入物の所与の層内部の温度をガス流の通過が均一化することから炭化されない製品の量が非常に少ないため、本発明の品質面の利点には顕著なものがある。

本発明は同様に、装入物が落下し破壊する通常の垂直キルンと異なり、大型片を保持することを可能にし、発生する微粒子は極めて少量である。装入物取扱い作業の削減も同じく、大型片の保持にとって有利な要因である。

Claims (14)

1. 木材の装入物（６）から木炭または／および活性炭を製造する方法において、
   前記装入物（６）が、第１の上流側チャンバ（１８）と第２の下流側チャンバ（１９）との間で密封装置内の少なくとも１つのケージ（７）内に置かれていることと、
   前記装入物（６）の外部にある少なくとも１つの加熱手段を介して、酸素ガスＯ _２ を含まない非酸化性の第１の高温燃料ガス（Ｇ１）が生成されることと、
   前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）が混合用チャンバ（１５）内に導入されることと、
   前記混合用チャンバ（１５）内で前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）が第２の希釈ガス（Ｇ２）と混合されて、酸素ガスＯ _２ を含まない非酸化性の流入ガス（Ｇ０）の混合物を形成することと、
   前記流入ガス（Ｇ０）の混合物が前記装入物（６）内に上流側で送られ、前記装入物（６）内で熱分解前線（２０）を生成することと、
   前記装入物（６）の上流側端部と下流側端部との間に加圧状態が作り出され、前記熱分解前線（２０）が前記装入物（６）内を前記上流側端部から前記下流側端部まで一方向に強制的に通過させられることと、
   前記加圧状態は、１０・１０ ^５ Ｐａ〜３０・１０ ^５ Ｐａの値を有する大気圧より高い圧力に付された状態であり、前記熱分解前線（２０）が前記装入物（６）内の自然対流に対抗して前記装入物（６）内を前進することと、
   前記装入物（６）の下流側で、第３の退出ガス（Ｇ３）が回収され、前記第３の退出ガス（Ｇ３）の少なくとも第１の部分が、直接混合用チャンバ（１５）内に搬送手段（４）により前記第２の希釈ガス（Ｇ２）の流れの形で搬送されて前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）と混合され、前記第１の部分と相補的な前記第３の退出ガス（Ｇ３）の第２の部分が、搬送手段（８）により第４の用役ガス（Ｇ４）の流れの形で出口オリフィスに向かって排出されることと、を特徴とする方法。
2. 循環手段（５）を介して、前記流入ガス（Ｇ０）の混合物が、前記第１の上流側チャンバ（１８）内を、前記装入物（６）の下流側にある前記第２の下流側チャンバ（１９）に対して加圧状態にするために送られ、前記装入物（６）内で前記熱分解前線（２０）を生成し、前記熱分解前線（２０）は、前記循環手段（５）の作用下で、前記装入物（６）内を前記第１の上流側チャンバ（１８）から前記第２の下流側チャンバ（１９）まで一方向に強制的に通過させられることと、
   前記第３の退出ガス（Ｇ３）が前記第２の下流側チャンバ（１９）内で回収されることと、
   前記第３の退出ガス（Ｇ３）の少なくとも一部分が、前記第２の希釈ガス（Ｇ２）の流れの形で回収され、前記第２の希釈ガス（Ｇ２）は搬送手段（４）により直接前記混合用チャンバ（１５）まで搬送されることと、を特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の希釈ガス（Ｇ２）の流れが、前記搬送手段（４）により、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）とは個別に前記混合用チャンバ（１５）に搬送されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記装入物（６）が、前記流入ガス（Ｇ０）の混合物の流れの中に水をスプレーすることによって、完全な熱分解の後に冷却されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記流入ガス（Ｇ０）の流れおよび温度が調節されること、ガスループが前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）および前記第２の希釈ガス（Ｇ２）の流れの制御によって管理され、前記流れの制御は前記流入ガス（Ｇ０）の温度を管理することができるように設計されていること、および、前記流入ガス（Ｇ０）の流速が循環手段（５）により制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）は、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）が酸素ガスＯ _２ を含まないように不完全燃焼が起こる中央炉において生成され、前記中央炉は、複数の炭化チャンバに供給を行なうことができるように設計され、前記炭化チャンバの各々が、１つの異なる装入物（６）を含み、当該装入物は他の前記装入物（６）とは独立した炭化プロセスに付されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第２の希釈ガス（Ｇ２）を形成するために使用されない前記第３の退出ガス（Ｇ３）の部分は、特に煙突の形をした排出および通気用手段（１７）または／および搬送手段に導かれ、前記部分は、炉または乾燥機などの燃焼手段に供給を行なうことができる、若しくは、直接的にまたはボンベなどの中への前記第４の用役ガス（Ｇ４）の充填を通してその他のあらゆる用途に供給することができる前記第４の用役ガス（Ｇ４）を構成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 木材の装入物（６）を収容することができるように設計されたケージ（７）を炭化チャンバ（２５）で収容することができるように設計された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施することにより木炭または／および活性炭を製造するためのキルンモジュール（１００）であって、前記炭化チャンバ（２５）が上流側チャンバ（１８）と下流側チャンバ（１９）との間に位置づけされており、前記キルンモジュール（１００）は、前記装入物（６）の外部にあって非酸化性の第１の高温燃料ガス（Ｇ１）を生成することができるように設計された少なくとも１つの加熱手段を含むまたは当該加熱手段に連結されており、前記キルンモジュール（１００）は、前記上流側チャンバ（１８）の上流側にあって前記上流側チャンバ（１８）と連通している混合用チャンバ（１５）を備え、前記混合用チャンバ（１５）が、一方では前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）を収容し、他方では前記下流側チャンバ（１９）と連通する搬送手段（４）に由来する第２の希釈ガス（Ｇ２）を収容することができるように設計されて、流入ガス（Ｇ０）の混合物が形成され、前記キルンモジュール（１００）は、前記下流側チャンバ（１９）に対して前記上流側チャンバ（１８）を加圧状態にするために前記流入ガス（Ｇ０）の混合物を送ることができるように設計された循環手段（５）も備え、前記加圧状態は、１０・１０ ^５ Ｐａ〜３０・１０ ^５ Ｐａの値を有する大気圧より高い圧力に付された状態であり、熱分解前線（２０）が前記装入物（６）内の自然対流に対抗して前記装入物（６）内を前進することを特徴とする、キルンモジュール（１００）。
9. 前記キルンモジュール（１００）は、木材の装入物（６）を収容することができるように設計された少なくとも１つのケージ（７）を備え、前記ケージ（７）が前記上流側チャンバ（１８）と前記下流側チャンバ（１９）との間に配置されることができるように設計されていること、および、前記キルンモジュール（１００）は、前記上流側チャンバ（１８）の上流側にあって前記上流側チャンバ（１８）と連通している混合用チャンバ（１５）を備え、前記混合用チャンバが、一方では前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）を収容し、他方では前記下流側チャンバ（１９）と連通する搬送手段（４）に由来する第２の希釈ガス（Ｇ２）を収容することができるように設計されており、流入ガス（Ｇ０）の混合物が形成されることを特徴とする、請求項８に記載のキルンモジュール（１００）。
10. 前記ケージ（７）または前記ケージ（７）を収容することができるように設計されたハウジング（２２）が、前記上流側チャンバ（１８）内を除いて前記装入物（６）の外部での前記流入ガス（Ｇ０）のあらゆる通過を妨げることができるように設計されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のキルンモジュール（１００）。
11. 前記キルンモジュール（１００）は、前記流入ガス（Ｇ０）の流れおよび温度を管理および調節するための手段を備え、当該手段が、一方では前記流入ガス（Ｇ０）の温度を管理するために、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）の経路内にあるガス流分配手段（１３１）、前記第２の希釈ガス（Ｇ２）の経路内にあるガス流分配手段（１３２）、前記装入物（６）からの退出ガス（Ｇ３）の用役ガス（Ｇ４）で構成された部分の経路内にあるガス流分配手段（１３４）、に対して作用することができ、前記退出ガス（Ｇ３）のその他の相補的部分は前記第２の希釈ガス（Ｇ２）を構成しており、他方では、前記流入ガス（Ｇ０）の前記流速を制御するために前記上流側チャンバ（１８）と前記下流側チャンバ（１９）との間に正の圧力差を生成することができるように設計された循環手段（５）に対して作用できるように設計されており、前記管理および調節するための手段は、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）を生成する炉の運転を制御することができるようにも設計されていることを特徴とする、請求項８に記載のキルンモジュール（１００）。
12. 前記キルンモジュール（１００）が、少なくとも１つの前記ケージ（７）を収容することができるベース（３）と、前記ベース（３）上で密閉した形で各々の前記ケージ（７）の頂部に配置されることができるように設計されたカバー（１）と、を備えること、前記ケージ（７）または前記ケージ（７）を収容することができるように設計されたハウジングが、前記上流側チャンバ（１８）および前記下流側チャンバ（１９）内を除いて前記装入物（６）の外部でのガスのあらゆる通過を妨げることができるように設計されていること、前記キルンモジュール（１００）が、前記下流側チャンバ（１９）に対して前記上流側チャンバ（１８）内を加圧状態にするために前記流入ガス（Ｇ０）の混合物を送ることができるように設計された循環手段（５）を備えること、および、前記キルンモジュール（１００）が、前記装入物（６）に由来する退出ガス（Ｇ３）を回収することができるように設計された、前記下流側チャンバ（１９）からの搬送手段（４）を備え、希釈ガス（Ｇ２）として知られる前記退出ガス（Ｇ３）の少なくとも一部分が、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）とは個別に前記混合用チャンバ（１５）に搬送されること、を特徴とする、請求項８に記載のキルンモジュール（１００）。
13. 前記ベース（３）が、前記下流側チャンバ（１９）と連通するかまたは前記下流側チャンバ（１９）を内蔵しており、前記装入物（６）を退出した時点で前記下流側チャンバ（１９）内に収容された第３の退出ガス（Ｇ３）に由来する用役ガス（Ｇ４）を排出するための少なくとも１本の管路（８）と、および第２の希釈ガス（Ｇ２）として知られる、前記第３の退出ガス（Ｇ３）のうちの前記用役ガス（Ｇ４）と相補的な部分を搬送するためのバイパス（４）と、を備えること、を特徴とする、請求項１２に記載のキルンモジュール（１００）。
14. 前記循環手段（５）を制御することができるように設計された温度または／および圧力センサー（１２）、および、前記第１の高温燃料ガス（Ｇ１）または／および前記第２の希釈ガス（Ｇ２）を制御するためのダンパー（１３）を含む炭化および冷却の管理用手段、または／および、前記上流側チャンバ（１８）内に位置づけされた水噴射手段（９）、を備えることを特徴とする、請求項８に記載のキルンモジュール（１００）。

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