JP7363004B2 - 燃料から合成ガスを生成する為の反応器 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、燃料から合成ガスを生成するための反応器であって、動作中の第１流動床を収容する燃焼部を有するハウジングと、反応器の長手方向に沿って延在し、動作中の第２流動床を収容するライザと、ライザと平行に位置し、第１流動床に延在する下降管と、燃料を反応器に提供するための一つ又は複数の供給チャネルとを備える反応器に関する。

背景

内部循環流動床システムを有する型式の既知の反応器では、通常、反応器をプロセス開発ユニットのサイズから商業動作ユニットにスケール変更する際に問題が生じる。さらに、既知の反応器で使用することができると宣言された供給原料の柔軟性は、主に、連続的に必要とされる場合（例えば、凝集の可能性が高い又は不活性含量の高い廃棄供給原料又は供給原料を使用する場合）の灰抽出の欠点のために、保証することができない。

国際特許公報WO2014/070001には、燃料（バイオマス）から生成ガスを生成するための反応器が記載されており、該反応器は、作動中に流動床を収容する燃焼部と、反応器の長手方向に沿って延在するライザと、該ライザーの周囲に同軸に位置し、流動床内に延在する下降管とを有するハウジングを有する。

米国特許公開US3,776,150は、固体廃棄物の熱分解または焼却のための流動床システムを開示している。固体供給物は、円錐形状の分配プレートと、分配プレートの上方の第１内部チャンバと、第１チャンバに接続され、第１チャンバの真下に位置した、より小さい第２内部チャンバとを有する流動床装置に強制的に供給される。

国際特許公報WO2007/061301には、バイオマスを生成ガスおよび固体物質に変換するための少なくとも１つのライザーを含む、バイオマスから生成ガスを生成するためのデバイスが記載されている。固体物質は反応器の頂部に沈降し、一つ又は複数の下降管を介して外部燃焼チャンバに落下する。流動化ガスを噴射するための少なくとも１つのノズルがライザ内に付けられるので、その結果、底部のライザには障害物がない。

国際特許公報WO2008/108644には、WO2007/061301に開示されたデバイスの改良が記載されているが、ライザの中または下に流動流体を噴射する少なくとも１つのノズルの存在が開示されており、したがって、ライーからの床材料の抽出を部分的にブロックしている。

欧州特許公報EP-A-0 844 021には、内部循環流動床反応器を使用して有機物質を触媒変換するための反応器が記載されており、この反応器においても分配器が中央流動床の上方に記載されている。しかし、ここでは、分配器はバッフルと呼ばれ、ガスから触媒粒子を分離するだけである。

本発明は、燃料から合成ガスを生成するための改良された反応器を提供することを目的とし、この反応器は、反応器内で最終的に生じる多数の汚染物質に関連する燃料で動作される場合でも、信頼性が高く、耐久性がある。石、金属及びガラスのように燃料に結合しているか、又は凝集体のような化学反応の結果であり、反応器からより高い抽出速度を必要とする汚染物質。換言すれば、本発明は、不活性材料および凝集体の沈降および／または架橋によるガス化装置の汚れおよび／または閉塞を防止するための解決策を提供しようとするものである。さらに、本発明は、燃料から合成ガスを生成するための改良された反応器を提供しようとするものであり、この反応器は、１時間当たり数１０トンの燃料供給に対してサイズ変更された場合でも、スケーラブルである。

本発明によれば、前文に規定された反応器が提供され、反応器は、ライザの下部に接続されたライザ空気チャンバ区域を更に備え、ライザ空気チャンバ区域は、周方向に複数の穴が置かれた円筒壁を備える。この構造により、周方向に置かれた穴を、動作中に第２流動床を実施する流動化ノズルとして使用することが可能となり、第２流動床内の床材料（砂）の動きを制限することができなくなり、反応器の動作効率が大幅に改善される。流動化媒体（例えば、空気）が側面からライザ内に与えられているので、この構造自体は、ライザからの灰の抽出をブロックしたり部分的にブロックしたりしない。これはさらに、動作中に、反応器の底部出口の架橋および閉塞の危険なしに、灰および関連する、より重い不活性物質を反応器から抽出することができることを保証する。

本発明の反応器の実施形態では、一つ又は複数の下降管と組み合わせて、複数のライザが存在してもよいことに留意されたい。また、下降管は、関連するライザに対して同軸的に、または別個の（長手方向に整列した）下降管チャネルとして提供されてもよい。これにより、本発明の反応器実施形態のスケーラビリティがさらに向上する。

本発明の反応器の更に有利な実施形態は、添付の従属クレームによって記載される。

以下、本発明を添付図面を参照してより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る反応器の横断面図である。 図２Ａは、図１に示す反応器の実施形態のライザ空気チャンバ区域の横断面図を示す。 図２Ｂは、図２Ａに示すライザ空気チャンバ区域の最上部角部の詳細図を示す。 図３Ａは、図１に示す反応器の実施形態の一部の斜視部分横断面図を示す。 図３Ｂは、線ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線に沿った図１に示される反応器の実施形態の最上部横断面図を示す。 図３Ｃは、図１に示す反応器の実施形態のライザ及びライザ空気チャンバ区域の部分横断面図を示す。

実施形態の説明

以下、図面に示されるような燃料から合成ガスを生成する反応器の例示的な実施形態を参照して、本発明を説明する。しかしながら、反応器の一部は、以下の説明にも示されるように、更なる代替および変形例を用いて実施することができることに留意されたい。本発明の反応器１は、燃料を合成ガスに変換するために利用され、更に使用することができる。燃料は、バイオマス生成物または様々な構成の廃棄物であってもよく、反応器１からの合成ガス出力は、他の生成物に更に合成されてもよく、または、例えば、ガス駆動発電機または加熱用途に直接使用されてもよい。

図１は、本発明の例示的な実施形態による反応器１の種々の区域を有する横断面図を示す。ローマ数字Ｉで示されているのは、反応器１の主要区域であり、第１流動床および第２流動床では動作中に熱分解および燃焼プロセスが発生する。この主要区域Ａは、動作中の第１流動床を収容する燃焼部を有するハウジング２と、反応器１の長手方向に沿って延在し、動作中の第２流動床を収容するライザ３と、ライザ３と平行に位置し、第１流動床に延在する下降管４とを備えている。ハウジング２の底部には、底部区域Ｃが示されており、この底部区域Ｃは、動作中に第１流動床および第２流動床を提供するための構造要素および機能要素を含み、以下でさらに詳細に説明する。この底部区域Ｃにおいて、例えば、燃料を反応器１、例えばライザ３に提供するための一つ又は複数の供給チャネル３３が存在する。第１流動床で発生した煙道ガスは、図１の実施形態に示されるように、反応器１の最上部に位置する燃焼煙道ガス出口６を介して反応器から出ることができる。

主要区域Ａの下方には、ライザ３内の第２流動床を制御するように配置されたライザ空気チャンバＩＩが位置する。ライザ空気チャンバＩＩIの詳細については、図２Ａおよび図２Ｂを参照して後述する。ライザ空気チャンバＩＩの下方には、ライザスプール管区域Ｅが位置しており、これは、（例えば、図１には示されていないが、以下の大型スクリューまたはオーガ型式の設置を使用して）反応器１の底部からの灰および床材料の抽出を可能にするように動作する。

主要区域Ａの上方には、生成された合成ガスを合成ガス出口８を介して反応器１から適切に抽出することを保証するガス出口分配器区域Ｄが設けられている。図１に示す例示的な実施形態において、圧力リリーフ出口７は、ガス出口分配器区域Ｄの真下の反応器１の最上部に存在する。通常動作中、圧力リリーフ出口７は、例えば安全弁を用いて閉鎖される。ガス出口分配器区域Ｄの詳細は、以下で更に説明する。

（参照により本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ公開公報WO2007/061301およびWO2008/108644に記載されているような反応器１の以前のバージョンと非常に類似している）動作中、原料の形態の燃料は、燃料入力部３３を介してライザ３に供給され、ライザー３内の第２流動床に入る。供給原料は、第２流動床内でガス化され、床材料をライザ３から反応器１の最上部区域に伴出し、そこで、微粒子は、減少したガス速度で沈降し、下降管４内に（例えば、図１の実施形態に示される漏斗部５を介して）落下し、図１内の矢印で示されるように、ハウジング２内の流動燃焼区域内の第１流動床内に到達する。ガス化プロセスで生成された合成ガスは、ガス出口分配器区域Ｄを介して（例えば、図１の実施形態に示す合成ガス出口８を介して）反応器１から出て行く。

反応器１の例示的な実施形態は、単一の中央に配置されたライザ３と、ライザ３と同軸（または同心円状）に位置する単一の下降管４とを有することに留意されたい。より大きな規模の反応器１に対しては、２つ以上のライザ３および２つ以上の（ライザ３の数から独立している）下降管４が存在することが想定される。また、ライザ３および下降管４は、同軸に位置することができるが、互いに隣接して位置決めすることもできる。また、図１の実施形態においては、ライザ３の長手方向にほぼ垂直に向けられた単一の供給チャネル３３のみが示されている。更なる代替実施形態において、例えば、２以上の側面から、またはライザ３の異なる高さで原料に入るために、複数の供給チャネル３３が存在し得る。

燃焼ゾーン（すなわち、第１流動床）に存在する高温床材料は、燃焼ゾーンの底部の２つの液滴ゾーンを介して、例えば、供給チャネル３３と比較して９０°回転で、ライザ３の底部に（部分的に）搬送される。更なる例示的な実施形態において、一つ又は複数のドロップゾーンが存在する。このように再循環された高温床材料は、ライザ３中の原料のガス化を確実にする。

既存のガス化反応器では、流動ノズルのような構成要素がライザ３内に存在するその結果、連続的な灰抽出は不可能であるか、少なくとも妨げられる。クリーンなバイオマスを燃料として使用する場合、ほとんどの灰は煙道ガス出口６を介して反応器１を出て、大量の不活性物質又は凝集体が生成されないので、これは必ずしも問題ではない。次に、通常動作中（ライザ３内の第２流動床を流動化するためにのみ必要とされる小さなガス流）および始動動作中（反応器１内の床材料の内部循環をキックスタートするための高いガス流）の両方において、ライザ３の底部に単一の流動化ノズルを使用することも可能である。

しかしながら、（廃棄物中のような）岩石、金属およびガラスのような不活性物質の含有量が高い原料を使用する場合、または（草のような）凝集体を形成する高い溶融リスクを有する原料を取り扱う場合、ライザ３の内側に流動化ノズルを位置することは、灰の所望の抽出を制限し、複雑にする。

また、異なるガス流で作動する単一の流動化ノズルは、低ガス流での通常の作動中に、ノズルを通る速度が低すぎて流動化ノズルに接続された空気チャンバ内の床材料の逆流を引き起こす可能性があるので、設計上の妥協をもたらした。高流量での始動の間、流動化ノズルを通る速度は（あまりにも）高く、高い圧力降下および浸食を引き起こした。

反応器１の底部からもより連続的に灰を抽出する必要があることが分かった。しかしながら、これは、反応器１の底部（流動化ノズルの下方）における静的床の消失をもたらし、これは、灰抽出ゾーンにおける異なる材料の使用と同様に、異なる絶縁設計を必要とした。

さらに、これらのより複雑な供給原料のより頻繁な使用は、不活性物質および凝集体の除去が、反応器１の都合のよい位置での反応器の接近性の欠如のために複雑であるので、長い停止時間を必要とする多くの保守の問題を生じることが分かった。

これらの問題に対処するために、本発明の実施形態は、燃料から合成ガスを生成するための反応器に関し、第１実施形態では、作動中の第１流動床を収容する燃焼部を有するハウジング２と、反応器１の長手方向に沿って延在し、作動中の第２流動床を収容するライザ３と、ライザに対して平行に位置し、第１流動床に延在する下降管４と、燃料をライザ３に提供するための一つ又は複数の供給チャネル３３とを備える。反応器１は、さらに、ライザ３の下部に接続されたライザ空気チャンバ区分Ｂを備え、ライザ空気チャンバ区分Ｂは、周方向に置かれた複数の穴２４，２５を有する円筒壁２８を備える。

本実施形態では、反応器１の灰抽出ゾーン（すなわち、ライザ３からライザ空気チャンバ区域Ｂ及びライザスプール管区域Ｅを通る）は、流動化媒体（例えば、反応器１の通常動作時の空気）及び始動媒体（例えば、より高い空気の流れ）がライザ空気チャンバＩＩのノズル管部の壁２８を介して供給されるので、内部ノズルから生じる制限を有しない。媒体を周方向に置かれた穴２４、２５に送達するために存在する追加の特徴は、灰の抽出を制限することなく、ライザ空気チャンバ区域Ｂに統合することができる。円筒壁２８は、ライザ３の底部横断面と一致することに留意されたい。

実際には、より効率的な製造および設置を可能にする別個の構成要素であるライザ空気チャンバ区域Ｂの例示的な実施形態が、図２Ａの断面図および図２Ｂの詳細断面図に示されている。ライザ空気チャンバＩＩは、最上部フランジ２２を備え、ライザ空気チャンバ区域Ｂを反応器１の底部区域Ｃの底部フランジに装着することができる。設置されると、円筒壁２８の最上部は、次いで、ライザ３の下部と整列され、ライザ３の底部と円筒壁２８の最上部の熱膨張の差に対応するために小さな隙間を残す。灰抽出ゾーンをライザスプール管区域Ｅの最上部フランジまで延長するために、底部フランジ２３が存在する。

この実施形態では、ライザ空気チャンバ区域Ｂは、２つの区域のノズル穴、第１の複数の穴２５を有する最上部区域、および第２の複数の穴２４を有する底部区域から構成され、第２の複数の穴２４の総開口面は、第１の複数の穴２５の総表面開口面よりも大きい。これにより、第２の流動床内での砂の移動を抑制することなく、高い空気流量での反応器１の始動動作と、十分な空気流量での定常動作が可能となる。換言すれば、ライザ３内の第２流動床のための流動化ノズルは、ノズル穴２４、２５の２つの区域を有し、最上部区域（第１の複数の穴２５）は、流動化ガスの必要量が最小である通常動作中に作動し、一方、底部区域（第２の複数の穴２４）は、反応器１内の床材料の内部循環を開始するために必要な流動化ガスの量を増加させる必要がある始動中にのみ適用される。始動時には、第２の複数の穴２４が作動しているときに目詰まりを防止するために、第１の複数の穴２５も作動する。これはまた、始動時に、ノズル２４，２５上の圧力降下が過度に高くならず、通常動作時には、ノズル２４，２５を通る速度が過度に低くならないという効果を有する。流動化空気ノズル穴２４（通常動作）と始動用空気ノズル穴２５（始動動作）とは、始動用空気ノズル（第２の複数穴２４）の上方に流動化用空気ノズル（第１の複数穴２５）を置いた状態で分離されている。したがって、ノズル穴２４，２５は、５－２０ｍ／ｓの典型的なガス速度に対して設計することができ、流動空気ノズル穴２５の大きさおよび量は、始動用空気ノズル穴２４の大きさおよび量から独立する。

図２Ａ、図２Ｂの横断面図に示すように、第１の複数の穴２５に連通する流動空気チャンバ２７が設けられ、さらに、第２の複数の穴２４に連通する始動用空気チャンバ２６が設けられている。なお、流動化空気チャンバ２７は、ライザ空気チャンバ区域ＩＩ］の最上部（すなわち、最上部フランジ２２の上方）においてライザ空気チャンバ壁２８と同軸に位置した流動化空気チャンバ壁２７ａを用いて具体化されていることに留意されたい。同様に、始動用空気チャンバ２６は、ライザ空気チャンバ区域Ｂの最上部においてライザ空気チャンバ壁２８と同軸に位置した始動用空気チャンバ壁２６ａを用いて具体化される。最上部フランジの下方では、流動化空気チャンバ２７及び始動用空気チャンバ２６をより広くすることができ、（加圧された）空気接続部および／または点検及び保守用ハッチのような更なる構造的特徴を加えることができる（全ての空気チャンバ２６，２７は、床材料の逆流の危険にさらされる可能性がある）。さらに、この直径の増加は、ライザ空気チャンバ壁２８、始動用空気チャンバ壁２６ａ及び流動化空気チャンバ壁２７ａの間の温度差および／または異なる熱膨張を可能にする。

通常動作時には、流動化空気のみが反応器１に加えられ、流動化空気ノズル穴（第１の複数の穴２５）の下方の床材料は流動化されない。したがって、床材料は、第２の複数の穴２４を介して始動用空気チャンバ２６に逆流することはできない。始動時には、流動化空気と始動用空気の両方がライザ３に加えられる。始動時にも流動化空気が存在することにより、床材料が第１の複数の穴２５を介して流動化空気チャンバ２７内に逆流することが回避される。

ノズル（第１および第２の複数の穴２４、２５）の量およびサイズは、ノズルを通過する流れまたは空気、ならびに床材料の安息角に基づく。これは、流動化がない場合に、静的床が空気チャンバ２６，２７に逆流しないという効果を達成するためである。通常使用される床材（砂）の安息角αは例えば約３５°であり、したがって、ノズル穴の直径ｄは、この安息角と円筒壁２８の材料の厚さｔに制限される（即ち、ｄ＜ｔtan α）。

さらに別の実施形態では、反応器１は、図１に示す実施形態を参照して上述したように、ライザ空気チャンバ区域Ｂの底部に接続されたライザスプール管区域Ｅを更に備える。このライザスプール管区域は、第２流動床下の床材を検査することができ、また、デブリを取り出すことができる。さらに、灰抽出ゾーンが最終的に閉塞した場合に、ノズル２４，２５に対する安全な保守を行うことができる。

図１に示すように、ライザスプール管区域Ｅは、底部接続フランジ５３と、長い管５１及び短い管５２とを備える。長い管５１は、床材料が反応器１から自由に流出することなく（再び安息角にリンクされる）、この区域Ｅへのアクセスを可能にするように設置され、短い管５２は、（例えば、保守のために必要な場合に）反応器１から床材料が自由に流出する結果となる。

さらに、ライザスプール管区域Ｅを含むことによって、（適切な最上部フランジおよび底部フランジを単に外すことによって）この区域Ｅを除去することが可能であり、次いで、ライザ空気チャンバ区域Ｂを、反応器１の底部区域Ｃの内側に位置しなくなるように下げることができる。このようにして、床材料の抽出のために反応器１全体の底部に設置された（大きな）灰冷却スクリューを取り外す必要がなくなるので、ライザ３の接近性が向上する。具体的な実施形態では、ライザ空気チャンバ区域Ｂは、ハウジング２に接続するための上部装着フランジ２２と、ライザスプール管区域Ｅの対応する装着フランジに接続するための下部装着フランジ２３とを備え、上部装着フランジ２２の上方に延びる円筒壁２８の高さｈ２は、ライザスプール管区域Ｅの高さｈ１と等しいか、またはそれより低い（図１参照）。

本発明の更なる実施形態に対して考慮される更なる考慮事項は、ノズル（又は、より良くは、第１及び第２の複数の穴２４，２５を囲む円筒壁２８の部分）が動作中に熱くなるにつれて、熱膨張を考慮する必要があることである。このため、絶縁スタッド２１は、図２Ａおよび図２Ｂの横断面図に示され、例えば、反応器１の他の構造部（例えば、上部フランジ２２を使用してライザ空気チャンバ区域Ｂが装着されているハウジング２の底部）で隙間を充填しながら膨張を可能にする繊維材料をその上に設置することができる。より一般的には、ライザ空気チャンバ区域Ｂは、その外部表面に付けられた圧縮性材料を更に備える。

本発明の更なる実施形態は、第１流動床（反応器１の底部Ｃ内）に関する修正および特徴を含み、これらは、図３Ａの部分横断面斜視図、図３Ｂの図１のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線に沿った上部横断面図、および図３Ｃの部分横断面図を参照して説明される。

流動床型の一部の従来技術のガス化反応器は、燃焼ゾーン及び砂搬送ゾーンの両方において流動床の平坦な底部を有することに留意されたい。底部は、例えば、床物質を除去するための落下管で裏打ちされた完全な耐火物であったか、または、床物質を除去するための抽出漏斗を備えた静的床が流動床の下に存在した。特に指示されないノズルは、床材料を流動化させることのみを目的とした。これらの従来技術の反応器に関して、以下の問題が見出された。流動床の水平な底部のために、不活性物質および凝集体は、動作中に反応器から容易に除去することができず、特に廃棄物原料を燃料として使用する場合には、時間の経過とともに不活性物質が反応器に蓄積する。また、水平な底部および搬送ゾーン内にガイド手段（例えば、ノズル）がないため、凝集体は、反応器から抽出されることなく成長し続けた。その結果、ある時点で、凝集体が全搬送ゾーンをブロックし、その結果、砂の循環が突然停止し、反応器のガス化動作が停止する。

これらの欠点に対処するために、反応器の底部区域Ｃに追加の特徴が設けられる。一般に、更なる実施形態のグループでは、燃料から合成ガスを生成するための反応器が提供され、この反応器は、動作中の第１流動床を収容する燃焼部を有するハウジング２と、反応器１の長手方向に沿って延在し、動作中の第２流動床を収容するライザ３と、該ライザに対して平行に位置し、第１流動床に延在する下降管４と、該ライザ３に燃料を提供するための一つ又は複数の供給チャネル３３とを備える。ハウジング２は、第１流動床の底部３１の第１の傾斜した、例えば耐火性の裏打ちされた底部３２と、ライザ３の搬送孔３９を介して第１流動床と第２流動床とを接続する搬送ゾーンの第２の傾斜した、例えば耐火性の裏打ちされた底部とを含む。反応器は、さらに、第１の傾斜した底部３１および第２の傾斜した底部３２上に空気ノズル３６，３７，３８の複数のグループを備え、空気ノズル３６，３７，３８の複数のグループは、それぞれの第１および第２の傾斜した底部３１，３２に沿って空気を導くように配置される。代替的または追加的に、傾斜した底部３１，３２に沿って導かれる空気は、蒸気であってもよい。これらの実施形態は、底部区域Ｃ内の砂および破片の制御可能な移動を可能にし、例えば、ライザ３内の第１流動床から第２流動床へ床材料を再循環させ、または（ライザ空気チャンバ区域Ｂおよびライザスプール管区域Ｅを介して）灰および破片を抽出する。さらなる有利な効果は、複数の空気ノズル群３６，３７，３８を反応器１の敏感な部分（例えば、ライザ３の壁、またはその壁の特定の開口）から離して方向付けることができ、ライザ３の金属構造の腐食を防止することである。

別の実施形態では、第１および第２の傾斜した底部３１，３２は、反応器１の横断面に対して５°～３５°の間、例えば１５°の傾斜角を有する。例示的な実施形態（図３Ａ－図３Ｃ参照）では、ライザ３の搬送孔３９に向かう搬送ゾーン内の第１の流動床の第１底部３１および第２底部３２の両方が、１５°の傾斜であり、ライザ３内／下の灰抽出ゾーンに向かう不活性材料および凝集体の流れを緩和する。傾斜は、第１流動床に沿って床の高さにあまりにも大きな差が生じるので、床材料の安息角よりも小さく制限される。

第１流動床の底部３１は、例えば、図３Ｂの上面図に示されるように、その空気出口が反応器１の特定の部分に向けられるノズル３６，３７を備える。複数の空気ノズル群３６，３７，３８は、第１の傾斜した底部３１上に第１の空気ノズル群３６を含むことができ、そのノズル流は反応器１の中心に向けられる。空気ノズル３６の第１のグループ、または外部主要空気ノズルは、例えば、図示のエルボパイプ構成を使用して、径方向に配向することができる。さらに、複数の空気ノズル群３６，３７，３８は、第１の傾斜した底部３１上に第２の空気ノズル群３７を備え、そのノズル流は搬送ゾーンに向けられる。第２のグループの空気ノズル３７、すなわち内部主要空気ノズルは、第１の傾斜した底部３１の内縁に向かって、すなわち、搬送孔３９に通じる搬送ゾーンに向かって（中間面）方向の配向を有する。これにより、不活性材料および凝集体を搬送ゾーンに向けて吹き付けることが確実になる。すべての場合において、個々のノズルは、反応器のいずれの部分（例えば、ライザ３の金属表面、第１の傾斜した底部３１上の耐火性材料、または前方の他のノズル）にも直接的には衝突しない出口流を有するように配置される。

別の実施形態では、複数の空気ノズル群３６，３７，３８は、第３の傾斜底部３２上に第２の空気ノズル群３８を備え、そのノズル流は、ライザ３内の搬送孔３９に向けられる。第３のノズル群３８のノズルは、反応器のいずれの部分（例えば、ライザ３の金属表面、第２の傾斜した底部３２上の耐火性材料、または前方の他のノズル）にも直接的には衝突しない空気出口流を有する。

さらに別の実施形態では、ライザ３の搬送孔３９にカバープレートが設けられている。このようなカバープレートは、複数の機能を有することができ、例えば、カバープレートを交換することによって保守停止中に搬送孔３９のサイズを変更できるだけでなく、不活性材料および凝集体の存在下での激しい腐食からライザ３の金属を保護できる。この目的のために、カバープレートは、例えば、ライザ３搬送孔３９よりも小さいカバープレート孔を備えることができる。

搬送孔３９は、ライザ３と第１流動床との間の所望の圧力差に基づいてサイズを決定することができ、この圧力差は、搬送される床材料の速度を決定する。例えば、（カバープレート内の）搬送孔３９は、搬送される床材料の量が反応器１に供給される供給原料の量の４０倍になるように寸法決めされてもよい。これにより、第１流動床における発熱燃焼と第２流動床における～７０℃の吸熱熱分解との間に温度差が生じる。（ライザ３のサイズによって制限される）搬送孔３９の寸法を増加させることによって、床材料の搬送を供給材料の量の～６０倍にすることができ、温度差は～５０℃に低減される。搬送孔３９の寸法を小さくすることによって、床材料の搬送を低減することができる。原料の量の約２０倍まで減らすと、温度差は１００℃を超える。したがって、カバープレートは、ライザ３の金属を望ましくない腐食から保護するだけでなく、ライザ３全体を交換する必要なく、変更、したがって他の動作条件を可能にする。

本発明の更なる実施形態は、図１の横断面図を参照して以下に記載される、ガス出口分配器区域Ｄに関する修正および特徴を含む。一般に、別のグループの実施形態では、燃料から合成ガスを生成するための反応器１が提供され、ハウジング２は、動作中の第１流動床を収容する燃焼部を有すると共に、反応器１の長手方向に沿って延在し、動作中の第２流動床を収容するライザ３と、ライザに対して平行に位置し、第１流動床に延在する下降管４と、燃料をライザ３に提供するための一つ又は複数のの供給チャネル３３とを備える。反応器１は、ガス出口分配器区域Ｄを更に備え、ガス出口分配器区域Ｄは、（例えば、同じ材料、例えば、金属であってもよい）内円錐部４１と外円錐部４２を備え、内円錐部と外円錐部は、異なる頂部開口角度を有し、ガス出口分配器区域Ｄの高さの関数として一定の横断面を有する出口チャネルを形成する。異なる頂部開口角度は、内円錐部４１と外円錐部４２との間に形成される出口チャネル全体にわたって一定のガス速度を保証する。さらに、内円錐部４１の形状は、床材料及び灰の改良された沈降の効果を有し、内円錐部４１および外円錐部４２は、全ての動作温度（例えば、始動及び停止中を含む）において円錐部４１，４２間に必要な距離を有し、始動及び通常の動作中に十分なガス速度を保証する。

ガス出口分配器区域Ｄは、反応器１の頂部付近から始まる狭い隙間のガス出口チャネルを形成する。狭い隙間は、例えば２０ｍ／ｓのガス速度を生成するように設計される。内円錐部４１及び外円錐部４２は、合成ガス出口８に向かって小さくなるが、異なる頂部開口角度では、隙間が増大して高いガス速度を維持する。内円錐部４１の傾斜は、床材料の安息角を再び考慮し、ガス流がない場合には、粒子は反応器内部に逆流する傾向を有する。

これらの実施形態のグループは、既存の反応器設計に対して特定された多くの問題に対処する。従来の設計では、バッフルが、本発明のガス出口分配器区域Ｄとは異なる機能を有するライザ３の上方に位置し、ガス出口自体に高速を生成していた。その結果、反応器１内の速度が低すぎ、ガス出口は、沈降するダスト及びタールによって目詰まりを起こした。一部の従来技術の反応器では、ガス出口分配器がハウジング２の上部の耐火性裏打ち部の近くに置かれていたが、耐火性裏打ち材料と（金属）ガス出口分配器は異なる熱膨張挙動を有するので、正確な設計に至るのは複雑であり、隙間は温度によって変化するので、性能は反応器の動作温度に依存していた。

別の実施形態では、ハウジング２は、ガス出口分配器区域Ｄの下縁を支持する、例えば耐火性裏打ち材料の内方に延びるリッジ４３を含む。内方に延びるリッジ４３は、外円錐部４２の下端を支持するように適切な寸法にすることができ、これは、ハウジング２の上部からガス出口分配器区域Ｄ全体を吊るすことに対する任意の代替手段を提供する。その結果、ガス出口分配器区域Ｄの構成要素の熱膨張は上向きにのみなり、これは反応器１の動作中に管理可能な状況である。また、合成ガス出口８は、三脚吊り構造のようないかなる干渉要素もないように保たれる。この実施形態はまた、反応器１のスケーラビリティを大きく改善する。

さらに別の実施形態では、拡張材料４５は、ハウジング２の上部に向けられた外円錐部４２の表面に設けられる。熱膨張が単一の方向にあるので、この実施形態は、この熱膨張の問題に対する単純かつ効果的な解決を可能にする。

任意の要素として、内円錐部４１は、内円錐部４１の頂部に昇降ラグ４６を備える。内円錐部の底端部の直径が適切に選択される場合、これは、例えば、外円錐部４２及び内円錐部４１の両方を洗浄するために、例えば、反応器１の動作中に時間をかけて凝集した過剰な汚れを除去するために、外円錐部４２から分離して内円錐部４１を下げることを可能にする。その結果、保守停止中に必要に応じて、反応器１のハウジング２の頂部を完全に取り外すことなく、ガス出口分配器区域Ｄを保守することができる。

この型式のガス化反応器１の役割を果たす別の問題は、（頂部が閉じられている）内円錐部４１が、床材料によって浸食され、ライザ３の上端から吹き飛ばされる灰を受ける可能性があることである。この問題に対処するために、別の実施形態では、ガス出口分配器区域Ｄの内円錐部４１は、ライザ３の上端から所定の距離だけ反応器内に位置する。所定の距離は、例えば、特定の寸法の反応器についての搬送解放高さ（ＴＤＨ）、および供給原料の型式、床材料の型式などの他の動作パラメータに基づいて計算される。ＴＤＨは、重力によってガス出口分配器の浸食を引き起こすより大きな同伴粒子が下方に降下する一方で、より小さな無害な粒子が同伴され、ガスと共にガス出口分配器を介して反応器から出る点である。

例示的な反応器の実施形態の上述の説明において、反応器動作の際に有益な効果を提供するいくつかの特徴が記載されていることに留意されたい。これらの特徴のそれぞれは、反応器１の動作を更に向上させるために、単独でまたは組み合わせて適用することができる。本発明の重要な目的は、不活性材料および凝集体の沈降および／または架橋による既存のガス化装置設計の汚れ／目詰まりの防止である。ライザ空気チャンバ区域Ｂに関連する特徴を実施することによって、灰の抽出において障害物を有さない効果が達成され、さらに、流動化空気および始動空気のための分離されたノズルを提供して、反応器１の全動作段階中の効率を高めることができる。ライザースプール管区域Ｅに関連する特徴を実施することによって、例えば、保守及び／又は清掃目的のために、ライザ空気チャンバ区域Ｂを容易に取り外すことが可能になる。反応器１内の傾斜した底部に関して説明した特徴、及び第１流動床を得るための空気ノズル３６－３８によって、これらの特徴は全て不活性物質及び凝集体のライザ空気チャンバ区域Ｂへの指向を増大させるので、効率及び適切な動作が可能になる。最後に、ガス出口分配器区域Ｄに関する特徴も、高いガス速度を有する傾斜した隙間が不活性物質および凝集体の沈降を回避し、さらに、保守および／または洗浄目的のために容易に除去することができるので、反応器１の効率および適切な動作を改善する。

本発明は、図面に示された多数の例示的な実施形態を参照して説明されてきた。一部の部品または要素の修正および代替の実装が可能であり、添付の特許請求の範囲に定義される保護の範囲に含まれる。

Claims (9)

1. 燃料から合成ガスを生成する反応器であって、
   第１流動床を収容する燃焼部を有するハウジング（２）と、
   反応器（１）の長手方向に沿って延び、動作中の第２流動床を収容するライザ（３）と、
   前記ライザに対して平行に位置し、前記第１流動床内に延在する下降管（４）と、
   燃料を反応器（１）に提供するための一つ又は複数の供給チャネル（３３）と、
   を備え、
   前記反応器（１）は、前記ライザ（３）の下部に接続されたライザ空気チャンバ区域（Ｂ）を更に備え、前記ライザ空気チャンバ区域（Ｂ）は、周方向に複数の穴（２４，２５）を有する円筒壁（２８）を備え、
   前記ライザ空気チャンバ区域（Ｂ）は、２つのノズル穴からなり、上部区域に第１の複数の穴（２５）を備え、下部区域に第２の複数の穴（２４）を備え、前記第２の複数の穴（２４）の総開口面は、前記第１の複数の穴（２５）の総開口面よりも大きい、反応器。
2. 前記第１の複数の穴（２５）に連通する流動空気チャンバ（２７）が設けられている、請求項１に記載の反応器。
3. 前記第２の複数の穴（２４）に連通する起動用空気チャンバ（２６）が設けられている、請求項１または２に記載の反応器。
4. 前記ライザ空気チャンバ区域（Ｂ）が、その外部表面に付けられた圧縮可能な材料をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の反応器。
5. 前記反応器（１）は、前記ライザ空気チャンバ区域（Ｂ）の底部に接続されたライザスプール管区域（Ｅ）を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の反応器。
6. 前記ライザ空気チャンバ区域（Ｂ）は、前記ハウジング（２）に接続する上部装着フランジ（２２）と、前記ライザスプール管区域（Ｅ）の対応する装着フランジに接続する下部装着フランジ（２３）とを備え、
   前記上部装着フランジ（２２）の上方に延びる円筒壁（２８）の高さ（ｈ２）は、前記ライザスプール管区域（Ｅ）の高さ（ｈ１）以下である、請求項５に記載の反応器。
7. 前記ハウジング（２）は、前記第１流動床の第１傾斜底部（３１）と、前記第１流動床と前記第２流動床とを前記ライザ（３）の搬送孔（３９）を介して接続する搬送ゾーン内の第２傾斜底部（３２）とを備え、
   前記第１傾斜底部（３１）及び前記第２傾斜底部（３２）上に複数の空気ノズル群（３６，３７，３８）を更に備え、前記複数の空気ノズル群（３６，３７，３８）は、前記第１傾斜底部（３１）及び第２傾斜底部（３１，３２）に沿って空気を誘導するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の反応器。
8. 第１傾斜底部（３１）および第２傾斜底部（３２）は、前記反応器（１）の横断面に対して、５°～３５°の傾斜角を有する、請求項７に記載の反応器。
9. ガス出口分配器区域（Ｄ）を更に備え、前記ガス出口分配器区域（Ｄ）は、内円錐部（４１）および外円錐部（４２）を備え、前記内円錐部および外円錐部は、異なる頂角を有し、前記ガス出口分配器区域（Ｄ）の高さの関数として一定の横断面を有する出口チャネルを形成する、請求項１～８のいずれか一項に記載の反応器。

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