JPH07502766A - ガス化反応器において固体又は泥状の残留物及び廃棄物又は低品質の燃料から合成ガス又は可燃ガスを製造する方法 - Google Patents
ガス化反応器において固体又は泥状の残留物及び廃棄物又は低品質の燃料から合成ガス又は可燃ガスを製造する方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発朗は請求項1に記載の方法に関する。
固体又は泥状の残留物及び廃棄物又は低品質の燃料の集積はこれ以上容認できな
いので、これらの物質の利用は次第に重要になっている。これらの物質には1例
えば自動車の圧砕&量物品、プラスチック、油や塗料や溶媒のスラッジ、一部脱
水された汚泥、タール含有量の高い湿炭又は石炭、古タイヤ等が属している。こ
れらの物質に共通なことは、それらが有機成分を含んでいることである。
例えばタール含有量の高い湿った湿炭又は石炭のように低品質の燃料、古タイヤ
等は、取出される生成ガスガス中の望ましくない留置放出物なしでも現在既にガ
ス化することができる。
特に生成ガスは9発熱麓を減少しかつ再使用を制限すると共4こ環境を汚染する
不純物を全く又はほばなしにすること力5できる。
この目的のため特に立形ガス化反応器が開発され、その特徴(よ。
ばら積み材料床が一部ガス室内に2層に構成されることである。
ばら積み材料床の第1の層は比較的高品質のコークス力1ら成っている。ばら積
み材料床の第2の層は比較的薄Q)層として第1の層の上に載り、低品質の燃料
により形成されてしする。第2のばら積み材料層の自由ばら積み材料面は一部ガ
ス室内の一部ガスバーナに面している。−次ガスパーナ(、を燃料、酸素又+、
1空気及び場合によっては水蒸気を供給されて、吸熱ガスイヒ過程に、必要な顕
熱を与える。−次ガスバーナヘ燃料として例え(ま廃油及び製紙工場からの泥状
残渣が供給される。バーナ中の燃焼により生ずる一部ガスは、 +500ないし
1800°Cの温度で生ずる。ガス化すべき装入物(低品質の燃料例えば古タイ
ヤと脱銅スラッジとの混合物)と接触する際、−次ガスはこの装入物と反応して
生ガスとなる。この生ガスは第2のばら積み材料床へ入る際例えば1684℃の
温度をとり、続いてコークスから成る第2のばら積み材料床を通り、完成した生
成ガスとして笠形ガス化反応器の上端から出る。第2のばら積み材料床即ちガス
化すべき装入物(低品質の例えば)の厚さ及び−次ガス化の設定に応じて、第2
のばら積み材料床の後にある装入物例えば高品質のコークスも同様にガス化され
るか、又は通過する生ガス用のフィルタとして用いられる。−次ガス化の設定は
、バーナにおける酸素と炭素担体との比を介して、又は−次ガス化物質の全量を
介して、又は空気の代りに純酸素がバーナを経て導入される場合酸素と水蒸気と
の比を介して行われる(欧州特許第0194252号明細If) 。
さて前記の立形ガス化反応器による実験の結果1例えGf自動車の圧砕軽鼠分の
ような多数の装入物の高温ガス化の際重大な問題が生ずる。特に多くの場合特に
自動車の圧砕軽量分でi、t 。
この装入物を均一にガス化区域即ち特に−次ガス室へ入れて。
生成ガスが充分均一な品質を持つようにすること(よ困難である。
この問題を解決するため、低品質の燃料を成形し、それ力)ら従来の充填弁を通
して塊状で立形ガス化反応器へ供給するこれまで非公開の努力がなされている。
しかしこのような成形i、t 111:常に費用がかかり、現在まだ充分完成し
てし)なし)。
他のこれまで非公開の解決策も成功しなかつtこ。この解決策によれば1例えば
飛行流ガス化反応器におむブる燃料の装入Gこついて公知であるように、装入物
が粉砕される。ガラス、石、鉄等のような摩耗に強い物質が低品質の燃料に含ま
れていることがあるので、この粉砕には聞届がある。
これから出発して本発明の基礎になっている課題は、低品質及び/又は取扱い困
難な装入物及び/又は有機成分を含む残留物及び廃棄物のガス化の際、特に自動
車の圧砕軽量分のガス化の際、生成ガスのできるだけ均一な品質を保証すること
である。
この課題を解決するため、請求項1の特徴を持つ方法が提案される。
本発明により多数の重要な利点が得られる。
装入物の前熱処理段階(熱分解処理)において、特に装入物が圧砕軽量分である
場合、ガス分&び固体外が、立形ガス化反応器又は飛行流ガス化反応器の運転の
ために必要であるような燃焼又はガス化可能な物質の量比で生ずる(約60%の
ガス分及び約40%の固体外)。従って一部ガスバーナにおける他の燃料の燃焼
は殆ど必要でない。
前熱処理からの固体成分はほば精錬コークスのような性質を持っている。従って
ガスイじの際例えばf′Iisコークスの使用をやめることができるので、ガス
化反応器中の二次分(固体装入物)は、熱処理される低品質の装入物の固体外の
みから成る。従って立形ガス化反応器を使用する場合、ガス化反応器はもはや2
つの異なる装入物を必要とせず、従って例えばドイツ連邦共和国特許第2920
922号明細書又は欧州特許第0143106号明細書に記載されているように
、一層簡単に構成することができる。
本発明による装入物のガス化では、ダイオキシン及び窒素酸化物のような環境破
壊物質は生じない。なぜならば、理論値以下の条件で行われるガス化では、ダイ
オキシンは存在できず。
それが−次ガスパーナの燃料中に存在する場合、比較的高い燃焼温度で破壊され
るからである。−次ガス燃焼からの窒素酸化物は、ガス化条件下で還元される。
更に場合によっては生ずる金属酸化物は、他の利用方法に比較して少ない酸化度
を持ち。
従って毒性が少ない。
装入物に含まれる例えば金属のような不純物は、固体成分が装入物としてガス化
反応器へ与えられる前に、前熱処理段階後通常の分離段階により固体成分から分
離することができる。
ガス化反応器への固体装入物の装入は著しく簡単化されかつ均一化される。
本発明により好まれる飛行流原理により動作するガス化反応器(飛行流ガス化反
応器)は充分公知であり、従ってここで特別な説明は行わない。例えばドイツ連
邦共和国特許第2721047号明細書及び欧州特許第0011151号明細書
が参照される。飛行流原理(煙道塵原理としても知られている)により動作する
ガス化反応器は本発明によれば好ましいが、その代りに特に欧州特許第0011
151号明細書に記載されているように、流動床原理により動作するガス化反応
器も本発明による使用のために考慮される。いわゆる流動床ガス化反応器では、
ガス化反応器内でガス化すべき固体に対して、比較的幅の広い粗粒の粒度範囲(
典型的な値はO,Immないし100mmである)が使用されるが。
いわゆる飛行流ガス化反応器での使用に対しては、約0.001 amないし5
■腸の粒度範囲が使用される。本発明による熱分解段階の後に生ずる固体外は、
熱分解処理後及び飛行流ガス化の後に、その粒度範囲に関して、粉砕、ふるい分
は及び/又は選別により設定され、その際粒度範囲が幅が小さくされる(請求項
2)。
これに対し立形ガス化反応器の同様に本発明による好ましい使用では、熱分解処
理段階の後に生ずる固体は、なるべく粒度範囲幅の特別な設定なしに、また立形
ガス化反応器への固体外の装入の際における取扱いの大した問題なしに、直接装
入することができる。生成ガスの比較的均一な品質は、この運転でも保証される
。このような使用事例では、最初にあげた立形ガス化反応器(欧州特許第019
4252号明細書)が原理的に適している。このような立形ガス化反応器は、熱
分解処理段階後に生じて移fI21層を形成する固体装入物を収容する立形容器
を持ち、この容器の下端に装入物通過口がある。容器の下に設けられて一部ガス
バーナにより加熱される一部ガス室がこの通過口に接続され、この−次ガス室内
において支持面より上に、固体装入物により通過口より下に形成されるばら積み
材料床の一部ガスバーナヘ向くばら積み材料面が構成され、ガス化過程からの生
成ガス及びスラグが適当に取出される。特にこのような立形ガス化反応器が本発
明により使用される時には、熱分解処理段階の後に生じてこの熱分解処理の運転
条件下ではガスの成分を一部ガスバーナヘ供給して、吸熱ガス化過程へガス化熱
を供給できるという利点がある。この場合ガス成分及び場合によっては別の燃料
が、なるべく−次ガス室室内に飛行流を形成しながら供給される。
しかし熱分解処理段階の後に生ずるガス成分がまず凝縮段階を受けるのがよい。
この凝縮段階の後に生ずるガス成分は、それから本発明による可燃ガス及び/又
は可燃ガスの製造過程で史に使用される。このためこのガス成分が、吸熱熱分解
処理段階又はガス化段階用の熱を与えるためガス化反応器又は熱分解処理段階へ
供給されるか、又はガス化反応器の後に生ずる生成ガスが可燃ガス又は合成ガス
の一部として添加される。
凝縮段階の後に生ずる液体成分は場合によっては他の過程でも利用可能であるが
、ガス化のため及び/又は吸熱ガス化過程用の熱を与えるためガス化反応器へ供
給されるのがよい。この場合本発明の好ましい実施態様(請求項3)によれば、
熱分解処理段階の後に生ずる固体成分と凝縮段階の後に生ずる液体成分とが混合
され、混合物のコンシスチンシーに応じて、なるべくポンプ又はスクリュ機械が
使用される。これに適した送り機構及び方法は例えばドイツ連邦共和国特許第2
721047号明細書及び欧州特許第0011151号明細書から公知である。
本発明により製造されるガスの特に有利な使用は請求項4かられかる。
装入物に無機残留物又は廃棄物を添加して、その中に含まれる汚染物質を熱分解
処理段階又はガス化段階において残留物又は廃棄物から除去することも可能であ
る(請求項5)。
本発明の範囲内にある別の変形例は、後述するブロック線図に関連して明らかに
なる(図1)。本発明により処理すべき装入物は大体において固体又は泥状であ
り、ここで泥状とは、固体−液体混合物のみならず、多少濃縮される液体も意味
するが。
原理的には嵌状装入物即ち有機成分を含む残留物又は廃棄物及び/又は低品質の
燃料も9本発明による合成ガス及び/又は可燃ガスの製造方法に使用するか又は
−緒に使用することができる。しかし一般に前述したような液状装入物は、別の
過程においても合成ガス及び/又は可燃ガスに変換することができる。
使用されるガス化反応器に関しても、飛行流の原理により動作するか又は立形ガ
ス化反応器として構成されるようなガス化反応器のほかに、他の形式のガス化反
応器も使用することができる。その例は既に述べた流動床ガス化反応器である。
本発明による製造方法では、ガス化は一般になるべ(+0ないし100 bar
の圧力を受けて行われる。もっと高いガス化圧力も原理的には可能である。同様
に大気圧又は(吸出し扇風機を使用する場合)少し負圧でも、ガス化を行うこと
ができる。
従って本発明は、有機成分を含む残昭物及び廃棄物及び/又は低品質の燃料(装
入物)から、酸素又は酸素含有ガス及び場合によっては水蒸気により9合成ガス
及び/又は可燃ガスを製造するために、まず熱を供給しかつ装入物の成分の燃焼
を大体において回避しながら前熱処理(熱分解処理)により9M入物を運転条件
下でガス成分と固体成分とに分離し、ガス化反応器において合成ガス及び/又は
可燃ガスを製造しながら固体成分をガス化し、処理熱を与えるため及び/又′は
付加的な合成ガス及び/又は可燃ガスを製造するため、製造過程においてガス成
分を少なくとも一部処理するという基本思想に基いている。
装入物の前熱処理からガス化反応器へ供給すべきガス成分又は液体成分に関して
、これらのガス成分又は液体成分が微粒特に粉末状物質の形の固体成分を持って
いてもよいことは明らか熱を供給しながらかつ燃料の成分の燃焼をほぼ回避しな
がらかつガス成分と固体成分とを分離しながらの前熱処理は1種々のやり方で行
うことができる。このためにいわゆる熱分解装置が公知である。その構成及びそ
の方法条件は公知なので、これ以上説明しない。不発+1JJにより使用可能な
熱分解装置及び別の低品質の燃料の典型的1シ例は9例えば流動床反応器におけ
る屑木材の熱分解又は回転管反応器における化学製品残漬の熱分解前述されかつ
請求項に記載されかつ以下の実施例で説明されるように本発明により使用すべき
構成部分又は方法段階は、その大きさ、形状、材料選択、技術的概念及び方法条
件において。
特別な例外条件の下にないので、それぞれの適用分野において周知の選択基準が
無制限に使用される。
本発明のそれ以外の詳細、特徴及び利点は、添付図面の以下の説明から明らかに
なる。
図面において1図1はブロック線図を示し。
図2は設けられを使用する場合の簡単化した方法図を示す。
図1に示すブロックli1.図は原理的にはいかなる形式のガス化反応器にも適
用されるが、まず飛行流ガス化反応器の好ましい使用に関連して説明される。別
の方法の流れは破線で示されている。好んで使用される方法段階のみが付加的に
破線で囲まれ図1によれば、有機成分を含む残留物又は廃棄物及び/ヌは低品質
の燃料(以下装入物と称する)は1例えば間接加熱されるロータリキルン(90
0°Cまでの筒壁温度)のような熱分解処理段階+01へ供給される。この熱分
解処理段階+01において。
大幅に酸素なしに、装入物が無を供給されかつ装入物の成分の燃焼をほぼ防止さ
れながら、約300ないし650℃の温度で熱処理される。熱供給のため、外部
ガス、ガス化反応器102の後に生ずる生成ガス、及び/又は熱分解処理段階+
01の後に接続される凝縮段M103の後なるべく熱分解ガス浄化段階104に
生ずる熱分解ガスが使用される。
熱分解処理段階+01において装入物から生ずる中間生成物は分離されて、蒸気
(ガス成分)及びコークス(固体成分)として導出される。固体成分は、場合に
よっては粉砕、ふるい分は及び/又は選別段階105における粒度範囲幅の設定
後、それぞれの形式のガス化反応器(ガス化反応器1021に適した寸法に設定
され9例えば空気圧でガス化反応器102へ供給される。l固体成分に含まれる
物質例えば金属は、固体成分がガス化反応器102へ供給される前に1分離段階
+06例えばふるい分は装置において除去することができる。
熱分解処理段階+01の後に生ずるガス成分は蒸気として、ガス化及び/又は反
応熱供給のためガス化反応器+02へ供給されるか、又はまず凝縮段階103へ
通される。ここで分離されて凝Wi条件下で生ずる残留ガスは、なるべく熱分解
ガス浄化段階104の通過後、処理熱を供給するため熱分解処理段階101へ供
給される。その代りに又はそれに加えて、ガス化熱を供給するため熱分解ガスを
ガス化反応器102へ供給するか、又はその後に生ずる生成ガス流へ供給するこ
とができる。これらの場合熱分解ガスゆ化段階を査くことができる。
凝縮段階103の後に生ずる油(液体成分)は、他の過程で使用されるか、又は
ガス化反応器102へ導入される。待にこの油を熱分解処理段階+01からの固
体成分と共にガス化しようとすれば、両方の成分をまず浄化し、ポンプ又はスク
リュ機械+07によりガス化反応器102へ供給することができる。
カス化反応] 102の後に生ずる無機成分は、もはや集積する必要がなく、材
料として使用可能である。ガス化反応器102の後に生ずる生成ガスは、一般に
ガス浄化段階108で浄化される。
生成ガスから除去される成分は、少なくとも部分流としてガス化反応器+02へ
供給されて、そこで生成ガス又はS機成分に分離される。なお硫汝、塩及び重金
属のような濃縮される有害ガス成分は更に除去することができる。
ガスゆ化BIMroBの後に生ずる生成ガスは、場合によっては既存の発%を所
+09において、又は場合によっては一部熱分解処理段階+01において燃焼さ
せるが、又は合成ガス又は他の可燃ガスさして使用することができる。
図2に詳細に示す立形ガス化反応器100はドイツ連邦共ta国特許第2920
922号明細書から公知である。外側絶縁物33を持つ圧力容器lは、立形ガス
化反応器+00を形成している。この圧力容器1は、垂直な上部と側方へ屈曲す
る下部とを持っている。圧力容器1の上部には、固体装入物が充填弁4を経て供
給され、各サイクル後この充填弁4は、導管5を通して不活性ガス例えば蒸気で
洗浄される。塊状の固体装入物は、圧力容器lに収容されている冷却水導管から
成るかご3へ達し、この中で上の自由表面12を持つばら積み材料円錐のばら積
み材料】1を形成する。かご3の導管は下部環状分配器31に接続され、かご3
と圧力容器lとの間の空間にある降水管30が、冷却水供給導管7に接続される
上部環状分配器29からこの下部環状分配器3!へ通じている。
かご3は、下の3分の1に、−次ガス室21の上部隔壁を形成する内方突起20
を持っている。このようにかご3内にあるくびれ部(通過口)のため、ばら積み
材料口の下端に斜面状の自由ばら積み材料面13が必然的に生じて、−次ガスi
21をこの側で区画する。
ばら積み材料11は、かご3の下部に同様に冷却水導管により形成されるスラグ
槽20上に載っている。下部従って突起20より下で、スうグ槽20を含むかご
3の内側は耐六朶き固め素地32を備えている。ばら積み材料】lの下の自由ば
ら積み材料面13を形成する斜面は、ばら積み材料11から遠い方にあるスラグ
槽20の隅に形成されるあふれ堰16から驕れている。
ばら積み材料の下の自由ばら積み材料面13とあふれ堰16との間に、ガス化反
応器+00の運転の際自由表面を持つ流動スラができる。−次ガス室21の外側
部分はかご3の耐火突き固め素地32により区画される。
あふれ堰16にすぐ対向して、圧力容器lの壁に一部ガスバーナ2が設けられ、
低品質の燃料の前熱処理からのガス成分。
酸素又は酸素含有ガス及び場合によっては蒸気がこの一部ガスバーナ2へ供給さ
れる。−次ガスパーナ2により形成される一部ガス噴流は、斜め下方にばら積み
材料の下の自由ばら積み材料面13及びスラグ浴14の自由−表面へ向けられて
いる。こうして下のばら積み材料面13及びスラグ浴14上に浮遊する炭素を含
む成分の強力なガス化が行われ、あふれ堰16がふさがるのを防止される。なぜ
ならば−次ガス噴流15は、あふれ堰16の力へ流れるスラグ流とは逆に向いて
いるからである。
それ以上の詳細についてはドイツ連邦共和国特許第2920922号明細書が参
照される。可能な変形例の1つとして本発明により同様に使用可能な2つの装入
物用の装置(立形ガス化反応器)は、欧州特許第0194252号明細書に記載
されている。これら2つの刊行物を参照する際注意すべきことは、ドイツ連邦共
和国特許第2920922号明細書では、ばら積み材料IIは比較的高品質の燃
料から成っているが、そこに記載されている立形ガス化反応葬は1本発明の場合
熱処理される低品質の燃料の固体成分のtこめに(受用されることである。
なお図2に示すように、廃棄物と称される装入物は、まず前熱処理用の熱分解と
称される装置へ供給される。この前熱処理は、熱を供給しかつ装入物(低品質の
燃料)の成分の燃焼をほば防止しグJがら行われ、この処理が公知のように行わ
れて、互いに分離されかつ図2では一方では熱分解ガス(ガス成分)と称され他
方では熱分解コークス及び有用物質と称されるガス成分及び固体成分が生ずる。
場合によっては生ずる液体成分が固体成分及び/又はガス成分であってもよいこ
とは明らかである。
この前熱処理の際例えば次の方法条件が設定される。約300〜650”Cの温
度、及び約0.9 X 105ないし1.2 X 105Pascalの脱ガス
圧力。
空気分離機、ふるい等のような分離装置において、固体成分を熱分解コークスと
有用物質の成分に分Nすることができる。
熱分解コークスはそれから充填弁4を介して立形ガス化反応器100へ供給され
る。
前熱処理において生ずる熱分解ガス(ガス成分)は−次ガスバーナ2へ供給され
る。
立形ガス化反応器100に生ずるスラグは排出弁26から排出されるが、生成ガ
スは、ばら積み材fil+を通った後ガス出口6から出て、ガス及び固体の不純
物(H2SIIIcL l塵埃)を除去した後、 BIIKWと称される地域@
房発電所へ、駆動機械例えばガス機関又はガスタービン用のガス状燃料として供
給され。
地域暖房発電所で行われる生成ガスの燃焼の除虫ずる煙道ガスは1通常のように
煙突を介して大気へ放出される。熱分解ボイラの加熱は、熱分解ガスの燃焼によ
り直接に行うか、又はBHKWからの煙道ガスの取出しにより間接に行うことが
できる。
符 号 リ ス ト
1 圧力容!i′!!27 凝縮水出口2 −次ガスパーナ 28 環状管寄せ
3 かご 29 環状分配器
4 充填弁 30 降水管
5 不活性ガス浄化導管 31 環状分配管6 ガス出O′32WI4火素地
7 冷却水供給導管 33 外側絶縁物8 冷却水排出導管 +00 立形ガス
化反応器9 送りスクリュ +01 熱分解処理段階10 送りスクリュ +0
2 ガス化反応器II ばら積み材料 +03 凝縮段階12 表面 +04
熱分解ガス浄化段階15 −次ガス噴流 107 スクリュ機械/ポンプ16
あふれ堰 +08 ガス浄化段階17 スラグ流 109 発電所
18加仕水噴流
19 水浴
20 突起
23 水噴出ランス
24 蒸気通過口
25 蒸気出口
26 排出弁
国際調査報告 ρCT/EP 921016071++、+。−7え、1.、ゆ
− ρCτ/EP 92101607フロントページの続き
(72)発明者 レーデペニング、カルルーハインツドイツ連邦共和国 デー−
4285ラースフエルト イム メンジング 3
(72)発明者 ヴエニング、バー0.ペーテルドイツ連邦共和国 デー−42
85ラースフエルト フエルトシュテイーゲ11
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 飛行流原理により動作するか又は立形ガス化反応器として構成されるガス化 反応器を使用して約800℃ないし約1700℃及び場合によつてはそれより高 い温度で,酸素又は酸素含有ガス及び場合によつては水蒸気により,有機成分を 含む固体又は泥状残留物及び廃棄物及び/又は低品質の燃料(装入物)から合成 ガス及び/又は可燃ガスを製造するものであつて,a)特に加熱される回転管内 で,熱を供給しかつ装入物の成分の燃焼をほぼ防止しながら,まず前熟処理(熱 分解処理)により,装入物を,運転条件下でガス状特に蒸気状のガス成分と固体 成分とに分離し, b)固体成分をガス化すべき装入物として,場合によつては有用物質の分離後ガ ス化反応器へ供給し,c)ガス成分も同様にガス化反応器へ供給するか,又は凝 縮段階後製造過程において使用して,凝縮段階の後に生するガス成分を直接合成 ガス及び/又は可燃ガスの一部として,ガス化反応器の後に生する生成ガス流に 合流させるか,又は吸熱過程用の熱を供給するにめガス化反応器又は熱分解処理 段階へ供給し,凝縮段階の後に生する液体成分を他の過程で利用するか,又はガ ス化のため又は吸熱ガス化過程用の熱を供給するためガス化反応器へ供給する ことを特徴とする,方法。 2 熱分解処理段階の後に生するガス成分の粒度範囲幅を,飛行流ガス化反応器 におけるガス化の前に粉砕,ふるい分け及び/又は選別により小さくすることを 特徴とする,請求項1に記載の方法。 3 熱分解処理段階の後に生する固体成分と,凝縮段階の後に生する液体成分と を混合し,なるべくポンプ又はスクリュ機械によりガス化反応器へ一緒に供給す ることを特徴とする,請求項1又は2に記載の方法。 4 ガス化反応器の後及び場合によつては凝縮段階の後に生する集成ガスを,場 合によつては存在する有害物質(有害ガス成分)の除去後,ガス状燃料として, 既存の発電所特に地域暖房発電所の運転のために使用することを特徴とする,請 求項1ないし3の1つに記載の方法。 5 装入物に無機残留物又は廃棄物を添加することを特徴とする,請求項1ない し4の1つに記載の方法。
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