JPS5938284A - バイオマスのガス化 - Google Patents

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】 本発明は１９８２年４月１６日登録の共願中の米国Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ　Ｐａｔｅｎｔ　５ｅｒｉａｌ　Ｎｏ、０６
／３６９，２１９に開示されている無格子、下向き通風
のメイオマス発生器の主題の改良に関するものである。

我々はその中で、反応支持流体が負圧にある炭化床を通
って下向きに発生ガスを引き出す吸引ファンによって引
張り出されるときに最良の結果が得られることを認めた
。我々はまた、流体供給回転パイプの使用によるバイオ
マス塔及び炭化床の連続的攪拌の必要性、並びに炭化床
内でパイプによって回転される流体排出管を使用するこ
とによる流体の平均分散の必要性を開示した。

我々のさきの連続転化系に於て既知の提案にまさるきわ
めて改善された結果が得られたが、炭化床をその下方で
支持する回転台場（ｐｌａｔｆｏｒｍ）は我々が望む高
品質ガスを得るのに必要とされる動力学的な動きを提供
することがなく、またこのガス化器を工業上のすべての
目的に汎用的に許容できるようにするのに必要な最良の
高生産割合を達成することもできない。

それ故、我々のさきの開示と同じの基本的で有利な原理
と概念に一般的に従うことによって、我々は今回、パイ
プ回転の台場を発生器の絶縁さｉｔだ底の上方へ上げ、
ガス取出し系の人口をこのようにして提供さハた空間の
中に位置せしめた。この回転台場は今回は孔があけられ
、絶えず転がっているボール状部材の一つの床を支持し
、その部材の上に炭化床が静止している。これらのボー
ルは、発生しつつある熱に対して抵抗−性のあるもので
、全く新しい改善されたタイプの運動エネルギーを発生
するよう間断なく軽くゆられかつ位置がずれ、反応時間
を実質的に短かくしかつガス品質をかなりの程度に上げ
るようにさせるものである。

ボールに付ハされる作用は、炭化床の崩壊をおこさせて
極度に熱い部分？暁した粒子にし、そしてそれらの粒子
を誘導して下向きにボール層の中に移しその中で高温の
生きている粒子の反応をおこさせることである。台場を
通してガスｙ−緒に引き出される灰分の量は一般的に最
少化され、バイオマスを使用可能の可燃燃料へ転化する
のに必要とされる時間は十分に許容できる程度へ減らさ
れる。

図に於て、バイオマスガス化の目的のために、ガス化器
１０が提供されているが、それは上部管状部分１２と下
部管状部分１４とをそれぞれ有する中空のガス発生器を
含み、この両者は相対的に入れこになっていて解放可能
の締結装置１８を通して結合されている一連のフランジ
によって連結“　されている。部分１２は開放頂部２０
をもち、部分１４は一対の梁の上にのっている中空基盤
２４の上部板２２によって閉鎖されている。

部分１４は実質上、板２２によって支持された砂６０の
ような外側絶縁材料の上にある外側絶縁材料２８を受容
するため二重壁構造である。絶縁物６２はまたその上に
横たわる砂′５４などと一緒に部分１４内で板２２によ
って支持される。

部分１２の開放頂部２０は部分１２によって塔中にバイ
オマス物質（図示せず）の供給を受けて閉ぢこめるよう
適合させており、そし℃発生器１０中の真直ぐ（好まし
くは垂直）に伸びた下向き空気供給管６６は発生器内の
バイオマス物質上方の最上端で大気に開放している。管
６６は板２２上にのり７ランジ４０が絶縁材料６２と６
４の内部で板２２に固定され管６６をとりまく環管上に
のっているはめこみプラグをもっている。

管ろ６は原動機（図示せず）によって基盤２４内部でギ
アボックス４６の中にのびる軸４４を通じて回転し、ボ
ックス４６内部のギアの出力装置は板２２を貫通しかつ
プラグろ８内のソケットとはまり合５回転し得ろ多角形
スタブ（ｓｔｕｂ）である。

スロット５２のような多数の開口を備えた円形、板状の
支持用台場の性質の格子５０は絶縁材料６４の上方空間
で管ろ６をとりまき管へそれと一緒に回転するよう固く
固定されており、格子５０の直径は部分１４の内径より
小さい。ばらばらの高（・熱抵抗性のボール様（好まし
くは球状）部材の層５４は格子を蔽っている。層５４上
には部分１４内で反応するバイオマス物質の炭化床（図
示せず）かのつ℃おり、この床の水準５６は通常はガス
へ転化されつつある物質の性質及び他の多くの条件と環
境に応じて絶縁物２８のほぼ上限より高くには達しない
。

燃焼支持用空気または他の流体を大気から炭化床の中に
向ける装置はそれぞ几管状分岐の上部及び下部の集合体
５８と６０を含み、これらはナベで発生器１０内部に於
て管２６へ連結及び固定されている。上方集合体５８は
この種分岐６２の上方の一組及び分岐６４の下方の一組
を含み、それらはすべて管６６からある角度で下向きか
つ外向きにのび、水準５６上またはそれより僅かに下で
排出する。なおさらに、炭化床内部に一列の空気排出分
岐６６が備えられており、管６６へ連結及び固定されて
おり、分岐６２．６４及び６６のすべては管６６と一緒
に回転し得る。

絶縁物２８と部分１４の壁を貫通し、管６６の方へ発生
器１０の中にのびている複数の放射状棒６８は層５４の
上方にかつ木炭床内部に配置されて、回転している層５
４によるこの種の床の回転を妨害または遅延させる。こ
れらの棒６８は発生器１０の外側から除いて管６６及び
付属部品を発生器１０から引上げること及び取除くこと
を可能とする。

部分１２中のバイオマス物質のた駒の多数の攪拌部材７
０は各種の高さで配置され管３乙に固着され、管６６か
らそれと一緒に回転子るよう放射状にでている。

入力シャフト７４を備えた内部羽根つきローター（図示
せず）をもつ、遠心排気扇７２のような吸引装置は部分
１４と、格子５０の下方で、部分１４の壁を通しかつそ
０絶縁物２８を通してのびているファン７２の入口アロ
によって連がっている。ファン７２はその目的は、（Ｚ
）　　分岐６２．６４及び６６から炭化床の中にかつそ
れを通して流体を引張り、ｂ）流体を炭化床を通しかつ
層５４の中に引き込み、Ｃ）空気を下向きに部分１２中
のバイオマス中を引張り、そしてｄ）発生ガス及び発生
器１０内部からの随伴灰分をとり出す、ことである。

ファン７２によってスロット５２を通し℃下向きにひき
出されつつあるガスがいくらかの未燃焼灰分を含む場合
には、その灰分随伴ガスはファン７２の出ロア８からサ
イクロン分離器（図示せず）のようなフィルターの中に
強制的に入れ、その後、清浄ガスをファン７２によって
使用個所及び（または）予備冷却に向けられる。

ガス化器１０と上述関連装置を使用することによる、バ
イオマス物質を可燃性のガス燃料に転化させる連続的ガ
ス化方法は、何か適当な手段（図示せず）によって開放
頂部２０を通してこの種の物質を実質上溝たした部分１
２を維持することを含む。この種の物質は一つの主要例
としては氷相チップを含むが、しかしこのあとで使用す
る通り、「バイオマス」という言葉は鋸くず、こく物残
直、工業廃棄物、及びその他事集土すべての、層５４の
上方及び内部に於て化学反応を受けてその反応の結果と
して燃焼ガスを放出する燃焼可能物質、も含める意図で
ある。この方法に於てはまた、最良の結果を得るために
は、部分１２中の物質を多少ばらばらの状態にかつ互に
橋架けを行なわないように、回転かつ攪拌する部側７０
をすることによって使用しつつあるバイオマスの性質、
密度、水分含量、周辺湿度条件、及び固着傾向、に応じ
て維持することが必要または多少望ましいと思われる。

次の段階は部分１４内部で層５４と水準５６との間に炭
化床をつくらせ維持することであり、このような床が少
くとも約２４００７（１２０４℃）に至るきわめて高温
で反応寺ることが期待される。

明らかに、これは管６６及びその分岐６２．６４及び６
６をゆっくりと回転させることによって床を連続的に供
給し、大気からめ空気のような反応支持ガスを適切に供
給しあるいは下向き０負圧系中で管の上端へ酸素を供給
することによって達成されろ。分岐６２．６４及び６６
が一定的に回転しているという事実は流体のこのような
平均分散結果を達成する助けとなる。

回転する分岐６６は、攪拌がなければ固着し合って反応
割合を低下させる傾向があるバイオマスの、たえず攪拌
されている炭化床をばらばらの状態に保つ℃いる。しか
し、その床が一つの均質塊として回転する傾向がある場
合には最良の結果が可能でないかもしれず、それゆえ、
このような傾向は遅延棒６８を設置し、流体を絶えず回
転している分散系中に絶え間なく引き込み燃料との正確
かつ均一の混合を右えることによって克服される。

反応はタール及び油を分解しかつ酸素及ガス分を放出し
て木炭を崩壊させるような反応があり、このようなガス
はファン７２によって木炭床中を通して絶えず引かれて
いる。

恐らくは、この連続発生器１０の最も重要な姿は層５４
とその工程段階である。ガスと木炭は、層５４の高温ボ
ールがその上に提供されでいろ回転格子あるいは保持用
台場５０から成る本発明のこのような転化動力学系の中
を進行する。）％５４中に於工、タール及び油はさらに
分解さ第１１、木炭はそこで崩壊されて濾過可能な灰分
となる。ボールの運動はきわめて活溌で不規則な運動を
右えて内部に生きた床を生成させ、そしてこのような運
動によってガスと灰分は平均にガス吸引ファン７２の中
に引きこまｎ、る。

管５６は正確に垂直な軸の周りの回転に限定されるもの
ではなく、もちろん限定された程度にではあるが、部分
１４によってかこわれている格子５０の運動（回転以外
の）の限界内でいくらかの横方向運動を行ない得るとい
うことは注目すべきである。このことは、ある可能な程
度に於て、部材７０と分岐６２．６４及び６６の作用と
所望効果を改善するものである。しかしより重要なこと
は、層５４のボールがそれに及ぼされる振動効果のため
にたえずゆすられることであり、そして見のがしてなら
ないのは、部分１４の内面に沿う赤熱ボールの摩擦的こ
すり運動であり、格子５０と層５４が例えば６分毎に１
回という割合で回転する間にボールが格子上でころがり
、ずｆ’Ｌそしてころがり込だりころがり出たりする。

製作工部は維持されておらず、部位１４の内面は完全に
は日時形でなく、これらはすベニ、抗閉塞性の床５４の
中への木炭のＶ過をおこさせかつ増進してその中でさら
に反応をおこさせるものである。

ファン７２はその出ロア８に於て正圧を提供しながら均
一なガス生産速度を維持するよう静圧で引張る。加丁ガ
スは次にサイクロン系中を通ってほぼ１５ミクロン以下
の粒子を除去する。清浄ガスを次にさらに必要ならｆ過
し、冷却し工業用途に供する。系中のすべての運動は同
調しておりガス生成は所望生産量に適するよう変更して
よい。

入口アロの中への流れのために格子５ｏの下から実際に
引張られる灰分の量は層５４内部でボールの使用と運動
によっておこされる反応のために全く少なく（もちろん
使用されつつあるバイオマスの性質に依存する）、その
結果、２００あるいはそれ以上程度の熱量（ＢＴＵ）を
もつ高品質ガスが得られる。

長時間の使用後に於ても、格子５ｏ上にスラグあるいは
あるいはクリンカーの残渣が認められず、そしてバイオ
マス内の岩石及び金属はまた反応帯を完全に崩壊させる
ことも認められた。

層５４の一般的に丸いボールの性質、寸法及び形状はい
ろいろ変っ℃よいが、スロット５２が例えば約％”　ｘ
　Ｐ　（０，９５ｃｒｆＬＸ　２．５Ｃ／ｒＬ）である
場合には％“から２″（１，２５ｃｎＬから５．０　ｃ
ｍ、　）の直径がきわめて満足すべきものであり、一方
向時にガスと灰分の流れを妨げないものである。不銹鋼
は妥当なコストで得られるならば一つの可能性として提
案されるが、高価であるので、アルミニウム含量が９０
から９８％であるボールの使用が好ましいかもしれない
。白金のような熔融し難い重くて引き伸ばし易く可鍛性
のある金属で被覆したボールの使用も試みており、白金
が工程中で実際に溶解する度合はガス品質をさらに改善
する。

総括していえば、開放頂部２０並びに管３乙の中に下向
きに引張られる反応支持流体は部材７０によって攪拌さ
れろ物質中を容易に流れ、炭化床が分岐６６によってば
らばら状態で保たれているので分岐６２．６４及び、６
６によって炭化床中に平均に分散する。従って、流体の
欠乏のためあるいは熱の結果としての固着またはクリン
カー化のために反応が低下することがない。

作用は炭化床を小粒子に崩壊させるものであるが、しか
しこの崩壊は炭化床へのボールの作用の結果以上にある
。これは粒子と微粉を炭化床から重力で沈めさせ、たえ
ず動い℃いる層５４の中にすり込ませたり１過したりし
て、その層５４の中で、その中に引きこまれつつある流
体の適切な供給によって十分に支えられて、粒子がかな
り急速に崩壊するような反応がさらにおこる。

層５４のボールは炭化床の下面上でたえず麟擦的に活動
して部分燃焼粒子の破壊をひきおこしかつ重力的沈下に
誘導する。また、ボールはばらばらの状態に伽たれてい
るので、粒子は容易に層５４の中にずれ込み、そして運
動状態に保持されるのみならず層５４内のボールの不断
の運動によってさらに破砕される。

ボールの運動は層５４０回転に制限されない。

その中の粒子は、層５４の周隙がその回転の間に部分１
４の内壁と摩擦的にかみ合うにつれてボールの運動がお
こるという事実によってまた、絶えずまぜ返されている
。なおさらに、管６６が不安定的に回転するかぎに於て
は、台場５０、従って層５４、は動揺及び振動する。管
３６はイアリング、スリープ、あるいは環管によって制
約されておらず、そし℃環管４２内の管３６の取り付は
並びにプラグ６８中のスタブ４８の取り付けはすき間の
あるものであり精密なものではない。

全体として、ボールは転がり、ゆすぶられ、振動し、台
１易５０上及び層５４内部に於て絶えずその位置をずら
して移動し、ごく少量の容易に除去でき粉塵状の灰とな
ってファン７２の中に通るようになるまでのきわめで高
度の崩壊がおこるようになる。その結果は、広範囲のバ
イオマスの比較的清浄かつ高品質のガスへの高速かつ実
質的完全の転化であり、下向き通風の負圧系と絹合わせ
て行なうものであり、在来のバイオマスガス化方法及び
装置に於て一般的に存在する未解決問題の解決に５まく
貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ってつくったバイオマスガス化器に
つい℃、第２図の線１−１上で採った断面図であり； 第２図は頂部の平面図であり： 第６図及び第４図は第１図のそれぞれ線６−６及び４−
４上で採った断面図である。 ２０：バイオマス投入口 ６６：下向き通風管、回転式 ５０：孔（５２）開き台場 ５４：ボール層 ５６：炭化床の高さ上限 ７２〜７８二発生ガス取出し装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 土　バイオマスの一定供給を受けるよう適合させたガス
   発生器： 上記バイオマス供給物の下方で反応１キする上記バイオ
   マスの炭化床を下方にもつ、上記発生器中の転化動力学
   系： 発生器中で可動性の保持用台場（ｐｌａｔｆｏｒｍ）と
   高温に耐え木炭床と台場との間に挿入的に配置したバラ
   バラ状の部材から成る層とを含み、台場によって該部材
   を連続的に動力学的に運動させて木炭粒子が炭化床から
   この層の中に重力的に濾過されそれによって該層中で活
   溌な木炭反応をつくり出させる、上記動力学系： 発生器に反応支持用流体を供給する下向き通風の負圧系
   ： 流体通路を提供する手段及びこの通路な経てかつ下向き
   に上記炭化床と上記層を通して流体を連続的に引込むだ
   めの手段を含む上記圧力系： 発生ガスを発生器からとり出すよう配置された上記引込
   み手段： を含む、バイオマスな可燃性ガスへ連続的に転化させる
   ためのガス化装置。 ２、上記発生器が上記バイオマス供給物、上記炭化床及
   び上記層を通して空気を流すために大気へ開放されてい
   る、特許請求の範囲第１項に記載の発明。 ６、上＝ｅバイオマス供給物を連続的に攪拌する装置を
   含む、特許請求の範囲第」項に記載の発明。 ４、上記の部材の運動が上記台場によって付与さｎる動
   揺運動を含む、特許請求の範囲第１項に記載の発明。 ５、上記の部材の運動が上記層中の部材の連続的変位を
   含む、特許請求の範囲第１項に記載の発明。 ６、上記の部材の運動が上記台場によって付与される層
   の不断の回転を含む、特許請求の範囲第１項に記載の発
   明。 Ｚ　炭化床な連続的に攪拌する手段を含む、特許請求の
   範囲第１項に記載の発明。 ８、上記攪拌手段が流体を通路から炭化床の中に向ける
   装置をもつ、特許請求の範囲第７項に記載の発明。 ９　攪拌手段が回転可能である、特許請求の範囲第７項
   に記載の発明。 １０、　　炭化床の回転を遅延させる手段を含む、特許
   請求の範囲第９項に記載の発明。 １１、上記遅延手段が炭化床の中に伸びかつ回転に対抗
   して炭化床を保持する手段をもつ、特許請求の範囲第１
   ０項に記載の発明。 １２、上記台場がその中に上記ガス流が通過するための
   開口をもつ、特許請求の範囲第１項に記載の発明。 １６、上記引込み手段が上記反応から生ずる灰分な上記
   の層から上記開口を通して引込むよう配置されている、
   特許請求の範囲第１２項に記載の発明。 １４、上記ガスの灰分含有量を減らす手段を含む、特許
   請求の範囲第１６項に記載の発明。 １５、上記台場が回転可能である、特許請求の範囲第１
   項に記載の発明。 １６、上記部材が台場の回転に即して台場上で絶えず転
   がり得る、特許請求の範囲第１５項に記載の発明。 １Ｚ　　上記部材が台場による上記層の回転中に発生器
   と摩擦的にかみ合って層中で部材を絶えず変位させるよ
   う配置される、特許請求の範囲第１５項に記載の発明。 １８、上記の通路提供手段が発生器中に上部の流体導入
   口とその導入口の下方に流体を炭化床中に排出するため
   の手段とをもつ直立管を含む、特許請求の範囲第１項に
   記載の発明。 １９　　上記の舌が流体を炭化床の中に平均に排出させ
   るために連続的に回転し得る、特許請求の範囲第１８項
   に記載の発明。 ２０　　上記の管が連続的に回転可能であり、−緒に回
   転させるためのそれに固定した台場をもち、上記の部ｖ
   ｌの運動が上記台場によってそれへ＋Ｉ４される上記層
   の回転を含む、特許請求の範囲第１８項に記載の発明。 ２１、上記の管が定常でない動揺に対して支持されそれ
   によつ℃上記部材の運動が一つの動揺運動を含む、特許
   請求の範囲第２０項に記載の発明。 ２２、上記の部相が台場による上記層の回転中に発生器
   と摩擦的にかみ合つ１層中で部材を絶えず変位させるよ
   う配置されている、特許請求の範囲第２１項に記載の発
   明。 ２６、上記の管が炭化床を絶えず攪拌するために炭化床
   中の自らの上にありかつ一緒に回転し得る手段をもつ、
   特許請求の範囲第２２項に記載の発明。 ２４、炭化床の回転を遅延させろための炭化床中の手段
   を含む、特許請求の範囲第２６項に記載の発明。 ２５、バイオマスガス発生装置におＲる、自らの開放頂
   部を通してバイオマス物質の供給を受けるよう適合させ
   た中空で頂部開放のガス発生器： 発生器中の物質の上方で最上端に於て大気へ開口してい
   る、発生器中ののびた直立の下向き送風式の空気供給管
   ； 発生器中で物質の下方にある可動性台場；物質の下方で
   格子を蔽いそれによって発生器中で反応する物質の炭化
   床をその上に受けるよう配置された、ばらばら状で高耐
   熱性の個別ボール様部月から成る層； 燃焼支持用空気を床の中に向けるための手段をもつ上記
   の管： 空気を管から床の中に引き込みかつ発生器から発生ガス
   を取り出すために格子の下方で発生器と繋がっている吸
   引手段： 層内で粒子を反応させるために床から層の中に木炭粒子
   の沈下を肪起させるのに十分な、格子上部材の絶え間の
   ない運動を行わせ得る、連続的運動を格子へ付写するだ
   めの手段。 ２６．上記格子が連続的に回転可能であり、層が発生器
   を横断する距離にひろがり、部材が発生器の内面と摩擦
   的にかみ合いその間格子と層とが回転しておりそれによ
   り部わが層内で絶えず変位干る、特許請求の範囲第２５
   項に記載の発明。 ２７　　上記格子が絶え間なく回転し得ろものでありか
   つ回転中の振動に対して支持されている、特許請求の範
   囲第２５項に記載の発明。 ２８、上記の管が回転可能であり、上記格子が一緒に回
   転するために管へ固定されている、特許請求の範囲第２
   ５項に記載の発明。 ２９゛　　管の正規回転軸の横方向の限定された振動性
   運動に対して管を支持する手段を含む、特許請求の範囲
   第２８項に記載の発明。 ５０、　　塔内にかこまれた上記バイオマスの一定供給
   を紐持し； 上記層の下方で上記バイオマスの連続的に反応する炭化
   床なつくり出し； 上記炭化床の下で高温に耐えるばらばらの部材の一つの
   層を連続的に動がして木炭粒子を炭化床から上記の層の
   中に重力的に濾過させかつ層内部で活溌な炭化反応をつ
   くり出すことによって、転化動力学的系を確立し；炭化
   床を通しかつ上記層を通して下向きに反応支持用流体を
   連続的に引き込むことによって下向き通風の負圧系を生
   じさせ；そして、上記層の下方から発生ガスを連続的に
   取り出す； 各工程を含む、バイオマスを可燃性ガスに連続的に転化
   させる方法。 ３１、　　層を動かす上記工程が上記層内部に上記部月
   ニよる転がり作用をつくり出すことを含む、特許請求の
   範囲第６０項に記載の発明。 ６２、層を動かす上記工程が層を動揺させて層中の部材
   をゆすぶることを含む、特許請求の範囲第６０項に記載
   の発明。 ６３、炭化床を連続的に攪拌して炭化床を上記粒子に破
   壊しかつその上記沈降を増進することを含む、特許請求
   の範囲第６０項に記載の発明。 ３４　　上記層の運動が回転的であり、かつ上記層の回
   転に即して上記炭化床の回転を遅延させることを含む、
   特許請求の範囲第６６項に記載の発明。 ３５、層を動かす工程が上記層の回転を含む、特許請求
   の範囲第６０項に記載の発明。 ６６、層の回転中にその周縁で層を摩擦的にかみ合わさ
   せて部材を層中で変位させることを含む、特許請求の範
   囲第′５５項に記載の発明。 ３７　　層の回転中に層を動揺させて層中で部材をゆす
   ぶることを含む、特許請求の範囲第６６項に記載の発明
   。