JPS5940188B2 - 有機繊維物質から可燃性ガスを製造する方法およびその生成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有機繊維物質から可燃性ガスを製造する方法
およびその生成物に関し、特に、従前木材や農業廃棄物
から得られたガスよりも多量の熱量を与える可燃性ガス
を有機繊維物質から製造することを可能としたものであ
る。

これまでに、木材やその他の有機廃棄物を燃焼すること
により、燃料として燃焼させることのできる可燃性ガス
を製造することが提案されている。

その場合、木材は普通ガス化機またはダイヂエスター（
ｄｉｇｅｓｔｅｒ ） と呼ばれる容器（通常、直径
約４フイート、高さ約１２フイートの円筒状ないしはそ
れに類似の形状の容器）内で燃やされる。

この高く細長いタンクの底部で、燃料用木材粉（ｈｏｇ
ｆｕｅｌ ）やその他の各種木材廃棄物を、底部から徐
々に送給される空気で燃焼させている。

かかる木材は、水分含有率が高く、約１２００下の温度
を生ずるような条件下で燃焼させられ、メタン、一酸化
炭素および二酸化炭素など比較的分子重量の低い炭化水
素および酸化物を生ずる。

これら従来法は、木材中の炭素のみを可燃性ガスに変換
するようにしたものであるため、得られるガスの発熱量
は低（、従って広く工業的に用いられることもなかった
。

１９４０年から１９５０年代のドイツおよびその他のヨ
ーロッパ諸国では上記ガス化機と機分類似のガラス化装
置により自動車用ディーゼル燃料およびガソリンの代用
ガスが製造されたが、かかる燃料の使用は自動車の馬力
の低減を伴うものであった。

本発明の目的は、繊維状有機物質から可燃性ガスを製造
するための改良された方法を提供するにある。

本発明によれば、商業上実用的な装置に用いることので
きる産業上の燃料として供し得る可燃性ガスを製造する
ことができる。

また本発明によれば、従来燃料用木材粉やこれに類似の
木材廃棄物から製造されていた燃料よりも高い燃焼発熱
量を生ずるガス、すなわちより高いＢＴＵ （英熱量単
位）を与えるガスを、木材廃棄物質のごとき有機繊維物
質から得ることができる。

更に、本発明によれば、有機廃棄物を燃焼させることに
より、炭素のガスへの変換によって得られる可燃性生成
物のみならず、可燃性の窒素含有ガスまたは分散した微
細な粒子をも含む、よりすぐれた燃料ガスを製造するこ
とができる。

本発明の他の目的は、上記本発明方法の実施に使用され
る装置を提供するにある。

次に本発明について詳しく説明する。

本発明によれば、有機繊維物質をペレット状にし、これ
を空気中で燃焼させるにあたり、空気からの窒素が、燃
料の燃焼生成物と化学的に結合して、燃料の燃焼により
得られる炭素化合物と混合した可燃性ガス生成物を生ず
るごとき条件下に、空気中で該ペレット状有機繊維物質
の燃焼を行う。

本発明者の研究によれば、鋸クズもしくはその他の木材
廃棄物質、泥炭どけ等のごとき有機繊維物質を圧縮して
製せられる燃料ペレットを、燃焼している部分の上に熱
遮断層を形成保持しつつかつ該燃焼物質が少くとも約２
７００下の温度であるような割合で該燃焼物質に実質的
に均一な空気を吹込みつつ燃焼させることにより、有機
繊維質燃料の燃焼で得られる熱量の４倍もしくはそれ以
上の燃焼熱を生ずるガスを製造し得ることが判明した。

上述のごとき温度で生成するガスは、可燃性のガス状炭
素化合物および窒素とアルカリ金属（主としてナトリウ
ムおよびカリウム）、カルシウムそして燃料中に存在す
ることがある他の物質などのごとき燃料の成分との化学
的反応で生成したガス状窒素化合物を含んでいるものと
考えられる。

可燃性ガスの燃焼時に生成する驚くべき多量の熱量（Ｂ
ＴＵ）は、燃料の炭素から生成される窒素含有撚焼生成
物のほか、これら窒素含有撚焼生成物の燃焼によるもの
と考えられる。

燃焼部分の中心における温度を約３０００〜３５００下
にするには、燃焼している燃料の上部の燃料の厚さを、
燃焼している燃料に吹込む空気流と釣り合せることが好
ましい。

燃料は鍛冶の炉の中における燃料に幾分似たかかる条件
下で燃焼し、燃焼している燃料のすぐ上にある遮断層内
の燃料ペレットは炭化し、該ペレットは大部分木炭に変
換する。

燃料ペレット、好ましくは、後述のような本発明者の先
の発明に係る方法に従って製せられる燃料ペレットは、
自由に流動させるべきであり、また一定の制御された割
合で上部から燃料層に連続的に導入してよい。

また、このほかに、燃料の高さを検出し、燃料層の高さ
が、燃焼温度を約２７００下またはそれ以上に維持する
ペレットの遮蔽用覆いを保持するための燃料の追加が必
要な点に到達した時に、燃料の供給を作動させる装置を
、燃料の燃焼容器に設けてもよい。

このための装置としてピンジケータ−（Ｂｉｎｄｉｃａ
ｔｏｒ ）の商品名で販売されている市販品を使用して
よい。

本発明は、たとえば、ワラ、コーン外皮などの如き農業
上生するもの、鋸くず、削りくず、燃料用木材粉、木材
チップ、泥炭どけ、紙などのごとき適当な有機繊維物質
であればどのようなものでも燃料させることを企図する
ものである。

本発明において好ましく用いられる燃料ペレットは本発
明者の発明に係る他の出願〔米国特許出願第６４６５１
’４号（］−９７６年１月５日出願）および同第７００
０３５号（１９７６年６月２５日出願）〕に開示されて
おり、それによれば、繊維物質の粒を、形成されるペレ
ットの最小寸法の約８５％を越えないサイズに調整する
こと、繊維物質の水分を、約１６〜２８重量％の実質的
に均一な含有量に調整すること、および該調節された水
分含有量で、繊維物質を最大寸法１／２インチもしくは
それ以下の実質的に対称形のペレットに圧縮成形するこ
とを含む方法によって、炉内で実質的に均一に燃焼させ
るに適した形状に有機繊維物質をペレット化する。

本発明の好ましい態様によれば、農業廃棄物や木材廃棄
物などの如き有機繊維物質を、岩石、金属その他の不燃
性混入物を分離するようにしたコンベアでハンマーミル
などに搬送し、そこで有機繊維物質を、形成すべきペレ
ットの最小寸法の約８５％を越えない実質的に均一な粒
サイズに破砕し、ついで破砕した物質を熱風乾燥機に送
り水分含有量を約１６〜２８重量％に調節し、サイズお
よび水分を調節した生成物を、ペレットミルのダイを通
して供給するための測定用ネジ手段をそなえたベレタイ
ジング機に送給し、得られたペレットは、実質的に大気
雰囲気と平衡する水分含有量になるまで乾燥される。

該繊維物質は、ダイの中のペレット温度が約３２５〜３
５０’Ｐどなる圧力で圧縮される。

大ていの有機繊維物質の水分含有量は２８重量％を越え
、従って乾燥を必要とするであろうが、もし、水分含有
量が１６％に満たない物質をペレタイジングに用いると
きは、ペレット化する前に増湿などの手段によって水分
含有量を約１６〜２２８重量％に調節することが望まし
い。

このように有機繊維物質の水分含有量は、約１６〜２８
重量％という広い範囲であってよいが、最も好ましい結
果は、ペレタイジング時における水分含有量が約２０〜
２４重量％の場合に得られるので、かかる範囲内に調節
することが望ましい。

ペレットミルから排出された直後のペレットは、これに
空気を吹付けることによって表面水分を除去してもよい
。

有機繊維物質の粒サイズを形成すべきペレットの最小寸
法の約８５％もしくはそれ以下に調節すること、および
圧縮に先立って水分含有量を自山水約１６〜２８重量％
、好ましくは約２０〜２４重量％に調節することにより
、望ましくない量の灰を生成することなく実質的に均一
に燃焼する繊維物質からの滲出で形成されたワックス様
保護表面を有するペレットが得られる。

但しその場合、成形と圧縮を約３２５〜３５０”Ｆの温
度で行うことが必要である。

ペレットの燃焼速度を実質的に均一にするには、ペレッ
トを形成後、周囲の雰囲気との平衡に近い実質的に均一
な水分含有量に乾燥する。

これらのペレットは本発明により可燃性ガスを製造する
のに有利に用いることができる。

該ペレットは、市販の傾斜ベルトコンベアまたは通常の
供給装置を用いて容易に搬送することができる。

また該ペレットは、実質的に均一な形状および寸法を有
し、所望により圧空で搬送してもよい。

ペレットは、約１／８〜１／２インチの最大断面を有す
る、実質的に円筒状、平行六面体またはそれに類似の形
状であることが望ましい。

実操業上のペレットサイズは、ペレット内の組成物に対
するその外表面積によって定められる。

ペレットの最大厚さはどの方向においても約１インチを
越えることは殆んどなく、また約１／８インチより小さ
いことも殆んどないサイズに形成される。

本発明方法により製せられるペレットの絶対密度は、５
０ポンド／立方フイートであり、水分含有量１３重量％
においてしばしば６５〜９０ポンド／立方フイートとな
る。

一方、市販のプレスーツウーロッグ（Ｐ ｒｅｓ −ｔ
ｏ −ｌｏｇ ）の絶対密度ｋま６５ポンド／立方フイ
ートより小さく、従って水よりも軽いものである。

本発明方法の実施にあたっては種々の装置を用いてよい
。

木材廃棄物質から炭素含有ガスを製造するために用いら
れる従来の装着のごとき細長く高い容器を用いる必要は
ない。

事実、高さよりも横断面が幾分大きい容器を用いること
が望ましい。

たとえば、上部に円筒状チャンバーを有し、かつ実質的
に円錐状の底部を有する冷延鋼板製容器を用いてよい。

この容器は、内部に出入りするためのマンホールを備え
た閉じた頂部と、燃料層に燃料を導入するために中心に
設けられた燃料供給孔とを有する。

頂部には、燃料供給孔の周りにパイプの端部を溶接し、
ガスの逸損を避けるために該パイプに通常のエアロツク
を取付けてよい。

該エアロツクの上に燃料貯蔵用の小型の円錐形状の箱を
取付けてもよく、あるいはその他の信頼し得る燃料ペレ
ット供給源を該パイプに接続してもよい。

また、ピンジケータ−（１３ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ）の
ごとき検出装置を、所定の位置に感応器を備えたタンク
に取付けてよく、容器内燃料層高さを自動的に調節する
ためのエアロツクと箱の間のパイプ内に位置するソレノ
イド作動バルブに接続してよい。

なお、安全上、約５ポンドの圧力に反応する安全バルブ
を該容器の頂部に設けてよい。

該容器の円錐状底部の頂点から隔った位置に、火炎層を
支えるための、穿孔を有するステンレス鋼プレートがタ
ンクを横切って設けられる。

この鋼板には、下部から送給される空気が火炎層を実質
的に均一に通って分散されるように、実質的に等断面を
有する孔が等間隔に穿設されている。

該容器の火炎層に近い壁面には、該鋼板に支えられた燃
料の初期点火用アセチレントーチもしくはその他の装置
を挿入するための開孔が設けられる。

好ましくは、鋼鋼板の周囲には穿設されない縁を残して
おき、導入される空気が容器内の側部に沿って移行しな
いようにする。

この方法によれば、容器の内周面に対向する燃料層の周
りに、燃えていない燃料よりなる保護層が形成され、容
器壁に遮断層を適用する必要がなくなる。

しかし、容器の底部に覆い（５ｈｒｏｕｄ ） もし
くはジャケットを設け、容器に導入されるべき空気をこ
の中に循環させて該空気を予熱することが有利な場合も
ある。

他の例として、少、（とも火炎層の周りの容器壁に耐火
煉瓦の如きセラミックを裏張りすることも望ましい。

燃料層を支えるための穿孔を有する板の下部の容器底部
頂点には、空気を導入するための孔が設けられる。

容器の該孔と空気源とにパイプまたはその他の導管が取
付けられる。

該パイプと容器との連結具として、燃料中の岩石、金属
クズなどの如き燃えずに、該板の穿設を通して落下する
物質を回収するための垂直にＴ状に取付けられた１本の
足を有するＴ字状のものを用いてよい。

その足には、非燃性物質を定期的に排出するためにキャ
ップを着脱しうるように取付けることができる。

燃料を燃やすことによって生成したガスは燃料層上部の
位置から容器外に導出される。

そのための孔を容器の側壁に設けてよい。

該孔は、パイプにより燃焼用バーナに直接連結してもよ
（、あるいは、燃料を貯えるための適当なタンクもしく
はその他の貯蔵容器と連結してもよい。

本発明方法によって製造された燃料は、可燃性ガスを燃
焼させる任意の適当な装置でエネルギーを得るために用
いてよい。

たとえば、加熱などの工業的目的のための蒸気を製造す
るために使用してよ（、あるいは発電用に使用してよい
。

該燃料が燃焼する温度において、該燃料の熱分解が起、
す、ガスの化合物が生成すると考えられる。

前述のように、該熱分解生成物には、空気からの窒素と
燃料の組成物との結合によって生成する化合物が含まれ
ている。

この混合物が燃焼すると、燃料からの炭素生成物のみが
ガス中に存在する場合に生ずる熱量よりも非常に多（の
ＢＴＵが発生する。

本発明者による先の出願に開示された方法により前記タ
イプのガス発生機で製造された燃料を、前記タイプの装
置にて約１ ｐｓｉの空気圧で燃焼すると、開いた炉中
通常の条件下で燃焼したときに得られるＢＴＵの約４倍
の熱量が生ずることが判明した。

すなわち、たとえば約１０４ポンドの該燃料を、水柱約
５１／２の圧力下、空気量約２５０立方フイート／分で
１時間燃焼させると、約 ４００００００ ＢＴＵの燃焼発熱量を生ずるガスが得
られる。

同じ燃料ペレットを炭素のみから反応生成物を得るため
の通常の条件下で燃焼させた場合の発熱量は、約９００
０ ＢＴＵ／ポンド、すなわち該燃料１０４ポンドに対
し９３６０００ＢＴＵであった。

これらの試験は、通常の燃料としての天然ガス燃焼の際
の容量が１４００００００ＢＴＵ／Ｈｒのヘイル・ドラ
ム・ドライヤー（Ｈｅ１ｌ Ｄｒｕｍ Ｄｒｙｅｒ
）中で行った。

また該ガス発生機を７２〜９６時間連続的に操作した後
、それぞれ１時間継続する８つの試験を、同一のＢＴＵ
発生の条件で行ったものである。

次に図面を参照して本発明に係る装置について説明する
。

添付の図面は本発明装置の１具体例を示す縦断面説明図
である。

同装置は、一般的に約５フイートの直径と約４フイート
の深さを有するダイジェスタ（ｄｉｇｅｓｔｅｒ ）
１０を備えている。

該ダイジェスタ１０は実質的に平旦な頂部１１と実質的
に円錐形状の底部１２とを有する。

該円錐体の壁面は、該タンクの水平軸に対して約３０〜
４５° の角度で傾斜しているのが好ましい。

円錐形状底部の頂点には、孔１３（好ましくは直径約３
〜４インチのもの）を設け、正圧の空気源と接続するす
るパイプ１４をタンクの該孔近（に取付けられる。

該空気導入口の上部にはタンクを横切って、孔を穿設し
たステンレス鋼製プレート１５を配設し、燃料層１６を
支えるためのベースを形成せしめる。

ダイジェスタ１０の壁の孔には、燃料を点火するための
アセチレントーチ１７が挿入される。

同図に示されるように、燃料は箱１８からエアロツク１
９およびパイプ２０を通って供給され、プレート１５上
の火炎層２１の上部に円錐状の燃料層１６を形成する。

空気流量約２５０ＣＦＭ （立方フィート７分）（５１
／２ インチ水柱において）以下、燃料消費量約１００
ポンド／Ｈｒの条件下で、火炎層２１の温度は約３００
０〜３５００下となる。

上記装置において、燃料層を通る空気の実質的に均一な
分散を確実に行なわしめるために、プレート１５上直径
１／２インチの面積毎に１ｌ４インチの孔を穿設してよ
い。

また、燃料を火炎層のまわりに集積させてダイジェスタ
壁を火炎層の熱から遮断できるようにするために、より
大きいタンクに対しては約２インチ以上の幅の無孔縁部
分を、一方より小さいタンクに対してはそれより狭い無
孔縁部分を該プレート１５０周縁部に残存せしめる。

タンク内の圧力は、約１〜２ ｐｓｉないしそれ以下に
保持される。

火炎層の直上の燃料は、図に示されるように、火炎層内
に落下して消費される前に炭に変換される。

頂部１１上には、約５ ｐｓｉの圧力に感応する安全バ
ルブ２０が配設される。

該平旦な頂部にはダイジェスタ１０の内部に出入りする
ためのマンホール２３が設けられる。

添付図面に示した実施例では、燃料は上部から供給され
、火炎層上で実質的に円錐形状をなしている。

燃料の燃焼により生成したガスは、燃料層を通って円錐
形状の層の周りの空間へ移行し、ついでパイプ２４を通
ってバーナ２５に到る。

バーナ２５は、燃料の燃焼時に得られるガス状燃焼生成
物を燃やすことによって熱を発生させるための適当な燃
焼装置を任意に用いてよい。

上述のような装置に用いられる適当なバーナの例として
、長さ約２４インチ、直径約１４インチのシュラウドを
バーナに取付けたものが挙げられる。

ガスが燃焼するときに生ずるフレームは、濃い青色であ
り、フレームパターンにおけるスワール数を達成すべく
シュラウドに導入される空気量に応じて直径２フイート
程、長さ８〜１２フイートの大きさとなる。

燃焼にはガス燃焼用に設計された任意の市販バーナを用
いてよい。

添付図に示した容器を上述の如き条件下で操作する場合
、空気が燃料層に吹込まれる間、約５００００００ＢＴ
Ｕ／Ｈｒにも達する熱量を発生させることが可能である
。

その際生成する灰分量は無視し得る程度である。

燃料は完全に消費され、燃料中の炭素の酸化により、ま
た燃料中の他の成分の窒素含有化合物への変換によりガ
ス状生成物に変換する。

本発明者の先の出願に開示されたタイプの燃料を燃焼さ
せることにより製造されるガスは、二酸化炭素約６％、
−酸化炭素約２５％、水素（多分水の形態で存在する）
約５％および窒素を含む揮発性化合物的５０％（いずれ
もｗｔ％）を含んでいることかい（つかの実験で判明し
た。

本発明方法は、本発明装置の容器からのガス取出し口を
適当なバーナに接続するだけで、現在入手できるボイラ
を用いて蒸気製造や発電気層タービン用に実施すること
ができる。

また、本発明により製造されるガスは、内燃機関やその
他の原動機の駆動用にも用いることができる。

木材灰分は通常カルシウム約５０重量％、カリウム約５
〜１０重量％およびその他の無機塩を含有する。

本発明によれば、この灰分は空気からの窒素との反応に
より可燃性ガスを生成し、このガスは燃焼生成物の炭素
化合物と混合される。

本発明は上記目的のほか、本発明の趣旨および技術的範
囲を逸脱しない範囲において当業者により種々の方法を
実施しうるものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の実施に用いられる装置による処理
状況の具体例を示す縦断面概要図である。 １０：ダイジェスタ、１２：円錐状底音臥 １５ニステ
ンレス鋼製プレート、１６：燃料層、１７：点火装置、
１８：箱、１９：エアロツク、２に火炎層、２５：バー
ナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮された有機繊維物質を含むペレットを実質的に
   密閉した空間内で流動状態に浮遊せしめ、浮遊した状態
   で該燃料ペレットを燃焼させ、該燃焼している燃料の上
   側に該燃焼ペレットから成る遮断層を形成保持せしめつ
   つ該燃焼部分を通して実質的に均一に空気を分散せしめ
   、なお該燃焼層の厚さと燃焼部分への空気流量を調節し
   て燃焼している燃料内の温度を約２７００下もしくはそ
   れ以上とすることにより、燃焼した燃料を実質的に完全
   にガス生成物に変換し、燃焼後の灰分が、燃焼した燃料
   の重量を基準として５％を超えず、生成した該ガス中に
   懸濁するようにしたことを特徴とする有機繊維物質から
   可燃性ガスを製造する方法。 ２ 該燃料を実質的に完全にガス生成物に分解せしめる
   上記第１項に記載の方法。 ３ 燃焼によるガス生成物が、窒素とアルカリ金属との
   化学反応生成物、窒素とカルシウムとの反応生成物また
   はこれらの混合物を含む上記第１項または２項に記載の
   方法。 ４ アルカリ金属がカリウムである上記第１項ないし第
   ３項のいずれかに記載の方法。 ５ 圧縮された有機繊維物質を含むペレットを実質的に
   密閉した空間内で流動状態に浮遊せしめ、該燃料ペレッ
   トを浮遊させつつ、かつ該燃焼している燃料を通して実
   質的に均一に空気を分散せしめつつ、なお該燃料が実質
   的に完全に燃焼し尽し、空気からの窒素と燃焼生成物と
   が化学的に結合して可燃性のガス状炭素化合物と混合し
   た可燃性ガス生成物が生成する温度を該燃焼部分に与え
   るごとき遮断層を該燃料の上側に形成保持せしめつつ燃
   焼させ、得られるガス混合物を回収することを特徴とす
   る有機繊維物質から可燃性ガスを製造する方法。 ６ 該遮断層の厚さと空気流量とを平衡させて燃焼して
   いる燃料中の温度を少なくとも約２７００下とする上記
   第５項に記載の方法。 ７ 燃焼している燃料の上側の燃料の該遮断層が、燃焼
   している燃料に隣接する木炭層から成る上記第５項また
   は第６項に記載の方法。 ８ 燃料ペレットを、燃焼している燃料の容積減少量に
   等しい割合で上部から供給して該燃焼している燃料の上
   側に実質的に円錐形状をなす燃えない燃料部分を形成保
   持せしめ、か（して得られるガス生成物を回収する上記
   第５項ないし第７項のいずれかに記載の方法。 ９ 有機繊維物質を圧縮成形したペレットから得られる
   、二酸化炭素６％、一酸化炭素２５％、水素５％および
   空気からの窒素と有機繊維物質の成分との反応により生
   成した揮発性窒素化合物５０％を含み、約８０００〜９
   ０００ＢＴＵ／１ポンド燃料の熱量を生ずる有機繊維物
   質の熱分解ガス生成物。