JPS6039713B2 - リグノセルロ−ス産物のガス化方法及び該方法の実施装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、リグノセルロース産物特に林業廃棄物の高速
熱分解方法、及び該方法の実施装置に係る。

木材加工産業に於いて、樹皮、全色肩、鏡肩、切株等か
ら成る廃棄物は、利用できる木材の１母重量％にも達す
る。

ェネルギの値上りを考えると、このような廃棄物に含ま
れるェネルギの回収が極めて重要であると思われる。最
も普及したェネルギ回収方法としては廃棄物をボィラ内
で燃焼させ、これにより蒸気を発生させ、この蒸気を暖
房及び発電等に利用する。

しかし乍らこの方法には欠点がある。即ち、ボィラが廃
棄物燃焼用に構成される必要があり、燃焼室の寸法が大
きくボィラが大型になる。このようなボィラによって供
給される火力の調整は極めて難しく、このため、融通性
に欠け、このような火力を、殆んどの場合流動的な利用
者のその時々の要求に適応させることができない。最後
に、煙を大気中に廃棄する前に処理する必要があり、こ
のため、いまいま高価な浄化装置の設置が必要になる。
より進歩した別のェネルギ回収方法は廃棄物のガス化で
ある。

しかし乍らこの方法で発生するガスは二酸化炭素及び／
又は窒素で希釈されるので真発熱量則ちＰＣＩが小さく
僅かｌｏｏ０乃至３００皿ｃａｌ／Ｎあのオーダーでし
かない。更に、このガスは水素と一酸化炭素とを含むの
で有機合成に使用する方が橋かに適当である。更に、現
用のガス化用ガス発生器は、多数の欠点を有する。これ
らの欠点のあるものは、完全に浄化されたガスを生成す
るためには空気又は酸素及び場合によっては水蒸気の作
用下での固体燃料からガスへの変換が熱分解と熱分解産
物のクラッキングとの後に生じるべきなのに多くの場合
熱分解と同時に生じることに関係がある。このため、不
完全に変換された生成物が得られたガスを汚染し、この
ガスは特別な処理をしないでは直接使用できない。本発
明の目的は、リグノセルロース産物を空気遮断下で高速
熱分解し、前記欠点を除去して４０００乃至５００皿ｃ
ａｌ／Ｎあの真発熱量を有する清浄な富ガスを供給する
方法である。このようなガスは、配給し易いすぐれたヱ
ネルギ源となり得る。本発明方法では、加熱媒体を構成
する高熱耐火粒子の流動床に於いて小破片状のＩＪグノ
セルロース産物が空気遮断下で高速熱分解される。流動
床の流動化には、発生ガスの一部分の再循環が使用され
る。炭素質固体残俺とタールとガスとから成る熱分解産
物は流動床から脱出しオーバーヒートゾーンを通過する
。オーバーヒートゾーンは、流動床に熱ェネルギを与え
る高熱耐火粒子シャワーを受容する再生式熱交換器（ｅ
ｃｈａｎ鞍山 ａ鰍ｍｉｓｓａｇｅ）から成る。オーバ
ーヒートゾーン通過中に、ガスに含まれているタールが
気体蟹分としてクラツキングされる。次に、炭素質固体
残澄が発生ガスから分離される。

発生ガスの一部分は流動床の流動化のために再循環され
、残りの部分がェネルギとして利用される。炭素質固体
残澄は流動床で燃焼され再生式熱交換器と流動床とに供
Ｖ給される耐火粒子を加熱する。従って、本発明万万法
によって、利用者に配給し易い高発熱量の清浄ガスが得
られる。

炭素質固体残澄から分離された発生ガスは、顕熱の一部
を回収すべ〈冷却され得る。

場合によってはこの熱を用いて、流動床に導入する前に
リグノセルロース産物を予め乾燥させる。移動床内で炭
素質固体残経の燃焼により生じた煙は、該銭澄の燃焼用
空気を再加熱するために便用され得る。

本発明のリグノセルロース産物のガス化方法を示す概略
基本図たる添付図に基いて本発明を更に詳細に説明する
。

小破片状のりグノセルロース産物を、駒とスクリュー式
供給デバイス２ａとを備えた供給ホッパ２から熱分解器
１に導入する。

熱分解器１は、フランス特許公開第２４３６９５４号に
記載の装置と同様の装置から成る。熱分解器１は、耐火
レンガを詰めた円筒状カラム３を内蔵しており、カラム
の下部に流動化用グリッド４、グリッド４の下方にウィ
ンドボックス５が備えられている。ウィンドボックス５
は、圧縮機６を介して流動化用ガスを受容する。グリッ
ド４は、加熱媒体を構成する流動粒子床７を支持してお
り、余剰の粒子は、サィフオン８ａを備えた側面オーバ
ーフロー８から排出される。

カラムの上部は、高熱耐火粒子シャワーを含む再生式熱
交換器９を内蔵している。

記載の具体例では熱交換器９・は、各段が関口率９３％
の粗目格子から成る４つの段と、気孔率９４％の耐火鋼
Ｐａｌｌリングから成る１つのスタックとを含む。回転
式耐火粒子分配器１０は、最上段の表面全体に粒子を分
配する。

粒子は導管１１によって分配器１０に導入される。最上
段の上方でカラムに発生ガス排出管１２が取付けられて
いる。

ガス排出管は発生ガスを、２つのパイプを備えた気体一
固体セパレータ１３に誘導する。一方のパイプ１４は橘
集固体産物の排出用であり、他方のパイプ１５は浄化さ
れたガを空気一気体熱交換器１６に導入する。圧縮機１
７は導管１８を介して熱交換器１６の回路１６ａの１つ
に冷却用空気を導入する。熱交換器１６の別の回路１６
ｂは導管１９を介して発生ガスの貯留室２川こ接続され
ている。

導管１９は流量調整手段２２を備えたパイプ２１でバイ
パスされており、該パイプは、導管２３を介して熱分解
器１のウインドボックス５に接続された圧縮機６を介し
て発生ガスの一部を再循環し得る。パイプ２１の接合部
と貯留室２０との間で導管１９に第２熱交換器１６ｃ−
１６ｄが配設されている。

熱分解器１に隣接しており加熱流動床を内包する燃焼炉
２４は、流動床７の側面オーバーフロー８を介して熱分
解器１に接続されている。

燃焼炉の下部のオーバーフロ−８の到着部の下方に流動
化用グリツド２５が備えられており、該グリッドの下方
にウィンドボックス２６が備えられている。ウィンドボ
ックス２６への供給はパイプ２７を介して行なわれる。
子熱バーナー２８がグリツド２５の上方で燃焼炉２４の
側壁内に取付けられている。気体−固体セパレータ１３
の排出管１４は、燃焼炉２４に接続されており流動化用
グリッド２５の上方で炉２４に閉口している。燃焼炉２
４の上部は気体−固体セパレータ２９で終結しており、
セパレータ２９の下部即ち流下部は回転式固体粒子分配
器１０の供給導管１１と蓮適している。

第２の気体一固体セパレータ３０は第１のセパレータ２
９の上部に接続されている。セパレータ３０は２つの導
管を有しており、下方の導管３１は築灰器３２に閉口し
ており、上方の導管３３は煙−空気熱交換器３４に接続
されている。圧縮機３５は、パイプ３６を介して熱交換
器３４に新鮮空気を供給する。

１端が燃焼炉２４のウインドボックス２６に閉口してい
るパイプ２７が熱交換器３４の排気孔側に接続されてい
る。

リグノセルロース産物の高速熱分解方法は、常用モード
では以下の如く行なわれる。温度７００乃至９００午Ｃ
の範囲の耐火粒子流動床から成る加熱媒体に、供聯合ホ
ッパ２を介して小破片状ＩＪグノセルロース産物を導入
し、空気遮断下で熱分解する。

熱分解産物即ち炭素質固体残糟と不完全熱分解リグノセ
ルロース産物則ちタールとガスとを、３ｍ／秒のオーダ
の速度の流動化用ガスによって熱分解器１の上方に移動
させる。これらの産物及びガスはオーバーヒートゾーン
９を通過し、この間にタールがより軽い蟹分にクラッキ
ングされた後、温度約８００００で熱分解器１から導管
１２によって導出され、気体−固体セパレータ１３に到
達する。固体産物から分離されたガスは熱交換器１６に
入り温度約３００ｑ０で出る。ガス冷却用空気は約６０
００Ｃで熱交換器１ ６から導出され、熱交換器１に導
入以前にリグノセルロース廃棄物を予め乾燥するために
使用され得る。冷却されたガスの一部は、圧縮機６と調
整手段２２とパイプ２１，２３とを介して熱分解器１の
ウィンドボックス５に再循環され、流動床７を流動化す
べく使用される。

前記ガスの残りの部分は熱交換器１６ｃ−１６ｄに於い
て温度約４０つＣになるまで再度冷却されて含有水の大
部分を凝縮させてから導管１９を介して貯留室２川こ到
着する。

燃焼炉２４は、反応器１でのＩＪグノセルロース産物の
熱分解の際に生じた固体物質を燃焼して、再生式熱交換
器９及び流動床７に順次供給される耐火粒子を加熱すべ
く機能する。

気体−固体セパレータ１３内で橘集されるこのような固
体物質は木炭類似の炭素質残澄と不完全変換リグノセル
ロース物質とから成り、パイプ４を介して燃焼炉２４内
のグリッド２５の上方に導入される。流動床７内の余剰
の耐火粒子と流動化用ガスに連行されない炭素質固体残
澄の技も粗い粒子とは、グリツド２５の上方に閉口する
サィフオン８ａを備えたオーバーフロー８を介して熱分
解器１から燃焼炉２４に移送される。最後に、燃焼及び
移動床の移動に必要な空気は、ウィンドボックス２６に
関口するパイプ２７によって供給される。移動床式の燃
焼炉２４の下部の温度は約９５５℃、上部の温度は約９
５０ｑｏである。燃焼によって発生する煙の速度は約１
血／秒である。移動床式の燃焼炉２４から出た燃焼煙は
、第１の煙−固体セパレータ２９を通り、加熱された耐
火粒子から分離される。

耐火粒子は、導管１１によって回転式分配器１０‘こ導
入される。第１セパレータ２９と直列に装着された第２
の気体−固体セパレータ３０は、炭素質残澄と不完全変
換リグノセルロース物質との燃焼により生じた灰を橋失
し、集灰器３２に排出する。浄化された燃焼煙は、圧縮
機３５から新鮮空気を受容する煙−空気熱交換器３４を
介して熱ェネルギを燃焼炉２４の燃焼用空気に与える。

再燃空気はパイプ２７によって燃焼炉２４内に導入され
る。燃焼煙の温度は熱交換器３４の入口で９００℃、出
口で１００℃である。ウインドボックス２６内の燃焼用
空気の温度は斑０℃である。装置始動の際に、移動床式
燃焼炉２４内で耐火粒子が加熱され、熱分解器１内での
熱分解を可能にするに十分な温度を得る。以下に本発明
の実施例を示す。

この施例は本発明の範囲を限定するものではない。−熱
分解器１の作動条件 流動床の温度 ８００ｑ０流動床
の上方でのガスの速度 ３ｈ／秒再生式熱交換器と
流動床とに供給される耐火粒子の流量 ２０【９
／秒流動化用ガスの流量 ０．１８ｋ９／秒
流動化用ガスの温度 ３００ｑ○−燃
焼炉２４の作動条件炉の下部の温度
９５５午０炉の上部の温度 ９
５０００炉内の燃焼煙の速度 １瓜ｈ／秒
燃焼用空気の流量 ２．７４ｋ９／秒炉の
ウィンドボックス入口での燃焼空気の温度
斑ｏｑ○上記の作動条件で以下の結果が得られ
る。

ーーガス化用反応器内に導入されるリグノセルロース産
物の流量 １４００ｋ９／秒（ｌｋ９
／秒の乾燥産物＋０．４ｋ９／秒の水分）。

−−ェネルギ源として得られる湿性ガスの流量１、１８
８ｋ９／秒−−緑性ガスの重量組成：Ｃ０
３７．５％ ＣＱ ６％ 比 １％ Ｃは ６．２％ Ｃ２比 ５％ Ｃ２瓜 ０．３％ Ｃ２比 ０．７％ 比０ ４３．３％ −−発生乾燥ガスの真発熱童 ４３０雌ｃａｌ／Ｎで。

本発明方法により、以下の如き利点が得られる。−−発
熱量の高い富ガスが得られる（ＰＣＩが４０００乃至５
００雌ｃａｌ／Ｎで）。

−−熱分解器に導入されたりグノセルロース産物のヱネ
ルギ舎量に対する熱分解産物のェネルギ含草の比として
定義される効率が、空気又は酸素によるガス化で得られ
る値よりも顕著に高い値たる実質７０％にも達し得る。

−一方法の実施に使用されるシステムは自己調整性であ
り、安定動作のための平衡点に維持される。即ち、熱分
解温度が例えば低過ぎると炭素質残澄の割合が増大し、
この残澄の燃焼によつて移動床式燃焼炉から出る耐火粒
子の温度が上昇し、熱分解器の流動床の温度を上げる。
熱分解温度が高過ぎる場合には、炭素質固体残澄の割合
が減少し、これにより移動床式燃焼炉から出る耐火粒子
の温度が低下し、その結果、熱分解器の流動床の温度が
下がる。−−本発明方法では、熱分解器内で発生したガ
スが燃焼用空気及び燃焼炉の煙と混合する恐れがない。

一− 本発明方法によれば、全ての種類のリグノセルロ
ース産物廃棄物を小破片に分割してから処理することが
可能であり、従って、紙製工業に向かない木材特に殆ん
ど使途のない樹皮を有効利用し得る。

また、麦わら、トウモロコシの球果等の如き農業廃棄物
及び輪伐用横林の如き森林廃棄物を本発明方法で処理す
ることも可能である。一−本発明方法で産出されるガス
は、種々の熱利用に適する値のＰＣＩを有するので輸入
ェネルギ（石油、ガス）を節約し得る。

本発明の変形として、熱分解器１の流動床７の流動化を
過熱水蒸気によって確保してもよい。

図面の俺里な説明 図は、本発明のリグノセルロース産物のガス化方法を示
す概略基本図である。

１・・・・・・熱分解器、２・・…・供給ホツパ、３・
・・・・・カラム、６，１７，３５…・・・圧縮機、７
・・…・流動床、８……オーバーフロー、８ａ……サィ
フオン、９，１６，３４・・・・・・熱交換器、１０．
．・．，．分配器、１３・・・…セパレータ、２０…・
・・ガス貯留室、２４・・・・・・燃焼炉、３２・・・
・・・集灰器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小破片状リグノセルロース産物を高速熱分解するた
   めに、加熱媒体を構成する高熱耐火粒子流動床にリグノ
   セルロース産物を導入し、加熱媒体によつてガスとター
   ルと炭素質固体残渣とから成る熱分解産物に変化させ、
   熱分解に必要な熱エネルギーを炭素質固体残渣の燃焼に
   より供給する方法であり、−タールが、流動床の上方に
   流動床から離間して位置しており高熱耐火粒子シヤワー
   を受容するオーバーヒートゾーンを通過する際に気体留
   分にクラツキングされること、−炭素質固体残渣が気体
   状熱分解産物から分離され、移動床式燃焼炉内で燃焼さ
   せられること、及び−前記流動床から前記燃焼炉内に移
   送された耐火粒子が前記炭素質固体残渣の燃焼により加
   熱され、次いで前記オーバーヒートゾーン及び前記流動
   床へ移動されること、を特徴とするリグノセルロース産
   物の高速熱分解方法。 ２ 流動床とオーバーヒートゾーンとの間のガスの速度
   が２．５０乃至３．５０ｍ／秒であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。３ 移動床式燃焼
   炉内で炭素質固体残渣の燃焼により生じた煙の速度が９
   乃至１１ｍ／秒であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の方法。 ４ 移動床式燃焼炉内の燃焼煙の温度が９００乃至９８
   ０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 発生ガスの真発熱量が４０００乃至５０００ｋｃａ
   ｌ／Ｎｍ＾３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに記載の方法。 ６ 小破片状リグノセルロース産物を高速熱分解する装
   置であつて、ａ 導入リグノセルロース産物をガスとタ
   ールと炭素質固体残渣とから成る熱分解産物に変化させ
   る加熱媒体を構成する高熱耐火粒子流動床と、前記流動
   床の上方に流動床から離間して位置しており高熱耐火粒
   子シヤワーを受容し、熱分解産物の通過の際に前記ター
   ルを気体留分にクラツキングするオーバーヒートゾーン
   とを含む熱分解器、ｂ 耐火粒子と固体炭素質残渣の導
   入を受けて、該固体炭素質残渣を燃焼することにより耐
   火粒子を加熱し、加熱耐火粒子を前記オーバーヒートゾ
   ーンと前記流動床に移送させる、前記熱分解器に接続さ
   れた燃焼炉、及びｃ 固体炭素質残渣を熱分解産物から
   分離し、該残渣を前記燃焼炉に移送する手段、とからな
   る前記装置。 ７ 熱分解器と燃焼炉との下部が、グリツドの上方で燃
   焼炉内に開口する熱分解器の流動床のオーバーフローを
   介して連通していることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の装置。 ８ 熱分解器と燃焼炉との上部が煙−固体セパレータを
   介して連通しており、煙−固体セパレータの下部が熱分
   解器の回転式高熱耐火粒子分配器に導管を介して接続さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第６項又は第
   ７項に記載の装置。