JPH0673384A - 有機物質をガス化するための方法および装置 - Google Patents

有機物質をガス化するための方法および装置

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JPH0673384A
JPH0673384A JP5101532A JP10153293A JPH0673384A JP H0673384 A JPH0673384 A JP H0673384A JP 5101532 A JP5101532 A JP 5101532A JP 10153293 A JP10153293 A JP 10153293A JP H0673384 A JPH0673384 A JP H0673384A
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gas
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syngas
burner
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Norman G Bishop
ジー．ビショップ ノーマン
Ricardo Viramontes-Brown
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PROLER ENVIRONMENT SERVICES Inc
Hylsa SA de CV
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、炭素／水素源または廃棄物を含有
している他の有機物から合成ガスとしても知られている
還元ガスを製造するための方法および装置を提供するも
のである。 【構成】 回転している装入物を含有している単一段階
反応器中で、方向づけられている好適には化学量論的バ
ーナー手段により非−毒性の灰残渣を用いて有機物質
（典型的には自動細断残渣を含む家庭用および工業用廃
棄物中に含まれている）を効率的にガス化して有用な合
成ガス（主としてＣＯおよびＨ2）を製造するための方
法および手段であり、それによると６５０−８００℃
（装入物の初期融解温度以下）に加熱して、装入物中の
有機物質を熱分解およびガス化し、そして典型的には２
５００−３０００℃の高い炎温度における燃料および酸
素−含有ガスの燃焼により複合炭化水素類および発生し
たガスをバーナーにより発生したＣＯ2およびＨ2Ｏと反
応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、一般的に合成ガス（またはシ
ンガス）として知られている高い含有量の水素および一
酸化炭素を有する還元性ガスを固体有機残渣から製造す
るための方法および装置に関するものである。より特
に、本発明は「フラッフ」とも称されている自動細断残
渣として知られている自動車スクラップの非金属残渣、
タイヤ片、石油化学、重合体およびプラスチック工業か
らの残渣、並びに一般的に有機化合物の廃棄物（例えば
使用ずみの自動車油の如き液体も含む）をガス化して、
例えば直接還元方法として知られている製鉄方法におい
て鉄鉱石を金属鉄に還元するため或いはエネルギー源と
して利用して内燃機関を作動させるかまたはは蒸気およ
び／もしくは電気を製造するために他の工業的方法にお
いて原料物質として利用できる高い含有量（典型的には
乾燥基準で５０％以上、または６５％以上も）の水素お
よび一酸化炭素を有するガスを製造するための方法およ
び装置に関するものである。それの比較的広義において
は、開示されている方法は石炭または他の炭素および／
もしくは水素の非−廃棄複合分子源の脱揮発化用に使用
することができる。
【０００２】
【発明の背景】最近そして主として工業化された諸国に
おいては、家庭用および工業的廃棄物の安全廃棄に関し
て大きな関心がもたれており、それらは生態学的に大き
な重要性がある。これらの廃棄物にはしばしばかなりの
割合の有機含有物が含まれている。
【０００３】多くのそのような廃棄物はしばしば毒性物
質を含有しておりそして生劣化不能性である。それらは
従って空気および水の汚染問題のために簡単に埋め立て
土中に廃棄することはできない。これらの廃棄物の他の
廃棄方法は灰化である。しかしながら、生成物であるガ
スが充分に清浄化されていないと通常のそして単なる灰
化は許可されず、その理由はそれが例えば塩素化合物類
および酸化窒素類の如き毒性化学物質での空気汚染を引
き起こすからである。ある国々では、これらの型の廃棄
物の埋め立てまたは灰化を禁止する環境法律および規則
が通過している。従って、そのような廃棄物を廃棄する
ためのこれらの変法は多くの制限を受けている。
【０００４】細断工業が直面しているフラッフの廃棄に
関する問題およびフラッフのエネルギー含有量の利用に
関する示唆の充分な記載は、１９８８年６月１４日に開
催されたコロラド州、デンバーの国内廃棄物処理会議で
発表されそして該会議の進行中にＡＳＭＥにより発行さ
れたＭ.Ｒ.ウルマン(Wolman)、Ｗ.Ｓ.フベル(Hubble)、
Ｉ.Ｇ.モスト(Most)およびＳ.Ｌ.ナトフ(Natof)による
論文中に見られる。この論文は、フラッフのエネルギー
含有量を利用するための可能性のある方法を開発するた
めに米国エネルギー部門により基礎がなされた研究を報
告している。しかしながら、そこに示唆されている方法
は蒸気生成用の該灰化からの熱を利用して廃棄物の全体
的な灰化を行うのを補助するものであるが、本発明は有
機物質から高品質のガスをエネルギー源として製造する
ことにある。
【０００５】有機廃棄物の調節燃焼を行うことおよびそ
のような燃焼により放出される熱または他の有価値物
（例えばプロセスガス）を利用することも提唱されてい
る。そのような先行技術方法は典型的には二種の方法、
すなわち間接的加熱による物質の熱分解または空気もし
くは酸素を用いての物質の部分的燃焼、の一方により有
機物質をガス化している。
【０００６】エネルギー消費は製鉄における最も重要な
原価の一つである。典型的な直接還元方法は、１メート
ルトンの海綿鉄または直接還元鉄（ＤＲＩ）として知ら
れている生成物当たり２.５−３.５ギガカロリー（１０
9カロリー）を消費する。従って、例えば石炭、コーク
ス、液体燃料、天然ガス、ビオマス、核エネルギーおよ
び太陽エネルギーの如き全ての型の利用可能なエネルギ
ー源を利用する多くの方法が提唱されている。時には必
要な物質および手段がまだ入手できないためまたはその
ようなエネルギー源を使用するための相対的原価が伝統
的な化石燃料より高いために、そのような提唱のほとん
どは実際的な成功を収めていない。
【０００７】製鉄工業用のエネルギー源としての有機廃
棄物の利用は多くの経済的な利点を与え、そして大量の
自動車がスクラップにされたり高い有機物質含有量を有
する他の廃棄物が発生している諸国における環境問題を
解決する。金属スクラップは製鉄用に再循環される。し
かしながら、自動車の非金属残渣（フラッフ）は製鉄ま
たは他の工業的方法で有用な還元ガスを製造するために
利用されていない。
【０００８】
【発明の要旨】従って、本発明の一目的は好適には例え
ばごみの如き低価格の炭素／水素源または廃棄物を含有
している他の有機物から合成ガスとしても知られている
還元ガスを製造するための方法および装置を提供するこ
とであり、該合成ガスは化学的方法における原料物質と
しておよび燃料として利用することができる。
【０００９】本発明の他の目的は以下に記されており、
そして当技術の専門的読者には明らかになるであろう。
【００１０】本発明は、熱分解された複合炭化水素類お
よび該熱い物質（好適には６５０−８００℃）から発生
したガスと、典型的には２５００−３０００℃（撹拌反
応器の使用時）である高い炎温度における燃料および酸
素の好適には化学量論的燃焼により発生した二酸化炭素
および水との、反応により有機物質のガス化を行わうよ
うな方法を含んでいる。燃料の燃焼により発生した熱
は、対流によってだけでなく炎からの直接輻射によりそ
して回転反応器の白熱している内部反射内張りとの撹拌
接触により、ガス化可能な物質に移される。物質を熱分
解させるためおよび複合炭化水素類と水および二酸化炭
素との気体状反応を実施するために必要な熱を分配する
ことができ且つ該反応用のＨ2ＯおよびＣＯ2反応物の必
要量を与えることができるような方法で、反応器内部の
バーナー（類）は位置および容量の点で均衡がとれてい
る。本発明の他の特徴は高品質ガスが単一段階または反
応区域で得られることであるが、先行技術の方法は典型
的には二段階を必要としている。反応区域（類）中の複
合ガス類はそれらの熱的／化学的平衡組成に従う分離に
より反応し、そして低温において実質的に安定な簡単な
炭化水素ガスとなる。
【００１１】本発明の利点の一つは伝統的方法のガス
（例えば精製された天然ガス）と匹敵する価格で高品質
のプロセスガスを供給することであるため、本発明をそ
れの比較的広義の一面でそしてある種の市場条件下で且
つある種の「フラッフ」または同様な廃棄物質を用いて
実施する際には、ガス化される有機廃棄物の量に関する
バーナー中で使用される天然ガスの量を減少させるため
に、バーナー中でまたは反応器に対してわずかに過剰の
酸素（もしくは空気）を使用することが必要となるかも
しれない。実質的に不完全なガス化または別の二段階処
理（二種の相当異なる温度における、第二段階は課され
る固体の不存在下である）の必要性が生じるために、過
剰すぎる酸素は使用すべきでない。この過剰の酸素は例
えば燃料のモル含有量に関して１０％までの酸素である
であろう。過剰の酸素は工程の調節を困難にさせ、そし
てそれを最少にする場合にはそれは比較的安全である。
一方、経済人が指摘しているように、これまでに発生し
た合成ガスの一部をバーナー中の等量の天然ガスと１０
０％置換まで置換することができる。
【００１２】本発明で開示されている回転反応器に関す
ると、それはいくつかの独特な特徴を含んでおり、すな
わち、回転反応器はそれの回転軸に関して実質的に水平
に配置されているが、既知の回転反応器は内部で回転し
ている物質がそれらの装入端部からそれらの放出端部へ
移動するように傾斜されている。本発明の回転反応器で
は、回転容器の回転作用によりそして供給物質中に含ま
れている未反応物質および不活性固体による反応した固
体灰の量的置換により、固体が反応器の装入端部から放
出端部に移動する。反応器の中心は膨張形を有してお
り、床に適切な容量および課される保有時間を与えそし
てバーナー炎の形を確保している。
【００１３】該方法は例えば内容物を回転させるための
内部のわずかに角度のついた回転パドルを有する一般的
な円筒状の水平静止反応器の如き他の装置中で実施する
ことができる。後者は例えば反応器室内での好適な単一
炎の妨害可能性や支持移動部品が反応器の高温領域内に
あるというようないくつかの欠点を有している。
【００１４】本発明の他の重要な特徴は、回転反応器中
への外側空気の進出を最少にする高温密封の独特な構造
である。
【００１５】主要なプロセスバーナーは酸素および燃料
（天然ガス、合成ガス、燃料油、石炭など）により誘導
されるため、生じた生成物ガスの窒素含有量は一般的に
は有機供給物質中に含まれていた窒素に限定されてお
り、従って、生成物の窒素含有量は１０容量％より低
い。
【００１６】本発明の意義ある面は、発生した複合炭化
水素ガス類と、反応器から出て向流バーナーガス流
（類）により反応器大気中で生成される高温ＣＯ2およ
びＨ2Ｏ担持再循環渦中を通っている担持されているス
ート−担持塵粒子との、混合である。主要なプロセスバ
ーナーの炎は好適には反応器中に装入物質の運動に関し
て向流方向から入る。この方法により発生した塵を担持
しているガスはガス化反応器からバーナーを通って装入
床（灰およびガス化物質）の運動に関して同一流方向で
出て行く。
【００１７】好適態様では、反応器は水平軸上で回転し
ている。反応器の装入端部ではバーナーの供給管は下記
の目的：（１）原料物質供給入り口として、および
（２）大気密封として：を機能している。
【００１８】原料物質／原料は例えば押し出し方法の如
き適当な手段により標準的な商業用設計であるオーガに
よりガス化反応器中に強制供給されるが、オーガから反
応器中への押し出し管の直径、長さ、およびテーパー並
びに押し出し管と回転反応器との間の正確な位置および
隙間は実際に決められており、そして反応器の供給端部
に対して回転滑動−密封設計用の支持部を供している。
オーガ中の固体原料物質は反応器の供給端部上の大気密
封の一部として機能する。オーガは大きすぎる寸法の供
給物質片の細断機能として機能することもできる。
【００１９】原料物質を反応器中に供給するための他の
方法は、二組の水圧ラムが作動して物質を特殊設計され
た供給管中に圧縮および強制供給するような水圧ラムシ
ステムを含んでいる。
【００２０】この方法で消費される炭素質原料物質の性
質は、原料物質の一部が極端に低い融解および気化温度
を有しているようなもの、例えばプラスチックス、ゴ
ム、および油／グリース、である。従って、原料物質の
温度を調節して物質がガス化反応器の内部に達する前の
早期反応を防止することが重要である。原料押し出し環
および受容軸、または原料物質がその中を通って注入さ
れそして大気密封をその中で維持しなければならないよ
うな管の設計が、本発明の設計の重要な部分である。
【００２１】工程温度を調節して、床中の灰物質が初期
融解のためのそれらの温度に達するのを防止し、その結
果として床中および反応器の壁上の塊の生成を防止すべ
きである。厳密な灰融解温度は種々の型の原料供給物質
（類）に関して実際に決められている。この方法の技術
の理想的実施においては、可能な限り最も高い床温度を
維持することが重要であるが、床温度は灰の初期融解温
度以下に（従って好適には６５０−８００℃の範囲）保
たなければならない。
【００２２】空気伝達性になる非−反応性塵粒子は生成
物ガスと共にガス化反応器から熱いガス放出フード中に
出て行き、そして次に熱い管を通ってサイクロン、ベン
チュリ、または他の適当に適合されている商業的装置中
に行く。ガスは次に装入床カラム中を通り、そこで酸類
がガスから捕集されそして洗浄水が約７のｐＨに調節さ
れる。清浄なガスは次にコンプレッサによりパイプライ
ンを介して使用のための貯蔵部に移動する。
【００２３】熱いガス放出フードの設計が本発明の他の
重要な面である。熱いガス放出フードがプロセスバーナ
ー用の口支持構造を供している。
【００２４】空気および／または酸素を加えて生成物ガ
スの温度をそれが熱いガス放出フードを出て行く時に調
節しおよび／または残存炭化水素類もしくはスートのガ
ス化を「完了」させるのを助けるという目的のために、
副次的な空気／酸素注入器（類）が有利には熱いガス放
出フードおよび／または熱いサイクロン中に置かれてい
る。この方法の実施においては、フードを通って出て行
く残存している比較的高分子量のガスの凝縮を避けるた
めに生成物ガスの温度をガスがガス捕集器に達するまで
は充分高い水準に保つことが必要である。熱いガス放出
フード並びにガス捕集器に続いている熱い管およびサイ
クロン中での生成物ガスの追加滞在時間は、ガスと塵の
炭素質部分との間の反応効率を増加させるようなもので
ある。
【００２５】熱いガス放出フードへの空気および／また
は酸素の調節添加により、放出フード中の温度および圧
力の両者を良好に管理することができる。生成物ガスの
温度を約５容量％の酸素の注入により約７００℃に上昇
させることにより残存複合炭化水素ガスが優勢的に一酸
化炭素および水素に分解されるということが見いだされ
ている。理想的には、合成ガスの品質を維持するために
はそのような添加は最少にされる。しかしながら、異な
る型の装入物を該方法に対して要求される柔軟性を与え
るために調節することが必要である。装入物の型が標準
化されていない場合には、空気および／または酸素の添
加量を調節することによりそのような柔軟性を達成する
ことができる。熱いガス放出管に加えられる空気および
／または酸素の量は製造される生成物ガスのＢＴＵ条件
に関しても調節しなければならない。例えば、生成物ガ
ス中の窒素の含有量がガスの最終的用途に関して厳密で
ない場合には、空気だけを使用して熱いガス放出フード
中の温度および圧力を調節することができる。しかしな
がら、ガスに関して要求されるＢＴＵ規定に合致させる
ためにプロセスガス中の窒素含有量を低い水準に保たな
ければならない場合には、酸素を空気の代わりに使用す
ることができる。
【００２６】この方法により製造される合成ガスは粒状
物体および酸ガスが元々高水準であるため、ガスの感知
可能エネルギーを熱交換器により容易に利用することは
できない。他方では、ガスを約１３３５キロカロリー／
ｍ3−３５５７キロカロリー／ｍ3（１５０−４００ＢＴ
Ｕ／立方フィート）の間を含有するように調節すること
ができ、そして粒状物体および酸類を容易に補集するこ
とができる。
【００２７】反応器からおよび熱いサイクロンから直接
放出された灰は浸出可能性金属類が非常に低水準であ
る。この灰は環境的に安全な方法で廃棄するためにさら
に処理する必要がない。熱いサイクロン後に生成物ガス
中に残存している塵は湿潤ベンチュリ補集器中で除去さ
れそして洗浄水からスラジとして回収される。このスラ
ジは浸出可能性金属類が比較的高水準であり、従って環
境的に安全な廃棄のための処理を必要とするかもしれな
い。
【００２８】
【好適態様の詳細な記載】フラッフのガス化に適用され
る本発明の好適態様を添付図面を参照しながら記載する
が、そこでは照会を容易にするために全ての図面中で共
通部品は同じ番号により表示されている。一般的方法お
よび装置の部分的な図式図を示している図１を参照する
と、番号１０は装入ホッパーを示しており、そこからフ
ラッフがモーター１２により駆動されているオーガ１４
（図２に示されている）を有するオーガ供給器２０によ
りガス化反応器１８中に加えられる。
【００２９】反応器１８は回転型であり、そして支持ロ
ール２６および２８上で休止および回転するライディン
グ環２２が備えられている。モーター３０は反応器１８
をそれの水平軸の周りに例えば鎖およびスプロケット環
３４の型のような適当な伝達装置３２により当技術で知
られている方法で回転させている。
【００３０】反応器１８の放出端部３５はガス収集フー
ド３６中に進出しており、該フードはそれの上部に生成
物ガスが安全弁４０により内部を流れることができる緊
急煙突３８をそしてフラッフのガス化から生じる固体残
渣または灰を収集するための下部放出部分を有してい
る。回転弁（類）４２は固体放出の調節用に備えられて
おり、そして燃焼可能性ガスの外部大気への漏出を防止
するために寄与している。モーター４６により駆動され
るスクリュー型コンベア４４が灰を冷却し、そしてそれ
を廃棄用の受容貯蔵器４８中に移す。
【００３１】バーナー４９は、図２を参照しながら示さ
れそして記されている方法で、反応器１８の内部に達す
るそれのノズル５０を有するフード３６中に一般的には
水平に配置されている。燃料ガスおよび酸素が導管５２
および５４を通ってバーナー４９に供給される。
【００３２】フード３６から、反応器１８により製造さ
れたガスは除去導管５８を通って熱いサイクロン６０中
に移される。反応器１８からのガスにより担持されてい
るかもしれないフラッフまたはスート６１の固体微細粒
子は分離され、そして収集され、冷却され、そして受容
貯蔵器４８中に放出される。
【００３３】酸素／空気および／または燃料ガスと共に
供されている第二バーナー６４が空気または酸素の任意
追加用にサイクロン６０の上流に配置されていて、その
点に達するかもしれない微細粒子またはガスの形の炭化
水素類またはスートをガス化する。
【００３４】原料生成物ガスは導管７０を通って湿潤ベ
ンチュリ補集器７２中に流れ、そこで担持されている塵
粒子が除去される。生成物ガスは次に装入床塔７４中を
通り、そこで酸類が水洗により除去される。緊急圧力調
節弁７６が排気管７８のところに備えられていて、混乱
状態が生じた場合にシステム中の過剰圧力を救済してい
る。補集器７２により収集された固体はスラジタンク８
０中に送られてスラジ８４を生成する。
【００３５】清浄で且つ冷たい生成物ガスが、過剰ガス
急増の廃棄用弁１００が備えられているフレアー煙突９
８に連結しているパイプ８６を通ってコンプレッサー８
４に流れる。
【００３６】生成物ガスは種々の目的用に利用すること
ができる。例えば、高品質の清浄な生成物ガスは内燃機
関８８用の燃料として機械力を生じさせることができ、
またはその後の使用（例えばそれの熱含量用に燃焼させ
るため）のためにタンク９０中に貯蔵することもでき、
またはガスタービン発生器９２中で発電するためにもし
くはボイラー９４中で蒸気を発生させるためもしくは直
接還元方法９６中で還元ガスとして使用するために用い
ることができる。
【００３７】次に図２に示されているガス化反応器１８
のさらに詳細な図面を参照すると、ガス化しようとする
物質の床１０２が反応器１８中に形成されており、そし
て固体が反応器１８の回転によりおよび床１０２中の反
応した固体灰をオーガ供給器２０により分配される供給
物質中に含有されている未反応の不活性固体により量的
置換することにより装入端部１０３から放出端部３５に
移動させられる。熱い反応した不活性な灰と供給物質中
の新しい未反応固体との回転および混合作用は一般的に
は床１０２中の熱移動速度を増加させそしてその結果と
して原料供給物質のガス化速度および完全性を促進させ
る。
【００３８】床１０２の深さおよび反応器１８中の供給
物質に関する保有時間は反応区域の直径および長さによ
り決められており、そしてそれはまた放出端部３５に導
かれている反応器１８の長さ、直径、および傾斜角度に
も関連している。
【００３９】一般的にはそれの装入端部１０３および放
出端部３５のところで反応器１８の周囲に置かれている
密封１２０および１２２は反応器１８の重力中心の不均
一な分布のために過度の推力または歪みに耐えられない
ために、他の理由の中でも水平回転軸が特に好適であ
る。これは支持ロール２６および２８にも適用され、そ
れらは反応器１８が水平に回転するなら比較的簡単な設
計となりそして比較的容易に維持される。
【００４０】好適な一態様では、複合ガス類の発熱反応
により炎の高温エネルギーをさらに直接吸収して比較的
簡単な化合物類のガス類を製造するためには物質の床１
０２から発生する熱い揮発性ガス類はバーナー４９から
の燃焼の極端に熱い生成物類（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）とすぐに
接触しなければならないため、反応器１８の形が本発明
の重要な特徴である。バーナー４９からの炎の形および
長さは、床１０２から発生した揮発性ガスが反応器１８
の全長にわたりバーナー１９からの燃焼の高温生成物と
反応するようなものである。
【００４１】反応器１８には当技術で既知の方法で反射
内張り１９８が備えられている。反射内張り１０８の露
呈部分は炎からの熱を輻射および対流により受容するた
め、反射内張り１０８は床１０２の均一且つ効率的な加
熱に寄与している。内張り１０８は、典型的な中間絶縁
層１０７（図３に示されている）を反応器１８の金属殻
１０９に対する熱保護として含んでいる。バーナー４９
からの高温エネルギーの床１０２による均一且つ効率的
な吸収も反応器１８の回転速度に依存しており、そして
炎の熱に直接露呈される床１０２の部分の過熱を防止す
るためおよび反射内張り１０８の過熱を防止するために
必要である。床１０２および反射内張り１０８の未調節
の過熱が生じると、灰と灰とのおよび／または灰と反射
内張り１０８との溶融および／または融解並びに集塊化
が反射内張り１０８の損傷をもたらすであろう。
【００４２】第二バーナー５１は複数のバーナーを有す
る別の態様を示すために破線で示されている。しかしな
がら、好適態様では単独バーナー４９が使用される。
【００４３】反応器１８内部の実線および点線で示され
ているバーナー４９のノズル５０の調節可能な位置は、
該方法の最適操作用の重要な特徴である。ノズル５０の
好適位置は、床１０２から発生したガスとバーナー４９
の炎により製造された酸化剤との間で効果的な反応が行
われるようなものであろう。炎は反応器１８の放出端部
３５近くで渦を生じさせ、そして床１０２から発生する
ガスは炎の影響区域のそばまたはその中を通過するはず
である。この配置が単独反応区域中での高品質ガスの製
造をもたらす。
【００４４】反応器１８の放出端部には、反応器１８か
ら放出された灰の微細および粗大固体粒子のスクリーニ
ング用の有孔性シリンダー１１０が備えられている。微
細粒子１１６および粗大粒子１１８はそれぞれ導管１１
２および１１４を通って廃棄またはその後の処理用に収
集される。
【００４５】この好適態様ではバーナー４９は反応器１
８内部の床１０２中の物質の直接酸化を最少にするよう
に化学量論的に操作されている。
【００４６】密封１２０および１２２が備えられてお
り、大気空気の反応器１８中への未調節加入を防止して
いる。未調節１２０および１２２の設計は図３を参照す
るとさらに良好に理解されるであろう。反応器１８の設
計（形、長さおよび水平軸回転）により、軸および放射
方向の両者の熱膨張は最少にされる。密封１２０および
１２２は、確実な密封を維持しながら損傷なしに軸およ
び放射方向の両者の膨張並びに正常な機械の不規則性を
吸収するように、特別設計されている。
【００４７】密封は、反応器空間１３８の端部と離れて
近接しておりそしてまた縁１３４によりオーガ供給器２
０の外側ハウジング構造と連結されている環状ディスク
板１３２により支持されている断面で見られる静止Ｕ−
形環１３０を含んでいる。固定されたパッキング１３６
が備えられていて、環状空間１４０により反応器１８の
内部と連結している空間１３８から確実にガスが漏出し
ないようにされている。
【００４８】ステンレス鋼製の二個の独立している環状
環１４２および１４４は、複数のスプリング１４６によ
り、静止Ｕ−形環１３０と強制的に接触するようにされ
ている。環１４２および１４４は一般的ファスナー１５
０により支持用環状板１４８に固定されていて、環１４
２および板１４８の間の効果的な密封を形成している。
支持用板１４８は、反応器１８の一部を形成しているか
またはそれの外側殻に固定されている部品１５２に確実
に連結されている。
【００４９】スプリング１４６は、温度変形または摩耗
にもかかわらず、環１４２および１４４の密封表面を静
止環１３０の表面に対して保っている。
【００５０】
【実施例】実施例番号１ 本発明を組み込んであるパイロットプラントを多くの試
験運転中に操作した。回転炉反応器は４.３メートル長
さおよびそれの最大幅の点における２.４メートル幅
（１４×８フィート）の規模であり、そして一般的に成
形されておりそして図１に示されている補助装置を有し
ていた。下記のデータが得られた。細断プラントからの
自動細断廃棄物を本明細書中に記されている如き回転反
応器に供給した。
【００５１】例えば自動車本体、機械およびシート金属
の如き金属製品を細断しそして金属類を除去した後に残
存している物質であるＡＳＲ物質（「フラッフ」とも称
されている）の典型的な分析値は重量％で下記の如くで
あった： 繊維 ２６.６％ 金属類 ３.３％ 織物 １.９％ フォーム １.４％ 紙 ３.７％ プラスチックス １２.５％ ガラス ２.４％ タール ３.６％ 木片 １.４％ 配線 １.３％ エラストマー類 ３.３％ ごみ／他のもの ３８.６％ 合計＝１００.０％ しかしながら、実際の分析値はこの物質の性質および源
により広範囲に変動する。細断方法により、フラッフは
可変重量％の不燃物（灰）を含有している。フラッフの
かさ密度は約４４８ｋｇ／ｍ3（２８ポンド／フィー
ト3）である。一般的には、不燃物が約５０重量％を占
め、そして燃焼物すなわち有機物質が約５０％を占め
る。
【００５２】それの内部温度を６５０℃（１２０２°
Ｆ）に達するようにさせた反応器の加熱時間後に、約９
０７ｋｇ／時（２０００ポンド／時）のフラッフをオー
ガ−型供給器により回転炉に供給した。安定操作中に、
反応器内の温度は多少均質でありそして７００℃（１２
９２°Ｆ）近くであった。炎の温度は約３０００℃（５
４３２°Ｆ）に達するかもしれないが、熱いフラッフか
ら発生したガスとバーナーにより発生した酸化剤（ＣＯ
2およびＨ2Ｏ）との間の発熱反応が床内部および隣接内
部大気中の内部反応器温度を約７００℃（１２９２°
Ｆ）に安定化させていた。
【００５３】反応器を約１ｒ.ｐ.ｍ.で回転するように
設定した。バーナーを約６４.３ＮＣＭＨ（２２７１Ｎ
ＣＦＨ）の天然ガスおよび１２９ＮＣＭＨ（４５５５Ｎ
ＣＦＨ）の酸素を用いて化学量論的に操作した。５７３
ＮＣＭＨ（２０,２３５ＮＣＦＨ）の良質合成ガスが得
られた。
【００５４】合成ガスの典型的な分析値は以下の如くで
あった： 容量％（乾燥基準） Ｈ2 ３３.５０ ＣＯ ３４.００ ＣＨ4 ８.５０ ＣＯ2 １３.５０ Ｎ2 ５.５０ Ｃ2Ｈ2 ０.７５ Ｃ2Ｈ4 ３.５０ Ｃ2Ｈ6 ０.７５ 合計： １００.００ 容易に観察できるように、６７.６％の還元剤（Ｈ2およ
びＣＯ）並びに１３.５％の炭化水素類を含有している
生成物が得られ、それは例えば鉄鉱石の直接還元中の如
きこのガス用のある種の用途では直接還元方法で変換を
受けそしてより還元性の成分類（Ｈ2＋ＣＯ）を生成す
る。
【００５５】生成物ガスの加熱値（ＨＨＶ）は約３,４
１７キロカロリー／ｍ3（３８４ＢＴＵ／フィート3）で
あり、それは中程度のＢＴＵガスに相当しておりそして
例えば内燃機関を燃焼させるために使用することがで
き、そして多分蒸気の生成用または他の加熱目的用に燃
焼させることができるであろう。比較として、熔鉱炉か
らのガス流出物は約８０１−１０６８キロカロリー／ｍ
3（９０−１２０ＢＴＵ／フィート3）の加熱値を有して
おり、そして鉄鋼プラント中での加熱目的用に利用でき
る。
【００５６】反応器から放出された乾燥灰の量は約３９
７ｋｇ／時（８７５ポンド／時）であり、そしてさらに
約５７ｋｇ／時（１２５ポンド／時）がガス清浄化装置
からのスラジとして収集された。
【００５７】反応器放出口からおよび熱いサイクロンか
ら直接収集された熱い灰は「浸出可能性」重金属類が非
常に低水準であり、そして処理なしでＴＣＬＰ試験を一
貫して合格する。これらの灰は８−１２％の間の再循環
可能な鉄、銅、およびアルミニウムを含む金属類を含有
している。熱い灰は、酸化鉄類、シリカ、アルミナ、酸
化カルシウム、酸化マグネシウム、炭素、比較的少量の
他の物体からなっていた。
【００５８】スクリーニングによる過剰寸法の金属片の
除去後に、残存している乾燥灰はさらに処理せずに埋め
立てするのに環境的に安全性がある。ＴＣＬＰ試験によ
り得られた抽出物中の８種のＲＣＲＡ金属類の濃度の毒
性分析を下表に示す。
【００５９】 金属類 規則濃度 *ＴＣＬＰ試験結果 (mg/L) (mg/L) 銀 ５.０ ＜０.０１ 砒素 ５.０ ＜０.０５ バリウム １００.０ ５.３０ カドミウム １.０ ＜０.０１ クロム ５.０ ＜０.０５ 水銀 ０.２ ＜０.００１ 鉛 ５.０ ＜０.０２ セレン １.０ ＜０.０５ * 毒性特性浸出物工程（レソース・コンサーベーション
・アンド・リカバリー・アクトによる） ガス補集システムから収集された塵状固体をスラジとし
て回収し、そして下表に示されている如く８種のＲＣＲ
Ａ金属類に関して分析した。
【００６０】 金属類 規則濃度 ＴＣＬＰ試験結果 (mg/L) (mg/L) 銀 ５.０ ＜０.０１ 砒素 ５.０ ０.０６ バリウム １００.０ ３.２ カドミウム １.０ ０.７８ クロム ５.０ ＜０.０５ 水銀 ０.２ ＜０.００１ 鉛 ５.０ ４.８７ セレン １.０ ＜０.０７ 数回のＴＣＬＰ試験を行い、そして各場合ともスラジ物
質は追加処理なしで試験に合格した。
【００６１】実施例番号２ 本発明の重要な特徴を構成している本出願に記載されそ
して特許が請求されている密封の効果を、パイロットプ
ラントの二回の試験運転（最初は設置されている商業的
な密封を用いてそして他方は図３に示されている如くし
て製造された密封を用いて）の結果を比較して示すこと
ができる。
【００６２】 商業的密封 図３の密封 ＳＣＭＨ(ＳＣＦＨ) ＳＣＭＨ(ＳＣＦＨ) 発生したガス （Ｎ2以外） 574 (20,279) 64% 606 (21,408) 94% 窒素 333 (11,753) 36% 36 (1,263) 6% 発生した合計ガス 907 (32,032) 100% 642 (22,671) 100% 最終的生成物ガス中の窒素含有量の約３％がフラッフ物
質から生じることは見られたが、生成した合成ガスの窒
素含有量における重要な減少は本発明の密封の独特な構
造により行われたものであり、それが高い品質および価
値を有するガスの生成に寄与していることはわかる。
【００６３】実施例番号３ 本発明に従い製造された合成ガスの鉄鉱石の化学的還元
用の適合性を評価するために、該目的用に特に推奨され
ているコンピューター模擬プログラムを用いて下記の物
質均衡を行った。
【００６４】計算用の基準は１メートルトンの発生金属
鉄であった。
【００６５】本発明に従い製造される還元性ガスはいず
れの既知の直接還元方法により利用することもできる。
物質均衡は本出願の共同譲渡人の一方の使用人により発
明されたＨＹＬ III方法に適用されて計算された。この
方法の例は米国特許３,７６５,８７２、４,５８４,０１
６、４,５５６,４１７および４,８３４,７９２中に開示
されている。
【００６６】この例の理解のためには、示されている用
途の一種が鉄鉱石の直接還元であるような図１および物
質均衡を示している表Ｉを参照できる。
【００６７】９２６ｋｇ（２０４２ポンド）のフラッフ
を反応器１８中でガス化した。
【００６８】９５ＮＣＭ（３３５４ＮＣＦ）の天然ガス
を１９０ＮＣＭ（６７０９ＮＣＦ）の酸素と共にバーナ
ー４９に供給した。この量のフラッフのガス化は１,０
００ＮＣＭ（３５,３１０ＮＣＦ）の生の熱い還元ガス
（Ｆ1）を生成し、それは清浄化および冷却後にＦ2であ
ると同定されている組成を有する７８５ＮＣＭ（２７,
７１８ＮＣＦ）となった。
【００６９】このような清浄な還元ガスを次に、急冷ク
ーラー１２４により冷却されそして組成物Ｆ7と同定さ
れて分割された後に約１,４００ＮＣＭ（４９,４３４Ｎ
ＣＦ）の還元反応器からの再循環されたガス流出物と、
組み合わせた。
【００７０】新しい還元ガスＦ2と再循環されたガスＦ7
との混合物を次にＣＯ2除去装置１２６中に通し、該装
置はアルカノールアミン類を使用する装入床吸収塔の型
であることができ、Ｆ3の組成を有する１,８７６ＮＣＭ
（６６,２４２ＮＣＦ）を生じ、それは明らかに直接還
元方法で通常使用されている型の高い還元剤能力を有す
るガスであった。装置１２６により、２９７ＮＣＭ（１
０,４８ＮＣＦ）のＣＯ2がシステムからガス流Ｆ10とし
て除去された。生成したガス流Ｆ3を次にヒーター１１
０により約９５０℃（１７４２°Ｆ）に加熱し、そして
還元反応器１０４にガス流Ｆ4として供給して水素およ
び一酸化炭素と鉄鉱石との還元反応を行って金属鉄を製
造した。
【００７１】該還元反応器１０４からのガス流の流出物
Ｆ5は従ってＨ2およびＣＯと鉄鉱石との反応の結果とし
てＣＯ2およびＨ2Ｏの増加した含有量を有しており、従
って流出ガスＦ5を直接接触水急冷クーラー１２４中で
の冷却により脱水して１６８７ＮＣＭ（５９,５６８Ｎ
ＣＦ）のガスＦ6を与えた。ガスＦ6から、２８７ＮＣＭ
（１０,１３４ＮＣＦ）の排気Ｆ8を分離させ、そしてシ
ステムから除去して、不活性物（例えばＮ2）がシステ
ム中での集積することおよび圧力調節用に排除した。ガ
スの残部は以上で記載されている如くガス流Ｆ7とし再
循環させた（Ｆ2と組み合わされ、ＣＯ2をストリッピン
グさせ、そして次に表１に示されている組成を有するガ
ス流Ｆ3として還元反応器に供給された）。
【００７２】直接還元された鉄（ＤＲＩ）を放出前に冷
却するために、反応器の下部で任意に冷却用ガス、好適
には天然ガス、を循環させることができる。
【００７３】このためには、約５０ＮＣＭ（１７６６Ｎ
ＣＦ）の天然ガスＦ9を冷却ガスループに供給し、そし
て還元反応器１０４の下部中に循環させた。該反応器の
冷却区域からのガス流の流出物を冷却しそして急冷クー
ラー１０６のところで清浄化し、そして該冷却ループ内
に再循環させた。
【００７４】 表１ ＡＳＲ物質のガス化からの合成ガスを使用する（実施例３の）ＨＹＬ III Ｄ.Ｒ .方法の物質均衡 Ｆ1 Ｆ2 Ｆ3 Ｆ4 Ｆ5 Ｆ6 Ｆ7 Ｆ8 Ｆ9 Ｆ10 Ｈ2容量％ 28 35 44 44 33 40 40 40 0.4 ＣＯ 26 33 26 26 14 16 16 16 0.1 ＣＯ2 11 14 0 0 11 13 13 13 0.4 100 ＣＨ4 7 10 16 16 13 16 16 16 93.7 Ｎ2 4 5 12 12 11 14 14 14 0.5 Ｃ3Ｈ8 0 4.6 Ｃ4Ｈ10 0 0.3 Ｈ2Ｏ 24 3 2 2 18 1 1 1 流速 1,000 785 1,876 1,876 2,023 1,687 1,400 287 50 297 (ＮＣＭ) トンＦｅ 温度 500 30 40 950 639 30 30 30 25 30 (℃)
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は有機廃棄物をガス化して合成ガスを生
成するために有用な本発明の好適態様の部分的な図式図
を示しておりそして該ガス用の多数の例示最終用途を示
している。
【図２】 図２は図１に示されている型の回転反応器の
さらに詳細な部分的な図式的垂直断面図を示している。
【図３】 図３は図２に示されている反応器の装入端部
用の回転高温密封の断面図を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーマン ジー．ビショップ アメリカ合衆国、テキサス州 77015、ヒ ューストン、タラント ストリート、234 (72)発明者 リカード ビラモンテス−ブラウン メキシコ国、ヌエボ レオン、ガルザ ガ ルシア、コル ロマス デル バレ ミラ ドア デ ラ シエラ 347

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有機物質を含有している装入物を単一反
    応区域中に加え、有機物質を熱分解させそしてガス化さ
    せるのに充分なほど該装入物を酸素−含有ガスを用いる
    燃料の燃焼による少なくとも一種の高温バーナーガス流
    により加熱してガスを発生させ、 該少なくとも一種のバーナー流が充分なエネルギーを供
    給しそして該反応区域内で燃焼生成物を酸化させて発生
    したガスを効率的に反応させて合成ガスを生成させ、こ
    こでそれの少なくとも大半を該単一反応区域中で製造す
    ることを含んでいる、単一反応区域を有する反応器中で
    有機物質をガス化して合成ガスを製造する方法。
  2. 【請求項２】 該燃焼が実質的に化学量論的なものであ
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 該反応器内の温度が約６５０℃以上であ
    り且つ残存灰の融解温度より低く、該酸化性燃焼生成物
    がＨ2ＯおよびＣＯ2を含んでおり、そして遊離酸素が実
    質的に該反応器から除去される、請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 有機物質を含有している装入物が該反応
    器中に連続的に供給され、連続的に撹拌されて該反応器
    中で実質的に水平な床を形成し、そしてそれの残渣およ
    び生成した合成ガスが該反応器から共通放出区域を通し
    て放出される、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 該反応器が装入端部および放出端部を有
    しており、そしてここで該高温ガス流が該放出端部で発
    生し、そして該反応器中で該酸化性燃焼生成物が該発生
    したガスと該水平床の上で接触するように方向づけらて
    いる、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 さらに該少なくとも一種の高温ガス流お
    よび該発生したガスの相対的流れを調節して該発生した
    ガスを該酸化性燃焼生成物と効率的に接触させて該合成
    ガスを生成し、そして該合成ガスが実質的に簡単なガス
    類からなっている、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 該高温ガス流が２５００−３０００℃の
    程度の炎温度において発生する、請求項３に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 該合成ガスが該反応器から約６５０℃以
    上の温度において出て行き、そして主として乾燥基準で
    ＣＯおよびＨ2からなっており、且つＨ2Ｏ、ＣＯ2、お
    よびＣＨ4も含んでおり、存在しているＮ2は本質的に反
    応していない、請求項３に記載の方法。
  9. 【請求項９】 さらに、該反応器から出て行く該合成ガ
    スの温度を約６５０℃以上に保ち、該合成ガスを内部に
    注入される第二高温ガス流と接触させることにより該合
    成ガスの温度を上昇させ、該第二高温ガス流が副次的な
    酸素−含有ガスを用いる燃料の燃焼によりまたは副次的
    な酸素−含有ガスだけの注入により製造され、そして該
    副次的な酸素−含有ガスが容量基準で約５％までの割合
    で注入され、そして該合成ガス流の温度がそれにより約
    ５０℃まで上昇され、そして該合成ガス中に担持されて
    いる有機粒子および複合炭化水素ガスが主としてＣＯお
    よびＨ2に分解および／または分離されることも含んで
    いる、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 さらに、該合成ガスを撹拌分離および
    湿潤除去にかけることにより該合成ガス中に残存してい
    る担持された粒子を除去することを含んでいる、請求項
    ９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 有機物質を含有している装入物が、か
    なりの部分が有機性である自動細断残渣（ＡＳＲ）、ご
    み、自治体廃棄物、プラスチック廃棄物、タイヤ片、使
    用ずみ自動車油および他の廃棄物からなる群から選択さ
    れる、請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 さらに、合成ガスを鉄鉱石の直接還元
    中で使用することを含んでいる、請求項１に記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 鉄鉱石を還元区域中で水素および一酸
    化炭素含有還元ガスにより還元し、そして生じた消費さ
    れた還元ガスを還元区域中への再加入前に脱水およびＣ
    Ｏ2除去しながら再循環させ、該合成ガスがそれ自身で
    脱水されそして再循環ループに少なくともＣＯ2除去の
    前に加えられる、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 酸化性燃焼生成物が該発生したガスと
    接触して該生成した合成ガスが約２容量％より少ない炭
    素数が２より大きい分子構造を有するガスを含有するよ
    うな方法で反応器中に配置および方向づけされている複
    数のバーナーにより加熱が行われる、請求項１に記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 該反応器をそれの水平軸の周りに回転
    させることにより該回転が行われ、有機物質を含有して
    いる装入物を該反応器中に該装入端部のところで該水平
    軸に沿って供給し、そして該残渣を該反応器から開口部
    を通して該放出端部のところで該回転によりおよび該反
    応器中への装入物供給による量的置換により放出させて
    いる、請求項５に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 該燃焼が該燃料のモル炭素含有量に関
    して１０％までの過剰量の酸素を用いてなされる、請求
    項１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 該燃料が部分的にまたは全体的に該合
    成ガスからなっている、請求項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 さらに、合成ガスを鉄鉱石の直接還元
    中で使用し、そして鉄鉱石を還元区域中で水素および一
    酸化炭素含有還元ガスにより還元し、そして生じた消費
    された還元ガスを還元区域中への再加入前に脱水および
    ＣＯ2除去しながら再循環させ、該合成ガスがそれ自身
    で脱水されそして再循環ループに少なくともＣＯ2除去
    の前に加えられる、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 さらに、合成ガスを鉄鉱石の直接還元
    中で使用し、そして鉄鉱石を還元区域中で水素および一
    酸化炭素含有還元ガスにより還元し、そして生じた消費
    された還元ガスを還元区域中への再加入前に脱水および
    ＣＯ2除去しながら再循環させ、該合成ガスがそれ自身
    で脱水されそして再循環ループに少なくともＣＯ2除去
    の前に加えられる、請求項１７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】（ａ）実質的に水平な軸、装入端部およ
    び放出端部を有する反応器、（ｂ）該有機物質を含有し
    ている装入物を該反応器中に連続的または間欠的に加え
    るための供給手段、（ｃ）該装入物を該反応器内で回転
    させ、それにより該装入物を該装入端部から該放出端部
    に該回転作用によりおよび該反応器中に加えられた追加
    装入物の量的置換により移動させるための手段、（ｄ）
    該有機物質を熱分解させそして酸素−含有ガスを用いる
    燃料の燃焼により該反応器内部でガス化反応物であるＨ
    2ＯおよびＣＯ2を製造するための熱を生成するための該
    反応器中に配置されているバーナー手段、並びに（ｅ）
    該反応器の内部大気を外部大気から実質的に単離するた
    めの密封手段を含んでなる、合成ガスを製造するための
    有機物質を含有している装入物をガス化するための装
    置。
  21. 【請求項２１】 該バーナー手段が該反応器の放出端部
    に置かれており、そして該反応器から出て行く該合成ガ
    ス流の方向と実質的に反対の方向に移動するガス流を生
    成する、請求項２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 該反応器内部の該バーナー手段の位置
    が調節可能である、請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 該反応器内部の少なくとも半分が該バ
    ーナー手段から離れている方向において一般的に増加し
    た断面積を有している、請求項２０に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 該反応器が回転反応器であり、そして
    該反応器内の該装入部を回転させるための該手段が該反
    応器を該水平軸の周りに回転させる手段を含んでいる、
    請求項２０に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 該供給手段がオーガを含んでいる、請
    求項２０に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 さらに、該反応器の内部と連結されて
    いるガス収集手段も含んでおり、該反応器の内部から出
    て行く合成ガスをその後の処理用に収集する、請求項２
    ０に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 さらに、第二バーナー手段も含んでお
    り、該第二バーナー手段が該ガス収集手段中に配置され
    ており該合成ガス中に担持されている該有機物質を熱分
    解させそして酸素−含有ガスを用いる燃料の燃焼により
    該ガス収集手段内部でガス化反応物であるＨ2Ｏおよび
    ＣＯ2を製造する、請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 さらに、該装入物が該反応器の放出端
    部に達する時に該装入物を粒子寸法により分類するため
    の手段も含んでいる、請求項２０に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 さらに、該合成ガスを該反応器から除
    去するためのファン手段も含んでおり、そしてバーナー
    に関する反応器の位置および形が該装入物を該バーナー
    手段により製造されたガス化反応物と充分混合させてそ
    れと効率的に反応させるようなものである、請求項２１
    に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 該密封手段が該反応器の少なくとも一
    端において少なくとも一個の回転可能な滑動密封構造を
    含んでおり、該反応器上に一端がそれと共に回転するよ
    うに密封固定されている移動可能な環状部品を有してお
    り、固定された環状部品は該反応器の一端に配置されて
    いる閉鎖支持具上に密封固定されており、該環状部品の
    一方が他の環式部品に向かって放射方向に面している溝
    開口部を有する環状側面を有している第一Ｕ−形溝の形
    の環であり、該他の環状部品は少なくとも実質的に閉鎖
    されてそれらの間の基部に沿っている一対の平行環状板
    の形であり第二Ｕ−形溝を形成しており、それは第一溝
    の中で内部適合して、第一溝の側面の内面が重複して第
    二溝の平行板のそれぞれの外面に対して二個の滑動密封
    を形成しており、回転中に第一溝のそれぞれの側面に対
    して押されている第二溝の板を保つために作用する手段
    を傾斜させており、平行板の少なくとも一個が該反応器
    および該閉鎖支持具の一方に密封固定されている、請求
    項２１に記載の有機物質をガス化するための装置。
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