JPH09512055A - 高温ガス化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 場合によっては熱によって前処理された不均一な廃棄物の高温ガス化方法であって、酸素が水冷酸素ランスによってガス化床中に注入される方法。酸素は独立したパイロットフレームによって加熱され、音速に近い速度まで加速される。従って、酸素ランスは、ガス化され難い溶融した装入物成分によって閉塞されることはない。リング状に配置された幾つかの酸素ランスからの移相的パルス状の衝撃が、ガス化帯中の材料の回転流れを生み出し、廃棄物のガス化の場合の装入物の不均一性を相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】 高温ガス化方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は不均一な廃棄物、例えば都市ごみのガス化方法であって、場合によっ ては機械的−熱的予備処理後に、ガス化されることができないような成分の溶融 を伴って行われ、いわゆる酸素ランスによってガス化床への酸素添加が行われる 方法に関する。 ２．関連技術の説明 本明細書に記載する意味の酸素ランスは水冷式ジェットであり、これを通して 酸素又は酸素富化空気がガス化反応器の内部燃焼室に吹き込まれる。 高温反応器内での亜炭又は無煙炭のガス化は酸素ランスによって比較的困難な く行われることができるが、この理由は導入される酸素によるガス化のために時 には充分な炭素がランスの流動帯に既に存在するからである。この場合には、酸 素をノズルを通して、恐らく多重ノズルを通して導入することで充分である。ガ ス化装置の中枢領域で約２０００℃以上に達する高温はランスの冷却、好ましく は水冷を絶対的に必要にする。 高温反応器中で恐らく熱予備処理後にあらゆる種類の家庭及び産業の廃棄物の 炭素成分の完全なガス化が行われ、反応器の高温領域において廃棄物の熱分解が 生ずることも周知である。このような方法は“サーモセレクト(thermoselect)方 法”（ドイツ特許第４，１３０，４１６号）（Ｆ．Ｊ．Ｓｃｈｗｅｉｔｚｅｒ、 “廃棄物のガス除去とガス化のためのサーモセレクト方法”，ＥＦ−Ｖｅｒｌａ ｇ Ｆｕｅｒ Ｅｎｅｒｇｉｅ ｕｎｄ Ｕｍｗｅｌｔｔｅｃｈｎｉｋ，１９９ ４）なる名称で知られている。 廃棄物のガス化のための高温反応器の操作条件は、特に廃棄物をガス化し、分 別しない混合ごみとして熱処理する場合には、石炭のガス化の操作条件とは異な る。 各条件と特定の種類の廃棄物に応じて、充分な炭素が反応器供給材料中に特に 酸素ランス帯中で常に入手可能であることは保証されず、少なくとも必要な連続 性を有しては保証されない。 非分別ごみとしてのごみ投入量(input)の不均一性に起因する不利益は、酸素 ランスの有効帯を大きくすることによって少なくとも相殺することができる。大 きな面積にわたるフレーム作用の対応する積分によって、ガス化条件の有利な定 常化を得ることが可能になる。溶融され、ガス化されない、不均一な廃棄物中の 無機成分の割合が大きく変化するときは、プロセスの過程にわたって変換される エネルギーに関して熱条件をさらに調節することが必要となる。 石炭ガス化に用いられる慣用的設計の既知酸素ランスは、廃棄物ガス化の上記 条件を充分には満たさない。 例えば、燃焼室にランスによって注入される酸素がそこで無機物質に遭遇する と、反応室でガス化が行われないばかりでなく、酸素がその直前まで部分的に溶 融している無機物質を無機物質の融点未満にまで冷却し、それによってガス化プ ロセスの敏感な平衡が妨害され、溶融物放出が妨げられる。 このようなプロセス妨害は酸素ランス帯中への必要に応じた補助熱の供給を保 証することによって又は酸素流速度を高めることによって対処することができる 。それによって、反応器のバーナー区分の有効帯を増大することができる。両方 の手段の組合せも望ましい。 制御されない又は未知の成分を含む非分別混合ごみのガス化では、金属又は金 属スラグの溶融滴が−−−特に酸素供給が抑制された場合に−−−酸素ランスを 閉塞し、それを完全に無効にする。 高温ガス化反応器における混合廃棄物のガス化の際の慣用的酸素ランスの欠点 は次のように要約される：（１）酸化されることができない無機物質の不定な量 の割合が存在する場合に高温反応器の反応帯への必要に応じた熱供給が不可能で ある；（２）ガス化プロセスの平衡状態に応じて酸素量を調節することが不可能 である；（３）反応速度を高めるための注入前の酸素の加熱が不可能であるか又 は安全性を脅かす大きな危険を伴ってのみ可能である；及び（４）酸素の流速度 の上昇が注入される酸素の圧力の上昇によってのみ可能であり、これは費用がか かり、危険である。 ランスの前に酸化されることができない廃棄物成分に対して慣用的なランスは 効果がない。 発明の概要 本発明の目的は、不均一な装入物(charge)の不定な状態に合わせて調節され、 大きい流速度で同時に高温の酸素によって危険性なく使用されることができる、 金属成分及び無機成分を溶融しながら不均一廃棄物を高温ガス化する方法であっ て、プロセス経過が酸化不能な装入物成分によって妨害されない方法を提供する ことである。 この課題は、本発明によると、請求項１に記載した特徴によって解決される。 この課題解決法の有利な構成とさらなる展開は従属項によって明らかにされる。 好適な実施態様の説明 酸素ランスとパイロットフレームとの組合せが下記相互作用を生じる。 パイロットフレームの高いフレーム温度と高い燃焼速度とがランス酸素を極度 に加熱し、場合によってはこれを超音速にまで加速する。 酸素の高温がガス化速度を高め、酸素の有意な加速がランスの作用領域を決定 的に拡大する。この非常に増大された酸素の作用量によって、装入物中に偶発的 に分布された不均一性は均一化され、ランス酸素は強度に装入物不均一性である 場合にもあらゆる場合にガス化可能な物質成分を捕捉することができる。 パイロットフレームはランス酸素に依存せずに調節可能であるので、高温反応 器の反応帯に無機の鉱物成分及び金属に対する溶融熱を付加的に、配量可能に供 給することができる。 装入物からの溶融物の“凝固”によるランスの閉塞は確実に避けられる。 パイロットフレームの燃料が任意に選択可能である場合に、プロセスに固有な 合成ガス又はその成分（例えば水素）をこのために用いるならば、特に好都合な 状態が生ずる。酸素と結合すると、特に化学量論比が維持される場合に、フレー ム温度と燃焼速度とに関して最適なプロセス動力学を有する酸水素ガスフレーム が生ずる。純粋な酸素又は９０％より大きい酸素割合を有する酸素混合物をパイ ロットフレームに用いる場合に、系への窒素の混入が回避され、窒素酸化物の形 成が最小になる。 中央パイロットフレームはランスへの酸素供給量に依存せずに駆動されるので 、全ての酸化不能な廃棄物成分の溶融のために中央パイロットフレームの過剰な 熱を直接利用して、ガス化の反応帯におけるプロセス妨害を回避することができ る。永久燃焼パイロットフレームの存在下で、ランス酸素がパルス的に導入され るならば、酸素ジェットがガス化床に形成するチャンネルがパルス間の休止中に 崩壊するという利益が生じる。 このようにして、ガス化床における“ブリッジ形成”は回避され、ランスの作 用下にある帯で新しいガス化可能な物質が連続的に製造されることになる。幾つ かのランスをガス化床の周囲に配置し、酸素のパルス流によって操作し、ガス化 床が循環するような形式で移相的にパルス化することによって、ガス化状態はさ らに改良され、均一化されることができる。チャンネル形成とチャンネル崩壊と が循環的に交互することによって、ガス化領域への渦状の準連続的な物質運搬が 生ずる。 本発明を具体的に説明したが、用いた専門語は限定よりもむしろ説明の性質で あるように意図されるものであることを理解すべきである。 上記開示を考慮するならば、多くの改良及び変更が明らかに可能である。それ 故、特許請求の範囲において、参照数字は単に便宜的であり、決して限定的では なく、特に説明した以外に本発明が特許請求の範囲内で実施され得ることを理解 すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１個の水冷式酸素ランスによってガス化床中に酸素を注入する ことを含む、場合によっては熱によって前処理された不均一な廃棄物の高温ガス 化方法であって、高いフレーム温度及び高い燃焼速度の少なくとも１つの永久燃 焼パイロットフレームを備えた酸素ランスを、ランスの酸素が少なくともほぼ音 速にまで加速されるように用いることを特徴とする方法。 ２．ランスの酸素に依存せずに調節可能なパイロットフレームを、ほぼ化学量 論比の、プロセスに固有な合成ガスの成分と、少なくとも酸素によって富化され た燃焼空気とによって駆動することを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３．中央フレームによって発せられる過剰な熱を用いて、酸化されることがで きない廃棄物成分を溶融することを特徴とする、請求項１記載の方法。 ４．永久燃焼パイロットフレームの存在下で酸素を酸素ランスにパルスとして 導入することを特徴とする、請求項１記載の方法。 ５．ガス化床を中心として配置され、パルスとして注入される酸素によって駆 動される幾つかのランスが、ガス化帯が循環するように、移相的にパルス化され 、パルスの持続期間中にガス化物質中にチャンネルが形成され、これらのチャン ネルがパルス休止中には崩壊し、そのためにガス化領域への回転式物質供給が行 われることを特徴とする、請求項１記載の方法。