特表 2022-510663 原料をガス化・溶融するためのリアクターとプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-27

(54)【発明の名称】原料をガス化・溶融するためのリアクターとプロセス

(51)【国際特許分類】

   C10J 3/08 20060101AFI20220114BHJP

   C10J 3/66 20060101ALI20220114BHJP

   C10J 3/26 20060101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

C10J3/08

C10J3/66

C10J3/26

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531366

(86)(22)【出願日】2019-11-27

(85)【翻訳文提出日】2021-05-28

(86)【国際出願番号】 EP2019082807

(87)【国際公開番号】W WO2020109425

(87)【国際公開日】2020-06-04

(31)【優先権主張番号】18208810.4

(32)【優先日】2018-11-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】2018/08031

(32)【優先日】2018-11-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】ZA

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521234847

【氏名又は名称】ケービーアイ インヴェスト ＆ マネジメント エージー

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】ウェグナー，アンドレ

(57)【要約】

本発明は、供給材料のガス化および／または溶融のための反応器（100）に関するものである。この反応器は、以下の構成を有する。共流部（110）であってプレナム部（111）からなり、水門（112）を備えた供給部を有し、供給部を介して上方から反応器（100）に供給材料が導入される、バッファ部（113）と、バッファ部（113）の底部に隣接して断面が拡大する前処理部（114）と、前処理部に隣接する中間部（115）と、中間部の底部に隣接し、少なくとも1段の羽口（117）からなる上部酸化部（116）とと、上部酸化部（116）の底部に隣接する上部還元部（118）と、少なくとも1つのガス排出口（121）からなるガス排出部（120）と、ガス排出部（120）に隣接する円錐形の下部還元部（138）と、少なくとも1つの羽口（137）と少なくとも1つのタッピング（131）からなる下部還元部（138）に隣接する円錐形の下部酸化部（136）とからなる対向流部（130）とを備えている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給材料をガス化および／または溶融するための反応器（100）であって、以下のものを含む。
・共流部（110）の構成
-プレナム部（111）の構成
〇投入材料が上方から反応器（100）に導入される水門（112）を有する投入部と
〇供給部（112）の下方に位置するバッファ部（113）。
〇前記バッファ部（113）の下部に位置し、供給材料の排出コーン（140）が形成されるように、上部領域では断面が拡大し、下部領域では断面が狭くなっている前処理部（114）と
〇前処理部（114）の断面拡大領域で前処理部（114）内に開口し、これを介して高温ガスを吐出コーンに供給することができる少なくとも1つのガス供給手段（119）と
〇前処理部（114）の下部に位置する中間部（115）と
‐中間部（115）の下方に位置し、少なくとも2段に配置された羽口（117）からなる上部酸化部（116）であって、羽口（117）を介して、未処理または予熱された酸素および／または空気が供給可能である、上部酸化部（116）と
‐前記上部酸化部（116）の下方に位置する上部還元部（118）と
・少なくとも1つのガス排出口（121）を含むガス排出部（120）であって、円錐形のバルク（141）が形成できるように、ガス排出部（120）の断面積が上部減速部（118）の断面積よりも大きい、ガス排出部（120）と
・逆流部（130）の構成
‐ガス排出部（120）の下方に位置する円錐形の下部減速部（138）と
‐溶融金属および溶融スラグを底部に蓄積する円錐形の下部酸化部（136）であって、円錐形の下部酸化部（136）は、円錐形の下部還元部（138）の下方に位置し、未処理または予熱された酸素および／または空気を溶融金属および溶融スラグに供給して固化を防止するための少なくとも1つの羽口（137）と、溶融金属および溶融スラグを排出するための少なくとも1つのタッピング（131）とを備えることを特徴とする。

【請求項2】

上部還元部（118）がガス出口部（120）の上方に完全に配置されており、ガス出口部（120）は断面拡大を提供しながら上部還元部（118）の下方に位置している、請求項1に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）である。

【請求項3】

上部還元部（118）の少なくとも一部がガス出口部（120）に配置されており、ガス出口部（120）は上部還元部（118）に対して断面が拡大されている、請求項1に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）。

【請求項4】

上部酸化部体積とプレナム部体積の体積比が、1：N体積単位の比であり、4≦N≦20である、請求項1～3のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）。

【請求項5】

請求項1～4のいずれか1項に記載の原料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、上部還元部体積とプレナム部体積の合計体積に対する上部酸化部体積の体積比が、1：N体積単位であり、7≦N≦20であることを特徴とするリアクター（100）。

【請求項6】

反応器の全体積に対する向流部の体積の比が、1：N体積単位であり、1≦N≦8であることを特徴とする請求項1～5のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するための反応器（100）。

【請求項7】

円錐形の下部還元部の角度と円錐形の下部酸化部の角度が50°から70°の間である、請求項1から6のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）。

【請求項8】

前処理部（114）、中間部（115）、上部酸化部（116）、上部還元部（118）、ガス出口部（120）、円錐形下部還元部（138）および円錐形下部酸化部（136）がそれぞれ耐火物ライニングからなり、各部の各耐火物ライニングが2層から6層で構成され、各層が異なる材料で作られている、請求項1から7のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）です。

【請求項9】

請求項8に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、上部酸化セクション（116）の耐火物ライニングが3層から6層で構成され、各層が異なる材料で作られ、層の厚さの合計が少なくとも600mmの厚さを有することを特徴とするリアクター（100）。

【請求項10】

請求項1～9のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するための反応器（100）であって、中間部（115）の内部断面積は、円筒状に一定であるか、または反応器の床の方向にテーパー状になっており、上部酸化部（116）の内部断面積は、円筒状に一定であるか、または反応器の床の方向にテーパー状になっており、上部還元部（118）の内部断面積は、円筒状に一定であるか、または上部酸化部（116）の直後の反応器の底部に向かって広がっていることを特徴とする。

【請求項11】

少なくとも1つのさらなる羽口（139）が円錐形の下部還元部（138）のさらなるレベルに配置されているか、または1つのさらなる羽口が円錐形の下部還元部（138）のさらなるレベルに配置されており、少なくとも1つの追加の羽口が上部還元部（118）に配置されている、前記請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）である。

【請求項12】

前述の請求項のいずれか1項に記載の供給材料のガス化および／または溶融のためのリアクター（100）であって、少なくとも1つのさらなる羽口が、円錐形の下部酸化セクション（136）のさらなるレベルに配置されていることを特徴とするリアクター（100）。

【請求項13】

前述の請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、上部酸化部（116）の内部断面積は、供給材料から形成された排出バルク内の任意の点から羽口（117）の少なくとも1つの出口までの最大距離が所定の最小距離以下となるように形成されており、この最小距離は、以下のとおりである。
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s以下の場合、1.3m以下となります。
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s～343m/sの間では1.9m未満、そして
‐ガス温度が100℃以上、ガス速度が343m/s以上の場合には、3.2m以下となります。
ここで、温度とガス速度は、羽口（117）の出口で提供される。

【請求項14】

前述の請求項のいずれか1項に記載の供給材料のガス化および／または溶融のためのリアクター（100）であって、上部酸化セクション（116）の内部断面積が、非円形の表面、特に丸みを帯びた長方形、スタジアム、楕円形、エピサイクロイド、マルチサークル、スーパーサークルn＝4として、または切り捨てられた正方形、正多角形、平行四辺形などの5つ以上の角を有する多角形として形成されていることを特徴とするリアクター（100）。

【請求項15】

前述の請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、ガス排出部（120）に1つのガス排出口（121）のみが配置されていることを特徴とするリアクター（100）。

【請求項16】

請求項1から14または15のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、請求項1から14のいずれか1項に記載の少なくとも1つのガス排出口（121）または請求項15に記載の唯一のガス排出口（121）が、ガス排出部（120）において、-60°～90°の角度（θ）で配置されていることを特徴とするリアクター（100）。

【請求項17】

共流部（110）の中心縦軸が、ガス出口部（120）およびガス逆流部（130）の中心縦軸に対して水平方向にオフセットして配置されている、前記請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）。

【請求項18】

唯一のガス出口（121）が、共流部（110）の中央垂直長手軸よりも、ガス出口部（120）およびガス逆流部（130）の中央垂直長手軸に近い位置に配置されている、請求項16を参照した請求項17に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）である。

【請求項19】

熱交換器および／または蒸気発生器がガス出口部（120）の下流に結合され、ガス吸引手段が熱交換器または蒸気発生器の下流に結合されている、前記請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）。

【請求項20】

前述の請求項のいずれか1項に記載の供給材料をガス化および／または溶融するためのリアクター（100）であって、高温ゲートバルブが上部酸化部（116）および／または円錐形の下部酸化部（136）のシェルに配置されており、高温ゲートバルブは、リアクターの使用中に羽口（117）を交換できるように設計されていることを特徴とする。

【請求項21】

請求項1から20のいずれか1項に記載の反応器（100）を用いて、供給材料をガス化および／または溶融する方法であって、以下のステップを含む方法。
‐共流部（110）に供給材料を提供し、供給材料は水門（112）を備えた供給部を介して供給され、供給材料はバッファ部（113）で予熱および予乾され、前処理部（114）で供給材料を提供することにより、排出コーンを有する排出バルクが形成され、前処理部（114）の断面はバッファ部（113）に対して拡大されることを特徴とする。
‐供給材料の表面または供給材料内で熱分解を開始するために、前処理部（114）の断面拡大領域で前処理部（114）内に開口している少なくとも1つのガス供給手段（119）を介して空気および／または酸素および／または燃焼ガスを供給することによって、前処理部（114）内の排出バルクを少なくとも800℃に加熱し、供給材料は後続の中間部で完全に熱分解され、完全に乾燥されることを特徴とする。
‐少なくとも2つのレベルに配置された羽口（117）を介して、未処理または予熱された酸素および／または空気を供給することにより、下層の高温上部酸化セクションを提供すること、および
‐熱分解生成物と供給材料を燃焼させ、金属・鉱物成分がある場合はそれを溶融させ、さらに供給材料の残渣を高温の上部酸化部でコーキングする。
‐上部還元部（118）で熱エネルギーを化学エネルギーに変換する。
‐未処理または予熱された酸素および／または空気を、少なくとも1つの羽口（137）を介して、円錐形の下部酸化部に存在する蓄積された溶融金属および溶融スラグに供給して、溶融金属および溶融スラグを溶融状態に維持し、必要に応じて少なくとも1つのタッピング（131）を介して溶融金属および溶融スラグを排出することにより、下部に位置する高温の下部酸化部を提供すること。
‐共流部（110）で発生したガスを、ガス排出部（120）の少なくとも1つのガス排出口（121）から排出するステップと
‐対向流部（130）で生成されたガスを、ガス排出部（120）の少なくとも1つのガス排出口（121）を介して排出し、対向流部（130）の円錐形下部酸化部で形成されたガスは、円錐形下部還元部（138）を介してガス排出部（120）に流れる。

【請求項22】

請求項21に記載の方法で、共流部で発生したガスと逆流部で発生したガスを吸引して排出することを特徴とする。

【請求項23】

請求項21に記載の方法で、共流部に過圧が発生し、共流部で発生したガスが過圧により排出される。

【請求項24】

反応器を起動するために窒素を注入する、請求項21から23のいずれか1項に記載の方法。

【請求項25】

エネルギーの回収のための、請求項1から20のいずれかに記載の供給材料のガス化および／または溶融のための反応器（100）の使用。

【発明の詳細な説明】

【0001】

本発明は、物質をガス化および／または溶融するための反応器および方法に関するものである。特に、本発明は、任意の廃棄物、例えば、家庭廃棄物、使用済みタイヤ、有害廃棄物、アスベスト、病院廃棄物、石炭または石炭ダストなどの物質および／またはエネルギーの回収に関するものである。また、本発明の反応器および方法は、任意の組成の供給材料のガス化および溶融、あるいは廃棄物および／または石炭の使用によるエネルギーの生成にも適している。

【0002】

以前から、様々な種類の廃棄物などを熱的に処理するための解決策が模索されている。燃焼プロセスに加えて、様々なガス化プロセスが知られており、その主な目的は、環境への汚染物質の負荷が少ない結果を得ること、供給材料の処理コストを削減することだけでなく、プロセスで生成されたガスの熱的および化学的応用も可能にすることである。しかし、公知のプロセスは、習得が困難な複雑な技術と、それに伴う処理すべき原料や廃棄物の処理コストが高いという特徴があります。

【0003】

EP 1 261 827 B1は、供給材料のガス化および／または溶融のための反応器を開示している。この反応器は、これまで頻繁に使用されてきた循環ガスプロセスのアプローチに従っていない。対照的に、開示された反応器は、共流と逆流を組み合わせた原理に従って動作する。従来の循環ガス管理を完全に排除することで、熱分解生成物の凝縮や不要な堆積物の形成に関連する問題の多くを回避することができる。さらに、EP 1 261 827 B1には、反応器の上部ではすでに、バルク材の衝撃的な加熱により供給材料の部分的な凝集が起こり、それにより反応器の内壁への付着がほとんど排除されることが開示されている。EP 1 261 827 B1には、2つの噴射手段の間に、抽出前のすべてのガスが流れる還元部が形成され、それによってガスが大幅に削減されることが開示されている。

【0004】

したがって、本発明が解決しようとする1つの課題は、供給材料をガス化および溶融するための改良された反応器および改良された方法を提供することである。

【0005】

このような問題やその他の問題は、請求項１で指定されたリアクターによって解決されます。

【0006】

請求項１に記載の反応器は、上部の共流部、中央のガス出口部、下部の向流部から構成されています。共流部では、ガスは下方からガス出口部に向かって流れる。逆流部では、ガスは下方からガス出口部へと流れます。ガスは、ガス出口部の少なくとも1つのガス出口を介して逃げる。

【0007】

共流部は、プレナム部、上部酸化部、上部還元部から構成されています。共流部では、ガスはバルクと平行に流れる。供給部を介して反応器に供給される原料であるバルクは、反応器内で固定床を形成し、この固定床は反応器内を反応器底部の方向に連続的に移動する。

【0008】

プレナム部は、少なくとも1つの水門（ロータリーロック、ロードロック、エアロックなどのマテリアルロック）を備えた供給部、バッファ部、前処理部、中間部から構成されています。

【0009】

通常、普通鋼または耐クリープ鋼で作られた水門を介して、使用済みタイヤ、有害廃棄物、アスベスト廃棄物、有害病院廃棄物、産業廃棄物、電子廃棄物、石炭および／または石炭ダスト、リサイクルできないプラスチック、木または紙、軽／粗いASR（自動車シュレッダー残渣）および／またはMSW（都市固形廃棄物）などの廃棄物を、上方から反応器に供給することができる。水門は、制御されていない周囲の空気の侵入と反応器からのガスの排出を可能な限り回避することを保証する。水門は、油圧、空圧、または電気的に作動するハッチを有することが意図されている。これらのハッチは、好ましくは、反応器内に意図しない過圧が発生した場合にハッチが追加的に閉鎖され、ガスが意図せずに流出することがないように設計することができる。さらに、大気または反応器の他の領域への圧力均一化ラインを設けることができる。本実施形態により、ハッチの駆動が圧力差に逆らって働く必要がないため、反応器内の所望の過圧時にハッチを開くことも可能である。

【0010】

また、プレナム部には、供給材料量をバッファリングして予備乾燥するためのバッファ部が含まれている。このバッファ部も、通常の鋼または耐クリープ性の鋼で作られている。バッファ部の温度は調整可能であることが好ましい。例えば、廃棄物の予備乾燥のために、約100℃～200℃の設定温度を設けることができる。

【0011】

さらに、プレナム部には、上部に断面拡大部を設けることで、バッファ部の下部に位置する前処理部が設けられており、その断面拡大部は、好ましくは急峻である。好ましくは、前処理部の上部の断面積は、バッファ部の断面積に比べて少なくとも2倍に増加する。さらに、前処理部の下部では、断面が狭くなっています。また、前処理部は耐火物でライニングされていることが好ましい。さらに、前処理部の屋根も耐火物で覆われていてもよい。耐火物は、このセクションでのガスの高対流による熱損失を低減するために、他のセクションと同様または異なる厚さにすることができる。この屋根耐火物は、バッファ部が前処理部につながる部分を除いて、前処理部の上面全体を覆うことが好ましい。屋根耐火物の厚さは、他のセクションの厚さと同様であっても異なっていてもよい。前処理部の上部での断面拡大と、前処理部の下部での狭小化により、バルク材からなる円錐形の排出部（排出コーン）がセクションのガス空間内に形成されるようになっている。吐出コーンには、バッファセクションからの供給材料が中央に供給される。ガス供給手段（バーナー、ノズル、壁の開口部、その他の装置など、高温ガスをバルクに供給することができる）は、排出コーンの上方、いわゆる環状の空間にも設けられており、高温ガス（燃焼ガス、一時的に貯蔵または再循環された過剰ガス、不活性燃焼ガスなど）を排出コーンに供給することができる。このようにして、排出コーンの表面は高温ガスによって衝撃加熱され（800℃以上）、それによって、供給材料と耐火性ライニング（例えば、ブリックライニングまたはキャスタブルライニング）との付着が十分に行われることになる。表面の衝撃加熱（例えば800℃の温度）は、例えば、バルクの半径方向に向けられたバーナーによって達成することができる。

【0012】

また、代替的または追加的に、炎が回転するリング状のチャネルによって衝撃加熱を行うこともできる。この回転は、高温のガスを吐出円錐部の接線方向に吹き付け、好ましくはコリオリの力の方向に燃焼させることで、建設的に達成することができる。炎は、バッファ部から流れてくる酸素や、放電部から逆流する可能性のあるガスを燃焼させ、それによって過圧を発生させ、ガスを下部敷き詰められた中間部と上部酸化部の方向に強制的に移動させる。このため、反応器には恒久的なN₂ブランケットが必要なく、運転コストを大幅に削減することができます。

【0013】

また、プレナム部は、前処理部の下方に位置し、前処理部に隣接する中間部を含む。中間セクションでは、前処理セクションからの熱と、中間セクションの下に位置する上部酸化セクションからの廃熱が、最終的な乾燥、供給材料の熱分解、および後続の上部酸化セクションのための予熱に使用される。中間部の典型的な燃焼・熱分解温度では、複雑な分子、例えば液体タール・オイルや有機ガス・蒸気が生成される。中間部は、反応器の上部が、2000℃を超えるような後続の上部酸化部からの熱から遮断されるように設計することができる。キュポラ型の反応器と比較すると、フィード部とバッファ部の設計と構造材料によって遮蔽機能が確保されるため、このセクションの高さはかなり低くなる。そのため、キュポラ型の反応器と比較して、全体的に小型であったり、同じ高さでより高い処理能力を有していたりする。中間セクションは、鋼製シェル内に耐火物がライニングされており（例えば、レンガライニングまたはキャスタブルライニング）、耐火物は他のセクションと同様の厚さまたは異なる厚さであることが有利に提供され得る。この実施形態では、この間に中間セクションでも高温が発生する可能性があるため、反応器のコミッショニング（起動）を簡素化することができる。中間セクションは、円筒形であるか、または断面が下向きに延びているかのいずれかである。円筒形の中間部は製造が容易であるため、円筒形の構造は、原子炉の製造に有利である。しかし、中間部の断面が下に向かって広がっていると、例えば石炭を使用した場合、下から上昇する熱によってバルクボリュームが膨張するため、有利になることもある。しかし、断面が広がっていれば、石炭の詰まりを防ぐことができるかもしれません。

【0014】

共流部の中間部の下には、羽口が配置された上部酸化部がある。羽根車は、少なくとも2つのレベル、すなわち、少なくとも1つの上部レベル（反応器底部からの高さまたは垂直方向の距離によって定義される）と、1つの下部レベル（反応器底部からの高さまたは垂直方向の距離によって定義され、上部レベルの反応器底部からの垂直方向の距離よりも小さい）に配置される。各レベルには、少なくとも1つの羽口が配置されている。各レベルに少なくとも2つ以上の羽口が配置されていると有利であり、これらの羽口はさらに、各レベルに全周にわたって、好ましくは半径方向に分散して配置されていてもよい。羽口が少なくとも2つのレベルに配置されているので、羽口が1つのレベルにしかないリアクターに比べて、酸化セクションがかなり大きくなることが達成される。拡大された上部酸化セクションにより、同一直径での処理能力および供給材料の滞留時間は、羽口が1段しかない反応器に比べて増加し、すべての有機化合物の安全な破壊を達成することができる。さらに、羽口が少なくとも2段に配置されていることで、バルクの均一な加熱により、ガスのより良い分布が達成されるため、有利である。さらに、耐火性ライニング（例えば、ブリックライニングやキャスタブルライニング）の局所的な過熱を可能な限り回避することができる。

【0015】

上部酸化部に移動したバルクには、羽口から未処理または予熱された酸素や空気が供給されます。

【0016】

上部酸化部と円錐状の下部酸化部の）羽口は、銅または鋼で作られていることを提供することができる。また、羽口のセラミック製の内管と金属製の羽口との間に、圧縮性・耐熱性のある層が配置されていることも有利であり、これにより、熱による機械的ストレスを補正することができる。この圧縮性・耐熱性の層は、例えば、高温フェルト、高温段ボール、高温発泡体などで構成されています。

【0017】

また、羽口はセラミック製であってもよい。セラミックスは、通常水冷される金属よりも高い温度に耐えることができるため、この実施形態により、例えば、1000℃以上の温度を有する熱風および／または酸素の供給で酸化部を動作させることができ、したがって、2000℃以上のバルク温度を実現することができる。

【0018】

金属製の羽口では必然的に必要となる冷却が、セラミックスのみで作られた羽口では不要となり、それによって熱損失を5%以上削減することができる。冷却せずに溶融することで生じる化学的負荷と高い熱応力は、熱伝導率の高いセラミック（例えば85W/(m・K)の炭化ケイ素）とスラグ凍結を組み合わせ、その後に絶縁性セラミック（例えば4W/(m・K)以下のスピネルコランダム）を使用することで、これらの羽口を実現することができる。

【0019】

上述したように、金属製またはセラミック製の羽口は、少なくとも2段に配置されている。酸素および／または空気を加えることにより、酸素および／または空気は未処理または予熱されていてもよく、酸化部の温度は、すべての物質が、一酸化炭素（CO）、水素（H₂）、水（H₂0）、二酸化炭素（CO₂）、硫化水素（H₂S）、アンモニア（NH₃）、二酸化窒素（NO₂）または二酸化硫黄（SO₂）、液体金属または液体スラグ、コークスまたは炭素（C）などの無機ガスに変換される程度まで上昇する。温度は、例えば、上部酸化部の端部領域では約1500℃～1800℃とすることができ、バルクの中央部では2000℃～3000℃以上とすることができる。

【0020】

上部酸化部は、鋼製シェル内の耐火物ライニング（例えば、レンガライニングまたはキャスタブルライニング）で構成されており、耐火物の厚さは他の部と同様または異なる場合があることが有利である。

【0021】

上部酸化部は、円筒形でも底部に向かってテーパー状になっていてもよい。円筒形の構造は、円筒形の上部酸化部が製造しやすいため、リアクターの製造に有利である。しかし、上部酸化部の上部では円筒形のデザインよりも断面が広く、下部では直径が小さくなるように、ガスになるバルクボリュームの減少に合わせて下方に向かって狭くなっていると有利です。この設計により、酸素がバルクの中央部に到達しやすくなり、中央部に部分的に未処理の材料があるゾーン（「デッドマン」）を避けることができる。上部酸化部の上部の直径を大きくすることができるため、上部酸化部の高さ1メートルあたり30％以上の容量増加が可能です。

【0022】

上部酸化部の下には、共流部に上部還元部が配置されており、そこには本質的に有機成分が入らない。上部還元部は、上部酸化部と比較して断面が大きくなっており、これにより、本質的に完全に炭化したバルクの沈降速度が変化し、（同じ高さの反応器と比較して）滞留時間が長くなることを有利に提供することができる。上部還元部は、鋼製シェル内の耐火物ライニング（例えば、レンガライニングまたはキャスタブルライニング）から構成されていることが有利に提供され得るが、この耐火物は、他のセクションの厚さと同様または異なる厚さを有することができる。上部還元部は、酸化部で生成された熱エネルギーが化学エネルギーに変換されるように設計されている（例えば、吸熱のブードゥーア反応および水ガス反応）。上段の還元部では、炭化したバルクの中をガスが共流で流れ、熱エネルギーが化学エネルギーに変換される。特に、二酸化炭素（CO₂）は一酸化炭素（CO）に、水（H₂O）は水素（H₂）と一酸化炭素（CO）に変換され、これにより、バルクにまだ含まれている炭素がさらにガス化される。上部還元部を通過する際、ガスは同時に（吸熱反応によって）冷却され、例えば約800℃（例えばH₂への完全変換）から約1500℃の間の温度になり、1000℃以上の温度ではCOへの完全変換が行われます。すべての材料の流れは上部酸化セクションを通過し、戻ることができないため、炭化したバルクとガスの両方が上部酸化セクション（プレナムセクション）の上から未反応の材料と接触することはもはやありません。このようにして、きれいに分解・溶解された無機物のみが、新たな汚染を受けることなくガス出口部に到達する。

【0023】

上部還元部の高さと直径を自由に選択することで、異なる滞留時間を実現することができます。十分な熱量での滞留時間が長ければ長いほど、より多くのH₂とCOを生成することができる。さらに、上部還元部は、アルミナ、スピネル、クロムコランダムなどの標準的な耐火性ライニング材を使用できるように冷却できるように設計することができます。

【0024】

上側のリダクションセクションから出るガスが共流で、また、下側に配置された反流セクションから出るガスが反流であるため、ガスは高いガス速度を持ち、その結果、多くの塵を巻き込み、経済的なガスクリーニングは望めない。それゆえ、ガス出口部の断面積が上側減速部の断面積よりも大きいことは、本発明の範囲内である。それゆえ、円錐形のバルクを形成することができる。円錐形のバルクの表面積が大幅に増加したことにより、ガスは大幅に低減された速度（例えば0.5m/s）で流出し、標準的なダストセパレータ（例えばサイクロン、バグフィルタ）が残りのダストを経済的に分離できる程度にダストの巻き込みが低減されます。ガス排出部が、少なくとも1つのガス排出口からなることが提供される。この少なくとも1つのガス排出口は、ガスが上向きの角度で逃げるか、またはガスが下向きに排出されるように、ガス排出部に配置されてもよい。また、複数（例えば4つ）のガス吹出口が全周に渡って配置され、好ましくは円周上に均等に配置されることも考えられる。ガス排出部には、上部還元部からのガスに加えて、下部（下部円錐形還元部、下部円錐形酸化部）からのガスも流れる。遅くとも、最後の反応（水のガスシフト反応、H₂+CO₂←→H₂O+CO）が円錐形バルクの上のガス室で行われ、その後、反応器から出るようになっています。

【0025】

ガス放出部は、周囲のスチールシェル内に耐火物がライニングされていることが好ましい。耐火物の厚さは、他の部分と同様であっても異なっていてもよい。また、ガス出口部の上部に耐火物が配置されていることが好ましい場合もある。この上部耐火物は、上部還元部がガス排出部につながる領域を除いて、ガス排出部の上面全体を覆うことが好ましい。頂部耐火物の厚さは、他の部分と同様でも異なっていてもよい。

【0026】

ガス排出部の下には、本質的に円錐形の逆流部があります。逆流部では、ガスは下からガス出口部に向かって流れ、したがって、まだ下に向かっているバルクとは逆の方向（反応器の底の方向）に流れます。円錐形の対向流部は、周囲のスチールシェル内に耐火物がライニングされているのが好ましい。

【0027】

円錐形逆流部は、円錐形下部酸化部からのガスの熱エネルギーを化学エネルギー（主にCO）に変換し、下方に移動するバルクと逆流して上方にガスの流れを発生させる円錐形下部還元部で構成されています。この円錐形下部還元部は、円錐形下部還元部の円錐の切り口が下方を向いており、ガス出口部の下方に位置している。

【0028】

円錐形の下部還元部とガス出口部では、反応器の運転中、残留炭化物（まだガスに変換されていない）、スラグ、金属のバルクが二重の切頭円錐の形で配置されることもある。

【0029】

ここでは、外面が実質的にガス出口面に対応する上部切頭円錐がガス出口部に突出しており、下部切頭円錐が円錐状の下部還元部と円錐状の下部酸化部に配置されている。

【0030】

円錐形の下部還元部の下には、円錐形の下部酸化部が、円錐形のカットチップを下に向けて配置されています。円錐形下段酸化部では、残留炭化物がガスに変換されます。このため、円錐形下部酸化部には、上部酸化部で説明したような金属またはセラミックからなる少なくとも1つの羽口が少なくとも1段に配置されており、この羽口を介して未処理または予熱された酸素や空気を溶融金属やスラグに供給することができます。未処理または予熱された酸素や空気の導入により、上部酸化部と同等の温度が生成され、残った固体（ほとんどが炭素で、金属やスラグも含む）が酸化されてガスになります。その結果、ガスは円錐形の下部還元部を経由してガス排出部の方向に流れ、今度は反応器の底部に向かって下降するバルクとは逆方向に流れます。全ての物質は先に上部酸化部を通過しているので、円錐形の下部酸化部にある物質は全て無機物である（従って、セベソの毒素、タール、油、有機成分、プラスチックなどはない）。そのため、ガス出口部に流れるガスは、この対流ガスによって汚染されることはありません。さらに、溶融スラグと溶融金属が少なくとも1つのタッピングを介して液体の形で出てきて、回収・排出できるように、温度を調整することができる（例えば、500℃以上の温度に）。金属とスラグは、例えば、コキーユ型に回収することができる。また、連続的な造粒（液体または乾式）とそれに続く金属とスラグの分離を、例えば磁気分離器を介して行うことも可能である。さらに、金属とスラグが別々に排出されるように、（炉のように）2つの別々のタッピングを設けることも考えられる。

【0031】

円錐形の下部酸化部でもCO₂とH₂Oが生成されるため、円錐形の下部還元部での過剰な熱エネルギー（上部還元部について前述したように）は、使用可能な化学エネルギーに変換される。CO₂は高温の炭化物(C)上でCOに、H₂OはH₂とCOに変換される。ここで、ガスは1000℃以上（COへの完全変換）、約800℃（H₂への完全変換）まで冷却することもできる。

【0032】

本発明によれば、反応器が向流部の下部還元部と共流部の上部還元部の両方を有するので、総還元部容積（上部還元部と円錐状の下部還元部の容積の合計）は、既知の反応器の1つの還元部よりもかなり大きくすることができる。一例として、EP 1 261 827 B1を参照すると、ガス出口部の領域に1つの還元部のみが配置されている。下部の円錐形の還元部の体積の増加は、逆流部の円錐形のデザインによって達成される（これにより、円錐形は、仮想的な水平軸から約60°の角度を有する。それ以降の角度については、0°の角度が仮想の水平に対応し、90°の角度が（仮想の水平から始まる）直角に対応することが意図されています。また、コーンの設計により、スラグが凍結したり、耐火物が過度に摩耗したりすることなく、スラグを排出することができます。

【0033】

本発明によれば、反応器が2つの還元部、すなわち、共流部の上部還元部と逆流部の円錐形の下部還元部を有するので、かなり多くの熱エネルギーを、より多くのH₂またはCOの形で化学エネルギーに変換することができる。さらなる利点は、共流部に上部還元部を配置することで、ガス出口でかなり低い温度を達成できることである。あるいは、本実施形態では、上部酸化部をより高い温度で動作させることができ、例えば、酸化部の端部の温度を1800℃以上とすることができるが、ガス出口温度は依然として、既知の反応器のガス出口温度、例えば、約800℃～1000℃に匹敵することが達成され得る。さらに、上部酸化部をより高い温度で動作させることも考えられる。例えば、バルク材料がその外面（酸化部の耐火物と接触する部分）に1800℃以上の温度を有し、それによってガス出口温度が1500℃以上になることも考えられる。

【0034】

このように、本発明によれば、リアクターは、単純で安価で環境に優しい材料および／またはエネルギーの利用を実現する。さらに、本明細書に記載のリアクターを採用することで、容量の増加が可能になる。

【0035】

反応器の一実施形態では、上部還元部がガス排出部の上方に配置され、ガス排出部が断面拡大を形成して上部還元部の下部に隣接していることが意図されている。ここで、断面拡大は、突然／不連続であることが考えられる。

【0036】

好ましくは、ガス出口部の断面積は、上部減速部の断面積の少なくとも2倍に増加する。

【0037】

本実施形態では、バルクが円錐形に広がることで、バルクの表面積または吐出面積が増加します。バルクの表面積または吐出面積は、基本的に、切頭円錐形のデザインの外面に対応しています。

【0038】

実施形態では、バルクの排出面積が上部縮小部の断面積よりも少なくとも3倍大きくなるように、断面の拡大が行われる。さらに、断面拡大は、バルクの排出面積が上部還元部の断面積の少なくとも7倍、さらには少なくとも9倍になるような大きさにすることができる。

【0039】

また、本実施形態またはさらなる実施形態では、ガス出口部の断面拡大が、バルクの排出面積が上部酸化部の断面積の少なくとも5倍になるように設けられていてもよい。さらに、バルクの排出面積が上部酸化部の断面積の少なくとも9倍になるような断面拡大を設けてもよい。

【0040】

上述の実施形態の利点は、（円錐形のバルクの表面を離れる）ガスの流速が、（既知の反応器と比較して）バルクの排出面積の増加に比例して減少するため、バルクからのダストの巻き込みを最小限に抑えることができることである。

【0041】

ダストの巻き込みが少ないことは、その後のガス洗浄やダスト分離を経済的に行うために特に有利である。さらに、本実施形態では、新しい供給材料に対する反応器の容量を大幅に減らすことなく、（少量のため）ダストをガス化炉の入口に戻すことができ、有害なダスト廃棄物を処分する必要がない。

【0042】

あるいは、上部還元部の少なくとも一部が、ガス出口部に配置または挿入されていることをリアクターに設けてもよい。また、本実施形態では、ガス出口部が上部還元部よりも大きな断面を有するようにしてもよい。

【0043】

本実施形態では、上部還元部の一部を有する共流部が、ガス排出部に（部分的に）挿入されている。例えば、上部還元部の耐火物ライニング（例えば、レンガライニングやキャスタブルライニング）が、ガス出口部に突出していてもよい。ガス出口部は、上部還元部よりも大きな断面積を有し、少なくとも1つのガス出口は、ガス出口部のエッジ部分に配置されているので、共流部で生成されたガスは、ガス出口に到達するために、ガス出口部に延出する耐火物ライニング（例えば、ブリックライニングまたはキャスタブルライニング）を迂回しなければならず、これにより、塵埃分離部に入る塵埃が少なくなる。この実施形態では、反応器の全体的な高さを低減することができる。さらに、ガスと巻き込まれたダストは、少なくとも1つのガス出口に到達するために、さらに上向きに流れなければならず、したがって重力分離を受けるので、この実施形態によってダスト分離を改善することができる。

【0044】

また、ガス出口部に延びる上部還元部の耐火物ライニング（例えば、レンガライニングまたはキャスタブルライニング）が、中空円筒形に形成されていることを提供してもよい。中空円筒形状は、高い熱応力とそれに伴う機械的応力に耐える能力を有する鋼で作られていてもよい。例えば、中空円筒形は、水冷および／または両側でライニングされることによって保護することができる。

【0045】

本発明のさらなる実施形態として、プレナム部の体積に対する上部酸化部の体積の比が、1：N体積単位であり、Nは（≧）4以上かつ（≦）20以下の数であることが提供される。ここで、上段の酸化部の体積は、上段の少なくとも1つの羽口の上縁と、下段の少なくとも1つの羽口の下縁と、円周方向の耐火物ライニングとの間の内容積として定義されている。さらに、プレナム部の容積は、水門、上段の酸化部の少なくとも1つの羽口の上端、および周方向のライニングの間の内容積として定義される。

【0046】

表1には、3つの例示的な本発明反応器（実施例1、実施例2、実施例3）と、EP 1 261 827 B1に示されているようなキュポラ型反応器を、その内部断面積とともに示している。実施例1は、上部還元部の一部がガス出口部に配置された本発明サイズ55の反応器（上部酸化部の内径が55インチの反応器）であり、実施例2は、本発明サイズ110の反応器（反応器。例3は、共流部の中心縦軸が、ガス出口部およびガス向流部の中心縦軸に対して水平方向にオフセットして配置された本発明のサイズ110の反応器である。

【0047】

【表1】

プレナム部の容積は、フィード部、バッファ部、前処理部、中間部の内容積の合計であることから、表1から明らかなように、本発明の反応器ではNが20より小さい（ここでは、実施例1ではNが約11.2、実施例2および3ではNが約7.2）のに対し、従来の反応器ではNが約37である。

【0048】

このように、本発明の反応器の上部酸化部の容積は、従来知られている反応器に比べて何倍も大きくすることができ、それによって、所定の最大値に制限された直径に関連して、より高い容量を達成することができることが示されている。さらに、そのセクションを通るガスの経路が長いと、ガスの出口に現れない不要な副生成物（フェノール類など）をより徹底的に破壊することができ、それによって困難なガス洗浄の問題および／または有害物質の排出を回避することができる。ここで、5≦N≦15、あるいは6≦N≦12とすることもさらに考えられる。

【0049】

更なる実施形態では、上部還元部体積とプレナム部体積の合計体積に対する上部酸化部体積の体積比が、1：N体積単位の比率であることを規定しているが、ここでNは（≧）7以上、（≦）20以下の数である。ここで、7≦N≦15であることがさらに考えられる。ここで、上部還元部容積とプレナム部容積の合計容積は、水門と、上部酸化部の下層の少なくとも1つの羽口の下端と、円周方向のライニングとの間の内容積である。

【0050】

上部還元部の容積とプレナム部の容積の合計は、供給部、バッファ部、前処理部、中間部、上部還元部の内容積の合計であることから、表1から明らかなように、本発明の反応器ではNが20より小さい（実施例1ではNが約13.4、実施例2および3ではNが約11.2）のに対し、現状の反応器ではNが約36であることがわかる。

【0051】

この実施形態の反応器が有利なのは、本発明の反応器におけるガスの滞留時間が、従来知られている反応器と比較して何倍も大きいため、速度論的に駆動される不均一反応がよりよく完了し、その結果、価値のあるH₂とCOを優先して、より多くのCO₂とH₂Oを削減することができるからである。また、凝集体であるCaOと副生成物であるHClとの反応が促進されてCaCl₂になるため、凝縮物の腐食やトリッキーなNH₄Clの形成がないなど、ガスの洗浄が簡単になります。

【0052】

反応器のさらなる実施形態では、反応器の全体積に対する対向流部の体積比が、1：N体積単位の比であることを規定しており、Nは1から8の間の数である（1≦N≦8?）。

【0053】

ここで、2≦N≦7.5、さらには2.5≦N≦7.5とすることがさらに考えられる。ここで、対向流部の体積は、円錐形バルクが（円錐形下部還元部の）耐火物ライニングと接続する高さの投影レベル、円錐形下部還元部および円錐形下部酸化部の耐火物ライニングと、反応器の底部との間の内容積である。下部酸化部の容積は、下部レベルの少なくとも1つの羽口の上端、円錐形下部酸化部の耐火ライニング、および反応器の底部の間の内容積である。

【0054】

ガス排出部と対流部の断面拡大により、円錐状の下部還元部におけるバルクの排出円錐部の面積も拡大し、より小さなガス流速でバルクから流出し、ダストの巻き込みも少なくなります。

【0055】

反応器の別の有利な実施形態は、円錐形下部還元部の角度と円錐形下部酸化部の角度が50°から70°の間にあることである。この実施形態により、壁が約50～70°、好ましくは約60°の角度で走っているので、円錐形下部酸化部および円錐形下部還元部において十分に高い温度で液体に保たれているスラグは、よりよく排出される。この設計により、耐火物の摩耗やメンテナンスがさらに軽減され、稼働時間の延長が可能になります。

【0056】

反応器のさらなる実施形態では、前処理部、中間部、上部酸化部、上部還元部、ガス出口部、円錐形下部還元部、および円錐形下部酸化部がそれぞれ耐火物ライニングを構成し、各部は他と異なっていてもよく、各部の各耐火物ライニングは2層から6層で構成される。各セクションの各層は、さらに異なる材料で作られていてもよい。したがって、例えば、上部酸化セクションは、総厚さ、各層の厚さ、各層の材料、およびライニングの適用に関して、例えば、前処理セクションとは全く異なるライニングを有してもよい。各層の材料は、レンガ、キャスタブル／ガンナーブル耐火物、セメント、石材ウール、セラミックウール、ガラスウール、フェルト、繊維板、紙板、プラスチックシートおよびラッカー・ウッドチップ混合物からなる群から選択されてもよい。さらに、層およびセクションに応じて、耐火物支持システムは、耐クリープ性スチールアンカー、セラミックアンカー、自己搬送式レンガアセンブリおよび水冷パイプ（フィン付きまたはフィンなし）からなるグループから選択されてもよい。層が満たすべき基本的な基準は、耐薬品性、耐熱性、物理的安定性（冷間圧壊強度）、絶縁性、最小化された摩耗（寿命）、一般的な安全性、および施工性からなるものであってもよい。セクションごとの支配基準に応じて、材料、層の厚さ、層の数はセクションごとに異なっていてもよい。第1層は最も内側の層で、反応ゾーンと接触している。

【0057】

フィードセクションとバッファセクションのあるプレナムセクションは低温であるため、化学的安定性や熱的安定性は必要ありません。そのため、耐火物を使用しない耐クリープ性鋼で十分である。さらに、前処理部の屋根は機械的な安定性を必要とせず、自重がかかるだけなので、熱損失を抑えるために断熱層が必要になることもあります。しかし、前処理部の側面の耐火物は、上記の耐火物の重量に対して、さらに機械的な安定性を必要とする場合があります。さらに、この耐火物は、バルクからの化学的攻撃を受ける可能性がある。したがって、耐火物は最大5つの層を有していてもよく、例としては、キャスタブルアルミナコランダムまたはスピネルコランダムから作られていてもよい。

【0058】

中間部では、気化、熱分解、脱酸素、脱硫、脱硝、H₂S分離、炭化、クラッキング、タール・重油の生成などにより温度が急激に下がるため、耐火物は、キャスタブルスピネルやクロムコランダムなどで作られた最大4層のものを使用します。

【0059】

上部酸化部の耐火物ライニングが、クロムコランダム、スピネルコランダム、または炭化物や硝酸塩から作られたセラミックから作られた耐摩耗性レンガで構成されていることは、温度、化学的および耐摩耗性に関して最も重要な部分であるため、リアクターの廃棄物-エネルギー用途に有利である。第1層には、スピネルやクロムコランダムから作られたレンガが好ましいと思われる。耐火物全体の厚さは、最大で1000mm、あるいは1000mm以上になることも想定される。あるいは、上部酸化部の耐火物ライニングの厚さが500mmを超えないことは、反応器にとって有利である。この実施形態では、耐火物ライニングが強く冷却され、それにより、スラグ凍結が耐火物ライニングの内側に形成され、耐火物ライニングが保護されることが想定される。この実施形態は、24MJ／kgを超える発熱量を有する反応器フィードに必要となる場合がある。この反応器フィードでより多くの化学エネルギーおよびより多くの熱エネルギーが生成されるので、上部酸化部でのより高い温度および出口部でのより豊かなガスが得られる可能性がある。したがって、本実施形態は、廃棄物から燃料へ、および／または、エネルギーから燃料への応用（例えば、水素、メタノール、メタン、または、フィッシャー・トロプシュ燃料（XtL；X‐to‐Liquid）への変換）に特に有利であると考えられる。

【0060】

上部還元部では、上部酸化部に比べて温度が大幅に低下するため、耐火物の寸法は上部酸化部で説明した通りでよいが、上部還元部は熱損失のための大きな表面を有するため、耐火物がより薄い抵抗性耐火物層とより厚い絶縁性耐火物層で構成されることが想定され、熱損失を低減して反応器の熱効率を向上させ、その結果、廃棄物-Xプラント全体の熱効率を向上させる。

【0061】

ガス出口部の屋根の耐火物は、好ましくは前処理部の屋根と同じ方法で作られるが、この屋根は上部セクションの耐火物の一部も支えるため、例えばキャスタブルアルミナコランダム、スピネルコランダム、アンダルサイトセメントなどの物理的安定性の高い層をもう1つ持っていてもよい。ガス出口部の側面の耐火物は、下に配置された下部還元部として構築され、その要件は好ましくは上部還元部の場合と同じである。ハース/タッピングを備えた下側の円錐形酸化部の耐火物は、上側の酸化部と同じ層で構成されています。しかしながら、このセクションでは、最も高い化学的攻撃（スラグおよび溶融金属の貯留）が発生し、上記反応器の全重量がこのセクションにかかっているので、壁の厚さは好ましくは2メートルまでである。さらに、タフホールの領域では、耐火物の壁の厚さはさらに大きくてもよい。

【0062】

前述したように、中間部の内部断面積が円筒状に一定であるか、または反応器の床の方向にテーパー（広がり）があり、上部酸化部の内部断面積が円筒状に一定であるか、または反応器の床の方向にテーパー（狭まり）があり、上部還元部の内部断面積が円筒状に一定であるか、または上部酸化部の直後の反応器の底部に向かって広がっていることが、さらに有利であると考えられる。上述したように、円筒形の一定断面積の方が製造しやすい。

【0063】

しかし、中間部の幅を広げることで、中間部で材料が詰まることを防ぐことができます。例えば、低品質の石炭廃棄物のようなかさばる材料は、上部の酸化部に向かって下降する際の熱膨張により、中間部で詰まることがあります。

【0064】

上部の酸化ゾーンを狭くすることで、体積がガス化する間に内面がバルクの減少に追随し、酸化ゾーンの底部の直径が小さくなるため、酸素がバルクの中央部に到達しやすくなり、中央部に部分的に処理されていない材料のゾーン（「デッドマン」）を避けることができる。酸化ゾーンの上部の直径が大きくなったことで、酸化セクションの高さ1メートルあたり30％以上の容量増加が可能になりました。

【0065】

中間部と上部酸化部について上述したように、上部酸化部の直径から上部還元部の直径へとスムーズに拡大するように、断面を拡大または縮小することも有利である。このようにして、断面を拡大することで、高い保持時間と良好なCO/H₂含有量が得られますが、ガスポケットが形成される危険性はなく、不完全に反応したガス成分が短絡してガス出口に到達することもありません。

【0066】

さらに、中間部の内断面積と上部酸化部の内断面積の両方が円筒状に一定であれば、構造上容易である。しかし、プロセスにとっては、中間セクションの内部断面積が反応器フロアの方向に広がり、それによって上述の理由で断面積が大きくなり、その後の上部酸化セクションの内部断面積が反応器フロアの方向に狭まり、それによって上述の理由で断面積が大きくなると、有利になる場合がある。

【0067】

もう一つの有利な実施形態は、少なくとも1つのさらなる羽口が、円錐形の下部還元部のレベルに配置されていることである。

【0068】

さらに、この羽口からは、CO₂がほとんど発生せず、ほとんどがCOのみとなるように、空気や酸素が定義された方法で供給されます。さらに、本実施形態により、処理能力を向上させることができることが達成できる。さらに、ガスの品質を損なうことなく、ガス出口でのガス出口温度を最大1500℃の温度まで上昇させることができることが達成できる。

【0069】

化学エネルギーよりも熱エネルギーを好む用途では、上部還元部に少なくとも1つの追加羽口が配置されていることがさらに有利である。本実施形態により、過剰なCOをCO₂に、H₂をH₂Oに酸化させることで、過剰な化学エネルギー（CO、H₂）を熱エネルギーに戻すことが有利に実現できる。

【0070】

さらなる実施形態では、少なくとも1つの他の羽口が、円錐形の下部酸化部のさらなるレベル（高さ）に配置されている。この羽口は、好ましくはタッピングの上に配置される。

【0071】

羽口をタッピングの上に配置することで、融液が液体を流出させる領域で熱が発生するため、タッピングの領域でより効率的な融液を促進することができる。同時に、羽口の上方に羽口を配置することで、羽口の反対側に望まれる凝固した溶融物（いわゆるスラグ凍結、耐火物のライニング、例えばレンガのライニングを保護する）が液化せず、したがって流出しないようにすることができる。

【0072】

さらに容量を増やすために、本発明では、上部酸化部の内部断面積を、供給材料から形成されたバルク内の任意の点から羽口の少なくとも1つの出口までの最大距離が、所定の最小距離以下になるように設計することを規定している。この最小距離は
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s以下で1.3m以下
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s～343m/s（音速）の範囲で1.9m未満、および
‐ガス温度が100℃以上および/またはガス速度が343m/s以上の場合、3.2m未満
温度とガス流速（ガス流をPIで割った値／4×ID²）が羽口の出口で得られること。

【0073】

この実施形態と、高速または超音速のノズルとして設計された適切な羽口によって、反応器の直径が大きくなり、その結果、容量を増やすことができる。上述したように、供給される酸素および／または空気は、例えば100℃以上、さらには500℃から1000℃の間の温度に予熱されていてもよい。

【0074】

本発明の一実施形態によれば、前処理部、中間部、上部酸化部および上部還元部の領域は、同種の断面積、例えば円形の断面積を有していてもよい。

【0075】

また、酸化部の内側の断面が円環状や楕円環状に形成されていることも考えられます。

【0076】

上部酸化部の内部断面積を非円形の内部断面積として設計することにより、容量のさらなる増加を達成することができる。同様に、前処理部、中間部および上部還元部の領域は、好ましくは均一な、実質的に非円形の断面積を有していてもよい。

【0077】

非円形の内部横断面は、例えば、5つ以上の角を持つ多角形、例えば、切り捨てられた正方形、正多角形、平行四辺形、拡張六角形などとして設計することができる。また、内側の横断面は、丸い形状として設計することもできる。特に好適なのは、丸みを帯びた長方形、スタジアム、楕円形、エピクロイド、マルチサークルまたはスーパーエリプスn＞1として設計された内部横断面である。

【0078】

また、上部酸化部の断面積が非円形の反応器の場合、バルク内の任意の点から羽口の少なくとも1つの出口までの最大距離が、所定の最小距離以下であることを規定することもできる。この最小距離は
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s以下で1.3m以下
‐ガス温度が100℃以下、ガス速度が100m/s～343m/s（音速）の範囲で1.9m未満、および
‐ガス温度が100℃以上および/またはガス速度が343m/s以上の場合、3.2m未満となります。
温度とガス流速（ガス流をPIで割った値／4×ID²）が羽口の出口で得られること。

【0079】

例えば、反応器の内部断面積をスタジアム型（例えば、それぞれの直径＝Mの2つの半円面と、一辺の長さ＝Mの中央に配置された正方形の面からなる）にすることで、約2.1倍の容量増加を達成することができる。さらに、より小さなスタジアム（例えば、それぞれの直径＝Mの2つの半円面と、一辺の長さ＝Yの中央に配置された正方形面からなり、Y≦Mである）を用いても、反応器の容量を増加させることができると考えられる。さらに、スタジアムのさらなる拡張（例えば、それぞれの直径＝Mの2つの半円面と、一辺の長さ＝Yの中央に配置された正方形で構成され、Y≧Mである）により、リアクターの容量は、建設現場が許す範囲でほぼ任意に増加させることができることが考えられる。さらに、リアクターを長方形ではない建設現場に適合させなければならない場合には、内部断面積も曲線や十字形にすることが考えられる。

【0080】

上部酸化部および／または前処理部、中間部、および上部還元部の内部断面積のすべての前述の実施形態について、耐火物ライニングに発生する熱応力が、1500℃までの温度については高温膨張継手によって、1500℃以上の温度については周方向水冷コンソールを伴うまたは伴わない舌状溝配置によって補償できることも提供されてよい。

【0081】

上の酸化部および／または前処理部、中間部、上の還元部の内部断面積の上述した全ての実施形態について、角度が90°以下のコーナーが設けられていないので、そのようなコーナーにガスポケットが形成されることを防止することができ、それにより、不完全に反応したガス成分が短絡してガス出口に到達することを本質的に回避することができる。

【0082】

本発明の別の実施形態として、反応器のガス排出部には単一のガス排出口のみが配置されている。

【0083】

本実施形態では、例えば、複数のガス排出口ではなく、1つのガス排出口に1つの蒸気発生器のみを接続することで、ガス洗浄ステージの配置をよりシンプルにし、設備コストを低減することができます。

【0084】

さらに、ガス放出部のガス放出口または唯一のガス放出口は、上方に30°から90°、通常は約60°の角度で配置されていることが有利である。これにより、液体スラグの液滴やダスト粒子が蓄積してガスアウトレットを塞ぐのではなく、リアクターに逆流するようになります。さらに、重力分離により、より多くのダストがリアクター内に保持されるようになります。

【0085】

また、ガス排出口の角度を-60°～0°の間で下向きにすることも可能です。しかし、下向きの角度のため、ダストやスラグが下流の機器に入ってしまう可能性があります。しかし、建設現場での制約や、下流側の特殊な機器のために形状を構築できない場合には、この実施形態は有益である。

【0086】

本発明による反応器のさらなる実施形態では、共流部の中央垂直長手方向軸が、ガス出口部およびガス逆流部の中央垂直長手方向軸から水平にオフセットされていることを提供する。このタイプのリアクター設計は、ここでは非対称型リアクターと定義される。中央の垂直長手方向軸は、基本的に各セクションの中央に配置されている。上記の実施形態により、共流部は、ガス出口部およびガス逆流部に対して同心円状に配置されていない。しかし、ガス出口部とガス逆流部とは、互いに同心円状に配置されている。

【0087】

本実施形態では、この配置により、バルクの設計形状が同じ高さの斜めの切頭円錐に対応するため、バルク（円錐形の下部還元部からガス排出部に突出するバルク）の表面または排出面積が確実に増加します。

【0088】

バルクの表面積または排出面積が増加したことにより、バルクの排出面積の増加に比例して（少なくとも1つのガス排出口からの）ガス排出速度が低下し、それによってバルクからのダストの巻き込みが減少することが有利に達成され得る。

【0089】

さらなる実施形態では、反応器のガス排出部に単一のガス排出口のみが配置されていること、共流部の中心縦軸がガス排出部およびガス逆流部の中心縦軸に対して水平方向にオフセットされていること、および単一のガス排出口が共流部の中心縦軸よりもガス排出部およびガス逆流部の中心縦軸に近い位置に配置されていることが有利に提供されている。

【0090】

また、本実施形態では、バルクの構成が同じ高さの斜めの切頭円錐に対応しているため、バルク（円錐状の下部還元部からガス排出部に突出している円錐状のバルク）の表面積または排出面積が大きくなることが考えられる。

【0091】

唯一のガス排出口が、ガス排出部およびガス逆流部の中央垂直長手方向軸に、共流部の中央垂直長手方向軸よりも近くに配置されていることがさらに提供されているので、バルクの斜めの切断された円錐部が単一のガス排出口から離れるように傾斜しており、したがって、バルクの拡大された表面または排出領域が、ガス排出口の反対側からガス排出口の下に配置されていることがさらに判明する。したがって、ガスは、増大したバルク表面またはバルクの内部からガス排出口に向かって、増大した体積の流れで直接逃げることができる。

【0092】

この反応器の実施形態の利点は、バルクの表面積または排出面積が増加することにより、排出速度が低下し、より少ないおよび／またはより小さい下流装置を使用することにより、コストを削減することができることである。さらに、大量のダストの局所的な巻き込みを回避することができる。ガス排出口に対向する排出面積が非常に小さいため、ガス排出口までの距離が長くなり、その結果、流れの抵抗が大きくなるため、ガスはより小さな体積の流れで流出することになります。そのため、吐出エリア全体で均一な速度分布が得られます。

【0093】

前述の非対称型反応器が単一のガス排出口のみを有し、その単一のガス排出口が共流部の長手方向軸の反対側に配置されていることは、さらに有利であると考えられる。これにより、ダストの保持量を最大化し、必要な下流処理装置を最小化することができる。

【0094】

本発明による反応器のさらなる実施形態では、熱交換器および／または蒸気発生器がガス出口部の下流に結合され、ガス吸引手段（例えば、少なくとも1つの防爆型高温ブロワー）が熱交換器または蒸気発生器の下流に結合されている。これは、反応器が負圧下で運転される場合に特に有利である。ガス抽出媒体による抽出は、一方では反応器から上方に逃げるガスがほとんどなく、他方では反応器に吸い込まれる追加の周囲空気の量が最小限であるように、有利に実施される。

【0095】

さらに、有利なことに、反応器を過圧で運転または操作することも可能である。この目的のために、上部酸化部および／または円錐形の下部酸化部の周囲のシェルに高温ゲートバルブを配置することが意図されており、この高温ゲートバルブは、反応器の全運転中に羽口を交換できるように設計されている。

【0096】

過圧運転中に羽口を交換すると、ガスが反応器から逃げてしまうので、高温用のゲートバルブが有利である。したがって、羽口はまず高温用パッキングランドの後ろに引き込まれ、この時点では羽口はまだ外側の管の中にあり、グランドによってこの管の中に密封されていることが有利である。羽根を引き抜いたり交換したりする場合には、高温用のゲートバルブを閉じて、羽根を完全に引き抜くことができる。その後、新しい羽口や修理した羽口の取り付けは、ゲートバルブを開いて羽口をパッキングランドに部分的に押し込む挿入方式で行うことができます。このようにして、バルブを安全に開き、羽口を完全に挿入して、固定/確保することができます。有利には、高温ゲートバルブは、セラミック、耐熱性、冷却性、または上記の特徴の組み合わせのいずれかである。

【0097】

過圧でのメンテナンスはより困難ですが、過圧によりガスの密度が高まるため、反応器からの体積流量が減少し、下流の機器のサイズとコストがさらに削減されます。

【0098】

廃棄物およびその他の供給材料の材料および／またはエネルギーのリサイクルに使用することができる反応器の上述のすべての実施形態について、反応器は、周辺領域（バルク材料と耐火物との間の境界）の酸化セクションにおいて1800℃を超える温度に到達することができ、バルクの内部（中心）において2000℃から4000℃の間の温度に到達することができるように設計されていることを提供することができる。しかし、これらの高温により、耐火物ライニング（例えばレンガライニング）が軸方向、接線方向、半径方向に1ライニングメートルあたり20mmまで膨張し、耐火物ライニングに応力が発生し、これが反応器の外側スチールシェルに半径方向に影響を与える可能性があります。原子炉の安定性が、これらの高温およびライニングに生じる応力によって損なわれないようにするために、本発明に従って、原子炉の耐火性ライニングが、軸方向に互いに配置された少なくとも2つのライニングセクションから構成されていることを提供することができる。各ライニングセクションは、熱膨張補償手段（例えば、エキスパンションジョイントまたはタング-グルーブの組み合わせ）の間に配置されている。ここで、反応器の耐火性ライニングは、高さが2～4メートルのセクションに分離されていることが考えられる。ガス出口温度が1500℃～1600℃である反応器の場合、反応器の内張りは、3～4高さメートルごとにさらなる内張り部分を有することを提供することができる。ガス出口温度が1600℃から1750℃の反応器では、反応器のライニングが2から3高さメートルごとに追加のライニング部を有することを提供してもよい。ガス出口温度が高い場合、特に上部酸化部と円錐形下部酸化部では特に高温（1800℃～4000℃）が発生するため、上に1つずつ配置されたライニング部は、上部酸化部と円錐形下部酸化部のそれぞれにちょうど1つのライニング部が配置されるように設けられてもよい。さらに、酸化部の下と上にさらなるライニング部を配置するようにしてもよい。これにより、高温の酸化部がそれぞれ1つのライニング部のみで構成され、それぞれが低温の上記ライニング部の方向に膨張することができる。また、少なくとも2つのライニングセクションの間のギャップを介して高温ガスや高温が外部に漏れ続けることがないように、上に1つずつ配置されたライニングセクションの間には、一方のライニングセクションがリアクター内部に面する側に溝を有し、他方のライニングセクションがリアクター内部に面する側に舌を有する、舌と溝の接続が形成されていることを提供することもできる。舌部と溝部の接続は、原子炉が停止していて、したがって、より冷たく、ライニングセクション間のギャップが最大である場合でも、溝内の舌部がポジティブロック方式で配置され、それによって、舌部の垂直方向の外壁が溝の垂直方向の壁に接続されるが、溝と舌部の間に垂直方向のギャップ開口部が残るように設計することができる。これは、隙間が開いているにもかかわらず、反応器の起動時や高熱時に熱やガスが外側の絶縁層やスチールシェルに到達せず、ガスが外部に逃げることが少ない、または全くないことを保証する上で有利である。さらに、溝部と舌部の間の隙間開口部が、温度依存性の隙間開口部であることを提供してもよい。溝と舌部との間の温度依存性ギャップ開度は、例えば、50mmとすることができる。上述したように、耐火性ライニングは、高温で膨張することができ、舌部と溝部の接続により舌部が溝部内に膨張することができる。さらに、1つ上に配置された少なくとも2つのライニングセクションの間に、耐火ライニングを保持し、反応器の加熱中および冷却中にライニングを安定させるための周方向の水冷コンソールが配置されていることを提供してもよい。この周方向の水冷コンソールは、正方形、円形、または長方形の断面積を有する中空断面管を溶接シームなしで曲げることによって製造することができる。ここで有利に提供できるのは、水冷式コンソールが高い熱流を有していることであり、これは0.8m/sから25m/sの冷却水の流速によって達成される。冷却水の高い流速は、高温（1500℃以上）の領域に配置されたときに、円周方向の水冷コンソールの熱的および機械的安定性を維持するのに有利である。上述した少なくとも2つの重ね合わせた舌状溝ライニング部と周方向水冷コンソールの配置は、共流部および／またはガス排出部および／または逆流部に配置してもよい。また、各セクションは、2つのライニングセクションを舌状溝接続で重ねて配置し、周方向に水冷コンソールを配置した複数の配列であってもよい。また、上側のライニング部が溝を有し、下側のライニング部が舌部を有するように設けてもよい。これにより、高温にさらされたときに、耐火性ライニングが上方に膨張することができる。さらに、少なくとも2つのライニング部のそれぞれが、少なくとも1つの内張りと、内張りを包囲する外張りとから構成されていることが考えられる。ここで、内張りは、焼成されたレンガで作られたレンガ内張り、またはモノリシック（例えばキャスタブル）耐火物内張りであることを提供することができる。

【0099】

本発明の上述の課題は、特に廃棄物およびその他の供給材料の物質的および／またはエネルギー的なリサイクルに有利に適している、供給材料のガス化、分解および／または溶融のための請求項２１に記載の方法によっても解決される。

【0100】

本発明による方法ステップは、最初に、共流部に供給材料を提供することを含み、それによって、供給材料は、水門を備えた供給部を介して導入される。後続のバッファセクションでは、供給材料が予熱および予乾され、その後、前処理セクションに到達し、前処理セクションの断面はバッファセクションに対して拡大され、ここで供給材料は、排出コーンを有する排出バルクを形成する。バルクの表面は、前処理部の断面拡大領域において、前処理部内に開口しているガス供給手段（バーナーやノズルなど）を介して供給される酸素や空気、燃焼ガスを供給することにより、または予備加熱された酸素や空気、燃焼ガスを供給することにより、前処理部内でその表面が少なくとも800°に加熱され、供給材料の表面で少なくとも部分的な熱分解が引き起こされるようになっています。

【0101】

続く中間セクションでは、原料を完全に熱分解し、完全に乾燥させます。

【0102】

少なくとも2段に配置された羽口から、未処理または予熱された酸素や空気を供給することで、中間部の下方に高温の上部酸化部が形成されます。熱分解生成物や原料の一部は、この高温上部酸化部で燃焼、亀裂、溶融し、さらに未変換の原料のコーキングが起こります。

【0103】

続く上部還元部では、熱エネルギーが化学エネルギーに変換されます。共流部では、ガスが供給部からガス排出部まで共流で流れる。

【0104】

また、円錐型下部酸化部の少なくとも1つの羽口から、未処理または予熱された酸素および／または空気を供給することで、円錐型下部酸化部にホットセクションが作られる。溶融金属や溶融スラグも、この下部に配置された高温の下部酸化部に集められる。これらの溶融金属および／または溶融スラグは、必要に応じて、少なくとも1つのタッピングを介して叩き落とされるか（例えば、鋳型に）、または連続的に流出される（例えば、スラグ造粒に）。

【0105】

円錐形の下側の酸化部および円錐形の下側の還元部では、ガス出口の方向に上向きに（逆流して）流れるガスも生成される。共流部からのガス（上から下へ）と逆流部からのガス（下から上へ）は、少なくとも1つのガス排出口を通じてガス排出部から排出される。

【0106】

本発明に必須の方法ステップは、共流部で生成されたガスおよび逆流部で生成されたガスを吸引により排気することで、有利にさらに発展させることができる。この目的のために、ガス吸引手段が使用される。この吸引により、反応器内に負圧が発生する。反応器内での負圧の使用は、反応器の開放時に空気を吸い込むことができるが、ガスが逃げることができないため、運転中の反応器のメンテナンスを可能にする。

【0107】

また、反応器内に過圧を発生させ、反応器内で発生したガスを過圧で排出することもできる。

【0108】

200mbar程度の過圧であれば、リアクターは高温のガスを後続のプロセスステップに強制的に送り込むことができます。この実施形態では、防爆仕様の高温吸引ブロワーが不要となる。さらに、本発明による反応器で可能な10バールまでの高圧により、逃げるガスの体積を小さくすることができ、それにより、より小さな装置をガス精製に使用することができる。正圧での操作は、ガスが反応器から強制的に排出されるという点で有利である。この目的のために、反応器内の圧力は、結果として生じるガス、ガスの熱膨張、および過剰な圧力を有するガス状媒体の供給によって作られる。

【0109】

供給材料を供給するための少なくとも1つの水門は、何の問題もなく開閉することができる。これは、例えば、油圧式のハッチ（ドア）を用いて建設的に解決することができる。ハッチは、反応器内で希望する、または偶発的な過圧が発生した場合に、さらにハッチが押されて閉じられ、ガスが意図せずに逃げないように配置されている。また、水門には、大気および／または原子炉内の安全エリアへの追加の均圧ラインがあると有利である。したがって、ハッチの駆動が圧力差に逆らう必要がないため、原子炉内の任意の希望する過圧でハッチを開くこともできる。

【0110】

また、窒素やCO₂などの不活性ガスを注入して反応器を起動するようにしてもよい。

【0111】

本発明の別の態様によれば、上述のような供給材料のガス化および／または溶融のための反応器は、エネルギーの回収のために使用することができる。したがって、廃棄物などの供給材料を反応器に供給し、その内部エネルギーを、化学エネルギーおよび熱エネルギーを含むガスの形で得て、これを発電に利用することができる（廃棄物エネルギー）。

【0112】

さらなる利点、詳細、および発展は、添付の図面を参照した、本発明の以下の説明から得られる。

【0113】

図1aは、本発明の反応器の一実施形態を示す簡略化した断面図である。

【0114】

図1bは、本発明の反応器の一実施形態を示す別の簡略化した断面図である。

【0115】

図2は、上部還元部がガス出口部に部分的に挿入された本発明の反応器のさらなる実施形態を示す簡略化した断面図である。

【0116】

図3は、本発明の反応器の別の実施形態を示す簡略化した断面図であり、共流部の中央垂直長手方向軸は、ガス出口部の中央垂直長手方向軸から水平方向にオフセットされている。

【0117】

図4は、反応器の上部酸化部の内部断面積を示しており、内部断面積は実質的に円形に形成されている。

【0118】

図5は、反応器の上部酸化部の内部断面を示しており、内部断面は実質的にスタジアムとして設計されています。

【0119】

これらの図の同じ番号の要素は、同一であるか、または同じ機能を果たしています。前に説明した要素は、機能が同等であれば、後の図では必ずしも説明しない。

【0120】

以下の図1aでは、実質的に円筒形の反応器100の一実施形態を説明する。反応器の詳細の説明に関連して、この反応器における供給材料としての有機成分を有する廃棄物の処理中に行われる方法ステップも規定されている。

【0121】

他の供給材料を使用することにより、反応器および/または方法の変更が有用である。一般に、異なる供給材料を組み合わせることも可能であり、例えば、非有機供給材料のガス化／分解／溶解の際に、より高いエネルギー価値を持つ供給材料（例えば、非リサイクルプラスチック、汚染された廃木材、自動車のタイヤなど）を加えることができる。

【0122】

図1aに示す反応器100は、共流部110、ガス出口部120、逆流部130の3つの主要部を有している。共流部110、ガス出口部120、および対流部130は、例えば鋼製のシェルによって囲まれており、このシェルには、明らかに必要に応じて、供給材料およびガスを供給する手段、ならびにガスおよび材料を排出する手段のための凹部が設けられている。共流部110、ガス排出部120および逆流部130は、互いに実質的に同心円状に配置されている（反応器の中心を実質的に通る垂直なダッシュドットラインで表される）。共流部には、プレナム部111、上部酸化部116および上部還元部118が配置されている。プレナム部111は、水門112を備えた供給部を構成しており、これにより、廃棄物、水、自動車のタイヤ、添加剤などの供給材料が、供給部を介して上方から反応器に供給されるようになっている。固形物の物質的な流れは、上から下に向かって破線の矢印で示されている。フィード部の下方には、水門112を備えたバッファ部113が配置されている。バッファセクション113の下には、供給材料の体積をバッファリングして予備乾燥するための前処理セクション114が配置されており、それによって、供給材料の排出コーン（140）が供給材料から形成され得るように、上部領域には断面の拡大が、下部領域には断面の狭窄が形成される（斜めの破線で示される；114と119の間）。これにより、底部領域は、角度αを有する反転した切頭円錐に対応し、αは有利には120°から150°の間、好ましくは135°である。図1aにさらに示すように、2つのガス供給手段119が、断面拡大の領域の前処理部114に開口している。ガス供給手段119を介して、高温のガスを排出コーンに供給することができる。したがって、熱分解は、放電コーン140の表面で行われ得る。また、前処理部114は、例えば、低コストの常磁性または化学的酸素分析器によって制御されて、すべての酸素を化学量論的に（ラムダが約1であり得るように）燃焼させることによって、不活性にすることができる。したがって、他の反応器で必要とされる高価な窒素ブランケットを回避することができる。前処理部114の下には、最終的な乾燥と完全な熱分解のために装備された中間部115が設けられている。図1aに示すように、中間セクション115は、実質的に円筒形の内径を有する。本質的に円筒形の酸化部116が中間部115に隣接しており、上部の酸化部116では、羽口117が複数のレベル（ここでは図示のように3つのレベル）で円周方向に配置されている。この羽口117を介して未処理および／または予熱された酸素および／または空気が添加され、これにより、すべての物質が無機ガス、液体金属、コークス、カーボンおよび／または鉱物質スラグに変換される程度まで温度が上昇する。上部酸化部116に隣接し、後続のガス出口部120の実質的に上方に配置されている上部還元部118では、熱エネルギーの化学エネルギーへの吸熱変換が行われる。同時に、固体と同流のガス（上から下に走る点線の矢印で表される）が、プレナム部から上から下に向かって上部酸化部および上部還元部118を経由して生成され、その後、ガス出口部120に導入される。

【0123】

図示されているように、ガス出口部120は、上部減速部118に接続されており、それによって、断面の拡大が生じている。ガス出口部120の断面積は、上部減速部118の断面積よりも大きいので、円錐形のバルク141を形成することができる。生成されたガスは、ガス出口部120において、少なくとも1つのガス出口121（左から右に走る点線の矢印で示す）を介して、円錐状のバルク141とほぼ交差する流れで排出される。共流部および反流部で生成されたガスを交差流の中で放射状に迂回させることができるように、例えば、4つ以上のガス出口121が円周上に分散して設けられていてもよい（図示せず）。また、ガス出口121は、ガスが下方に流れるように設計することができる。ガス出口の角度θは、-60°から0°（水平）の間で下向きになっている。図1に示されているのは、-30°の角度である。しかし、ガス排出口は、ガスが上向きに排出されるように設計することもでき（図2に示されているように）、ガス排出口の角度θは特に60°である。このように、用途や施工上の制約に応じて、-60°（下に傾斜）、0°（水平）、90°（垂直に直立）の間の任意の角度を設計することができます。

【0124】

ガス出口部120の下方には、対向流部130が配置されており、対向流部130は、円錐形の下部還元部138と円錐形の下部酸化部136から構成されている。図1に示すように、対向流部130は円錐形であり、角度ζで反応器の底部に向かって先細り（narrows）になっており、角度ζは50°～70°の間、ここでは約60°である。円錐形の下部還元部138では、熱エネルギーの化学エネルギーへの変換も行われる。

【0125】

円錐形の下部還元部138の下には、図示されているように、少なくとも1つの羽口137と少なくとも1つのタッピング131が配置された円錐形の下部酸化部136が設けられている。少なくとも1つの羽口137を介して、未処理または予熱された酸素空気および／または酸素が導入され、残りの炭化材料を酸化させ、溶融金属および溶融スラグが凝固するのを防止する。溶融金属および溶融スラグの収集および排出は、少なくとも1つのタッピング131で行われる。

【0126】

また、円錐形下部酸化部136および円錐形下部還元部138で生成されたガスは、バルクを通過する固体の流れとは逆流して（下から上に走る点線の矢印で表される）、ガス排出部120に流れ、少なくとも1つのガス排出口121を介して排出される。

【0127】

図1aの反応器は、表1の例2に開示されているような断面内容積を有していてもよい。

【0128】

もちろん、反応器は他の寸法、つまり他の内部容積を持つこともできますが、この場合、比率は本質的に同じか、定義された範囲内となります。この場合、上部酸化部の体積とプレナム部の体積の比は、1：N体積単位とすることができ、ここでNは（≧）4以上、（≦）20以下の数である。

【0129】

共流部110および逆流部130で生成されたガスが吸引によって排出されることが有利に提供され得る。さらに、共流部110に過圧が発生し、それによって共流部110で発生したガスが過圧によって排出されることが有利に提供され得る。

【0130】

上で具体的に説明した実施形態は、廃棄物の処理（ガス化、クラッキングおよび／または溶融）に特に適しているが、他の供給材料を使用する場合には、反応器の変更が必要または好都合であることは、当業者には明らかであろう。しかし、一般的には、上述の反応器は、有害な廃棄物や金属含有量の高い供給材料を処理するためにも使用することができ、それにより、ガス化／クラッキング原理と溶融原理が場合によっては優勢になる。異なる供給材料を組み合わせることもできる。例えば、非有機的な供給材料を溶融するために、より高いエネルギー価値を持つ特定の供給材料（例えば、リサイクルできないプラスチック、汚染された廃木材、タイヤ、さらに石炭など）を加えることが可能である。

【0131】

図1bに示す反応器100は、実質的に図1bに示す反応器100に対応しているが、本実施形態では、中間部115の内部断面積が反応器床の方向に広がり（角度β参照、βは80°と90°の間、ここでは約87°）、上部酸化部116の内部断面積が反応器床の方向に先細り／狭まり（角度γ参照、γは80°と90°の間、ここでは約85°）、反応器床の方向に広がっている。さらに、角度δで示されるように、上部還元部118の断面積は、酸化部116の直下で拡大する（角度δを参照、δは50°から70°の間、ここでは約60°）。

【0132】

図2に示す反応器100は、図1aに示す反応器100に実質的に対応しているが、本実施形態では、上部還元部118の一部を有する共流部110が、ガス排出部120に挿入されている。図示されているように、上部還元部118の耐火物ライニング（例えば、レンガライニング）は、ガス出口部120内に突出している。ガス出口部120は、上部還元部118よりも大きな断面積を有し、少なくとも1つのガス出口121は、ガス出口部120のエッジ領域に位置しているので、共流部110で生成されたガスは、ガス出口121に到達するために、ガス出口部120に突出している耐火物ライニング（例えばレンガライニング）を迂回しなければならず、これにより、以下の装置に入る塵埃が少なくなる。

【0133】

図2の反応器は、表1の例1について開示されているような断面内容積を有していてもよい。

【0134】

もちろん、反応器は他の寸法、つまり他の内容積を持つことも可能であるが、この場合、比率は本質的に同じか、定義された範囲内である。このため、上部酸化部の体積とプレナム部の体積の比は、1：N体積単位とし、Nは（≧）4以上、（≦）20以下の数とする。

【0135】

図3は、反応器100の別の実施形態を示す。図3による反応器は、図1aによる反応器100に実質的に対応しているが、反応器のガス出口部120には、単一のガス出口121のみが配置されており、共流部110の中央縦長軸は、ガス出口部120およびガス逆流部130の中央縦長軸に対して水平方向にオフセットして配置されており、単一のガス出口121は、共流部110の中央縦長軸よりもガス出口部120およびガス逆流部130の中央縦長軸に近い位置に配置されている。

【0136】

図3では、縦方向の中心軸を点線で示しています。図示されているように、中央の垂直長手方向軸は、基本的に各セクションの中央に配置されている。図示するように、共流部110は、ガス出口部120に対して同心円状に配置されていない。しかし、ガス出口部120は、逆流部130に対して同心円状に配置されている。

【0137】

この実施形態の反応器100の利点は、バルクの表面積または吐出面積が増加することで、吐出量が増加し、下流の装置の数および／またはサイズを減らすことでコストを削減できることである。

【0138】

図3の反応器は、表1の例3について開示されているような断面内容積を有していてもよい。

【0139】

もちろん、反応器は他の寸法、つまり他の内容積を持つことも可能であるが、この場合、比率は本質的に同じか、定義された範囲内にある。このため、上部酸化部の体積とプレナム部の体積の比は、1：N体積単位とし、Nは（≧）4以上、（≦）20以下の数とする。

【0140】

図4は、反応器100の上部酸化部116の内部断面積の構成を示す図であり、内部断面積は本質的に円形の領域として形成されている。図1aによれば、図1bによれば、図2によれば、または図3によれば、ここに示すように、内部断面積が円形の反応器とすることができる。図に示すように、複数の羽口117が配置されており（ここでは1つのレベルしか見えない）、それを通して未処理または予熱された酸素および／または空気がバルクに吹き付けられたり、注入されたりする。羽根車117は、円形領域の円周上に配されているので、好ましくは、バルクのすべての点に、未処理または予熱された酸素および／または空気を吹き付けたり、注入したりすることができるようになっている。ここで、供給材料から形成されたバルク内の任意の点から羽口117の少なくとも1つの出口までの最大距離は、所定の最小距離よりも小さいことが想定される。この最小距離は、ガス温度が100℃以下でガス速度が100m/s以下の場合には1.3m未満、ガス温度が100℃以下でガス速度が100m/sから343m/s（音速）の場合には1.9m未満、ガス温度が100℃以上および/またはガス速度が343m/sを超える場合には3.2m未満である。これにより、各羽口の出口では、温度とガス速度（PIで割ったガス流量／4×ID²）が得られます。

【0141】

図5は、反応器の上部酸化部116の内部断面積の構成を示す図であり、内部断面積は基本的にスタジアムとして設計されている。図1a、図1b、図2または図3による反応器100は、スタジアム状の内部断面積を有する反応器とすることができる。図示されているように、複数の羽口が配置されており（ここでは1つのレベルのみが示されている）、それを介して未処理または予熱された酸素および／または空気がバルクで吹き込まれたり、注入されたりする。羽根車117は、スタジアムエリアの円周上に均等に配置されており、好ましくはバルクのすべての点に、注入された未処理または予熱された酸素および／または空気を供給することができるようになっている。ここで、バルク内の任意の点から羽口117の少なくとも1つの出口までの最大距離は、所定の最小距離未満であることが想定されている。この最小距離は、ガス温度が100℃未満かつガス速度が100m/s未満の場合は1.3m未満、ガス温度が100℃未満かつガス速度が100m/s以上343m/s未満の場合は1.9m未満、ガス温度が100℃以上および/またはガス速度が343m/s以上の場合は3.2m未満である。これにより、温度とガス速度（PIで割ったガス流量／4×ID²）が羽口の出口で与えられる。共流部の内部断面が、上部酸化部116のように、スタジアム状の内部断面積を有していてもよいこの実施形態では、反応器の（水平）断面の直径が大きくなり、その結果、容量が増加することになる。非円形の断面のため、バルク、特にバルクの中心部も、羽口117を介して導入される未処理または予熱された酸素および／または空気に容易にアクセスできる。反応器全体の内部断面積をスタジアム状にした実施形態により、容量の2.1倍の増加が達成される。

【0142】

参照数字の一覧
100 リアクター
110 共電部
111 プレナム部
112 水門
113 バッファセクション
114 前処理部
115 中級セクション
116 上部酸化セクション
117 Tuyeres
118 上部リダクション部
119 ガス供給部材
120 ガス排出部
121 ガスアウトレット
130 カウンターカレントセクション
131 タッピング
136 円錐形の下部酸化セクション
137 Tuyere
138 円錐形の下部リダクションセクション
140 ディスチャージ・コーン
141 コネクション型バルク

【図面の簡単な説明】

【0143】

【図1a】本発明の反応器の一実施形態を示す簡略化した断面図である。

【図1b】本発明の反応器の一実施形態を示す別の簡略化した断面図である。

【図2】上部還元部がガス出口部に部分的に挿入された本発明の反応器のさらなる実施形態を示す簡略化した断面図である。

【図3】本発明の反応器の別の実施形態を示す簡略化した断面図であり、共流部の中央垂直長手方向軸は、ガス出口部の中央垂直長手方向軸から水平方向にオフセットされている。

【図4】反応器の上部酸化部の内部断面積を示しており、内部断面積は実質的に円形に形成されている。

【図5】反応器の上部酸化部の内部断面を示しており、内部断面は実質的にスタジアムとして設計されています。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】