特表 2022-537794 ガス化反応器用の万能フィーダ

(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】2022-08-30

(54)【発明の名称】ガス化反応器用の万能フィーダ

(51)【国際特許分類】

   C10J 3/50 20060101AFI20220823BHJP

   C10J 3/46 20060101ALI20220823BHJP

   C10J 3/00 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

C10J3/50

C10J3/46 F

C10J3/00 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2021528875

(86)(22)【出願日】2020-02-26

(85)【翻訳文提出日】2021-08-04

(86)【国際出願番号】 US2020019900

(87)【国際公開番号】W WO2020256798

(87)【国際公開日】2020-12-24

(31)【優先権主張番号】16/445,118

(32)【優先日】2019-06-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/723,538

(32)【優先日】2019-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521217840

【氏名又は名称】アリーズ ガスフィケーション，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ケルフケンス，レヌス

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィス，ブランドン

(57)【要約】

下水汚泥、都市固体廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非再生可能プラスチックを含む多数の多様な供給原料を処理するための流動床ガス化反応器と組み合わせた万能フィーダシステム。それにより、本発明はまた、万能フィーダシステムを使用する多数かつ多様な供給原料用のガス化方法を示す。フィーダシステムは、１つ以上の供給槽および少なくとも１つのライブボトム二軸スクリューフィーダを備えている。供給槽は、異なるおよび／または可変のフロー特性を有する供給原料の適したフローを促進するために、３つの垂直側面と、水平から６０度以上の角度のある側面と、を有する矩形形状である。供給原料は、オープンボトムシュートを通してライブボトム二軸スクリューフィーダに、および別のオープンボトムシュートを通して、供給原料をガス化炉の燃料供給入口に搬送する移送スクリューフィーダに移送される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給原料用の万能フィーダシステムであって、
上部および下部水平側面、３つの垂直側面、ならびに前記下部水平側面から６０度以上の角度のある側面を有する少なくとも１つの矩形形状供給槽と、
モータ動作する可変速ライブボトム二軸スクリューフィーダであって、近位端および遠位端を有し、前記下部水平側面に動作可能に接続されている、二軸スクリューフィーダと、
開口上部および開口下部を有するシュートであって、前記上部が、二軸スクリューフィーダの遠位端に並置されて、搬送された材料を受け取る、シュートと、
材料を搬送する前記シュートの底部に並置されたモータ動作する可変速移送スクリューフィーダであって、供給ノズルで終端する近位端および遠位端を有し、前記供給ノズルが、ガス化炉反応器槽上に位置する少なくとも１つの燃料供給入口に機械的に接続されている、移送スクリューフィーダと、を備える、万能フィーダシステム。

【請求項2】

前記供給槽の前記側面上に位置する通気ポートと、前記供給槽の内側に取り付けられた着脱可能なブリッジブレーカと、をさらに備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項3】

前記供給原料が、下水汚泥、都市固体廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非リサイクル可能プラスチックを含む群から選択される、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項4】

前記供給原料が、２つ以上の供給原料を含む群から選択される、請求項３に記載の万能フィーダシステム。

【請求項5】

前記移送スクリューが、冷却剤ジャケットをさらに備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項6】

前記ガス化炉反応器槽が、逆円錐区域を備えた底部を有する円筒形状であり、
前記反応器槽の上半分を構成するフリーボード区域であって、１日あたり４０トン超の燃料の変換から生成されたガスを収容するようにサイズ設定された直径を有する、フリーボード区域と、
前記フリーボード区域の真下に位置する前記反応器槽内の床区域内の流動床であって、１日あたり４０トン超の燃料をガスへと加工および変換するようにサイズ設定された直径を有する、流動床と、
前記フリーボード区域の真下に位置する少なくとも２つの燃料供給入口であって、ガス化炉の定常状態運転中に、１日あたり４０トン超の燃料の燃料供給速度で燃料を前記反応器槽の中に供給するように構成された、燃料供給入口と、
前記反応器槽の前記逆円錐区域内に位置するガス分配器と、を備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項7】

前記ガス分配器がパイプ分配器であり、主空気入口、側方空気分岐を有する中央幹線、および前記側方空気分岐の各々に位置するノズルのアレイを備える、請求項６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項8】

前記反応器槽の前記円錐区域が、空気および煙道ガスを供給する少なくとも１つのガス入口前記パイプ分配器の主空気入口、ならびに前記ガスが前記反応器槽の前記流動床区域に方向付けされたノズルのアレイを備える、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項9】

さらに、前記側方空気分岐が、前記中央幹線からガスを受け取るために一方の端部で開口し、他方の端部で閉鎖されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項10】

前記中央幹線が、少なくとも１０個の側方空気分岐を有する、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項11】

前記側方空気分岐が、前記中央幹線の周りに対称的に隔置されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項12】

前記フリーボード区域が、少なくとも１３７インチの直径を有し、前記流動床が、少なくとも１０８インチの直径を有する、請求項６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項13】

さらに、前記主空気入口が、上部部分および下部部分を有し、前記上部部分が、前記中央幹線内の開口部と位置合わせされ、前記主空気入口の前記下部部分が、前記ガス入口に接続されたパイプに接続されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項14】

さらに、前記パイプが、フランジで前記ガス入口に接続されている、請求項１３に記載のガス化反応器。

【請求項15】

さらに、前記側方空気分岐が、前記反応器床の前記底部の前記直径内に対称的に適合するように様々な長さのものである、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項16】

さらに、前記ノズルの各々が、前記ガスを前記反応器槽の前記底部へと下向きに方向付けするように構成されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項17】

さらに、前記ノズルが、前記ガスを４５度の角度で下向きに方向付けする、請求項１６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項18】

不活性媒体を添加するための少なくとも１つの入口をさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【請求項19】

凝集物用の出口と、発生炉ガス用の出口と、をさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【請求項20】

前記反応器の前記底部の下方に適合された灰ふるいをさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１７年１０月５日に出願された米国出願第１５／７２５，６３７号の継続出願である２０１９年６月１８日に出願された米国出願第１６／４４５，１１８号の一部継続出願である２０１９年１２月２０日に出願された米国出願第１６／７２３，５３８号の一部継続出願であり、これは、２０１５年１２月１４日に出願された米国出願第１４／９６７，９７３号の一部継続出願、現在の２０１７年１１月７日に発行された米国特許第９，８０９，７６９号であり、これは、２０１２年１月３０日に出願された米国出願第１３／３６１，５８２号の分割出願、現在の２０１６年１月２６日に発行された米国特許第９，２４２，２１９号であり、これらはすべて、それら全体が本明細書にが組み込まれている。

【0002】

本発明は、一般に、下水汚泥処理（ＳＳＴ）、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）管理、木材廃棄物（ＷＷ）加工、ごみ固形燃料（ＲＤＦ）処理、自動車破砕残渣（ＡＳＲ）、および非再生可能プラスチック処分（ＮＲＰ）を含む供給原料処分の分野に関する。本発明についての対象市場としては、自治体、土地を一掃および修復する埋め立て業者、廃棄物発生元、廃水処理施設、農業廃棄物発生元、民間廃棄物サービス会社、および再生可能エネルギーに投資する起業家が挙げられる。

【背景技術】

【0003】

現在、流動床または気泡床ガス化炉の組み合わせとしては、単一の特定の供給原料用に設計されたバイオソリッド用のフィーダシステムが挙げられる。これらのガス化システムは同様のフィーダデバイスを有しているが、それぞれの取り扱い要件に関する特定の供給原料に適応するための専用の設計特徴を必要とすることは、業界では一般的な慣行である。これらは、多くの場合、面倒、複雑、かつ高価である。必要なのは、任意のガス化炉の反応器チャンバに多様な供給原料を供給する標準化されたデバイスおよび方法である。

【発明の概要】

【0004】

本発明は、供給システムをカスタム設計したり、フィーダを反応器と一体にする必要なく、異なる供給原材料を既存のガス化反応器に供給することができる、ガス化炉システム用に設計された標準化されたフィーダシステムである。本発明は、限定されるものではないが、下水汚泥、都市固形廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非再生可能プラスチックを含む多数のまたは混合された供給原料を処理するための流動床ガス化反応器と組み合わせた万能フィーダシステムである。それにより、本発明はまた、万能フィーダシステムを使用する多数かつ／または多様な供給原料用のガス化方法を示す。

【0005】

フィーダシステムは、ライブボトム二軸スクリューフィーダに取り付けられた１つ以上の供給槽からなる。一実施形態では、供給槽は、異なるおよび／または可変のフロー特性を有するバイオ供給原材料の適したフローを促進するために、３つの垂直側面と、水平から６０度以上の角度のある側面と、を有する矩形形状である。槽はまた、フローを保護するために着脱可能なブリッジブレーカを挿入することによって提供されるような通気機構を提供する。バイオソリッドは、ライブボトム二軸スクリューフィーダからシュートを通り、かつガス化炉反応器に運転可能に接続された供給ノズルに材料を搬送する二次移送スクリューフィーダの中に移送される。二次移送スクリューには冷却剤ジャケットが装備されて、供給温度を６０°Ｆ～２００°Ｆに維持し、ガス化炉反応器に搬送することができる供給原料の種類をさらに拡大する。

【0006】

本発明は、より少ない装置構成要素でより単純なガス化炉設計のための道筋を提供することにより、ガス化産業における装置設計およびコモディティ化を標準化することを可能にする。万能フィーダシステムは、周囲気圧および低い温度条件下の屋外で使用することができる。臭気制御が必要である場合、システムには着脱可能な標準収容パネルを適合することができる。バイオソリッドの場合には、システムのこの設計は、臭気制御に対処するために、供給ビンからガス化炉への閉鎖システムであり得る。爆発性粉塵の場合、爆発パネルも任意選択である。

【0007】

本発明は、バイオ供給原材料を受け取り、任意のバイオ反応器に搬送するために使用される。フィーダシステムは、現在埋め立てられているか、新しい焼却の許可が可能である場合に焼却することができるか、またはこれらの廃棄物材料を安全かつ完全に処分するためのリサイクルオプションが制限されている廃棄物のカテゴリーに特に好適である。本発明は、自治体、土地を一掃および修復する埋め立て業者、廃棄物発生元、廃水処理施設、農業廃棄物発生元、民間廃棄物サービス会社、および再生可能エネルギーに投資する起業家によって使用され得る。また、廃棄物をリサイクルする際の脱分別（ｄｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）のために、類似の非ガス化プロセスで使用して、計量された固体を貯蔵タンクに搬送することもできる。

【0008】

現在、広範囲の供給原料を加工することができる単一の万能フィーダ／ガス化炉システムの先行技術はない。先行技術は、特定の種類の供給原料を取り扱うためのカスタム設計された供給原料特有のフィーダシステムを提供することを指示している。これにより、順次、ガス化炉の改良および再設計がもたらされる。本発明は、この問題を解決し、さらに、本設計は、運転中に異なるバイオ供給原料間で切り替えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ガス化炉反応器の側面図、およびバイオ供給原料用のフィーダシステム構成のある実施形態を示す概略ブロック図である。

【図2】本発明のある実施形態による、流動床ガス化炉を示す概略側面図である。

【図3】本発明のある実施形態による、ガス化炉の羽口型ガス分配器を示す斜視図である。

【図4】本発明のある実施形態による、ガス化炉の内部寸法の中型の非限定的な例を示す概略側面図である。

【図5】本発明のある実施形態による、ガス化炉の内部寸法のより小さい非限定的な例を示す概略側面図である。

【図6】本発明のある実施形態による、ガス化炉の内部寸法のより大きい非限定的な例を示す概略側面図である。

【図7】本発明のある実施形態による、図６のより大きくスケールアップした流動床ガス化炉を示す概略側面図である。

【図8A】本発明のある実施形態による、ガス化炉のパイプガス分配器を示す切り欠き斜視図である。

【図8B】本発明のある実施形態による、ガス化炉のパイプガス分配器を示す側立面図である。

【図9】本発明のある実施形態による、ガス化炉に接続された多数の万能ガス化炉フィーダシステムの斜視図である。

【図10】本発明のある実施形態による、多数のフィーダシステムと、多数の供給点を備えた単一のガス化炉システムの上面図である。

【図11】本発明のある実施形態による、フィーダシステムが取り付けられたガス化炉の切り欠き図を有する万能ガス化炉フィーダシステムの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の前述および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示すような好ましい実施形態の以下のより具体的な説明から明らかであり、参照文字は、様々な図の全体にわたって同じ部分を指す。これらの図面は必ずしも一律の縮尺ではなく、代わりに本発明の原理を示すことに強調が置かれている。ここで、添付の図面に示している、本発明の様々な例示的な実施形態を詳細に参照する。

【0011】

図１は、ガス化炉反応器の側面図と、業界標準の供給原料送り規格に合う垂直配向供給槽１０１内で一般に受け取られる供給原料用のフィーダシステム１００構成の実施形態を示す概略図と、を示す。このシステムは、各々がライブボトム二軸スクリューフィーダ１０２に運転可能に接続された１つ以上の供給槽１０１を備える。一実施形態では、供給槽は、異なるおよび／または可変のフロー特性を有するバイオ供給原材料の適したフローを促進するために、その４つの側面のうちの少なくとも１つに、水平から少なくとも６０度の角度を有する矩形形状１１０（図９に示す）である。槽はまた、連続的なフローを補助するために供給槽１０１の内部に挿入される通気ポート１０７（図９に示す）および／または着脱可能なブリッジブレーカ（図示せず）によって提供されるような通気機構を提供する。ライブボトム二軸スクリューフィーダ１０２は、多種の供給原料を輸送するそれらの能力のために選択された従来の産業装置であり、そのため、木材廃棄物＋バイオソリッドなどの２つ以上のバイオソリッド供給原料のブレンドを含む、下水汚泥、都市固体廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非リサイクル可能プラスチックに限定されない。

【0012】

スクリューコンベヤとも呼ばれるスクリューフィーダ１０２は、ビン、サイロ、またはホッパーからの自由流動および非自由流動の両方のバルク材料の流量を制御するために使用される。ライブボトムフィーダは、非常に効率的に大量の材料を搬送し、計量するように特別に設計されている。運転中、スクリュートラフの入口区域は、選択された材料で溢れるように設計されている。入口の下のスクリューは、スクリューの１回転あたりで計量された量の材料を搬送するように改良することができる。改良としては、限定されるものではないが、飛行直径、ピッチ、パイプ直径、トラフ形状が挙げられる。均一な直径およびピッチを有するスクリューは、入口開口部の後部から前部に材料を搬送する。後端部に取り付けられたスクリューフィーダの駆動部は通常可変速度であるため、スクリューフィーダ１０２およびトラフ１０２Ａに落下するビン、ホッパー、または供給槽１０１からの排出は、必要に応じて所定の範囲内に収まるように調整することができる。ビン、ホッパー、または供給槽１０１の底部にわたるスクリューの数に依存して、すべてのスクリューに対して１つの駆動部、群で駆動されるスクリューを有する複数の駆動部、または各スクリューに対して個々の駆動部がある場合がある。

【0013】

バイオソリッドは、重力によって、ライブボトム二軸スクリューフィーダ１０２からオープンボトムシュート１１１を通って、かつガス化炉反応器槽２９９上に位置する燃料供給入口２０１へのフランジ間接続などによって運転可能に接続された供給ノズル１０６に材料を搬送する二次移送スクリューフィーダ１０３上に移送される。二次移送スクリュー１０３は、供給原料温度を６０°Ｆ～２００°Ｆに維持するために、冷却水送り１０４Ａおよび冷却水戻り１０４Ｂを備えた冷却剤ジャケット１０４を装備することができる。この特徴により、ガス化炉反応器の中に搬送することができる供給原料の種類がさらに広がる。スクリューフィーダ１０２は、他の産業用フィーダまたは加圧空気式コンベヤと置き換えることができる。加圧空気式コンベヤは、本発明を加圧ガス化システムおよび他の移送設計に使用する、およびそれらと共に使用することを可能にする。すべてのスクリューフィーダ１０２および移送スクリューフィーダ１０３は、可変速度であり、モータで動作する。別の実施形態において可能であるが、スクリュー供給は、クランクのように手動で動作させることができる。

【0014】

一実施形態では、ライブボトム二軸スクリューフィーダ１０２は、供給原料の流動を単一の方向に方向付けするように動作することができる。別の実施形態では、二軸スクリューフィーダ１０２は、供給原料の流動を２つの異なる方向に方向付けするように動作することができる。供給原料は、ガス化炉反応器槽２９９上に位置する多数の燃料供給入口２０１を通して、複数の供給槽１０１からガス化炉反応器槽２９９の中に供給することができる。したがって、ライブボトム二軸スクリューフィーダ１０２は、２つの別個の移送スクリューフィーダ１０３に供給することができるが、移送スクリューフィーダ１０３はまた、図４に示すように、別の二次さらには三次移送スクリューフィーダ１０３を接続し、供給することもできる。各スクリューフィーダ接続は、スクリューフィーダ１０３が終端し、ガス化炉反応器槽２９９上の流動燃料入口２０１に機械的に接続するまで、重力によって、オープンボトムシュート１１１を介して接続スクリューフィーダにバイオソリッドを移送する。

【0015】

供給槽１０１はまた、適切な分配体積の供給原料が多数の供給ポートを通ってガス化炉に入ることが維持されるようにサイズ設定することができる。供給ポートとも呼ばれる燃料供給入口２０１は、ガス化炉システム２００への燃料の連続供給を確実にするために、ガス化炉槽反応器２９９の周囲全体に配置することができる。供給槽１０１の在庫は、ロードセルまたはレベルセンサ１０５（図９および１１に示す）を通して制御することができる。供給原料の粒径および水分は、供給槽ポート１０９の上流およびその経路上で測定されて、ガス化炉システム２００の最適な制御および性能出力を確実にすることができる。

【0016】

一実施形態では、フィーダシステム１００は、１／１６～１／４インチの最適範囲で最大１インチのサイズに調製された多数の供給原料を受け取り、加工することができる。この実施形態の重要な要件は、従来のプロセスを通して達成される均一なサイズ、水分含有量、および品質に供給原料を下準備することである。次いで、準備された供給原料は、万能フィーダ槽１０１の槽供給ポート１０９、および最終的にガス化用のガス化反応器槽２９９に導入される。

【0017】

図２は、気泡型流動床ガス化炉２００の実施形態を示す。一実施形態では、本発明は、ガス化炉２００のために設計された標準化された供給システム１００（図１に示す）に機械的に接続されており、これにより、ガス化炉システム２００用の供給システムをカスタム設計したり、カスタム供給システムをガス化炉システム２００の中に一体化したりすることなく、異なる供給原料を既存のガス化反応器槽２９９の中に供給することを可能にする。一実施形態では、気泡流動床ガス化炉２００は、標準ガス化炉システム２００の一体部分としてフィーダシステム１００に動作可能に接続された反応器２９９を含む。

【0018】

図２を引き続き参照すると、気泡流動床ガス化炉２００は、標準ガス化炉システム２００の拡張部分としてフィーダシステム１００（図１に示す）に動作可能に接続された反応器２９９を含む。一実施形態では、ガス化炉２００は、反応器槽の基部にあり、反応器床区域２０４と呼ばれる、限定されるものではないが、石英砂などの流動媒体床２０４Ａを有する反応器槽２９９を含む。一実施形態では、流動砂は、１１５０～１６００°Ｆの温度を有する区間である。反応器床区域２０４の上方に位置するのは移行区域２０４Ｂであり、移行区域２０４Ｂの上方に位置するのは反応器槽２９９のフリーボード区域２０５である。空気、煙道ガス、純酸素もしくは蒸気、またはそれらの組み合わせからなる流動化ガスは、流動床反応器２９９に導入されて、０．１ｍ／秒（０．３３フィート／秒）～３ｍ／秒（９．８４フィート／秒）の範囲であるガス化炉２００のフリーボード区域２０５の内側の速度範囲を生み出す。バイオソリッドは、非化学量論レベルの酸素、例えば、典型的には化学量論の４５％未満の酸素レベルを有する酸素欠乏環境において、９００°Ｆ～１７００°Ｆの温度範囲まで流動床反応器の内側で加熱される。

【0019】

流動気泡床ガス化炉２００の反応器流動床区域２０４は、砂（例えば、石英またはかんらん石）であり得る流動媒体２０４Ａ、または業界で知られている他の任意の好適な流動媒体で充填されている。限定されるものではないが、乾燥バイオソリッドなどの供給原料は、４０～２５０°Ｆで燃料供給入口２０１を通して反応器床区域２０４に送られる。一実施形態では、供給原料は、２１５°Ｆで燃料供給入口２０１を通して反応器床区域２０４に送られ、気泡床内のガス入口２０３は、限定されるものではないが、例えば空気などの酸化剤ベースの流動化ガスを受け取る。一実施形態では、空気は、濃縮空気、または空気とリサイクル煙道ガスの混合物などでり得る。空気は予熱されておらず、周囲条件で供給される。床は、起動用バーナからの天然ガスおよび空気の燃焼で加熱され、床がガス化のための発火温度に達したとき、反応が始まり、供給炭素および酸素が反応し続ける限り、自立している。流動化ガスは、図３および８Ａ～Ｂに示すようなガス分配器を介して気泡床に供給される。酸素モニター２０９は、流動化ガス入口２０３と通信して設けられ、ガス化プロセスにおける酸素レベルの制御に関連して酸素濃度を監視すことができる。反応器槽２９９の側面に位置する勾配付きまたはオーバーファイア天然ガスバーナ（図に示さず）は、ポート２０２を介して天然ガスと空気との混合物を受け取る。一実施形態では、天然ガス空気混合物は７７°Ｆであり、これを使用してガス化炉を起動し、流動床媒体２０４Ａを加熱することができる。ガス化反応を自立させるための最低発火温度に達するとき（約９００°Ｆ）、天然ガスが遮断される。ビューポート２０６および媒体充填ポート２１２も設けられる。

【0020】

一実施形態では、フリーボード区域２０５は、流動床区域２０４とガス化炉反応器槽２９９の発生炉ガス出口２１０との間に設けられる。バイオソリッドが熱分解し、流動床媒体区域（または砂区間）内で発生炉ガスに変わり、次いで反応器槽２９９を通って上昇すると、流動床区域２０４内の流動媒体２０４Ａは、粒子離脱区間としても知られ、そのように呼ばれているフリーボード区域２０５内の発生炉ガスから引き離される。サイクロン分離器２０７を設けて、流動床反応器２９９から放出された材料を分離し、その結果、回収用の清浄な発生炉ガスが得られ、代替として使用または処分のために、灰をサイクロン分離器２０７の底部から出すことができる。

【0021】

灰ふるい２１１は、底部灰除去のためにガス化炉槽の下方に適合することができる。灰ふるい２１１をふるい分けデバイスとして使用して、任意の大きく不活性の、凝集した、または重い粒子を除去することができるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。一実施形態では、限定されるものではないが、摺動バルブ２１４を開放するための機構によって動作する摺動バルブ２１３などのバルブは、灰を収集するために灰ふるい２１１の真下に位置している。一実施形態では、第２のバルブ２１３および動作機構２１４（図示せず）もまた、同じ目的のためにサイクロン分離器２０７の下方に位置している。これは、任意の大きく不活性の、凝集した、または重い粒子を除去するためのふるい分けデバイスとしてあるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。一実施形態では、灰ふるい２１１は、当業者に知られている一般的な固体除去デバイスであり得る。別の実施形態では、灰ふるい２１１は、オーバーフローノズルの使用によって置き換えられるか、またはその使用と組み合わされ得る。

【0022】

発生炉ガス制御部２０８は、発生炉ガス中の酸素および一酸化炭素レベルを監視し、それに応じてプロセスを制御する。一実施形態では、ガス化炉供給システム１００は、流動燃料入口２０１を通してガス化炉反応器２９９に供給する。一実施形態では、ガス化炉ユニット２００は、カスタム流動ガス送達システムおよび多数の機器制御部を備えた気泡流動床型のものである。ガス化炉反応器２９９は、最適な運転のために、連続的に運転し、灰を排出し、煙道ガスをリサイクルする能力を提供する。ガス化炉反応器２９９は、供給速度、温度、反応速度、および様々な供給原料の発生炉ガスへの変換の最適な制御を提供するように設計することができる。

【0023】

数多くの熱電対プローブ（図示せず）がガス化炉反応器２９９内に配置されて、ガス化炉全体にわたる温度プロファイルを監視する。いくつかの熱プローブは、ガス化炉レクター（ｒｅｃｔｏｒ）２９９の流動床区域２０４内に配置されるが、他の熱プローブは、ガス化炉のフリーボード区域２０５内に配置される。流動床区域２０４内に配置された熱プローブは、床温度を監視するために使用されるだけでなく、流動媒体の床内で一定の温度プロファイルを維持するためにポート２０２を介してガス化炉空気システムに結合された制御点でもある。床区域２０４にわたる圧力差、およびフリーボード区域２０５内のガス化炉の運転圧力を監視するためにガス化炉システム２００内に配置され得る数多くの追加の制御機器およびセンサもある。これらの追加の機器を使用して、ガス化炉内の条件を監視し、同様に他の補助装置およびプロセスを制御して、ガス化炉内の所望の運転条件を維持する。そのような補助装置およびプロセスの例としては、限定されるものではないが、サイクロン、熱酸化機、ならびに再循環煙道ガスシステムおよび空気送達システムが挙げられる。これらの制御機器およびセンサは業界でよく知られているため、示していない。

【0024】

図３は、本発明の実施形態による、ガス化炉のガス分配器３０２を示す切り欠き斜視側面図を示す。煙道ガスおよび空気入口２０３は、煙道ガスおよび空気をノズル３０１のアレイに供給する。ノズルの各々は、ノズルを出るガスが反応器床区域２０４（図２に示す）内の流動床へと押し上げられる前に、最初に下向きに方向付けされるように、キャップ３０３の内側にある下向きに方向付けされたポートを含む。ガス化炉の下の任意選択の灰ふるい２１１をふるい分けデバイスとして使用して、任意の凝集粒子を除去することができるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。また、限定されるものではないが、例えば、空気などの酸化剤ベースの流動化ガスを受け取る気泡床内のガス入口２０３の切り欠き図も示している。

【0025】

バイオガス化炉反応器のサイズ設定
以下は、本発明の実施形態による、気泡流動床ガス化反応器用の最良の寸法の計算を示す非限定的な例を提供する。この例では、ガス化炉は、２つの特定の運転条件：既存の脱水ユニットから乾燥機に送られた脱水汚泥の平均固体含有量に対する、乾燥機から発生した現在の最大乾燥バイオソリッド産出量と、固体含有量２５％の脱水汚泥が乾燥し、５４００ポンド／時の水が汚泥から蒸発する定常状態運転中に、バイオソリッド加工システム全体が外部エネルギー、例えば天然ガスを消費せずに運転しなければならない場合、乾燥機がガス化炉に送達しなければならない将来の最大乾燥バイオソリッドの供給速度と、に適応するようにサイズ設定されている。

【0026】

第１の運転条件は、例えば、固体含有量１６％の汚泥が乾燥機に入り、５４００ポンド／時の水が汚泥から蒸発する場合、乾燥機からの乾燥下水汚泥の最大産出量に対応する。これは、ガス化炉に入る水分含有量１０％での１，１６８ポンド／時の熱乾燥バイオソリッドの小規模ガス化炉内のバイオソリッド供給速度に対応する。一実施形態では、１６～１８％の固体含有量は、煙道ガスから回収し、乾燥機を運転するために使用することができる熱エネルギーの量に相当する乾燥負荷にするために必要とされる脱水の推定される程度を表す。固体含有量１６％を下回るバイオソリッドが乾燥機内で加工される場合、外部熱源が乾燥プロセスを補うことができる。第２の運転条件は、固体含有量２５％の脱水バイオソリッドが乾燥機の中に供給された場合に乾燥機が生成することができる乾燥バイオソリッド（水分含有量１０％まで乾燥）の最大量に対応する。第２の条件は、２，０００ポンド／時の水分含有量１０％のバイオソリッドを加工する必要があるガス化炉に対応する。言い換えれば、汚泥中の含有量が２０％よりも大きいバイオソリッドを使用する場合、バイオソリッドをガス化炉に供給することで過剰な熱が生じる。

【0027】

図４は、本発明による、９フィート、０インチの反応器フリーボード直径および他の内部寸法を有するガス化炉の非限定的な例を示す。示している寸法は、以前の出願で概説されている運転条件を満たす。当技術分野で知られているように、ガス化炉のサイズ設定を決定する際の１つの要因は、床区域の内径である。反応器の床区域の役割は、流動媒体床を収容することである。ガス化炉の床区域の内径を選択するための推進要因は、ガスの空塔速度範囲であり、これは異なる反応器内径で変化する。内径は、媒体床が所与の空気、再循環煙道ガス、および燃料供給速度に対して異なる運転温度で適当に流動化することができることを確実にするために十分に小さくする必要があるが、スラッギングレジームが発生し、媒体がフリーボード区域から突き上がるほどの高速を生み出すほど小さくてはならない。試運転中に媒体の粒径を調整して、床の流動化挙動を微調整することができる。本発明の非限定的な例では、約７００μｍの平均媒体（砂）粒径は、容易に流動化するその能力だけでなく、反応器から同伴するその困難のために選択された。床を流動化するのに最も困難な時間は、床媒体および流入ガスが冷たいときの起動時である。この最小流量要件は、前の表に表示された最小流動化速度（「Ｕ_ｍｆ」）値で表される。

【0028】

ガス化炉のサイズ設定を決定する際の別の要因は、フリーボード区域の内径である。ガス化炉のフリーボード領域は、重力下で粒子が脱落することを可能にする。フリーボードの直径は、異なる運転温度および燃料供給速度から生み出されるガス混合物の空塔速度に対して選択される。ガス空塔速度は、小さい灰粒子を同伴するのに十分な大きさでなければならないが、媒体粒子がガス流中に同伴するほど大きくてはならない。新鮮な燃料の同伴の程度はまた、正しいフリーボード区域サイズ設定から最小限に抑えるべきである。これは、典型的には燃料が非常に微細な粒径を有するバイオソリッドガス化の場合に、注意深く考慮すべき現象である。流動媒体の表面の下方にある流動床の側面に燃料を導入することは、新鮮な燃料の同伴を最小限に抑えるための１つの方法である。これは、燃料がガス化炉から同伴され得る前に床の表面まで移動する必要があるという原則に基づいており、これによりガス化反応が発生するための時間が提供される。

【0029】

図５に示す１つの非限定的な例では、４フィート、９インチのフリーボードの直径を有する反応器は、１日あたり約２４トンのより小さい体積を供給するためだけに選ばれるのではなく、灰を同伴するのに十分高いガス空塔速度を維持し、床内の砂（または他の流動媒体）粒子の同伴を阻止する。

【0030】

ガス化炉のサイズ設定を決定する際のさらなる要因は、媒体床の深さおよび床区域の高さである。一般に、床内の媒体と燃料との比率が高いほど、床の温度はより等温になる可能性がある。典型的には、流動床は、約１～３％の燃料と媒体との質量比を有する。媒体床を流動化するために消費される電気エネルギーの量は、典型的には、媒体の所望の深さに実用的な限定を付与する。より深い床は、それらにわたるより高いガス圧力降下を有し、ガスの流動に対するこの抵抗を克服するために、送風機によってより多くのエネルギーが消費される。図５に示すこの例では、３フィートの流動媒体深さが選ばれており、これは、等温温度および良好な熱伝達率を維持するのに十分な媒体を床内に有することに対して、送風機のエネルギー消費のバランスを取ることに基づいている。この非限定的な例における反応器の床区域の高さは、流動媒体の深さに対する、一般的な長さと直径とのアスペクト比１．５に基づいている。

【0031】

ガス化炉のサイズ設定を決定する際の別の要因は、フリーボード区域２０５の高さである。フリーボード区域２０５は、フリーボード区域におけるより大きい直径によってもたらされる重力と、空塔速度の減少の下で、粒子を脱落させ、それを床に戻すように設計されている。粒子が床の表面からの高度で上昇していくと、ある程度の高度で、輸送離脱高さ（「ＴＤＨ）として知られているレベルに達するまで、粒径および粒子密度が減少する。ＴＤＨを上回ると、反応器に同伴される粒子密度は一定になる。反応器をＴＤＨの上方まで拡張しても、粒子除去にさらなる利点はない。実用的な目的のために、図５に示すこの非限定的な例では、フリーボード区域２０５の高さのためにｌ０フィートが選択される。本発明は、図５の好ましい実施形態を参照して特に示され、説明されてきたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その中で形態および詳細の様々な変更を行うことができることを理解されよう。

【0032】

図６は、本発明による、ガス化炉内部寸法が拡大された、より大きくスケールアップした実施形態が提供されることを示す概略側面図を示す。この実施形態では、本発明は、ガス化炉反応器槽のスケールアップまたは拡大を示す。一実施形態では、反応器槽サイズの増加は、図５に示す小規模反応器槽よりも、供給原料体積を加工する際に少なくとも４倍大きい容量スケールを有する。例えば、小規模反応器は、１日あたり２４トンの供給原料を加工することができる。大規模反応器は、１日あたり４０トン超、１日あたり平均約１００トンの供給原料を加工することができる。１日あたり平均１００トンの供給原料は、１日あたり約９６トンに相当する１日あたり２４トンの小規模反応器の平均の少なくとも４倍に相当する。スケールアップした大型反応器の一実施形態では、図３に示す多数羽口ガス分配器は、図８Ａ～８Ｂに示す従来のパイプベースの流動化ガス分配システムに置き換えられる。パイプベースの分配器８００の代用は、図３に示すバイオ反応器ユニットで使用される多数羽口ガス分配器設計をスケールアップする機械的製造に関連する複雑性、時間、およびコストを単純化し、排除する。従来のパイプベースの流動化ガス分配システムは、小規模反応器内で加工された供給原料の少なくとも４倍の分量を加工することができる単一の大きい槽反応器を可能にする。図６～７に示すより大規模な反応器は、図２および５に示すより小規模のバージョンと同じ特徴の多くを有する。しかしながら、反応器床およびフリーボードの高さに対するいくつかの調整は、反応器床区域の直径の変化に基づく必要がある。輸送離脱高さ（「ＴＤＨ」）の式は、図７に示す反応器床区域７０４の直径における変化の関数である。具体的には、性能のスケールアップリスクを最小化／排除するために、幾何学的比率は同じままである。

【0033】

図６はまた、ガス化炉反応器が気泡流動床ガス化反応器であるとき、ガス化炉反応器をサイズ設定するためのサンプル寸法の計算を示す非限定的な例を示す。より具体的には、図６は、本発明による、１１フィート、５インチの反応器フリーボード直径および他の内部寸法を有するガス化炉の非限定的な例を示す。この例では、ガス化炉は、ガス化炉に入る水分含有量１０％で、８，３３３ポンド／時および７０４０ポンド／時の熱乾燥バイオソリッドの大規模ガス化炉内のバイオソリッド供給速度に対応する、ガス化炉に送達される乾燥バイオソリッド供給速度についての特定の設計運転条件に適応するようにサイズ設定される。

【0034】

図７は、気泡型流動床ガス化炉７００のスケールアップした実施形態を示す。一実施形態では、気泡流動床ガス化炉７００は、標準ガス化炉システム７００の拡張部分としてフィーダシステム（図１に示す）動作可能に接続された反応器７９９を含む。限定されるものではないが、石英砂などの流動媒体床７０４Ａは、反応器床区域７０４と呼ばれる反応器槽の基部にある。一実施形態では、流動砂は、１１５０°Ｆ～１６００°Ｆの温度を有する区間である。反応器床区域７０４の上方に位置するのは移行区域７０４Ｂであり、移行区域７０４Ｂの上方に位置するのは反応器槽７９９のフリーボード区域７０５である。空気、煙道ガス、純酸素もしくは蒸気、またはそれらの組み合わせからなる流動化ガスは、流動床反応器７９９に導入されて、０．１ｍ／秒（０．３３フィート／秒）～３ｍ／秒（９．８４フィート／秒）の範囲であるガス化炉７００のフリーボード区域７０５の内側の速度範囲を生み出す。バイオソリッドは、非化学量論レベルの酸素、例えば、典型的には化学量論の４５％未満の酸素レベルを有する酸素欠乏環境において、９００°Ｆ～１６００°Ｆの温度範囲まで流動床反応器の内側で加熱される。別の実施形態では、流動砂は、１１５０°Ｆ～１６００°Ｆの温度を有する区間である。

【0035】

流動気泡床ガス化炉７００の反応器流動床区域７０４は、砂（例えば、石英またはかんらん石）であり得る流動媒体７０４Ａ、または業界で知られている他の任意の好適な流動媒体で充填されている。限定されるものではないが、汚泥などの供給原料は、４０～２５０°Ｆで燃料供給入口７０１を通して反応器床区域７０４に送られる。一実施形態では、供給原料は、２１５°Ｆで燃料供給入口７０１を通して反応器床区域７０４に送られ、気泡床内のガス入口７０３は、限定されるものではないが、例えばガス、煙道ガス、リサイクル煙道ガス、空気、濃縮空気、およびそれらの任意の組み合わせ（以下、「ガス」または「空気」と総称する）などの酸化剤ベースの流動化ガスを受け取る。一実施形態では、空気は、約６００°Ｆである。空気の種類および温度は、特定の供給原料についてのガス化流動化および温度制御の要件によって決定される。流動化ガスは、図３および８Ａ～Ｂに示すようなガス分配器を介して気泡床に供給される。酸素モニター７０９は、流動化ガス入口７０３と通信して設けられ、ガス化プロセスにおける酸素レベルの制御に関連して酸素濃度を監視することができる。反応器槽７９９の側面に位置する勾配付きまたはオーバーファイア天然ガスバーナ（図に示さず）は、ポート７０２を介して天然ガスと空気との混合物を受け取る。一実施形態では、天然ガス空気混合物は７７°Ｆであり、これを求めてガス化炉を起動し、流動床媒体７０４Ａを加熱することができる。ガス化反応を自立させるための最低発火温度に達するとき（約９００°Ｆ）、天然ガスが遮断される。ビューポート７０６および媒体充填ポート７１２も設けられる。

【0036】

一実施形態では、フリーボード区域７０５は、流動床区域７０４とガス化炉反応器槽７９９の発生炉ガス出口７１０との間に設けられている。バイオソリッドが熱分解し、流動床媒体区域（または砂区間）内で発生炉ガスに変わり、次いで反応器槽７９９を通って上昇すると、流動床区域７０４内の流動媒体７０４Ａは、粒子離脱区間としても知られ、そのように呼ばれているフリーボード区域７０５内の発生炉ガスから引き離される。サイクロン分離器７０７を設けて、流動床反応器７９９から放出された材料を分離し、その結果、回収用の清浄な発生炉ガスが得られ、代替として使用または処分のために、灰をサイクロン分離器７０７の底部から出すことができる。

【0037】

灰ふるい７１１は、底部灰除去のためにガス化炉槽の下方に適合することができる。灰ふるい７１１をふるい分けデバイスとして使用して、任意の大きく不活性の、凝集した、または重い粒子を除去することができるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。一実施形態では、限定されるものではないが、摺動バルブ７１４を開放するための機構によって動作する摺動バルブ７１３などのバルブは、灰を収集するために灰ふるい７１１の真下に位置している。一実施形態では、第２のバルブ７１３および動作機構７１４（図示せず）もまた、同じ目的のためにサイクロン分離器２０７の下方に位置している。これは、任意の大きく不活性の、凝集した、または重い粒子を除去するためのふるい分けデバイスとしてあるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。一実施形態では、灰ふるい７１１は、当業者に知られている一般的な固体除去デバイスであり得る。別の実施形態では、灰ふるい７１１は、オーバーフローノズルの使用によって置き換えられるか、またはその使用と組み合わされ得る。

【0038】

発生炉ガス制御部７０８は、発生炉ガス中の酸素および一酸化炭素レベルを監視し、それに応じてプロセスを制御する。一実施形態では、ガス化供給システム（図１および９～１１に示す）は、流動燃料入口７０１を通してガス化炉反応器７９９に供給する。一実施形態では、ガス化炉ユニット７００は、カスタム流動ガス送達システムおよび多数の機器制御部を備えた気泡流動床型のものである。ガス化炉反応器７９９は、最適な運転のために、連続的に運転し、灰を排出し、煙道ガスをリサイクルする能力を提供する。ガス化炉反応器７９９は、供給速度、温度、反応速度、および様々な供給原料の発生炉ガスへの変換の最適な制御を提供するように設計することができる。

【0039】

数多くの熱電対プローブ（図示せず）がガス化炉反応器７９９内に配置されて、ガス化炉全体にわたる温度プロファイルを監視する。いくつかの熱プローブは、ガス化炉レクター（ｒｅｃｔｏｒ）７９９の流動床区域７０４内に配置されるが、他の熱プローブは、ガス化炉のフリーボード区域７０５内に配置される。流動床区域７０４内に配置された熱プローブは、床温度を監視するために使用されるだけでなく、流動媒体の床内で一定の温度プロファイルを維持するためにポート７０２を介してガス化炉空気システムに結合された制御点でもある。床区域７０４にわたる圧力差、およびフリーボード区域２０５内のガス化炉の運転圧力を監視するためにガス化炉システム７００内に配置され得る数多くの追加の制御機器およびセンサもある。これらの追加の機器を使用して、ガス化炉内の条件を監視し、同様に他の補助装置およびプロセスを制御して、ガス化炉内の所望の運転条件を維持する。そのような補助装置およびプロセスの例としては、限定されるものではないが、サイクロン、熱酸化機、ならびに再循環煙道ガスシステムおよび空気送達システムが挙げられる。これらの制御機器およびセンサは業界でよく知られているため、示していない。

【0040】

図７を参照すると、灰ふるい７１１は、底部灰除去のためにガス化炉槽の下方に適合することができる。灰ふるい７１１をふるい分けデバイスとして使用して、任意の凝集した粒子を除去することができるため、流動媒体および未反応チャーをガス化炉に再導入して、継続的に利用することができる。一実施形態では、摺動バルブ７１４を開放するための機構によって動作する摺動バルブ７１３は、灰を収集するために灰ふるい７１１の真下に位置している。一実施形態では、第２の摺動バルブ７１３および運転機構７１４は、サイクロン分離器７０７の下方に位置している。

【0041】

小型流動床ガス化炉と同様に、いくつかの未反応の炭素は、１０～３００ミクロンの範囲の粒径でサイクロン分離器７０７へと運ばれる。固体がサイクロンの底部から除去されたとき、灰および未反応の炭素が分離され、未反応の炭素の多くがガス化炉の中に戻ってリサイクルされ、全体の燃料変換率を少なくとも９５％まで増加することができる。流動媒体の床内の灰蓄積は、反応器の内側で上昇するガスの空塔速度を調整することによって軽減することができる。あるいは、床媒体および灰をガス化炉基部からゆっくりと吐出し、ガス化炉に再導入する前に、灰ふるい７１１にわたってふるいにかけることができる。このプロセスは、流動媒体の床で形成されるべき小さい凝集粒子を除去するために使用することができ、流動床内の灰と媒体との比率を制御するために使用することもできる。

【0042】

図７を引き続き参照すると、限定されるものではないが、バイオソリッド材料などの供給原料は、反応器槽７９９上の複数の位置から燃料供給入口７０１を経由してガス化炉の中に供給することができ、上記燃料供給入口７０１は、所望の体積の供給原料が反応器槽７９９の周りの多数の供給入口７０１を通してガス化炉の中に供給されて、ガス化炉への連続供給プロセスに適応するように、変更可能にサイズ設定することができる。本発明については、および一実施形態では、燃料供給入口の数は、２～４個である。供給入口７０１の最小数は、部分的には、床内のチャー粒子の逆混合および半径方向混合の程度の程度と、反応器床区域７０４の内径に基づいている。気泡流動床については、１つの供給点は、床断面積の２０ｆｔ^２（平方フィート）あたりで提供することができる。例えば、および一実施形態では、反応床区域が９フィートの内径を有する場合、反応器槽７９９は、床内混合を維持するために半径方向に等距離に位置し得る少なくとも３つの供給入口７０１を有する。供給入口７０１は、すべて１つのレベル、または複数のレベル、または異なるレベル、および異なるサイズであると見なすことができる。

【0043】

図８Ａは、本発明のある実施形態による、バイオガス化炉のパイプガス分配器を示す切り欠き斜視図を示す。図８Ｂは、本発明の実施形態による、バイオガス化炉のパイプガス分配器を示す側立面図を示す。一実施形態では、本発明は、主空気入口８０１を備えたパイプ分配器設計を有し、上記主空気入口８０１は、上部部分８０１Ａおよび下部部分８０１Ｂを有する。一実施形態では、下部部分８０１Ｂは、限定されるものではないが、エルボまたはＪパイプなどのパイプ８１２に接続されている。一実施形態では、下部部分８０１Ｂは、パイプ８１２に接続された雌の据え付けスタブに接続された雌の据え付けシール８０３に接続された雄の据え付けシールを使用して、パイプ８１２に接続されている。一実施形態では、パイプ８１２は、近位端８１２Ａおよび末端８１２Ｂを有し、近位端８１２Ａは、主空気入口８０１に機械的に接続され、末端８１２Ｂは、ガス入口７０３に接続されている。一実施形態では、パイプ８１２Ｂの末端は、ガス入口７０３に接続するためのフランジ８１１を有する。

【0044】

主空気入口８０１Ａの上部部分は、中央幹線８０６と位置合わせされ、その開口部であり、上記幹線８０６は、一方の端部が中央幹線に対して開口し、他方の端部が閉鎖されている少なくとも１０個の側方空気分岐８０５を有する。一実施形態では、側方空気分岐８０５は、中央幹線８０６のいずれかの側面上で対称的に隔置されている。一実施形態では、側方空気分岐８０５は、反応器床２０４の底部の直径内に対称的に適合するように長さが変化するものである。一実施形態では、側方空気分岐８０５の各々は、ガスおよび空気分配ポート８１０とも呼ばれる、下向きを指すガスおよび空気分配ノズル８１０を備える。空気分配ノズル８１０は下向きを指しているため、主空気入口８０１から入る空気は、ガス化炉反応器７９９の円錐形状底部の中に下向きの動きで注入される。一実施形態では、分配ノズル８１０は、限定されるものではないが、４５度の角度などの角度で下向きを指す。ノズルおよび構成要素の構成と一般の位置は、より少ないガス／空気分配ノズルが流動化要件および良好な混合要件に合うための羽口設計において必要であるという点では、より小さい反応器槽の羽口設計とは異なるが、反応器の底部円錐区域内でスランプしたときに、依然として全量の流動化媒体材料を流動化させるのに十分である。これも反応器の本質的な部分である。

【0045】

図９は、本発明のある実施形態による、ガス化炉に接続された多数の万能ガス化炉フィーダシステムの斜視図を示す。図９を参照すると、供給原料は、頂部に位置する供給ポート１０９からフィーダ槽１０１に重力供給される。一実施形態では、槽１０１は、３つの垂直側面と、角度のある側面１１０と、を有する矩形形状である。角度のある側面１１０は、水平から６０度以上の傾斜を有して、異なるおよび／または可変のフロー特性を有するバイオ供給原材料の適したフローを促進する。槽１０１の少なくとも１つの側面は角度を付ける必要があるが、垂直側面はまた、垂直の間にあり得、ａは０～１５度の負の角度を有する。通気ポート１０７（図１１に示す）を使用する通気および槽１０１内に位置する着脱可能なブリッジブレーカ（図示せず）を挿入することなどの他の手段と一緒に、６０度以上の角度１１０は、様々な供給原料のフローを補助および調節することができる。

【0046】

ライブボトム二軸スクリュー１０２および移送スクリュー１０３の長さは、槽１０１を位置するのに利用可能な空間およびガス化炉２００までの距離において変化し、依存し得る。供給原料または供給原料の組み合わせが、供給原料を冷却することを必要とする推奨される最小可燃性温度を有する場合に、移送スクリュー１０３は、図１に示す冷却ジャケット１０４を装備し得る。一実施形態では、供給システム１００は、計量スクリューとして運転することができる複数の移送スクリュー１０３を含み、次いで、供給原料をガス化炉反応器槽２９９の中に搬送する高速注入スクリューとして運転することができる移送スクリューに接続される。一実施形態では、ロードセルまたは計量スクリューシステムをライブボトム二軸スクリューおよび移送スクリューの代わりに使用して、ガス化炉への供給速度を制御する。

【0047】

図１０は、本発明のある実施形態による、サンプルスクリュー接続と、燃料実行入口２０１（ｆｕｅｌ ｄｅｅｄ ｉｎｌｅｔｓ）を介した多数の供給点と、を備えた多数のフィーダシステム１００および単一のガス化炉反応器槽２９９の上面図を示す。

【0048】

図１１は、本発明のある実施形態による、フィーダシステムの移送スクリュー１０３がガス化炉２００の少なくとも燃料供給入口２０１を介して取り付けられているガス化炉反応器槽２９９の切り欠き図を有する万能ガス化炉フィーダシステム１００の側面図を示す。一実施形態では、移送スクリュー１０３は、燃料供給入口２０１で終端する。別の実施形態では、移送スクリュー１０３は、反応器槽２９９の床区域２０４の中へ突出している。この実施形態では、サンプルビン容量は、２００°Ｆの供給槽の内部温度を有する単一の供給槽に対して３．５トンの供給原料として示す。一実施形態では、ガス化炉反応器２９９の内部運転温度は、約１２００°Ｆである。反応器槽内の圧力および温度を監視するために、多数のセンサ（図示せず）を含めることができる。供給レベルセンサ１０５などの１つのそのようなセンサ。別の実施形態はまた、オープンボトムシュート１１１上に位置する供給ビューポート１０８を含むことができる。

【0049】

通気ポート１０７の位置は、サイズおよび位置において、ならびに槽の任意の側面上で可変であり得る。ポート１０７の数はまた、ブリッジブレーキング特徴の種類および数、ならびに供給槽１０１のサイズに依存して増減することができる。空気または不活性ガスのいずれかを使用する調整可能な通気特徴は、ブリッジングを回避し、移送スクリュー１０３へのフローを維持することを補助する。供給槽１０１は、オープンボトムシュート１１１内で終端し、ライブボトム二軸スクリューフィーダ設計１０２は、シュート１１１の下方に位置する。スクリューフィーダ１０２は、重力によって供給原料を移送スクリュー１０３上に直接落下させる別のオープンボトムシュート１１１に供給原料を搬送する。スクリューフィーダ１０３は、同じ重力／シュート機構によって供給原料を別の移送スクリューフィーダ１０３に搬送するか、または流動燃料供給入口２０１を介して供給原料をガス化炉反応器２９９に搬送する。移送スクリュー１０３と供給入口２０１との接続は、フランジ１１６とフランジ１１６との接続などによる機械的なものである。

【0050】

本発明は、単一または多数のガス化炉システムのいずれかで大量の供給原料を加工し、大きい産業施設を実現可能かつ費用効果が高いものに構築して、多数のより小さいユニットの現在および一般的に実用されている使用を置き換える。より具体的には、本発明は、下水汚泥、都市固体廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非再生可能プラスチックを含む多数の多様な供給原料を処理するための流動床ガス化反応器と組み合わせた万能フィーダシステムである。それにより、本発明はまた、万能フィーダシステムを使用する多数かつ多様な供給原料用のガス化方法を示す。フィーダシステムは、１つ以上の供給槽および少なくとも１つのライブボトム二軸スクリューフィーダを備えている。

【0051】

供給槽は、異なるおよび／または可変のフロー特性を有する供給原材料の適したフローを促進するために、３つの垂直側面と、水平から６０度以上の角度のある側面と、を有する矩形形状である。供給原料は、オープンボトムシュートを通してライブボトム二軸スクリューフィーダに、および別のオープンボトムシュートを通して、供給原料をガス化装置の燃料供給入口に搬送する移送スクリューフィーダに移送される。本発明は、バイオマス廃棄物処理業者用に設計されており、容量スケールを、単一の施設で使用し、規模の経済を保持することができる１日あたり１０～２４ｔｐｄから４０ｔｐｄ超まで、および平均１００ｔｐｄを超える供給原料の単一設計に標準化する。また、連携して、乾燥機、汚染制御装置、熱操作装置などの他の標準的な大規模支援装置と共に運転することもできる。これにより、標準化されたシステムおよび装置の設計とコモディティ化が可能になる。

【0052】

本発明の様々な実施形態について上述したが、それらは、限定ではなく例として提示されたに過ぎないことを理解されたい。同様に、様々な図は、本発明に含めることができる特徴および機能性を理解するのを助けるために提供される、本発明の例示的なアーキテクチャまたは他の構成を表し得る。本発明は、例示された例示的なアーキテクチャまたは構成に制限されないが、所望の特徴は、多様な代替のアーキテクチャおよび構成を使用して実装され得る。

【0053】

実際、当業者には、本発明の所望の特徴を実装するために代替の機能構成をどのように実装できるかは明らかであろう。追加的に、動作の説明、および方法のクレームに関して、本明細書でステップが提示される順序は、文脈が別段指示しない限り、列挙された機能を同じ順序で実行するように様々な実施形態を実装することを要求するものではない。

【0054】

本発明は、様々な例示的な実施形態および実装に関して上記で説明されているが、個々の実施形態のうちの１つ以上に記載される様々な特徴、態様、および機能性は、それらが記載された特定の実施形態への適用性に限定されるのではなく、そのような実施形態が記載されているかどうかにかかわらず、およびそのような特徴が記載されている実施形態の一部として提示されているかどうかにかかわらず、単独または様々な組み合わせで、本発明の他の実施形態のうちの１つ以上に適用できることを理解されたい。したがって、本発明の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2020-10-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給原料用の万能フィーダシステムであって、
供給槽ポートを有する上部水平側面、開口下部水平側面、３つの垂直側面、および前記下部水平側面から６０度以上の角度のある側面を有する、少なくとも１つの矩形形状供給槽と、
前記開口下部水平側面の下にかつ水平に配置されたモータ動作する可変速ライブボトム二軸スクリューフィーダであって、近位端および遠位端を有し、前記下部水平側面に動作可能に接続されている、二軸スクリューフィーダと、
開口上部および開口底部を有する第１のシュートであって、前記開口上部が、前記二軸スクリューフィーダの前記遠位端に並置されて、搬送された材料を受け取る、第１のシュートと、
材料を搬送する前記第１のシュートの前記底部に並置された第１のモータ動作する可変速移送スクリューフィーダであって、近位端および遠位端を有し、前記第１の移送スクリューが、前記ライブボトム二軸スクリューフィーダの前記遠位端に隣接してかつ垂直に配置されている、第１の移送スクリューフィーダと、を含み、
前記第１の移送スクリューの前記遠位端が、ガス化炉反応器槽上に位置する少なくとも１つの燃料供給入口に機械的に接続された供給ノズルで終端する、万能フィーダシステム。

【請求項2】

前記供給槽の前記側面上に位置する通気ポートと、前記供給槽の内側に取り付けられた着脱可能なブリッジブレーカと、をさらに備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項3】

前記供給原料が、下水汚泥、都市固体廃棄物、木材廃棄物、ごみ固体燃料、自動車破砕残渣、および非リサイクル可能プラスチックを含む群から選択される、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項4】

前記供給原料が、２つ以上の供給原料を含む群から選択される、請求項３に記載の万能フィーダシステム。

【請求項5】

前記第１の移送スクリューが、冷却剤ジャケットをさらに備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項6】

前記ガス化炉反応器槽が、逆円錐区域を備えた底部を有する円筒形状であり、
前記反応器槽の上半分を構成するフリーボード区域であって、１日あたり４０トン超の燃料の変換から生成されたガスを収容するようにサイズ設定された直径を有する、フリーボード区域と、
前記フリーボード区域の真下に位置する前記反応器槽内の床区域内の流動床であって、１日あたり４０トン超の燃料をガスへと加工および変換するようにサイズ設定された直径を有する、流動床と、
前記フリーボード区域の真下に位置する少なくとも２つの燃料供給入口であって、ガス化炉の定常状態運転中に、１日あたり４０トン超の燃料の燃料供給速度で燃料を前記反応器槽の中に供給するように構成された、燃料供給入口と、
前記反応器槽の前記逆円錐区域内に位置するガス分配器と、を備える、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項7】

前記ガス分配器がパイプ分配器であり、主空気入口、側方空気分岐を有する中央幹線、および前記側方空気分岐の各々に位置するノズルのアレイを備える、請求項６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項8】

前記反応器槽の前記円錐区域が、空気および煙道ガスを供給する少なくとも１つのガス入口前記パイプ分配器の主空気入口、ならびに前記ガスが前記反応器槽の前記流動床区域に方向付けされたノズルのアレイを備える、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項9】

さらに、前記側方空気分岐が、前記中央幹線からガスを受け取るために一方の端部で開口し、他方の端部で閉鎖されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項10】

前記中央幹線が、少なくとも１０個の側方空気分岐を有する、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項11】

前記側方空気分岐が、前記中央幹線の周りに対称的に隔置されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項12】

前記フリーボード区域が、少なくとも１３７インチの直径を有し、前記流動床が、少なくとも１０８インチの直径を有する、請求項６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項13】

さらに、前記主空気入口が、上部部分および下部部分を有し、前記上部部分が、前記中央幹線内の開口部と位置合わせされ、前記主空気入口の前記下部部分が、前記ガス入口に接続されたパイプに接続されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項14】

さらに、前記パイプが、フランジで前記ガス入口に接続されている、請求項１３に記載のガス化反応器。

【請求項15】

さらに、前記側方空気分岐が、前記反応器床の前記底部の前記直径内に対称的に適合するように様々な長さのものである、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項16】

さらに、前記ノズルの各々が、前記ガスを前記反応器槽の前記底部へと下向きに方向付けするように構成されている、請求項７に記載の万能フィーダシステム。

【請求項17】

さらに、前記ノズルが、前記ガスを４５度の角度で下向きに方向付けする、請求項１６に記載の万能フィーダシステム。

【請求項18】

不活性媒体を添加するための少なくとも１つの入口をさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【請求項19】

凝集物用の出口と、発生炉ガス用の出口と、をさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【請求項20】

前記反応器の前記底部の下方に適合された灰ふるいをさらに備える、請求項８に記載の反応器。

【請求項21】

前記ライブボトム二軸スクリューフィーダの前記近位端および遠位端が、前記供給槽の前記垂直側面のうちの少なくとも２つを超えて延在する、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項22】

前記二軸ライブボトムスクリューフィーダが、前記供給槽から２つの異なる方向に材料を搬送するように構成され、請求項１に記載の万能フィーダシステムが、前記ライブボトム二軸スクリューフィーダの前記近位端に隣接してかつ垂直に配置された第２の移送スクリューフィーダをさらに備え、前記第２の移送スクリューフィーダが、供給ノズルで終端する近位端および遠位端を備え、前記供給ノズルが、ガス化炉反応器槽上に位置する少なくとも１つの燃料供給入口に機械的に接続されている、請求項１に記載の万能フィーダシステム。

【請求項23】

開口上部および開口底部を有する第２のシュートであって、前記上部が、前記二軸スクリューフィーダの前記遠位端に並置されて、搬送された材料を受け取る、第２のシュートをさらに備える、請求項２２に記載の万能フィーダシステム。

【国際調査報告】