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JPH0613718B2 - 発生炉ガスを製造するための反応器 - Google Patents

発生炉ガスを製造するための反応器

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Publication number
JPH0613718B2
JPH0613718B2 JP59205457A JP20545784A JPH0613718B2 JP H0613718 B2 JPH0613718 B2 JP H0613718B2 JP 59205457 A JP59205457 A JP 59205457A JP 20545784 A JP20545784 A JP 20545784A JP H0613718 B2 JPH0613718 B2 JP H0613718B2
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JP
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gas
reactor
primary
gasification section
section
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Publication date
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Publication of JPH0613718B2 publication Critical patent/JPH0613718B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は可燃性廃棄物から発生炉ガスを製造するため
の反応器に関する。
(従来の技術) 過去数世紀にわたり、バイオマス(biomass)特に木材を
炭焼窯により乾留して、木炭を得てきた。バイオマスを
積み重ねた土で覆うような旧式の炭焼操作は外部加熱さ
れるレトルトを利用した操作にその後置き換えられた。
低温乾留ガスおよび/もしくは発生炉ガスの製造すなわ
ち有機材料から得られた蒸気の転換は二段ガス化炉で行
なわれており、このようなガス化炉ではコークスガス化
炉が通常低温乾留ガス化炉の下流に接続され、比較的純
度の高いガスが製造可能となっている。
従来技術としてはいわゆるライヒェルト・パージ・ガス
・プロセス(Reichelt purge gas grocess)西独特許第66
6,387、712,552、713,290および744,135号)およびSI
FICプロセス(西独特許第763,915号)を参照された
い。以上の二つのプロセスにおいて、乾留はレトルト内
で起り、このレトルトにはバイオマスが連続的或は断続
的に供給される。ここで重要な抽出物は有機物蒸気の凝
縮可能な成分であり、乾留ガスを製造するのに必要な熱
は残留ガスの少なくとも一部を燃焼させることにより得
られる。
次に、キーナー・プロセス(Kiener process)を参照する
と、このプロセスにおいて、低温乾留ガス化炉の下流に
はコークスガス化炉が接続されており、発生炉ガスがガ
スモータの運転に利用される点で、動力の利用に特に利
点を有しており、低温乾留ガス化は乾留ドラム内におい
てモータ排気ガスを介して引き起こされる。閉鎖システ
ムを利用する結果、凝縮により生ずる水以外の、例えば
重金属化合物のような毒性化合物は全て低温乾留コーク
スに置き去りにされるので環境を何ら害なうことなく装
置の運転を行なうことができる。しかしながらこのよう
なプロセスにおいては乾留ドラムが依然として外部から
加熱されているので、反応器への供給とガスの需要との
間の連携が鈍く、長時間依存性を有しているといった欠
点を有している。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の課題はコークス製造部内で乾留ガスを転換する
周知のパージガスプロセスの利点を利用するとともに一
方では反応器への供給物の送出を迅速に行ない、他方で
は特定の動力需要に供される稀薄ガスすなわち発生炉ガ
スを得ることにある。また運転に際しては例えば周囲に
出ることのないような有害物を含んだバイオマスその他
の可燃性廃棄物を処理する場合であっても環境を害なう
ことのないようにする必要がある。
(問題点を解決するための手段) 本発明において以上の課題は特許請求の範囲第1項に含
まれた特徴的な構成により解決され、こような解決策の
有益な発展技術は実施態様項より得られる。
本発明においては、一次ガス化部と、好ましくは複数の
パイプすなわちノズルを備えた側方エア供給部を有する
二次ガス化部との間に煙道ガス転換部を設け、その部位
に常に生ずる遠心動を伴って一次ガス化部からの煙道流
の滞留時間を大幅に増加させることにより、そこでの温
度が約1000℃に達し得るようになっている。加熱に必要
な二次エアは定量的に供給されており、このような供給
エアは二次ガス化部のジャケット近傍の環状隙間を介し
てこのジャケットに沿って接線方向に流れることから均
質かつ均等な供給が行なわれるといった利点をさらに有
している。一次ガス化部と二次ガス化部との間の領域に
二次エアを供給するためのノズルを多数設けたことによ
り、充填レベルを適正に保つように取り付けられた充填
レベルシーブの熱ひずみが最小限となっている。一次ガ
ス化部からスラッグ残留分その他を排出するために偏心
的に配置された排出スクリュコンベアを利用し、かつ炉
の底面上に回転式スライド弁を用いたことにより反応器
基部における残留分のこびりつきが防止され、運転信頼
性が改善されるとともに反応器の適用範囲が拡張する。
煙道ガス転換部の領域を一次ガス化部側で限定するレベ
ルシーブは所望とする運転状態および反応器出力に応じ
て垂直方向に位置設定可能であるという利点に加えて、
煙道ガス転換部の領域の二次ガス化部側の上限となる環
状火格子が垂直方向に位置調節可能であるという利点を
有している。ガスの取入部を中心対称に設けたことによ
り、反応器を通る均一な流れが確保され、また薄型に構
成された熱交換器の補助を受けて一次エアを向流式で予
熱することにより、反応器壁の温度上昇が大幅に緩和さ
れることとなっている。
反応器の運転に際しては、乾留物すなわち蒸発物は所望
の実際値条件が重大な遅延等のトラブルなく設定できる
よう、部分燃焼された発生炉ガスにより加熱されるの
で、熱交換を水素のパーセンテージの大きな還元雰囲気
中で行なうことができるという利点がもたらされる。ま
たさらにもたらされる利点として、環境を害なう重金属
化合物を含み本発明に基づいて設計された反応器では酸
化されない廃油等の難燃性廃棄物をガス化しようとする
場合、それらは所定の還元条件で高温で処理することに
より一次ガス化部のスラッグ或は灰分を介して安全に除
去される。このように、本発明はガス製造の同時緩衝を
伴って、コークスガス化部における低温乾留ガスの変換
を行なう周知のパージガスプロセスの特徴を有る程度組
み入れたものである。水素に富んだ雰囲気の還元条件で
乾留プロセスを行なうことにより、反応器のバイプその
他の通路へのタールやグラファイトの堆積が防止され
る。
また運転中においては難なく乾留に必要なエネルギーを
一次ガス化部から得ることができ、乾留ガス生成の変動
を遅滞なく補償することができる。
ガス消費の関数としては煙道ガス転換部内に負圧の変化
があり、二次ガス化部を作動するための発生炉ガスのバ
イパス流がこの変化に左右されるが、燃焼エア量と乾留
物すなわち蒸発物の供給量は最終的には温度制御の関数
であり、このことは、反応器について存在し或は与えら
れるパラメータは互いに理想的な依存状態で制御可能で
あることを意味している。
本発明による二段ガス化装置は木材や泥炭の乾留すなわ
ち木塊や泥炭から発生炉ガスを製造するための炭質化、
活性炭の製造、廃油、スラッジおよびエマルジョンを含
むあらゆるタイプのスラリーの蒸発および転化、さらに
は屠殺場廃棄物、病院廃棄物或は下水スラッジにいたる
ほとんどの種類の廃棄物の熱分解の用途に等しく有効に
利用できる。
さまざまな特徴を備えた態様で具体化可能なバイパスガ
イド部は乾留すなわち蒸発が一次ガス化部における運転
依存性の負圧すなわち誘発された吸引により僅かな遅延
時間で制御可能であるのが特に望ましい。減圧装置を用
いて負圧を変化させれば、前記バィパス流の調節が一層
確実になる。乾留と蒸発作用の変動も一次ガス化部の運
転状態により容易に補償される。
(実施例) 次にこの発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図には直立円筒状の反応容器を有する反応器の縦断
面が概略で図示されており、その下部には一次ガス化部
2が、また上部には二次ガス化部20が形成されてい
る。一次ガス化部2と二次ガス化部20との間の内部空
所には一次ガス化部2の充填レベルシーブ10と二次ガ
ス化部20の円形火格子22との間の煙道ガス転換部1
4が中間ガス化部として設けられている。
一次ガス化部2の中央部には、反応器の底部から、バイ
オマスその他の可炭化廃棄物の形態の主燃料が供給され
る。このため、主燃料は図示しない貯蔵部から給送スク
リュ1を経て水平方向の圧送スクリュ3へと送られるよ
うになっており、この圧送スクリュ3はさらに垂直方向
の圧送スクリュ4に対し、直角方向で開口し、圧送スク
リュ4を通じて燃料は一次ガス化部2における酸化或は
溶融損に応じて滞留なく導かれる。
一次ガス化部2を運転するための一次エアは反応器基部
の下方に配設された環状通路26から向流熱交換器25
を経て導入される。つまり、一次エアは環状通路26か
ら向流熱交換器25内に流入し、この向流熱交換器25
は一次ガス化部2の近傍に必ず設けられる反応器ジャケ
ット内部の内側環状リングと外側環状リングとの間の中
央環状リングを備えている。内側環状通路すなわちリン
グは壁により中央環状リングから隔てられており、この
中央環状リングにより、内側環状リングを通って二次ガ
ス化部を出る高熱量のガスの熱が一次エアに伝えられ
る。このように向流熱交換によって加熱された一次エア
は反応器への補助エア供給用のノズル18におけるエア
とほぼ同じレベルの温度となり、仕切プレート27すな
わち転向プレート(第1図参照)の上端まわりのジャケ
ット内で転向し、外側環状リング内を二次ガス化部20
のガス流と平行状態で反応器基部に向って下方に流れ、
対称位置に配置された複数のノズル28を介してリング
状ノズル5へと供給される。一次エアは反応器ジャケッ
ト内を特にこのように導かれることによりほぼ500℃
まで加熱されて一次ガス化部2内のバイオマス等の供給
ゾーンへと流入し、この流入部における一次ガス化部の
温度は約950℃となる。
反応器の基部域にはスラッグ除去のための回転式スライ
ド弁6が設けられており、このスライド弁6は垂直方向
の圧送スクリュ4を介する中央への主燃料供給部および
リングノズル5を介する予熱された一次エアの供給部の
直上に配置されている。一例として、このようなスライ
ド弁6は円形の火格子の形態とされて反応器側壁に対し
可動に取り付けられ、駆動装置7を備えて構成される。
スライド弁6は反応器の基部を通る排出スクリュ8に対
し偏心的に重なり合い、この排出スクリュ8は本実施例
では反応器の基部に対し垂直をなしており、これを介し
てスラッグその他同様な不燃成分が水樋9に排出され
る。このような不燃成分の一次ガス化部からの除去は連
続或は断続のいずれでも行なうことができる。またさら
に上向きのスクリュコンベアにより、冷却されたスラッ
グを水樋9から排出することができる。水樋9の水面レ
ベルは任意にコントロールしてもよいし、また望みによ
り所望の基準レベルに保つこともできる。
垂直方向の圧送スクリュ4を介する主燃料の一次ガス化
部2への供給は一次ガス化部の充填レベルについてモニ
ターされ、充填レベルシーブ10の高さまでに制限され
る。この充填レベルシーブ10は第1図中に符号11で
概略を示すように、反応器内部の側壁に対し垂直方向に
位置調節可能に取り付けられている。センサ12は充填
レベルシーブ10の実高を検出してその情報を指示制御
装置13に伝える。指示制御装置13は主燃料用の給送
スクリュ1を実際に望まれる値との比較に基づいて作動
させる。充填レベルシーブ10は一次ガス化部2の上限
を提供するものであり、同時に高温の一次ガスの一部を
逆流させるために、中間ガス化部として機能する煙道ガ
ス転換部14に通じており、一次ガスはそれに含まれる
タールやフェノール分が高い還元雰囲気内で除去される
程度まで加熱される。煙道ガス転換部14内で高い熱を
発生させるため、その内部には反応器壁から横方向に突
出する複数のノズル18を介して二次エアが供給され
る。二次エアは圧送装置15を介して上部の反応器カバ
ー部に供給され、二次ガス化部20のまわりにジャケッ
トとして設けられた環状リング17から向流式で流入す
る。またこのため、圧送装置15からの取入部と環状リ
ング17とは環状隙間16によりつながれている。供給
エアを均等化するため、二次エアは環状隙間16におい
て、圧送装置15から出た直後に反応器ジャケットに対
し接線方向に導かれ、このような環状隙間16によっ
て、外周面にわたり均一に分配されている。環状リング
17は引き込まれた二次エアを予熱するのに利用されて
いる。このような二次エアをノズル18を介して煙道ガ
ス変換部14に供給することにより、充填レベルシーブ
10の過熱がなくなり、また一次ガス化部2からのガス
の滞留時間を長くすることができるので、このガスは二
次ガス化部20への導入に先立ってタールやフェノール
分の少ない発生炉ガスの生成に最適な状態となる。さら
にこのため、二次ガス化部20に対して煙道ガス変換部
14を上方に向かうにつれ閉ざすリングノズル19は中
央部が上方に向かうにつれ先細状すなわちほぼ円錐状と
なっている。リングノズル19のチップ21は上方に吹
き上げられたあらゆる種類のガスや粒子の保留部を形成
し、半径方向に対称な円形のリングノズル19を経て二
次ガス化部20内に至る流路が偏向されて、最終的にタ
ールとフェノールの含有量が少なく、炭酸ガスとメタン
ガスに富んだ発生炉ガスを生ずるように、二次ガス化部
20のコークス床を通る均一な流れが得られる。このよ
うなリングノズル19を介するガス流の偏向によって、
重粒子例えば円形火格子22のチップ21内に上向きに
加速されたカーボン粒子のような粒子の滞留時間が長く
なり、このような重粒子の加速度にほぼ比例して上記の
滞留時間が長くなる。この部分において約950℃で生
成された煙道炭の補助により所望の還元プロセスが得ら
れる。
また以上のようなプロセスにより、二次ガス化部20内
のタール分その他の重質分が実質的に分解されることと
なる。一次ガス化部2のガスは半径方向の対称なリング
ノズル19により転向され平行に逆流して二次ガス化部
20のコークス床でさらに還元作用を受け、円形火格子
22の下部を通り約600〜700℃で反応器下部の内
側環状リングに入る。必要な還元ゾーンの長さは円形火
格子22を垂直方向に調節することによって理想的に設
定でき、特定の処理条件にあわせることができる。
二次ガス化部20へのコークスの充填は反応器のカバー
部より、周知方法で連続的或は断続的に行なわれる。コ
ークスの分布の均一化は振動機構23により確実に果さ
れ、コークスガス化部の反応性は例えば超音波作用によ
り改善できる。内側環状リングを通って平行に導かれた
ガスは反応器基部に設けられた吸引装置24を介して反
応器から取り出される。内側環状リングを通るガスは高
温であるため、一次ガス化部2の外部への熱損失が極度
に防止され、また本実施例では一次エアの予熱に利用さ
れる内側環状リングと中央環状リングとの間の上記熱交
換器に対し、中間壁を介して約40%の熱が供給され
る。
煙道ガス転換部14の運転に不可欠なあらゆる種類の外
来ガスは1ケ所もしくは複数ケ所の外来ガス取入部30
を介して供給可能となっている。なお、発生炉ガスから
有害物質を除外するために、煙道ガスに含まれた活性炭
質粒子の吸着作用を利用することができる。またガス浄
化のために洗浄器等の浄化装置を器外へのガス送出管に
付設することもできる。
ここでまた指摘しておきたいことは、リングノズル5が
観察窓を通じて光学的にモニターされ、必要に応じて清
掃可能となっていることである。反応器操作の最終段階
における操作温度ができるだけ長く保たれまた二次エア
供給部からのガス漏れが防止されるように、反応器の上
部カバーには静かな運転のため、少量の排気口31を有
する煙突が設けられている。反応器内には自然にかなり
の気流が生ずるので、一次エアおよび二次エアのいずれ
もが上記取入口より適量吸入され、二次ガス化部を出た
後高温の二次ガス化部を通って導かれたガスは濃煙を有
さず、従って環境を害なうことなく排出される。
次に第2図〜第4図により、第1図に示した二段式ガス
化装置に利用されるさまざまな態様のバイパス装置を説
明する。
第2図において、二段式ガス化装置により生成された発
生炉ガスはガス出口24を介して浄化装置32へ導か
れ、そこでの浄化を終えた後、ブロワ33およびパイプ
35を介してパイプ37の分岐点に至り、圧力レギュレ
ータ36を経て任意のガス消費部に至る。一方、パイプ
37への分岐流は所要圧への減圧装置38を介して燃焼
室39に至る。燃焼室内の温度に応じて作動するサーボ
モータ41に制御されるスロットル弁40により、適量
のエアが別のエア取入口42から流入し、パイプ37よ
りの浄化ガスに加えられて燃焼室39内に入る。従って
燃焼室では発生ガスに最適の燃焼温度が常に維持され、
同時に流入ガスに対して酸素分の少ない還元的雰囲気を
確実に維持することができる。このような方法で温度が
高められた乾留ガスは燃焼室39から反応室43に入
り、この反応室43において可燃性分が給送装置44お
よび温度依存反応制御装置45を介して供給される定量
のエアと接触することにより、利用される特定成分が蒸
発しもしくは炭化され、このような雰囲気で生成された
ガスを反応室43からパイプ48を経て外来ガス供給部
30により二段式ガス化装置へと供給可能となってい
る。このように、いかなる有害物質分も、第1図に示し
た二段式ガス化装置の煙道ガス転換部14へ、閉回路状
態で理想的に導かれるので、環境は何ら害なわれず、こ
のことは重金属を含有する潤滑油等を燃焼させる場合に
特に重要である。反応チャンバ43に置き去りにされた
残留物質は図示しない排出機構により除去される。
次にこのようなバイパス機構の二つの実施態様について
説明する。
第3図において、二段式ガス化装置から出た浄化ガスは
バイパスパイプ37および減圧装置38を経てバーナー
39に至り、このバーナー39には調整エア供給機構す
なわち第2図のバイパス機構によるサーボモータ41を
備えたスロットル弁40およびエア取入部42が接続さ
れている。加熱されたガスは下方からシーブコンテナ4
7を通って流れ、生成された乾留ガスは部分燃焼された
貧ガスとともにパイプ48を経て引き込まれ、外来ガス
取入部30を介して煙道ガス変換部14に導入される。
このような操作はまた、所要の特定パラメーターに応じ
た実際に望まれる値で閉回路で行なわれる。
第4図にはまた低温乾留ドラム49を利用した閉バイパ
ス装置が示されており、このドラム49はそのジャケッ
ト52に沿って設けられたローラベアリング50を介し
て回転可能に取り付けられており、駆動装置51により
回転駆動される。ドラム49内で乾留される材料はスク
リュ53および給送スクリュ54を介して供給される。
部分燃焼された貧ガスを伴う低温乾留ガスはスクリュ5
3および吸入管48により外来ガス取入部30を介して
煙道ガス転換部14に供給され、炭化残留分は排出機構
46を介してドラム49から取り除かれる。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の一実施例を示すもので、第1図は反応機
の縦断面図、第2図は第1図に示した反応機に関連して
用いられるバイパス機構を示す概略図、第3図は第2図
に示したバイパス機構の別例を示し、コンテナを利用し
たバイパス機構の概略図、第4図は第2図に示したバイ
パス機構のさらに別例を示し、低温乾留ドラムを備えた
バイパス機構の概略図である。 2……一次ガス化部 6……回転式スライド弁 8……排出スクリュ 10……充填レベルシーブ 14……煙道ガス転換部 18……ノズル 19……リングノズル 20……二次ガス化部 30……外来ガス取入部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10J 3/46 H

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バイオマスその他の可炭化廃棄物から発生
    炉ガスを製造するための反応器であって、器内に、垂直
    方向に位置調節可能な充填レベルシーブを有し、比較的
    低温で一次の乾留ガスを発生する一次ガス化部と、一次
    ガス化部の上方に直列状に配置されて高温の発生炉ガス
    を生成する二次ガス化部と、一次ガス化部と二次ガス化
    部との間において煙道ガス転換部として機能する中間ガ
    ス化部とを設け、前記一次ガス化部はその基底縁部に予
    熱された一次空気の供給路を有し、基底中央に一次ガス
    化部へ可燃炭質材料を供給する垂直スクリュの開口を有
    し、かつ該スクリュ部はその可燃炭質材料の供給量を一
    次ガス化部内における可燃炭質材料の減量に相関するよ
    う制御されて成り、前記二次ガス化部はその上部にコー
    クスの均一な供給口を有し、内部のコークベッド上にこ
    れを堆積させており、前記煙道ガス転換部は二次ガス化
    部との境に前記コークベッドを兼ねかつ中間にガスの方
    向を転換する吹き口をもつ半径方向に対称配置のほぼ円
    錐形のリングノズルを有し、かつ該ガス転換部の下部周
    囲に二次空気が供給される多数のノズルを備え、この二
    次空気は一次ガス化部から来る前記の乾留ガスと還元条
    件のもとに混合されるとともに炭質粒子を含んで前記リ
    ングノズル下方に滞留し、前記リングノズルの環状吹き
    口はこの混合乾留ガスを偏向して攪乱状態で二次ガス化
    部内のコークス層に吹き込み、混合ガスはコークスと作
    用してタールとフェノールの含有量が少なく、炭酸ガス
    とメタンガスに富んだ発生炉ガスを生じ、この発生炉ガ
    スが一次ガス化部の周壁のジャケットを通って炉の下部
    から送出されることを特徴とする発生炉ガスを製造する
    ための反応器。
  2. 【請求項2】前記一次ガス化部への可燃材料の供給が反
    応器底部中央に開口する垂直方向の給送スクリュコンベ
    アを介して燃料酸化と燃焼による減量の関数として制御
    され、かつ前記給送スクリュコンベアには水平方向の圧
    送スクリュコンベアが接続されている特許請求の範囲第
    1項記載の発生炉ガスを製造するための反応器。
  3. 【請求項3】前記一次ガス化部の基部域には回転式スラ
    イドバルブが、駆動機構により回転可能に取り付けられ
    ており、該回転式スライドバルブは不燃スラッグ成分等
    を反応器基部に偏心的に開口する排出スクリュコンベア
    へ投入可能に構成されている特許請求の範囲第1項記載
    の発生炉ガスを製造するための反応器。
  4. 【請求項4】前記一次ガス化部の垂直方向への位置調節
    可能な前記充填レベルシーブは側方の支持機構を介して
    取り付けられており、この支持機構はセンサ、制御装置
    への入力機構および前記一次ガス化部の実際レベルの指
    示装置に連動接続されている特許請求の範囲第1項記載
    の発生炉ガスを製造するための反応器。
  5. 【請求項5】前記煙道ガス転換部を前記二次ガス化部か
    ら隔てる前記半径方向に対称なリングノズルは前記二次
    ガス化部に向かい先細の円錐状をなして突出しており、
    平行流で導かれて前記一次ガス化部から前記レベルシー
    ブを経て前記煙道ガス変換部に入った前記一次混合ガス
    は乱流状態で前記二次ガス化部に供給され、ガス流に対
    する炭質粒子の滞留時間の増加が得られるよう構成され
    ている特許請求の範囲第1項記載の発生炉ガスを製造す
    るための反応器。
  6. 【請求項6】前記二次エアは複数のノズルを介して側方
    から前記煙道ガス変換部に供給され、前記二次エアは圧
    送装置により供給量を制御されており、また前記二次ガ
    ス化部を取巻く環状ジャケットを流下する間に加熱され
    る構成を有する特許請求の範囲第1項もしくは第4項の
    いずれかに記載の発生炉ガスを製造するための反応器。
  7. 【請求項7】前記半径方向に対称なリングノズルは垂直
    方向に位置調節可能な火格子の上方に配設されており、
    この火格子は振動装置に接続されている特許請求の範囲
    第1項記載の発生炉ガスを製造するための反応器。
  8. 【請求項8】前記二次ガス化部の上部の反応器カバーに
    は、少量の排気口を有する煙突が設けられている特許請
    求の範囲第1項記載の発生炉ガスを製造するための反応
    器。
  9. 【請求項9】前記煙道ガス転換部はその下部周壁に外来
    ガス取入部を有し、前記発生炉ガスが器外における熱分
    解反応器等において新たにエアを加えて燃焼されて生じ
    た貧ガス等を外来ガスとして前記取入部に導かれるよう
    に閉回路を併設される特許請求の範囲第1項記載の発生
    炉ガスを製造するための反応器。
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