CN104284966A - 生物质的气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装置，其能够显著减轻由生物质的热裂解产生的焦油等所导致的故障，同时不仅能够使所产生的焦油的气化率达到最大化，还能够以高热效率和低成本由生物质来制造含氢气体。一种气化装置，其特征在于，其具备：将生物质在非氧化性气体气氛下加热的生物质热裂解区；以及，将所产生的热裂解气体在蒸汽的存在下加热的气体重整区，并且，使加热了的多个粒状物和/或块状物从气体重整区向生物质热裂解区移动，利用多个粒状物和/或块状物所带有的热，实行生物质热裂解气体的重整和生物质热裂解，在该气化装置中，生物质热裂解区与气体重整区存在于一个容器中，且在生物质热裂解区与气体重整区之间具备至少1片隔板。
Description
技术领域
本发明涉及生物质的气化装置，更详细而言，涉及具备将生物质进行热裂解的生物质热裂解区和将上述生物质热裂解区中产生的气体与蒸汽混合来进行重整的气体重整区的气化装置。
背景技术
以2011年3月11日发生的东日本大地震为起源，其后，从安全性等的观点出发，终止了多个核能发电设备的运转。与此相伴，担心电力供给不足，作为核能发电的替代，太阳能发电、风力发电、地热发电、水力发电、潮汐发电、生物质发电等基于可再生能源的发电设备逐渐受到关注。这些之中，太阳能发电、风力发电和潮汐发电作为暂时的电力供给源而备受期待，但其发电量不稳定，因此无法期待其作为稳定的电力供给设备。另外，关于水力发电和潮汐发电，如果是小规模设备则可预计某种程度的需求，但存在用于建设大规模设备的设置场所受限的问题。
另一方面，由于东日本大地震的影响所导致的房屋倒塌、森林毁坏等，大量产生了建筑系木质废料、森林倒树、废林地残留材料、疏伐材等木质系生物质。为了有效利用这些木质系生物质，对木质系生物质发电设备的期待正在提高。除此之外，还期待在该发电设备中扩大对木质系生物质以外的生物质的利用。
木质系生物质发电设备有直接燃烧发电方式和气化发电方式。直接燃烧发电方式是将生物质燃烧并利用其燃烧热来产生蒸汽，从而利用蒸汽涡轮进行发电的方式。该方式中，能够大量处理生物质，但存在发电效率低这一问题。气化发电方式是将生物质进行热裂解，根据需要进一步实施热重整或蒸汽重整来制造高热量气体的方式。根据该方式，其效率高、与直接燃烧发电方式相比能够将生物质量抑制为低。但是，该方式中，需要将生物质均匀地热裂解，且存在由热裂解时产生的焦油导致装置故障的产生这一问题。
为了解决上述气化发电方式中的问题，例如提出了如下的生物质气化装置，其中，在具备气化炉的生物质气化装置中，具有将生物质分级而得到特定粒径以下的生物质的细粒物的重量比率在特定值以下的粒度分布调节生物质的振动筛、以及将源自振动筛的粒度分布调节生物质供给至气化炉的生物质供给装置，所述气化炉从立式的气化炉的上部供给生物质而在该气化炉内形成生物质的填充移动层，从该气化炉的下部供给气化剂，使填充移动层下降的生物质与上升的气化剂对向接触并进行热裂解，从而得到生成气体（专利文献1）。根据该气化装置，能够形成填充移动层内的均匀高温气体的上升流、且能够降低填充移动层的压力损失、能够维持稳定的气化。但是，无法证明所供给的生物质被均匀地热裂解。另外，需要获得上述那样的粒度分布调节生物质，必须设置用于该目的的装置，导致成本增加。
作为从热裂解气体中去除焦油的装置，例如提出了在由生物质生成的燃料气体的流通路径中设置蓄热体的生物质气化系统的燃料气体重整装置，所述蓄热体形成为使该燃料气体流通的多孔状，且经加热而蓄积1100℃以上的热（专利文献2）。该装置在燃料气体通过上述蓄热体时，使焦油燃烧而去除。但是，该设备不仅繁杂，而且运转操作也变得繁杂。另外，使焦油燃烧时，担心燃料气体的一部分也会燃烧而损失。作为从热裂解气体中去除焦油的其它装置，例如提出了如下的生物质热裂解气体中的焦油去除装置，其为从对生物质原料进行热裂解处理而得到的热裂解气体中去除焦油的装置，从上述热裂解气体的流动方向上游向下游依次设置有：对该热裂解气体进行压缩处理的压缩装置；以及对压缩处理后的该热裂解气体进行冷却处理的冷却装置（专利文献3）。根据该装置，能够有效地去除焦油的主成分、即例如糠醛、邻甲氧基苯酚、苯酚等。但是，由于需要压缩和冷却，因此存在压缩和冷却所需的设备成本、运转成本这一缺点。另外，作为其它装置，例如提出了如下的热裂解气化系统，其为下水污泥、木质生物质等生物质的热裂解气化系统，具备热裂解气化炉、在该热裂解气化炉的下游侧设置的燃烧炉、以及在前述热裂解气化炉与前述燃烧炉之间设置的配管、连接于前述配管而用于将被制成非活性气体与氧气的混合气体的氧化剂供给至前述配管的氧化剂供给口、用于将前述氧化剂的氧气浓度调整至5体积%以上且13体积%以下的氧化剂调整部、用于加热前述配管的内壁的加热部、用于计测要通过前述配管的内侧的气体温度的气体温度检测部、以及用于控制前述气体温度的气体温度控制部（专利文献4）。在该热裂解气化系统中，使设置在热裂解气化炉与燃烧炉之间的配管的内壁上附着的热裂解附着物、例如焦油燃烧并去除。该系统的目的在于短时间内安全地去除源自生物质的热裂解附着物，但要进行燃烧处理，因此无法实现由生物质的热裂解产生的焦油的有效利用。
作为实现有效地利用由生物质的热裂解产生的焦油的装置，例如提出了如下的木质生物质气体重整系统，其为木质生物质气体的重整系统，具有热裂解炉、重整反应器以及发动机，该热裂解炉将所投入的木质生物质进行热裂解，该重整反应器从上部供给通过该热裂解炉的热裂解而得到的碳化物颗粒，同时从下部供给通过该热裂解炉的热裂解而得到的生成气体，由此，该生成气体中含有的焦油蒸汽被重整为氢气、甲烷、一氧化碳等，该发动机将该生成气体的重整气体用作燃料（专利文献5）。根据该系统，有效地利用热裂解残渣即碳化物颗粒（碳），并将焦油进行水蒸汽重整来制造氢气、甲烷、一氧化碳等，因此可期待气化效率的进一步提高。但是，该系统中，除了热裂解炉之外还需要重整反应器。另外，需要向重整反应器供给碳化物颗粒（碳）的设备、热裂解气体的循环设备、氧气或空气和水的供给装置。作为实现焦油的有效利用的其它装置，例如提出了如下的生物质碳化·气体系统，其为将木质系生物质、都市垃圾等废弃物系生物质以及它们的混合生物质等生物质燃料进行热裂解、碳化、进而气化的生物质碳化·气化系统，具备将前述生物质燃料加热而生成碳化物的碳化装置、由将该碳化物气化的高温气化部以及对包含碳化物生成时挥发出的焦油的可燃性热裂解气体进行重整的气体重整部构成的2段式气化炉、将前述碳化物供给至前述气化炉的高温气化部的碳化物供给手段、用于将前述碳化装置中生成的可燃性热裂解气体送入前述气化炉的气体重整部的热裂解气体流路、以及在通常时刻向前述高温气化部供给气化剂并且在前述气化炉的出口温度达到一定温度以下的情况下或存在该可能的情况下向前述气体重整部供给含氧气的气化剂的气化剂供给单元（专利文献6）。根据该系统，存在焦油产生量降低、另外通过基于变换反应的重整而能够获得高热量气体的可能。另外，能够连续地实施热裂解和热裂解气体的重整、以及焦油的裂解，可以认为其是有效的系统。但是，需要事先将生物质进行碳化，另外，作为氧化剂需要吹入空气，因此存在气化效率降低这一问题。
作为木质系生物质等有机物质的气化方法，公开了使用热负载介质（热载体）的方法。例如提出了如下方法：其为由有机物质和物质混合物制造具有高放热量的产物气体的方法，其中，循环的热负载介质通过加热带区域、反应带区域、热裂解带区域以及分离工序，接着返回至加热带区域，此时，使有机物质或物质混合物与在热裂解带区域中加热了的热负载介质接触，从而分离成固体的含碳残留物和作为挥发性相的热裂解气体，在通过热裂解带区域后，将固体的含碳残留物在分离工序中从热负载介质中分离，将热裂解气体与作为反应介质的水蒸汽混合，进一步加热，以使通过交换在反应带区域中加热了的热负载介质所包含的一部分热来生成具有高放热量的产物气体，在该由有机物质和物质混合物制造具有高放热量的产物气体的方法中，将水蒸汽在热裂解带区域中与热裂解气体混合，将全部的固体的含碳残留物供给至其它燃烧装置，在此处进行燃烧，使该燃烧装置中的热排气穿过在加热带区域中存在的热负载介质的堆积，此时，大部分的显热被赋予至热负载介质（专利文献7）。在该方法中，在刚刚从热裂解反应器中放出后，分离出包含热裂解焦炭和热负载介质的混合物，将所得热裂解焦炭用燃烧装置进行燃烧，利用由此产生的显热，在加热带区域内加热热负载介质，由此，以低成本来获得放热量高的产物气体。另外，其特征在于，以具备热裂解带区域的热裂解器和具备反应带区域的气体重整器各自独立地存在作为基本，由此，能够构成串联连接型和并联连接型中的任一种。另外，为了维持加热带区域的预热器中的热负载介质（热载体）的加热效率、实现生成气体的品质稳定化，提出了对上述方法的预热器进行改进的系统（专利文献8）。但是，即使在使用了这些热负载介质（热载体）的方法和系统中，也无法充分地规避由热裂解时产生的焦油所导致的故障。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-231193号公报
专利文献2：日本专利特开2005-60533号公报
专利文献3：日本专利特开2008-37902号公报
专利文献4：日本专利特开2011-68859号公报
专利文献5：日本专利特开2010-126595号公报
专利文献6：日本专利特开2011-68893号公报
专利文献7：日本专利特许4264525号公报
专利文献8：日本专利特开2011-144329号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明提供一种装置，其能够显著减轻由生物质的热裂解产生的焦油和煤渣等所导致的故障，同时不仅能够使所产生的焦油的气化率达到最大化，还能够以高热效率和低成本由生物质来制造含氢气体。
用于解决问题的手段
在利用热负载介质（热载体）所带有的热将生物质进行热裂解且对所产生的气体进行重整的现有方法中，生物质被热载体层包埋并被加热，因此能够使生物质较均匀地热裂解，但无法规避由热裂解时产生的焦油和煤渣等所导致的操作上的故障。在现有方法中，热载体被预先加热至特定温度并被导入至热裂解气体重整器中，此处，该热载体与从生物质热裂解器中导入的热裂解气体以及蒸汽接触，热裂解气体被蒸汽重整从而作为制品而被取出。另一方面，热载体通入配管内而下降，被导入至生物质热裂解器中而发生生物质的热裂解。由生物质的热裂解而产生的气体在配管内上升而被导入至热裂解气体重整器中，但该热裂解气体含有焦油和煤渣等，因此这些焦油和煤渣等附着于通往热裂解气体重整器的导入配管的内壁和阀等，有时还会固结与该热裂解气体对流接触的热载体而引起堵塞配管这一问题。为了解决该问题，可以考虑增大导入配管的直径。但是，该手段中，即使能够单纯地延长截止至堵塞为止的时间，但无法成为本质上的解决手段。另外，为了解决热载体在配管内堵塞的问题，可以考虑将热裂解气体上升的配管和热载体下降的配管分开的手段，但即使利用该手段，也无法规避由焦油和煤渣附着于热裂解气体会上升的配管内壁和阀等所导致的堵塞故障等。加之，这样设置各自的配管的方法中，装置和操作变得繁杂。
本发明人等为了解决焦油和煤渣等附着于通往热裂解气体重整器的导入配管内壁和阀等、有时还固结与该热裂解气体对流接触的热载体从而导致堵塞这一问题，考虑了是否能够去除这些导入配管和阀等，并在一个容器中设置生物质热裂解区和热裂解气体重整区。但是，若要在一个容器的下部设置生物质热裂解区并在上部设置热裂解气体重整区，并且将下部设定为热裂解温度即例如550℃，另外将上部设定为气体重整温度即例如950℃时，产生了热风在该容器内部发生自然对流、容器内部的温度均匀化这一问题。因此，难以在一个容器中设置生物质热裂解区和热裂解气体重整区。为了解决该问题，本发明人等想到了在容器内部填充热载体。即，如果用热载体来填充容器内部，则能够抑制热风在容器内部的自然对流。但是，这样地填充热载体时，不容易将生物质导入至容器下部的生物质热裂解区。另一方面，导入至容器上部时，生物质仅会被热裂解，所产生的气体不会被重整，从而无法达成该装置原本的目的。
因而，本发明人等为了解决这些问题而进一步进行了研究。其结果，若在容器内部的热载体的流路中设置隔板，则能够成功地将热载体适当地分配和填充至容器的上部和下部，而且，由此能够抑制热风在容器内部的自然对流，并且不仅能够获取热载体所带有的热量与放热量的平衡，能够在一个容器中设置生物质热裂解区和热裂解气体重整区，而且能够利用隔板的存在而在生物质热裂解区的上部设置空间，能够有效地将生物质从该空间导入至生物质热裂解区，从而完成了本发明。
即，本发明为气化装置，其特征在于，其具备：
（1）将生物质在非氧化性气体气氛下或非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛下加热的生物质热裂解区；以及，将在上述生物质热裂解区中产生的气体在蒸汽的存在下加热的气体重整区，并且，使预先加热了的多个粒状物和/或块状物从上述气体重整区向上述生物质热裂解区依次移动，利用上述多个粒状物和/或块状物所带有的热来实行由生物质的热裂解而产生的气体的重整和生物质的热裂解，在该气化装置中，上述生物质热裂解区与上述气体重整区以上述气体重整区位于上述生物质热裂解区的上方的方式存在于一个容器中，且在上述生物质热裂解区与上述气体重整区之间具备至少1片隔板。
作为优选的方式，可列举出：
（2）上述（1）所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区与上述气体重整区之间具备1片或2片隔板；
（3）上述（1）或（2）所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区具备至少1片隔板；
（4）上述（1）或（2）所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区具备1~5片隔板；
（5）上述（1）或（2）所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区具备1片或2片隔板；
（6）上述（1）~（5）中任一项所述的气化装置，其中，上述隔板在隔板内具备开口部，和/或，在隔板与容器内壁之间具备间隙，上述多个粒状物和/或块状物穿过该开口部和/或间隙从上述气体重整区向上述生物质热裂解区依次移动；
（7）上述（1）~（5）中任一项所述的气化装置，其中，上述隔板在隔板内具备开口部，上述多个粒状物和/或块状物穿过该开口部从上述气体重整区向上述生物质热裂解区依次移动；
（8）上述（1）~（7）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区的上方具备至少1个生物质供给口；
（9）上述（1）~（7）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区的上方具备1~5个生物质供给口；
（10）上述（1）~（7）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区的上方具备1~3个生物质供给口；
（11）上述（1）~（7）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区的上方具备1~2个生物质供给口；
（12）上述（1）~（11）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区中，从上述隔板的上述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着上述多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备多个用于控制上述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将上述生物质供给至在上述导流件附近移动的上述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解；
（13）上述（1）~（11）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区中，从上述隔板的上述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着上述多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备2~5个用于控制上述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将上述生物质供给至在上述导流件附近移动的上述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解；
（14）上述（1）~（11）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区中，从上述隔板的上述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着上述多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备2~3个用于控制上述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将上述生物质供给至在上述导流件附近移动的上述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解；
（15）上述（12）~（14）中任一项所述的气化装置，其中，将上述生物质供给至在上述导流件的最上段附近移动的上述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解；
（16）上述（1）~（15）中任一项所述的气化装置，其中，在选自上述生物质热裂解区、上述气体重整区、以及上述气体重整区与上述生物质热裂解区之间中的一个以上位置具备蒸汽吹入口；
（17）上述（1）~（15）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区和/或上述气体重整区具备蒸汽吹入口；
（18）上述（1）~（15）中任一项所述的气化装置，其中，在上述生物质热裂解区具备蒸汽吹入口；
（19）上述（16）~（18）中任一项所述的气化装置，其中，具备2~4个蒸汽吹入口；
（20）上述（1）~（19）中任一项所述的气化装置，其中，在具备气体重整区和生物质热裂解区的上述容器的上述气体重整区的上部还具备用于预先加热多个粒状物和/或块状物的预热器；
（21）上述（1）~（20）中任一项所述的气化装置，其中，在具备气体重整区和生物质热裂解区的上述容器的上述生物质热裂解区的下方具备上述多个粒状物和/或块状物的排出口；
（22）上述（1）~（21）中任一项所述的气化装置，其中，上述粒状物和/或块状物选自金属球和陶瓷球；
（23）上述（22）所述的气化装置，其中，金属球为不锈钢制；
（24）上述（22）所述的气化装置，其中，陶瓷球由选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳化钨、氧化锆以及氮化硅中的一种以上材质构成；
（25）上述（1）~（24）中任一项所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区中的气相温度为400~700℃；
（26）上述（1）~（24）中任一项所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区中的气相温度为500~700℃；
（27）上述（1）~（24）中任一项所述的气化装置，其中，上述生物质热裂解区中的气相温度为550~650℃；
（28）上述（1）~（27）中任一项所述的气化装置，其中，上述气体重整区中的气相温度为700~1,000℃；
（29）上述（1）~（27）中任一项所述的气化装置，其中，上述气体重整区中的气相温度为850~950℃；
（30）上述（1）~（27）中任一项所述的气化装置，其中，上述气体重整区中的气相温度为880~930℃；
（31）上述（1）~（30）中任一项所述的气化装置，其中，上述生物质为选自植物系生物质、生物系生物质、生活垃圾以及食品废弃物中的生物质资源。
发明的效果
本发明的装置中，热裂解区中产生的热裂解气体向气体重整区移动时，不会通过配管内部。因此，不会发生与热裂解气体相伴的焦油和煤渣等附着于配管内壁和阀等而产生的闭塞故障，另外，也不会发生热载体固结于配管内部而产生的闭塞故障。因此，能够长期稳定地连续作业。加之，热裂解气体会通过热载体层的内部而上升，因此与热裂解气体相伴的焦油和煤渣等能够有效地附着于热载体的表面，并因热载体的热而裂解。因此，气化效率会上升。另外，未裂解而残留的焦油和煤渣等会与热载体一起从容器下部被排出，因此能够有助于降低整体的故障。加之，在热裂解区与气体重整区之间热载体不会通过配管内部，因此热载体的热损失会显著降低、热效率得以改善。进而，不仅能够使装置整体变得紧凑化，而且能够削减装置材料的用量，能够实现成本的降低。
附图说明
图1是示出在一个容器中具备生物质热裂解区和气体重整区的本发明的装置的一个实施方式的示意图。
图2是示出在一个容器中具备生物质热裂解区和气体重整区的本发明的装置的一个实施方式的示意图。
图3是示出在一个容器中具备生物质热裂解区和气体重整区的本发明的装置的一个实施方式的示意图。
图4是示出在一个容器中具备生物质热裂解区和气体重整区的本发明的装置的一个实施方式的示意图。
图5是示出在一个容器中具备生物质热裂解区和气体重整区的本发明的装置的一个实施方式的示意图。
图6是模式性地示出在图5所示的装置的圆柱形隔板的侧面下部设置的热载体通路、以及从其出口附近沿着多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备的多个导流件、以及该导流件附近的多个粒状物和/或块状物和生物质的移动方向的说明图。
具体实施方式
本发明的气化装置的特征在于，其具备：将生物质在非氧化性气体气氛下或非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛下加热的生物质热裂解区；以及，将在上述生物质热裂解区中产生的气体在蒸汽的存在下加热的气体重整区，并且，使预先加热了的多个粒状物和/或块状物从上述气体重整区向上述生物质热裂解区依次移动，利用上述多个粒状物和/或块状物所带有的热来实行由生物质的热裂解而产生的气体的重整和生物质的热裂解。此处，在本发明的气化装置中，上述生物质热裂解区与上述气体重整区以上述气体重整区位于上述生物质热裂解区的上方的方式、即以上述多个粒状物和/或块状物利用重力从上述气体重整区移动至上述生物质热裂解区的方式、且以上述生物质热裂解区中产生的热裂解气体直接流入气体重整区的方式存在于一个容器中，且上述生物质热裂解区与上述气体重整区之间具备至少1片、优选1片或2片隔板。此处，该隔板是为了分割上述生物质热裂解区和上述气体重整区而设置的。
如上所述，通过在生物质热裂解区与气体重整区之间设置隔板，能够限制预先加热了的多个粒状物和/或块状物从气体重整区向生物质热裂解区下落并能够移动的空隙（热载体通路），由此，能够控制预先加热了的多个粒状物和/或块状物从气体重整区向生物质热裂解区下落并移动的速度。由此，能够使该多个粒状物和/或块状物在气体重整区和生物质热裂解区中分别以层的状态存在，且能够适当地维持气体重整区中的气体重整温度和生物质热裂解区中的热裂解温度。通过使多个粒状物和/或块状物形成层的状态，因生物质的热裂解而产生的气体穿过该层的内部，从而能够促进所产生的气体的进一步热裂解和其与蒸汽的反应，增加气体的产生量。另外，气体穿过该层内部时，焦油和煤渣等附着于多个粒状物和/或块状物的表面，并且所附着的焦油等会热裂解而能够有助于气体产生量的进一步增加。另外，通过具备隔板，能够在生物质热裂解区与气体重整区之间、即生物质热裂解区的上部且气体重整区的下部、即隔板的下部（在图3的装置中是隔板的左侧，在图5的装置中是隔板的下部和周围。）形成期望的空间。由此，能够从该空间向生物质热裂解区导入作为原料的生物质，能够以特定的温度将生物质进行热裂解。另外，可期待在该空间中实现因生物质的热裂解而产生的气体与蒸汽的良好混合。加之，可期待因生物质的热裂解而产生的焦油和煤渣等附着于隔板、尤其是隔板的下表面，且所附着的焦油的一部分与蒸汽反应而被气化，不仅能够获得良好的焦油去除效果，而且还可期待使重整气体的收率增加的效果。
以下，基于附图来说明本发明的气化装置。图1是在一个容器（1）中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的本发明的装置的一个实施方式的示意图。图1的上图是从侧面观察容器内部时的示意图，下图是从上方观察容器内部的隔板时的示意图。多个粒状物和/或块状物（3）、即热负载介质（热载体）被导入容器（1）中的气体重整区（B）之前，预先在预热器（2）中加热。热载体（3）优选加热至1,000~1,100℃、更优选加热至1,050~1,100℃。不足上述下限时，有时无法将由生物质的热裂解而产生的气体在气体重整区（B）中充分地重整。另一方面，超过上述上限时，仅赋予超额的热无法期待效果显著增加，反而会招致成本变高。另外，还会成为设备的热效率降低的原因。
在预热器（2）中加热至上述特定温度的热载体（3）接着被导入位于具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的容器（1）上方的气体重整区（B）中。在气体重整区（B）中，将生物质在位于容器（1）下方的生物质热裂解区（A）中热裂解而生成的、且在容器（1）中上升而被导入至气体重整区（B）的热裂解气体在蒸汽的存在下与热载体（3）接触而被加热。由此，热裂解气体与蒸汽反应，能够将热裂解气体重整为富含氢气的气体。此处，用于气体重整的蒸汽在气体重整区（B）、或者气体重整区（B）与生物质热裂解区（A）之间[热载体通路（9）附近]、和/或、生物质热裂解区（A）处从蒸汽吹入口（61、62）被导入。气体重整区（B）中的气相温度的上限优选为1,000℃、更优选为950℃、进一步优选为930℃，下限优选为700℃、更优选为850℃、进一步优选为880℃。不足上述下限时，有时重整反应不会推进。另一方面，即使超过上述上限，也无法期待效果的显著增加，加热热载体所需的热量增加，招致成本变高。关于气体重整区（B）中的气相温度，在上述更优选的下限值即850℃以上时，利用蒸汽进行的一氧化碳的重整变得显著，在进一步优选的下限值即880℃以上时，利用蒸汽进行的甲烷的重整变得显著。因此，为了有效地对一氧化碳和甲烷两者进行重整，气体重整区（B）中的气相温度进一步优选为880℃以上。气体重整区（B）中的气相温度的更优选上限为950℃，在该温度以下能够充分地重整热裂解气体，为了实现燃料用量的削减，进一步优选为930℃以下。
穿过了位于容器（1）上方的气体重整区（B）的热载体（3）接着穿过隔板（7）的热载体通路（9），此处为穿过隔板（7）与容器内壁之间的间隙，向位于容器（1）下方的生物质热裂解区（A）移动。在生物质热裂解区（A）中，热载体（3）另行与从生物质供给口（4）向生物质热裂解区（A）供给的生物质（a）接触。另外，分别从非氧化性气体供给口（5）和蒸汽吹入口（61）向生物质热裂解区（A）中供给非氧化性气体，例如氮气和任意的蒸汽，从而保持为非氧化性气体气氛或者非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛。并且，通过热载体（3）与生物质（a）的接触，生物质（a）被加热而热裂解，生成热裂解气体。通过将生物质热裂解区（A）制成非氧化性气体气氛，能够阻止生物质（a）的燃烧，使生物质（a）高效地热裂解。所生成的热裂解气体在容器（1）中上升，穿过隔板（7）的热裂解气体通路（8）[与上述热载体通路（9）相同]，从而被导入至上述气体重整区（B）。生物质热裂解区（A）中的气相温度的上限优选为700℃、更优选为650℃，下限优选为400℃、更优选为500℃、进一步优选为550℃。不足上述下限时，有时生物质的热裂解不会推进。超过上述上限时，会产生重质的焦油。这样的重质焦油无法利用蒸汽而充分地重整，因此有时会因焦油而成为装置故障的原因。
上述生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的热裂解和气体重整区（B）中的热裂解气体的重整所需的热大多由预先加热至上述温度的多个粒状物和/或块状物、即热负载介质（热载体）所带有的热来供给。热载体（3）的向容器（1）中的导入和热载体（3）的从容器（1）中的去除例如使用在配管上下各具备一个、共计具备两个阀的所谓2段式阀（未图示）来进行。若简单地说明该2段式阀的操作，则预先关闭上下两个阀，首先打开上面的阀而使热载体（3）下落至配管内部，向下面的阀与上面的阀之间填充热载体（3）。接着，通过关闭上面的阀并打开下面的阀，将填充在两个阀之间的热载体（3）导入至容器（1）中或者从容器（1）中取出。通过重复这样的阀操作，热载体（3）基本上连续地被导入至容器（1），且基本上连续地从容器（1）中被取出。该导入和取出方式是一个例子，不限定于该方式。通过控制热载体（3）的向容器（1）中的导入速度和热载体（3）的从容器（1）中的取出速度，能够使生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）中形成热载体层，并且将该层的厚度（滞留量）控制为适当的值，且将生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的气相温度控制为上述特定温度。此处，从容器（1）中取出热载体（3）的速度过快时，生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的气相温度变高，另一方面，取出速度过慢时，热载体会放热，生物质热裂解区（A）的气相温度变低。热载体（3）的在容器（1）中的供给速度和取出速度依赖于作为原料的生物质（a）的供给量及其种类、以及生物质（a）的水分和灰分量等，但通常相对于生物质（a）的供给量来确定。通常被设定为干燥原料、即干燥生物质（a）的在容器（1）中的供给速度的5~60质量倍。优选设定为干燥生物质（a）的在容器（1）中的供给速度的5~30质量倍，更优选设定为10~20质量倍。不足上述下限时，无法供给用于使生物质（a）热裂解所需的热量。另一方面，超过上述上限时，仅会使热载体（3）的供给量变得过剩，因此，必须将容器（1）扩大至必要以上，另外，热载体（3）的加热需要多于的热量。
容器（1）中的压力的上限优选为104.33kPa、更优选为102.33kPa，下限优选为100.33kPa、更优选为101.23kPa。超过上述上限时，有时所生成的热裂解气体从生物质供给口（4）倒流而向容器（1）的外部泄露。另一方面，不足上述下限时，有时所生成的热裂解气体不会在气体重整区（B）中的热载体（3）的层内部均匀地分散并穿过，热裂解气体和与其相伴的焦油等不会被充分地重整。
如上所述那样，蒸汽吹入口（61、62）优选设置在气体重整区（B）、或者气体重整区（B）与生物质热裂解区（A）之间、和/或、生物质热裂解区（A）。设置于生物质热裂解区（A）时，尤其优选设置在生物质热裂解区（A）的下部。由此，能够将导入至容器（1）中的蒸汽通过与热载体（3）的接触而有效地加热，并且，不仅能够延长其与由生物质的热裂解而产生的气体的接触时间，还能够延长其与热载体（3）的接触时间，作为结果，能够有效地实施热裂解气体和附着于热载体的焦油等的重整。在图1中，蒸汽吹入口在气体重整区（B）的下部（62）和生物质热裂解区（A）的下部（61）处分别设置一个、共计设置两个，但不限定于此。蒸汽吹入口可以在各个部位优选地设置多个，更优选设置2~4个、进一步优选设置4个。要供给的蒸汽的温度没有特别限定，优选为130~200℃、更优选为约160℃。另外，可优选地使用500~600℃的过热蒸汽。例如，供给更优选的约160℃的蒸汽时，优选的是，以蒸汽的供给量与作为原料的生物质的供给量大致相等地进行供给。
上述生物质供给口（4）设置在能够有效地向生物质热裂解区（A）中供给生物质（a）的位置即可。优选设置在生物质热裂解区（A）的上方、即隔板（7）的下方且滞留在生物质热裂解区（A）中的热载体（3）的层的上方空间。由此，能够使生物质（a）与热载体（3）的接触时间变得适当，能够使生物质（a）充分地热裂解。图1中，生物质供给口（4）记载为1个，但不限定于此。生物质供给口（4）可以优选地设置1个以上、更优选设置1~5个、进一步优选设置1~3个、进而更优选设置1或2个。通过设置多个生物质供给口（4），也能够从各自的供给口同时供给性状不同的生物质。
生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的滞留时间优选为10~60分钟、更优选为20~40分钟、进一步优选为25~35分钟。不足上述下限时，无法向生物质均匀地传导热，无法进行均匀的热裂解，因此热裂解气体的产生量降低。另一方面，即使超过上述上限，也不会发现效果的显著增加，反而会招致设备成本的增加。此处，生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的滞留时间可根据热载体（3）的移动速度和生物质供给量来适当地调节。另外，气体重整区（B）中的气体的滞留时间优选为1~10秒、更优选为2~5秒。气体重整区（B）中的气体的滞留时间可以根据热载体（3）的移动速度和填充量、蒸汽供给量以及预定的热裂解气体量来设定。
如上那样操作，穿过了气体重整区（B）、接着穿过生物质热裂解区（A）的热载体（3）与生物质的热裂解残渣（焦炭，char）、附着于热载体而未热裂解的残留微量焦油和煤渣等一起从容器（1）的底部被排出。包含所排出的热载体（3）的排出物的处理通过现有公知的方法来实施。例如可以采用上述专利文献7和8中记载的方法和装置。热载体（3）再次被返回至预热器（2）中而供给至容器（1）。
多个粒状物和/或块状物（3）、即热负载介质（热载体）优选由选自金属和陶瓷中的一种以上材质构成。作为金属，优选选自铁、不锈钢、镍合金钢、以及钛合金钢，更优选选择不锈钢。另外，作为陶瓷，选自氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳化钨、氧化锆以及氮化硅，更优选选择氧化铝。多个粒状物和/或块状物（3）的形状优选为球状（球），不一定需要是正球，也可以是剖面形状为椭圆形或长圆形的球状物。球状物的直径（最大径）优选为3~25mm、更优选为8~15mm。超过上述上限时，有时在容器（1）内部的流动性、即自由下落性会受损，由此，有时球状物在容器（1）内部静止而成为闭塞的原因。另一方面，不足上述下限时，有时球状物自身会因附着于球状物的焦油和煤渣等而固结，有时成为闭塞的原因。例如，球状物的直径不足3mm时，球状物会因附着于球状物的焦油和煤渣等的影响而附着于容器（1）的内壁，尤其担心其会使热裂解气体通路（8）和热载体通路（9）变窄，从而促进该通路的闭塞。另外，附着有焦油的球状物从容器（1）底部的阀被取出时，不足3mm的球状物轻，在此基础上附着了焦油，因此不会自然下落，固结在阀内部而助长闭塞。
本发明的生物质是指所谓的生物质资源。此处，生物质资源是指植物系生物质、例如由林业中废弃的疏伐材、制材废材、修剪枝、林地残材、未利用树等；由农业废弃的蔬菜残渣和果树残渣等农作物、稻秆、麦秆和稻皮等；以及其它海洋植物、建筑系废木材等，生物系生物质、例如家畜排泄物和下水污泥所代表的生物系排泄物，以及尘垢等生活垃圾和食品废弃物等。本发明的装置优选适用于植物系生物质和生物系生物质的气化。
图2是在一个容器（11）中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的本发明的装置的另一个实施方式的示意图。图2的上图是从侧面观察容器内部时的示意图，下图是从上方观察容器内部的隔板时的示意图。多个粒状物和/或块状物（31）、即热负载介质（热载体）被导入容器（11）中的气体重整区（B）之前，预先在预热器（21）中与上述同样地加热至特定温度。在预热器（21）中加热至特定温度的热载体（31）接着被导入位于具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的容器（11）的上方的气体重整区（B）。在气体重整区（B）中，将生物质（a）在位于容器（11）下方的生物质热裂解区（A）中热裂解而生成的、且在设置于容器（11）的隔板（71）的热裂解气体通路（81）和热载体通路（91）中上升而被导入至气体重整区（B）的热裂解气体在蒸汽的存在下与热载体（31）接触而被加热。由此，热裂解气体与蒸汽反应，能够将热裂解气体重整为富含氢气的气体。此处，用于气体重整的蒸汽在气体重整区（B）、或者气体重整区（B）与生物质热裂解区（A）之间[热载体通路（91）附近]、和/或、生物质热裂解区（A）处从蒸汽吹入口（611、612）被导入。气体重整区（B）中的气相温度与上述相同。穿过了位于容器（11）上方的气体重整区（B）的热载体（31）接着穿过设置于容器（11）的隔板（71）的热载体通路（91）、此处为穿过隔板（71）与容器内壁之间的间隙而移动至位于容器（11）下方的生物质热裂解区（A）。在生物质热裂解区（A）中，热载体（31）另行与从生物质供给口（41）向生物质热裂解区（A）供给的生物质（a）接触。另外，分别从非氧化性气体供给口（51）和蒸汽供给口（611）向生物质热裂解区（A）中供给非氧化性气体、例如氮气和任意的蒸汽，从而保持为非氧化性气体气氛或者非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛。并且，通过热载体（31）与生物质（a）的接触，生物质（a）被加热而热裂解，生成热裂解气体。通过将生物质热裂解区（A）制成非氧化性气体气氛，能够阻止生物质（a）的燃烧，使生物质（a）高效地热裂解。所生成的热裂解气体在容器（11）中上升，被导入至上述气体重整区（B）。生物质热裂解区（A）中的气相温度与上述相同。另外，上述生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的热裂解和气体重整区（B）中的热裂解气体的重整所需的热大多由预先加热至上述温度的多个粒状物和/或块状物、即热负载介质（热载体）所带有的热来供给，且热载体（31）的向容器（11）中的导入和热载体（31）的向容器（11）中的取出与上述图1的装置同样操作来实施。
图3是在一个容器（12）中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的本发明的装置的另一个实施方式的示意图。其与图1和图2所示的装置不同，不在生物质热裂解区（A）的正上方配置气体重整区（B），而是隔着隔板（72）在生物质热裂解区（A）的右侧上方水平地配置气体重整区（B）。多个粒状物和/或块状物（32）夹着在气体重整区（B）与生物质热裂解区（A）之间设置的隔板（72）而在各区中形成了层。多个粒状物和/或块状物（32）、即热负载介质（热载体）被导入容器（12）中的气体重整区（B）之前，预先在预热器（22）中与上述同样地加热至特定温度。在预热器（22）中加热至特定温度的热载体（32）接着被导入位于具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的容器（12）的上方的气体重整区（B）中。在气体重整区（B）中，将生物质（a）在位于容器（12）的左侧下方的生物质热裂解区（A）中热裂解而生成的热裂解气体穿过设置于容器（12）的隔板（72）的下部存在的热裂解气体通路（82），此处为穿过隔板（72）与容器内壁之间的间隙，边与热载体接触边上升而被导入至气体重整区（B），被导入至气体重整区（B）的热裂解气体在蒸汽的存在下与热载体（32）接触而被加热。由此，热裂解气体与蒸汽反应，能够将热裂解气体重整为富含氢气的气体。此处，用于气体重整的蒸汽在气体重整区（B）、或者气体重整区（B）与生物质热裂解区（A）之间[热载体通路（92）附近]、和/或、生物质热裂解区（A）处从蒸汽吹入口（621、622）被导入。气体重整区（B）中的气相温度与上述相同。穿过了位于容器（12）右侧上方的气体重整区（B）的热载体（32）接着穿过设置于容器（12）的隔板（72）下部存在的热载体通路（92）[与上述热裂解气体通路（82）相同。]而移动至位于容器（12）左侧下方的生物质热裂解区（A）。在生物质热裂解区（A）中，热载体（32）另行与从生物质供给机（42）向生物质热裂解区（A）供给的生物质（a）接触。另外，非氧化性气体、例如氮气从非氧化性气体供给口（未图示）被导入至生物质供给机（42），与生物质（a）一起被供给至生物质热裂解区（A）。另外，蒸汽任意地从蒸汽供给口（621）被供给，从而保持为非氧化性气体气氛或者非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛。并且，通过热载体（32）与生物质（a）的接触，生物质（a）被加热而热裂解，生成热裂解气体。通过将生物质热裂解区（A）制成非氧化性气体气氛，能够阻止生物质（a）的燃烧，使生物质（a）高效地热裂解。所生成的热裂解气体在容器（12）中上升，被导入至上述气体重整区（B）。生物质热裂解区（A）中的气相温度与上述相同。该装置中设置有两台生物质原料供给机（42），能够同时地投入两种不同的生物质（a）。另外，上述生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的热裂解和气体重整区（B）中的热裂解气体的重整所需的热大多由预先加热至上述温度的多个粒状物和/或块状物（32）、即热负载介质（热载体）所带有的热来供给，且热载体（32）的向容器（12）中的导入和热载体（32）的向容器（12）中的取出与上述图1的装置同样操作来实施。
图4是在一个容器（13）中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的本发明的装置的一个实施方式的示意图。该装置与图1和图2所示的装置不同，在生物质热裂解区（A）与气体重整区（B）之间、以及生物质热裂解区（A）中各具备1片、共计2片隔板（731、732）。此处，2片隔板（731、732）之中，设置于容器（13）上方的隔板（731）用于在容器（13）中分割生物质热裂解区（A）和气体重整区（B），另一方面，设置于容器（13）下方的隔板（732）用于将生物质热裂解区（A）进一步分成两个部分（A1、A2）。并且，在该装置中，具备4个（431、432、433、434）原料生物质的供给口，能够同时投入不同种类的多种生物质。另外，生物质投入口各用两个隔板（732）进行分隔，其结果，能够将生物质的生物质热裂解区（A）中的滞留时间（热裂解时间）设定为两种，能够同时地供给热裂解反应速度不同的生物质。多个粒状物和/或块状物（33）被隔板（731）分成气体重整区（B）和生物质热裂解区（A），分别形成层，进而生物质热裂解区（A）被隔板（732）分隔成两个，在一个容器（13）中形成了一个气体重整区（B）和两个生物质热裂解区（A1、A2）。此处，设置于气体重整区（B）和生物质热裂解区（A）的隔板的数量不限定于此，进而还能够设置多个隔板而进一步细细地分隔气体重整区（B）和生物质热裂解区（A）。多个粒状物和/或块状物（33）、即热负载介质（热载体）被导入容器（13）中的气体重整区（B）之前，预先在预热器（23）中与上述同样地被加热至特定温度。在预热器（23）中加热至特定温度的热载体（33）接着被导入位于具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的容器（13）上方的气体重整区（B）。在气体重整区（B）中，将生物质（a）在位于容器（13）下部的生物质热裂解区（A1、A2）中热裂解而生成的热裂解气体穿过由设置于容器（13）的隔板（731）形成的热裂解气体通路（83），边与热载体接触边导入至气体重整区（B），该热裂解气体和蒸汽与热载体（33）接触而被加热。由此，热裂解气体与蒸汽反应，能够将热裂解气体重整为富含氢气的气体。此处，用于气体重整的蒸汽在生物质热裂解区（A1、A2）处由蒸汽吹入口（631、632）被导入。在图4中，如上所述那样，蒸汽吹入口（631、632）均存在于生物质热裂解区，也可以设置于气体重整区（B）、或者气体重整区（B）与生物质热裂解区（A1）之间[热载体通路（93）附近]。气体重整区（B）中的气相温度与上述相同。穿过了位于容器（13）上方的气体重整区（B）的热载体（33）接着穿过设置于容器（13）的隔板（731）与容器内壁的间隙即热载体通路（93）[与上述热裂解气体通路（83）相同。]而移动至位于容器（13）下部的生物质热裂解区（A1）。在生物质热裂解区（A1、A2）中，热载体（33）另行与从生物质供给口（431、432、433、434）向生物质热裂解区（A1、A2）供给的生物质接触。另外，分别从非氧化性气体供给口（53）和蒸汽供给口（631、632）向生物质热裂解区（A1、A2）供给非氧化性气体、例如氮气和任意的蒸汽，从而保持为非氧化性气体气氛或者非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛。并且，通过热载体（33）与生物质（a）的接触，生物质（a）被加热而热裂解，生成热裂解气体。通过将生物质热裂解区（A1、A2）制成非氧化性气体气氛，能够阻止生物质（a）的燃烧，使生物质（a）高效地热裂解。所生成的热裂解气体在容器（13）中上升，被导入至上述气体重整区（B）。生物质热裂解区（A1、A2）中的气相温度与上述相同。此处，生物质热裂解区（A1、A2）的气相温度是相同的，或者将生物质热裂解区（A2）的气相温度设定得比生物质热裂解区（A1）的气相温度高。另外，上述的生物质热裂解区（A1、A2）中的生物质（a）的热裂解和气体重整区（B）中的热裂解气体的重整所需的热大多由预先加热至上述温度的多个粒状物和/或块状物（33）、即热负载介质（热载体）所带有的热来供给，且热载体（33）的向容器（13）中的导入和热载体（33）从向容器（13）中的取出与上述图1的装置同样操作来实施。
图5是在一个容器（14）中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的本发明的装置的一个实施方式的示意图。图5的上图是从侧面观察容器内部时的示意图，下图是以X-X’线切断时从上方观察容器内部的隔板时的示意图。该装置与图1和图2所示的装置不同，具有如下形态：生物质热裂解区（A）与气体重整区（B）利用圆柱形的隔板（74）而分隔开、且生物质热裂解区（A）隔着圆柱形隔板（74）包围气体重整区（B）。在圆柱形隔板（74）的下部沿着圆周方向设置有4处开口部、即热载体通路（94）。此处，热载体通路（94）的数量和大小没有特别限定，可依赖于装置自身的尺寸、生物质处理量、多个粒状物和/或块状物的尺寸等来适当决定。多个粒状物和/或块状物（34）、即热负载介质（热载体）被导入容器（14）中的气体重整区（B）之前，预先在预热器（24）中与上述同样地加热至特定温度。在预热器（24）中被加热至特定温度的热载体（34）接着被导入位于具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）的容器（14）上方的气体重整区（B）。在气体重整区（B）中，将生物质（a）在位于容器（14）下方的生物质热裂解区（A）中热裂解而生成的、在设置于容器（14）的圆柱形隔板（74）的热裂解气体通路（84）和热载体通路（94）上升、主要是在设置于圆柱形隔板（74）底面的热裂解气体通路（84）上升而被导入至气体重整区（B）的热裂解气体在蒸汽的存在下接触热载体（34）而被加热。由此，热裂解气体与蒸汽反应，能够将热裂解气体重整为富含氢气的气体。此处，用于气体重整的蒸汽在生物质热裂解区（A）处由蒸汽吹入口（64）被导入。另外，蒸汽也可以直接导入至气体重整区（B）中。气体重整区（B）中的气相温度与上述相同。
穿过了位于容器（14）上方的气体重整区（B）的热载体（34）接着穿过设置在圆周方向上的开口部、即热载体通路（94）而移动至位于容器（14）下方的生物质热裂解区（A）、设置于容器（14）的圆柱形隔板（74）侧面下部。图6是模式性地示出在图5所示装置的圆柱形的隔板（74）侧面下部设置的热载体通路（94）、以及从其出口附近沿着上述多个粒状物和/或块状物（34）的移动方向以交错状具备的多个导流件（c）、以及该导流件（c）附近的多个粒状物和/或块状物（34）和生物质（a）的移动方向的说明图。在该实施方式中，热载体通路（94）呈现大致梯形的形状，设置一定间隔而沿着圆周方向设置在圆柱形隔板（74）的侧面下部。热载体通路（94）的形状没有特别限定，除了梯形之外，也可以为半圆形、三角形等。热载体通路（94）的尺寸尤其依赖于多个粒状物和/或块状物（34）的尺寸，其宽度和高度优选为多个粒状物和/或块状物（34）中的1个的尺寸的10倍以上。在生物质热裂解区（A）中的热载体通路（94）的下方，从热载体通路（94）的出口附近沿着上述多个粒状物和/或块状物（34）的移动方向、即朝向下方以交错状具备多个、优选具备2~5段导流件（c）。在图5和图6中，导流件（c）以交错状图示出2段。在该方式中，导流件（c）的剖面用垂直于其长度方向的平面切断时，如图6所示那样为大致三角形。其中，导流件的剖面不限定于此，只要能够实现与多个粒状物和/或块状物（34）和生物质（a）相同的移动状态即可，例如也可以是向上侧突出的圆弧状的形状等。如图6所示那样，从热载体通路（94）向生物质热裂解区（A）中移动的粒状物和/或块状物（34）利用导流件（c）来控制其移动方向，由此，交互地制作由粒状物和/或块状物（34）堆积而成的部位和凹陷的部位。
另一方面，成为原料的生物质（a）另行从生物质供给口（44）主要供给至生物质热裂解区（A）中的上述粒状物和/或块状物（34）凹陷的部位。并且，所供给的生物质（a）以被粒状物和/或块状物（34）卷入的方式进行接触，并且在生物质热裂解区（A）中向下方移动。另外，分别从非氧化性气体供给口（54）和蒸汽供给口（64）向生物质热裂解区（A）供给非氧化性气体、例如氮气和蒸汽，从而保持为非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛。此处，不一定需要向生物质热裂解区（A）中供给蒸汽，这种情况下，生物质热裂解区（A）被保持为非氧化性气体气氛，蒸汽被直接供给至气体重整区（B）。并且，通过粒状物和/或块状物（34）与生物质（a）的接触，生物质（a）被加热而热裂解，生成热裂解气体。通过使生物质热裂解区（A）为非氧化性气体气氛，能够阻止生物质（a）的燃烧，使生物质（a）高效地热裂解。所生成的热裂解气体在容器（14）中上升，被导入至上述气体重整区（B）。生物质热裂解区（A）中的气相温度与上述相同。另外，上述生物质热裂解区（A）中的生物质（a）的热裂解和气体重整区（B）中的热裂解气体的重整所需的热大多由预先加热至上述温度的多个粒状物和/或块状物（34）、即热负载介质（热载体）所带有的热来供给，且热载体（34）的向容器（14）中的导入和热载体（34）的从容器（14）中的取出与上述图1的装置同样操作来实施。
在图5所记载的本发明的装置的一个实施方式的气化装置中，以气体重整区（B）被包围在生物质热裂解区（A）内侧的方式进行配置，因此源自气体重整区（B）的热被利用于生物质热裂解区（A）中的生物质的热裂解，因此能够使气化装置的热效率上升。另外，在生物质热裂解区（A）中设置导流件（c），制作由多个粒状物和/或块状物（34）堆积而成的部位和凹陷的部位，并且，通过将成为原料的生物质（a）主要供给至多个粒状物和/或块状物（34）的凹陷部位，在生物质（a）与多个粒状物和/或块状物（34）的比重不同的情况下，例如，即使生物质（a）为木质芯片时其比重为0.2~0.3吨/m3，而多个粒状物和/或块状物（34）为氧化铝时其比重为3.6~3.9吨/m3时，也能够实现两者的有效混合，从而有效地实行生物质（a）的热裂解。
以下，通过实施例来更详细地说明本发明，本发明不限定于这些实施例。
实施例
（实施例1）
实施例1中使用的生物质原料以及用于该生物质原料的热裂解和气体重整的反应器如下述所示。
作为生物质原料，使用了建筑系废木材。将该废木材粗粉碎来使用。关于粗粉碎后的废木材的大小，为方便筷左右的尺寸的棒状物、扑克牌的1/4左右的尺寸的薄板状物、以及锯屑状物等的混合物，最大尺寸为200~300mm左右。将该废木材的性状示于表1。
[表1]
表1的各值是基于JIS-M8812而测定的。此处，灰分、挥发成分和固定碳是以干燥为基准算出的。另外，水分是收进生物质原料时的水分。
作为用于生物质原料的热裂解和气体重整的反应器（1），使用了图1所示的反应器。其为在一个容器中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B）且在这些区之间设置一片隔板（7）的反应器（1）。该反应器（1）的内径约为800mm、高度约为3000mm、内容积约为1m3。另外，如图1所示那样，从该反应器（1）的侧壁上部至隔板顶部为止的长度为1,200mm（对应部分的容积：600升），从隔板顶部至反应器锥体部开始部分为止的长度为600mm（对应部分的容积：300升），且锥体部的长度为1,000mm（对应部分的容积：168升）。另外，设置在隔板（7）与容器（1）的内壁之间的圆周状热裂解气体通路（8）兼热载体通路（9）的半径方向的宽度为100mm，如图1所示，热裂解气体通路（8）兼热载体通路（9）的圆周方向被8个宽度为100mm的带扣（10）进行8等分。作为热载体，使用了直径（最大径）为10~12mm的大致球形的氧化铝制球。接着，将热载体在1,050℃的温度下以450千克/小时的量导入至气体重整区（B），且从生物质热裂解区（A）向容器（1）的外部适量取出，同时调节气体重整区（B）和生物质热裂解区（A）中的热载体的堆积量，以使气体重整区（B）的气相温度达到950℃且生物质热裂解区（A）的气相温度达到550℃。此时的源自生物质热裂解区（A）的热载体的取出量、即向容器（1）的外部排出的量与向气体重整区（B）中供给的量相同，为450千克/小时，其温度为600℃。此处，热载体以层的形式堆积至气体重整区（B）的约60体积%，且以层的形式堆积至生物质热裂解区（A）的约60体积%。
使用定量给料器以25千克/小时的供给量从生物质供给口（4）向反应容器（1）中的生物质热裂解区（A）内连续地导入作为生物质原料的建筑系废木材。此处，生物质热裂解区（A）的气相温度被保持在550℃，且容器（1）内的压力被保持在101.3kPa。另外，从设置在下部的非氧化性气体供给口（5）向生物质热裂解区（A）中以1,200升/小时的量导入氮气。生物质热裂解区（A）中的生物质原料的滞留时间约为1小时。
生物质热裂解区（A）中由热裂解而产生的气体以23千克/小时来获得。该气体接着被导入至气相温度保持为950℃和压力保持为101.3kPa的气体重整区（B）。从设置于气体重整区（B）下部的蒸汽吹入口（62）向反应器（1）中以16千克/小时导入过热蒸汽（160℃、0.6MPa）来进行气体重整。温度950℃的重整气体以39千克/小时的量由重整气体出口（b）得到。将所得重整气体捕集至橡胶制袋中，利用气相色谱仪[岛津制作所制造的GC-14A（商标）]来测定气体组成。表2示出所得重整气体的组成。另外，能够将该作业连续实施3天。在该作业期间中，能够维持良好的连续运转而没有故障、尤其是起因于焦油的故障。
[表2]
（实施例2）
实施例2中使用的生物质原料与实施例1相同。作为用于生物质原料的热裂解和气体重整的反应器，使用了图5所示的反应器。该反应器（14）在一个容器中具备生物质热裂解区（A）和气体重整区（B），且在这些区之间设置1片圆柱形的隔板（74）。该反应器（14）中，气体重整区（B）的内径约为800mm，高度约为1,200mm，内容积约为0.6m3。生物质热裂解区（A）的包围气体重整区（B）的部分的宽度约为150mm、高度约为1,200mm、内容积约为0.76m3。另外，锥体部的高度约为1,000mm，对应部分的内容积约为0.85m3。生物质热裂解区（A）的内容积共计约为1.61m3。另外，在圆柱形隔板（74）的侧面下部沿着圆周方向设置的热载体通路（94）的形状为大致梯形，上底约为100mm、下底约为360mm、高度约为180mm，沿着圆周方向以等间隔共计设置4个。导流件（c）从热载体通路（94）的正下方沿着热载体（34）的移动方向、即朝向下方以交错状具备2段。导流件（c）的剖面用垂直于其长度方向的平面切断时大致为三角形。该三角形大致为等腰三角形，其高度约为195mm、底边约为500mm，从底边垂直延伸的部分的长度约为50mm。第1段导流件（c）对应于热载体通路（94）的数量在热载体通路（94）的正下方1对1地设置，第2段导流件（c）以第2段的导流件（c）的中心、即三角形的顶点处于第1段的相邻两个导流件（c）的距离的一半的位置的方式来设置。另外，连结第1段的多个导流件（c）的底边而成的直线与连结第2段的多个导流件（c）的顶点而成的直线的间隔约为60mm。作为热载体，使用了直径（最大径）为10~12mm的大致球形的氧化铝制球。另外，热载体在1,050℃的温度下以450千克/小时的量被导入至气体重整区（B），且从生物质热裂解区（A）以600℃的温度向容器（14）的外部排出相同的量。此处，热载体以层的形式堆积至气体重整区（B）的约60体积%，且以层的形式堆积至生物质热裂解区（A）的约42体积%。
使用定量给料器以含水率14.3%（湿基体）、29千克/小时（干燥重量为25千克）的供给量从生物质供给口（44）向反应容器（14）中的生物质热裂解区（A）内连续地导入作为生物质原料的建筑系废木材。此处，生物质热裂解区（A）的气相温度被保持在700℃，且容器（14）内的压力被保持在101.3kPa。另外，从设置在下部的非氧化性气体供给口（54）向生物质热裂解区（A）中以1,200升/小时的量导入氮气。生物质热裂解区（A）中的生物质原料的滞留时间约为1小时。
生物质热裂解区（A）中由热裂解而产生的气体以21千克/小时来获得。该气体接着被导入至气相温度保持为1,000℃和压力保持为101.3kPa的气体重整区（B）。从设置于生物质热裂解区（A）的下部的蒸汽吹入口（64）向反应器（14）中以16千克/小时导入过热蒸汽（230℃、0.6MPa）来进行气体重整。温度1,000℃的重整气体以37千克/小时的量由重整气体出口（b）得到。将所得重整气体捕集到橡胶制袋中，利用气相色谱仪[岛津制作所制造的GC-14A（商标）]来测定气体组成。表3示出所得重整气体的组成。另外，能够将该作业连续地实施3天。在该作业期间中，能够维持良好的连续运转而没有故障、尤其是起因于焦油的故障。
[表3]
（比较例1）
作为以往的反应器，使用了专利文献7的图1中记载的反应器。即，分别具备具有生物质热裂解区的热裂解反应器和具有气体重整区的气体重整器，且在热裂解反应器的上部利用具备闸阀的配管将气体重整器串联连接而成的反应器。热裂解反应器和气体重整器的内容积分别为约170升和约600升。使热载体从气体重整器通过具备闸阀的配管向热裂解反应器中移动。使用与实施例1所使用的相同建筑系废木材，使用定量给料器，以与实施例1相同的25千克/小时的供给量连续地导入至热裂解反应器。向气体重整区供给热载体的速度和热载体的温度、以及其它作业条件与实施例1相同。温度950℃的重整气体以15千克/小时的量来获得。将所得重整气体捕集至橡胶制袋中，利用气相色谱仪[岛津制作所制造的GC-14A（商标）]来测定气体组成。表4示出所得重整气体的组成。另外，能够将该作业与实施例1同样地连续实施3天。但是，在该作业期间之后，检查具备用于连接热裂解反应器和气体重整器的闸阀的配管内部时，尤其是在闸阀及其附近观察到大量焦油和煤渣的附着。因此得到如下结论：难以连续地运转比其更长的时间，进而为了继续进行连续运转，需要清洗闸阀及其附近或更换闸阀自身，或者除了具备用于连接热裂解反应器和气体重整器的闸阀的配管之外，还需要将热裂解气体导入至气体重整器的旁路配管。
[表4]
由实施例1和实施例2以及比较例1的结果可知，实施例1（39千克/小时）和实施例2（37千克/小时）的反应器与比较例1（15千克/小时）的反应器相比能够获得2倍以上的重整气体。另外可知，由显示了各重整气体的组成的表2~4的结果可知，实施例1和实施例2的反应器与比较例1的反应器相比能够制造氢含量明显多的重整气体。另外可知，实施例2的反应器与实施例1的反应器相比，氢气和一氧化碳含量明显多，但二氧化碳含量显著变少。
产业利用性
根据本发明的气化装置，不仅能够长期稳定地作业，而且能够实现气化效率的上升、热效率的改善、以及成本的降低。因此，可期待本发明的气化装置在今后大幅利用于生物质的气化。加之，还可期待其在氢气制造事业和发电事业中的利用。
附图标记说明
A、A1、A2 生物质热裂解区
B 气体重整区
a 生物质原料
b 重整气体出口
c 导流件
1、11、12、13、14 容器
2、21、22、23、24 预热器
3、31、32、33、34 多个粒状物和/或块状物[热负载介质（热载体）]
4、41、42、431、432、433、434、44 生物质供给口
5、51、52、53、54 非氧化性气体供给口
61、62、611、612、621、622、631、632、64 蒸汽吹入口
7、71、72、731、732、74 隔板
8、81、82、83、84 热裂解气体通路
9、91、92、93、94 热载体通路
10 带扣
Claims (11)
1. 气化装置，其特征在于，其具备：将生物质在非氧化性气体气氛下或非氧化性气体与蒸汽的混合气体气氛下加热的生物质热裂解区；以及，将在所述生物质热裂解区中产生的气体在蒸汽的存在下加热的气体重整区，并且，使预先加热了的多个粒状物和/或块状物从所述气体重整区向所述生物质热裂解区依次移动，利用所述多个粒状物和/或块状物所带有的热来实行由生物质的热裂解而产生的气体的重整和生物质的热裂解，在该气化装置中，所述生物质热裂解区与所述气体重整区以所述气体重整区位于所述生物质热裂解区的上方的方式存在于一个容器中，且在所述生物质热裂解区与所述气体重整区之间具备至少1片隔板。
2. 权利要求1所述的气化装置，其中，所述生物质热裂解区与所述气体重整区之间具备1片或2片隔板。
3. 权利要求1或2所述的气化装置，其中，所述隔板在隔板内具备开口部，和/或，隔板与容器内壁之间具备间隙，所述多个粒状物和/或块状物穿过该开口部和/或间隙从所述气体重整区向所述生物质热裂解区依次移动。
4. 权利要求1~3中任一项所述的气化装置，其中，在所述生物质热裂解区的上方具备至少1个生物质供给口。
5. 权利要求1~4中任一项所述的气化装置，其中，在所述生物质热裂解区中，从所述隔板的所述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着该多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备多个用于控制所述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将所述生物质供给至在所述导流件附近移动的所述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解。
6. 权利要求1~4中任一项所述的气化装置，其中，在所述生物质热裂解区中，从所述隔板的所述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着该多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备2~5个用于控制所述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将所述生物质供给至在所述导流件附近移动的所述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解。
7. 权利要求1~4中任一项所述的气化装置，其中，在所述生物质热裂解区中，从所述隔板的所述多个粒状物和/或块状物的出口附近沿着所述多个粒状物和/或块状物的移动方向以交错状具备2~5个用于控制所述多个粒状物和/或块状物的移动方向的导流件，且将所述生物质供给至在所述导流件的最上段附近移动的所述多个粒状物和/或块状物来实行热裂解。
8. 权利要求1~7中任一项所述的气化装置，其中，在所述生物质热裂解区和/或所述气体重整区具备蒸汽吹入口。
9. 权利要求1~8中任一项所述的气化装置，其中，在具备气体重整区和生物质热裂解区的所述容器的所述气体重整区的上部还具备用于预先加热多个粒状物和/或块状物的预热器。
10. 权利要求1~8中任一项所述的气化装置，其中，所述粒状物和/或块状物选自金属球和陶瓷球。
11. 权利要求1~10中任一项所述的气化装置，其中，所述生物质为选自植物系生物质、生物系生物质、生活垃圾以及食品废弃物中的生物质资源。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161026 |
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