JP2002038163A - バイオマスガス化炉及びバイオマスガス化方法 - Google Patents
バイオマスガス化炉及びバイオマスガス化方法Info
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Abstract
なガス化を行うことができるバイオマスのガス化炉を提
供する。 【解決手段】 高温下においてバイオマスと酸素等の燃
焼酸化剤とをガス化燃焼して生成ガスを得るものであっ
て、耐火材よりなるガス化炉本体11の頂部12に、所
定粒径に粉砕したバイオマス13を炉内部に供給するバ
イオマス供給手段14と、酸素又は空気及び水蒸気等の
燃焼酸化剤15を炉本体11内に供給する燃焼酸化剤供
給手段16とを設けてなる。
Description
利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができる
バイオマスガス化炉及びバイオマスガス化方法に関す
る。
は工業原料として利用することのできる生物体(例えば
農業生産物又は副産物、木材、植物等)をいい、太陽エ
ネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるの
で、無限に再生可能である。
メタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物として
のバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つ
と共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりC
O2 の固定により生育されるので、大気のCO2 を増加
させない。
方法としては、例えば発酵法や水熱分解法等が提案され
ているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料
とならず、発酵時間がかかるので大型で大容量の発酵タ
ンクを設置する必要があると共に、後者の水熱分解法で
は高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に
供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマス
の利用率が低いという問題もある。
ては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用い
るようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反
応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが
発生し、生成したガス化ガスは、H2 ,COが少ないた
め、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生
したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する
機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、とい
う問題がある。
給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部
分的に1200℃を超える高温域が形成され、ガスにな
らずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまう
という問題がある。
率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ること
ができるバイオマスガス化炉を提供することを目的とす
る。
[請求項1]の発明は、バイオマスを燃料とし、ガス化
により生成ガスを得るバイオマスガス化炉において、ガ
ス化炉本体頂部にバイオマスを供給する供給手段を設け
ると共に、ガス化炉本体底部に灰溜め部を形成したこと
を特徴とする。
て、上記ガス化炉本体の側壁下方位置にガス化による生
成ガスを排出するガス排出管を設けたことを特徴とす
る。
て、上記ガス化炉のガス排出管の上部近傍において、ガ
ス化炉内周面に下方小径のテーパ筒状のガス及び灰導入
手段を設けてなることを特徴とする。
て、上記ガス化炉本体の側壁に冷却手段を設けると共
に、ガス化炉内壁に固着した固着物を吹き落とす除煤手
段を少なくとも1以上設けたことを特徴とする。
て、上記バイオマスガス化炉内下部に水浴部を設けると
共に、該水浴部に先端部が没入された下方小径のテーパ
筒状のガス及び灰導入手段を内設してなることを特徴と
する。
て、上記バイオマスガス化炉の頂部中央にその底部がガ
ス化炉内部に所定の長さで貫入し、底部先端開口を炉内
に臨む生成ガス排出筒を鉛直軸方向に設けたことを特徴
とする。
て、上記ガス化炉本体下部側を下方小径のテーパ筒状と
すると共に、ガス化炉内下部に水浴部を設けることを特
徴とする。
て、上記ガス化炉本体の中央部分より下方側の直径をや
や小さくすると共に、該小径側のガス化炉本体内部に鉛
直軸方向に仕切り部材を設け、生成ガス及び灰を導入す
る通路としてなり、生成ガス及び灰を該通路を通過させ
ると共に、生成ガスを仕切り部材先端でターンさせて灰
を分離し、生成ガスを生成ガス排出管から排出させるこ
とを特徴とする。
て、上記該通路内に熱交換器を設けてなり、生成ガスと
熱交換することを特徴とする。
て、上記バイオマスの平均粒径(D)が0.05≦D≦5
mmの粉砕物であることを特徴とする。
テムの発明は、請求項1乃至10のバイオマスガス化炉
でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、精製
したガスを燃料として用いるガスタービンとを具備する
ことを特徴とする。
合成システムの発明は、請求項1乃至10のバイオマス
ガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置
と、精製したガス中のH2 とCOよりメタノールを合成
するメタノール合成装置とを具備することを特徴とす
る。
するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。
の形態を図1を用いて説明する。図1は本実施の形態に
かかるバイオマスガス化炉の概略図である。図1に示す
ように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉10
は、高温下においてバイオマスと酸素等の燃焼酸化剤と
をガス化燃焼して生成ガスを得るものであって、耐火材
よりなるガス化炉本体11の頂部12に、所定粒径に粉
砕したバイオマス13を炉内部に供給するバイオマス供
給手段14と、酸素又は空気及び水蒸気等の燃焼酸化剤
15を炉本体11内に供給する燃焼酸化剤供給手段16
とを設けてなるものである。
る未燃焼分の燃焼残渣17の灰溜め部18が形成されて
いると共に、該灰溜め部18の外壁を下方小径テーパ状
の冷却ジャケット19としている。また、炉本体11の
側壁下部側にはガス排出管20が設けられており、バイ
オマスガス化により生成した生成ガス21を排出してい
る。
するバイオマス13としては、生産又は廃棄されたバイ
オマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。
本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料と
して利用することのできる生物資源(例えば農業生産物
又は副産物、木材、植物等)をいい、例えばスイートソ
ルガム,ネピアグラス,スピルリナ等を例示することが
できる。本発明では、上記バイオマス13の粉砕物の平
均粒径(D)は、0.05≦D≦5mmとするのが好まし
い。これは、平均粒径が0.05mm以下であるとバイオ
マスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。
一方、平均粒径が5mmを超えた場合には、バイオマス
の内部まで良好に燃焼がなされずに反応が促進せず、高
効率のガス化が困難となるからである。
0に供給する燃焼酸化剤15は、空気と水蒸気又は酸素
と水蒸気の混合物であることが好ましい。なお、図1に
示す実施の形態においては、上記燃焼酸化剤15は炉頂
部12より供給手段16を介して供給すると共に、炉本
体11の側面側からも供給手段16を介して供給して、
ガス化効率を向上させるようにしている。この側面側か
らの燃焼酸化剤15の供給は2ヵ所に限定されるもので
はなく、供給するか否かもガス化炉のガス生成の量に応
じて適宜行うようにすればよい。
2 ]/炭素[C]のモル比率が0.1≦O2 /Cの範囲、
好ましくは0.1≦O2 /C<1.0の範囲(特に好ましく
は0.2≦O2 /C<0.5の範囲)であると共に、水蒸気
[H2 O]/炭素[C]のモル比率が1≦H2 O/Cの
範囲(特に好ましくは2≦H2 O/C≦6の範囲)が、
タール,スートの発生が少なく、好ましい。
供給により部分酸化ガス化が良好となり、生成ガス中の
H2 及びCOの量を向上させることができるからであ
る。
体11の炉内温度を700〜1200℃のガス化条件と
するのが好ましい。これは、炉内温度が700℃未満で
あると、バイオマスの熱分解が良好でなく、好ましくな
く、一方1200℃を超えた場合には、バイオマス自身
の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからであ
る。
圧力は1〜30気圧とするのが好ましい。これは、メタ
ノール(又はジメチルエーテル)合成に直結する場合に
は、80気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化炉と
する必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからであ
る。なお、30気圧程度の場合には、空塔速度が低くな
り、装置もコンパクト化でき、好ましい。
の空塔速度は0.1〜5m/sのガス化条件とするのが好
ましい。これは、空塔速度は0.1m/s以下では炉内滞
留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方5m
/sを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされず
に、良好なガス化ができないからである。なお、粉砕バ
イオマスを好適に搬送するには、バイオマスの粒径を考
慮に入れるとさらによく、特に好ましくは、バイオマス
の平均粒径が0.1〜1mmの場合には、空塔速度を0.4
〜1m/sとし、平均粒径が1〜5mmの場合には、空
塔速度を1〜5m/sとするのが好ましい。
イオマスを部分酸化により効率よくガス化し、スート等
の発生がないクリーンなガスを得ることができる。
ス13を下向きに供給しているので、炉下部から吹き上
げるような場合と異なり、バイオマスに低融点組成物が
多く含有しているような場合にも、炉壁内部に未燃焼分
が付着することが防止され、バイオマスのガス化を連続
して行うことができる。
分を多く含むバイオマスを原料とした場合には、灰融点
が600℃と低くなるのが、バイオマス13を炉頂部1
2から供給することにより灰付着・生成が防止されるこ
とになる。
のバイオマスであってもガス化が可能となり、特定の融
点の高いバイオマスに限定されることなく、汎用性が高
いガス化炉を提供することができる。
物は、冷却ジャケット19の冷却により固着されている
ので、その固着力は弱く、除煤手段等による蒸気等の吹
付けにより、強制的に落下させることにより、剥離する
ことができる。
製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用す
ることが可能である。
整することで、メタノール(又はジメチルエーテル)製
造用のガスとして利用することも可能である。以下、得
られた生成ガス21をメタノール合成に利用するシステ
ムについて、図7を参照して説明する。
炉により生成した生成ガス21を用いてメタノール合成
を行うバイオマスのメタノール合成システム100は、
バイオマスガス化炉10内において発生したガス21中
の煤塵を除去する集塵装置22と、集塵後のガスを精製
する精製装置23と、ガス中の水蒸気を除去するスクラ
バ24と、ガス中のH2 とCOガスの組成を調整するC
Oシフト反応装置25と、ガスの圧力を向上させるブー
スタ装置26と、ガス中のH2 とCO2 とからメタノー
ル(CH3 OH)を製造するメタノール製造装置27
と、排ガス28とメタノール29とに分離する蒸留装置
30とを具備するものである。
オマス13は、燃焼酸化剤により部分燃焼され、上述し
た所定の炉内条件にて燃焼させることによりバイオマス
のガス化の効率を向上させる。ここで発生したガス21
は、次いで集塵装置22で除塵された後、ガス中の水蒸
気を除去すべくスクラバ24へ導かれ、ここで冷却され
ると共に水蒸気を除去し、次いでCOシフト装置でH2
量を増大させ、ブースタ装置26で圧力をメタノール合
成の圧力まで向上させてメタノール合成装置27へ導か
れ、ここで、メタノールが製造される。その後、メタノ
ール27と排ガス28とを分離する。ここで、排ガス2
8にはCH4 が残存しているので、再度ガス化炉本体1
1に供給することで、再利用をするようにしてもよい。
は、余分なCO2 はシステム最終段階でアミン系湿式C
O2 除去装置等のようなCO2 を除去するCO2 除去装
置32をブースター装置26とメタノール合成装置27
との間に介装することにより、余分なCO2 を除去する
ようにしてもよい。
されるメタノール原料ガスは、余分なCO2 が除去さ
れ、CO、CO2 、2H2 の組成とすることができ、メ
タノール合成が効率よく進行し、供給したバイオマスの
約60%程度のメタノールを合成することができる。
の形態を図2を用いて説明する。図1に示すガス化炉と
同一部材については同符号を付して重複する説明は省略
する。本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉10
は、ガス化炉本体のガス排出管20の上部近傍に上端が
周接され、下方小径のテーパ筒状のガス及び灰導入手段
41を設けてなると共に、その下方側を灰分離室42と
している。
手段41及び灰分離室42を設けてなるので、灰導入手
段41により灰分離室42内に導入されたガス21及び
灰は灰分離室42内では流速が緩められ、灰とガスとの
分離が容易となり、ガス排出管20へ移行するのを防止
している。
央部分から下方側に亙って冷却ジャケット19構造とす
ると共に、炉内面に向かって蒸気を噴射する除煤手段
(デスラッガ)43を設けており、これにより固着物の
剥離を容易としている。なお、上記除煤手段43は本実
施の形態では、噴射口43aがオフセットして対向する
ように2台設けられているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、必要に応じて適宜設置場所を変更した
り、設置台数を増やすようにすればよい。
側に水浴部44を形成し、分離された灰を湿式状態で回
収するようにしてもよい。
の形態を図4を用いて説明する。なお、図1に示すガス
化炉と同一部材については同符号を付して重複する説明
は省略する。本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉
10は、ガス化炉本体11の下部側に水浴部44を設け
ると共に、該水浴部44に先端部41aが没入された下
方小径のテーパ筒状のガス導入手段41を内設してなる
ものである。なお、本実施の形態では、ガス化炉本体の
中央部分から下方にかけて水冷管45が周設されてお
り、これによって側壁を冷却している。
度水浴部44内を通過するので、ガス中の水分の除去が
なされる。また、水浴部内にガスが導入されるので、ガ
ス中の微量灰分も積極的に冷却固化されることになる。
特に、灰融点の低いバイオマスをガス化する場合に、好
適である。
の形態を図5を用いて説明する。図1に示すガス化炉と
同一部材については同符号を付して重複する説明は省略
する。本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉50
は、ガス化炉本体51の頂部52中央にその底部がガス
化炉内部に所定の長さで貫入し、底部側の先端開口53
aをガス化炉内に臨み、生成ガス21を排出するガス排
出筒53を鉛直軸方向に設けてなるものである。また、
ガス化炉本体51の下部側は、下方小径のテーパ筒状と
すると共に、水浴部44を設け、溶融した灰溶融物を捕
集するようにしている。
下向きに供給されているが、ガス化により得られた生成
ガス21はガス排出筒53により上向きになると共に、
ガス化領域が広がり、ガス化効率的が向上する。
径テーパ筒状とすることにより、生成ガス21が中央部
分に寄せられ、生成ガス21を効率よく、排出筒53へ
導くことができる。
ので、灰溶融物の落下が容易となり、水浴部44での捕
集率も向上する。
の形態を図6を用いて説明する。図1に示すガス化炉と
同一部材については同符号を付して重複する説明は省略
する。本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉60
は、上記ガス化炉本体61の中央部分より下方側の直径
D1 を上方側の直径D2 よりもやや小さくすると共に、
該小径側のガス化炉本体内部に一端が内壁に接合され、
鉛直軸方向に垂下する仕切り部62を設けてなるもので
ある。上記仕切り部62を内部に形成することにより、
生成ガス及び灰を導入する通路63及びガス排出通路6
4としてなり、生成ガス及び灰を該通路を通過させると
共に、生成ガス21を仕切り部材先端62aで上方へタ
ーンさせて灰を分離し、ガス排出通路64を通過させて
生成ガス排出管20から排出させるようにしている。
入通路63内、及びガス排出通路64内に熱交換器65
A,65B,65Cを設置し、ガスの顕熱を熱交換して
いる。
1の分離が効率よくなされると共に、ガスの顕熱を回収
することで蒸気等の有効利用が図れる。
によれば、バイオマスを燃料とし、ガス化により生成ガ
スを得るバイオマスガス化炉において、ガス化炉本体頂
部にバイオマスを供給する供給手段を設けると共に、ガ
ス化炉本体底部に灰溜め部を形成したので、バイオマス
の種類に限定されることなく、良好なガス化がなされ、
汎用性の高いバイオマスのガス化が可能となる。
て、上記ガス化炉本体の側壁下方位置にガス化による生
成ガスを排出するガス排出管を設けたので、生成した生
成ガスを効率よく排出することができる。
て、上記ガス化炉のガス排出管の上部近傍において、ガ
ス化炉内周面に下方小径のテーパ筒状のガス及び灰導入
手段を設けてなるので、生成ガスと灰との分離が容易と
なり、生成ガス中への灰の移行を抑制している。
て、上記ガス化炉本体の側壁に冷却手段を設けると共
に、ガス化炉内壁に固着した固着物を吹き落とす除煤手
段を少なくとも1以上設けたので、固着物の剥離を容易
としている。
て、上記バイオマスガス化炉内下部に水浴部を設けると
共に、該水浴部に先端部が没入された下方小径のテーパ
筒状のガス及び灰導入手段を内設してなるので、ガス中
の微量灰分も冷却固化により、分離されることとなる。
て、上記バイオマスガス化炉の頂部中央にその底部がガ
ス化炉内部に所定の長さで貫入し、底部先端開口を炉内
に臨む生成ガス排出筒を鉛直軸方向に設けたので、ガス
化領域が広がり、ガス化効率が向上する。
て、上記ガス化炉本体下部側を下方小径のテーパ筒状と
すると共に、ガス化炉内下部に水浴部を設けるので、灰
溶融物の落下が容易となり、水浴部での捕集効率も向上
する。
て、上記ガス化炉本体の中央部分より下方側の直径をや
や小さくすると共に、該小径側のガス化炉本体内部に鉛
直軸方向に仕切り部材を設け、生成ガス及び灰を導入す
る通路としてなり、生成ガス及び灰を該通路を通過させ
ると共に、生成ガスを仕切り部材先端でターンさせて灰
を分離し、生成ガスを生成ガス排出管から排出させるの
で、生成ガスと灰との分離が容易となる。
て、上記該通路内に熱交換器を設けてなり、生成ガスと
熱交換するので、生成ガスの熱を有効利用することがで
きる。
て、上記バイオマスの平均粒径(D)が0.05≦D≦5
mmの粉砕物であるので、バイオマスの燃焼が効率的に
行うことができ、高効率のガス生成を行うことができ
る。
テムの発明は、請求項1乃至10のバイオマスガス化炉
でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、精製
したガスを燃料として用いるガスタービンとを具備する
ので、バイオマスを有効利用してガスタービンを駆動す
ることができる。
合成システムの発明は、請求項1乃至10のバイオマス
ガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置
と、精製したガス中のH2 とCOよりメタノールを合成
するメタノール合成装置とを具備するので、効率的なメ
タノール合成が可能となる。
の概略図である。
の概略図である。
の概略図である。
の概略図である。
の概略図である。
の概略図である。
いたメタノール合成システムの概略図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 バイオマスを燃料とし、ガス化により生
成ガスを得るバイオマスガス化炉において、 ガス化炉本体頂部にバイオマスを供給する供給手段を設
けると共に、ガス化炉本体底部に灰溜め部を形成したこ
とを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記ガス化炉本体の側壁下方位置にガス化による生成ガ
スを排出するガス排出管を設けたことを特徴とするバイ
オマスガス化炉。 - 【請求項3】 請求項1において、 上記ガス化炉のガス排出管の上部近傍において、ガス化
炉内周面に下方小径のテーパ筒状のガス及び灰導入手段
を設けてなることを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 【請求項4】 請求項2において、 上記ガス化炉本体の側壁に冷却手段を設けると共に、ガ
ス化炉内壁に固着した固着物を吹き落とす除煤手段を少
なくとも1以上設けたことを特徴とするバイオマスガス
化炉。 - 【請求項5】 請求項3において、 上記バイオマスガス化炉内下部に水浴部を設けると共
に、該水浴部に先端部が没入された下方小径のテーパ筒
状のガス及び灰導入手段を内設してなることを特徴とす
るバイオマスガス化炉。 - 【請求項6】 請求項1において、 上記バイオマスガス化炉の頂部中央にその底部がガス化
炉内部に所定の長さで貫入し、底部先端開口を炉内に臨
む生成ガス排出筒を鉛直軸方向に設けたことを特徴とす
るバイオマスガス化炉。 - 【請求項7】 請求項6において、 上記ガス化炉本体下部側を下方小径のテーパ筒状とする
と共に、ガス化炉内下部に水浴部を設けることを特徴と
するバイオマスガス化炉。 - 【請求項8】 請求項1において、 上記ガス化炉本体の中央部分より下方側の直径をやや小
さくすると共に、該小径側のガス化炉本体内部に鉛直軸
方向に仕切り部材を設け、生成ガス及び灰を導入する通
路としてなり、 生成ガス及び灰を該通路を通過させると共に、生成ガス
を仕切り部材先端でターンさせて灰を分離し、生成ガス
を生成ガス排出管から排出させることを特徴とするバイ
オマスガス化炉。 - 【請求項9】 請求項8において、 上記該通路内に熱交換器を設けてなり、生成ガスと熱交
換することを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 【請求項10】 請求項1において、 上記バイオマスの平均粒径(D)が0.05≦D≦5mm
の粉砕物であることを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 【請求項11】 請求項1乃至10のバイオマスガス化
炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、精
製したガスを燃料として用いるガスタービンとを具備す
ることを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項12】 請求項1乃至10のバイオマスガス化
炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、精
製したガス中のH2 とCOよりメタノールを合成するメ
タノール合成装置とを具備することを特徴とするバイオ
マスのメタノール合成システム。
Priority Applications (14)
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US09/959,506 US6991769B2 (en) | 2000-02-29 | 2001-02-26 | Biomass gasifycation furnace and system for methanol synthesis using gas produced by gasifying biomass |
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