JP2003147373A - プラズマによる有機物のガス化方法 - Google Patents
プラズマによる有機物のガス化方法Info
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Abstract
己消費エネルギーの下にガス化、改質する方法を提供す
る。 【解決手段】 前処理バイオマスはガス化炉2 へ供給さ
れ、空気により通常450〜650℃において部分燃焼し、ガ
ス化される。生成ガスはタール分や粉塵状のチャーを含
み、ついで水蒸気プラズマで昇温(通常は700〜1200
℃)操作される生成ガス改質室3 へ導かれる。同改質室
3 の水蒸気プラズマトーチ4 において、高温水蒸気を使
うことなしに水蒸気プラズマにより活性な化学種が発生
し、これらに上記生成ガスが接触させられ、かつ充分な
混合と保持時間が確保される。その結果、炭素数の大き
な炭化水素やチャーは低温域で急速に一酸化炭素ガス、
水素ガス、およびメタンガス等の炭素数の小さい炭化水
素ガスに効率よく改質される。
Description
棄物など所謂バイオマスや、プラスチックス、廃タイヤ
等(本明細書全体を通して、これらを有機物と総称す
る)の、プラズマを用いた高温ガス化・改質方法に関す
る。
としては、一般に酸化剤、または酸化剤と水蒸気を供給
して、有機物を部分燃焼、発熱させて直接加熱、分解す
る方法、または有機物を装填した反応容器を外部から加
熱して間接的に加熱、分解する方法がある。この熱分解
は、分解ガス中の重質炭化水素を水素、一酸化炭素など
の軽質ガスに改質する場合は水性ガス化反応温度以上の
高温を必要とする。また熱分解を部分燃焼法で行う場合
は、部分燃焼率を高める必要があるので二酸化炭素など
不活性ガスの比率が高くなって、得られる改質ガスの発
熱量が低く、よって変換エネルギー効率が低くなる問題
がある。また、水性ガス化反応温度以下の低温ガス化の
場合は、ガス温度の降下部や冷却部でタール分が発生し
てガス流路の閉塞などのトラブル原因になったり、ガス
化効率が低いなどの問題がある。また、水蒸気を導入し
ながら高温で部分燃焼を行う方法や、600℃以上の高
温水蒸気を導入して高温ガス化のガス化剤とするのみな
らず加熱源とする等の手段も提案されているが、これら
の方法では有機物と水蒸気の高温状態での混合性や加熱
源としての水蒸気の実効性に疑問がある上、600℃以
上の高温水蒸気の製造コストが嵩むという問題がある。
ラ、加熱炉、焼却炉等の燃焼排ガス中に含まれるNO
x、SOx、CO、あるいはダイオキシンなどの有害有
機物をプラズマにより処理する方法(特開平6−343
820号公報参照)や、都市ごみ等を熱分解ガス化する
方法(特開平9−257225号公報参照)などが知ら
れている。また、焼却灰を溶融する灰溶融炉にプラズマ
発生装置を設けることも知られている。さらに、プラス
チック廃棄物をプラズマ反応器において1200℃より
も高い温度でプラズマ熱分解ガス化する方法が知られて
いる(特開平6−241063号公報参照)。
請求項に記載の方法で分解するのに、1200℃よりも
低い温度を採用してプラズマトーチでガス化を行う方法
は知られていない。
状況に対して、バイオマス等の有機物を安定にかつ最少
の自己消費エネルギーの下にガス化、改質する方法を提
供することを課題とする。
解ガス化工程中にプラズマを発生させ、熱分解ガス化を
促進させることを特徴とするプラズマによる有機物のガ
ス化方法である。
解ガス化により生成したガス中にプラズマを発生させて
生成ガスを改質することを特徴とするプラズマによる有
機物のガス化方法である。
内、および/または、熱分解ガス化炉の生成ガス出口を
後続装置に連通するガス導通部において、プラズマ作動
ガスによるプラズマを発生させる。
成ガスを受け入れこれを改質する生成ガス改質室を熱分
解ガス化炉の後流に設置し、同改質室にプラズマ作動ガ
スによるプラズマを発生させることも、好ましい。プラ
ズマ作動ガスによるプラズマは、好ましくは、熱分解ガ
ス化炉内、熱分解ガス化炉の生成ガス出口を後続の生成
ガス改質室に連通するガス導通部、および、生成ガス改
質室のうち少なくとも一カ所において、発生させる。
たは、水素、酸素、空気、炭化水素ガスおよび本プロセ
スにより得られる改質ガスからなる群から選ばれるガス
か、または、このガスと水蒸気の混合ガスを用いること
ができる。このガスが相当量の水蒸気を含む場合、また
は原料有機物が相当量の湿分を含む場合には、このガス
だけを用いてもよい。
却ゾーンに熱回収器を設け、これにより回収した熱を原
料有機物の乾燥用熱源として利用し、必要に応じて、回
収熱により水蒸気を発生させてプラズマ作動ガスとして
利用することが好ましい。
との混合ガスを水蒸気プラズマ装置に供給すると、
化学種、O、OH、H、HO2 、O3 などが発生す
る。
づいて説明する。図1はバイオマスを低温ガス化した
後、水蒸気プラズマトーチを装着した生成ガス改質室に
おいて高温水蒸気改質を行う実施例1の方法を示し、図
2は、ガス化炉に水蒸気プラズマトーチを並設しここで
ガス化と高温水蒸気改質を同時に行い、さらに一定の容
積を有するガス改質室において有機物の改質の仕上げを
行う実施例2の方法を示す。
置(1) を経てガス化炉(2) へ供給される。ここでバイオ
マスは酸化剤として供給される酸素または空気により通
常450〜650℃において部分燃焼し、ガス化され、
灰、金属等の無機物は炉底から排出される。ガス化炉
(2) は例えば流動床型、ストーカ型、回転円筒型、旋回
型、浮遊型のものであってよい。ガス化炉(2) から出る
生成ガスはタール分や粉塵状のチャーを含む。このガス
はついで水蒸気プラズマで昇温(通常は700〜120
0℃)操作される生成ガス改質室(3) へ導かれる。同改
質室(3) はその頂部に水蒸気プラズマトーチ(4) を具備
する。水蒸気プラズマトーチ(4) には、プラズマ電源装
置(6) と、低圧低温水蒸気を供給するための水蒸気溜
(7) とが接続されている。水蒸気プラズマトーチ(4) に
おいて、高温水蒸気を使うことなしに水蒸気プラズマに
より活性な化学種、O、OH、H、HO2 、O 3 な
どが発生し、これらに上記生成ガスが接触させられ、か
つ充分な混合と保持時間が確保される。その結果、炭素
数の大きな炭化水素やチャーは従来よりも低温域で急速
に一酸化炭素ガス、水素ガス、およびメタンガス等の炭
素数の小さい炭化水素ガスに効率よく改質される。この
改質により有機物のガス化率が高くなると共に、ガス冷
却の際のダクトや熱交換器壁へのタールの付着等による
トラブルの発生が防止される。生成ガス改質室(3) を出
たガスはガスクーラ(8) へ導入され、冷却された後、ガ
ス清浄装置(9) へ送られ、煤塵、塩化水素、硫化水素等
が除去される。ついでこのガスは、コンプレッサー(10)
によって0.7〜1.0MPaに昇圧され、ガスホルダ
ー(11)に貯留される。貯留ガスはガスエンジン等の動力
装置の燃料やメタノール等の原料として使用される。
0〜650℃で運転されるので、炉底から排出される無
機物(灰、金属類、他)は非溶融物である。したがっ
て、これらを溶融させる必要がなく、その分、水蒸気プ
ラズマトーチ(4) の電力消費量を節減することができ
る。
(4) は生成ガス改質室(3) ではなく、ガス化炉(2) に設
けられている。ガス化炉(2) で生成したガスは、酸化剤
として供給される酸素および、水蒸気プラズマトーチ
(4) で活性化された水蒸気プラズマにより発生された活
性な化学種、O、OH、H、HO2 、O3 などに接触
させられ、改質される。ガス化炉(2) はその出口のガス
温度が700℃以上(通常は700〜1200℃)にな
るように運転される。ガス化炉(2)は固定床型、回転円
筒型、浮遊型、旋回型のものであってよい。また、炉底
からは通常、無機物の溶融スラグが排出される。ガス化
炉(2) を出た生成ガスは、生成ガス改質室(3) へ導か
れ、ここで生成ガスが一様に炭素数の小さな炭化水素
や、水素、一酸化炭素などへ転化されるのに充分な時間
(通常は1〜2秒)保持される。こうして、一定の容積
を有するガス改質室(3) において有機物の改質の仕上げ
が行われる。
1の場合と同じである。また、ガス化炉へ導入までのバ
イオマスの流れおよび水蒸気プラズマトーチ(4) の構成
も実施例1と同様である。
例1と同じ操作を行った。これらは実施例1と同様にガ
ス化・改質される。
酸化熱分解ガス化と、水蒸気プラズマにより発生された
活性な化学種、O、OH、H、HO2 、O3 などに
よる有機物の改質が有効に作用し、水性ガス化反応が急
速に進行して、有機物を、タールトラブルの恐れのない
炭素数の小さな炭化水素ガスや、水素、一酸化炭素主体
の安定した軽質ガスに改質することができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 有機物の熱分解ガス化工程中にプラズマ
を発生させ、熱分解ガス化を促進させることを特徴とす
るプラズマによる有機物のガス化方法。 - 【請求項2】 有機物の熱分解ガス化により生成したガ
ス中にプラズマを発生させて生成ガスを改質することを
特徴とするプラズマによる有機物のガス化方法。 - 【請求項3】 熱分解ガス化炉内、および/または、熱
分解ガス化炉の生成ガス出口を後続装置に連通するガス
導通部において、プラズマ作動ガスによるプラズマを発
生させることを特徴とする請求項1または2記載の有機
物のガス化方法。 - 【請求項4】 有機物の熱分解ガス化炉から出る熱分解
生成ガスを受け入れこれを改質する生成ガス改質室を熱
分解ガス化炉の後流に設置し、同改質室にプラズマ作動
ガスによるプラズマを発生させてなることを特徴とする
プラズマによる有機物のガス化方法。 - 【請求項5】 熱分解ガス化炉内、熱分解ガス化炉の生
成ガス出口を後続の生成ガス改質室に連通するガス導通
部、および、生成ガス改質室のうち少なくとも一カ所に
おいて、プラズマ作動ガスによるプラズマを発生させる
ことを特徴とする請求項4記載の有機物のガス化方法。 - 【請求項6】 プラズマ作動ガスとして、水蒸気か、ま
たは、水素、酸素、空気、炭化水素ガスおよび本プロセ
スにより得られる改質ガスからなる群から選ばれるガス
か、または、このガスと水蒸気の混合ガスを用いること
を特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の有機物の
ガス化方法。 - 【請求項7】 生成ガス改質室の後流に生成・改質ガス
冷却ゾーンに熱回収器を設け、これにより回収した熱を
原料有機物の乾燥用熱源として利用し、必要に応じて、
回収熱により水蒸気を発生させてプラズマ作動ガスとし
て利用することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに
記載の有機物のガス化方法。
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