【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱分解ガス化装置及び熱分解ガス化システムに係り、特に、バイオマスや有機性廃棄物の処理及び有効利用に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ごみ等の各種有機性廃棄物を減容するため、焼却処理、炭化処理、溶融処理等の熱処理を行い、この時に発生する廃熱を利用して発電を行うことが行われている。
図９に示す従来技術では、流動床ガス化炉１及びロータリーキルン溶融炉２でごみ等の廃棄物について焼却・溶融処理を行い、ロータリーキルン溶融炉２より得られる高温の排ガスをボイラ３に供給して蒸気を発生させる。この蒸気は発電装置４を構成している蒸気タービン（図示省略）に供給され、この蒸気タービンにより発電機（図示省略）を駆動して発電を行っている。（これを「廃棄物焼却・蒸気タービンシステム」と呼ぶ）
【０００３】
一方、廃棄物焼却・蒸気タービン発電システムとは別に、ごみ等の各種有機性廃棄物を部分酸化または熱分解し、このとき得られた可燃性ガスを内燃機関の燃料とする発電も提案されている。（これらの方法を「従来型熱分解ガス化システム」と呼ぶ。）
なお、この場合の内燃機関として、ガスエンジン、ガスタービンがある。
【０００４】
従来型熱分解ガス化システムでは、廃棄物を熱分解ガス化炉で熱分解して可燃性の熱分解ガスを発生させ、熱分解ガス中のタール分を高温分解処理装置で分解（いわゆるクラッキング）し、さらにガス洗浄・冷却装置でダイオキシンの再合成抑制及び不純成分除去を行って可燃性ガスを得る。このような従来熱分解ガス化システムによる発電は、廃棄物が保有するエネルギーがより効率的に利用できるため、蒸気タービン発電システムより熱効率の高い発電が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術である廃棄物焼却・蒸気発電システムにおいては、以下に示す問題点がある。
（１）近年問題となっているダイオキシンの発生を抑制するためには、８５０℃以上の高温を確保した温度条件で熱処理を行うことが必要となるが、小型の流動床ガス化炉等では放熱量が大きすぎるなどの理由から上記温度条件の確保が困難であった。また、この廃熱を利用して発電を行うためには、採算面等の観点から装置全体を大型化（たとえば処理能力が１００ｔ／日程度以上）してスケールメリットを出す必要があった。
【０００６】
（２）上述した理由により大型装置でしか対応できないという状況から、中小量の廃棄物を発生し、かつ、電力需要のある中小事業者が有機性廃棄物を熱分解処理する装置及びこの装置の廃熱等を利用して発電するシステムの導入を検討しても実現は困難である。
【０００７】
（３）廃熱を利用して得られた蒸気を蒸気タービンに供給して発電することが一般的であり、ボイラ及び発電機等の装置も大型になることから、従来の装置は連続運転を基本にしている。このため、廃棄物量の有無あるいは運転員の勤務形態に対応したデイリースタート・シャットダウン運転が困難である。また、ボイラーパネルの腐食の問題から蒸気温度を高くすることが難しく、このため発電効率は２５％程度と低い。
一方、上述した従来型熱分解ガス化システムでは、タール分を高温分解する必要があるため、高価な高温分解処理装置を設置する必要があり、かつ高温分解処理を行った熱分解ガスを処理するため大型の洗浄・冷却装置を必要とする。従って、従来型熱分解ガス化システムによる発電も中小量の有機性廃棄物への適用には採算性及び装置規模の面から問題が残る。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、中小量の有機性廃棄物に対しても適用可能な熱分解ガス化装置及び熱分解ガス化システムの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の熱分解ガス化装置は、バイオマスまたは有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して得た炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入して可燃性ガスを得ることを特徴とするものである。
【００１０】
この有機性廃棄物を炭化処理する過程で炭化処理温度を上げた場合（例えば６５０℃）、熱分解ガスの発生・放出量が増加するため、得られた炭化物中の重質油分は少なくなり、熱分解ガス化炉において機器・配管の目詰まりの原因となるタール分の発生は減少するが、炭化物の収率が減少し、有機性廃棄物のガス転換率も減少する。また、この場合は炭化物中に内蔵されていた揮発分が減少しているため、炭化物を部分燃焼させる際の着火性・燃焼性が低下する。
一方、炭化処理温度を下げた場合（例えば３５０℃）、上述とは逆にタール分の発生は増加するが、炭化物の収率は増加し、着火・燃焼性は向上する。
【００１１】
これらを考慮して、一般的なバイオマスまたは有機性廃棄物の炭化処理については、３００℃〜８００℃の炭化処理温度に設定することでガス化に適した炭化物を得ることができ、より好ましくは、５５０℃〜４００℃程度の炭化処理温度が望ましい。
本発明では、有機性廃棄物等の性状に応じた炭化処理を熱分解ガス化処理の前工程として別に行い、タール分の発生が少なく、収率が多く、かつ着火性・燃焼性が良いガス化に最適な性状の炭化物を製造した後、これを熱分解ガス化装置に供給することを特徴としている。
【００１２】
このような熱分解ガス化装置によれば、バイオマスまたは有機性廃棄物を原料とする炭化装置から得たガス化に最適な性状の炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入して可燃性ガスを得るようにしたので、熱分解ガス化炉内では、水性ガス化反応によって可燃性ガスとして水性ガスが生成される。この場合、ガス化に最適な性状の炭化物の使用及び水蒸気の添加により、タール分の発生を抑えることができる。この水性ガスは、水素ガス（Ｈ２ ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする安定した性状の混合ガスであり、デイリースタート・シャットダウン運転が容易な内燃機関の燃料として使用することができる。
この場合、熱分解ガス化装置が、有機性廃棄物の発生元で炭化させた炭化物の供給を受けるようにすれば、有機性廃棄物を直接搬送するのと比較して減容化した炭化物を搬送することになるので、輸送費が削減できる。
【００１３】
請求項２に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１記載の熱分解ガス化装置において、前記可燃性ガスを燃料として内燃機関へ供給し、該内燃機関の運転により発電機を駆動して発電することを特徴としている。
このような熱分解ガス化装置によれば、可燃性ガスを燃料としてデイリースタート・シャットダウン運転が容易な内燃機関を運転し、この内燃機関を駆動源として発電機の駆動が可能になるので、コンパクトで安価な装置により中小規模な発電を行うことができ、高い発電効率を得ることができる。なお、この場合の好適な内燃機関としては、ガスエンジン、ガスタービンがある。
【００１４】
請求項３に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１または２記載の熱分解ガス化装置において、前記炭化物を熱分解ガス化炉内で部分燃焼させて熱を得ることを特徴としている。
このような熱分解ガス化装置によれば、熱分解ガス化炉の炉内温度について、水性ガス化反応に必要な高温（８００℃以上）を容易に得ることができる。
【００１５】
請求項４に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１から３のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記可燃性ガスが保有する熱を利用して前記水蒸気を生成する水蒸気生成手段を備えていることが好ましく、これにより、廃熱の有効利用により装置全体としての熱効率が向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１から４のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記可燃性ガスが保有する熱を利用して前記空気を加熱する空気加熱手段を備えていることが好ましく、これにより、廃熱の有効利用により装置全体としての熱効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１から５のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記可燃性ガスを冷却して除湿する冷却手段を備えていることが好ましく、これにより、水性ガス化反応により生成されて可燃性ガス中に含まれている水分を結露させて除去（除湿）し、可燃性ガスの濃度を上げることができる。
【００１８】
請求項７に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１から６のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記空気に代えて、酸素富化空気または酸素を投入することが好ましく、これにより、通常の空気を投入する場合と比較して、炉内に供給される窒素ガス（Ｎ２ ）量が低減または全くなくなるので、生成される可燃性ガスの濃度が上昇する。
この場合、前記酸素富化空気を圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）により生成して供給するのが好ましく、このＰＳＡ運転用には、熱分解ガス化装置周辺に存在する余剰圧縮空気を使用するとよい。（請求項８）
【００１９】
請求項９に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１から８のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記水蒸気を昇温させてから熱分解ガス化炉内に投入することが好ましく、これにより、熱分解ガス化炉内へ多量の顕熱が持ち込まれるので、部分燃焼の割合を最小限とすることができる。従って、熱分解ガス化炉内へ投入する空気量も最小限となり、窒素ガス（Ｎ２ ）量が低減する分生成される可燃性ガスの濃度が上昇する。
【００２０】
請求項９記載の熱分解ガス化装置においては、前記水蒸気が、前記可燃性ガスの一部を燃焼させて得られる熱で昇温されることが好ましく、これにより、新たな燃料供給系を設ける必要がなくなるので、コンパクトで安価な装置とすることができる。（請求項１０）
この場合、可燃性ガスの一部を燃焼させて得られる熱で水蒸気を昇温させる好適な装置として、水蒸気過熱器がある。（請求項１１）
さらに、前記水蒸気過熱器を出た排ガスを予熱源として用い、前記空気及び前記水の少なくとも一方を昇温させれば、装置全体としての熱効率をより一層向上させることができる。（請求項１２）
【００２１】
請求項１３に記載の熱分解ガス化装置は、請求項１，２，４〜６，９〜１２のいずれかに記載の熱分解ガス化装置において、前記熱分解ガス化炉が、ガス化炉本体の外側を加熱する外熱式熱分解ガス化炉であることを特徴としている。
このような熱分解ガス化装置とすれば、炭化物を生成するガス化炉本体内に窒素を含む空気を供給する必要がなくなるので、生成される可燃性ガスの濃度は、１００％に近い高濃度となる。
【００２２】
請求項１３に記載の熱分解ガス化装置においては、前記外熱式熱分解ガス化炉のガス化炉本体が、前記水蒸気過熱器の排ガスで加熱されることが好ましく、これにより、水蒸気加熱器の廃熱を有効利用できるので、装置全体としての熱効率を向上させることができる。（請求項１４）
また、請求項１３記載の熱分解ガス化装置においては、前記外熱式熱分解ガス化炉のガス化炉本体が、過熱水蒸気を生成する火炎で加熱されるように構成してもよく、これにより、外熱式熱分解ガス化炉と水蒸気過熱器とを一体化でき、かつ、装置全体としての熱効率を向上させることができる。（請求項１５）
【００２３】
請求項１４または１５に記載の熱分解ガス化装置においては、前記外熱式熱分解ガス化炉の排ガスを熱源として用い、前記空気及び前記水の少なくとも一方を予熱して昇温させることが好ましく、これにより、装置全体としての熱効率をより一層向上させることができる。（請求項１６）
【００２４】
請求項１７に記載の熱分解ガス化システムは、バイオマスまたは有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して炭化物を得る炭化装置と、請求項１から１６のいずれかに記載の熱分解ガス化装置と、を具備して構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
このような熱分解ガス化システムとすれば、バイオマスまたは有機性廃棄物から炭化物を得る炭化装置及び熱分解ガス化装置を具備しているので、炭化装置で得た炭化物が有する熱を熱分解ガス化装置においてそのまま利用できるので、システム全体の熱効率を向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱分解ガス化装置及び熱分解ガス化システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１において、図中の符号１０は炭化装置、２０は熱分解ガス化炉である。この実施形態における熱分解ガス化装置では、有機性廃棄物を原料とする炭化装置１０から得た炭化物（Ｃ）と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉２０の内部へ投入して、水性ガス化反応によって可燃性ガスを得る。なお、炭化装置１０の原料としては、有機性廃棄物の他にもバイオマスが使用可能である。
【００２７】
炭化装置１０は、炭化炉内に投入された有機性廃棄物を原料として炭化処理を施し、炭化物を生成するものである。ここで原料となる有機性廃棄物の一例を挙げると、たとえばおからや茶殻等の食品製造副産物、木くず、糞尿、生ゴミ、有機性汚泥、下水汚泥などがある。炭化装置１０における炭化処理の温度は、ガス化に適した炭化物を得るためには３００℃〜８００℃とするのが好ましく、より好ましくは４００℃〜５５０℃程度となる。これは、炭化処理温度を高くすればタール分の発生が減少するものの、炭化物の収率や有機性廃棄物のガス転換率が減少し、反対に炭化処理温度を低くすれば、タール分が増加する反面炭化物の収率が増加し、着火・燃焼性も向上するためである。
ここで使用する炭化装置１０は、公知の各種装置を採用可能であって特に限定されるものではないが、処理過程で発生する揮発分は、ダイオキシン抑制のため８５０℃以上の高温で燃焼させ、炭化処理の熱として使用するのが好ましい。
【００２８】
熱分解ガス化炉２０は、炭化物、水蒸気及び空気を投入して水性ガス化反応を生じさせ、同反応の結果として可燃性ガスを含む水性ガスが生成される。この水性ガス化反応を化学式で示すと、
Ｃ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ２
となる。この水性ガス化反応には、熱分解ガス化炉２０の炉内温度を８００℃以上の高温とする必要がある。
【００２９】
このような水性ガス化反応により生成された水性ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素ガス（Ｈ２ ）を主成分とする安定した性状の混合ガスであり、いずれも可燃性であることから内燃機関の燃料として使用可能である。
上述した可燃性ガス（水性ガス）を燃料として使用できる内燃機関には、ガスエンジン、ガスタービンなどがある。
【００３０】
さて、上述した熱分解ガス化炉２０では、炉内に投入された炭化物を部分燃焼させて熱を得ることにより、水性ガス化反応に必要な８００℃以上の高温を容易に確保することができる。
しかし、炭化物を部分燃焼させると、炭化物の燃焼に必要な空気中に窒素が含まれていることから、窒素ガス及び窒素化合物の他にも二酸化炭素（ＣＯ２ ）等の燃焼排ガスが水性ガスと共に生成される。また、熱分解ガス化炉２０で生成された水性ガス等の可燃性ガスを主成分とする排出ガス（以下、「可燃性ガス」と呼ぶ）は、高温のため多量の熱を保有しており、この廃熱を有効利用して全体の熱効率を向上させることが望まれる。
【００３１】
図２は、図１に示した熱分解ガス化装置の構成例について、熱分解ガス化炉２０の下流側をより具体的に示したものであり、熱分解ガス化炉２０で生成された可燃性ガスは、ボイラ２１、空気予熱器２２、冷却器２３を経てガスホルダー２４へ貯蔵される。
【００３２】
ボイラ２１は、熱分解ガス化炉２０で生成された可燃性ガスが保有する廃熱を利用して、水蒸気を生成する水蒸気生成手段である。このボイラ２１では、ポンプ２５により供給された水と高温の可燃性ガスとの熱交換により水を加熱し、熱分解ガス化炉２０へ投入する水蒸気（たとえば１１０℃程度）を生成する。
【００３３】
熱分解ガス化炉２０からガスホルダー２４へ可燃性ガスを導く配管経路においてボイラ２１の下流側に設置されている空気予熱器２２は、熱分解ガス化炉２０で生成された可燃性ガスが保有する廃熱を利用して、空気を予熱する空気加熱手段である。この空気予熱器２２では、ファン２６により供給された空気と高温の可燃性ガスとの熱交換により空気を加熱し、熱分解ガス化炉２０へ投入する空気を予熱する。
【００３４】
上述したボイラ２１及び空気予熱器２２を設けて廃熱利用を行うと、熱分解ガス化炉２０へ投入する水蒸気及び空気の温度を高く設定できるので、炉内温度を高温に維持する部分燃焼の割合を低く抑えることができる。また、廃熱を有効利用するため、装置全体としての熱効率を向上させることができる。
なお、上述したボイラ２１及び空気予熱器２２を設けなくても熱分解ガス化装置の運転は可能であり、また、いずれか一方のみを設けたり、あるいはその設置順序を逆にするなど、諸条件に応じて適宜変更が可能である。
【００３５】
冷却器２３は、可燃性ガス中に含まれる水分を冷却して除湿する冷却手段である。この冷却器２３では、高温の可燃性ガスが冷却されることにより、水分が結露して分離除去される。従って、可燃性ガスにおいては、水分が除去された分だけＣＯ及びＨ２ の濃度が上昇するので、燃料としての質が向上する。
【００３６】
この水分は、水性ガス化反応に使用されなかった残りのＨ２Ｏと、水性ガス化反応と同時に生じるシフト反応による発生分である。このシフト反応の化学式を以下に示す。
ＣＯ２＋Ｈ２ → ＣＯ＋Ｈ２Ｏ
なお、積極的に冷却する冷却器２３を設けなくても、配管中やガスホルダー２４内において自然冷却により水分を結露させることも可能である。
【００３７】
ガスホルダー２４に貯蔵された可燃性ガスは、内燃機関３０の燃料として使用される。内燃機関３０は、発電機３１を駆動して発電するための動力源となり、ガスエンジン、ガスタービンの中から適宜選択される。
図示の例では、内燃機関３０の排気ガスが空気予熱器３２を経て大気に放出されており、ファン３３で供給される燃焼用の空気（吸気）が排気ガスの保有する廃熱を利用して加熱されている。このようにして吸気を予熱すると、内燃機関の熱効率を上げることができる。
【００３８】
上述した構成の熱分解ガス化装置によれば、炭化物と、水蒸気と、空気とを投入した熱分解ガス化炉２０内で水性ガス化反応が生じ、安定した性状の可燃性ガスを得ることができる。この可燃性ガスは、発電機３１を駆動する内燃機関３０の燃料として使用できるので、蒸気タービンによる発電を行っていた従来構成とは異なり、比較的小型で建設費の安価な内燃機関駆動の発電が可能となる。
【００３９】
また、内燃機関３０を駆動源とする発電は、必要に応じて発電を行うデイリースタート・シャットダウン運転を容易に実施することができる。
また、得られた可燃性ガスは内燃機関による発電以外に、ボイラの燃料として使用することもできる。
この時、有機性廃棄物が発生する場所またはその近傍に設置した炭化装置１０で炭化物を得た後、これを熱分解ガス化装置まで搬送して投入するように構成すれば、たとえばおから等のように水分の割合が極めて高い有機性廃棄物をそのまま搬送するのと比較して、減容された炭化物を搬送することで輸送費が削減できる。
【００４０】
ところで、図２に示す構成の熱分解ガス化装置を使用し，以下の条件で運転を実施した結果、発電量３１０ｋＷを得た。
［運転条件］
有機性廃棄物供給量：５０１ｋｇ／ｈ
炭化物製造量／供給量：９８ｋｇ／ｈ
炭化処理温度：５４８℃
熱分解ガス化炉温度：９５３℃
【００４１】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図３に示して説明する。なお、本実施形態の基本構成は上述した第１の実施形態（図２参照）と同様であり、従って、以下では異なる構成部分についてのみ説明する。
この実施形態では、熱分解ガス化炉２０に供給する空気に代えて、酸素濃度を高めた酸素富化空気を投入している。この酸素富化空気は、たとえば圧力スイング吸着装置（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＰＳＡ）２７により生成して供給する。この圧力スイング吸着装置２７は、圧力を高くすることにより吸着剤による吸着を行い、圧力を低くすることで脱着を行う。これによって吸脱着サイクルを繰り返し、空気中の脱湿やＮ２ ガス，Ｏ２ ガスの選択的回収などを行うことができる。
【００４２】
酸素富化空気の生成に圧力スイング吸着装置２７を採用する場合、一般に工場内等にある余剰圧縮空気を使用して消費電力を抑えることが好ましい。これは、通常の圧力スイング吸着装置では、すなわち、余剰圧縮空気の供給を受けない運転では付設の圧縮機を運転して圧縮空気を供給する必要があるので、この圧縮機における消費電力が大きくなってしまい、結局外部へ供給できる発電量が減少してメリットが少なくなるためである。
【００４３】
このような酸素富化空気を投入すると、部分燃焼に使用する燃焼用空気の窒素ガス供給量が低減されるので、その分水性ガス化反応により得られる可燃性ガスの濃度が上昇し、燃料ガスとして良好な性状となる。特に、窒素ガス成分の少ない可燃性ガスを燃料として使用することは、内燃機関３０の排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減にも有効であり、近年の環境問題を解決する上でも好ましいことである。
なお、上述した本実施形態では、通常の空気（大気）に代えて酸素富化空気を使用するものとしたが、窒素ガス成分が全く含まれていない酸素を投入するようにしてもよい。
【００４４】
ところで、図３に示す構成の熱分解ガス化装置を使用し，以下の条件で運転を実施した結果、発電量３３０ｋＷを得た。
［運転条件］
有機性廃棄物供給量：４８９ｋｇ／ｈ
炭化物製造量／供給量：９７ｋｇ／ｈ
炭化処理温度：５３８℃
熱分解ガス化炉温度：９４８℃
【００４５】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図４に示して説明する。なお、上述した各実施形態と同様の構成部分については同じ符合を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、熱分解ガス化炉２０へ投入する水蒸気を昇温させて、具体的には上述した第１の実施形態における１１０℃程度よりも高温となる過熱水蒸気（たとえば１０００℃程度）とする。
【００４６】
上述した過熱水蒸気は、ボイラ２１で生成した比較的低温の水蒸気を水蒸気過熱器４０へ導き、同水蒸気過熱器４０内において可燃性ガスの一部を燃焼させて得られる熱により加熱して昇温させる。なお、この実施形態では、水蒸気過熱器４０内の燃焼で発生した排ガスは、必要に応じて適当な処理を施した後、大気等へ放出されている。
【００４７】
ここで燃焼させる可燃性ガスは、熱分解ガス化炉２０で生成されてガスホルダー２４内に貯留されているものの一部が使用されている。このため、新たな燃料系を設ける必要はなく、コンパクトで安価な装置の構築に有利である。しかし、場合によっては、水蒸気過熱器４０に専用の燃料系を設けてもよい。
また、可燃性ガス燃焼用の空気としては、廃熱の有効利用や燃料節約など装置全体としての熱効率を向上させるためにも、空気予熱器２２で予熱されて熱分解ガス化炉２０へ投入されるものの一部を導入して使用するのが好ましい。
【００４８】
このようにして生成された過熱水蒸気を熱分解ガス化炉２０へ投入すると、過熱水蒸気が保有する多量の顕熱が炉内に持ち込まれる。このため、投入された炭化物の一部を燃焼させて炉内温度を上昇させる部分燃焼の割合を低く抑えることが可能となり、この部分燃焼に必要となる空気量も低減することができる。
このような空気量の低減は、空気中に含まれている窒素ガス量の減少を意味するので、その分生成される可燃性ガスの濃度が増し、内燃機関３０の燃料としてより好ましい性状になる。
【００４９】
ところで、図４に示す構成の熱分解ガス化装置を使用し，以下の条件で運転を実施した結果、発電量３４５ｋＷを得た。
［運転条件］
有機性廃棄物供給量：５０１ｋｇ／ｈ
炭化物製造量／供給量：１０１ｋｇ／ｈ
炭化処理温度：５４５℃
熱分解ガス化炉温度：９２８℃
【００５０】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図５に示して説明する。なお、上述した第３の実施形態と同様の構成部分については同じ符合を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、水蒸気過熱器４０から排出される燃焼排ガスの廃熱を有効利用するため、ボイラ２１へ供給される水を予熱する排ガス水熱交４１及び空気予熱器２２へ供給する空気を予熱する排ガス空気熱交４２を設けてある。なお、排ガス水熱交４１及び排ガス空気熱交４２で熱交換した排ガスは、必要に応じて適当な処理を施した後、大気等へ放出される。
【００５１】
上述した排ガス水熱交４１を設けると、大気中に排気されていた排ガスの廃熱を利用して水と熱交換させ、ポンプ２５で供給する水蒸気生成用の水を予熱することができる。このため、ボイラ２１へ供給する水温が上昇し、ボイラ２１における水蒸気の生成が容易になって蒸気温度を高くすることができる。また、ボイラ２１から水蒸気過熱器４０へ供給される水蒸気の温度が高くなると、水蒸気過熱器４０で消費する加熱用の燃料を節約することもできる。
【００５２】
一方、排ガス空気熱交４２を設けると、大気中に排気されていた排ガスの廃熱を利用して空気と熱交換させ、ファン２６で供給する空気を予熱することができる。このため、空気予熱器２２へ供給する空気温度が上昇し、空気予熱器２２から熱分解ガス化炉２０へ供給する空気温度がより高いものとなる。
このように、排ガス熱交４１及び排ガス水熱交４２を設け、水蒸気過熱器４０の廃熱を水及び空気の予熱源として用いれば、装置全体としての熱効率が向上する。なお、図示の例では排ガス水熱交４１及び排ガス空気熱交４２を共に設置してあるが、いずれか一方のみでもよい。
【００５３】
ところで、図５に示す構成の熱分解ガス化装置を使用し，以下の条件で運転を実施した結果、発電量３３３ｋＷを得た。
［運転条件］
有機性廃棄物供給量：４８８ｋｇ／ｈ
炭化物製造量／供給量：１０５ｋｇ／ｈ
炭化処理温度：５３５℃
熱分解ガス化炉温度：９４２℃
【００５４】
＜第５の実施形態＞
最後に、本発明の第５の実施形態を図６ないし図８に示して説明する。なお、上述した第３の実施形態と同様の構成部分については同じ符合を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、上述した各実施形態の熱分解ガス化炉２０に代えて、外熱式熱分解ガス化炉５０を採用している。外熱式熱分解ガス化炉５０は、原料となる有機性廃棄物から炭化物を生成する内側のガス化炉本体５１と、その外側を覆う外筒部５２とを具備して構成され、ガス化炉本体５１の外側から加熱するようになっている。
【００５５】
外熱式熱分解ガス化炉５０は、たとえば図７に示すように、内筒となるガス化炉本体５１の外側を外筒部５２が覆う二重構造となっており、ガス化炉本体５１の内部には、軸方向にスクリューコンベア５３が設置されている。なお、図中の符合５４はスクリューコンベア５３の駆動モータである。
また、ガス化炉本体５１には、炭化物を投入するホッパー５５及び灰を取り出す排出口５６が設けられている。このうち、ホッパー５５はスクリューコンベア５３の上流側となる上端部側に設けられ、排出口５６はスクリューコンベア５３の下流側となる下端部側に設けられている。
【００５６】
このように構成された外熱式熱分解ガス化炉５０では、ガス化炉本体５１の内部に炭化物及び過熱水蒸気が投入され、その外側に形成されたガス化炉本体５１と外筒部５２との空間部に水蒸気過熱器４０から高温の排ガスを導入して、ガス化炉本体５１を外側からたとえば８００℃以上の高温に加熱する。ここで投入する過熱水蒸気は、上述した水蒸気過熱器４０から供給される８００℃以上（たとえば１０００℃程度）に過熱した高温のものが好ましい。
【００５７】
この結果、ホッパー５５からガス化炉本体５１の内部に投入された炭化物は、スクリューコンベア５３により排出口５６側へ搬送される過程において、過熱水蒸気と共に外部からの加熱を受けて水性ガス化反応を生じ、安定した性状の可燃性ガスが生成される。この可燃性ガスは、以下上述した各実施形態と同様にしてガスホルダー２４に貯蔵され、発電機３１を駆動する内燃機関３０及び水蒸気過熱器４０の燃料として使用される。
なお、ガス化炉本体５１を加熱した排ガスは、必要に応じて適当な処理を施した後に大気へ排出され、可燃性ガスを生成した後の炭化物は、灰となって排出口５６から回収される。
【００５８】
上述したような外熱式熱分解ガス化炉５０を採用することにより、炭化物の部分燃焼が不要になるなどの理由から、炭化物を生成するガス化炉本体５１内に窒素を含む空気を供給する必要はない。このため、生成される可燃性ガスには窒素ガスが含まれず、その濃度は１００％に近い高濃度となる。これは、内燃機関３０の燃料として使用する可燃性ガスには好都合である。
【００５９】
ところで、図６に示す構成の熱分解ガス化装置を使用し，以下の条件で運転を実施した結果、発電量３７２ｋＷを得た。
［運転条件］
有機性廃棄物供給量：５０１ｋｇ／ｈ
炭化物製造量／供給量：１０２ｋｇ／ｈ
炭化処理温度：５２２℃
熱分解ガス化炉温度：９２８℃
【００６０】
続いて、上述した外熱式熱分解ガス化炉５０の構成について、その変形例を図８に示して説明する。
図８に示す変形例において、図中の符合６０は外熱式熱分解ガス化炉、６１はガス化炉本体、６２は外筒部、６３はスクリューコンベア、６４は駆動モータ、６５はホッパー、６６は排出口である。
【００６１】
この外熱式熱分解ガス化炉６０では、外筒部６２の内部に燃焼器６７が設けられている。この燃焼器６７は、生成した可燃性ガスの一部を燃焼させた火炎や燃焼排ガスの熱でガス化炉本体６１を外側から加熱すると共に、水または水蒸気を加熱してガス化炉本体６１内へ投入するための過熱水蒸気を生成する機能を有している。
過熱水蒸気は、外筒部６２内に配置した蒸気管路６８内を流れる水または水蒸気を燃焼器６７の火炎や排ガスで加熱することによって得られる。このような構成の外熱式熱分解ガス化炉６０は、実質的には、図７に示した外熱式熱分解ガス化炉５０に水蒸気過熱器４０を一体的に組み込んだ構成となる。
【００６２】
このような構成の外熱式ガス化炉６０としても、炭化物を生成するガス化炉本体６１内に窒素を含む空気を供給する必要はないので、内燃機関３０の燃料として好都合な１００％に近い高濃度の可燃性ガスを生成することができる。
【００６３】
また、外筒部６２内の燃焼器６７から発生した排ガスは、ガス化炉本体６１及び蒸気配管６８を加熱した後、必要に応じて適当な処置を施して大気へ放出されるが、この排ガスが保有する廃熱を有効利用して、熱分解ガス化装置全体の熱効率を上げることが望ましい。このような廃熱の有効利用としては、たとえば燃焼器６７へ供給する空気を予熱する排ガス空気熱交６９の予熱源として使用することが可能である。
さらに、蒸気配管６８の上流側に設けた熱交換器（図示省略）に排ガスを供給して水または水蒸気を予熱する予熱源としても使用したり、あるいは、第４の実施形態として図５に示した排ガス水熱交４１や排ガス空気熱交４２に排ガスを供給して予熱源とすることも可能である。
【００６４】
ところで、上述した各実施形態では、有機性廃棄物から炭化物を生成する炭化装置１０が熱分解ガス化装置と別体に設置され、たとえば有機性廃棄物の発生場所で炭化物を生成してから搬送するものとして説明したが、炭化装置１０と上述した各実施形態の熱分解ガス化装置とを一体的に配管等で連結し、炭化物を直接投入する構成の熱分解ガス化システムを構築してもよい。
このような熱分解ガス化システムを採用すれば、炭化装置１０で生成された炭化物が保有する熱を熱分解ガス化装置側で有効に利用できるので、システム全体としての熱効率がよい。
【００６５】
なお、本発明の構成は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜組み合わせるなど、種々の変形例が可能である。
【００６６】
【発明の効果】
上述した本発明の熱分解ガス化装置及び熱分解ガス化システムによれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の熱分解ガス化装置によれば、バイオマスまたは有機性廃棄物を原料として３００℃ないし８００℃で炭化処理して得た炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入して可燃性ガスを得るので、熱分解ガス化炉内の水性ガス化反応によって、水素ガス及び一酸化炭素を主成分とする良好な可燃性ガスが得られる。
【００６７】
すなわち、有機性廃棄物の性状に応じた炭化処理を行い、タール分の発生が少なく、収率が多く、かつ着火性・燃焼性が良いガス化に最適な性状の炭化物を製造した後、この炭化物の熱分解ガス化処理を行うため、安定した性状の可燃性ガスが得られる。この可燃性ガスは、デイリースタート・シャットダウン運転が容易な内燃機関の燃料として使用することができるので、内燃機関を駆動源として発電機を駆動することが可能になる。このため、コンパクトで安価な装置により中小規模の発電を行うことができるようになり、廃棄物量が中小量（たとえば０．５ｔ／日）で発電需要のある事業所にも適用することが可能である。
また、発電は内燃機関によるものであり、発電効率も３０％程度またはそれ以上まで向上させることができる。
【００６８】
また、炭化物を熱分解ガス化炉内で部分燃焼させて熱を得るようにすれば、他の加熱源を用いなくても熱分解ガス化炉の炉内温度を確実に水性ガス化反応に必要な高温（８００℃以上）とすることができるので、装置構成を小型化して安定した水性ガス化反応による可燃性ガスを得ることができる。
また、可燃性ガスが保有する熱を有効利用するため、水蒸気を生成する水蒸気生成手段や、空気を加熱する空気加熱手段を適宜設けることにより、廃熱の有効利用により装置全体としての熱効率が向上するので、運転コストの低減に効果を奏する。
【００６９】
また、可燃性ガスを冷却して除湿する冷却手段を設けると、水性ガス化反応により生成されて可燃性ガス中に含まれている水分を結露させて除去（除湿）し、可燃性ガスの濃度を上げることができる。このようにして得られた高濃度の可燃性燃料は、内燃機関燃料として良質であり、従って、内燃機関の出力向上や排気ガスの処理が容易になる。
【００７０】
また、空気に代えて、酸素富化空気または酸素を熱分解ガス化炉内へ投入するようにすれば、通常の空気を投入する場合と比較して、炉内に供給される窒素ガス量が低減または全くなくなるので、生成される可燃性ガスの濃度が上昇する。このようにして得られた高濃度の可燃性燃料は、内燃機関燃料として良質であり、従って、内燃機関の出力向上や排気ガスの処理が容易になる。
ここで、酸素富化空気を熱分解ガス化装置周辺に存在する余剰圧縮空気を使用した圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）により生成して供給すれば、酸素富化空気の生成に消費する電力を最小限とし、内燃機関駆動の発電機による発電量を確保して供給することができる。
【００７１】
また、水蒸気を昇温させてから熱分解ガス化炉内に投入すれば、熱分解ガス化炉内へ多量の顕熱が持ち込まれるので、部分燃焼の割合を最小限とすることができる。従って、熱分解ガス化炉内へ投入する空気量も最小限となり、窒素ガス量が低減する分生成される可燃性ガスの濃度が上昇する。このようにして得られた高濃度の可燃性燃料は、内燃機関燃料として良質であり、従って、内燃機関の出力向上や排気ガスの処理が容易になる。
この場合の水蒸気としては、好ましくは水蒸気過熱器を設け、可燃性ガスの一部を水蒸気過熱器内で燃焼させて得られる熱で昇温されたものを使用すると、新たな燃料供給系が不要となってコンパクトで安価な装置とすることができる。なお、水蒸気過熱器を出た排ガスを予熱源として用い、空気及び水の少なくとも一方を昇温させれば、装置全体としての熱効率をより一層向上させて運転コストの低減に効果を奏する。
【００７２】
また、熱分解ガス化炉としてガス化炉本体の外側を加熱する外熱式熱分解ガス化炉を採用すれば、炭化物を生成するガス化炉本体内に窒素を含む空気を供給する必要がなくなるので、生成される可燃性ガスの濃度は、１００％に近い高濃度となる。このようにして得られた高濃度の可燃性燃料は、内燃機関燃料として良質であり、従って、内燃機関の出力向上や排気ガスの処理が容易になる。
この場合、外熱式熱分解ガス化炉のガス化炉本体が、水蒸気過熱器の排ガスで加熱されるようにすれば、水蒸気加熱器の廃熱を有効利用できるので、装置全体としての熱効率が向上して運転コストの低減に効果を奏する。
あるいは、外熱式熱分解ガス化炉のガス化炉本体が、過熱水蒸気を生成する火炎で加熱されるように構成すれば、外熱式熱分解ガス化炉と水蒸気過熱器とを一体化でき、かつ、装置全体としての熱効率が向上するので、装置の小型化及び運転コストの低減に有効である。
なお、外熱式熱分解ガス化炉の排ガスを熱源として用い、空気及び水の少なくとも一方を予熱して昇温させれば、装置全体としての熱効率をより一層向上させることができる。
【００７３】
請求項１７に記載の熱分解ガス化システムによれば、原料のバイオマスまたは有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して炭化物を得る炭化装置及び熱分解ガス化装置を具備しているので、炭化装置で得た炭化物が有する熱を熱分解ガス化装置においてそのまま利用できるので、システム全体の熱効率を向上させることができる。
一方、熱分解ガス化装置が、有機性廃棄物の発生元に設置されている炭化装置で炭化させた炭化物を搬送し、この炭化物の供給を受けるようにすれば、有機性廃棄物を直接搬送する場合と比較して減容化した炭化物を搬送することになるので、輸送費が削減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱分解ガス化装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の熱分解ガス化装置について、具体的な構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る熱分解ガス化装置の第２の実施形態について、具体的な構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る熱分解ガス化装置の第３の実施形態について、具体的な構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る熱分解ガス化装置の第４の実施形態について、具体的な構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る熱分解ガス化装置の第５の実施形態について、具体的な構成例を示す図である。
【図７】外熱式熱分解ガス化炉の構成例を示す図である。
【図８】図７に示した外熱式熱分解ガス化炉の変形例を示す図である。
【図９】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 炭化装置
２０ 熱分解ガス化炉
２１ ボイラ（水蒸気生成手段）
２２ 空気予熱器（空気加熱手段）
２３ 冷却器（冷却手段）
２４ ガスホルダー
２７ 圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）
３０ 内燃機関
３１ 発電機
４０ 水蒸気過熱器
４１ 排ガス水熱交
４２ 排ガス空気熱交
５０，６０ 外熱式熱分解ガス化炉
５１，６１ ガス化炉本体
５２，６２ 外筒部
５３，６３ スクリューコンベア
５４，６４ 駆動モータ
５５，６５ ホッパー
５６，６６ 排出口
６７ 燃焼器
６８ 蒸気管路
６９ 排ガス空気熱交[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pyrolysis gasification apparatus and a pyrolysis gasification system, and particularly to a technique suitable for use in treating and effectively utilizing biomass and organic waste.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, in order to reduce the volume of various organic wastes such as refuse, heat treatment such as incineration, carbonization, and melting is performed, and power generation is performed using waste heat generated at this time. .
In the prior art shown in FIG. 9, waste such as refuse is incinerated and melted in a fluidized bed gasifier 1 and a rotary kiln melting furnace 2, and high-temperature exhaust gas obtained from the rotary kiln melting furnace 2 is supplied to a boiler 3. Generates steam. This steam is supplied to a steam turbine (not shown) constituting the power generation device 4, and the steam turbine drives a generator (not shown) to generate power. (This is called "waste incineration and steam turbine system.")
[0003]
On the other hand, apart from the waste incineration / steam turbine power generation system, it has also been proposed to generate electricity by partially oxidizing or thermally decomposing various organic wastes such as refuse and using the combustible gas obtained at this time as fuel for an internal combustion engine. I have. (These methods are referred to as "conventional pyrolysis gasification systems.")
In this case, the internal combustion engine includes a gas engine and a gas turbine.
[0004]
In a conventional pyrolysis gasification system, waste is pyrolyzed in a pyrolysis gasifier to generate flammable pyrolysis gas, and tar in the pyrolysis gas is decomposed by a high-temperature decomposition treatment device (so-called cracking). Further, the gas cleaning / cooling device suppresses the resynthesis of dioxin and removes impurities to obtain a combustible gas. In the power generation by the conventional pyrolysis gasification system, since the energy held by the waste can be used more efficiently, power generation with higher thermal efficiency than the steam turbine power generation system is possible.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned conventional waste incineration / steam power generation system has the following problems.
(1) In order to suppress the generation of dioxin, which has become a problem in recent years, it is necessary to perform heat treatment under a temperature condition in which a high temperature of 850 ° C. or more is secured. It has been difficult to secure the above temperature conditions because the amount of heat is too large. In addition, in order to generate electric power using the waste heat, it is necessary to increase the size of the entire apparatus (for example, the processing capacity is about 100 t / day or more) from the viewpoint of profitability and the like, and to achieve a scale advantage.
[0006]
(2) Because of the situation described above, which can only be handled by a large-sized device, a small-to-medium-sized business that generates small and medium-sized wastes and that has a demand for electric power performs a thermal decomposition process on organic waste and a device for this device. Even if the introduction of a system that generates electricity using waste heat is considered, it is difficult to realize.
[0007]
(3) Generally, steam obtained by using waste heat is supplied to a steam turbine to generate electric power, and the size of equipment such as a boiler and a generator is increased. Basically. For this reason, it is difficult to perform a daily start / shutdown operation corresponding to the presence / absence of the waste amount or the working mode of the operator. In addition, it is difficult to increase the steam temperature due to the problem of boiler panel corrosion, and the power generation efficiency is as low as about 25%.
On the other hand, in the above-described conventional pyrolysis gasification system, it is necessary to decompose tar components at a high temperature, so it is necessary to install an expensive high-temperature decomposition processing apparatus, and to process the pyrolysis gas subjected to the high-temperature decomposition processing. Therefore, a large washing / cooling device is required. Therefore, the power generation by the conventional pyrolysis gasification system also has a problem in terms of profitability and apparatus scale when applied to medium to small amounts of organic waste.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a pyrolysis gasification apparatus and a pyrolysis gasification system that can be applied to medium to small amounts of organic waste.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The pyrolysis gasifier according to claim 1 is characterized in that biomass or organic waste is carbonized at 300 to 800 ° C, steam, and air are charged into a pyrolysis gasifier. To obtain a combustible gas.
[0010]
If the carbonization temperature is raised in the process of carbonizing this organic waste (for example, 650 ° C.), the amount of generation and release of pyrolysis gas increases, so that the amount of heavy oil in the obtained carbide decreases, In the pyrolysis gasifier, the generation of tar components that cause clogging of equipment and piping is reduced, but the yield of carbide is reduced and the gas conversion rate of organic waste is also reduced. Also, in this case, the ignitability and flammability at the time of partially burning the carbide is reduced because the volatile components contained in the carbide are reduced.
On the other hand, when the carbonization temperature is lowered (for example, 350 ° C.), the amount of tar increases, contrary to the above, but the yield of carbide increases, and the ignition and combustibility improve.
[0011]
In consideration of these, in general carbonization treatment of biomass or organic waste, it is possible to obtain a carbide suitable for gasification by setting the carbonization treatment temperature to 300 ° C to 800 ° C, more preferably A carbonization temperature of about 550 ° C to 400 ° C is desirable.
In the present invention, carbonization according to the properties of organic wastes and the like is separately performed as a pre-process of the pyrolysis gasification treatment, and the generation of tar components is small, the yield is high, and the gas having good ignitability and combustibility is used. It is characterized in that after producing a carbide having the optimum properties for gasification, it is supplied to a pyrolysis gasifier.
[0012]
According to such a pyrolysis gasifier, the charcoal having optimum properties for gasification obtained from a carbonizer using biomass or organic waste as a raw material, steam, and air are introduced into the pyrolysis gasifier. Since the flammable gas is obtained by being charged, the water gas is generated as a flammable gas by the water gasification reaction in the pyrolysis gasification furnace. In this case, the use of carbide having the optimum properties for gasification and the addition of steam can suppress the generation of tar components. This water gas is hydrogen gas (H2This is a stable mixed gas containing) and carbon monoxide (CO) as main components, and can be used as a fuel for an internal combustion engine in which daily start / shutdown operation is easy.
In this case, if the pyrolysis gasifier receives the supply of the carbonized carbon at the source of the organic waste, the reduced volume of the carbonized material is compared with the case where the organic waste is directly transported. Since transportation is performed, transportation costs can be reduced.
[0013]
A pyrolysis gasifier according to a second aspect is the pyrolysis gasifier according to the first aspect, wherein the combustible gas is supplied to the internal combustion engine as fuel, and the generator is driven by operating the internal combustion engine. It is characterized by generating electricity.
According to such a pyrolysis gasifier, an internal combustion engine that can be easily started and shut down daily by using a flammable gas as a fuel can be operated, and the generator can be driven by using the internal combustion engine as a drive source. Inexpensive devices can generate small and medium-scale power generation, and high power generation efficiency can be obtained. In this case, suitable internal combustion engines include a gas engine and a gas turbine.
[0014]
A pyrolysis gasifier according to a third aspect is characterized in that, in the pyrolysis gasifier according to the first or second aspect, heat is obtained by partially burning the carbide in a pyrolysis gasifier.
According to such a pyrolysis gasifier, a high temperature (800 ° C. or higher) required for the water gasification reaction can be easily obtained with respect to the furnace temperature of the pyrolysis gasifier.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the pyrolysis gasifier according to any one of the first to third aspects, wherein the steam generated by using the heat of the combustible gas to generate the steam is used. Means are preferably provided, whereby the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved by effective use of waste heat.
[0016]
A pyrolysis gasifier according to a fifth aspect of the present invention is the pyrolysis gasifier according to any one of the first to fourth aspects, wherein the air is heated using the heat of the combustible gas to heat the air. Means are preferably provided, whereby the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved by effective use of waste heat.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, the pyrolysis gasifier according to any one of the first to fifth aspects is preferably provided with a cooling unit for cooling the combustible gas to dehumidify the combustible gas. Thereby, the moisture generated by the water gasification reaction and contained in the combustible gas is condensed and removed (dehumidified), and the concentration of the combustible gas can be increased.
[0018]
The pyrolysis gasifier according to claim 7 is the pyrolysis gasifier according to any one of claims 1 to 6, wherein it is preferable to supply oxygen-enriched air or oxygen instead of the air, As a result, compared with the case where normal air is supplied, the nitrogen gas (N2Iii) The concentration of combustible gas generated increases because the volume is reduced or eliminated altogether.
In this case, the oxygen-enriched air is preferably generated and supplied by a pressure swing adsorption device (PSA). For the PSA operation, excess compressed air existing around the pyrolysis gasifier may be used. (Claim 8)
[0019]
In the pyrolysis gasifier according to claim 9, in the pyrolysis gasifier according to any one of claims 1 to 8, the steam may be heated and then charged into the pyrolysis gasifier. Preferably, this allows a large amount of sensible heat to be brought into the pyrolysis gasifier, so that the rate of partial combustion can be minimized. Therefore, the amount of air introduced into the pyrolysis gasifier is also minimized, and the nitrogen gas (N2Ii) The concentration of combustible gas generated increases as the amount decreases.
[0020]
In the pyrolysis gasifier according to the ninth aspect, it is preferable that the temperature of the steam is raised by heat obtained by burning a part of the combustible gas, thereby providing a new fuel supply system. Since there is no need, a compact and inexpensive device can be provided. (Claim 10)
In this case, there is a steam superheater as a suitable device for raising the temperature of steam by heat obtained by burning a part of the combustible gas. (Claim 11)
Furthermore, by using the exhaust gas discharged from the steam superheater as a preheating source and raising the temperature of at least one of the air and the water, the thermal efficiency of the entire apparatus can be further improved. (Claim 12)
[0021]
The pyrolysis gasifier according to claim 13 is the pyrolysis gasifier according to any one of claims 1, 2, 4 to 6, and 9 to 12, wherein the pyrolysis gasifier is a gasification furnace. It is characterized by being an external heat type pyrolysis gasifier which heats the outside of the main body.
With such a pyrolysis gasifier, it is not necessary to supply air containing nitrogen into the gasification furnace body for generating carbides, so that the concentration of the combustible gas generated is as high as 100%. It becomes.
[0022]
In the pyrolysis gasifier according to claim 13, it is preferable that the gasification furnace main body of the external heat type pyrolysis gasification furnace is heated by exhaust gas of the steam superheater, and thereby, the steam heater is used. Since the waste heat can be effectively used, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved. (Claim 14)
Further, in the pyrolysis gasifier according to claim 13, the gasification furnace body of the external heat type pyrolysis gasification furnace may be configured to be heated by a flame that generates superheated steam. Thereby, the external heat type pyrolysis gasifier and the steam superheater can be integrated, and the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved. (Claim 15)
[0023]
In the pyrolysis gasifier according to claim 14 or 15, it is preferable to use exhaust gas of the external heat type pyrolysis gasification furnace as a heat source, and preheat and heat at least one of the air and the water. Thus, the thermal efficiency of the entire device can be further improved. (Claim 16)
[0024]
The pyrolysis gasification system according to claim 17, wherein the biomass or the organic waste is carbonized at 300 ° C. to 800 ° C. to obtain a carbide, and the pyrolysis device according to claim 1. And a gasifier.
[0025]
Such a pyrolysis gasification system includes a carbonization device for obtaining carbides from biomass or organic waste and a pyrolysis gasification device. Therefore, the thermal efficiency of the entire system can be improved.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a pyrolysis gasification apparatus and a pyrolysis gasification system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a carbonization device, and reference numeral 20 denotes a pyrolysis gasification furnace. In the pyrolysis gasifier in this embodiment, the carbide (C) obtained from the carbonizer 10 using organic waste as a raw material, steam, and air are charged into the pyrolysis gasifier 20, A combustible gas is obtained by a water gasification reaction. In addition, as a raw material of the carbonization device 10, biomass can be used in addition to the organic waste.
[0027]
The carbonization device 10 performs carbonization using the organic waste put into the carbonization furnace as a raw material to generate carbide. Here, examples of the organic waste as raw materials include, for example, food production by-products such as okara and tea husks, wood chips, manure, garbage, organic sludge, sewage sludge, and the like. The temperature of the carbonization treatment in the carbonization device 10 is preferably from 300 ° C to 800 ° C, and more preferably from about 400 ° C to 550 ° C in order to obtain a carbide suitable for gasification. This is because the higher the carbonization temperature, the lower the tar content, but the lower the carbonization yield and organic waste gas conversion rate, and the lower the carbonization temperature, the higher the tar content. On the other hand, the yield of carbide increases, and the ignition and combustibility also improve.
The carbonization device 10 used here can adopt various known devices, and is not particularly limited. However, volatile matter generated in the treatment process is burned at a high temperature of 850 ° C. or more to suppress dioxin. It is preferable to use it as heat for carbonization.
[0028]
The pyrolysis gasification furnace 20 causes a water gasification reaction by introducing carbides, steam and air, and as a result of the reaction, a water gas containing a combustible gas is generated. When this water gasification reaction is represented by a chemical formula,
C + H2O → CO + H2
It becomes. For this water gasification reaction, it is necessary to set the furnace temperature of the pyrolysis gasification furnace 20 to a high temperature of 800 ° C. or higher.
[0029]
The water gas generated by such a water gasification reaction contains carbon monoxide (CO) and hydrogen gas (H2It is a stable mixed gas containing) as a main component, and can be used as fuel for internal combustion engines because all are combustible.
Internal combustion engines that can use the above-described combustible gas (water gas) as fuel include gas engines and gas turbines.
[0030]
By the way, in the pyrolysis gasification furnace 20 described above, the high temperature of 800 ° C. or higher required for the water gasification reaction can be easily secured by partially burning the carbide put in the furnace to obtain heat. .
However, when the carbides are partially burned, nitrogen is contained in the air necessary for burning the carbides.2Combustion exhaust gas such as) is generated together with water gas. Further, an exhaust gas (hereinafter, referred to as a “flammable gas”) mainly composed of a flammable gas such as a water gas generated in the pyrolysis gasifier 20 has a large amount of heat due to a high temperature. It is desired to effectively use this waste heat to improve the overall thermal efficiency.
[0031]
FIG. 2 more specifically shows the downstream side of the pyrolysis gasifier 20 in the configuration example of the pyrolysis gasifier shown in FIG. 1, and shows the flammable gas generated by the pyrolysis gasifier 20. The volatile gas is stored in a gas holder 24 via a boiler 21, an air preheater 22, and a cooler 23.
[0032]
The boiler 21 is a steam generation unit that generates steam by using waste heat of the combustible gas generated in the pyrolysis gasifier 20. The boiler 21 heats the water by heat exchange between the water supplied by the pump 25 and the high-temperature flammable gas, and generates steam (for example, about 110 ° C.) to be supplied to the pyrolysis gasifier 20.
[0033]
The air preheater 22 installed on the downstream side of the boiler 21 in the piping route for guiding the combustible gas from the pyrolysis gasifier 20 to the gas holder 24 holds the combustible gas generated in the pyrolysis gasifier 20. It is an air heating means for preheating air by utilizing waste heat generated. The air preheater 22 heats the air by heat exchange between the air supplied by the fan 26 and the high-temperature flammable gas, and preheats the air supplied to the pyrolysis gasifier 20.
[0034]
When waste heat is used by providing the boiler 21 and the air preheater 22 described above, the temperature of steam and air to be charged into the pyrolysis gasification furnace 20 can be set high. The ratio can be kept low. Further, since the waste heat is effectively used, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved.
The operation of the pyrolysis gasifier can be performed without providing the boiler 21 and the air preheater 22 described above, and various conditions such as providing only one of them or reversing the order of installation are also possible. Can be changed as appropriate.
[0035]
The cooler 23 is a cooling unit that cools and dehumidifies the moisture contained in the combustible gas. In the cooler 23, when the high-temperature combustible gas is cooled, moisture is condensed and separated and removed. Therefore, in the combustible gas, CO and H are reduced by the amount of water removed.2Since the concentration of increases, the quality as fuel improves.
[0036]
This water is used to remove residual H that has not been used in the water gasification reaction.2O and the amount generated by the shift reaction that occurs simultaneously with the water gasification reaction. The chemical formula of this shift reaction is shown below.
CO2+ H2→ CO + H2O
In addition, even if it does not provide the cooler 23 which cools positively, it is also possible to condense moisture by natural cooling in piping and the gas holder 24.
[0037]
The combustible gas stored in the gas holder 24 is used as fuel for the internal combustion engine 30. The internal combustion engine 30 is a power source for driving the generator 31 to generate power, and is appropriately selected from a gas engine and a gas turbine.
In the illustrated example, the exhaust gas of the internal combustion engine 30 is released to the atmosphere via the air preheater 32, and the combustion air (intake) supplied by the fan 33 utilizes the waste heat of the exhaust gas. Heated. Preheating the intake air in this way can increase the thermal efficiency of the internal combustion engine.
[0038]
According to the pyrolysis gasifier having the above-described structure, a water gasification reaction occurs in the pyrolysis gasifier 20 into which the carbide, steam, and air are charged, and a stable property of a combustible gas can be obtained. it can. Since this flammable gas can be used as fuel for the internal combustion engine 30 that drives the generator 31, unlike the conventional configuration in which power generation is performed by a steam turbine, the power generation by the internal combustion engine that is relatively small and inexpensive in construction costs is performed. Becomes possible.
[0039]
Further, in the power generation using the internal combustion engine 30 as a drive source, a daily start / shutdown operation for generating power as needed can be easily performed.
Further, the obtained combustible gas can be used as fuel for a boiler in addition to power generation by an internal combustion engine.
At this time, after the carbide is obtained by the carbonization device 10 installed at or near the place where the organic waste is generated, the charcoal is conveyed to the pyrolysis gasifier, and is supplied. As compared with the case of transporting an organic waste having a very high water content as described above, the transportation cost can be reduced by transporting the reduced-volume carbide.
[0040]
By the way, using the pyrolysis gasifier having the configuration shown in FIG. 2 and operating under the following conditions, a power generation amount of 310 kW was obtained.
[Operating conditions]
Organic waste supply: 501 kg / h
Carbide production / supply: 98 kg / h
Carbonization temperature: 548 ° C
Pyrolysis gasifier temperature: 953 ° C
[0041]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the basic configuration of this embodiment is the same as that of the above-described first embodiment (see FIG. 2), and therefore, only different components will be described below.
In this embodiment, instead of the air supplied to the pyrolysis gasification furnace 20, oxygen-enriched air having an increased oxygen concentration is supplied. This oxygen-enriched air is generated and supplied by, for example, a pressure swing adsorption device (Pressure Swing Adsorption: PSA) 27. The pressure swing adsorption device 27 performs adsorption by an adsorbent by increasing the pressure, and performs desorption by decreasing the pressure. Thus, the adsorption / desorption cycle is repeated, and dehumidification in air and N2Gas, O2選 択 Selective recovery of gas can be performed.
[0042]
When employing the pressure swing adsorption device 27 for generating oxygen-enriched air, it is generally preferable to suppress power consumption by using excess compressed air in a factory or the like. This is because, in a normal pressure swing adsorption device, that is, in an operation that does not receive the supply of excess compressed air, it is necessary to operate the attached compressor to supply compressed air, so that the power consumption in this compressor increases. This is because the amount of power that can be supplied to the outside is reduced, and the merit is reduced.
[0043]
When such oxygen-enriched air is supplied, the nitrogen gas supply amount of the combustion air used for partial combustion is reduced, so that the concentration of the flammable gas obtained by the water-based gasification reaction increases, and the fuel gas As good properties. In particular, using a combustible gas having a small nitrogen gas component as a fuel is effective in reducing nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas of the internal combustion engine 30, and is also useful in solving recent environmental problems. It is preferable.
In the above-described embodiment, oxygen-enriched air is used instead of normal air (atmosphere). However, oxygen containing no nitrogen gas component may be supplied.
[0044]
By the way, using the pyrolysis gasifier having the configuration shown in FIG. 3 and operating under the following conditions, a power generation of 330 kW was obtained.
[Operating conditions]
Organic waste supply: 489 kg / h
Carbide production / supply: 97 kg / h
Carbonization temperature: 538 ° C
Pyrolysis gasifier temperature: 948 ° C
[0045]
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
In this embodiment, the temperature of the steam supplied to the pyrolysis gasifier 20 is increased, and specifically, the temperature of the superheated steam (for example, about 1000 ° C.) becomes higher than about 110 ° C. in the above-described first embodiment. I do.
[0046]
The above-mentioned superheated steam leads the relatively low-temperature steam generated by the boiler 21 to the steam superheater 40, and heats up by heating obtained by burning a part of the combustible gas in the steam superheater 40 to raise the temperature. Let it. In this embodiment, the exhaust gas generated by the combustion in the steam superheater 40 is discharged to the atmosphere or the like after performing an appropriate process as needed.
[0047]
Here, a part of the combustible gas generated in the pyrolysis gasifier 20 and stored in the gas holder 24 is used. Therefore, there is no need to provide a new fuel system, which is advantageous for constructing a compact and inexpensive device. However, in some cases, the steam superheater 40 may be provided with a dedicated fuel system.
The air for combustible gas combustion is supplied to the pyrolysis gasifier 20 after being preheated by the air preheater 22 in order to improve the thermal efficiency of the entire apparatus such as effective use of waste heat and fuel saving. It is preferable to introduce and use a part of those.
[0048]
When the superheated steam generated in this way is put into the pyrolysis gasifier 20, a large amount of sensible heat possessed by the superheated steam is brought into the furnace. For this reason, it becomes possible to suppress the rate of the partial combustion that raises the furnace temperature by burning a part of the charged carbide, and also reduce the amount of air required for the partial combustion.
Since such a decrease in the amount of air means a decrease in the amount of nitrogen gas contained in the air, the concentration of the combustible gas generated increases accordingly, and the properties of the fuel for the internal combustion engine 30 become more favorable. .
[0049]
By the way, the operation was performed under the following conditions using the pyrolysis gasifier having the configuration shown in FIG. 4, and as a result, a power generation amount of 345 kW was obtained.
[Operating conditions]
Organic waste supply: 501 kg / h
Production / supply amount of carbide: 101 kg / h
Carbonization temperature: 545 ° C
Pyrolysis gasifier temperature: 928 ° C
[0050]
<Fourth embodiment>
Subsequently, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the above-described third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this embodiment, in order to effectively use the waste heat of the combustion exhaust gas discharged from the steam superheater 40, the exhaust gas water heat exchange 41 for preheating water supplied to the boiler 21 and the air supplied to the air preheater 22 are preheated. The exhaust gas air heat exchange 42 is provided. Note that the exhaust gas that has undergone heat exchange in the exhaust gas water heat exchange 41 and the exhaust gas air heat exchange 42 is discharged to the atmosphere or the like after being subjected to appropriate treatment as necessary.
[0051]
When the above-described exhaust gas water heat exchange 41 is provided, it is possible to use the waste heat of the exhaust gas exhausted to the atmosphere to exchange heat with water, and to preheat the water for steam generation supplied by the pump 25. For this reason, the temperature of the water supplied to the boiler 21 increases, and the generation of steam in the boiler 21 becomes easy, and the steam temperature can be increased. Further, when the temperature of the steam supplied from the boiler 21 to the steam superheater 40 increases, the fuel for heating consumed by the steam superheater 40 can also be saved.
[0052]
On the other hand, when the exhaust gas air heat exchange 42 is provided, the waste heat of the exhaust gas exhausted into the atmosphere is used to exchange heat with the air, and the air supplied by the fan 26 can be preheated. For this reason, the temperature of the air supplied to the air preheater 22 increases, and the temperature of the air supplied from the air preheater 22 to the pyrolysis gasifier 20 becomes higher.
As described above, when the exhaust gas heat exchange 41 and the exhaust gas water exchange 42 are provided, and the waste heat of the steam superheater 40 is used as a preheating source for water and air, the thermal efficiency of the entire apparatus is improved. In the illustrated example, the exhaust gas water heat exchange 41 and the exhaust gas air heat exchange 42 are both installed, but only one of them may be used.
[0053]
By the way, by using the pyrolysis gasifier having the configuration shown in FIG. 5 and operating under the following conditions, a power generation amount of 333 kW was obtained.
[Operating conditions]
Organic waste supply: 488 kg / h
Production / supply amount of carbide: 105 kg / h
Carbonization temperature: 535 ° C
Pyrolysis gasifier temperature: 942 ° C
[0054]
<Fifth embodiment>
Finally, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those in the above-described third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this embodiment, an external heat type pyrolysis gasifier 50 is employed in place of the pyrolysis gasifier 20 of each of the above-described embodiments. The external heat type pyrolysis gasification furnace 50 includes an inner gasification furnace main body 51 that produces carbide from organic waste as a raw material, and an outer cylinder portion 52 that covers the outside thereof. Heating is performed from outside the furnace body 51.
[0055]
As shown in FIG. 7, for example, the external heat type pyrolysis gasifier 50 has a double structure in which an outer cylinder portion 52 covers the outside of a gasification furnace body 51 serving as an inner cylinder. The screw conveyor 53 is installed in the inside of the inside in the axial direction. Reference numeral 54 in the drawing denotes a drive motor for the screw conveyor 53.
Further, the gasification furnace main body 51 is provided with a hopper 55 for charging carbides and an outlet 56 for extracting ash. Among them, the hopper 55 is provided on the upper end side which is the upstream side of the screw conveyor 53, and the discharge port 56 is provided on the lower end side which is the downstream side of the screw conveyor 53.
[0056]
In the externally-heated pyrolysis gasifier 50 configured as described above, carbide and superheated steam are introduced into the gasification furnace main body 51, and the gasification furnace main body 51 and the outer cylinder portion 52 formed outside thereof are formed. A high-temperature exhaust gas is introduced from the steam superheater 40 into the space of the above, and the gasification furnace main body 51 is heated from the outside to a high temperature of, for example, 800 ° C. or more. The superheated steam supplied here is preferably a high-temperature steam that is heated from 800 ° C. or more (for example, about 1000 ° C.) supplied from the steam superheater 40 described above.
[0057]
As a result, in the process of being transported from the hopper 55 to the inside of the gasification furnace main body 51 by the screw conveyor 53 to the discharge port 56 side, the carbide is subjected to external heating together with superheated steam to carry out the water gasification reaction. As a result, a combustible gas having stable properties is generated. This combustible gas is stored in the gas holder 24 in the same manner as in the above-described embodiments, and is used as fuel for the internal combustion engine 30 that drives the generator 31 and the steam superheater 40.
In addition, the exhaust gas which heated the gasification furnace main body 51 is discharged to the atmosphere after performing appropriate processing as necessary, and the carbide after generating the combustible gas is recovered as ash from the discharge port 56. You.
[0058]
By employing the external heat type pyrolysis gasification furnace 50 as described above, air containing nitrogen is supplied into the gasification furnace main body 51 for generating carbides, for example, because partial combustion of carbides becomes unnecessary. No need. For this reason, the combustible gas generated does not contain nitrogen gas, and its concentration becomes a high concentration close to 100%. This is advantageous for combustible gas used as fuel for the internal combustion engine 30.
[0059]
By the way, using the pyrolysis gasifier having the configuration shown in FIG. 6 and operating under the following conditions, a power generation amount of 372 kW was obtained.
[Operating conditions]
Organic waste supply: 501 kg / h
Carbide production / supply: 102 kg / h
Carbonization temperature: 522 ° C
Pyrolysis gasifier temperature: 928 ° C
[0060]
Next, a modification of the configuration of the above-described external heat type pyrolysis gasifier 50 will be described with reference to FIG.
In the modification shown in FIG. 8, reference numeral 60 in the figure is an external heat type pyrolysis gasifier, 61 is a gasifier main body, 62 is an outer cylinder, 63 is a screw conveyor, 64 is a drive motor, 65 is a hopper, 66 is a discharge port.
[0061]
In the external heat type pyrolysis gasifier 60, a combustor 67 is provided inside the outer cylinder portion 62. The combustor 67 heats the gasification furnace main body 61 from the outside with the heat of the flame or the combustion exhaust gas that burns a part of the generated combustible gas, and heats the water or steam to form the inside of the gasification furnace main body 61. It has the function of generating superheated steam to be charged into the tank.
The superheated steam is obtained by heating water or steam flowing in the steam pipe 68 disposed in the outer cylinder portion 62 with the flame or exhaust gas of the combustor 67. The external heat type pyrolysis gasification furnace 60 having such a configuration is substantially a configuration in which the steam superheater 40 is integrated into the external heat type pyrolysis gasification furnace 50 shown in FIG.
[0062]
Even with the external heating type gasifier 60 having such a configuration, it is not necessary to supply air containing nitrogen into the gasifier body 61 that generates carbides, so that it is close to 100%, which is favorable as a fuel for the internal combustion engine 30. High concentration of combustible gas can be generated.
[0063]
Further, the exhaust gas generated from the combustor 67 in the outer cylinder portion 62 is released to the atmosphere after heating the gasification furnace main body 61 and the steam pipe 68 and performing appropriate measures as necessary. It is desirable to increase the thermal efficiency of the entire pyrolysis gasifier by effectively utilizing the waste heat possessed by the company. As such an effective use of the waste heat, for example, it is possible to use the waste heat as a preheating source of the exhaust gas air heat exchange 69 for preheating the air supplied to the combustor 67.
Further, the exhaust gas is supplied to a heat exchanger (not shown) provided on the upstream side of the steam pipe 68 to be used as a preheating source for preheating water or steam, or as shown in FIG. 5 as a fourth embodiment. It is also possible to supply the exhaust gas to the exhaust gas water heat exchange 41 or the exhaust gas air heat exchange 42 and use it as a preheating source.
[0064]
By the way, in each of the above-described embodiments, the carbonization device 10 that generates carbide from organic waste is installed separately from the pyrolysis gasifier, and for example, the carbonization is generated at the location where the organic waste is generated and then transported. However, even if the pyrolysis gasification system of the configuration in which the carbonization device 10 and the pyrolysis gasification device of each of the above-described embodiments are integrally connected by piping or the like and the carbide is directly charged is constructed. Good.
If such a pyrolysis gasification system is employed, the heat possessed by the carbide generated in the carbonization device 10 can be effectively used on the pyrolysis gasification device side, and the thermal efficiency of the entire system is good.
[0065]
It should be noted that the configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made, such as an appropriate combination without departing from the gist of the present invention.
[0066]
【The invention's effect】
According to the pyrolysis gasification apparatus and the pyrolysis gasification system of the present invention described above, the following effects can be obtained.
According to the pyrolysis gasification apparatus of claim 1, a pyrolysis gasification furnace comprising a carbonized material obtained by carbonizing biomass or organic waste as a raw material at 300 ° C to 800 ° C, steam and air. The flammable gas is introduced into the furnace to obtain a good flammable gas containing hydrogen gas and carbon monoxide as main components by a water gasification reaction in the pyrolysis gasification furnace.
[0067]
In other words, carbonization is performed according to the properties of the organic waste, and the amount of tar is small, the yield is high, and the ignitability and flammability are good. Since the pyrolysis gasification of the carbide is performed, a combustible gas having stable properties can be obtained. Since this flammable gas can be used as fuel for an internal combustion engine that is easy to perform a daily start / shutdown operation, it is possible to drive a generator using the internal combustion engine as a drive source. For this reason, it is possible to generate small and medium-sized power using a compact and inexpensive device, and it is also possible to apply the method to a business where the amount of waste is small and medium (for example, 0.5 t / day) and there is a demand for power generation. is there.
Further, the power generation is performed by the internal combustion engine, and the power generation efficiency can be improved to about 30% or more.
[0068]
In addition, if the carbides are partially burned in the pyrolysis gasifier to obtain heat, the temperature inside the pyrolysis gasifier can be reliably used for the water gasification reaction without using another heating source. Since the temperature can be set to an extremely high temperature (800 ° C. or higher), the size of the apparatus can be reduced and a combustible gas can be obtained by a stable water gasification reaction.
In addition, in order to effectively use the heat possessed by the combustible gas, a steam generating means for generating steam and an air heating means for heating air are provided as appropriate to improve the thermal efficiency of the entire apparatus by effectively using waste heat. Therefore, it is effective in reducing the operating cost.
[0069]
In addition, if cooling means for cooling and dehumidifying the combustible gas is provided, moisture generated in the water-based gasification reaction and contained in the combustible gas is condensed and removed (dehumidified), and the concentration of the combustible gas is reduced. Can be raised. The high-concentration combustible fuel obtained in this way is of good quality as an internal combustion engine fuel, and therefore, it is easy to improve the output of the internal combustion engine and treat exhaust gas.
[0070]
In addition, when oxygen-enriched air or oxygen is introduced into the pyrolysis gasification furnace instead of air, the amount of nitrogen gas supplied into the furnace is reduced as compared with the case where ordinary air is introduced. Since there is a reduction or no elimination, the concentration of flammable gas generated increases. The high-concentration combustible fuel obtained in this way is of good quality as an internal combustion engine fuel, and therefore, it is easy to improve the output of the internal combustion engine and treat exhaust gas.
Here, if the oxygen-enriched air is generated and supplied by the pressure swing adsorption device (PSA) using the surplus compressed air existing around the pyrolysis gasifier, the electric power consumed for the generation of the oxygen-enriched air is minimized. In this case, the amount of power generated by the generator driven by the internal combustion engine can be secured and supplied.
[0071]
Further, if steam is heated and then charged into the pyrolysis gasification furnace, a large amount of sensible heat is brought into the pyrolysis gasification furnace, so that the ratio of partial combustion can be minimized. Therefore, the amount of air introduced into the pyrolysis gasification furnace is also minimized, and the concentration of combustible gas generated increases as the amount of nitrogen gas decreases. The high-concentration combustible fuel obtained in this way is of good quality as an internal combustion engine fuel, and therefore, it is easy to improve the output of the internal combustion engine and treat exhaust gas.
In this case, it is preferable to provide a steam superheater and use a steam heated by heating a part of the combustible gas in the steam superheater. Thus, a compact and inexpensive device can be obtained. If the exhaust gas from the steam superheater is used as a preheating source and at least one of air and water is heated, the thermal efficiency of the entire apparatus is further improved, and the operation cost is reduced.
[0072]
In addition, if an external heat type pyrolysis gasification furnace that heats the outside of the gasification furnace body is adopted as the pyrolysis gasification furnace, it becomes unnecessary to supply air containing nitrogen into the gasification furnace body that generates carbide. Therefore, the concentration of the combustible gas generated becomes a high concentration close to 100%. The high-concentration combustible fuel obtained in this way is of good quality as an internal combustion engine fuel, and therefore, it is easy to improve the output of the internal combustion engine and treat exhaust gas.
In this case, if the gasification furnace body of the external heat type pyrolysis gasification furnace is heated by the exhaust gas of the steam superheater, the waste heat of the steam heater can be used effectively, so that the thermal efficiency of the entire apparatus is improved. It is effective to reduce the operating cost.
Alternatively, if the gasification furnace body of the external heat type pyrolysis gasifier is configured to be heated by a flame that generates superheated steam, the external heat type pyrolysis gasifier and the steam superheater can be integrated. In addition, since the thermal efficiency of the entire device is improved, it is effective for reducing the size of the device and reducing the operating cost.
In addition, if the exhaust gas of the external heat type pyrolysis gasification furnace is used as a heat source and at least one of air and water is preheated to raise the temperature, the thermal efficiency of the entire apparatus can be further improved.
[0073]
According to the pyrolysis gasification system of the present invention, a carbonization apparatus and a pyrolysis gasification apparatus for carbonizing raw biomass or organic waste at 300 ° C. to 800 ° C. to obtain carbides are provided. Therefore, since the heat of the carbide obtained by the carbonization device can be used as it is in the pyrolysis gasification device, the thermal efficiency of the entire system can be improved.
On the other hand, if the pyrolysis gasifier transports the carbonized carbonized by the carbonizer installed at the source of the organic waste and receives the supply of the carbide, the organic waste is directly transported. Since the carbide whose volume is reduced is conveyed as compared with the case where it is performed, there is an advantage that the transportation cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a pyrolysis gasifier according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of the pyrolysis gasifier of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of a second embodiment of the pyrolysis gasifier according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration example of a third embodiment of the pyrolysis gasifier according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a specific configuration example of a fourth embodiment of the pyrolysis gasifier according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a specific configuration example of a fifth embodiment of the pyrolysis gasifier according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an external heat type pyrolysis gasification furnace.
FIG. 8 is a view showing a modification of the external heat type pyrolysis gasification furnace shown in FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
10 carbonization equipment
20 Pyrolysis gasifier
21 boiler (steam generating means)
22 air preheater (air heating means)
23 cooler (cooling means)
24 gas holder
27 ° pressure swing adsorption device (PSA)
30 internal combustion engine
31 generator
40 steam superheater
41 Exhaust gas water exchange
42 exhaust gas air heat exchange
50, 60 ° external thermal pyrolysis gasifier
51,61 gasifier body
52, 62 outer cylinder
53, 63 screw conveyor
54, 64 drive motor
55, 65 hopper
56, 66 mm outlet
67mm combustor
68 steam line
69 exhaust gas air heat exchange
