JP2004091568A - ガス化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることのないガス化装置を提供する。
【解決手段】乾燥粉砕したバイオマス1を供給するホッパ11及びスクリュフィーダ11a等と、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2を供給する供給ノズル13等と、バイオマス1とガス化剤2とを内部で反応させてバイオマス1から生成ガス4を得るガス化炉12とを備えたガス化装置10において、ガス化炉12の内部下方に配設され、周面に孔14aaを複数形成された円錐状の受部14aを有すると共に、上端側が受部14aに連結して下端側がガス化炉12の下部を貫通する管部14bを有する漏斗14と、漏斗14の受部14aの外面側から受部14aの内面側へ向けて上記ガス化剤2と同一組成の流動ガス3を流通させるように孔14aaに流動ガス3を送給する供給管16等とを備えてガス化装置10を構成した。
【選択図】 図1
【解決手段】乾燥粉砕したバイオマス1を供給するホッパ11及びスクリュフィーダ11a等と、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2を供給する供給ノズル13等と、バイオマス1とガス化剤2とを内部で反応させてバイオマス1から生成ガス4を得るガス化炉12とを備えたガス化装置10において、ガス化炉12の内部下方に配設され、周面に孔14aaを複数形成された円錐状の受部14aを有すると共に、上端側が受部14aに連結して下端側がガス化炉12の下部を貫通する管部14bを有する漏斗14と、漏斗14の受部14aの外面側から受部14aの内面側へ向けて上記ガス化剤2と同一組成の流動ガス3を流通させるように孔14aaに流動ガス3を送給する供給管16等とを備えてガス化装置10を構成した。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を粉砕した粉粒体からガスを生成させるガス化装置に関し、特に、バイオマスをガス化させる場合に適用すると有効なものである。
【0002】
【従来の技術】
環境保全等の観点から、化石燃料使用による二酸化炭素排出の抑制が検討されている。特に、草木等のバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するようにすれば、当該液体燃料の使用によって生成する二酸化炭素を消費して成長する植物から当該液体燃料を製造することができるので、循環型のエネルギサイクルを確立することができると共に、有機物系の廃棄物の発生量を著しく減少させることができる。
【0003】
このようなバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するには、乾燥して粉砕したバイオマスと、水蒸気および酸素(または空気)を含有するガス化剤とをガス化装置のガス化炉内に送給して、当該バイオマスを部分燃焼または水蒸気ガス化させることにより生成ガス(主に一酸化炭素と水素ガスとの混合ガス)を生じさせ、この生成ガスをガス化炉内から送出して冷却塔で冷却した後、メタノール等の液体燃料の合成塔に送給して当該生成ガス中の一酸化炭素と水素ガスとを反応させてメタノール等の液体燃料を生成させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなバイオマスは、均一な細かいサイズに粉砕することが難しく、比較的大きなサイズのものがわずかながらも混在してしまう。このような比較的大きなサイズのバイオマスは、ガス化炉内で十分に反応できずにガス化炉内に落下しやすいだけでなく、流動性も悪いため、ガス化炉の下部に堆積してタール等を発生してガス化炉を劣化させてしまうという問題があった。
【0005】
このような問題は、バイオマスをガス化する場合に限らず、例えば、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、上述と同様にして起こり得ることである。
【0006】
このようなことから、本発明は、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることのないガス化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることを特徴とする。
【0008】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されていることを特徴とする。
【0009】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであることを特徴とする。
【0010】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明において、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであることを特徴とする。
【0011】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、 前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明によるガス化装置の実施の形態を図面を用いて以下に説明するが、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。
【0013】
[第一番目の実施の形態]
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態を図1,2を用いて説明する。図1は、ガス化装置の概略構成図、図2は、図1の要部の抽出拡大平面図である。
【0014】
図1に示すように、乾燥粉砕された草木等の粉粒体であるバイオマス(CH2 O)1を貯蔵するホッパ11の下部には、当該バイオマス1を送り出すスクリュフィーダ11aの受入側が連絡している。スクリュフィーダ11aの送出側は、下方側に高温燃焼部12aを有すると共に上方側にガス化反応部12bを有するガス化炉12の当該高温燃焼部12aの高さ方向中程に連結している。
【0015】
前記ガス化炉12は、高温燃焼部12aの水平方向の断面積がガス化反応部12bの水平方向の断面積よりも小さくなると共に、高温燃焼部12aのガス化反応部12b側が円錐状をなしている。ガス化炉12は、高温燃焼部12aの内部を900〜1400℃の温度に保持することができると共に、ガス化反応部12bの内部を900〜1200℃程度の温度に保持することができるようになっている。
【0016】
図1,2に示すように、ガス化炉12の高温燃焼部12aの内部下方には、周面に孔(直径0.5〜1mm程度)14aaを複数形成された円錐状の受部14aを有する漏斗14が配設されている。漏斗14の受部14aに上端が連結した管部14bは、下端側がガス化炉12の下部を貫通して、当該ガス化炉12の外部に配設された回収チャンバ15に連絡している。
【0017】
前記ガス化炉12の高温燃焼部12aの高さ方向中程には、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2を供給する供給ノズル13が連結されている。ガス化炉12の高温燃焼部12aの下部には、水蒸気および酸素(または空気)を含む流動ガス3(ガス化剤2と同一)を送給する供給管16が連結されている。ガス化炉12のガス化反応部12bの上方寄りには、生成ガス4を送出する送出管17が連結されており、当該生成ガス4は、冷却塔等を介してメタノール等のような液体燃料の合成塔へ送給されるようになっている。
【0018】
なお、本実施の形態では、ホッパ11、スクリュフィーダ11a等により粉粒体供給手段を構成し、供給ノズル13等によりガス化剤供給手段を構成し、供給管16等により流動ガス送給手段を構成している。
【0019】
このようにして構成された本実施の形態にかかるガス化装置10を使用したバイオマスのガス化方法を次に説明する。
【0020】
前記供給ノズル13からガス化炉12の高温燃焼部12a内にガス化剤2を供給すると共に、ホッパ11内からバイオマス1をスクリュフィーダ11aを介してガス化炉12の高温燃焼部12a内に供給すると、バイオマス(CH2 O)1は、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で下記の化学式(1),(2)に示すような反応を主に生じた後、ガス化反応部12b内に送給されて、下記の化学式(3)に示すような反応を主に生じて生成ガス(CO,H2 )4となる。
【0021】
CH2 O+O2 →CO2 +H2 O (1)
CH2 O →CO +H2 (2)
CO+H2 O←→CO2 +H2 (3)
【0022】
ここで、ガス化炉12の高温燃焼部12aのガス化反応部12b側が円錐状をなしていることから、高温燃焼部12aの上方側のガス化剤2の流速が高温燃焼部12aの下方側のガス化剤2の流速よりも遅くなるので、バイオマス1は、ガス化炉12の高温燃焼部12a内を上下方向に効率よく循環するように移動する。このため、バイオマス1を高温空間(900〜1400℃)中でまんべんなく分散させることができるので、バイオマス1を効率よくガス化させてタール(Cn Hm )の発生を抑制することができ、生成ガス4中の水素ガス濃度を高めることができる。
【0023】
このようにしてガス化炉12内で発生した生成ガス4は、ガス化反応部12bを介して前記送出管17から送出され、冷却塔等を介して前記合成塔へ送給されてメタノール等のような液体燃料の原料等として利用される。
【0024】
ところで、ホッパ11からガス化炉12内に供給されたバイオマス1中にわずかながらも含まれている比較的大きなサイズの粗粒体1aは、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で上下方向に十分に循環できずに落下して、前記漏斗14の受部14aに受け止められる。この粗粒体1aは、流動性が悪いため、一部が管部14bを介して回収チャンバ15に直接回収されるものの、残りが前記受部14aにそのまま堆積してしまう。
【0025】
このため、所定時間ごとに、前記供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給すると、当該流動ガス3は、漏斗14の受部14aの外面側から当該受部14aの内面側へ向けて噴き上がるように前記孔14aaを通過するので、当該漏斗14の受部14aに堆積した前記粗粒体1aは、当該受部14a上を流動して、前記管部14bを介して回収チャンバ15内に回収される。
【0026】
したがって、本実施の形態によれば、ガス化炉12の下部に粗粒体1aを残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができるので、ガス化炉12の下部へのタール等の発生を防止することができ、ガス化炉12の劣化を防止することができる。
【0027】
なお、本実施の形態では、所定時間ごとに、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにしたが、例えば、常時、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に即時に回収することも可能である。
【0028】
さらに、供給管16から流動ガス3を常時少量だけ供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに供給管16からの流動ガス3の供給量を多くすることにより、当該灰を流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにすることも可能である。
【0029】
なお、本発明で用いられるバイオマス1としては、エネルギ源または工業原料として利用できる生物資源(例えば、農業生産物やこの副産物、木材、植物等)が挙げられ、具体的には、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が挙げられる。また、糠、木屑、間伐材等のような農林系廃棄物も挙げられる。因みに、煩雑さを避けるためにバイオマス1の組成をCH2 Oとして説明したが、バイオマス1の組成は、一般的に(Cx H2 Oy )n (但し、xは1.1〜1.2、yは0.8〜0.9)として表されている。
【0030】
[第二番目の実施の形態]
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態を図3を用いて説明する。図3は、ガス化装置の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を図面に付すことにより、第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【0031】
図3に示すように、本実施の形態によるガス化装置20は、前記漏斗14の前記管部14bの途中にガス化剤2を供給する供給ノズル23が連結されている。
【0032】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、ガス化炉12の高温燃焼部12aの高さ方向中程に、ガス化剤2を供給する供給ノズル13を連結したが、本実施の形態では、漏斗14の管部14bの途中に、ガス化剤2を供給する供給ノズル23を連結したのである。
【0033】
なお、本実施の形態では、供給ノズル23等によりガス化剤供給手段を構成している。
【0034】
このような本実施の形態のガス化装置20においては、バイオマス1をホッパ11内からスクリュフィーダ11aを介してガス化炉12の高温燃焼部12a内に供給すると共に、前記供給ノズル23から漏斗14の管部14b内にガス化剤2を供給すると、バイオマス1は、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にしてガス化炉12内で反応を生じて生成ガス4となる。
【0035】
このとき、ガス化剤2が当該漏斗14の受部14bからガス化炉12の高温燃焼部12a内に噴き上がるので、バイオマス1は、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもガス化炉12の高温燃焼部12a内を上下方向に効率よく循環するように移動し、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもバイオマス1をさらに効率よくガス化させてタール(Cn Hm )の発生を抑制することができ、生成ガス4中の水素ガス濃度をさらに高めることができる。
【0036】
また、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で上下方向に十分に循環できずに落下する比較的大きなサイズの粗粒体1aは、ガス化剤2が漏斗14の受部14aからガス化炉12の高温燃焼部12a内に噴き上がっていることから、当該漏斗14の受部14aで流動しやすくなり、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも漏斗14の受部14a上に堆積しにくくなる。
【0037】
しかしながら、本装置20をある程度運転すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、漏斗14の受部14aに粗粒体1aが次第に堆積してくるので、所定時間ごとに、前記供給ノズル23からのガス化剤2の供給を一時的に停止すると同時に、前記供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給し、漏斗14の受部14aの外面側から当該受部14aの内面側へ向けて流動ガス3を噴き上げるように前記孔14aaを通過させることにより、当該漏斗14の受部14aに堆積した前記粗粒体1aを流動させて、前記管部14bを介して回収チャンバ15内に回収した後、前記供給管16からのガス化剤2の供給を停止すると同時に、前記供給ノズル23からガス化剤2を再び供給する。
【0038】
これにより、粉粒体1aをガス化炉12の下部に残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【0039】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、所定時間ごとに、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにしたが、例えば、流動ガス3を常時少量だけ供給管16から供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに、前記供給ノズル23からのガス化剤2の供給を一時的に停止すると同時に、供給管16からの流動ガス3の供給量を多くして、当該灰を流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収した後、前記供給ノズル23からガス化剤2を再び供給すると同時に、前記供給管16からのガス化剤2の供給を少量に戻すようにすることも可能である。
【0041】
[他の実施の形態]
前述した第一,二番目の実施の形態では、前記ガス化炉12の下側の高温燃焼部12aの水平方向の断面積を上側のガス化反応部12bの水平方向の断面積よりも小さくすると共に、高温燃焼部12aのガス化反応部12b側を円錐状に形成したが、下側の高温燃焼部と上側のガス化反応部との水平方向の断面積を共に等しくしておくことも可能である。しかしながら、本実施の形態の場合のように構成すれば、先に説明したように、バイオマス1の上下方向への循環移動を効率よく行うことができるので、好ましい結果を得ることができる。
【0042】
また、前述した第一,二番目の実施の形態では、バイオマス1を前記高温燃焼部12a内にホッパ11からスクリュフィーダ11aにより直接押し込んで供給するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、上記スクリュフィーダ11aの送出口を前記供給ノズル13,23の基端寄りに接続し、当該スクリュフィーダ11aから押出供給されたバイオマス1を前記ガス化剤2と共に高温燃焼部12a内に供給する(気流搬送)するようにすることも可能である。
【0043】
また、流動ガス3としては、本実施の形態のように、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2と同一のもの以外に、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのようなバイオマス1のガス化反応時に生成するガス成分のうちの少なくとも一つを主成分とするガスであればよく、例えば、生成ガス4を使用してメタノール等のような液体燃料を製造した際に生じるオフガス(COやH2 やCH4 等の混合ガス)や、ガスタービン等の各種の機器から排出される燃焼ガス(CO2 や水蒸気等の混合ガス)等を挙げることができる。ここで、上記オフガスや燃焼ガスを使用すれば、当該ガス中の各種成分を有効利用することができると共に、当該ガスの熱エネルギも有効利用することができ、さらに低コスト化を図ることができる。
【0044】
また、本実施の形態では、バイオマス1をガス化炉12に供給するガス化装置10,20の場合について説明したが、これに限らず、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、本実施の形態の場合と同様に適用して、本実施の形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【0045】
【発明の効果】
第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることから、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【0046】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されているので、ガス化炉内で落下した比較的大きなサイズの粉粒体が漏斗の受部でさらに流動しやすくなり、漏斗の受部上にさらに堆積しにくくなる。
【0047】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであるので、上述した効果を顕著に発現することができる。
【0048】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明のにおいて、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであるので、ガス化効率の低下を防止することができる。
【0049】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであるので、上記ガス中の成分を有効に利用することができると共に、当該ガス中の熱エネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図2】図1の要部の抽出拡大平面図である。
【図3】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
1 バイオマス
1a 粗粒体
2 ガス化剤
3 流動ガス
4 生成ガス
10,20 ガス化装置
11 ホッパ
11a スクリュフィーダ
12 ガス化炉
12a 高温燃焼部
12b ガス化反応部
13,23 供給ノズル
14 漏斗
14a 受部
14aa 孔
14b 管部
15 回収チャンバ
16 供給管
17 送出管
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を粉砕した粉粒体からガスを生成させるガス化装置に関し、特に、バイオマスをガス化させる場合に適用すると有効なものである。
【0002】
【従来の技術】
環境保全等の観点から、化石燃料使用による二酸化炭素排出の抑制が検討されている。特に、草木等のバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するようにすれば、当該液体燃料の使用によって生成する二酸化炭素を消費して成長する植物から当該液体燃料を製造することができるので、循環型のエネルギサイクルを確立することができると共に、有機物系の廃棄物の発生量を著しく減少させることができる。
【0003】
このようなバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するには、乾燥して粉砕したバイオマスと、水蒸気および酸素(または空気)を含有するガス化剤とをガス化装置のガス化炉内に送給して、当該バイオマスを部分燃焼または水蒸気ガス化させることにより生成ガス(主に一酸化炭素と水素ガスとの混合ガス)を生じさせ、この生成ガスをガス化炉内から送出して冷却塔で冷却した後、メタノール等の液体燃料の合成塔に送給して当該生成ガス中の一酸化炭素と水素ガスとを反応させてメタノール等の液体燃料を生成させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなバイオマスは、均一な細かいサイズに粉砕することが難しく、比較的大きなサイズのものがわずかながらも混在してしまう。このような比較的大きなサイズのバイオマスは、ガス化炉内で十分に反応できずにガス化炉内に落下しやすいだけでなく、流動性も悪いため、ガス化炉の下部に堆積してタール等を発生してガス化炉を劣化させてしまうという問題があった。
【0005】
このような問題は、バイオマスをガス化する場合に限らず、例えば、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、上述と同様にして起こり得ることである。
【0006】
このようなことから、本発明は、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることのないガス化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることを特徴とする。
【0008】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されていることを特徴とする。
【0009】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであることを特徴とする。
【0010】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明において、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであることを特徴とする。
【0011】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、 前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明によるガス化装置の実施の形態を図面を用いて以下に説明するが、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。
【0013】
[第一番目の実施の形態]
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態を図1,2を用いて説明する。図1は、ガス化装置の概略構成図、図2は、図1の要部の抽出拡大平面図である。
【0014】
図1に示すように、乾燥粉砕された草木等の粉粒体であるバイオマス(CH2 O)1を貯蔵するホッパ11の下部には、当該バイオマス1を送り出すスクリュフィーダ11aの受入側が連絡している。スクリュフィーダ11aの送出側は、下方側に高温燃焼部12aを有すると共に上方側にガス化反応部12bを有するガス化炉12の当該高温燃焼部12aの高さ方向中程に連結している。
【0015】
前記ガス化炉12は、高温燃焼部12aの水平方向の断面積がガス化反応部12bの水平方向の断面積よりも小さくなると共に、高温燃焼部12aのガス化反応部12b側が円錐状をなしている。ガス化炉12は、高温燃焼部12aの内部を900〜1400℃の温度に保持することができると共に、ガス化反応部12bの内部を900〜1200℃程度の温度に保持することができるようになっている。
【0016】
図1,2に示すように、ガス化炉12の高温燃焼部12aの内部下方には、周面に孔(直径0.5〜1mm程度)14aaを複数形成された円錐状の受部14aを有する漏斗14が配設されている。漏斗14の受部14aに上端が連結した管部14bは、下端側がガス化炉12の下部を貫通して、当該ガス化炉12の外部に配設された回収チャンバ15に連絡している。
【0017】
前記ガス化炉12の高温燃焼部12aの高さ方向中程には、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2を供給する供給ノズル13が連結されている。ガス化炉12の高温燃焼部12aの下部には、水蒸気および酸素(または空気)を含む流動ガス3(ガス化剤2と同一)を送給する供給管16が連結されている。ガス化炉12のガス化反応部12bの上方寄りには、生成ガス4を送出する送出管17が連結されており、当該生成ガス4は、冷却塔等を介してメタノール等のような液体燃料の合成塔へ送給されるようになっている。
【0018】
なお、本実施の形態では、ホッパ11、スクリュフィーダ11a等により粉粒体供給手段を構成し、供給ノズル13等によりガス化剤供給手段を構成し、供給管16等により流動ガス送給手段を構成している。
【0019】
このようにして構成された本実施の形態にかかるガス化装置10を使用したバイオマスのガス化方法を次に説明する。
【0020】
前記供給ノズル13からガス化炉12の高温燃焼部12a内にガス化剤2を供給すると共に、ホッパ11内からバイオマス1をスクリュフィーダ11aを介してガス化炉12の高温燃焼部12a内に供給すると、バイオマス(CH2 O)1は、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で下記の化学式(1),(2)に示すような反応を主に生じた後、ガス化反応部12b内に送給されて、下記の化学式(3)に示すような反応を主に生じて生成ガス(CO,H2 )4となる。
【0021】
CH2 O+O2 →CO2 +H2 O (1)
CH2 O →CO +H2 (2)
CO+H2 O←→CO2 +H2 (3)
【0022】
ここで、ガス化炉12の高温燃焼部12aのガス化反応部12b側が円錐状をなしていることから、高温燃焼部12aの上方側のガス化剤2の流速が高温燃焼部12aの下方側のガス化剤2の流速よりも遅くなるので、バイオマス1は、ガス化炉12の高温燃焼部12a内を上下方向に効率よく循環するように移動する。このため、バイオマス1を高温空間(900〜1400℃)中でまんべんなく分散させることができるので、バイオマス1を効率よくガス化させてタール(Cn Hm )の発生を抑制することができ、生成ガス4中の水素ガス濃度を高めることができる。
【0023】
このようにしてガス化炉12内で発生した生成ガス4は、ガス化反応部12bを介して前記送出管17から送出され、冷却塔等を介して前記合成塔へ送給されてメタノール等のような液体燃料の原料等として利用される。
【0024】
ところで、ホッパ11からガス化炉12内に供給されたバイオマス1中にわずかながらも含まれている比較的大きなサイズの粗粒体1aは、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で上下方向に十分に循環できずに落下して、前記漏斗14の受部14aに受け止められる。この粗粒体1aは、流動性が悪いため、一部が管部14bを介して回収チャンバ15に直接回収されるものの、残りが前記受部14aにそのまま堆積してしまう。
【0025】
このため、所定時間ごとに、前記供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給すると、当該流動ガス3は、漏斗14の受部14aの外面側から当該受部14aの内面側へ向けて噴き上がるように前記孔14aaを通過するので、当該漏斗14の受部14aに堆積した前記粗粒体1aは、当該受部14a上を流動して、前記管部14bを介して回収チャンバ15内に回収される。
【0026】
したがって、本実施の形態によれば、ガス化炉12の下部に粗粒体1aを残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができるので、ガス化炉12の下部へのタール等の発生を防止することができ、ガス化炉12の劣化を防止することができる。
【0027】
なお、本実施の形態では、所定時間ごとに、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにしたが、例えば、常時、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に即時に回収することも可能である。
【0028】
さらに、供給管16から流動ガス3を常時少量だけ供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに供給管16からの流動ガス3の供給量を多くすることにより、当該灰を流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにすることも可能である。
【0029】
なお、本発明で用いられるバイオマス1としては、エネルギ源または工業原料として利用できる生物資源(例えば、農業生産物やこの副産物、木材、植物等)が挙げられ、具体的には、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が挙げられる。また、糠、木屑、間伐材等のような農林系廃棄物も挙げられる。因みに、煩雑さを避けるためにバイオマス1の組成をCH2 Oとして説明したが、バイオマス1の組成は、一般的に(Cx H2 Oy )n (但し、xは1.1〜1.2、yは0.8〜0.9)として表されている。
【0030】
[第二番目の実施の形態]
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態を図3を用いて説明する。図3は、ガス化装置の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を図面に付すことにより、第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【0031】
図3に示すように、本実施の形態によるガス化装置20は、前記漏斗14の前記管部14bの途中にガス化剤2を供給する供給ノズル23が連結されている。
【0032】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、ガス化炉12の高温燃焼部12aの高さ方向中程に、ガス化剤2を供給する供給ノズル13を連結したが、本実施の形態では、漏斗14の管部14bの途中に、ガス化剤2を供給する供給ノズル23を連結したのである。
【0033】
なお、本実施の形態では、供給ノズル23等によりガス化剤供給手段を構成している。
【0034】
このような本実施の形態のガス化装置20においては、バイオマス1をホッパ11内からスクリュフィーダ11aを介してガス化炉12の高温燃焼部12a内に供給すると共に、前記供給ノズル23から漏斗14の管部14b内にガス化剤2を供給すると、バイオマス1は、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にしてガス化炉12内で反応を生じて生成ガス4となる。
【0035】
このとき、ガス化剤2が当該漏斗14の受部14bからガス化炉12の高温燃焼部12a内に噴き上がるので、バイオマス1は、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもガス化炉12の高温燃焼部12a内を上下方向に効率よく循環するように移動し、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもバイオマス1をさらに効率よくガス化させてタール(Cn Hm )の発生を抑制することができ、生成ガス4中の水素ガス濃度をさらに高めることができる。
【0036】
また、ガス化炉12の高温燃焼部12a内で上下方向に十分に循環できずに落下する比較的大きなサイズの粗粒体1aは、ガス化剤2が漏斗14の受部14aからガス化炉12の高温燃焼部12a内に噴き上がっていることから、当該漏斗14の受部14aで流動しやすくなり、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも漏斗14の受部14a上に堆積しにくくなる。
【0037】
しかしながら、本装置20をある程度運転すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、漏斗14の受部14aに粗粒体1aが次第に堆積してくるので、所定時間ごとに、前記供給ノズル23からのガス化剤2の供給を一時的に停止すると同時に、前記供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給し、漏斗14の受部14aの外面側から当該受部14aの内面側へ向けて流動ガス3を噴き上げるように前記孔14aaを通過させることにより、当該漏斗14の受部14aに堆積した前記粗粒体1aを流動させて、前記管部14bを介して回収チャンバ15内に回収した後、前記供給管16からのガス化剤2の供給を停止すると同時に、前記供給ノズル23からガス化剤2を再び供給する。
【0038】
これにより、粉粒体1aをガス化炉12の下部に残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【0039】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、所定時間ごとに、供給管16からガス化炉12の高温燃焼部12aの下方に流動ガス3を供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収するようにしたが、例えば、流動ガス3を常時少量だけ供給管16から供給することにより、漏斗14の受部14aに堆積した粗粒体1aを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに、前記供給ノズル23からのガス化剤2の供給を一時的に停止すると同時に、供給管16からの流動ガス3の供給量を多くして、当該灰を流動させて管部14bを介して回収チャンバ15内に回収した後、前記供給ノズル23からガス化剤2を再び供給すると同時に、前記供給管16からのガス化剤2の供給を少量に戻すようにすることも可能である。
【0041】
[他の実施の形態]
前述した第一,二番目の実施の形態では、前記ガス化炉12の下側の高温燃焼部12aの水平方向の断面積を上側のガス化反応部12bの水平方向の断面積よりも小さくすると共に、高温燃焼部12aのガス化反応部12b側を円錐状に形成したが、下側の高温燃焼部と上側のガス化反応部との水平方向の断面積を共に等しくしておくことも可能である。しかしながら、本実施の形態の場合のように構成すれば、先に説明したように、バイオマス1の上下方向への循環移動を効率よく行うことができるので、好ましい結果を得ることができる。
【0042】
また、前述した第一,二番目の実施の形態では、バイオマス1を前記高温燃焼部12a内にホッパ11からスクリュフィーダ11aにより直接押し込んで供給するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、上記スクリュフィーダ11aの送出口を前記供給ノズル13,23の基端寄りに接続し、当該スクリュフィーダ11aから押出供給されたバイオマス1を前記ガス化剤2と共に高温燃焼部12a内に供給する(気流搬送)するようにすることも可能である。
【0043】
また、流動ガス3としては、本実施の形態のように、水蒸気および酸素(または空気)を含むガス化剤2と同一のもの以外に、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのようなバイオマス1のガス化反応時に生成するガス成分のうちの少なくとも一つを主成分とするガスであればよく、例えば、生成ガス4を使用してメタノール等のような液体燃料を製造した際に生じるオフガス(COやH2 やCH4 等の混合ガス)や、ガスタービン等の各種の機器から排出される燃焼ガス(CO2 や水蒸気等の混合ガス)等を挙げることができる。ここで、上記オフガスや燃焼ガスを使用すれば、当該ガス中の各種成分を有効利用することができると共に、当該ガスの熱エネルギも有効利用することができ、さらに低コスト化を図ることができる。
【0044】
また、本実施の形態では、バイオマス1をガス化炉12に供給するガス化装置10,20の場合について説明したが、これに限らず、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、本実施の形態の場合と同様に適用して、本実施の形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【0045】
【発明の効果】
第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることから、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【0046】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されているので、ガス化炉内で落下した比較的大きなサイズの粉粒体が漏斗の受部でさらに流動しやすくなり、漏斗の受部上にさらに堆積しにくくなる。
【0047】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであるので、上述した効果を顕著に発現することができる。
【0048】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明のにおいて、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであるので、ガス化効率の低下を防止することができる。
【0049】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであるので、上記ガス中の成分を有効に利用することができると共に、当該ガス中の熱エネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図2】図1の要部の抽出拡大平面図である。
【図3】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
1 バイオマス
1a 粗粒体
2 ガス化剤
3 流動ガス
4 生成ガス
10,20 ガス化装置
11 ホッパ
11a スクリュフィーダ
12 ガス化炉
12a 高温燃焼部
12b ガス化反応部
13,23 供給ノズル
14 漏斗
14a 受部
14aa 孔
14b 管部
15 回収チャンバ
16 供給管
17 送出管
Claims (5)
- 有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、
水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、
前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉と
を備えたガス化装置において、
前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、
前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段と
を備えていることを特徴とするガス化装置。 - 請求項1において、
前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されている
ことを特徴とするガス化装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記粉粒体がバイオマスである
ことを特徴とするガス化装置。 - 請求項3において、
前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものである
ことを特徴とするガス化装置。 - 請求項4において、
前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかである
ことを特徴とするガス化装置。
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- 2002-08-30 JP JP2002252687A patent/JP2004091568A/ja active Pending
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