JP2005060533A - Device for modifying fuel gas in biomass gasification system - Google Patents

Device for modifying fuel gas in biomass gasification system Download PDF

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Miki Taniguchi
美希 谷口
Kenichi Sasauchi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for modifying a fuel gas in a biomass gasification system, capable of removing a tar component contained in the fuel gas by a chemical treatment of thermal cracking, and securing a stable high elimination rate. <P>SOLUTION: A heat reservoir 3 formed into a porous shape through which the fuel gas is passed, and for storing heat of ≥1,100°C by being heated is installed in a passage 2 of the fuel gas formed out of the biomass. The heat reservoir 3 is constituted by packing many spherical heat-storing materials 3a in a layered shape in a packing container 10 having through holes. The spherical heat-storing material 3a is formed out of a ceramic material. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱分解という化学的処理によって燃料ガス中に含まれるタール分を除去するようにするとともに、安定した高い除去率を保証することができるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置に関する。   The present invention relates to a fuel gas reforming apparatus of a biomass gasification system that can remove a tar content contained in fuel gas by a chemical treatment called thermal decomposition and can guarantee a stable and high removal rate.

従来、木材チップや鶏糞等の生物由来のバイオマスを加熱してガス化するバイオマスガス化システムが知られており、そしてこのシステムで生成された燃料ガスを燃料として発電を行うバイオマスガス化発電システムなどが開発されるに至っている。   Conventionally, a biomass gasification system that heats and gasifies biological biomass such as wood chips and chicken manure, etc., and a biomass gasification power generation system that generates electricity using the fuel gas generated by this system as fuel, etc. Has been developed.

このバイオマスガス化発電システムでは、ガス化炉において原料のバイオマスを無酸素下で６００〜８００℃の高温に加熱して熱分解させると、原料バイオマスの揮発分が２００〜５００℃でガス化されることとなり、このガス化された燃料ガスを、後段のガスタービン発電やガスエンジン発電、燃料電池などの種々の発電用設備に供給して利用するようになっている。本願出願人は関連する出願として、特願２００３−１５５６５８を出願している。   In this biomass gasification power generation system, when raw material biomass is heated to a high temperature of 600 to 800 ° C. under oxygen-free conditions in a gasification furnace and thermally decomposed, the volatile content of the raw material biomass is gasified at 200 to 500 ° C. Thus, the gasified fuel gas is used by supplying it to various power generation facilities such as a gas turbine power generation, a gas engine power generation, and a fuel cell in the subsequent stage. The present applicant has filed Japanese Patent Application No. 2003-155658 as a related application.

ところで、バイオマスから生成される燃料ガスの成分は、処理温度や滞留時間、材料の水分等、ガス化条件により異なるが、主に水素、一酸化炭素、炭化水素などである。またこの燃料ガス中の炭化水素は、ＣＨ4やＣ2Ｈ6などが主成分であるが、Ｃ5Ｈ12以上のＣnＨm、いわゆる高分子化合物である高級炭化水素類も含まれている。高級炭化水素類は約５００℃以上の高温中ではガス状で存在しているが、低温になると析出し、タールと呼ばれる液状物質となる。 By the way, the component of the fuel gas produced | generated from biomass is mainly hydrogen, carbon monoxide, a hydrocarbon, etc., although it changes with gasification conditions, such as process temperature, residence time, and the water | moisture content of a material. The hydrocarbons in this fuel gas are mainly composed of CH 4 and C 2 H 6 , but also include C n H m of C 5 H 12 or higher, higher hydrocarbons that are so-called polymer compounds. Yes. Higher hydrocarbons exist in a gaseous state at a high temperature of about 500 ° C. or higher, but precipitate at a low temperature to form a liquid substance called tar.

後段の発電用設備での燃料ガスの利用形態にもよるが、ガスエンジン発電や燃料電池などでは燃料ガスを常温で使用することが前提となっており、燃料ガスの温度を一旦常温まで下げる必要がある。この際、燃料ガス中のタール分が析出し、配管中などに付着して閉塞を起こしたり、あるいは、例えばガスエンジン発電の場合には、タール分が点火プラグに付着して着火不良が発生したり、また給・排気バルブに付着して動作不良が発生するなどの、不具合の原因となるおそれがあるという課題があった。また一般に、ガスエンジン発電の場合、その安定した動作を保証するには、タール分の存在が１０mg/m3以下であることが好ましいとされている。 Although it depends on how fuel gas is used in the power generation facility at the later stage, it is assumed that the fuel gas is used at room temperature in gas engine power generation and fuel cells, and the temperature of the fuel gas needs to be lowered to room temperature. There is. At this time, the tar content in the fuel gas precipitates and adheres to the piping, etc., causing clogging. For example, in the case of gas engine power generation, the tar content adheres to the spark plug, resulting in poor ignition. In addition, there is a problem that it may cause a malfunction such as a malfunction caused by adhering to a supply / exhaust valve. In general, in the case of gas engine power generation, it is preferable that the tar content is 10 mg / m 3 or less in order to ensure stable operation.

本発明者による実験結果によれば、例えば木材チップを原料バイオマスとして使用し、ガス化温度を７００℃に設定した場合では、常温で燃料ガスの生成量に対し重量比で約１％のタール分が析出し、これは容積比で計算すると約５０００〜７０００mg/m3であり、ガスエンジン発電の安定的な運転を保証できる量を遙かに上回っている。またこの量は、生成される燃料ガスの全量からすれば微量ではあるが、燃料ガスは連続的に生成されることから、燃料ガス中にタール分が含まれていると言うことは結局、配管や発電用設備に徐々にタール分が蓄積していき、最終的には発電システムに重大なトラブルを発生させるおそれがあった。 According to the results of experiments by the present inventor, for example, when wood chips are used as raw biomass and the gasification temperature is set to 700 ° C., the tar content is about 1% by weight with respect to the amount of fuel gas produced at room temperature. This is about 5000 to 7000 mg / m 3 when calculated by volume ratio, far exceeding the amount that can guarantee stable operation of gas engine power generation. In addition, this amount is a small amount based on the total amount of fuel gas produced, but since fuel gas is continuously produced, it can be said that the tar content is contained in the fuel gas after all. As a result, tar content gradually accumulates in the power generation equipment, which could eventually cause serious problems in the power generation system.

タール分の除去に関しては、ガス化炉からの燃料ガスが発電用設備に達するまでの間に、フィルターや水洗スクラバーなどの物理的手段を用いて除去することが考えられるが、この場合にはフィルターなどに対するメンテナンス作業が必須となり、システムの保全作業が煩雑になってしまうという問題があった。   Regarding the removal of tar, it is conceivable that the fuel gas from the gasifier reaches the power generation facility by using physical means such as a filter or a water scrubber. There is a problem that the maintenance work for the system becomes indispensable and the maintenance work of the system becomes complicated.

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、熱分解という化学的処理によって燃料ガス中に含まれるタール分を除去するようにするとともに、安定した高い除去率を保証することができるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above-mentioned conventional problems, and removes the tar content contained in the fuel gas by a chemical treatment called thermal decomposition and guarantees a stable high removal rate. An object of the present invention is to provide a fuel gas reformer for a biomass gasification system that can perform the above-described process.

本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置は、バイオマスから生成される燃料ガスの流通経路に、該燃料ガスを流通させる多孔状に形成され、かつ加熱されて１１００℃以上の熱を蓄熱する蓄熱体を設けたことを特徴とする。   The fuel gas reforming apparatus of the biomass gasification system according to the present invention is formed in a porous shape for circulating the fuel gas in the distribution path of the fuel gas generated from biomass, and is heated to generate heat of 1100 ° C. or higher. A heat storage body for storing heat is provided.

また、前記蓄熱体は、通孔を有する充填容器に多数の球状蓄熱材を層状に充填して構成されていることを特徴とする。   Moreover, the said heat storage body is filled with many spherical heat storage materials in the layered form in the filling container which has a through-hole, It is characterized by the above-mentioned.

さらに、前記球状蓄熱材がセラミック材料で形成されていることを特徴とする。   Furthermore, the spherical heat storage material is formed of a ceramic material.

また、前記蓄熱体はハニカム構造であることを特徴とする。   The heat storage body has a honeycomb structure.

他方、前記蓄熱体を加熱する加熱手段が設けられ、該加熱手段が前記燃料ガスと酸化反応する気体を供給する気体供給手段であることを特徴とする。   On the other hand, heating means for heating the heat storage body is provided, and the heating means is gas supply means for supplying a gas that undergoes an oxidation reaction with the fuel gas.

また、前記気体は純酸素であることを特徴とする。   The gas is pure oxygen.

さらに、前記気体は空気であることを特徴とする。   Furthermore, the gas is air.

また、前記蓄熱体を加熱する加熱手段が設けられ、該加熱手段がバーナであることを特徴とする。   Moreover, the heating means which heats the said thermal storage body is provided, This heating means is a burner, It is characterized by the above-mentioned.

また、前記バーナには、燃料として前記燃料ガスが供給されることを特徴とする。   Further, the fuel gas is supplied as fuel to the burner.

さらに、前記蓄熱体よりも前記燃料ガスの流れ方向下流側に、燃料ガス温度を検出する温度センサを設けたことを特徴とする。   Furthermore, a temperature sensor for detecting a fuel gas temperature is provided downstream of the heat storage body in the fuel gas flow direction.

本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置にあっては、熱分解という化学的処理によって燃料ガス中に含まれるタール分を除去するようにするとともに、安定した高い除去率を保証することができる。   In the fuel gas reforming apparatus of the biomass gasification system according to the present invention, the tar content contained in the fuel gas is removed by chemical treatment called thermal decomposition, and a stable high removal rate is guaranteed. be able to.

以下に、本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。第１実施形態にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置は基本的には、図１から図３に示すように、ガス化炉１でバイオマスから生成された燃料ガスの流通経路２に、燃料ガスを流通させる多孔状に形成され、かつ加熱されて１１００℃以上の熱を蓄熱する蓄熱体３を設けて構成される。図示例にあっては、バイオマスガス化発電システム４に適用した場合が示されていて、蓄熱体３を経過した燃料ガスは、ガスタービンやガスエンジン、燃料電池などの発電用設備５に供給されて発電に利用されるようになっている。   Hereinafter, a preferred embodiment of a fuel gas reforming apparatus for a biomass gasification system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The fuel gas reformer of the biomass gasification system according to the first embodiment basically has a fuel gas distribution path 2 generated from biomass in the gasification furnace 1 as shown in FIGS. A heat storage body 3 is provided which is formed in a porous shape for circulating fuel gas and is heated to store heat of 1100 ° C. or higher. In the illustrated example, the case where it is applied to the biomass gasification power generation system 4 is shown, and the fuel gas that has passed through the heat storage body 3 is supplied to a power generation facility 5 such as a gas turbine, a gas engine, or a fuel cell. It is used for power generation.

ガス化炉１と発電用設備５との間には、ほぼ中空円筒体状に形成され、１０００℃以上の超高温に耐えられる炉構造で構成された改質塔６が設けられ、流通経路２は、この改質塔６内部と、改質塔６内部とガス化炉１とを接続してタール分を含む燃料ガスが流通される上流側配管７と、改質塔６内部と発電用設備５とを接続してタール分が除去された燃料ガスが流通される下流側配管８とから構成されて、燃料ガスは改質塔６を介してガス化炉１から発電用設備５へと流通されるようになっている。   Between the gasification furnace 1 and the power generation equipment 5, there is provided a reforming tower 6 that is formed in a substantially hollow cylindrical shape and has a furnace structure that can withstand ultra-high temperatures of 1000 ° C. or higher. The inside of the reforming tower 6, the upstream pipe 7 through which the fuel gas containing tar content is circulated by connecting the inside of the reforming tower 6 and the gasifier 1, the inside of the reforming tower 6, and the power generation equipment 5 and a downstream pipe 8 through which the fuel gas from which tar content has been removed is circulated, and the fuel gas is circulated from the gasifier 1 to the power generation facility 5 via the reforming tower 6. It has come to be.

蓄熱体３は、改質塔６内部に、上流側配管７と下流側配管８との間に位置させて設けられる。具体的には改質塔６内には、支持梁９で支持されて、燃料ガスの流通方向に対してこれを遮るように蓄熱体３が設けられる。蓄熱体３は、多数の孔を有するブロック体であってもよいが、図示例にあっては、燃料ガスの流通が可能な通孔を有するメッシュ形態の充填容器１０が支持梁９に固定して設けられ、蓄熱体３は、この充填容器１０内に多数の塊状の蓄熱材３ａを層状に充填することで多孔状に構成される。   The heat accumulator 3 is provided in the reforming tower 6 between the upstream pipe 7 and the downstream pipe 8. Specifically, the heat storage body 3 is provided in the reforming tower 6 so as to be supported by the support beam 9 and to block the fuel gas flow direction. The heat storage body 3 may be a block body having a large number of holes, but in the illustrated example, a mesh-shaped filling container 10 having a through hole through which fuel gas can flow is fixed to the support beam 9. The heat storage body 3 is formed in a porous shape by filling the filling container 10 with a large number of massive heat storage materials 3a in layers.

蓄熱材３ａとしては、球状形態が好ましく、また素材としては蓄熱性に優れたセラミック材を用いることが好ましいが、これに限定されることはなく、燃料ガスの流通を保証できて、１１００℃以上の温度の熱を蓄熱できるものであればよい。具体的には例えば、１２mm径の球状のセラミック材を厚み４０mmで充填することで層状の蓄熱体３を構成することができる。   As the heat storage material 3a, a spherical form is preferable, and it is preferable to use a ceramic material having excellent heat storage properties as a material, but the material is not limited to this, and the circulation of the fuel gas can be ensured to be 1100 ° C. or higher. What is necessary is just to be able to store the heat at the temperature. Specifically, for example, the layered heat storage body 3 can be configured by filling a spherical ceramic material having a diameter of 12 mm with a thickness of 40 mm.

蓄熱体３については、これをいわゆるハニカム構造で構成してもよく、この場合には、燃料ガスをその内部に流通させるために、多数の通孔を有するハニカムがその流れ方向に沿って配置される。   The heat storage body 3 may be configured as a so-called honeycomb structure. In this case, a honeycomb having a large number of through holes is arranged along the flow direction in order to circulate the fuel gas therein. The

他方、改質塔６には本実施形態にあっては、蓄熱体３を加熱するために、燃料ガスと酸化反応を起こす気体Ｇを供給する気体供給手段が設けられる。この気体供給手段は図示例にあっては、複数のガス噴出ノズル１１で構成され、これらガス噴出ノズル１１は、蓄熱体３よりも燃料ガスの流れ方向上流側の改質塔６の内周面にその周方向に沿って適宜間隔、好ましくは等間隔で、かつ蓄熱体３の表面に対して同じ距離を隔てて配置され、特にその噴出端１１ａは、これより吹き出される気体Ｇを蓄熱体３の表面に均等に当てるために、改質塔６内で旋回しつつ蓄熱体３の表面に向かっていくトルネード流となるよう、改質塔６の周方向であってかつ蓄熱体３に向けられる。   On the other hand, in the present embodiment, the reforming tower 6 is provided with a gas supply means for supplying a gas G that causes an oxidation reaction with the fuel gas in order to heat the heat storage body 3. In the illustrated example, this gas supply means is composed of a plurality of gas ejection nozzles 11, and these gas ejection nozzles 11 are the inner peripheral surface of the reforming tower 6 upstream of the heat storage body 3 in the fuel gas flow direction. Are arranged at appropriate intervals along the circumferential direction, preferably at equal intervals and at the same distance from the surface of the heat accumulator 3, and in particular, the ejection end 11a of the gas G blown from this is stored in the heat accumulator. In order to apply evenly to the surface of the reforming tower 6, the circumferential direction of the reforming tower 6 is directed toward the heat storage body 3 so as to form a tornado flow that turns in the reforming tower 6 and moves toward the surface of the heat storage body 3. It is done.

これらガス噴出ノズル１１からは、純酸素もしくは空気が噴出され、これら純酸素等は蓄熱体３内でその内部に流通する燃料ガスと酸化反応を起こし、これにより発生し得る熱で各蓄熱材３ａ、ひいては蓄熱体３全体を均一に加熱し、かつ蓄熱体３全体がその熱を蓄えて１１００℃以上の温度に維持されるようになっている。詳細には、改質塔６に導入されるバイオマス由来の燃料ガスは、Ｈ2やＣＯを主成分とするもので、改質塔６への流入直後では約６００℃以上の温度があり、これに純酸素等を混合することで酸化反応による燃焼作用を起こさせることができる。 From these gas ejection nozzles 11, pure oxygen or air is ejected, and these pure oxygen and the like cause an oxidation reaction with the fuel gas flowing inside the heat storage body 3, and each heat storage material 3a is generated by the heat generated thereby. As a result, the entire heat storage body 3 is uniformly heated, and the entire heat storage body 3 stores the heat and is maintained at a temperature of 1100 ° C. or higher. Specifically, the fuel gas derived from biomass introduced into the reforming tower 6 is mainly composed of H 2 and CO, and has a temperature of about 600 ° C. or more immediately after flowing into the reforming tower 6. Combustion action by oxidation reaction can be caused by mixing pure oxygen or the like.

そして本実施形態では、多数の蓄熱材３ａを層状に充填することで多孔状の蓄熱体３が形成され、これにより燃料ガスは当該蓄熱体３に達すると、この蓄熱体３に対しその全体に亘って枝分かれするようにして流れ込む一方で、蓄熱体３を形成する蓄熱材３ａは個々に１１００℃以上にまで加熱されてその熱を蓄熱し、これにより燃料ガスはその全体が蓄熱体３内で１１００℃以上の各蓄熱材３ａと均一に接触し得、この結果、蓄熱体３を通過した燃料ガスが全体として満遍なく１１００℃以上に加熱されるようになっている。   In the present embodiment, a porous heat storage body 3 is formed by filling a large number of heat storage materials 3a in layers, and when the fuel gas reaches the heat storage body 3, the entire heat storage body 3 is filled with it. On the other hand, the heat storage material 3a forming the heat storage body 3 is individually heated to 1100 ° C. or more to store the heat, and the fuel gas is entirely contained in the heat storage body 3 while flowing in a branched manner. As a result, the fuel gas that has passed through the heat accumulator 3 can be uniformly heated to 1100 ° C. or more as a whole.

また、蓄熱体３よりも燃料ガスの流れ方向下流側には、改質炉６内に取り付けて燃料ガス温度を検出する熱電対などの温度センサ（図示せず）が設けられ、これにより蓄熱体３を経過した燃料ガスが１１００℃以上に加熱されているか否かが検出されるようになっている。そしてこの温度センサの検出値に基づいて、ガス噴出ノズル１１からの気体噴射量を調節することができ、これにより蓄熱体３による燃料ガスの加熱温度を１１００℃以上に確実にコントロールすることができる。   Further, a temperature sensor (not shown) such as a thermocouple that is attached in the reforming furnace 6 and detects the temperature of the fuel gas is provided downstream of the heat storage body 3 in the fuel gas flow direction. Whether the fuel gas having passed 3 has been heated to 1100 ° C. or higher is detected. And based on the detected value of this temperature sensor, the gas injection quantity from the gas ejection nozzle 11 can be adjusted, and thereby, the heating temperature of the fuel gas by the heat storage body 3 can be reliably controlled to 1100 ° C. or higher. .

図４および図５には、第２実施形態が示されていて、この実施形態ではガス噴出ノズル１１に代えて、これと同様な取り付け配置で設けられたバーナ１２によって蓄熱体３が加熱されるようになっている。バーナ１２の場合には、燃料と空気が供給されて火炎Ｆを発生し、この火炎Ｆで蓄熱体３を加熱するようになっている。バーナ１２に供給する燃料としては、燃料ガスの一部をこれに導いて利用するようにしても、別途燃料を供給するようにしてもよい。   4 and 5 show a second embodiment. In this embodiment, the heat accumulator 3 is heated by a burner 12 provided in the same mounting arrangement instead of the gas ejection nozzle 11. It is like that. In the case of the burner 12, fuel and air are supplied to generate a flame F, and the heat storage body 3 is heated by this flame F. As the fuel to be supplied to the burner 12, a part of the fuel gas may be introduced and used, or fuel may be supplied separately.

以上説明した本実施形態にかかるバイオマスガス化発電システムの燃料ガス改質装置の作用について説明する。特に本実施形態にあっては、タール分が約１１００℃の高温に晒されると熱分解される点に着目し、タール分を含む燃料ガスをできるだけ均一に１１００℃の高温まで昇温させてタール分を熱分解させ、これにより発電用設備５に達した燃料ガスの温度を常温まで下げても、タール分が析出することのないようになっている。   The operation of the fuel gas reformer of the biomass gasification power generation system according to the present embodiment described above will be described. In particular, in this embodiment, paying attention to the fact that the tar content is thermally decomposed when exposed to a high temperature of about 1100 ° C., the temperature of the fuel gas containing the tar content is raised to a high temperature of 1100 ° C. as uniformly as possible. Even if the temperature of the fuel gas that has reached the power generation facility 5 is lowered to room temperature by this, the tar content does not precipitate.

燃料ガスの温度を上昇させるには、単純には、燃料ガスを加熱すればよい。しかしながら、タール分は燃料ガス中に全体的に分布していると考えられるから、燃料ガスを均一に加熱できることが重要であり、加熱される燃料ガスに１１００℃に達しない部分が少しでもあると、その部分のタール分を熱分解させることができず、結果としてタール分の除去率が低下してしまう。   In order to raise the temperature of the fuel gas, it is only necessary to heat the fuel gas. However, since the tar content is considered to be distributed in the fuel gas as a whole, it is important that the fuel gas can be heated uniformly. If the heated fuel gas has a small portion that does not reach 1100 ° C. The tar content of the portion cannot be pyrolyzed, resulting in a reduction in the tar removal rate.

他方、装置として例えば、１５００℃程度の超高温を発生できるようにすれば、装置を通過する燃料ガスは高い確率で、それよりも温度の低い１１００℃程度には加熱されると考えられ、タール分の除去効率を向上できると見込まれるが、この場合には超高温に耐えられるようにするために炉構造が複雑化し、またそのような超高温を得るために相当のエネルギー消費が見込まれるという不都合がある。   On the other hand, for example, if an extremely high temperature of about 1500 ° C. can be generated as a device, the fuel gas passing through the device is considered to be heated to a temperature of about 1100 ° C., which is lower than that, with a high probability. However, in this case, the furnace structure becomes complicated in order to withstand ultra high temperatures, and considerable energy consumption is expected to achieve such ultra high temperatures. There is an inconvenience.

これに対し、本実施形態にあっては、改質塔６内に蓄熱材３ａを充填して構成した多孔状の蓄熱体３を設けるとともに、当該蓄熱体３を加熱してこれに１１００℃以上の熱を蓄熱させるようにし、そしてタール分を含む燃料ガスをこの蓄熱体３に通過させて当該燃料ガス全量を蓄熱体３と接触させるようにしているので、全燃料ガスを１１００℃以上に加熱することができて、これに含まれるタール分をほぼ完全に熱分解させて除去することができるようになっている。   On the other hand, in this embodiment, while providing the porous heat storage body 3 constituted by filling the heat storage material 3a in the reforming tower 6, the heat storage body 3 is heated to 1100 ° C. or higher. The fuel gas containing tar is passed through the heat accumulator 3 so that the entire amount of the fuel gas is brought into contact with the heat accumulator 3, so that the entire fuel gas is heated to 1100 ° C. or higher. The tar content contained therein can be removed almost completely by pyrolysis.

第１実施形態に関する本発明者による実験結果によれば、７００℃でバイオマスを燃料ガス化させて得た１．５m3Ｎ／ｈの燃料ガスに０．１８m3Ｎ／ｈの純酸素を改質塔６に供給すると、蓄熱体３を通過した後の燃料ガス温度を１１００℃に保つことができた。 According to the experiment result by the present inventor regarding the first embodiment, the pure oxygen of 0.18 m 3 N / h was modified to the fuel gas of 1.5 m 3 N / h obtained by converting the biomass into fuel gas at 700 ° C. When supplied to the quality tower 6, the fuel gas temperature after passing through the heat storage body 3 could be kept at 1100 ° C.

この場合、酸化反応により燃料ガス中の可燃分が消費されるため、燃料ガスは、蓄熱体３を通す前の湿ベースで約２８００kcal/m3Ｎの低位発熱量をもっていたものが、蓄熱体３を経過させると約２３００kcal/m3Ｎに若干低下するが、これによりタール分を熱分解して除去した燃料ガスを発電用設備５へと送ることができ、発電用設備５におけるトラブルの発生を防止できるとともに、またフィルターを設置した場合などに必要とされる煩雑な保全作業を不要とすることができる。 In this case, since the combustible component in the fuel gas is consumed by the oxidation reaction, the fuel gas has a low heating value of about 2800 kcal / m 3 N on the wet base before passing through the heat storage body 3. As the time elapses, the fuel gas is slightly reduced to about 2300 kcal / m 3 N. This allows the fuel gas removed by thermal decomposition of the tar content to be sent to the power generation equipment 5, which causes troubles in the power generation equipment 5. It can be prevented, and complicated maintenance work required when a filter is installed can be eliminated.

また第１実施形態では、上述したように供給する気体としては、純酸素を使用し、燃料ガスの酸化反応熱を利用してそれ自体の温度を１１００℃まで上昇させるようにしても、また純酸素ではなく、空気を吹き込むようにしてもよい。しかしながら、空気の場合は、その大部分を占める窒素が燃料ガス中に混入することとなり、最終的に利用される燃料ガスの単位ガス量当たりの発熱量が、混入した窒素量に応じて低下してしまう。例えば、ガスエンジンで燃料ガスを燃焼させる場合に、高効率で発電を行うためにはもちろん、単位ガス量当たりの発熱量が大きいことが望ましい。   In the first embodiment, pure oxygen is used as the gas to be supplied as described above, and the temperature of itself is raised to 1100 ° C. using the oxidation reaction heat of the fuel gas. Air may be blown instead of oxygen. However, in the case of air, nitrogen, which occupies most of it, is mixed in the fuel gas, and the calorific value per unit gas amount of the fuel gas to be finally used decreases according to the amount of mixed nitrogen. End up. For example, when fuel gas is burned by a gas engine, it is desirable that the calorific value per unit gas amount be large in order to generate power with high efficiency.

他方、燃料ガスの利用において、単位ガス量当たりの発熱量が問題とならない場合には、燃料ガスが有する総エネルギ量自体には変化はないから、空気の吹き込みによって燃料ガスを燃焼させて当該燃料ガス温度を上昇させるようにしても良い。   On the other hand, in the use of fuel gas, if the amount of heat generated per unit gas amount does not matter, the total energy amount of the fuel gas itself does not change. The gas temperature may be raised.

第２実施形態のように蓄熱体３を加熱するのに、純酸素等を供給するのではなく、当該燃料ガスもしくは他の燃料で燃焼動作されるバーナ１２を使用する場合については、バーナ１２への燃料ガス等の供給量とエアの供給量の制御が必要となるため、純酸素のみを供給する場合と比較して、制御が若干複雑化する一方で、燃料ガス温度で酸化反応を起こさせる酸素利用の場合と比べて、独自の燃焼作用によって蓄熱体３を加熱するものであるから、改質塔６に供給される燃料ガスの最低温度に制約がないという意味で、ガス化炉１で生成される燃料ガスの温度条件を緩和することができる利点がある。   When heating the heat accumulator 3 as in the second embodiment, instead of supplying pure oxygen or the like, the burner 12 that is burned and operated with the fuel gas or other fuel is used. Because it is necessary to control the supply amount of fuel gas, etc. and the supply amount of air, the control is slightly complicated as compared with the case of supplying pure oxygen only, and the oxidation reaction is caused at the fuel gas temperature. Compared to the case of using oxygen, the heat storage body 3 is heated by a unique combustion action, so that the minimum temperature of the fuel gas supplied to the reforming tower 6 is not limited, and the gasifier 1 There is an advantage that the temperature condition of the generated fuel gas can be relaxed.

本実施形態にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置にあっては、その除去は難しいタールを、フィルターなどの物理手段によって除去するのではなく、多孔状であって、１１００℃以上の熱を蓄熱する蓄熱体３を備えて化学的に処理するようにしていて、燃料ガスを満遍なく均一に１１００℃以上に加熱することができ、これによる熱分解によってタール分をほぼ完全除去することができる。従って、タールの析出に伴う発電用設備５のメンテナンスを不要にすることができる。また、タール分も熱分解により低級炭化水素類に分解することができて、エネルギーとしても利用することができる。   In the fuel gas reforming apparatus of the biomass gasification system according to the present embodiment, tar that is difficult to remove is not removed by physical means such as a filter, but is porous and has a heat of 1100 ° C. or higher. The heat storage body 3 for storing heat is provided for chemical treatment, and the fuel gas can be uniformly and uniformly heated to 1100 ° C. or higher, and the tar content can be almost completely removed by thermal decomposition. . Therefore, the maintenance of the power generation facility 5 accompanying the precipitation of tar can be eliminated. The tar content can also be decomposed into lower hydrocarbons by thermal decomposition, and can also be used as energy.

表１には、実験結果が示されている。条件１〜４いずれにあっても、実験用に用いた円筒形のマッフル炉（以下、改質炉という）の炉内温度（処理温度）を１１００℃に保ち、このマッフル炉内に、木材チップを７００℃でガス化した燃料ガスを流通させた場合における、改質炉入口（表中、入口という）と改質炉出口（表中、出口という）でのタール量の比較を示している。燃料ガスの改質炉内の滞留時間は約１０秒とした。   Table 1 shows the experimental results. Under any of the conditions 1 to 4, the furnace temperature (treatment temperature) of the cylindrical muffle furnace used for the experiment (hereinafter referred to as the reforming furnace) is maintained at 1100 ° C., and the wood chip is placed in the muffle furnace. 2 shows a comparison of tar amounts at the reformer inlet (in the table, referred to as the inlet) and the reformer outlet (in the table, referred to as the outlet) when the fuel gas gasified at 700 ° C. is circulated. The residence time of the fuel gas in the reforming furnace was about 10 seconds.

条件１は、蓄熱体を設置せず、しかも酸素を吹き込まない場合で、タール量は４０％しか減少していない。これはすべての燃料ガスが１１００℃にならず、改質炉内で熱分解し得なかったタール分が相当量あることを意味している。   Condition 1 is a case where no heat storage body is installed and oxygen is not blown, and the amount of tar is reduced by only 40%. This means that all the fuel gas does not reach 1100 ° C., and there is a considerable amount of tar that could not be thermally decomposed in the reforming furnace.

条件２は、蓄熱体は設置しない一方で、酸素を改質炉内に吹き込んだ場合で、改質炉内ではある程度の燃焼作用が起こり、また改質炉内の輻射熱で１１００℃近辺までは加熱されるため、約９０％のタール分が除去されている。   Condition 2 is a case where a heat storage body is not installed, but oxygen is blown into the reforming furnace. A certain amount of combustion action occurs in the reforming furnace, and heating is performed up to around 1100 ° C. by radiant heat in the reforming furnace. Therefore, about 90% of the tar content is removed.

条件３は、改質炉内に上記実施形態相当の蓄熱体を設けるとともに、酸素を蓄熱体に向かってではなく、その手前に空気を吹き込んだ場合の結果である。酸素と燃料ガスとの発熱反応が起こり、さらに改質炉内の輻射熱によって蓄熱体が加熱され、これを燃料ガスが通過することにより、約９５％のタール分を除去することができている。   Condition 3 is a result of the case where a heat accumulator corresponding to the above embodiment is provided in the reforming furnace, and oxygen is blown in front of the heat accumulator rather than toward the heat accumulator. An exothermic reaction between oxygen and the fuel gas occurs, and further, the heat storage body is heated by the radiant heat in the reforming furnace, and the fuel gas passes therethrough, so that about 95% of the tar content can be removed.

条件４は、蓄熱体に向けて酸素を吹き付けた場合である。この場合、改質炉の炉内温度は他と同様に１１００℃であるが、蓄熱体を経過した直後の燃料ガス温度は１１２０℃まで上昇していて、タールの除去率は実に９９．７％となっている。   Condition 4 is a case where oxygen is sprayed toward the heat storage body. In this case, the internal temperature of the reforming furnace is 1100 ° C. as in the other cases, but the fuel gas temperature immediately after passing through the heat storage body has risen to 1120 ° C., and the tar removal rate is actually 99.7%. It has become.

また、上記実験とは別に、改質炉の炉内温度を７００度まで下げたが、上記実施形態相当の蓄熱体を通過した燃料ガスの温度や除去率に変化はなかった。以上のことから、本実施形態にあっては、バイオマス由来の燃料ガス中のタール分をほぼ完全に除去できることが理解される。
In addition to the above experiment, the temperature inside the reforming furnace was lowered to 700 ° C., but there was no change in the temperature or removal rate of the fuel gas that passed through the heat storage body corresponding to the above embodiment. From the above, it is understood that the tar content in the biomass-derived fuel gas can be almost completely removed in the present embodiment.

Figure 2005060533
Figure 2005060533

本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置が適用されたバイオマスガス化発電システムの概要を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the biomass gasification power generation system to which the fuel gas reformer of the biomass gasification system concerning this invention was applied. 本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置の好適な一実施形態を示す改質塔の側断面図である。1 is a side sectional view of a reforming tower showing a preferred embodiment of a fuel gas reforming apparatus for a biomass gasification system according to the present invention. 図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 本発明にかかるバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置の他の実施形態を示す改質塔の側断面図である。It is a sectional side view of the reforming tower which shows other embodiment of the fuel gas reforming apparatus of the biomass gasification system concerning this invention. 図４中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。In FIG. 4, it is a BB arrow directional cross-sectional view.

符号の説明Explanation of symbols

２ 流通経路
３ 蓄熱体
３ａ 蓄熱材
１０ 充填容器
１１ ガス噴出ノズル
１２ バーナ
2 Distribution Channel 3 Heat Storage Body 3a Heat Storage Material 10 Filling Container 11 Gas Injection Nozzle 12 Burner

Claims (10)

バイオマスから生成される燃料ガスの流通経路に、該燃料ガスを流通させる多孔状に形成され、かつ加熱されて１１００℃以上の熱を蓄熱する蓄熱体を設けたことを特徴とするバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 A biomass gasification system characterized in that a heat storage body for storing heat of 1100 ° C. or higher is provided in a flow path of fuel gas generated from biomass, which is formed in a porous shape for circulating the fuel gas and is heated to store heat of 1100 ° C. or higher. Fuel gas reformer. 前記蓄熱体は、通孔を有する充填容器に多数の球状蓄熱材を層状に充填して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 2. The fuel gas reformer for a biomass gasification system according to claim 1, wherein the heat storage body is configured by filling a plurality of spherical heat storage materials in layers in a filling container having a through hole. 前記球状蓄熱材がセラミック材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reformer for a biomass gasification system according to claim 2, wherein the spherical heat storage material is formed of a ceramic material. 前記蓄熱体はハニカム構造であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reformer for a biomass gasification system according to claim 1, wherein the heat storage body has a honeycomb structure. 前記蓄熱体を加熱する加熱手段が設けられ、該加熱手段が前記燃料ガスと酸化反応する気体を供給する気体供給手段であることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The biomass according to any one of claims 1 to 4, wherein a heating means for heating the heat storage body is provided, and the heating means is a gas supply means for supplying a gas that undergoes an oxidation reaction with the fuel gas. Fuel gas reformer for gasification system. 前記気体は純酸素であることを特徴とする請求項５に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reformer for a biomass gasification system according to claim 5, wherein the gas is pure oxygen. 前記気体は空気であることを特徴とする請求項５に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reformer for a biomass gasification system according to claim 5, wherein the gas is air. 前記蓄熱体を加熱する加熱手段が設けられ、該加熱手段がバーナであることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reforming apparatus for a biomass gasification system according to any one of claims 1 to 4, wherein heating means for heating the heat storage body is provided, and the heating means is a burner. 前記バーナには、燃料として前記燃料ガスが供給されることを特徴とする請求項８に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。 The fuel gas reforming apparatus for a biomass gasification system according to claim 8, wherein the fuel gas is supplied to the burner as fuel. 前記蓄熱体よりも前記燃料ガスの流れ方向下流側に、燃料ガス温度を検出する温度センサを設けたことを特徴とする請求項１〜９いずれかの項に記載のバイオマスガス化システムの燃料ガス改質装置。
The fuel gas of the biomass gasification system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a temperature sensor that detects a fuel gas temperature downstream of the heat storage body in the fuel gas flow direction. Reformer.
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