JP2005146185A

JP2005146185A - 植物系バイオマス資源利用設備

Info

Publication number: JP2005146185A
Application number: JP2003388611A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Arase; 央荒瀬; Shigeki Kuroba; 茂樹黒羽
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】
本発明の目的は、炭化装置で植物系バイオマス資源を乾留・分離することにより生成されるタールを有効利用してエネルギー利用効率の高い植物系バイオマス資源利用設備を提供することにある。
【解決手段】
木材チップ１を炭化炉３で熱分解して生成した植物系バイオマスガスの水分とタールを分離してタールをタールタンク９に貯蔵する。水分とタールを分離された植物系バイオマスガスとタールタンク９から供給されるタールを燃料とする蒸気発生器１４に蒸気を発生させ、蒸気発生器１４が発生する蒸気によりタールタンク９を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材チップなどの植物系バイオマス資源から乾留・分離される植物系バイオマスガスやタールの資源を有効利用する植物系バイオマス資源利用設備に関する。

一般に、植物系バイオマス資源を利用するには、植物系バイオマス資源を炭化する過程で発生する植物系ガスを内燃機関等で燃焼させ発電すると共に、炭化物をボイラ等で燃焼させエネルギーの有効活用を図るものが知られている。ガスの冷却・清浄化の過程で発生するタール分については、炭化炉に使用する植物系バイオマス資源の代替物として再利用するようにしている。このことは、例えば、下記特許文献１に記載されている。

しかしながら、タール分は植物系バイオマス資源を乾留・分離の結果生成するものである。従って、タール分を植物系バイオマス資源の代替物として単独に炭化炉へ供給しても再び乾留・分離することは難しいことである。これは植物系バイオマス資源に混入して使用の場合にも同一であり、ほとんど変化せず循環するのみであり消費されないので、タール分を有効利用しているといえないのが実情である。

特開２００３―３６６６２６号公報

従来技術は炭化炉から発生する植物系バイオマスガスを内燃機関の燃料として利用し、また、炭化炉から生成した木炭を燃料、調湿剤、水質浄化剤などに利用したり、生成したタールや木酢液等を防虫・防腐剤などの資源として生成している。しかしながら、エネルギープラントとした場合、エネルギー的に利用可能なタールの利用技術がシステムの中に組み込まれておらず、エネルギープラントとしての効率が低いものになっている。

本発明の目的は、炭化装置で植物系バイオマス資源を乾留・分離することにより生成されるタールを有効利用してエネルギー利用効率の高い植物系バイオマス資源利用設備を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、植物系バイオマス資源を熱分解して生成した植物系バイオマスガスの水分とタールを分離してタールをタールタンクに貯蔵しと、水分とタールを分離された植物系バイオマスガスとタールタンクから供給されるタールを燃料とする蒸気発生器に蒸気を発生させ、蒸気発生器が発生する蒸気によりタールタンクを加熱するようにしたことにある。

本発明はタールを貯蔵するタールタンクを蒸気発生器が発生する蒸気により加熱している。タールは常温では粘度が高く、また、６０℃以下で固体化する。本発明はタールをタールタンクに一旦貯蔵し、タールを加温しているので、固体化することなく６０℃以上に保持可能になる。

本発明は植物系バイオマス資源を熱分解して生成した植物系バイオマスガスの水分とタールを分離した植物系バイオマスガスとタールを蒸気発生器の燃料として有効利用することができる。その結果、エネルギー利用効率の高い植物系バイオマス資源利用設備を構築することができる。

炭化炉は植物系バイオマス資源を熱分解し炭化物と植物系バイオマスガスを生成する。炭化炉で生成された植物系バイオマスガスの水分とタールをガス成分分離手段で分離する。炭化炉で生成された植物系バイオマスガスは誘引ファンで誘引される。ガス成分分離手段で分離されたタールはタールタンクに貯蔵される。蒸気発生器は水分とタールを分離された前記植物系バイオマスガスとタールタンクから供給されるタールを燃料として蒸気を発生する。タールタンクは蒸気発生器が発生する蒸気により加熱される。

図１に本発明の第１の実施例を示す。図１は植物系バイオマス資源である木材チップを炭化炉で燃焼させ植物系バイオマス資源を乾留・分離する例を示している。

図１において、木材チップ１は燃料投入口２から炭化炉３内へ投入される。炭化炉３内の堆積木材チップ１は、投入された順序に従って、最下面が燃焼層となり、そこでの木材チップ１の燃焼熱時に発生する燃焼ガスが炭化炉３の内部を上昇し、堆積している木材チップを加熱し木材の熱分解により木質ガスが発生する。

発生した木質ガスはサイクロンセパレータ４を経て第１クーラ５及び第２クーラ６に送られる。これらのクーラ５および６で水分とタール分が分離される。木質ガスは第２クーラ６における出口の誘引ファン７の出口で更にタール分をタール分離器８で分離された後に、給水ポンプ１５から供給される給水を蒸気として熱回収する蒸気発生器（排熱回収器）１４の木質ガス燃焼器１１に導入される。

一方、サイクロンセパレータ４、第１クーラ５、第２クーラ６及びタール分離器８で分離されたタールは、タールタンク９に送られる。タールタンク９内のタールはタールポンプ１０により圧送され、排熱回収器１４のタール燃焼器１３に導入される。この時、タール燃焼に不足する空気は押込みファン１２により供給するようにする。

排熱回収器１４から発生する蒸気ラインには流量計１６が設置され、タールタンク９にはタール貯蔵量を計測するためのレベル計１７が設置される。流量計１６とレベル計１７の検出信号でタールポンプ１０と空気押込みファン１２は運転制御される。これにより、木材チップ１の水分の変化等により、木質ガス発生が減少した場合にでも、助燃料としてタールを燃焼し、蒸気発生量を増加することができることから、木材チップ１の状態に影響されることを押さえた安定した運用を可能とする。

木材チップ１のような植物系バイオマス資源から生成されるタールは常温で粘度が高く、また６０℃以下で固体化する。その温度を６０℃以上に保持するために、排熱回収器１４からの発生蒸気にて保温・加熱する。保温・加熱範囲はタールタンク９からタールを燃料とする排熱回収器１４のタール燃焼器１３近傍部までであり、保温・加熱はタールポンプ１０を使用してタールタンク９に循環運転される。

タール加熱用の蒸気は排熱回収器１４の蒸気ラインに設置された蒸気分配弁２４により供給され、タールタンク９の外周部に設置する蒸気配管２２により行う。なお、使用した蒸気は蒸気トラップ１９により系外へ排出される。

図２に本発明の第２の実施例を示す。

図２において、タール分離器８の後流側に、木質ガスを貯蔵する木質ガス貯蔵タンク１８を設置し、木質ガス貯蔵タンク１８に送気された木質ガスは、押込みファン１９によりガスエンジン２０に供給され、ガスエンジン２０内で更に加給され燃焼する。

ガスエンジン２０の高温排ガスは燃焼排ガス系統により排熱回収器１４に接続される。排熱回収器１４はガスエンジン２０の排熱を回収するとともに、タールタンク９からタールポンプ１０により圧送されたタールを燃焼させる。なお、図２に示す排熱回収器１４にはタールタンク９から圧送されたタール以外の化石燃料を起動用または混焼用設備として燃焼するためのバーナ２１を設けている。

植物系バイオマス資源から生成されるタールは常温で粘度が高く、また６０℃以下で固体化する。その温度を６０℃以上に保持するために、外部燃料でも起動可能な排熱回収器１４からの発生蒸気にて保温・加熱する。保温・加熱範囲はタールタンク９からタールを燃料とする排熱回収器１４のタール燃焼器１３近傍部までである。保温・加熱はタールポンプ１０を使用してタールタンク９に循環運転される。

タール加熱用の蒸気は排熱回収器１４の蒸気ラインに設置された蒸気分配弁２４により供給され、タールタンク９の外周部に設置する蒸気配管２２により行う。なお、使用した蒸気はスチームトラップ１９により系外へ排出される。

以上のように、タールを液体燃料として安定的に取扱うための技術を取り入れることによりタールを燃料として利用することを容易となる。

さて、本発明は炭化炉３の生成物としてエネルギー的に利用可能なタールのエネルギー的に有効利用しているが、特にタールは常温では粘度が高く、そのまま液体燃料として取扱うことが困難であるため、安定的な燃料として利用するプロセス技術を取り入れることが効果的である。

まず、タールは常温では粘度が高く、また、６０℃以下で固体化することから、炭化炉３から生成されるタールをタールタンク９に一旦貯蔵し、その外周部にタール加温用の加熱蒸気管を設置している。これにより、蒸気発生器１４の蒸気でタールを加温することができることから、固体化しない６０℃以上に保持可能である。

なお、タール加温はガスエンジン２０の排ガス系統に排熱回収給湯器を設け、排熱回収給湯器の出口熱水でタール加温を行うこともできる。この場合は、ガスエンジン２０からの排ガス熱量を熱源として連続的に利用可能であることと、一般に排熱回収給湯器の水温条件は大気圧状態での水の沸点温度以下で設計されるため、タールタンク９に８０℃程度の熱水を供給可能であることから、タールタンク９に貯蔵するタールを６０℃以上に保温することが可能である。

本発明の一実施例を示す構成図である。本発明の他の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１…木材チップ、２…燃料投入口、３…炭化炉、４…サイクロンセパレータ、５…第１クーラ、６…第２クーラ、７…誘引ファン、８…タール分離器、９…タールタンク、１０…タールポンプ、１１…木質ガス燃焼器、１２…空気押込みファン、１３…タール燃焼器、１４…蒸気発生器（排熱回収器）、１５…給水ポンプ、１６…流量計、１７…レベル計、１８…木質ガス貯蔵タンク、１９…押込みファン、２０…ガスエンジン、２１…化石燃料バーナ、２２…加熱蒸気管、２３…蒸気トラップ、２４…蒸気分配弁。

Claims

植物系バイオマス資源を熱分解し炭化物と植物系バイオマスガスを生成する炭化炉と、前記炭化炉で生成された前記植物系バイオマスガスの水分とタールを分離するガス成分分離手段と、前記ガス成分分離手段で分離されたタールを貯蔵するタールタンクと、水分とタールを分離された前記植物系バイオマスガスと前記タールタンクから供給されるタールを燃料として蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器が発生する蒸気により前記タールタンクを加熱するタンク加熱手段とを具備することを特徴とする植物系バイオマス資源利用設備。
植物系バイオマス資源を熱分解し炭化物と植物系バイオマスガスを生成する炭化炉と、前記炭化炉で生成された前記植物系バイオマスガスの水分とタールを分離するガス成分分離手段と、前記炭化炉で生成された前記植物系バイオマスガスを誘引する誘引ファンと、前記ガス成分分離手段で分離されたタールを貯蔵するタールタンクと、水分とタールを分離された前記植物系バイオマスガスを燃料として高温排ガスを生成するガスエンジンと、前記ガスエンジンが生成する高温排ガスと前記タールタンクから供給されるタールを燃料として蒸気を発生する蒸気発生器と、前記タールタンクに貯蔵されているタールを搬送して前記蒸気発生器に供給するタールポンプと、前記蒸気発生器が発生する蒸気により前記タールタンクを加熱してタールの粘度を低下させるタンク過熱手段とを具備することを特徴とする植物系バイオマス資源利用設備。