JP2005162811A

JP2005162811A - 固体有機物のガス化装置

Info

Publication number: JP2005162811A
Application number: JP2003401356A
Authority: JP
Inventors: Keirin Boku; 桂林朴; Shigekatsu Mori; 滋勝森; Yoshinori Itaya; 義紀板谷; Mitsuhiko Hamai; 満彦浜井
Original assignee: Nagoya University NUC; Japan Science and Technology Agency; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nagoya University NUC; Japan Science and Technology Agency; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: JP4178270B2

Abstract

【課題】生成ガスからタールを除去することができ、かつ小型化可能な固体有機物のガス化装置を提供する。
【解決手段】木質バイオマスをガス化可能なガス化炉１と、ガス化炉１内に木質バイオマスを供給可能なホッパ２と、ガス化炉１とガス輸送管３により接続され、ガス化炉１で生じた生成ガスを精製する精製装置４とを備えた固体有機物のガス化装置である。木質バイオマスのガス化温度で反応せず、生成ガスと接触して生成ガスが含み得るタールを吸着可能な不活性粒子であるフライアッシュをガス化炉１内に供給可能なフライアッシュ供給装置７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は固体有機物のガス化装置に関する。

木質バイオマスやプラスチックなどの固体有機物を原料として熱分解反応、酸化ガス化反応を行う固体有機物のガス化装置では、発生量の多少の違いはあるものの、必ずタールが発生する。そして、このタールは反応効率の低下や機器のトラブルを引き起こす原因となる。特にタールがフィルタの表面に付着すると、フィルタに目詰まりを生じて固体粒子の捕集機能が低下したり、場合によってはフィルタが完全に閉塞されて固体粒子の捕集機能が完全に失われる。

このようなタールを除去するため、従来、特許文献１、２に固体有機物のガス化装置が開示されている。特許文献１記載の固体有機物のガス化装置は、固体有機物をガス化可能なガス化炉と、ガス化炉内に固体有機物を供給可能な有機物供給手段と、ガス化炉とガス輸送管により接続され、ガス化炉で生じた生成ガスを精製する精製手段とを備えている。そして、ガス化炉を第１段ガス化炉と第２段ガス化炉とに分割し、両者の間にサイクロンが配置されている。この固体有機物のガス化装置では、第１段ガス化炉で生成されたフライアッシュや未反応固体有機物等の固体物がサイクロンによって除去され、原料ガスだけが第２段ガス化炉に供給される。そして、第２段ガス化炉においては、第１段ガス化炉から供給された原料ガスをさらに昇温させ、原料ガスに残留するタールを分解する。こうして、この固体有機物のガス化装置では、タールが除去された生成ガスを得ることができる。

また、特許文献２記載の固体有機物のガス化装置は、固体有機物をガス化可能なガス化炉と、ガス化炉内に固体有機物を供給可能な有機物供給手段と、ガス化炉とガス輸送管により接続され、ガス化炉で生じた生成ガスを精製する精製手段とを備えている。そして、ガス化炉の下流にはガス混合器及びタール改質塔が配置されている。この固体有機物のガス化装置では、ガス化炉で生じた生成ガスがガス混合器において高温の燃焼ガスと混合されて昇温され、タール改質塔に供給される。そして、タール改質塔においては、ガス化装置で昇温された生成ガスを触媒と接触させ、タールが炭化水素に分解される。こうして、この固体有機物のガス化装置においても、タールが除去された生成ガスを得ることができる。

特開平８−２９６９７４特開平１１−２１５６４

しかし、特許文献１記載の固体有機物のガス化装置では、ガス化炉を第１段ガス化炉と第２段ガス化炉とに分割しており、装置が複雑化するのみならず大型化していた。また、特許文献２記載の固体有機物のガス化装置では、ガス混合器及びタール改質塔が配置され、やはり装置の複雑化、大型化を招いていた。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、生成ガスからタールを除去することができ、かつ小型化可能な固体有機物のガス化装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の固体有機物のガス化装置は、固体有機物をガス化可能なガス化炉と、該ガス化炉内に固体有機物を供給可能な有機物供給手段と、該ガス化炉とガス輸送管により接続され、該ガス化炉で生じた生成ガスを精製する精製手段とを備えた固体有機物のガス化装置において、
前記固体有機物のガス化温度で反応せず、前記生成ガスと接触して該生成ガスが含み得るタールを凝縮又は吸着可能な不活性粒子を前記ガス化炉内又は前記ガス輸送管内に供給可能な粒子供給手段を備えていることを特徴とする。

本発明の固体有機物のガス化装置では、粒子供給手段からガス化炉内又はガス輸送管内に供給される不活性粒子は、固体有機物のガス化温度で反応せず、生成ガスと接触して生成ガスが含み得るタールを凝縮又は吸着することができる。そのため、生成ガスのタールは不活性粒子により凝縮又は吸着され、ガス化炉又はガス輸送管より下流の機器にはタールが除去された生成ガスを供給することができる。

また、本発明の固体有機物のガス化装置では、既存の装置に粒子供給手段を設けるだけでよく、装置の複雑化及び大型化を防止することができる。

したがって、本発明の固体有機物のガス化装置によれば、生成ガスからタールを除去することができ、かつ小型化が可能である。

前記精製手段は前記生成ガスから前記タールをろ過可能なろ過手段を有し、前記粒子供給手段は該ろ過手段の上流に前記不活性粒子を供給することが好ましい。これにより、精製手段には粒子供給手段によりタールがほとんど除去された生成ガスが供給され、さらにろ過手段により生成ガスに僅かに残留するタールも除去されるため、生成ガスからタールを確実に取り除くことができる。

前記不活性粒子は多孔質であることが好ましい。不活性粒子が多孔質であればタールを多量に吸着可能だからである。

前記不活性粒子はフライアッシュであることが好ましい。フライアッシュは入手が容易だからである。また、タールを吸収したフライアッシュをさらに高温で処理することにより、タールを分解して燃焼可能なガスを生成することもできる。

実施形態の固体有機物のガス化装置は、図１に示すように、固体有機物である木質バイオマスをガス化可能なガス化炉１と、ガス化炉１内に固体有機物を供給可能なホッパ２と、ガス化炉１で生じた生成ガスを精製する精製装置４とを備えている。ガス化炉１にはホッパ２が接続され、ガス化炉１と精製装置４とはガス輸送管３により接続されている。このガス化炉１と精製装置４との間のガス輸送管３にはサイクロン６が配置されている。また、精製装置４には、ガス化炉１で生じた生成ガスからタールをろ過可能なバグフィルタ５が設けられている。さらに、ガス化炉１には、不活性粒子であるフライアッシュをガス化炉１内に供給可能なフライアッシュ供給装置７が接続されている。ここで、ホッパ２が有機物供給手段であり、精製装置４が精製手段である。また、バグフィルタ５がろ過手段であり、フライアッシュ供給装置７が粒子供給手段である。

以上の構成をした固体有機物のガス化装置では、ガス化炉１内においてホッパ２から供給された木質バイオマスが高温下（７００℃〜８００℃）でガス化される。その際、フライアッシュ供給装置７からガス化炉１内にフライアッシュが投入される。ただし、フライアッシュの投入量は０．２Ｋｇ／ｈ以下であり、これは木質バイオマスの供給量２０Ｋｇ／ｈに対して１％以下である。このフライアッシュは多孔質の不活性粒子であるため、木質バイオマスのガス化温度で反応せず、生成ガスと接触して生成ガスが含み得るタールを多量に吸着する。そして、サイクロン６により、タールを吸着したフライアッシュが生成ガスから除去される。さらに、精製装置４に設けられたバグフィルタ５により、生成ガスに僅かに残留するタールも除去される。最後に、精製装置４により、生成ガスから水素ガスや炭酸ガスが精製される。

本実施形態の固体有機物のガス化装置では、ガス化炉１内においてタールを吸着したフライアッシュがサイクロン６により生成ガスから除去される。そのため、生成ガスのタールはフライアッシュにより吸着され、サイクロン６より下流の機器にはタールが除去された生成ガスを供給することができる。また、この固体有機物のガス化装置では、精製装置４に設けられたバグフィルタ５により、生成ガスに僅かに残留するタールも除去されるため、生成ガスからタールを確実に取り除くことができる。

また、この固体有機物のガス化装置では、既存の装置にフライアッシュ供給装置７を設けるだけでよく、装置の複雑化及び大型化を防止することができる。

したがって、本実施形態の固体有機物のガス化装置によれば、生成ガスからタールを除去することができ、かつ小型化が可能である。

また、この固体有機物のガス化装置では、タールを吸収したフライアッシュをさらに高温（約１３００℃）で処理することにより、タールを分解して燃焼可能なガスを生成することもできる。

本実施形態の固体有機物のガス化装置の効果を確認するため、バグフィルタ５の差圧ΔＰを調べた。バグフィルタ５は、図２に示すように、仕切板１３により分離された第１室１１と第２室１２とを有する本体１０、ノズル１５、ガス分配座１６、パルスバルブ１７及びタンク１８を備えている。第１室１１には、図３に示すように、４個のろ布１４が設けられている。ろ布１４は表面１４ａ及び裏面１４ｂを有する円筒状をなし、裏面１４ｂが第２室１２に連通している。また、第１室１１には生成ガスを第１室１１に導入する導入口１１ａが設けられ、第２室１２には生成ガスを第２室１２から導出する導出口１２ａが設けられている。タンク１８には窒素ガスが充填され、この窒素ガスがパルスバルブ１７、ガス分配座１６及びノズル１５を経て、ろ布１４の裏面１４ｂから表面１４ａに通過することにより、ろ布１４の表面１４ａに付着したタールやすすが洗い落とされる。

このバグフィルタ５では、導入口１１ａから第１室１１に導入された生成ガスは、ろ布１４の表面１４ａから裏面１４ｂに通過し、第２室１２に入った後、導出口１２ａから導出される。この際、生成ガスに含まれるタールやすすはろ布１４の表面１４ａに付着する。そして、ろ布１４の表面１４ａに付着すたタールやすすの量が多いほどバグフィルタ５の差圧ΔＰが大きくなる。また、バグフィルタ５の差圧ΔＰは第１室１１のガス圧と第２室１２のガス圧との差圧で表され、差圧ΔＰが４ｋＰａより大きくなると警報が発せられ、さらに差圧ΔＰが５ｋＰａより大きくなるとバグフィルタ５の運転が停止するようになっている。

この固体有機物のガス化装置において、ガス化炉１内にフライアッシュを投入しない場合と、フライアッシュを投入した場合とについて、バグフィルタ５の差圧ΔＰを調べた。その結果を図４に示す。グラフＡがフライアッシュを投入しない場合のバグフィルタ５の差圧ΔＰであり、グラフＢがフライアッシュを投入した場合のバグフィルタ５の差圧ΔＰである。フライアッシュを投入しない場合、グラフＡより、バグフィルタ５の差圧ΔＰは何度も４ｋＰａを超えるため警報が発せられるのみならず、差圧ΔＰが５ｋＰａを超えてバグフィルタ５の運転が停止する可能性がある。それに対して、フライアッシュを投入した場合、グラフＢより、バグフィルタ５の差圧ΔＰは１ｋＰａ以下で安定しており、警報が発せられることもなく、バグフィルタ５の運転が継続される。以上より、実施形態の固体有機物のガス化装置によれば、生成ガスからタールを除去することができることがわかる。なお、ガス化炉１への木質バイオマスの供給量は１７．７ｋｇ／であり、酸素比（Ｏ／Ｃ）は１．９８〜２．１７である。また、グラフＢの場合のフライアッシュの投入量はであり、試験開始１５０分後から２５分間は木質バイオマスをガス化炉１内に追加している。

本発明は、木質バイオマスやプラスチックなどの固体有機物を原料として熱分解反応、酸化ガス化反応を行う固体有機物のガス化装置に利用可能である。

実施形態の固体有機物のガス化装置の模式図である。実施形態の固体有機物のガス化装置に係り、バグフィルタの断面図である。実施形態の固体有機物のガス化装置に係り、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。実施形態の固体有機物のガス化装置に係り、フライアッシュを投入しない場合と、フライアッシュを投入した場合とについてのバグフィルタの差圧を表すグラフである。

符号の説明

１…ガス化炉
２…有機物供給手段（ホッパ）
３…ガス輸送管
４…精製手段（精製装置）
５…ろ過手段（バグフィルタ）
７…粒子供給手段（フライアッシュ供給装置）

Claims

固体有機物をガス化可能なガス化炉と、該ガス化炉内に固体有機物を供給可能な有機物供給手段と、該ガス化炉とガス輸送管により接続され、該ガス化炉で生じた生成ガスを精製する精製手段とを備えた固体有機物のガス化装置において、
前記固体有機物のガス化温度で反応せず、前記生成ガスと接触して該生成ガスが含み得るタールを凝縮又は吸着可能な不活性粒子を前記ガス化炉内又は前記ガス輸送管内に供給可能な粒子供給手段を備えていることを特徴とする固体有機物のガス化装置。
前記精製手段は前記生成ガスから前記タールをろ過可能なろ過手段を有し、前記粒子供給手段は該ろ過手段の上流に前記不活性粒子を供給することを特徴とする請求項１記載の固体有機物のガス化装置。
前記不活性粒子は多孔質であることを特徴とする請求項１又は２記載の固体有機物のガス化装置。
前記不活性粒子はフライアッシュであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の固体有機物のガス化装置。