JP2006131727A

JP2006131727A - バイオマスを用いた自動車燃料の製造

Info

Publication number: JP2006131727A
Application number: JP2004321468A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sadakata; 正毅定方; Masahiro Suzuki; 政洋鈴木; Toshiyuki Koya; 敏行小屋
Original assignee: EKO ENGINEERING KK
Current assignee: EKO ENGINEERING KK
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】バイオマス等を利使用して、安価、安全で、タールが少ない中カロリー程度の生成ガスを製造して、その用途はガスエンジン等に使用することができる燃焼ガス化システムとその方法を提供する。
【解決手段】2塔の部分燃焼ガス化システム及びその方法で、安全で、タールが削減された1000kcal/nm3程度のガスが得られ、そのガスでガスエンジン、自動車を動かすことができた。タール削減は片方の非部分燃焼ガス化側のチャー層で、吸着及び高温分解、ガス化の効果であり、さらに減少するために、下流の触媒で、分解する。また、チャー層は燃焼熱の蓄熱と部分燃焼熱の移動で800℃以上の高温となる。炉は互いに接触しているが独立しているため安全性が向上する。また、バイオマスを断続的に供給するため、生成ガスはピークとなり、爆発範囲以外で空気を取り込む、又は供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はバイオマスの部分燃焼ガス化システムとその方法及び、その生成ガスは自動車用燃料、内燃機関の燃料、発電、化学原料、肥料、土壌改良剤及びガス燃料として利用する。

従来、バイオマス等の可燃物の燃焼装置、ガス化装置は多くの分野で多くの製品・商品があり、最近、可燃物の廃棄物の炭化装置も数多く見うけられる。可燃物等の燃焼・ガス化に関する公知は、例えば、特開平08-151582、特開2003-090520、特願2000-581119等あり、特に可燃物をバイオマスに着目すると特公平6-13718に見られるように、バイオマス等廃棄物より発生炉ガスの生成、迫田ら「バイオマスの流動層によるガス化」Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．；２２．２２１（１９８１）の研究等がある。また、一方、可燃物の性状により、燃焼ガス化及び装置特性が変化する、例えば、RDFや可燃物をブリケット化した特開2002-161290、特開平10-287890等及び呂国慶ら「バイオブリケットの基礎燃焼特性化学工学論文集 23,3,1997及び特公平7-68530のように、原料を成形して、燃焼ガス化に利用、また、その生成ガスをガスエンジンに利用する特開2002-285855がある。バイオマスに関しては、特に最近多くの研究、出願があり、特開2004-149556、特開2004-143296、特開2004-143204、特開2003-261886、特開平11-294187があるいが、炉は固定層、噴流層、流動層、及びローターキルンであり、ガス化剤に空気、酸素及びスチームを利用しているものが多い。これらの技術の目的は主に中カロリーの生成ガス及びタールの削減であるが、安全性、設備費を含めて、充分な成果を得ていない。一方、自動車燃料は主にガソリンであるが、それ以前は木炭が利用されていた。最近、地球環境保全から、ハイブリッドそして、電気、アルコール混入燃料が実用化されつつある。

また、特願2001-091874は主に燃料ブリケットとそれを用いたガスエンジン、車に関することで、部分燃焼ガス化システムでない。また、特願2003-171609は可燃物の燃焼ガス化装置とその方法であるが、炉が1塔であり、その内部を板等で区切っている。この板等の強度、耐久性が不足すると、部分燃焼用空気と生成ガスの水素、一酸化炭素等の危険物質と混合して爆発する安全上の問題がある。

特開平08-151582 特開2003-090520 特願2000-581119 特公平6-13718 特開2002-161290 特開平10-287890 特公平7-68530 特開2002-285855 特開2004-149556 特開2004-143296 特開2004-143204 特開2003-261886 特開平11-294187 特願2001-091874 特願2003-171609 「バイオマスの流動層によるガス化」Chem.Eng.J.;22.221(1981) バイオブリケットの基礎燃焼特性化学工学論文集 23,3,1997

地球環境保全技術と経済発展が伴にでき、特に、地域で、原料等入手と生成物の利用及び、経済的にも成立する総合的な技術が必要である。そのシステムの中核は小回りがきく、小型で、安価で、安全な、高性能の部分燃焼ガス化炉であり、特に安価、安全性が課題である。また、地球温暖化問題に関して木屑、間伐材等の再生可能なバイオマスが炭酸ガスリサイクル型自然エネルギーとして注目されている。が回収の不安定性、高い経費等生産性が低い、水分量が大きい及び発熱量が比較的小さい等の課題があり、また、経済的に成立する技術が少ない。木屑等のバイオマスの延長線上に高発熱量の石炭が位置するが、他の可燃物に比較してCO2排出量が多く問題である。また、廃棄物は品質及び量が安定しない有害物含有等問題がある。また、バイオマス、石炭および廃棄物の部分燃焼ガス化はタール分が発生するため、長時間稼動すると、それが装置やパイプに付着してトラブルの原因となる。また、バイオマスは、発熱量が小さいのでガス化剤を空気としたとき生成ガスの熱量が希釈され特に問題である。一方、大型の装置は通常、ヒートロスが小さいため熱効率が大きく取れるが設備費、ランニングコストが高価となり、また回収量が莫大のため安定化、及び経済的に成立しない可能性が大きい。しかし、小型は回収量にやや不安があるが、熱ロスが相対的に大きく、また発電に利用すると効率が低い。それらを改善することが課題である。一方、廃棄物問題が地球規模で深刻である。これらを現在、主に焼却して、処理しているがダイオキシン、重金属問題が未解決である。また、一部リサイクルしているが、リサイクルでは殆ど経済的に成立しない為であり、これを解決することも課題である。廃棄物発電は発電効率が低くまた、高温腐食等で問題がある。

上記のそれらを一挙に解決するためには、総合的なエンジニアリング技術を駆使して解決することが、重要と考え、本発明になった。即ち、地域で発生するバイオマス・廃棄物に安定的に供給できる石炭、炭および油、廃油等を、地域の用途に適するように、加工、例えば混合ペレット・ブリケット化することで、バイオマス中の水分が減少できる。また、主に空気をガス化剤として、部分燃焼ガス化システムにすれば、タールが少ない水素、CO等の可燃性ガスになる。その後は既往の技術で地域にあった利用ができる、と考え本発明に到達した。

即ち、炉は２塔とし、互いに接触させることのより、燃焼熱が有効に利用でき、特に、小型の場合有利である。炉は多機能化させ、システム化して、基本操作は、原料は炉に断続的に交互に供給する。このことにより、炉外に出た生成ガス中のタールは、触媒又はセラミックスフイルターで捕捉して、更に削減される。そのタールは電気又はパイロットバーナーで除去する。これを非利用時に行うことができ、切り替えにより、連続して使用可能となる。また、バイオマスを断続的に供給するため、生成ガスはピークとなり、爆発範囲以外で空気を取り込む、又は供給することができ安全である。

また、チャー層の上部から水蒸気を供給してタールの分解及び変性・還元反応を促進させることもできる。エンジン排ガスで、バイオマス等の原料を乾燥及び炉を加熱させることもできる。また、エンジン排ガスをリサイクルさせて、熱交換したのち、空気に混入させることもできる。また、ガス化剤は炉に吹き込むより、取り込むほうがより安全である。システムは必要に応じて、酸素富化膜、油の吹き込み、サイクロン、気水分離、オイルバス、スクラバー、熱交換器、蓄熱熱交換器を設けることができる。炉の構造で円、角とは円の一部を切り落とした状態、楕円それ相当を含み、また、角とは正、長方形、ひし形、多角形及びそれ相当とする。

一方、バイオマスの可燃物、石炭、廃棄物は炭素、水素、酸素、硫黄、ハロゲン等の化合物、混合物でもある。それらを適当に混合し、固形物とすれば、元素からみれば適当なエネルギー源即ち、原料となる。また、原料の理論空気量及び化学量論比以下で操作する部分燃焼ガス化システム及び原料の供給技術を応用して、安価で、安全で、0.3〜0.5g/nm3程度にタールが削減された1000kcal/nm3程度の生成ガスが得られ問題を解決した。部分燃焼ガス化システムが大型であると設備費、メンテナンスは高く、使い勝手も良くないため、地域で、分散型では利用されてにくい問題も解決した。なお、廃棄物の定義は、法律の通りである。

バイオマスを用いて、2塔の部分燃焼ガス化システム及びその方法で、安全で、タールが削減された1000kcal/nm3程度のガスが得られ、そのガスでガスエンジン、自動車を動かすことができた。タール削減は片方の非部分燃焼ガス化側のチャー層で、吸着及び高温分解、ガス化の効果であり、さらに減少するために、下流の触媒で、分解する。また、チャー層は燃焼熱の蓄熱と部分燃焼熱の移動で800℃以上の高温となる。炉は互いに接触しているが独立しているため安全性が向上する。また、バイオマスを断続的に供給するため、生成ガスはピークとなり、爆発範囲以外で空気を取り込む、又は供給することができ安全である。から、地球温暖化と廃棄物問題の解決に寄与する。

農業、林業のバイオマス、２０ｗｔ％と石炭、８０wt％で製造したブリケット（大きさ：１０＊２０程度）を２塔式の部分燃焼ガス化システムの片側に供給する。炉に予め充填しておいた木炭に、空気での着火させたのち、ブリケットを供給して、炉内温度８００〜１２００℃で、ガス化した。ブロワを用いてバルブの開閉で、炉を交互にガス化させた。その後、エンジン内で燃焼させるための生成ガスと空気を適当量混合させて、自動車を動かした。図１は部分燃焼ガス化システムの概要を示す。図２は炉の概要を示す。図３はガス中のタール量の比較を示す。

本発明の部分燃焼ガス化システムの概要である。本発明の炉の構造の一例である。本発明の実験データの一例で、ガス中のタール量の比較である。

符号の説明

１：部分燃焼ガス化炉（２塔を接触した状態）
２：燃料供給
３：火格子
４：ガス化剤
５：タール分解触媒
６：ガス貯め
７：エンジン
８：残渣取り出し
９：加熱
１０：ガス化剤口
１１：生成ガス口
１２：単一炉

Claims

バイオマスを用いて自動車燃料を製造するシステムはバイオマスの乾燥、供給、ガス化剤を加熱する装置、バイオマスを部分燃焼ガス化する炉、残渣を除去する装置、タールを除去する触媒、ガスだめ、その生成ガス等を燃料とするガスエンジン、エンジンの排ガスで、バイオマスを乾燥する装置及び計装、制御する装置で構成されていることを特徴とするバイオマス部分燃焼ガス化システムとそれを搭載した自動車。
請求項１の部分燃焼ガス化炉において、炉は2塔で構成され、その炉は密着／非密着であり、その上部はバイオマス供給機能、炉内上部に互いに連結するガス流通機能、炉内の下部に火格子を設け、その下部に残渣等を除去する機能、ガス化剤取り入れと生成ガスを炉外だすパイプ等で構成され、炉周辺を加熱／保温していることを特徴とする部分燃焼ガス化炉。
バイオマスは部分燃焼ガス化炉の一つに供給してガス化剤／又はガスエンジンの排出ガスを一部リサイクルしたガスを含んだガス化剤により、ガス化され、チャーの生成と可燃性ガス等を得る。そのタールを含んだ可燃性ガスは炉上部の連結パイプ等を通り他方の炉で下向きに流れ、チャー層で、タールは吸着、熱分解及びガス化されて減少し、またチャーと炭酸ガス、水蒸気及び水素、一酸化炭素との変性、還元反応で、水素、一酸化炭素が増加して、炉外に排出する。そのガス中のタール分を更に除去するために触媒で分解し、ガス貯めに導かれる。そのガスはガスエンジン用燃料及び自動車の燃料として使用する。次に、バイオマスは、チャーが残存している他方の炉に供給され、上記のガス化剤も切り替えて、同様な操作を繰り返す。適時、炉の火格子下部から灰を炉外に抜き出すことを特徴とする部分燃焼ガス化方法。
請求項１、２、３記載の用途は、自動車用燃料、内燃機関の燃料、発電、化学原料、肥料、土壌改良剤及びガス燃料であることを特徴とする部分燃焼ガス化システムとその方法。
請求項１、２、３、４記載の炉の構造は円、角、半円、かまぼこ状であることを特徴とする部分燃焼ガス化炉。
請求項１、２、３、４記載のガス化剤には水蒸気を含有していることを特徴とする燃焼ガス化方法
請求項１、２、３、４、５、６記載のバイオマスは、可燃物・石炭・廃棄物のうち、いずれか一つを含む固形物である。