JP2009007475A - バイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水率のバイオマスを用いても、確実にクリーンで高カロリーの生成ガスを生成できるバイオマスのガス化装置を提供する。
【解決手段】水蒸気が流れる反応管７内にバイオマスＳ３を供給してこのバイオマスＳ３をガス化するバイオマスのガス化装置Ｂであって、反応管７と反応管７にバイオマスＳ３を供給するバイオマス供給装置２０ｃとの間に、反応管７に供給するバイオマスＳ３の水分を蒸発させるバイオマス含水率調整装置２１が介装されている。また、バイオマス含水率調整装置２１が、バイオマスＳ３に高周波の電磁波を照射し、このバイオマスＳ３に含まれる水分のみを加熱して蒸発させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスをガス化してクリーンな高カロリーガスを生成するバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関する。

従来、例えば発電効率の高い発電用ガスエンジンの燃料などに用いるクリーンな高カロリーガス（生成ガス）を、バイオマスをガス化して生成するバイオマスのガス化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、この種のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ａには、例えば、図２に示すように、バイオマスＳ３をガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、ガス化反応設備１にバイオマスＳ３を供給するバイオマス供給設備３と、ガス化反応設備１で生成したバイオマスガス（含水生成ガス）Ｇ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成したものがある。

また、ガス化反応設備１は、加熱チャンバ６と反応管７とを備えて構成され、加熱チャンバ６は、粉砕設備８で乾燥処理したバイオマス原料Ｓ１を粉砕して生成したバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れてこれを燃焼させる熱ガス発生炉２に繋がり、この熱ガス発生炉２から内部に導入した高温の熱ガスＨによって加熱される。また、反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃの逆Ｕ字状管７ｂと連結していないそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅを加熱チャンバ６の外側に延出させた状態で加熱チャンバ６内に設けられている。そして、このように設けられた反応管７は、加熱チャンバ６内に導入した熱ガスＨによって例えば８００℃を超える高温で加熱される。また、加熱チャンバ６内の反応管７は、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。

一方、バイオマス供給設備３は、粉砕設備８で粉砕して生成したバイオマス微粉Ｓ３を一時的に貯留するバイオマス受入ホッパ３ａと、バイオマス受入ホッパ３ａと反応管７の１次ガス化部１０に連結した供給管３ｂと、供給管３ｂを介してバイオマス受入ホッパ３ａから所定量のバイオマス微粉Ｓ３を反応管７に供給するバイオマス供給装置３ｃとを備えて構成されている。

そして、上記のように構成したガス化装置Ａにおいては、第１Ｕ字管７ａの加熱チャンバ６の外側に延出した一方の直管部７ｄから反応水Ｗを供給すると、この反応水Ｗが反応水蒸発部９を流通するとともに蒸発し、水蒸気が１次ガス化部１０に供給される。また、このとき、バイオマス受入ホッパ３ａに貯留したバイオマス微粉Ｓ３が、バイオマス供給装置３ｃの駆動によって供給管３ｂから１次ガス化部１０に供給される。供給したバイオマス微粉Ｓ３は、１次ガス化部１０で水蒸気気流中に浮遊しつつほぼ瞬時に熱分解してガス化し、このガス化によって生成されたバイオマスガスは、２次ガス化部１１を流通するとともにガス中に含まれるタール・煤が分解される。このようにして生成した含水生成ガスＧ１は、脱水装置４に送られ水分などが除去されてクリーンで高カロリーの生成ガスＧ２となり、ガスタンク５に貯留される。そして、生成ガスＧ２は、ガスタンク５から発電用ガスエンジンＥなどに送られる。なお、反応管７には、反応水Ｗではなく、直接水蒸気を供給する場合もある。
特開２００４−５１７１７号公報

しかしながら、上記のガス化装置Ａにおいては、バイオマス原料Ｓ１の含水率が高いと、反応管７に供給した際にバイオマス微粉Ｓ３に熱が加わり、このバイオマス微粉Ｓ３に含まれる水の蒸発潜熱によって、短時間にガス化することができなくなるため、バイオマス原料Ｓ１の含水率が例えば３０％以下となるように、予め天日干などで乾燥処理する必要があり、このような乾燥処理に、多大な時間と労力、エネルギーを要するという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑み、高含水率のバイオマスを用いても、確実にクリーンで高カロリーの生成ガスを生成できるバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のバイオマスのガス化装置は、水蒸気が流れる反応管内にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、前記反応管と該反応管に前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置との間に、前記反応管に供給する前記バイオマスの水分を蒸発させるバイオマス含水率調整装置が介装されていることを特徴とする。

この発明においては、バイオマス供給装置と反応管の間にバイオマス含水率調整装置が介装されているため、バイオマス供給装置から含水率が高いバイオマスを供給した場合においても、このバイオマス含水率調整装置によってバイオマスの水分を除去することができ、好適な乾燥状態のバイオマスを反応管に供給することができる。

また、本発明のバイオマスのガス化装置においては、前記バイオマス含水率調整装置が、前記バイオマスに高周波の電磁波を照射し、該バイオマスに含まれる水分のみを加熱して蒸発させるように構成されていることが望ましい。

この発明においては、バイオマス含水率調整装置によって、高含水率のバイオマス微粉にマイクロ波などの高周波の電磁波を照射するとともに、バイオマス微粉に含まれる水のみを加熱して蒸発させることができ、急速に且つ均一にバイオマスを乾燥させることができる。

本発明のバイオマスのガス化方法は、水蒸気が流れる反応管内にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化する方法であって、前記反応管と該反応管に前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置との間に、前記反応管に供給する前記バイオマスの水分を蒸発させるバイオマス含水率調整装置が介装されており、該バイオマス含水率調整装置で水分を蒸発させて含水率を調整した前記バイオマスを前記反応管に供給することを特徴とする。

この発明においては、バイオマス供給装置と反応管の間にバイオマス含水率調整装置が介装されているため、バイオマス供給装置から含水率が高いバイオマスを供給した場合においても、このバイオマス含水率調整装置によってバイオマスの水分を除去することができ、好適な乾燥状態のバイオマスを反応管に供給することができる。

また、本発明のバイオマスのガス化方法においては、前記バイオマス含水率調整装置で前記バイオマスの水分を蒸発させて生じた水蒸気を、前記反応管に供給することが望ましい。

この発明においては、バイオマス含水率調整装置でバイオマスの水分を蒸発させて生じた水蒸気を、バイオマスをガス化するための水蒸気に利用することができ、効率的にバイオマスをガス化することが可能になる。

本発明のバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法によれば、バイオマス供給装置から反応管に供給する間に、高含水率のバイオマスから水分を除去して乾燥処理することができるため、従来のガス化装置を用いてバイオマスをガス化する場合と比較し、予め天日干などで乾燥処理する必要がなく、このバイオマスの乾燥処理に要する時間や労力、エネルギーを不要にして、効率的に且つ確実にクリーンで高カロリーな生成ガスを製造することが可能になる。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法について説明する。本実施形態は、バイオマスからクリーンで高カロリーの生成ガスを効率的に且つ確実に生成可能なバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関するものである。

本実施形態のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ｂは、図１に示すように、バイオマス原料Ｓ１を粉砕する粉砕設備８と、バイオマス（バイオマス微粉Ｓ３）をガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、粉砕設備８で粉砕したバイオマス微粉Ｓ３を受け入れてガス化反応設備１に供給するバイオマス供給設備２０と、ガス化反応設備１で生成した含水生成ガスＧ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成されている。

粉砕設備８は、例えば破砕機とインパクトミルとを備え、バイオマス原料Ｓ１を受け入れてこれを粉砕するとともに、例えば平均粒径３ｍｍを超えるバイオマス粗粉Ｓ２と平均粒径３ｍｍ以下のバイオマス微粉Ｓ３とに分別可能に構成されている。

熱ガス発生炉２は、粉砕設備８からバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れ、空気などの支燃剤によりバイオマス粗粉Ｓ２を例えば９００〜１２００℃の高温で燃焼させ、高温の熱ガス（バイオマス燃焼高温ガス）Ｈを生成する。そして、生成した熱ガスＨをガス化反応設備１に供給し、このガス化反応設備１を加熱させる。

また、ガス化反応設備１は、図２に示した従来のガス化装置Ａと同様に、加熱チャンバ６と反応管７とを備え、加熱チャンバ６には、熱ガス発生炉２で生成した熱ガスＨを導入する導入口６ａと、加熱チャンバ６内を流通した熱ガスＨを外部に排出する排出口６ｂとが設けられている。なお、排出口６ｂから排出した熱ガスＨは、例えば煙突などに送られて放出される。

反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、加熱チャンバ６の内部に配設されている。また、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃのそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅが加熱チャンバ６の外側に延出して設けられている。そして、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。

一方、バイオマス供給設備２０は、粉砕設備８からバイオマス微粉Ｓ３を受け入れ、これを一時的に貯留するバイオマス受入ホッパ２０ａと、バイオマス受入ホッパ２０ａと反応管７の逆Ｕ字状管７ｂに連結した供給管２０ｂと、供給管２０ｂに設けられ、バイオマス受入ホッパ２０ａから所定量でバイオマス微粉Ｓ３を１次ガス化部１０（反応管７）に供給するバイオマス供給装置２０ｃと、供給管２０ｂのバイオマス供給装置２０ｃよりも反応管７側に設けられ、反応管７に供給するバイオマス微粉Ｓ３の水分を除去するバイオマス含水率調整装置２１とを備えて構成されている。

また、本実施形態のバイオマス含水率調整装置２１は、バイオマス微粉Ｓ３にマイクロ波などの高周波の電磁波を照射し、このバイオマス微粉Ｓ３に含まれる水分のみを加熱して蒸発させ、反応管７に供給するバイオマス微粉Ｓ３の含水率を例えば３０％以下に調整するように構成されている。

脱水装置４は、内部に冷却伝熱面を備え、反応管７から塔内に導入された含水生成ガスＧ１中の水分及び硫黄化合物など高沸点物を凝縮して除去するように構成されている。また、この脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５は、水封式のガスタンクであり、脱水装置４に配管を介して連結されている。

さらに、本実施形態においては、反応管７の２次ガス化部１１（第２Ｕ字管７ｃ）の下部に一端が連結し加熱チャンバ６の外側に延び、バイオマスＳ３のガス化によって反応管７に溜まった灰などの残渣を外部に排出するための残渣排出管２２が設けられている。また、残渣排出管２２には、ボールフィーダ２３が設けられ、このボールフィーダ２３の駆動によって反応管７と外部を連通させることなく反応管７に溜まった残渣を外部に排出することができる。

ついで、上記の構成からなるバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する方法（バイオマスをガス化する方法）について説明し、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法の作用及び効果について説明する。

本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する際には、粉砕設備８でバイオマス原料Ｓ１を粉砕し分別したバイオマス粗粉Ｓ２を熱ガス発生炉２に供給する。そして、この熱ガス発生炉２でバイオマス微粉Ｓ２を燃焼させ、熱ガスＨを加熱チャンバ６の導入口６ａから供給して加熱チャンバ６及び反応管７を加熱する。このように反応管７を加熱した段階で、反応管７の第１Ｕ字状管７ａ（一方の直管部７ｄ）に反応水Ｗを供給し、反応水蒸発部９で蒸発した水蒸気を１次ガス化部１０に流通させる。これとともに、バイオマス供給設備２０から１次ガス化部１０にバイオマス微粉Ｓ３を供給する。

ここで、本実施形態においては、従来のように、天日干などによってバイオマス原料Ｓ１（あるいは粉砕後のバイオマス微粉Ｓ３）を予め乾燥処理する必要がない。すなわち、例えば含水率が３０〜８０％程度の高含水率のバイオマス微粉Ｓ３がバイオマス供給装置２０ｃによってバイオマス投入ホッパ２０ａから反応管７に向けて供給されると、バイオマス供給装置２０ａと反応管７の間に設けられたバイオマス含水率調整装置２１によって、このバイオマス微粉Ｓ３にマイクロ波などの高周波の電磁波が照射される。そして、バイオマス微粉Ｓ３の内部にこの電磁波が伝播して分子の振動あるいは回転が生じ、摩擦エネルギーによって急速に且つ均一に加熱される。これにより、水分が蒸発し、バイオマス微粉Ｓ３が急速且つ均一に乾燥し、例えば含水率が３０％以下の乾燥状態の含水率に調整される。

そして、このように好適な乾燥状態に調整されたバイオマス微粉Ｓ３は、反応管７の１次ガス化部１０に供給されるとともに、１次ガス化部１０を流通する水蒸気気流中に浮遊し、この水蒸気によって例えば０．２秒以下の瞬時にガス化される。また、バイオマス微粉Ｓ３をガス化して生成された含水状態のバイオマスガス（含水生成ガスＧ１）は、２次ガス化部１１を流通するとともに、少量の副生したタール・煤が分解され、且つ固形有機物及び炭素が全て分解され、脱水装置４に送られる。この脱水装置４で含水生成ガスＧ１から水分と硫黄分と塩素分が除去され、生成ガスＧ２がガスタンク５に貯留される。

したがって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法においては、反応管７とバイオマス供給装置２０ｃの間にバイオマス含水率調整装置２１が介装されていることによって、バイオマス供給装置２０ｃから高含水率のバイオマス微粉Ｓ３を供給した場合においても、バイオマス微粉Ｓ３の水分を除去して好適な乾燥状態のバイオマス微粉Ｓ３を反応管７に供給することができる。

また、バイオマス含水率調整装置２１が、バイオマス微粉Ｓ３にマイクロ波などの高周波の電磁波を照射してこのバイオマス微粉Ｓ３に含まれる水分のみを加熱、蒸発させるように構成されていることで、急速且つ均一にバイオマス微粉Ｓ３を乾燥させることができる。

よって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法によれば、バイオマス供給装置２０ｃから反応管７に供給する間に、高含水率のバイオマス微粉Ｓ３を乾燥処理することができるため、従来のように、予め天日干などでバイオマスＳ１を乾燥処理する必要がなく、このバイオマスＳ１の乾燥処理に要する時間や労力、エネルギーを不要にして、効率的に且つ確実にクリーンで高カロリーな生成ガスＧ２を製造することが可能になる。

以上、本発明に係るバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、バイオマス含水率調整装置２１が、マイクロ波などの高周波の電磁波をバイオマス微粉Ｓ３に照射して、このバイオマス微粉Ｓ３を乾燥させるように構成されるとしたが、バイオマス微粉Ｓ３が例えば数μｍ〜数百μｍ程度の平均粒径で粉砕されている場合には、赤外線を照射しバイオマス微粉Ｓ３の表面で吸収させ熱変換によって乾燥させるように構成してもよい。また、高周波の電磁波と赤外線を同時に照射してバイオマス微粉Ｓ３を乾燥させるようにバイオマス含水率調整装置２１を構成してもよく、この場合には、高含水率のバイオマス微粉Ｓ３を、より確実に急速且つ均一に乾燥させることが可能になる。

また、バイオマス含水率調整装置２１と、例えば第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄとを繋ぎ、バイオマス含水率調整装置２１でバイオマス微粉Ｓ３の水分を蒸発させて生じた水蒸気を、反応管７に供給するようにしてもよい。この場合には、バイオマス含水率調整装置２１で生じた水蒸気を、バイオマス微粉Ｓ３をガス化するための水蒸気として利用することができるため、より効率的にバイオマス微粉Ｓ３をガス化することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置を示す図である。 従来のバイオマスのガス化装置を示す図である。

符号の説明

１ ガス化反応設備
２ 熱ガス発生炉
３ 従来のバイオマス供給設備
４ 脱水装置
５ ガスタンク
６ 加熱チャンバ
７ 反応管
８ 粉砕設備
９ 反応水蒸発部
１０ １次ガス化部
１１ ２次ガス化部
２０ バイオマス供給設備
２０ａ バイオマス受入ホッパ
２０ｂ 供給管
２０ｃ バイオマス供給装置
２１ バイオマス含水率調整装置
Ａ 従来のバイオマスのガス化装置
Ｂ バイオマスのガス化装置
Ｅ ガスエンジン
Ｈ 熱ガス
Ｇ１ 含水生成ガス
Ｇ２ 生成ガス
Ｓ１ バイオマス原料
Ｓ２ バイオマス粗粉
Ｓ３ バイオマス微粉（バイオマス）
Ｗ 反応水

Claims (4)

1. 水蒸気が流れる反応管内にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、
   前記反応管と該反応管に前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置との間に、前記反応管に供給する前記バイオマスの水分を蒸発させるバイオマス含水率調整装置が介装されていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
2. 請求項１記載のバイオマスのガス化装置において、
   前記バイオマス含水率調整装置が、前記バイオマスに高周波の電磁波を照射し、該バイオマスに含まれる水分のみを加熱して蒸発させるように構成されていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
3. 水蒸気が流れる反応管内にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化する方法であって、
   前記反応管と該反応管に前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置との間に、前記反応管に供給する前記バイオマスの水分を蒸発させるバイオマス含水率調整装置が介装されており、
   該バイオマス含水率調整装置で水分を蒸発させて含水率を調整した前記バイオマスを前記反応管に供給することを特徴とするバイオマスのガス化方法。
4. 請求項３記載のバイオマスのガス化方法において、
   前記バイオマス含水率調整装置で前記バイオマスの水分を蒸発させて生じた水蒸気を、前記反応管に供給することを特徴とするバイオマスのガス化方法。

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