JP2010126595A - System of reforming woody biomass gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木質バイオマスガスの改質システムに関する。すなわち、木質バイオマスを熱分解して得られる生成ガスを改質し、燃料として利用するシステムに関するものである。 The present invention relates to a woody biomass gas reforming system. That is, the present invention relates to a system that reforms a product gas obtained by pyrolyzing woody biomass and uses it as fuel.
《技術的背景》
近年、木質廃材その他の木質バイオマスを燃料として有効利用することへの関心が、高まっている。なかでも、本質バイオマスをガス化して得られた生成ガスを、エンジンの燃料として活用し、もって発電等に有効利用するシステムの構築が、注目を集めている。
《Technical background》
In recent years, there has been a growing interest in effectively using wood waste and other wood biomass as fuel. In particular, the construction of a system that uses the product gas obtained by gasifying essential biomass as engine fuel and effectively uses it for power generation or the like is attracting attention.
《従来技術》
ところで、このような木質バイオマスからの生成ガスには、ガス化炉でのガス化プロセス中に発生したタールが、含有されている。ガス化の初期反応である熱分解では、メタンや一酸化炭素などのガスと共に多量のタールが生成する。そのタールの濃度は、ガス化剤である酸素や水蒸気との反応によって低下するが、そのままエンジンの燃料にするまでには低下していない場合が多い。
すなわち、そのままエンジンの燃料として使用すると、各種トラブルが発生し、エンジンの耐久性に問題が生じてしまう。例えば、生成ガス中に含有されたタールが、エンジンの弁,その他に付着して、汚れやコーキングの原因となり、各種のエンジントラブル,作動トラブルの要因となる。
そこで、木質バイオマスを燃料化するこの種従来例では、問題のタールを低減,除去する対処策が課題となっており、タール処理設備が、必須の付帯設備として採用されていた。
すなわち、木質バイオマスをガス化炉に投入して得られた生成ガスは、例えば水スクラビング等の水処理装置付のタール処理設備や、酸素供給により部分燃焼せしめられ、もってタールを相対的に削減させる方式のタール処理設備等を経由し、もってタール分を低減,除去してから、発電用のエンジン等に供給されていた。
<Conventional technology>
By the way, the generated gas from such woody biomass contains tar generated during the gasification process in the gasification furnace. In pyrolysis, which is the initial reaction of gasification, a large amount of tar is generated along with gases such as methane and carbon monoxide. The concentration of the tar decreases due to the reaction with oxygen and water vapor, which are gasifying agents, but often does not decrease until it is used as engine fuel.
That is, if it is used as the fuel for the engine as it is, various troubles occur and a problem occurs in the durability of the engine. For example, tar contained in the product gas adheres to engine valves and others, and causes dirt and coking, which causes various engine troubles and operation troubles.
Therefore, in this type of conventional example of converting woody biomass into fuel, a countermeasure to reduce and eliminate the tar in question has been an issue, and tar treatment equipment has been adopted as an essential accessory equipment.
That is, the product gas obtained by introducing woody biomass into the gasification furnace is partially burned by a tar treatment facility with a water treatment device such as water scrubbing, or oxygen supply, thereby relatively reducing tar. The tar content was reduced and removed through a tar treatment facility, etc., and then supplied to an engine for power generation.
《先行技術文献情報》
部分燃焼方式のタール処理設備としては、例えば、次の特許文献1の従来の技術欄に示されたものが、挙げられる。
Examples of the partial combustion type tar processing equipment include those shown in the conventional technology column of the following Patent Document 1.
ところで、このような従来例については、次の問題が指摘されていた。
《第1の問題点》
第1に、タールの化学エネルギーが、効率良く燃料ガスの化学エネルギーに変換されない、という問題が指摘されていた。
すなわち、上述したこの種従来例のタール処理設備は、燃料化される生成ガスについて、エンジントラブルの原因となるタールを、低減,除去せんとするに過ぎなかった。
木質バイオマスの生成ガスの燃料化に際し、含有されたタールを単に低減,除去するに過ぎず、タールの化学エネルギーを燃料ガスの化学エネルギーへと、効率良く変換しようとする発想はなかった。
By the way, the following problems have been pointed out with respect to such a conventional example.
<First problem>
First, a problem has been pointed out that the chemical energy of tar cannot be efficiently converted into the chemical energy of fuel gas.
In other words, the above-described conventional tar treatment facility of this type merely reduces and eliminates tar that causes engine trouble in the produced gas that is converted into fuel.
When converting the product gas of woody biomass into fuel, there was no idea to efficiently convert the chemical energy of tar into the chemical energy of fuel gas simply by reducing and removing the contained tar.
《第2の問題点》
第2に、水スクラビング等の水処理装置付のこの種従来例のタール処理設備については、付帯設備である水処理装置設備が大型化,大規模化し、設備コスト,排水処理コスト,メンテナンスコスト等が嵩む、という問題が指摘されていた。
又、部分燃料方式のこの種従来例のタール処理設備については、タールの低減,除去が不十分である、という問題も指摘されていた。
<< Second problem >>
Secondly, for this type of conventional tar treatment equipment with water treatment equipment such as water scrubbing, the water treatment equipment equipment, which is ancillary equipment, becomes larger and larger in size, equipment costs, wastewater treatment costs, maintenance costs, etc. It was pointed out that the problem was high.
In addition, regarding this kind of conventional tar processing equipment of the partial fuel system, there has been a problem that tar is not sufficiently reduced and removed.
《本発明について》
本発明の木質バイオマスガスの改質システムは、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明によって、第1に、タールが燃料ガスに変換され、第2に、しかもこれが、低コスト,高効率で達成される、木質バイオマスガスの改質システムを提案することを、目的とする。
<< About the present invention >>
In view of such a situation, the woody biomass gas reforming system of the present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional examples.
According to the present invention, a first object is to propose a woody biomass gas reforming system in which tar is converted into fuel gas, and secondly, this is achieved at low cost and high efficiency. .
《各請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項1については次のとおり。
請求項1の木質バイオマスガスの改質システムは、熱分解炉と改質反応器とエンジンと、を有している。そして該熱分解炉は、投入された木質バイオマスを熱分解する。
該改質反応器は、上部から、該熱分解炉の熱分解で得られた炭化物粒が供給されると共に、下部から、該熱分解炉の熱分解で得られた生成ガスが供給され、もって、該生成ガス中に含有されたタール蒸気が、水素,メタン,一酸化炭素等に改質される。該エンジンは、該生成ガスの改質ガスを燃料として使用すること、を特徴とする。
<About each claim>
The technical means of the present invention for solving such a problem is as follows. First, claim 1 is as follows.
The wood biomass gas reforming system according to claim 1 includes a pyrolysis furnace, a reforming reactor, and an engine. The pyrolysis furnace pyrolyzes the input woody biomass.
The reforming reactor is supplied with carbide grains obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace from the upper part, and is supplied with product gas obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace from the lower part. The tar vapor contained in the product gas is reformed to hydrogen, methane, carbon monoxide and the like. The engine uses the reformed gas of the product gas as fuel.
請求項2については、次のとおり。請求項2の木質バイオマスガスの改質システムでは、請求項1において、該改質反応器は、該熱分解炉から供給される該生成ガス自体の顕熱に、空気導入による部分燃焼の熱を加えることにより、700℃以上の温度域に維持されている。
そして、該生成ガス中の該タール蒸気が、該炭化物粒の吸着分解機能と触媒機能により、水蒸気と反応して改質されること、を特徴とする。
請求項3については、次のとおり。請求項3の木質バイオマスガスの改質システムでは請求項2において、該改質反応器では、該炭化物粒が、上部から下部へと移動層を形成しつつ、下部から上部へと向かう該生成ガスと接触する。
そして、このような接触に基づき、該タール蒸気を含む該生成ガスが水蒸気改質され、もって該改質ガスとなって該改質反応器の上部から排出されること、を特徴とする。
About
The tar vapor in the product gas is reformed by reacting with water vapor by the adsorption decomposition function and catalytic function of the carbide particles.
About
Then, based on such contact, the product gas containing the tar vapor is steam-reformed, so that the reformed gas is discharged from the upper part of the reforming reactor.
請求項4については、次のとおり。請求項4の木質バイオマスガスの改質システムでは請求項1において、該熱分解炉は、該エンジンからの高温の排気ガスを利用して、約450℃以上〜650℃以下の温度に加熱され、木質廃材その他の該木質バイオマスを熱分解する。
もって、炭化物粒等と共に該生成ガスを生成し、該生成ガスは、水素,一酸化炭素,二酸化炭素,水蒸気,窒素等を主成分とし、該タール蒸気を含有すること、を特徴とする。
請求項5については、次のとおり。請求項5の木質バイオマスガスの改質システムでは請求項4において、該熱分解炉では、上記温度域での乾留,熱分解にて、該木質バイオマスからの該タール蒸気の発生が完了しており、該改質反応器に供給される該炭化物粒からの該タール蒸気の発生がないこと、を特徴とする。
請求項6については、次のとおり。請求項6の木質バイオマスガスの改質システムでは請求項1において、該熱分解炉は、スクリュー押し出し方式よりなる。又、該エンジンは、ロータリーエンジンであり、該改質ガスが、除塵設備を介して供給され、該改質ガス中の水素,一酸化炭素等を主な燃料として運転されること、を特徴とする。
About
Thus, the produced gas is produced together with carbide grains, etc., and the produced gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen and the like as main components and contains the tar vapor.
About
About
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)木質バイオマスを熱分解することにより生成したガスは、一酸化炭素や水素や炭化水素ガスを含有するが、タール蒸気も含有する。
(2)そこで生成ガスは、熱分解炉から改質反応器に供給されるが、熱分解炉においては、タール蒸気発生は完了した状態となっている。
(3)改質反応器は、熱分解炉で得られた炭化物粒が上部から供給され、下部から生成ガスが供給される。そして、生成ガスの顕熱に空気導入による部分燃焼の熱を加えることにより、700℃以上に維持される。
(4)そこで改質反応器内では、タール蒸気が、まず炭化物粒表面でコーク化された後、高温下で生成ガス中の水蒸気と反応して、水素,メタン,一酸化炭素等に、水蒸気改質される。
<About the action>
Since the present invention comprises such means, the following is achieved.
(1) The gas generated by pyrolyzing the woody biomass contains carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbon gas, but also contains tar vapor.
(2) The product gas is supplied from the pyrolysis furnace to the reforming reactor. In the pyrolysis furnace, the generation of tar vapor is completed.
(3) In the reforming reactor, carbide grains obtained in the pyrolysis furnace are supplied from the upper part, and the product gas is supplied from the lower part. And it is maintained at 700 degreeC or more by adding the heat of the partial combustion by air introduction to the sensible heat of product gas.
(4) In the reforming reactor, tar vapor is first coked on the surface of the carbide grains, and then reacts with water vapor in the product gas at a high temperature to produce hydrogen, methane, carbon monoxide, etc. Reformed.
(5)改質反応器では、このようにタール蒸気が水蒸気改質され、生成ガスは、カロリーアップされた改質ガスとなって、エンジンに供給できる燃料ガスとなる。
(6)又このシステムは、熱分解炉,改質反応器,エンジンから構成されており、構造が簡単で、小型化し易く、運転やメンテナンスも容易である。
(7)さてそこで、本発明の改質システムは、次の効果を発揮する。
(5) In the reforming reactor, tar steam is steam-reformed in this way, and the product gas becomes a reformed gas with increased calories and becomes a fuel gas that can be supplied to the engine.
(6) This system is composed of a pyrolysis furnace, a reforming reactor, and an engine, and has a simple structure, is easy to miniaturize, and is easy to operate and maintain.
(7) Now, the reforming system of the present invention exhibits the following effects.
このようなタールの燃料ガスへの変換は、コスト面や効率面に優れつつ達成される。すなわち、本発明の木質バイオマスガスの改質システムでは、まず、改質反応器の上部から炭化物粒が、下部から生成ガスが供給され、両者が十分に接触する。もって、生成ガス中のタールは、確実,迅速,効率的に水素,メタン,一酸化炭素等に改質され、前述したこの種の従来例に比べ、タールの低減,除去性能に優れている。 Such conversion of tar into fuel gas is achieved while being excellent in cost and efficiency. That is, in the woody biomass gas reforming system of the present invention, first, carbide grains are supplied from the upper part of the reforming reactor, and the product gas is supplied from the lower part, and both are in sufficient contact. Therefore, the tar in the generated gas is reliably, rapidly and efficiently reformed to hydrogen, methane, carbon monoxide, etc., and is superior in tar reduction and removal performance compared to the above-described conventional example.
又、本発明のシステムで得られた改質ガスは、エンジンの燃料として使用しても、タール付着,汚れ,コーキングに起因したエンジントラブルが発生せず、エンジン耐久性が向上する。
又、タールを改質するので、前述したこの種の従来例のように、大型で大規模な水処理装置は付帯設備として使用されず、設備コスト,排水処理コスト,メンテナンスコスト等にも優れている。
このように、この種の従来例の課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
Further, even if the reformed gas obtained by the system of the present invention is used as engine fuel, engine trouble due to tar adhesion, dirt and coking does not occur, and engine durability is improved.
Moreover, since tar is reformed, the large-scale and large-scale water treatment equipment is not used as ancillary equipment as in the conventional example of this type described above, and the equipment cost, wastewater treatment cost, maintenance cost, etc. are excellent. Yes.
As described above, all the problems of the conventional example of this type are solved, and the effects exhibited by the present invention are remarkably large.
《図面について》
以下、本発明の木質バイオマスガスの改質システムを、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図1,図2は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、構成フロー図であり、図1はその1例を、図2は他の例を示す。
《About drawing》
Hereinafter, the woody biomass gas reforming system of the present invention will be described in detail based on the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 are flow charts for explaining the best mode for carrying out the present invention. FIG. 1 shows one example, and FIG. 2 shows another example.
《熱分解炉1について》
本発明の木質バイオマスAのガスの改質システムは、熱分解炉1と改質反応器2とエンジン3と、を有している。まず熱分解炉1について、説明する。
熱分解炉1は、投入された木質バイオマスAを熱分解する。すなわち、熱分解炉1は、エンジン3からの高温の排気ガスBを利用して、約450℃以上〜650℃以下程度の温度域で、木質廃材その他の木質バイオマスAを熱分解する。
そして、この熱分解により、炭化物粒Cと共に生成ガスDが生成、生成ガスDは、水素,メタン,一酸化炭素,二酸化炭素,水蒸気等に加えて、タール蒸気Eを含有している。
そして熱分解炉1では、上記温度域での熱分解にて、タール蒸気Eの発生が完了しており、改質反応器2に供給される炭化物粒Cについても、タール蒸気Eの発生は起こらない。
<About the pyrolysis furnace 1>
The wood biomass A gas reforming system of the present invention includes a pyrolysis furnace 1, a reforming
The pyrolysis furnace 1 pyrolyzes the input woody biomass A. That is, the pyrolysis furnace 1 uses the high-temperature exhaust gas B from the
And by this thermal decomposition, the product gas D is produced together with the carbide grains C, and the product gas D contains tar vapor E in addition to hydrogen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like.
In the pyrolysis furnace 1, the generation of the tar vapor E is completed by the thermal decomposition in the above temperature range, and the generation of the tar vapor E does not occur in the carbide particles C supplied to the reforming
このような熱分解炉1について、更に詳述する。まず熱分解炉1は、ロータリーエンジンを用いたエンジン3からの高温の排気ガスBを利用して、約450℃以上〜650℃以下程度の温度域、特に約500℃以上〜600℃以下程度の温度域に保持されている。
排気ガスBは、750℃〜900℃程度の高温でエンジン3から排出された後、管路4を経由して熱分解炉1へと導かれる。熱分解炉1は、このような排気ガスBの熱量,顕熱を利用し、外熱法(間接加熱方式)にて上記温度域に保持される。なお、この温度域は、排気ガスBにて無理なく保持可能である。
そして、この温度域は、低温乾留,熱分解される木質バイオマスAからのタール蒸気Eの発生が、完了してしまう温度域、つまりタール蒸気Eが出尽くしてしまう温度域である。なお、この温度域を下廻ると、タール蒸気E発生が未完了状態となり、逆に、この温度域を上廻ると、炭化物粒(木炭粒であるチャー)の生成が困難化する。
Such a pyrolysis furnace 1 will be further described in detail. First, the pyrolysis furnace 1 uses the high-temperature exhaust gas B from the
The exhaust gas B is exhausted from the
And this temperature range is a temperature range where generation | occurrence | production of the tar vapor | steam E from the wood biomass A by low temperature dry distillation and thermal decomposition is completed, ie, the temperature range where the tar vapor E runs out. If the temperature is below this temperature range, the generation of tar vapor E is incomplete, and if it exceeds this temperature range, the generation of carbide grains (char char which is charcoal grains) becomes difficult.
そして、このような熱分解炉1に、原料ホッパー5から、乾燥処理された木質廃材,木屑チップ等の木質バイオマスAが、定量フィーダー6を介して、25℃程度の常温で投入される。本質バイオマスAとしては、このような木質系バイオマス資源が代表的であるが、その他の植物系,廃棄物系バイオマス資源も、使用可能である。
熱分解炉1に投入された木質バイオマス1は、前記温度域の低温乾留にて熱分解され、もって、カーボン,灰分,炭化物粒C等の固形分と共に、生成ガスDが熱分解ガスとして生成される。
この生成ガスDは、一酸化炭素(CO),二酸化炭素(CO2),水素(H2),水分(H2O),メタン(CH4)等を主成分とする。例えば、乾燥木質チップを熱分解した場合、生成ガスDの組成は体積比で、一酸化炭素が29.6%、二酸化炭素が16.7%、炭化水素が5.3%、水素が2.4%、水分が46.0%となっている。因にその熱量は、LHVで例えば、4,467〜5,078kJ/Nm3(1,067〜1,213kcal/Nm3)程度となっている。
そして、このような生成ガスDに対し、更に、例えば700g/Nm3におよぶタール蒸気Eが混入している。タール蒸気Eを含有した生成ガスDは、熱分解炉1から排出され、温度低下によるタール蒸気Eの液化,固化,付着,コーキング等を回避すべく、管路7において断熱材で保温され、除塵機を経由して、改質反応器2に供給される。
なお、この熱分解炉1は、例えばスクリュー押し出し方式よりなるが、勿論その他各種方式のものが採用可能であり、例えば、ロータリーキルン,スクリューキルン,ベルトコンベア方式のもの等、が採用される。
熱分解炉1は、このようになっている。
Then, the woody biomass A such as dried wood waste and wood chips is fed from the
The woody biomass 1 charged into the pyrolysis furnace 1 is pyrolyzed by low-temperature carbonization in the above temperature range, so that a product gas D is produced as a pyrolysis gas together with solids such as carbon, ash, and carbide particles C. The
The product gas D contains carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), moisture (H 2 O), methane (CH 4 ), and the like as main components. For example, when pyrolyzing a dry wood chip, the composition of the product gas D is 29.6% carbon monoxide, 16.7% carbon dioxide, 5.3% hydrocarbon, and 2.3% hydrogen by volume. 4%, moisture is 46.0%. For example, the amount of heat is about 4,467 to 5,078 kJ / Nm 3 (1,067 to 1,213 kcal / Nm 3 ) in LHV.
In addition, for example, 700 g / Nm 3 of tar vapor E is mixed in the generated gas D. The generated gas D containing the tar vapor E is discharged from the pyrolysis furnace 1 and is kept warm with a heat insulating material in the
The pyrolysis furnace 1 is composed of, for example, a screw extrusion system, but various other systems can be adopted, for example, rotary kilns, screw kilns, belt conveyor systems, and the like.
The pyrolysis furnace 1 is as described above.
《改質反応器2について》
次に、改質反応器2について、説明する。改質反応器2は、熱分解炉1から供給される生成ガスD自体の温度に、空気F導入による部分燃焼の熱を加えることにより、例えば約700℃以上の温度域に、維持されている。
そして図1の例では、上部から、熱分解炉1の熱分解で得られた炭化物粒Cが供給されると共に、下部から、熱分解炉1の熱分解で得られた生成ガスDが供給され、もって、生成ガスD中に含有されたタール蒸気Eが、水素,メタン,一酸化炭素等に改質される。
すなわち、改質反応器2では、炭化物粒Cが、上部から下部へと移動層を形成しつつ、下部から上部へと向かう生成ガスDと接触する。そして、このような接触に基づき、生成ガスD中のタール蒸気Eが、炭化物粒Cの吸着分解機能と触媒機能により、生成ガスD中の水蒸気と反応して水蒸気改質され、もって、改質ガスGが上部から排出される。
<About the reforming
Next, the reforming
In the example of FIG. 1, carbide particles C obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace 1 are supplied from the top, and product gas D obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace 1 is supplied from the bottom. Thus, the tar vapor E contained in the product gas D is reformed to hydrogen, methane, carbon monoxide and the like.
That is, in the reforming
このような改質反応器2について、更に詳述する。まず改質反応器2は、代表的には700℃以上の温度域、特に700℃以上〜900℃以下の温度域、少なくとも600℃以上〜900℃以下の温度域に維持されている。
すなわち、熱分解炉1から供給される生成ガスDの顕熱に部分燃焼の反応熱を、加えることにより、上記温度域に維持されている。つまり、反応対象である生成ガスD自体の熱量に、直接加熱方式による熱量を、加える方式が採用されている。
又、水蒸気改質は、生成ガスD中に含有された水蒸気を利用して実施されるが、付設されたスチーム供給手段からも、水蒸気を供給可能となっている。すなわち、フィードされた生成ガスD中には水蒸気が含有されており、これにて水蒸気改質が進行するが、生成ガスD中の水蒸気が少ない場合は、不足分の水蒸気を供給可能となっている。
Such a reforming
That is, the reaction temperature of the partial combustion is added to the sensible heat of the product gas D supplied from the pyrolysis furnace 1 to maintain the temperature range. That is, a method is adopted in which the amount of heat by the direct heating method is added to the amount of heat of the product gas D itself that is the reaction target.
Further, the steam reforming is performed using steam contained in the product gas D, but steam can be supplied also from the attached steam supply means. That is, the fed product gas D contains water vapor, and steam reforming proceeds therewith. However, when the product gas D has a small amount of water vapor, a shortage of water vapor can be supplied. Yes.
そして改質反応器2には、炭化物粒Cが上部から供給される。木質バイオマスAを乾留により熱分解して得られた炭化物粒C、つまり熱分解炉1で焦げた未燃焼分として得られた木炭粒が、図1の例では上部から供給される。そして炭化物粒Cは、タール蒸気Eの水蒸気改質用の担持機能と触媒機能とを発揮すると共に、みずからも水素や一酸化炭素等に水蒸気改質される。
すなわち炭化物粒Cは、炭素を主成分とし、炭素質物質の乾留に際し多孔質残留物として生成される。そして、タール蒸気Eの捕捉,吸着,担持,一体化層として機能すると共に、タール蒸気Eのコーク化,水蒸気改質反応促進用の触媒層として機能する。又、炭化物粒Cは、自身も水蒸気改質されて、水素や一酸化炭素等にガス化される。
The reforming
That is, the carbide grains C are mainly composed of carbon, and are produced as a porous residue when the carbonaceous material is carbonized. And while functioning as a trap, adsorption | suction, carrying | support, and an integrated layer of the tar vapor | steam E, it functions as a catalyst layer for coking of the tar vapor | steam E and steam reforming reaction. Further, the carbide grains C themselves are steam-reformed and gasified to hydrogen, carbon monoxide, or the like.
さて、図1の例の改質反応器2内では、下部から供給されて上部に向かう改質対象である生成ガスD中のタール蒸気Eが、この上部から供給されて下部に向かう炭化物粒Cにて、吸着,担持されてコーク化される。そして、このコークが、熱の作用と触媒の作用とに基づき、水蒸気をガス化剤として反応して、水素,一酸化炭素,二酸化炭素,メタン等に変換され、水蒸気改質される。いわゆる水性ガス化反応が進行する。
改質反応器2では、このようにして、木質バイオマスAの生成ガスD中のタール蒸気Eが、水蒸気改質されると共に、更に内部充填された炭化物粒Cも水蒸気改質され、もって改質ガスGが生成される。
このように生成ガスDが改質された改質ガスGは、タール濃度が0.1g/Nm3未満となっており、その熱量は、LHVで例えば、6,700kJ/Nm3(1,600kcal/Nm3)以上となっている。
なお、図中Hは灰分であり、炭化物粒C等の残渣として改質反応器2下部から排出される。又、図1の例では、熱分解炉1から改質反応器2に供給される炭化物粒Cに、生成ガスD(タール蒸気E)が、同伴してしまう虞がある。その対策としては、熱分解炉1と改質反応器2間の管路に、例えば図示のようにダブルのスライドゲート弁や、チャーの中間ホッパーを設けておくとよい。
改質反応器2は、このようになっている。
Now, in the reforming
In the reforming
The reformed gas G obtained by reforming the product gas D in this way has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3 , and its calorific value is LHV, for example, 6,700 kJ / Nm 3 (1,600 kcal). / Nm 3 ) or more.
In the figure, H is ash and is discharged from the lower portion of the reforming
The reforming
《反応式等について》
次に、反応式等について説明する。
改質反応器2内では、(1)炭化物粒C表面でのタールのコーキング反応、(2)コーク及び炭化物粒Cの水蒸気改質反応、及び(3)コーク及び炭化物粒Cの部分燃焼反応が起り、これらの反応を組み合わせることによって、タールを燃料ガス(図1の改質ガスG)に変換している。
まず、炭化物粒C表面でのタールのコーキング反応は、下記の化1のように、タール蒸気Eが炭化物粒Cの表面に吸着し、コーク(C)と水素に分解する。この際、コーク(C)は炭化物粒Cの一部となる。
次に、コーク及び炭化物粒Cの水蒸気改質反応は、下記の化2のように、炭化物粒Cが水蒸気と反応し、水素と一酸化炭素を生成する。
次に、コーク及び炭化物粒Cの部分燃焼反応は、下記の化3のように、炭化物粒Cが酸素と反応し、一酸化炭素を生成する。
以上のように、この改質反応器2では、タールを燃料ガスに効率良く変換することができるため、改質反応器2から得られる燃料ガスは(改質ガスG)は、タールによるトラブルを引き起こすことなく、直接、エンジン3の燃料として利用できる。
《Reaction formula etc.》
Next, the reaction formula and the like will be described.
In the reforming
First, in the tar coking reaction on the surface of the carbide grains C, the tar vapor E is adsorbed on the surface of the carbide grains C and decomposed into coke (C) and hydrogen as shown in the following chemical formula 1. At this time, the coke (C) becomes a part of the carbide grains C.
Next, in the steam reforming reaction of coke and carbide grains C, the carbide grains C react with steam to generate hydrogen and carbon monoxide as shown in
Next, in the partial combustion reaction of coke and carbide grains C, the carbide grains C react with oxygen to generate carbon monoxide, as shown in
As described above, since the reforming
又、化2の反応式において、炭素と水蒸気の系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により一酸化炭素と水素の混合気体にガス化されるが、生成水素量は最小である。
これに対し上記の化4の反応式では、炭素は水蒸気と反応して、二酸化炭素と水素に水蒸気改質される。これは、化2の反応式より多量の水蒸気が作用すると共に、化2の反応式の一酸化炭素も完全に改質された場合であり、吸熱反応により二酸化炭素と水素とにガス化され、生成水素量は最大となる。
化4の反応式では、化2の反応式で生成された一酸化炭素が、発熱反応である次の化5のシフト反応により水蒸気と反応して、二酸化炭素と水素に改質,変換される。化2の反応式に次の式5の反応式を加えると、化4の反応式となる。
Further, in the reaction formula of
On the other hand, in the above reaction formula (4), carbon reacts with steam and is steam reformed to carbon dioxide and hydrogen. This is a case where a larger amount of water vapor than in the reaction formula of
In the reaction formula of
改質反応器2内では、化5のシフト反応が起こらない場合は化2の反応式により、又、化5のシフト反応が起こる場合は化4の反応式により、水蒸気改質が進行する。しかし実際は、一酸化炭素濃度を低減する化5のシフト反応の発生程度に従い、化2と化4の中間の反応式により水蒸気改質が進行する可能性が高く、この場合は、一酸化炭素と二酸化炭素と水素との混合気体が、改質ガスGとして生成される。
勿論、これらの反応の温度依存性に鑑み、化4の反応式より化2の反応式の方が吸熱程度が高いので、例えば850℃程度と温度が高い程、化4の反応式より化2の反応式が起こりやすく、化5のシフト反応が抑えられる。これに対し、例えば800℃程度の場合には、化5のシフト反応が起こりやすく、化4の反応が起こりやすい。
反応式等については、以上のとおり。
In the reforming
Of course, in view of the temperature dependence of these reactions, the reaction formula of the
The reaction formula and the like are as described above.
≪エンジン3について≫
次に、エンジン3について説明する。エンジン3は、生成ガスDの改質ガスGを燃料として使用する。
すなわち、このエンジン3はロータリーエンジンよりなり、改質ガスGが、除塵設備を介して供給され、改質ガスG中の水素,一酸化炭素,メタン等を主な燃料として運転される。
図示例の改質ガスGは、管路8にて、冷却部や圧送用兼流量調整用のポンプ等を経由して(図示せず)、エンジン3に供給される。そしてエンジン3は、その主軸が、隣接設置された発電機9に連結されており、その駆動が発電に利用されている。
エンジン3は、このようになっている。
≪About
Next, the
That is, the
The reformed gas G in the illustrated example is supplied to the
The
《作用等》
本発明の木質バイオマスAガスの改質システムは、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
《Action etc.》
The woody biomass A gas reforming system of the present invention is configured as described above. Therefore, it becomes as follows.
(1)木質バイオマスAを熱分解して得られた生成ガスDは、一酸化炭素や水素を含有するが、タール蒸気Eも含有している。 (1) The product gas D obtained by pyrolyzing the woody biomass A contains carbon monoxide and hydrogen, but also contains tar vapor E.
(2)そこで生成ガスDは、熱分解炉1から改質反応器2に供給される。なお熱分解炉1では、その約450℃〜650℃程度の温度域に基づき、木質バイオマスAからのタール蒸気Eの発生が、完了した状態となっている。
(2) The product gas D is supplied from the pyrolysis furnace 1 to the reforming
(3)そして、図1の例の改質反応器2では、熱分解炉1で得られた炭化物粒Cが上部から供給され、下部から生成ガスDが供給される。
そして改質反応器2内は、このように供給される生成ガスDの濃度に、空気F導入による内燃法の部分燃焼の熱が加わることにより、700℃以上、好ましくは700℃〜900℃とされる。
(3) Then, in the reforming
The reforming
(4)そこで改質反応器内2では、生成ガスDに含有されたタール蒸気Eが、まず炭化物粒C外表面に吸着されて、コーク化された後、炭化物粒Cとコークが、高温加熱下で生成ガスD中の水蒸気と反応し、もって水素,一酸化炭素,メタン等に水蒸気改質される。
なお水蒸気改質には、生成ガスD中の水蒸気が利用されるが、足りない場合は水蒸気を別途供給しても良い。
(4) Therefore, in the reforming
For steam reforming, steam in the product gas D is used, but steam may be supplied separately if it is insufficient.
(5)又、改質反応器2では、炭化物粒Cとコークが、部分燃焼により水素と一酸化炭素に変換され、生成ガスDは、燃料成分が増加しカロリーアップされた改質ガスGとなって、エンジン3に向け燃料として供給される。
(5) Further, in the reforming
(6)さて、本発明の改質システムでは、このようにタール蒸気Eや炭化物粒Cから、水素や一酸化炭素が改質,生成される。木質バイオマスA生成ガスDの燃料化に際し、タール蒸気Eや炭化物粒Cの熱エネルギーも、燃料として有効活用される。 (6) In the reforming system of the present invention, hydrogen and carbon monoxide are reformed and generated from the tar vapor E and the carbide grains C in this way. When the woody biomass A product gas D is converted into fuel, the thermal energy of the tar vapor E and the carbide grains C is also effectively used as fuel.
(7)そして、この改質システムにおいて、タール蒸気Eのこのような熱化学再生は、反応に必要な熱量が下げられ、低い温度で実現されると共に、合理的なエンタルピー授受システムにより、実現される。
すなわち、まず熱分解炉1では、エンジン3の高温の排気ガスBの熱量をそのまま利用した外熱法(間接加熱方式),低温乾留により、熱的に無理なく余裕をもって、熱分解が実施される。又、改質反応器2では、熱分解炉1から供給される生成ガスDの熱量に、足りない分だけ空気F(酸素)導入,部分燃焼の熱量を加える内燃法(直接加熱方式)により、必要なエンタルピーを得て無理なく改質が実施される。
(7) And in this reforming system, such a thermochemical regeneration of the tar steam E is realized at a low temperature by reducing the amount of heat necessary for the reaction, and by a rational enthalpy transfer system. The
That is, first, in the pyrolysis furnace 1, thermal decomposition is carried out with a reasonable margin of heat by an external heating method (indirect heating method) using the amount of heat of the high-temperature exhaust gas B of the
(8)更に、この改質システムの改質反応器2では、上部から炭化物粒Cが供給されると共に、下部から生成ガスDが供給され、もって、上部から下部へと向かう炭化物粒Cと、下部から上部へと向かう生成ガスDとが、必要時間をかけて十分に接触可能となる。
そこで生成ガスDは、含有されたタール蒸気Eが、炭化物粒Cの吸着分解機能と触媒機能により、確実,迅速,かつ効率的に水蒸気改質される。タール蒸気Eは、水素,一酸化炭素,メタン等に水蒸気改質されると共に、確実に低減,除去される。
(8) Furthermore, in the reforming
Therefore, the generated gas D is steam reformed from the contained tar vapor E reliably, quickly and efficiently by the adsorption decomposition function and catalytic function of the carbide particles C. The tar vapor E is steam reformed to hydrogen, carbon monoxide, methane, etc., and is reliably reduced and removed.
(9)しかも、この改質システムは、熱分解炉1と改質反応器2とエンジン3とを、相互に関連づけたシステム配置となっており、全体的に構成が簡単であり小型化されると共に、処理操作やメンテナンスも簡単容易である。
本発明の作用等は、このようになっている。
(9) In addition, this reforming system has a system arrangement in which the pyrolysis furnace 1, the reforming
The operation of the present invention is as described above.
《図2の例について》
以上、本発明の改質システムについて、主に図1に示した例を参照して説明したが、本発明は勿論、この図1の例に限定されるものではない。例えぱ、図2に示した例も可能である。
すなわち図1の例では、改質反応器2について、その上部から、炭化物粒Cが供給されると共に、下部から、生成ガスD(タール蒸気E)が供給され、部分燃焼用の空気Fも導入され、もって、改質ガスGが上部から排出されていた。
これに対し図2の例では、改質反応器2について、その上部から、炭化物粒Cと生成ガスD(タール蒸気E)とが供給されると共に、上部下付近から、部分燃焼用の空気Fが導入され、もって、改質ガスGから下部から排出されるようになっている。なお、この図2の例において、その他の構成,機能,作用等は、図1の例について前述した所に準じるので、同符号を付しその説明は省略する。
図2の例は、このようになっている
<< Example of Fig. 2 >>
The reforming system of the present invention has been described above mainly with reference to the example shown in FIG. 1, but the present invention is not limited to the example of FIG. For example, the example shown in FIG. 2 is also possible.
That is, in the example of FIG. 1, with respect to the reforming
On the other hand, in the example of FIG. 2, with respect to the reforming
The example in Figure 2 looks like this
1 熱分解炉
2 改質反応器
3 エンジン
4 管路
5 原料ホッパー
6 定量フィーダー
7 管路
8 管路
9 発電機
A 木質バイオマス
B 排気ガス
C 炭化物粒
D 生成ガス
E タール蒸気
F 空気
G 改質ガス
H 灰分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
該改質反応器は、上部から、該熱分解炉の熱分解で得られた炭化物粒が供給されると共に、下部から、該熱分解炉の熱分解で得られた生成ガスが供給され、もって、該生成ガス中に含有されたタール蒸気が、水素,メタン,一酸化炭素等に改質され、
該エンジンは、該生成ガスの改質ガスを燃料として使用すること、を特徴とする、木質バイオマスガスの改質システム。 A woody biomass gas reforming system comprising a pyrolysis furnace, a reforming reactor, and an engine, wherein the pyrolysis furnace pyrolyzes input woody biomass,
The reforming reactor is supplied with carbide particles obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace from the upper part, and is supplied with product gas obtained by pyrolysis of the pyrolysis furnace from the lower part. The tar vapor contained in the product gas is reformed to hydrogen, methane, carbon monoxide, etc.
The wood biomass gas reforming system, wherein the engine uses the reformed gas of the product gas as a fuel.
該生成ガス中の該タール蒸気が、該炭化物粒の吸着分解機能と触媒機能により、水蒸気と反応して改質されること、を特徴とする、木質バイオマスガスの改質システム。 2. The woody biomass gas reforming system according to claim 1, wherein the reforming reactor adds heat of partial combustion by air introduction to sensible heat of the product gas itself supplied from the pyrolysis furnace. , Maintained in a temperature range of 700 ° C. or higher,
A reforming system for woody biomass gas, wherein the tar vapor in the product gas is reformed by reacting with water vapor by an adsorption decomposition function and a catalytic function of the carbide particles.
このような接触に基づき、該タール蒸気を含む該生成ガスが水蒸気改質され、もって該改質ガスとなって該改質反応器の上部から排出されること、を特徴とする、木質バイオマスガスの改質システム。 3. The woody biomass gas reforming system according to claim 2, wherein in the reforming reactor, the carbide particles contact with the generated gas from the lower part to the upper part while forming a moving bed from the upper part to the lower part. And
Based on such contact, the produced gas containing the tar steam is steam-reformed, and becomes the reformed gas and is discharged from the upper part of the reforming reactor. Reforming system.
もって、炭化物粒等と共に該生成ガスを生成し、該生成ガスは、水素,一酸化炭素,二酸化炭素,水蒸気,窒素等を主成分とし、該タール蒸気を含有すること、を特徴とする、木質バイオマスガスの改質システム。 2. The wood biomass gas reforming system according to claim 1, wherein the pyrolysis furnace is heated to a temperature of about 450 ° C. or more and 650 ° C. or less using high-temperature exhaust gas from the engine. Pyrolyzing the other woody biomass,
Thus, the produced gas is produced together with carbide grains, etc., and the produced gas is mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen and the like, and contains the tar vapor. Biomass gas reforming system.
該エンジンは、ロータリーエンジンであり、該改質ガスが、除塵設備を介して供給され、該改質ガス中の水素,一酸化炭素等を主な燃料として運転されること、を特徴とする、木質バイオマスガスの改質システム。 The woody biomass gas reforming system according to claim 1, wherein the pyrolysis furnace comprises a screw extrusion method.
The engine is a rotary engine, and the reformed gas is supplied through a dust removal facility, and is operated using hydrogen, carbon monoxide, and the like in the reformed gas as a main fuel. Woody biomass gas reforming system.
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