JP2010132754A - ガス吸着精製装置及びバイオマスガス化システム - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマスをガス化した生成ガス中のタール成分の効率がよい吸着を安定して行うことができるガス吸着精製装置及びバイオマスガス化システムを提供する。
【解決手段】重質成分等を含む生成ガス１１を、徐々に移動する圧密媒体であるバイオマス１２中に通過させ、前記バイオマス１２に重質成分を吸着させて精製ガス１３とするガス吸着精製装置であって、内部にバイオマス１２を徐々に通過させると共に、生成ガス１１が供給されるガス供給筒１４と、前記ガス供給筒１４内に対向して配設する少なくとも一対のガス供給部１５とガス排出部１６とを具備してなり、前記ガス排出部１６が、精製したガス１３を吸入するガス排出部本体１９と、前記ガス排出部本体１９のガス吸入面１９ａに複数形成された下方に開放する突口１８とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス吸着精製装置及びバイオマスガス化システムに関する。

一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。

上記バイオマスを利用することで燃料用のガス及びメタノール等のクリーンなエネルギー源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ₂の固定により生育される。大気のＣＯ₂を増加させないので、ＣＯ₂の抑制につながることとなり、好ましい技術である。

ここで、供給するバイオマスとしては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等が用いられている（特許文献１及び特許文献２、非特許文献１）。

ところで、前記バイオマスを原料として生成したガスには、微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などが含まれるため、そのままでは、合成触媒を利用した液体燃料や、燃料電池へのエネルギー源を合成するためのガスには適さない。そのため、前述のように、分離装置を始め、ガス精製装置によって、前記微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などの微量成分を除去すべく工夫している。前述の液体燃料や燃料電池へのエネルギー源を得るための原料ガスとしては、実際の運用に当たっては、前記微量成分は、その許容含有量を検出限界量程度までに低減する必要がある。しかしながら、現状のバイオマスガス化システムでは、前記微量成分の充分なる低減には至っていない。

また、前記バイオマスガス化システムによる処理規模は、数１００トン／日であり、従来の化石燃料を用いたガス化システムに比べると、小規模ないし中規模プラントに相当する。このような小中規模のガス処理システムでは、いわゆる分散化プラントでの必須条件である、シンプルかつ安価なガス精製ラインを具備することが望ましい。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、シンプルかつ安価な精製ラインを実現するに至っていない。

そこで、従来においては、図７に示すように、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体１０２内に供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスを精製するガス精製装置１１０を備えたバイオマスガス化システムを提案した（特許文献３）。

従来のバイオマスガス化ガスのガス精製装置１１０は、バイオマス１０１を一時的に貯留しており、該ガス精製装置１１０内に、冷却器１０９を通過した冷却生成ガス１０７Ａを通過させ、ここで冷却生成ガス１０７Ａ中に含まれるタール成分を吸着させ、精製ガス１０７Ｂとし、タールを吸着したタール吸着バイオマス１１１を搬送手段１１２により、バイオマス供給手段１０３に搬送するようにしている。なお、分離手段１０８からの灰及び冷却器１０９からの水は、共に再利用１０８ａ、１０９ａされている。

ところで、特許文献３にかかる提案では、炉内へのバイオマス投入手段とは別に吸着塔であるバイオマスを用いたガス精製装置１１０を設置し、該ガス精製装置１１０から別途バイオマスを抜き出し、その後炉内へバイオマスを投入する投入部へ搬送するための搬送手段１１２を必要とするためにシステムが煩雑となり運転性が悪く、コスト高となるという問題があるので、バイオマスを用いたガス精製装置を備えたバイオマスガス化システムを先に提案した（特許文献４）。

図８は、特許文献４に係るバイオマスガス化システムを示す概念図である。従来のバイオマスガス化システムのバイオマスによる吸着精製部８０は、内部にバイオマス１２が充填される吸着塔８１と、該吸着塔８１内に配設され、冷却器１９で冷却された生成ガス１１が供給される多孔質材からなる少なくとも一つのガス供給部８２と、前記ガス供給部８２から供給された生成ガス１１が充填されたバイオマス１２中を通過することでタール成分が除去され精製され、該精製された精製ガス１３が取込まれると共に外部に排出する多孔質材からなる少なくとも一つのガス排出部８３−１、８３−２とを具備するものである。

図９は前記バイオマスによる吸着精製部８０の断面概略図である。図９に示すように、バイオマスによる吸着精製部８０は、内部にバイオマス１２が充填される吸着塔８１内に、少なくとも一つのガス供給部８２と、該ガス供給部８２の両側にガス排出部８３−１、８３−２を配設してなり、中央のガス供給部８２から充填されたバイオマス１２の内部に生成ガス１１を供給管８２ａにより供給することで、充填されたバイオマス１２中を通過させ、この通過の際にタール成分が除去されて精製され、該精製された精製ガス１３をガス排出部８３−１、８３−２から排出管８３ａにより外部に排出するようにしている。

このようなバイオマスによる吸着精製部８０を用いることにより吸着筒８１内部に設けたガス供給部８２から生成ガス１１を塔内部に供給し、供給された生成ガス１１が均一にバイオマス内を通過する際にタール分が除去される。その後、精製ガス１３は吸着筒８１から排出されている。

特開２００１−２４０８７７号公報 特開２００１−２４０８７８号公報 特開２００４−３４６２８５号公報 特開２００８−２４７５２号公報 坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギー」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行

特許文献４の吸着精製部８０におけるガス供給部８２及びガス排出部８３−１、８３−２は、その形状によっては、バイオマスの逆流のおそれがある、という問題がある。
バイオマスの粉体が逆流すると配管及びノズル部分の閉塞が生じるので、逆流等が生じることがない、ガスの吸着精製部とすることが望まれている。

本発明は、前記問題に鑑み、バイオマスをガス化した生成ガス中のタール成分の効率がよい吸着を安定して行うことができるガス吸着精製装置及びバイオマスガス化システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、重質成分等を含む冷却生成ガスを、徐々に移動する圧密媒体中に通過させ、前記圧密媒体に重質成分を吸着させて精製ガスとするガス吸着精製装置であって、内部に圧密媒体を徐々に通過させると共に、冷却生成ガスが供給されるガス供給筒と、前記ガス供給筒内に対向して配設する少なくとも一対のガス供給部とガス排出部とを具備してなり、前記ガス排出部が、精製したガスを吸入するガス排出部本体と、前記ガス排出部本体のガス吸入面に複数形成され、下方に開放する突口とからなることを特徴とするガス吸着精製装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記ガス供給部が、冷却生成ガスを供給するガス供給部本体と、前記ガス供給部本体のガス供給面に複数形成され、下方に開放する突口とからなることを特徴とするガス吸着精製装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記下方に開放する突口の上部を覆う庇を有することを特徴とするガス吸着精製装置にある。

第４の発明は、第１の発明において、前記ガス排出部本体の底面の一部に圧密媒体を落下させる網を有することを特徴とするガス吸着精製装置にある。

第５の発明は、バイオマスを炉本体内に投入するバイオマス投入部と、燃焼用の酸化剤を炉本体内に供給する酸化剤供給部とを備えてなるバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉でガス化した生成ガス中のチャーを除去する除塵装置と、チャーが除塵された生成ガスを冷却する冷却器と、該冷却した冷却生成ガス中に含まれるタール成分等を前記バイオマス投入部から供給されたバイオマスで吸着除去して精製ガスとするバイオマスによる吸着精製部とを具備するバイオマスガス化システムにおいて、前記吸着精製部が、第１乃至４のいずれか一つのガス吸着精製装置であることを特徴とするバイオマスガス化システムにある。

本発明によれば、下方に開放する開口部を有する突口を複数有することにより、圧密状態のバイオマスは上方から下方に向かって徐々に流下するので、開放部からの逆流が生じることがなくなる。この結果、バイオマスの微粉の流れ込みが防止され、ガスの配管及びノズル部分における閉塞が防止される。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るガス吸着精製装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例に係るガス吸着精製装置の概略図である。図２−１は、本実施例に係るガス排出部本体の斜視概略図である。
これらの図面に示すように、本実施例に係るガス吸着精製装置１０は、重質成分（例えばタール成分）等を含む冷却生成ガス（以下、「生成ガス」という）１１を、徐々に移動する圧密媒体であるバイオマス１２中に通過させ、前記バイオマス１２に重質成分を吸着させて精製ガス１３とするガス吸着精製装置であって、内部にバイオマス１２を徐々に通過させると共に、生成ガス１１が供給されるガス供給筒１４と、前記ガス供給筒１４内に対向して配設する少なくとも一対のガス供給部１５とガス排出部１６とを具備してなり、前記ガス排出部１６が、精製した精製ガス１３を吸入するガス排出部本体１９と、前記ガス排出部本体１９のガス吸入面１９ａに複数形成された下方に開放する突口１８とからなるものである。
なお、図１中、符号１４ａはバイオマス１２が供給される供給口であり、１４ｂはバイオマス１２が排出される排出口、２２はバイオマスを排出するスクリューフィーダを各々図示する。

図１に示すように、バイオマス１２が圧密状態で流下されている状態において、生成ガス１１がその密となったバイオマス１２中を均一分散して通過することにより、生成ガス１１の流速は遅くなる。生成ガス１１が圧密状態のバイオマス１２内を均一に流れるため、当該バイオマス１２によりタール等の有害成分の吸着が良好に行われることとなる。

また、本発明のように下方に開放する開口部１８ａを有する突口１８を有することにより、バイオマス１２は上方から下方に向かって徐々に流下するので、開口部１８ａからの逆流が生じることがなくなる。

図２−２は、本実施例に係る突口の断面概略図である。図２−３は、本実施例に係る他の突口の断面概略図である。
図２−２に示すように、
突口１８の突出長さＬは上向き流速によりバイオマス１２が流動化しないような距離とし、例えば２〜７ｍｍ、好ましくは３〜５ｍｍとしている。
また、突口１８の幅Ｗは３〜１５ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍとしている。
また、突口１８の精製ガス１３の通過流速としては２０ｍ／ｓ以下、好ましくは１０ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。なお、圧密状態のバイオマス１２内のガスの流速は０．００５ｍ／ｓ以下、好ましくは０．０３ｍ／ｓ以下、より好ましくは０．０２５ｍ／ｓ以下としている。

また、突口１８の開き状態の角度（α）は、バイオマス１２が停滞・逆流しない角度とするのが好ましく、例えば１０〜８０度、好ましくは４５〜６０度程度としている。
なお、バイオマス１２の微粉の流れ込みが懸念されるが、ガス供給筒１４内のバイオマスは圧密状態で密に詰まっているため飛散することはない。
このように、突口１８を設けて、精製ガス１３を排出するので、ガス排出部本体１９の内部へのバイオマス１２の流れ込みが防止される。

突口１８の形状は特に限定されるものではなく、例えば図３−１〜図３−３に示すような突口１８Ａ〜１８Ｃのような形状としても良い。
いずれの形状も斜めや楕円半丸状となっているので、角がなく、バイオマス１２が引掛り、滞留するようなことが抑止できることとなる。
また、断面形状は同様で、ガス排出部本体１９の幅方向に亙って延びた形状の突口としてもよい。

また、図４に示すように、ガス排出部本体１９の底部に網２０を設置し、仮に漏れこんだ場合においても、バイオマス１２をその自重により、当該網２０から落下させるようにしている。
なお、この際のバイオマス１２の流速は終末速度以下である必要がある。
これにより、万が一バイオマス１２が内部に漏れこんだ場合においても、精製ガス１３側へショートパスすることが防止され、ガス供給筒１４内部に再び戻ることができる。

また、突口１８内部のガス排出部本体１９側のガス吸入面１９ａに濾布又はフィルタ１８ｂを貼付するようにしてもよい。
この濾布又はフィルタ１８ｂの目開きは数μｍとすればよく、バイオマス微粉の進入を完全に防止することができる。

ここで、冷却した生成ガス１１を導入するガス供給部１５側のガス供給部本体１７のガス供給面は、濾布１７ｂが貼付されている。この濾布１７ｂの目開きは数μｍとすればよく、バイオマス微粉の進入を完全に防止することができる。

また、図５に示すガス吸着精製装置１０Ｂのように、冷却した生成ガス１１を導入するガス供給部１５側においても、そのガス供給面１７ａに突口１８を複数形成するようにしてもよい。また、図４に示すガス排出部本体１９の底部に網２０を設置しするようにしてもよい。

さらに、図６に示すガス吸着精製装置１０Ｃのように、突口１８の上面を覆うような庇２１を幅方向に沿って設けることにより、排出口部分とバイオマス１２の粉体層とを完全に隔離するようにしてもよい。
このように、庇２１を設けることによりバイオマス１２を隔離することができ、バイオマスの微粉の吹き上げを防ぐことができる。
ここで、庇の突出長さＸとしては、突口の突出長さ（Ｌ＝２〜７ｍｍ）よりも長く、最大で１０〜１５ｍｍ程度とすればよい。
なお、庇２１の流速は２〜９ｍ／ｓ以下となり、バイオマス微粉の吹き上げが更に減少することとなる。

このような、ガス供給筒１４を有するガス吸着精製装置を、従来技術で説明した図８に示すバイオマスガス化システムの吸着精製部８０に適用することで、バイオマス１２の微粉の流れ込みが防止され、精製ガス１３の配管及びノズル部分における閉塞が防止される。

本発明では、圧密媒体としてバイオマスを例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば石炭ガス化炉やＩＧＣＣプラントの石炭の微粉炭を用いて、これらの生成ガス中のタール成分を除去するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係るガス吸着精製装置は、バイオマスの微粉の流れ込みが防止され、ガスの配管及びノズル部分における閉塞が防止されるので、バイオマスガス化システムに用いて適している。

本実施例に係るガス吸着精製装置の概略図である。 本実施例に係るガス排出部本体の斜視概略図である。 本実施例に係る突口の断面概略図である。 本実施例に係る他の突口の断面概略図である。 本実施例に係る他の突口の概略図である。 本実施例に係る他の突口の概略図である。 本実施例に係る他の突口の概略図である。 本実施例に係る他のガス排出部本体の斜視概略図である。 本実施例に係る他のガス吸着精製装置の概略図である。 本実施例に係る他のガス吸着精製装置の概略図である。 従来技術に係るバイオマスガス化システムの概略図である。 従来技術に係るバイオマスガス化システムの吸着精製部の概略図である。 従来技術に係る吸着精製部の断面概略図である。

符号の説明

１１ 生成ガス
１２ バイオマス
１３ 精製ガス
１４ ガス供給筒
１５ ガス供給部
１６ ガス排出部
１７ ガス供給部本体
１８ 突口
１９ ガス排出部本体

Claims (5)

1. 重質成分等を含む冷却生成ガスを、徐々に移動する圧密媒体中に通過させ、前記圧密媒体に重質成分を吸着させて精製ガスとするガス吸着精製装置であって、
   内部に圧密媒体を徐々に通過させると共に、冷却生成ガスが供給されるガス供給筒と、
   前記ガス供給筒内に対向して配設する少なくとも一対のガス供給部とガス排出部とを具備してなり、
   前記ガス排出部が、精製したガスを吸入するガス排出部本体と、
   前記ガス排出部本体のガス吸入面に複数形成され、下方に開放する突口とからなることを特徴とするガス吸着精製装置。
2. 請求項１において、
   前記ガス供給部が、冷却生成ガスを供給するガス供給部本体と、
   前記ガス供給部本体のガス供給面に複数形成され、下方に開放する突口とからなることを特徴とするガス吸着精製装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記下方に開放する突口の上部を覆う庇を有することを特徴とするガス吸着精製装置。
4. 請求項１において、
   前記ガス排出部の底面の一部に圧密媒体を落下させる網を有することを特徴とするガス吸着精製装置。
5. バイオマスを炉本体内に投入するバイオマス投入部と、燃焼用の酸化剤を炉本体内に供給する酸化剤供給部とを備えてなるバイオマスガス化炉と、
   該バイオマスガス化炉でガス化した生成ガス中のチャーを除去する除塵装置と、
   チャーが除塵された生成ガスを冷却する冷却器と、
   該冷却した冷却生成ガス中に含まれるタール成分等を前記バイオマス投入部から供給されたバイオマスで吸着除去して精製ガスとするバイオマスによる吸着精製部とを具備するバイオマスガス化システムにおいて、
   前記吸着精製部が、請求項１乃至４のいずれか一つのガス吸着精製装置であることを特徴とするバイオマスガス化システム。

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