JP2010229206A - Apparatus and process for removing tar from gas produced from biomass - Google Patents

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聰 松井
Keiichi Okuyama
契一 奥山
Takuya Shinagawa
拓也 品川
Yasuhiro Miyakoshi
靖宏 宮越
Hajime Akiyama
肇 秋山
Hiroshi Osada
容 長田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a process for preventing degradation of heat exchange performance of a heat exchanger by an attached tar. <P>SOLUTION: A tar-removing apparatus from a produced gas removes a tar contained in the produced gas produced from a biomass in a gasification furnace 1. The apparatus includes a heat exchanger 3 which receives a gas from a gasification furnace 1 and cools the produced gas by heat exchange with a heat medium to generate a tar-containing water which comprises condensed water and condensed tar obtained by condensation of water vapor and a tar contained in the produced gas; a water spray device 4 which sprays water into a space containing the produced gas of the heat exchanger 3; a water amount measuring device 5 which measures the amount of a discharged tar-containing water discharged from the heat exchanger 3 as an admixture of the tar-containing water and the sprayed water; and a sprayed water controlling device 6 which controls the amount of the water sprayed from the water spraying device 4 so that the amount of the discharged tar-containing water measured by the water measuring device 5 falls within a predetermined range. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する生成ガス中のタール除去処理装置及び生成ガス中のタール除去処理方法に関する。   The present invention relates to a tar removal processing apparatus in a product gas for removing tar contained in a product gas generated from biomass in a gasification furnace and a method for removing a tar in the product gas.

製木材端材、樹皮、木くずなど林産資源に由来する木質系バイオマスをガス化し、生成ガスを、例えばガスエンジンの燃料として供給するガス化炉が非特許文献1に開示されている。このガス化炉ではバイオマス原料をガス化炉の上部から炉内へ供給し、炉内で充填層を形成する。この充填層は上部から湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を形成しており、ガス化反応の進行に応じてバイオマスは充填層の上部から下部へと下降する。炉下部からガス化剤として水蒸気と空気を供給し、炉内でガス流れは炉下部から炉上部へ充填層内を上昇し、ガス化により生成された生成ガスは炉上部の排出口から取り出される。   Non-Patent Document 1 discloses a gasification furnace that gasifies woody biomass derived from forest resources such as wood scrap, bark, and wood scraps and supplies generated gas as fuel for a gas engine, for example. In this gasification furnace, biomass raw material is supplied into the furnace from the upper part of the gasification furnace, and a packed bed is formed in the furnace. This packed bed forms a wet layer, a dry region, a thermal decomposition region, a reduction region, and an oxidation region from the top, and the biomass descends from the top to the bottom of the packed bed as the gasification reaction proceeds. Steam and air are supplied as gasifying agents from the lower part of the furnace, and the gas flow in the furnace rises in the packed bed from the lower part of the furnace to the upper part of the furnace, and the generated gas generated by gasification is taken out from the outlet at the upper part of the furnace. .

ガス化炉の上部から供給されたバイオマスは水分を含有しているため、水分濃度の高い湿潤層がまず充填層の最上部に形成される。湿潤層から下降したバイオマスは、生成されたガスの熱により乾燥されて乾燥領域を形成する。乾燥領域から下降したバイオマスは熱分解領域で熱分解され、CH,CO,H等の可燃性ガス、CO,HO,ガス状及びミスト状のタール、固定炭素が生成し、生成した可燃性ガスとCO,HO,ガス状及びミスト状のタールを含む生成ガスは上昇し、固定炭素が下降する。熱分解領域から下降した固定炭素が還元領域で水蒸気とガス化反応してCO,Hを生成する。還元領域の下方の酸化領域では残存する固定炭素、タール、未熱分解バイオマスが部分酸化・燃焼され、ガス化反応、熱分解、乾燥に必要な熱を発生し、燃焼ガスは熱を伴い上昇する。充填層の下部から燃焼灰が外部へ排出される。 Since the biomass supplied from the upper part of the gasification furnace contains moisture, a wet layer having a high moisture concentration is first formed at the top of the packed bed. The biomass descending from the wet layer is dried by the heat of the generated gas to form a dry region. Biomass descending from the drying zone is pyrolyzed in the pyrolysis zone, producing flammable gases such as CH 4 , CO, H 2 , CO 2 , H 2 O, gaseous and mist-like tar, and fixed carbon. The generated gas containing the combustible gas and CO 2 , H 2 O, gaseous and mist tars rises, and the fixed carbon falls. The fixed carbon descending from the pyrolysis region gasifies and reacts with water vapor in the reduction region to generate CO and H 2 . In the oxidation area below the reduction area, the remaining fixed carbon, tar, and unpyrolyzed biomass are partially oxidized and burned, generating heat necessary for gasification, pyrolysis, and drying, and the combustion gas rises with heat. . Combustion ash is discharged from the bottom of the packed bed.

このガス化炉からの生成ガス中にはガス状及びミスト状のタールが含まれており、生成ガスを燃料としてガスエンジンなどに利用する場合には運転に問題が生じることがあるためこのタールを除去する必要がある。非特許文献1では、ガス化炉から排出される生成ガスを熱媒体との熱交換により冷却する熱交換器(ガス冷却装置)に導き、生成ガス中のガス状及びミスト状のタールと水蒸気を凝縮及び凝集してタール含有水とすることによってこれを生成ガスから除去し、さらに後段に設けた湿式電気集塵器により生成ガス中のダストとともに残存するタールを除去している。   The generated gas from the gasifier contains gaseous and mist tars, and when the generated gas is used as a fuel for a gas engine or the like, there may be a problem in operation. Need to be removed. In Non-Patent Document 1, the product gas discharged from the gasification furnace is led to a heat exchanger (gas cooling device) that cools the product gas by heat exchange with a heat medium, and gaseous and mist-like tar and water vapor in the product gas are removed. This is removed from the product gas by condensing and agglomerating to form tar-containing water, and the remaining tar is removed together with the dust in the product gas by a wet electrostatic precipitator provided in the subsequent stage.

JFEエンジニアリング社カタログ(カタログ番号:CA3047)「JFE-フェルント式 木質バイオマス ガス化発電システム」JFEエンジニアリング株式会社発行、2004年JFE Engineering Company Catalog (Cat. No. CA3047) “JFE-Felt-type woody biomass gasification power generation system” issued by JFE Engineering Corporation, 2004

非特許文献1に記載の生成ガス中のタール除去方法では、生成ガス中のガス状及びミスト状のタールと水蒸気を凝縮及び凝集してその混合物をタール含有水として熱交換器から排出している。ガス化炉に供給する木質バイオマスの含水率が30〜50%程度と高い場合には、バイオマスが乾燥されて蒸発した水蒸気が熱交換器で凝縮された凝縮水が充分に生成されるため、熱交換器の伝熱面(凝縮部)が凝縮水により洗浄され、伝熱面にタールが付着して熱交換性能が低下することを防止でき、またタール含有水の粘性が低く流動性が良好であるため、熱交換器から円滑に排出される。   In the tar removal method in the product gas described in Non-Patent Document 1, the gaseous and mist-like tars and water vapor in the product gas are condensed and aggregated, and the mixture is discharged as tar-containing water from the heat exchanger. . When the moisture content of the woody biomass supplied to the gasification furnace is as high as about 30 to 50%, the condensed water is sufficiently produced by condensing the water vapor that is dried and evaporated by the heat exchanger. The heat transfer surface (condensation part) of the exchanger is washed with condensed water, preventing tar from adhering to the heat transfer surface and lowering the heat exchange performance. Also, the viscosity of the water containing tar is low and the fluidity is good. Therefore, it is discharged smoothly from the heat exchanger.

これに対し、建築廃材や廃木材、その他の木質バイオマスの中には含水率が20%以下の低いものもある。このような含水率が20%以下のバイオマスをガス化した場合には、熱交換器において凝縮する水分量が少なくなる。水分量が少ないと、熱交換器の伝熱面(凝縮部)が凝縮水により洗浄されることが充分に行われず、伝熱面にタールが付着して熱交換性能が低下したり、タール含有水の流動性が低くガス流路やタール含有水排出部で閉塞が生じるなど円滑に熱交換やタール含有水の排出ができなくなり、ガス中のタールを除去できないという問題が生じる。   On the other hand, some building waste materials, waste wood, and other woody biomass have a low moisture content of 20% or less. When such biomass having a moisture content of 20% or less is gasified, the amount of water condensed in the heat exchanger is reduced. If the amount of moisture is small, the heat transfer surface (condensation part) of the heat exchanger will not be sufficiently washed with condensed water, tar will adhere to the heat transfer surface and heat exchange performance will deteriorate, There is a problem that heat exchange and tar-containing water cannot be smoothly discharged because the water flowability is low and the gas flow path and the tar-containing water discharge section are clogged, and tar in the gas cannot be removed.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、含水率が20%以下のバイオマスをガス化炉に供給して生成する生成ガスに含まれるタールを除去する際に、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題が生じることを防止できる生成ガス中のタール除去処理装置及び生成ガス中のタール除去処理方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when removing tar contained in a product gas generated by supplying biomass having a moisture content of 20% or less to a gasifier, a heat exchanger is provided. It is an object of the present invention to provide a tar removal treatment device in a product gas and a tar removal treatment method in the product gas that can prevent problems such as deterioration in heat exchange performance and blockage.

本発明は、ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理装置及び方法に関し、装置に関しては、ガス化炉からガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換器と、熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧装置と、上記タール含有水と噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測装置と、水量計測装置により計測された排出タール含有水の量を所定の範囲にするように水噴霧装置により噴霧する噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置とを有することを特徴としている。   The present invention relates to an apparatus and method for removing tar contained in product gas, which removes tar contained in product gas generated from biomass in a gasification furnace. A heat exchanger that generates tar-containing water containing condensed water and condensed tar obtained by cooling the generated gas by heat exchange and condensing water vapor and tar contained in the generated gas, and a generated gas storage space of the heat exchanger Measured by a water spray device for spraying water inside, a water amount measuring device for measuring the amount of discharged tar-containing water discharged from the heat exchanger by mixing the tar-containing water and the spray water, and a water amount measuring device And a spray water amount control device that controls the amount of spray water sprayed by the water spray device so that the amount of discharged tar-containing water falls within a predetermined range.

また、本発明は、生成ガス中のタール除去処理方法に関しては、ガス化炉で含水率が20%以下のバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理方法において、ガス化炉から熱交換器に生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換工程と、熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧工程と、上記タール含有水に噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測工程と、計測した排出タール含有水の量を所定の範囲にするように噴霧する水の量を制御する噴霧水量制御工程とを有することを特徴としている。   Further, the present invention relates to a tar removal treatment method in a product gas, wherein the tar contained in the product gas produced from biomass having a water content of 20% or less in a gasifier is removed. In the above, the product gas is received from the gasification furnace to the heat exchanger, the product gas is cooled by heat exchange with the heat medium, and the condensed water obtained by condensing water vapor and tar contained in the product gas is contained. A heat exchange process for generating tar-containing water, a water spraying process for spraying water into the generated gas storage space of the heat exchanger, and an exhaust tar discharged from the heat exchanger when spray water is mixed into the tar-containing water. It has the water quantity measurement process which measures the quantity of contained water, and the spray water quantity control process which controls the quantity of the water sprayed so that the quantity of the measured discharge | emission tar containing water may be made into a predetermined range, It is characterized by the above-mentioned.

このような構成の本発明によると、例えば含水率が20%以下の低含水率のバイオマスがガス化炉でガス化される場合、ガス化により生成された生成ガスは熱交換器に送り込まれると、該熱交換器の伝熱管内を流れる熱媒体との熱交換により冷却される。生成ガスは冷却されると生成ガス中の水蒸気とガス状及びミスト状のタールとが凝縮及び凝集されて、凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成し上記熱交換器内を滴下する。本発明では、熱交換器内の生成ガスへ水を噴霧しており、その噴霧水は上記タール含有水に混入して排水タール含有水を形成し、熱交換器から排出される。   According to the present invention having such a configuration, for example, when biomass having a low water content of 20% or less is gasified in a gasification furnace, the produced gas generated by gasification is sent to the heat exchanger. The heat exchanger is cooled by heat exchange with a heat medium flowing in the heat transfer tube of the heat exchanger. When the product gas is cooled, the water vapor in the product gas and the gaseous and mist tars are condensed and aggregated to produce tar-containing water containing condensed water and condensed tars, which is dropped in the heat exchanger. . In the present invention, water is sprayed onto the product gas in the heat exchanger, and the sprayed water is mixed with the tar-containing water to form drained tar-containing water, which is discharged from the heat exchanger.

上記熱交換器内では、タール分が上記伝熱管の外面に付着することがあるが、熱交換器内では凝縮水と噴霧水が降下するので、その降下の際に上記伝熱管の外面を凝縮水と噴霧水とで洗浄することとなる。   In the heat exchanger, tar content may adhere to the outer surface of the heat transfer tube. However, since condensed water and spray water fall in the heat exchanger, the outer surface of the heat transfer tube is condensed during the lowering. Washing with water and spray water.

熱交換器から排出された排出タール含有水は、水量計測装置によりその量が計測される。噴霧水量制御装置は、計測された水量計測値データを受信し、排出タール含有水量を予め定めた所定の範囲にするように、水噴霧装置を制御するようになっている。   The amount of discharged tar-containing water discharged from the heat exchanger is measured by a water amount measuring device. The spray water amount control device receives the measured water amount measurement value data, and controls the water spray device so that the discharged tar-containing water amount falls within a predetermined range.

上記予め定めた所定の範囲とは、噴霧水と凝縮水とにより熱交換器の伝熱面(凝縮面)が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止するために必要な噴霧水と凝縮水との合計水分量の好ましい範囲を予め求めておき、それに凝縮するタール量を加え、回収される排出タール含有水量の好ましい範囲として定めた範囲である。
前記排出タール含有水のうち、噴霧水の量は水噴霧装置にて既知であり、この噴霧水の量を計測された上記排出タール含有水から減ずると、凝縮水と凝縮タールの混合物たる噴霧水混入前のタール含有水の量を得る。
The predetermined range described above is necessary for preventing the heat transfer surface (condensation surface) of the heat exchanger from being washed with spray water and condensed water and preventing the condensed tar from adhering to the heat transfer surface. A preferable range of the total water content of the spray water and the condensed water is obtained in advance, and the amount of tar to be condensed is added to the range, which is determined as a preferable range of the recovered exhaust tar-containing water amount.
Of the discharged tar-containing water, the amount of spray water is known in a water spray device, and when the amount of spray water is subtracted from the measured discharged tar-containing water, the spray water is a mixture of condensed water and condensed tar. Obtain the amount of tar-containing water before mixing.

一方、噴霧水を要せずとも、伝熱管の洗浄に十分なタール含有水の量を得ることができる高含水率、例えば、既述の含水率30〜50%の木質バイオマスをガス化し、これを冷却したときに得られるタール含有水の量は既知であるので、同じバイオマス供給量のもとでは、含水率が20%以下の低含水率のバイオマスがガス化炉でガス化され熱交換器から排出され計測された排出タール含有水から上記噴霧水量を減じて得られるタール含有水は、この高含水率のバイオマスから得られるタール含有水の量よりも少ないこととなる。   On the other hand, even if no spray water is required, a high moisture content that can obtain a sufficient amount of tar-containing water for washing the heat transfer tube, for example, gasification of woody biomass of 30 to 50% as described above, Since the amount of tar-containing water obtained when cooling is known, under the same biomass supply, biomass with a low water content of 20% or less is gasified in the gasifier and the heat exchanger The tar-containing water obtained by subtracting the spray water content from the discharged tar-containing water discharged and measured from the water is smaller than the amount of tar-containing water obtained from the biomass having a high water content.

本発明では、高含水率のバイオマスをガス化した場合のタール含有水の量にもとづき所定の排出タール含有水の量の範囲を設定し、所定値範囲と計測値とを比較してタール含有水量の差分を検出し、その差分に相当する分量の噴霧水を供給して制御するようにしてもよい。すなわち、低含水率のバイオマスからの生成ガスが本発明装置に供給されたとき、噴霧水と凝縮水そして凝縮タールの総和である排出タール含有水の量が高含水率のバイオマスの場合のタール含有水の量にもとづいて設定された所定範囲内の値となるように上記噴霧水の量が制御されるようにしてもよい。   In the present invention, a predetermined range of the amount of discharged tar-containing water is set based on the amount of tar-containing water when gasifying high-moisture biomass, and the amount of tar-containing water is compared with the predetermined value range The difference may be detected, and an amount of spray water corresponding to the difference may be supplied and controlled. That is, when the product gas from biomass having a low water content is supplied to the apparatus of the present invention, the amount of discharged tar-containing water, which is the sum of spray water, condensed water, and condensed tar, is the content of tar in the case of biomass having a high water content. The amount of spray water may be controlled so as to be a value within a predetermined range set based on the amount of water.

本発明によれば、含水率が20%以下の低含水率のバイオマスをガス化炉に供給して生成するガスに含まれるタールを除去する際に、熱交換器内へ水を噴霧して高含水率のバイオマスの場合と同程度の水分量(凝縮水及び噴霧水)を得て、熱交換器における熱媒体の伝熱管外面等を十分に洗浄可能とし、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題が生じることを防止できるガス中のタール除去処理装置及びガス中のタール除去処理方法を提供することができる。   According to the present invention, when removing the tar contained in the gas generated by supplying biomass with a low moisture content of 20% or less to the gasifier, water is sprayed into the heat exchanger to The moisture content (condensed water and spray water) of the same level as in the case of biomass with moisture content can be obtained, and the heat transfer pipe outer surface of the heat medium in the heat exchanger can be sufficiently washed, and the heat exchange performance of the heat exchanger can be reduced. It is possible to provide a tar removal treatment apparatus in gas and a tar removal treatment method in gas that can prevent problems such as clogging.

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus of one Embodiment of this invention. 図1装置の熱交換器の概要構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a heat exchanger of the apparatus.

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1において、符号1はバイオマスをガス化するガス化炉であり、上部からバイオマスの供給を受け、下部からはガス化剤として水蒸気と空気の供給を受けている。このガス化炉1内では、供給されたバイオマスの充填層が形成され、この充填層内を上記ガス化剤が上昇する。バイオマスは、炉内で熱分解されて固定炭素と生成ガスを生じ、固定炭素は充填層を降下中に上記ガス化剤とガス化反応して生成ガスと燃焼灰を生じ、該生成ガスは炉上部からそして燃焼灰は炉下部から排出される。上記生成ガスには、CH、CO,H等の可燃性ガス、CO,HO,ガス状のタールが含まれている。 In FIG. 1, the code | symbol 1 is a gasification furnace which gasifies biomass, receives supply of biomass from the upper part, and receives supply of water vapor | steam and air as a gasification agent from the lower part. In the gasification furnace 1, a packed bed of supplied biomass is formed, and the gasifying agent rises in the packed bed. Biomass is pyrolyzed in a furnace to produce fixed carbon and product gas, and the fixed carbon gasifies with the gasifying agent while descending the packed bed to produce product gas and combustion ash. Combustion ash is discharged from the top and from the bottom of the furnace. The generated gas contains a combustible gas such as CH 4 , CO, and H 2 , CO 2 , H 2 O, and gaseous tar.

上記ガス化炉1は、後流側に、本実施形態のタール除去装置2が接続されている。このタール除去装置2は、上記ガス化炉1から生成ガスを受ける熱交換器3、該熱交換器3内の生成ガス受入空間へ水を噴霧する水噴霧装置4、熱交換器3下部から排出される排出タール含有水の量を計測するタール含有水量計測装置5、該タール含有水量計測装置5からの検出信号を受けて水噴霧装置4の噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置6とを有している。このタール除去装置2の各装置3〜6については、再度後述する。   The gasifier 1 is connected to the tar removal device 2 of the present embodiment on the downstream side. The tar removing device 2 includes a heat exchanger 3 that receives the generated gas from the gasification furnace 1, a water spray device 4 that sprays water into the generated gas receiving space in the heat exchanger 3, and an exhaust from the lower portion of the heat exchanger 3. A tar-containing water amount measuring device 5 that measures the amount of discharged tar-containing water to be discharged, and a spray water amount control device 6 that receives the detection signal from the tar-containing water amount measuring device 5 and controls the spray water amount of the water spraying device 4. is doing. The devices 3 to 6 of the tar removing device 2 will be described later again.

上記タール除去装置2の熱交換器3は、湿式電気集塵装置7、ガスエンジン8が順次接続されており、熱交換器3で冷却処理された処理ガスが湿式電気集塵装置7でのダスト等の除去後、可燃ガスとしてガスエンジン8に送られてガスエンジン8の駆動に供される。   The heat exchanger 3 of the tar removal device 2 is connected to a wet electric dust collector 7 and a gas engine 8 in order, and the processing gas cooled by the heat exchanger 3 is dust in the wet electric dust collector 7. After the removal, etc., it is sent to the gas engine 8 as combustible gas and used for driving the gas engine 8.

上記タール除去装置2のタール含有水量計測装置5には、タール処理装置9が接続され、該タール処理装置9に気化器10そして貯留器11が接続されている。上記タール処理装置9は、例えば比重分離器であり、上記タール含有水計測装置5での計測後の排出タール含有水を受け、これを比重によって、水を含む軽質タールと重質タールとに分離する。水を含む軽質タールは気化器10にて軽質タールと水とに分離され、重質タールは貯留器11に貯留され、燃料として用いられる。   A tar treatment device 9 is connected to the tar-containing water amount measurement device 5 of the tar removal device 2, and a vaporizer 10 and a reservoir 11 are connected to the tar treatment device 9. The tar treatment device 9 is, for example, a specific gravity separator, which receives discharged tar-containing water after measurement by the tar-containing water measuring device 5 and separates it into light tar and heavy tar containing water by specific gravity. To do. The light tar containing water is separated into light tar and water by the vaporizer 10, and the heavy tar is stored in the reservoir 11 and used as fuel.

<熱交換器>
上記熱交換器3は、図2に見られるように、密閉空間を形成する容器31の上部に生成ガスを導入する導入管32と、この生成ガスを冷却処理した後これを処理ガスとして容器下部から取り出す導出管33とを有している。さらに、上記容器31内には、外部から熱媒体(例えば、冷却水)を受け入れて容器31内を貫通させ容器31外へ排出させる冷却管34が配されている。さらに、上記容器31の上部には、容器31内へ水を下方に向け噴霧する水噴霧器35が、そして容器31の下部には排出タール含有水を排出する排出管36が設けられている。
<Heat exchanger>
As shown in FIG. 2, the heat exchanger 3 includes an introduction pipe 32 that introduces a generated gas into the upper part of a container 31 that forms a sealed space, and a cooling process for the generated gas, and then uses this as a processing gas to lower the container. And a lead-out pipe 33 to be taken out from the head. Further, a cooling pipe 34 that receives a heat medium (for example, cooling water) from the outside, penetrates the inside of the container 31, and discharges it outside the container 31 is disposed in the container 31. Further, a water sprayer 35 for spraying water downward into the container 31 is provided at the upper part of the container 31, and a discharge pipe 36 for discharging discharged tar-containing water is provided at the lower part of the container 31.

このような熱交換器3では、冷却用の熱媒体としての水等との熱交換によりガス化炉1から導入された生成ガスがタール及び水の凝縮温度以下(例えば30℃以下)に冷却され、生成ガス中のガス状タールと水分の両方が凝縮されてタールと水との混合物(タール含有水)を生ずる。熱媒体を流通させる冷却管34の伝熱面(外面)で凝縮したタールと水は混合した状態のタール含有水として容器31内の下部に貯まる。   In such a heat exchanger 3, the product gas introduced from the gasification furnace 1 is cooled to below the condensation temperature of tar and water (for example, 30 ° C. or less) by heat exchange with water or the like as a cooling heat medium. Both the gaseous tar and moisture in the product gas are condensed to form a mixture of tar and water (tar-containing water). Tar and water condensed on the heat transfer surface (outer surface) of the cooling pipe 34 through which the heat medium is circulated are stored in the lower portion of the container 31 as tar-containing water in a mixed state.

水噴霧装置35により適正量の水が熱交換器3の容器31内の生成ガス収容空間に噴霧されると、冷却管34は滴下する噴霧水と凝縮水とにより伝熱面が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止し、上記冷却管34の熱交換性能を維持することができる。また、上記凝縮タールと凝縮水との混合物であるタール含有水に噴霧水が加わった排出タール含有水の粘性は小さく流動性が高いため排出管36から円滑に排出される状況にある。   When a proper amount of water is sprayed by the water spraying device 35 into the generated gas storage space in the container 31 of the heat exchanger 3, the cooling pipe 34 is cleaned by the sprayed water and condensed water, and the condensation is condensed. It is possible to prevent the tar from adhering to the heat transfer surface, and to maintain the heat exchange performance of the cooling pipe 34. Further, since the viscosity of the discharged tar-containing water obtained by adding spray water to the tar-containing water which is a mixture of the condensed tar and the condensed water is small and has high fluidity, it is smoothly discharged from the discharge pipe 36.

<水噴霧装置>
水噴霧装置35は、熱交換器3の容器31外に設けられた水槽と送水ポンプ(いずれも図示せず)と、上記容器31の上部に設けられた噴霧ノズルとを有している。水噴霧装置自体の構成は、これに限定されず、水を噴霧できること、噴霧水量が噴霧水量制御装置6からの指令信号を受けて、設定量に制御されるようになっていれば、適宜形態をとることができる。
<Water spray device>
The water spray device 35 includes a water tank provided outside the container 31 of the heat exchanger 3, a water supply pump (both not shown), and a spray nozzle provided above the container 31. The configuration of the water spraying device itself is not limited to this, and can be appropriately configured as long as water can be sprayed and the amount of sprayed water is controlled to a set amount upon receiving a command signal from the sprayed water amount control device 6. Can be taken.

<タール含有水量計測装置>
タール含有水量計測装置5は、熱交換器3で凝縮されたタールと水との混合物であるタール含有水に噴霧水が加わった状態で排出タール含有水量として計測し、計測された水量計測値データを噴霧水量制御装置6へ送信するようになっている。このタール含有水量計測装置6は周知の流量計測装置を用いることができ、例えば、体積式や電磁式の流量計が例示できる。
<Tar water content measuring device>
The tar-containing water amount measuring device 5 measures the discharged tar-containing water amount in a state where spray water is added to the tar-containing water that is a mixture of tar and water condensed in the heat exchanger 3, and the measured water amount measurement value data Is transmitted to the spray water amount control device 6. The tar-containing water amount measuring device 6 can use a known flow rate measuring device, for example, a volumetric or electromagnetic flow meter.

<噴霧水量制御装置>
噴霧水量制御装置6は、計測された水量計測値データを受信し、排出タール含有水量を予め定めた所定の範囲にするように、水噴霧装置4の送水ポンプ出力や、噴霧ノズルの開度等を調整する信号を発信するようになっている。
<Spray water amount control device>
The spray water amount control device 6 receives the measured water amount measurement value data and outputs the water pump output of the water spray device 4, the opening degree of the spray nozzle, etc. so that the discharged tar-containing water amount falls within a predetermined range. The signal which adjusts is transmitted.

上記予め定めた所定の範囲とは、噴霧水と凝縮水とにより熱交換器の伝熱面(凝縮面)が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止するために必要な噴霧水と凝縮水との合計水分量の好ましい範囲を予め求めておき、それに凝縮するタール量を加え、回収される排出タール含有水量の好ましい範囲として定めていた範囲である。   The predetermined range described above is necessary for preventing the heat transfer surface (condensation surface) of the heat exchanger from being washed with spray water and condensed water and preventing the condensed tar from adhering to the heat transfer surface. A preferable range of the total water content of the spray water and the condensed water is obtained in advance, and the amount of tar to condense is added to the range, which is determined as a preferable range of the recovered exhaust tar-containing water amount.

含水率の高いバイオマスをガス化し、問題の生じないタール除去運転が行われている際の回収されるタール含有水量を計測しておき、その計測値を噴霧水量を含めた排出タール含有水量の予め定めた所定の範囲としてもよい。   The biomass with high moisture content is gasified and the amount of tar-containing water recovered during the tar removal operation that does not cause problems is measured, and the measured value is preliminarily calculated for the amount of discharged tar-containing water, including the amount of spray water. A predetermined range may be set.

さらには、熱交換器において円滑にタール除去できることが確認できた際のガス化炉から生成するガス中の水分濃度を計測しておき、このガス中の水分濃度の好ましい範囲に相当するような排出タール含有水量の範囲を所定の範囲としてもよい。   Furthermore, the moisture concentration in the gas generated from the gasifier when it is confirmed that tar can be removed smoothly in the heat exchanger is measured, and the discharge corresponding to the preferable range of the moisture concentration in this gas is performed. The range of the tar-containing water content may be a predetermined range.

次に、このような構成の本実施形態装置によるタール除去の手順について説明する。   Next, a procedure for tar removal by the apparatus of this embodiment having such a configuration will be described.

(1)先ず、バイオマスをガス化炉1へ供給する。本発明装置の特徴は低含水率のバイオマスの場合に、特に有効であり、上記ガス化炉1へ供給されたバイオマスが20%以下の低含水率の場合について説明する。バイオマスは、ガス化炉1内で充填層を形成し、上部から湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を成している。ガス化炉1には、下部からガス化剤として水蒸気と空気が供給されており、充填層のバイオマスは、熱分解、ガス化反応により、最終的に、生成ガスと燃焼灰になる。生成ガスはCH,CO,H等の可燃性ガスと、CO,HO,ガス状及びミスト状のタールを含んでいる。ガス化炉1の上部から生成ガスがタール除去装置2の熱交換器3へ送られ、燃焼灰は炉下部から排出される。 (1) First, biomass is supplied to the gasifier 1. The feature of the apparatus of the present invention is particularly effective in the case of biomass having a low water content, and the case where the biomass supplied to the gasification furnace 1 has a low water content of 20% or less will be described. Biomass forms a packed bed in the gasification furnace 1, and forms a wet layer, a dry region, a thermal decomposition region, a reduction region, and an oxidation region from the top. The gasification furnace 1 is supplied with water vapor and air as gasification agents from below, and the biomass in the packed bed finally becomes product gas and combustion ash by pyrolysis and gasification reaction. The generated gas contains a combustible gas such as CH 4 , CO, and H 2 , and CO 2 , H 2 O, gaseous and mist tars. The product gas is sent from the upper part of the gasification furnace 1 to the heat exchanger 3 of the tar removal device 2, and the combustion ash is discharged from the lower part of the furnace.

(2)ガス化炉1からの生成ガスは導入管32から熱交換器3の容器31内へ導入される。該容器31内には、冷却水を流通させる冷却管34が配設されていて、生成ガスはこの冷却管34の外面を伝熱面として、タール及び水の凝縮温度以下に冷却され、生成ガス中のタールと水が凝縮及び凝集され、それらの混合物がタール含有水となり容器31内を滴下し容器31下部に貯まる。この凝縮水は滴下の際、上記冷却管34の外面を洗浄し、タールの付着を防止する。一方、容器31内には、上方の水噴霧装置35から噴霧水が噴霧されている。したがって、低含水率のバイオマスから生成された生成ガスが冷却されて得られる凝縮水の量が少ない場合に、上記冷却管34は凝縮水とこの噴霧水とにより外面が洗浄される。このように冷却処理された生成ガスは、タール含有水が上記噴霧水と共に排出タール含有水として容器31下部の排出管36から排出され、また、可燃ガスとダストを含むガス体は処理ガスとして容器31下部の導出管33から導出される。   (2) The product gas from the gasification furnace 1 is introduced into the container 31 of the heat exchanger 3 from the introduction pipe 32. A cooling pipe 34 for circulating cooling water is disposed in the container 31, and the generated gas is cooled below the condensation temperature of tar and water using the outer surface of the cooling pipe 34 as a heat transfer surface. The tar and water inside are condensed and agglomerated, and the mixture thereof becomes tar-containing water and drops inside the container 31 and is stored in the lower part of the container 31. When the condensed water is dropped, the outer surface of the cooling pipe 34 is washed to prevent tar from adhering. On the other hand, spray water is sprayed from the upper water spray device 35 into the container 31. Therefore, when the amount of condensed water obtained by cooling the produced gas generated from biomass having a low moisture content is small, the outer surface of the cooling pipe 34 is washed with the condensed water and the spray water. The product gas thus cooled is discharged from the discharge pipe 36 at the lower part of the container 31 as tar-containing water together with the spray water, and the gas body containing combustible gas and dust is treated as a processing gas. 31 is led out from the outlet pipe 33 at the bottom.

(3)排出タール含有水は、タール含有水量計測装置5でその量が計測された後、タール処理装置9へ送られる。上記排出タール含有水の水量計測値データは、噴霧水量制御装置6へ送られ、計測された排出タール含有水の量が、予め定められた所定の範囲にあるかどうか比較されて、その結果、該噴霧水量制御装置6は、差分、具体的には不足分をなくすように、水噴霧装置4へ指令信号を送る。水噴霧装置4は、上記不足分がなくなるような量の水を噴霧する。   (3) The discharged tar-containing water is sent to the tar treatment device 9 after the amount thereof is measured by the tar-containing water amount measuring device 5. The measured amount data of the discharged tar-containing water is sent to the spray water amount control device 6 and compared with whether or not the measured amount of discharged tar-containing water is within a predetermined range. The spray water amount control device 6 sends a command signal to the water spray device 4 so as to eliminate the difference, specifically, the shortage. The water spraying device 4 sprays an amount of water that eliminates the shortage.

(4)熱交換器3の導出管33から導出された処理ガスは、湿式電気集塵装置7へ送られ、ここでダストが除塵され可燃ガスとなってガスエンジン8へ供給され、エンジン駆動に供される。   (4) The processing gas led out from the lead-out pipe 33 of the heat exchanger 3 is sent to the wet electrostatic precipitator 7, where the dust is removed and supplied as a combustible gas to the gas engine 8 for driving the engine. Provided.

(5)一方、熱交換器3から排出された排出タール含有水は、タール含有水量計測装置5で計測された後、タール処理装置9へ送られる。このタール処理装置9は、例えば比重分離器であり、排出タール含有水を比重差にもとづいて、軽質タール及び水(混合物)と、重質タールとに分離する。軽質タールと水の混合物は、気化器10にて、軽質タールと水とに分離される。重質タールは貯留器11に貯留され、燃料として使用される。   (5) On the other hand, the discharged tar-containing water discharged from the heat exchanger 3 is sent to the tar treatment device 9 after being measured by the tar-containing water amount measuring device 5. The tar treatment device 9 is, for example, a specific gravity separator, and separates discharged tar-containing water into light tar and water (mixture) and heavy tar based on the specific gravity difference. The light tar and water mixture is separated into light tar and water by the vaporizer 10. Heavy tar is stored in the reservoir 11 and used as fuel.

以上のような本実施形態のタール除去処理装置及び方法を用いることにより、熱交換器内を洗浄してタールの付着を防止し、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題を回避でき、円滑にタールを除去処理することができる。   By using the tar removal processing apparatus and method of the present embodiment as described above, the inside of the heat exchanger can be washed to prevent the adhesion of tar, and problems such as deterioration of the heat exchange performance and blockage of the heat exchanger can be avoided. The tar can be removed smoothly.

本発明は、ガス中のタールを除去する産業分野で利用可能である。     The present invention can be used in the industrial field of removing tar in gas.

1 ガス化炉
2 タール除去装置
3 熱交換器
4 水噴霧装置
5 (タール含有)水計測装置
6 噴霧水量制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gasification furnace 2 Tar removal apparatus 3 Heat exchanger 4 Water spray apparatus 5 (tar containing) water measuring apparatus 6 Spray water quantity control apparatus

Claims (2)

ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理装置において、
ガス化炉からガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換器と、
熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧装置と、
上記タール含有水と噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測装置と、
水量計測装置により計測された排出タール含有水の量を所定の範囲にするように水噴霧装置により噴霧する噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置とを有することを特徴とする生成ガス中のタール除去処理装置。
In the tar removal processing apparatus in the generated gas, which removes tar contained in the generated gas generated from biomass in the gasifier,
Heat that receives gas from the gasification furnace and cools the product gas by heat exchange with the heat medium and condenses water vapor and tar contained in the product gas to produce tar-containing water containing condensed water and condensed tar An exchange,
A water spray device for spraying water into the product gas storage space of the heat exchanger;
A water amount measuring device for measuring the amount of discharged tar-containing water mixed with the tar-containing water and spray water and discharged from the heat exchanger;
A tar removal in generated gas, characterized by having a spray water amount control device for controlling the amount of spray water sprayed by a water spray device so that the amount of discharged tar-containing water measured by a water amount meter is within a predetermined range Processing equipment.
ガス化炉で含水率が20%以下のバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理方法において、
ガス化炉から熱交換器に生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換工程と、
熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧工程と、
上記タール含有水に噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測工程と、
計測した排出タール含有水の量を所定の範囲にするように噴霧する水の量を制御する噴霧水量制御工程とを有することを特徴とするガス中のタール除去処理方法。
In the tar removal treatment method in the product gas, which removes tar contained in the product gas generated from biomass having a moisture content of 20% or less in a gasification furnace,
Containing tar containing condensed water and condensed tar obtained by receiving the generated gas from the gasification furnace to the heat exchanger, cooling the generated gas by heat exchange with the heat medium, and condensing water vapor and tar contained in the generated gas A heat exchange process to produce water;
A water spraying step of spraying water into the product gas storage space of the heat exchanger;
A water amount measuring step for measuring the amount of discharged tar-containing water discharged from the heat exchanger when spray water is mixed into the tar-containing water,
And a spray water amount control step of controlling the amount of water sprayed so that the measured amount of discharged tar-containing water falls within a predetermined range.
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