JP2010229207A - Apparatus and method for gasification of biomass - Google Patents

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聰 松井
Keiichi Okuyama
契一 奥山
Takuya Shinagawa
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Yasuhiro Miyakoshi
靖宏 宮越
Hajime Akiyama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a process for gasification of a biomass preventing a tar from attaching to a heat exchanger for cooling a produced gas and preventing troublesome discharge of a tar-containing water. <P>SOLUTION: A gasification apparatus pyrolyzes a biomass supplied into a gasification furnace to obtain a produced gas, and includes at least one of a first water supplier 2A which supplies water to a biomass before being supplied to the gasification furnace 1 and a second water supplier 2B which supplies water to a biomass in a gasification furnace from the furnace top. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス化炉でバイオマスからガスを生成するバイオマスのガス化装置及びガス化方法に関する。   The present invention relates to a biomass gasification apparatus and a gasification method for generating gas from biomass in a gasification furnace.

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流れ、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 materials are supplied 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 upper part, and the biomass descends from the upper part of the packed bed to the lower part as the gasification reaction proceeds. Steam and air are supplied as gasification agents from the lower part of the furnace, the gas flow in the furnace flows from the lower part of the furnace to the upper part of the furnace, and the generated gas is taken out from the discharge port in 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製木材端材、樹皮、木くずなどの場合は30〜55%程度の水分を含有しているため、充填層の最上部に形成される湿潤層は水分濃度の高いものとなる。湿潤層から下降したバイオマスは生成し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、固定炭素を生成し、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とのガスは上昇し、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。 The biomass supplied from the upper part of the gasification furnace contains about 30 to 55% of moisture in the case of wood mills, bark, wood chips, etc., so the wet layer formed at the top of the packed bed is moisture. High concentration. 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 combustible gas and the gas of CO 2 , H 2 O, gaseous and mist tars rise, 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、該タールは機器に付着して運転に問題が生じることがあるため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タールと水蒸気を凝縮してタール含有水とすることによって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. When the generated gas is used as a fuel in a gas engine or the like, the tar adheres to equipment and causes problems in operation. Tar may 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 the heat medium, and the gaseous tar and water vapor in the product gas are condensed to generate the tar. It is removed from the product gas by using water, and tar remaining with dust is removed by a wet electrostatic precipitator provided in the subsequent stage.

また、ガス化炉内においては、生成したタールのうち重質タールを軽質タールに改質することが行われている。   Further, in the gasification furnace, the heavy tar among the generated tar is reformed to light tar.

充填層の最上部には水分濃度の高い湿潤層が形成される。充填層内で該湿潤層の下方に形成される熱分解領域で生成したガス状及びミスト状のタールは生成ガスとともに充填層を上昇し、湿潤層において水分により捕捉され、この水分により捕捉されたタールはバイオマスとともに下部へ下降し、再度熱分解領域に入り、タールのうち重質タールは軽質タールに分解され、軽質タールはガスに分解される。この湿潤層でのタール捕捉、熱分解領域での分解を繰り返すことにより、生成ガス中のタール分は軽質タールが多くなり、熱交換器でのガス冷却により回収されたタール含有水の流動性が高く円滑に排出でき、その後工程でのハンドリングも容易となる。   A wet layer having a high moisture concentration is formed on the top of the packed layer. Gaseous and mist tar generated in the pyrolysis zone formed below the wet layer in the packed bed rises with the generated gas together with the generated gas, and is trapped by moisture in the wet layer. The tar descends downward with the biomass and enters the pyrolysis region again. Among the tars, heavy tar is decomposed into light tar and light tar is decomposed into gas. By repeating the trapping of the tar in the wet layer and the decomposition in the thermal decomposition region, the tar content in the product gas increases in light tar, and the fluidity of the tar-containing water recovered by gas cooling in the heat exchanger is increased. High and smooth discharge is possible, and handling in the subsequent process becomes easy.

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に記載のバイオマスのガス化装置では、ガス化炉に供給する木質バイオマスの含水率が30〜55%程度と高い高含水率の場合には、ガス化炉内の充填層最上部に湿潤層が充分に形成されるため、問題が生じないが、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%以下の低い低含水率のものもある。このような含水率が20%以下の低含水率のバイオマスをガス化炉でガス化した場合には、充分な湿潤層が形成されず、水分によるタールの捕捉が困難となり、その結果、生成ガス中のタールは重質タールの割合が大きくなり、熱交換器でのガス冷却により凝縮して得られるタールの粘性が高く、該タールが熱交換器の伝熱面に付着したり、回収されたタール含有水の粘性が高くて円滑な排出ができないことや閉塞等の問題が生じる。   In the biomass gasification apparatus described in Non-Patent Document 1, when the moisture content of the woody biomass supplied to the gasification furnace is as high as about 30 to 55%, the uppermost part of the packed bed in the gasification furnace However, there are some construction waste materials, waste wood, and other woody biomass with a low moisture content of 20% or less. When such a low moisture content biomass having a moisture content of 20% or less is gasified in a gasification furnace, a sufficient wet layer is not formed, and it becomes difficult to capture tar by moisture. The tar content in the tar increased in the proportion of heavy tar and the viscosity of the tar obtained by condensation by gas cooling in the heat exchanger was high, and the tar adhered to the heat transfer surface of the heat exchanger or was recovered. The viscosity of tar-containing water is so high that it cannot be discharged smoothly and problems such as blockage arise.

また、このような含水率が20%以下の低含水率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タール量に対して少なくなる。水分量がタール量に対して少ないと、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。   In addition, when such a low moisture content biomass having a moisture content of 20% or less is gasified, the amount of water condensed in the heat exchanger is less than the tar amount. If the amount of water is small relative to the amount of tar, the heat transfer surface (condensation part) of the heat exchanger will not be washed with condensed water, and tar will adhere to the heat transfer surface and heat exchange performance will be reduced. Further, the fluidity of the tar-containing water is low, and the gas flow path and the tar-containing water discharge section are clogged, so that heat exchange and discharge of the tar-containing water cannot be performed smoothly, and the 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%以下の低含水率のバイオマスをガス化炉に供給しても、生成ガスに含まれるタールのうち重質タールの割合が大きくなり、生成ガス冷却を行なう熱交換器の伝熱面に付着したり、円滑な排出ができなくなる問題が生じることを防止できるバイオマスのガス化装置及びガス化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 even if low moisture content biomass having a moisture content of 20% or less is supplied to the gasifier, heavy tar among the tars contained in the generated gas A biomass gasification apparatus and a gasification method capable of preventing the occurrence of a problem that the ratio of the amount of gas is increased and adheres to the heat transfer surface of the heat exchanger that cools the generated gas or cannot be smoothly discharged. Let it be an issue.

本発明では、上述の課題は、次のような構成のバイオマスのガス化装置及び方法により解決される。   In the present invention, the above-described problems are solved by a biomass gasification apparatus and method having the following configuration.

<バイオマスのガス化装置>
本発明は、バイオマスのガス化装置に関しては、ガス化炉への供給前のバイオマスに水を供給する第一の水供給装置及びガス化炉の炉頂からガス化炉内のバイオマスに水を供給する第二の水供給装置のうち少なくとも一方を有していることを特徴としている。
<Biomass gasifier>
The present invention relates to a biomass gasification apparatus, a first water supply apparatus that supplies water to biomass before being supplied to the gasification furnace, and water is supplied to the biomass in the gasification furnace from the top of the gasification furnace. It is characterized by having at least one of the second water supply devices.

<バイオマスのガス化方法>
また、本発明は、バイオマスのガス化方法に関しては、ガス化炉にて含水率が20%以下のバイオマスを熱分解して生成ガスを得るガス化方法において、ガス化炉への供給前のバイオマスに水を供給する第一の水供給工程及びガス化炉の炉頂からガス化炉内のバイオマスに水を供給する第二の水供給工程のうち少なくとも一方を有し、ガス化炉内のバイオマス充填層最上部に形成される湿潤層の水分率を高めることを特徴としている。
<Biomass gasification method>
Further, the present invention relates to a biomass gasification method, in which a biomass having a moisture content of 20% or less is pyrolyzed in a gasification furnace to obtain a product gas, the biomass before being supplied to the gasification furnace Having at least one of a first water supply step for supplying water to the gas and a second water supply step for supplying water to the biomass in the gasifier from the top of the gasifier, and the biomass in the gasifier It is characterized by increasing the moisture content of the wet layer formed at the top of the packed layer.

このような構成の本発明装置そして方法によると、バイオマス、特に含水率が20%以下の低含水率のバイオマスをガス化する場合、バイオマスは第一の水供給装置そして第二の水供給装置のうちの少なくとも一方により水の供給を受ける。バイオマスの種類によってそのバイオマスの含水率は推定できる。あるいは推定が困難でも測定できる。したがって、バイオマスがガス化炉に供給されて充填層最上部に湿潤層を形成する際、この湿潤層で所定の水分率をもつようにするのに、上記バイオマスへ、ガス化炉への供給前、あるいは供給後の湿潤層形成時に、どの位の水を供給すれば良いかが算出できる。この水の供給が第一の水供給装置と第二の水供給装置のいずれか一方、あるいは両方によって行なわれる。かくして、所定の水分率をもつようになったバイオマスはガス化によって、得られた生成ガス中のタールは多くは軽質タールとなり、ガス化炉から取り出されるタール含有水の取出し、そしてその後の扱いが容易となる。   According to the apparatus and method of the present invention having such a configuration, when gasifying biomass, particularly biomass having a low water content of 20% or less, the biomass is supplied from the first water supply device and the second water supply device. Receive water supply by at least one of them. The moisture content of the biomass can be estimated by the type of biomass. Or it can be measured even if estimation is difficult. Therefore, when biomass is supplied to the gasification furnace to form a wet layer at the top of the packed bed, the wet layer has a predetermined moisture content. Alternatively, it is possible to calculate how much water should be supplied when the wet layer is formed after the supply. This water supply is performed by one or both of the first water supply device and the second water supply device. Thus, the biomass having a predetermined moisture content is gasified, and most of the tar in the resulting product gas becomes light tar, and the tar-containing water taken out from the gasification furnace is taken out and then treated. It becomes easy.

本発明において、第一の水供給装置と第二の水供給装置は、合計の水供給量が、ガス化炉内のバイオマス充填層の最上部における湿潤層のバイオマスの水分率を30%以上とするように設定されていることが好ましい。   In the present invention, the first water supply device and the second water supply device have a total water supply amount of 30% or more of the moisture content of the biomass in the wet layer in the uppermost part of the biomass packed bed in the gasification furnace. It is preferable to set so as to.

上記バイオマスの水分率を自動的に所定値とすることが望まれる。取り出されたタール含有水の量は計測可能であり、バイオマスの種類が特定されればその水分率から水分量が算出できるので、所定の範囲の水分量とするにはどの位の水をバイオマスへ供給すればよいかが上記計測されたタール含有水の量から導き出すことができる。   It is desirable to automatically set the moisture content of the biomass to a predetermined value. The amount of extracted tar-containing water can be measured, and if the type of biomass is specified, the amount of water can be calculated from its moisture content. It can be derived from the measured amount of tar-containing water whether it should be supplied.

そこで、ガス化炉に熱交換器を接続して、生成ガス中の水蒸気とタールを凝縮してタール含有水を生成する場合、本発明装置は、ガス化炉から生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により該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タール含有水を生成する熱交換器と、熱交換器で生成された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タール含有水の量を所定の範囲にするように第一の水供給装置及び第二の水供給装置のうち少なくとも一方により供給する水量を制御する水供給量制御装置とを、さらに有するようにすることができる。   Therefore, when a heat exchanger is connected to the gasification furnace to condense the water vapor and tar in the generated gas to generate tar-containing water, the present invention device receives the generated gas from the gasifier and the heat medium. A heat exchanger that cools the product gas by heat exchange and condenses water vapor and tar contained in the product gas to produce tar-containing water, and an amount of water for measuring the amount of tar-containing water produced by the heat exchanger A water supply that controls the amount of water supplied by at least one of the first water supply device and the second water supply device so that the amount of tar-containing water measured by the measurement device and the water amount measurement device falls within a predetermined range. And a quantity control device.

したがって、本発明方法としては、ガス化方法は、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該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タール含有水を生成する熱交換工程と、生成されたタール含有水の量を計測する水量計測工程と計測したタール含有水の量を所定の範囲にするように第一の水供給工程及び第二の水供給工程のうち少なくとも一方により、供給する水量を制御する水量制御工程を有するようになる。   Therefore, as a method of the present invention, in the gasification method, 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 water vapor and tar contained in the product gas are condensed. A heat exchange step for generating tar-containing water, a water amount measuring step for measuring the amount of generated tar-containing water, a first water supply step so that the amount of tar-containing water measured is within a predetermined range, and At least one of the second water supply steps has a water amount control step for controlling the amount of water to be supplied.

かくして、生成されたタール含有水の量を計測して、所定の範囲のタール含有水量となるように、第一の水供給装置そして第二の水供給装置の少なくとも一方から水を供給制御すれば、その結果として、バイオマスは湿潤層で所定範囲の水分率をもつようになり、ガス化により得られるタール含有水中の軽質タールの比率が多くなる。   Thus, if the amount of generated tar-containing water is measured and water supply control is performed from at least one of the first water supply device and the second water supply device so that the amount of tar-containing water is within a predetermined range, As a result, the biomass has a moisture content within a predetermined range in the wet layer, and the ratio of light tar in the tar-containing water obtained by gasification increases.

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生成ガスに含まれるタールのうち軽質タールの割合が大きくなり、ガス冷却装置の熱交換器の伝熱面にタールが付着したり、円滑な排出ができなくなる問題が生じることを防止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得る。   According to the present invention, the ratio of light tar among the tars contained in the product gas generated by supplying biomass with a low water content of 20% or less to the gasifier is increased, and heat exchange of the gas cooling device is performed. A biomass gasification apparatus and a biomass gasification method that can prevent tar from adhering to a heat transfer surface of a vessel or a problem that smooth discharge cannot be generated are obtained.

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、本発明の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment 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、炉上部に設けられた供給口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。バイオマスは供給前に100mm程度以下に粗破砕されていて、コンベア、スクリューフィーダなどの搬送装置により、上記供給口から供給される。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。該充填層は、上方から、湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を順に形成している。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,ガス状及びミスト状のタールが含まれている。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gasification furnace for gasifying biomass, which is supplied with biomass from a supply port provided in the upper part of the furnace, and supplied with water vapor and air as a gasifying agent from the lower part. Biomass is roughly crushed to about 100 mm or less before supply, and is supplied from the supply port by a conveyor such as a conveyor or a screw feeder. In the gasification furnace 1, a packed bed of supplied biomass is formed, and the gasifying agent rises in the packed bed. The packed bed is formed with a wet layer, a dry region, a thermal decomposition region, a reduction region, and an oxidation region in this order from above. 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 product gas contains flammable gas such as CH 4 , CO, H 2 , CO 2 , H 2 O, gaseous and mist tars.

上記ガス化炉1は、バイオマスに水を供給する第一の水供給装置2Aと第二の水供給装置2Bとが接続されている。第一の水供給装置2Aは、ガス化炉1外でバイオマスに水を供給するようになっており、水槽、送水ポンプ、噴霧ノズル(いずれも図示せず)を有していて、バイオマスをガス化炉1へ供給するときあるいは供給前にこのバイオマスに噴霧(あるいは散水)する。噴霧は、コンベア上のバイオマス、スクリューフィーダ内のバイオマスに行なわれる。水の噴霧(供給)量は、後述の供給水量制御装置6により制御される。一方、第二の水供給装置2Bは、ガス化炉1の炉頂から炉内の充填層最上部のバイオマスに噴霧(散水)するようになっており、水槽、送水ポンプ、噴霧ノズル(いずれも図示せず)を有している。この第二の水供給装置2Bの水供給量は、上記第一の水供給装置2Aと相俟って上記充填層の最上部のバイオマスの含水率を好ましい範囲に調整するように後述の水供給制御装置6により制御される。   The gasification furnace 1 is connected to a first water supply device 2A and a second water supply device 2B for supplying water to the biomass. The first water supply device 2A supplies water to the biomass outside the gasification furnace 1, has a water tank, a water pump, and a spray nozzle (all not shown), and gasses the biomass. The biomass is sprayed (or sprinkled) before being supplied to the converter 1 or before the supply. Spraying is performed on the biomass on the conveyor and the biomass in the screw feeder. The amount of water spray (supply) is controlled by a supply water amount control device 6 described later. On the other hand, the second water supply device 2B sprays (sprinkles) the biomass at the top of the packed bed in the furnace from the top of the gasification furnace 1, and includes a water tank, a water pump, and a spray nozzle (all (Not shown). The water supply amount of the second water supply device 2B is the water supply described later so as to adjust the moisture content of the biomass at the uppermost part of the packed bed to a preferable range in combination with the first water supply device 2A. It is controlled by the control device 6.

上記ガス化炉1は生成ガスを冷却処理する熱交換器3に接続されている。   The gasification furnace 1 is connected to a heat exchanger 3 for cooling the produced gas.

上記熱交換器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、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。   In the heat exchanger 3, a wet electric dust collector 7 and a gas engine 8 are sequentially connected. After the processing gas cooled by the heat exchanger 3 is removed by the wet electric dust collector 7, dust or the like is removed. It is sent to the gas engine 8 as combustible gas and used for driving the gas engine 8.

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、容器31の下部には排出タール含有水を排出する排出管35が設けられている。   As shown in FIG. 2, the heat exchanger 3 includes an introduction pipe 32 that introduces a generated gas into an upper portion of a container 31 that forms a sealed space, and a cooling process for the generated gas, and then uses the treated gas as a processing gas. 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 discharge pipe 35 for discharging discharged tar-containing water is provided at the lower portion 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。凝縮水は滴下して冷却管34の伝熱面(外面)を洗浄し、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。   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. Condensed water is dripped to wash the heat transfer surface (outer surface) of the cooling pipe 34, preventing condensed tar from adhering to the heat transfer surface, and maintaining the heat exchange performance of the cooling pipe 34.

上記熱交換器3の排出管35は、タール含有水量計測装置4を介してタール処理装置5に接続されている。   The discharge pipe 35 of the heat exchanger 3 is connected to the tar treatment device 5 via the tar-containing water amount measurement device 4.

上記タール含有水量計測装置4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の量を計測し、計測された水量計測値データを供給水量制御装置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4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。   The tar-containing water amount measuring device 4 measures the amount of tar-containing water that is a mixture of tar and water condensed in the heat exchanger 3, and transmits the measured water amount measurement value data to the supply water amount control device 6. It is like that. The tar-containing water amount measuring device 4 can use a known flow rate measuring device, for example, a volumetric or electromagnetic flow meter.

上記タール含有水量計測装置4には、タール処理装置5が接続されており、該タール処理装置5には気化器(図示せず)そして貯留器(図示せず)が接続されている。上記タール処理装置5は、例えば比重分離器であり、上記タール含有水量計測装置4での計測後の排出タール含有水を受け、これを比重差によって、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にて軽質タールと水とに分離され、重質タールは貯留器に貯留され、燃料として用いられる。   A tar treatment device 5 is connected to the tar-containing water amount measuring device 4, and a vaporizer (not shown) and a reservoir (not shown) are connected to the tar treatment device 5. The tar treatment device 5 is, for example, a specific gravity separator, and receives discharged tar-containing water after measurement by the tar-containing water amount measurement device 4, and the light tar containing water, heavy tar, To separate. Light tar containing water is separated into light tar and water by a vaporizer, and heavy tar is stored in a reservoir and used as fuel.

上記供給水量制御装置6は、(A)第一の水供給装置2A及び第二の水供給装置2Bのうち少なくとも一方により供給する水により、ガス化炉内のバイオマス充填層の最上部における湿潤層の水分率を30%以上とすることができるように供給する水量を制御するとともに、さらに、(B)計測された水量計測値データをタール含有水量計測装置4から受信し、タール含有水量を予め定めた所定の範囲にするように、第一の水供給装置2A及び第二の水供給装置2Bのうち少なくとも一方により供給する水量を制御するように、これら装置2A,2Bの送水ポンプ出力等を調整する信号を発信する。(B)の制御を行うことにより、(A)湿潤層の水分率を30%以上とすることができるように供給する水量を制御することが十分に可能である場合には、(B)の制御を行えばよい。   The supply water amount control device 6 is (A) a wet bed at the uppermost part of the biomass packed bed in the gasifier with water supplied by at least one of the first water supply device 2A and the second water supply device 2B. In addition to controlling the amount of water supplied so that the moisture content of the water can be 30% or more, (B) the measured water amount measurement value data is received from the tar-containing water amount measuring device 4, and the tar-containing water amount is previously determined. In order to control the amount of water supplied by at least one of the first water supply device 2A and the second water supply device 2B so that the predetermined range is determined, the water pump output of these devices 2A, 2B, etc. Send the signal to be adjusted. When it is possible to control the amount of water supplied so that the moisture content of (A) the wet layer can be 30% or more by controlling (B), Control may be performed.

ここで、タール含有水量の予め定めた所定の範囲とは、凝縮水により熱交換器3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凝縮水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、回収されるタール含有水量の好ましい範囲を定めておいた範囲である。   Here, the predetermined range of the amount of water containing tar is to prevent the condensed tar from adhering to the heat transfer surface by washing the heat transfer surface (condensation surface) of the heat exchanger 3 with the condensed water. Is a range in which a preferable range of the amount of condensed water required is determined in advance, the amount of tar condensed is added thereto, and a preferable range of the amount of recovered tar-containing water is determined.

含水率が30〜55%と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、その計測値をタール含有水量の予め定めた所定の範囲としてもよい。   Gasification of biomass having a high moisture content of 30 to 55% is gasified, and the amount of tar-containing water collected during the tar removal operation that does not cause a problem is measured. The measured value is determined in advance as the amount of tar-containing water. The predetermined range may be used.

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回収タール含有水量の範囲を所定の範囲としてもよい。   Measure the water concentration in the gas generated from the gasifier when it has been confirmed that tar can be removed smoothly in the heat exchanger, and the amount of recovered tar-containing water corresponding to the preferred range of the water concentration in this gas The range 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バイオマスのガス化の手順について説明する。   Next, the procedure of gasification of biomass 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、第一の水供給装置2Aと第二の水供給装置2Bの少なくとも一方から水の噴霧供給を受けて、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 receives spray supply of water from at least one of the first water supply device 2A and the second water supply device 2B to form a packed bed in the gasification furnace 1, and from above the wet layer, the dry region, A pyrolysis region, a reduction region, and an oxidation region are formed. 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. Product gas is sent to the heat exchanger 3 from the upper part of the gasification furnace 1, and combustion ash is discharged | emitted from the furnace lower part.

(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、タールの凝縮温度以下に冷却される。タールの凝縮温度は水の凝縮温度以下であり、生成ガスは、タールと水とに凝縮され、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。このように冷却処理された生成ガスは、タール含有水が容器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 using the outer surface of the cooling pipe 34 as a heat transfer surface. The condensation temperature of tar is lower than or equal to the condensation temperature of water, and the product gas is condensed into tar and water, 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. In the product gas thus cooled, tar-containing water is discharged from the discharge pipe 36 at the bottom of the container 31, and the gas body containing combustible gas and dust is led out from the outlet pipe 33 at the bottom of the container 31 as a processing gas. The

(3)排出タール含有水は、タール含有水量計測装置4でその量が計測された後、タール処理装置5へ送られる。上記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、第一の水供給装置2Aと第二の水供給装置2Bへ指令信号を送る。第一の水供給装置2Aと第二の水供給装置2B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 5 after its amount is measured by the tar-containing water amount measuring device 4. The water content measurement value data of the tar-containing water is sent to the spray water amount control device 6 and compared with whether or not the measured amount of tar-containing water is within a predetermined range. The water amount control device 6 sends a command signal to the first water supply device 2A and the second water supply device 2B so as to eliminate the difference, specifically, the shortage. The first water supply device 2A and the second water supply device 2B spray an amount of water that eliminates the shortage.

本実施形態では、第一の水供給装置2A及び第二の水供給装置2Bのうち少なくとも一つを備えて、炉内に供給されて充填層最上部を形成するバイオマスの含水率を好ましい範囲に調整することにより、水分量(例えば、水分率30%以上)が適度に高い湿潤層が形成される。その結果、熱分解領域で生成したタールは、湿潤層において水分により捕捉され、捕捉されたタールはバイオマスとともに下部へ下降し、再度熱分解領域に入り、タールのうち重質タールは軽質タールに分解され、軽質タールはガスに分解される。この湿潤層でのタール捕捉、熱分解領域での分解を繰り返すことにより、生成ガス中のタール分は比較的軽質タールが多くなり、ガス冷却装置により回収されたタール含有水の流動性が高く円滑に排出でき、その後工程でのハンドリングも容易となる。   In this embodiment, at least one of the first water supply device 2A and the second water supply device 2B is provided, and the moisture content of biomass that is supplied into the furnace and forms the packed bed uppermost portion is within a preferable range. By adjusting, a wet layer having a moderately high moisture content (for example, a moisture content of 30% or more) is formed. As a result, the tar generated in the pyrolysis zone is trapped by moisture in the wet layer, and the trapped tar falls to the bottom together with the biomass and enters the pyrolysis zone again. And light tar is broken down into gases. By repeating the trapping of the tar in the wet layer and the decomposition in the thermal decomposition region, the tar content in the product gas becomes relatively light tar and the fluidity of the tar-containing water recovered by the gas cooling device is high and smooth. Can be easily discharged, and handling in the subsequent process becomes easy.

上記のような構成の本発明によるバイオマスのガス化装置及び方法を用いることにより、含水率が20%以下のバイオマスをガス化炉に供給しても、生成するガスに含まれるタールのうち軽質タールの割合が大きくなり、ガス冷却装置の熱交換器の伝熱面に付着したり、円滑な排出ができなくなる問題が生じることを防止できる。   By using the biomass gasification apparatus and method according to the present invention configured as described above, even if biomass having a moisture content of 20% or less is supplied to the gasification furnace, light tar among the tars contained in the generated gas Therefore, it is possible to prevent the problem that it becomes difficult to adhere to the heat transfer surface of the heat exchanger of the gas cooling device or to prevent smooth discharge.

本発明は、バイオマスから燃料ガスを生成する産業分野で利用可能である。   The present invention can be used in the industrial field where fuel gas is generated from biomass.

1 ガス化炉
2A 第一の水供給装置
2B 第二の水供給装置
3 熱交換器
4 (タール含有)水量計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gasification furnace 2A 1st water supply apparatus 2B 2nd water supply apparatus 3 Heat exchanger 4 (tar containing) water quantity measuring device

Claims (5)

ガス化炉に供給されたバイオマスを熱分解して生成ガスを得るガス化装置において、
ガス化炉への供給前のバイオマスに水を供給する第一の水供給装置及びガス化炉の炉頂からガス化炉内のバイオマスに水を供給する第二の水供給装置のうち少なくとも一方を有していることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
In a gasifier that pyrolyzes biomass supplied to a gasifier and obtains product gas,
At least one of a first water supply device that supplies water to the biomass before being supplied to the gasification furnace and a second water supply device that supplies water to the biomass in the gasification furnace from the top of the gasification furnace A biomass gasifier characterized by comprising:
第一の水供給装置と第二の水供給装置は、合計の水供給量が、ガス化炉内のバイオマス充填層の最上部における湿潤層の水分率を30%以上とするように設定されていることとする請求項1に記載のバイオマスのガス化装置。   The first water supply device and the second water supply device are set so that the total water supply amount is 30% or more of the moisture content of the wet layer in the uppermost part of the biomass packed bed in the gasification furnace. The biomass gasifier according to claim 1. ガス化装置は、
ガス化炉から生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により該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タール含有水を生成する熱交換器と、
熱交換器で生成された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タール含有水の量を所定の範囲にするように第一の水供給装置及び第二の水供給装置のうち少なくとも一方により供給する水量を制御する水供給量制御装置とを、さらに有することを特徴とする請求項1に記載のバイオマスのガス化装置。
The gasifier is
A heat exchanger that receives the generated gas from the gasification furnace, cools the generated gas by heat exchange with a heat medium, condenses water vapor and tar contained in the generated gas, and generates tar-containing water;
A water amount measuring device for measuring the amount of tar-containing water generated in the heat exchanger;
A water supply amount control device for controlling the amount of water supplied by at least one of the first water supply device and the second water supply device so that the amount of tar-containing water measured by the water amount measurement device falls within a predetermined range; The biomass gasification apparatus according to claim 1, further comprising:
ガス化炉にて含水率が20%以下のバイオマスを熱分解して生成ガスを得るガス化方法において、
ガス化炉への供給前のバイオマスに水を供給する第一の水供給工程及びガス化炉の炉頂からガス化炉内のバイオマスに水を供給する第二の水供給工程のうち少なくとも一方を有し、
ガス化炉内のバイオマス充填層最上部に形成される湿潤層の水分率を高めることを特徴とするバイオマスのガス化方法。
In a gasification method for pyrolyzing biomass having a moisture content of 20% or less in a gasification furnace to obtain a product gas,
At least one of a first water supply step for supplying water to the biomass before being supplied to the gasification furnace and a second water supply step for supplying water to the biomass in the gasification furnace from the top of the gasification furnace. Have
A biomass gasification method characterized by increasing the moisture content of a wet layer formed at the top of a biomass packed bed in a gasification furnace.
ガス化方法は、
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該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タール含有水を生成する熱交換工程と、
生成されたタール含有水の量を計測する水量計測工程と、
計測したタール含有水の量を所定の範囲にするように第一の水供給工程及び第二の水供給工程のうち少なくとも一方により、供給する水量を制御する水量制御工程とを、さらに有することを特徴とする請求項4に記載のバイオマスのガス化方法。
Gasification method is
A heat exchange step of receiving the generated gas from the gasification furnace to the heat exchanger, cooling the generated gas by heat exchange with the heat medium, condensing water vapor and tar contained in the generated gas to generate tar-containing water;
A water amount measuring step for measuring the amount of tar-containing water produced;
A water amount control step of controlling the amount of water to be supplied by at least one of the first water supply step and the second water supply step so that the measured amount of tar-containing water falls within a predetermined range. The biomass gasification method according to claim 4, wherein the biomass gasification method is characterized.
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