JP2012036291A

JP2012036291A - 流動床ガス化装置

Info

Publication number: JP2012036291A
Application number: JP2010177520A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Takemoto; 洋介竹本; Hideyuki Nishijima; 秀幸西嶋; Munehiro Tanaka; 宗浩田中
Original assignee: Saga University NUC; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Saga University NUC; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】流動床ガス化装置においてガス化反応に必要な加熱量を低減する。
【解決手段】流動床反応槽３は、内側に配置された加熱燃焼室１４で発生する熱で加熱される。また、流動床反応槽３の外側に排ガス通路１６が設けられている。加熱燃焼室１４内での燃焼により発生した排ガスは、加熱燃焼室１４内を上昇し、排ガス導入管路２１を介して排ガス通路に導かれて降下した後に、排ガス出口１７から炉外に取り出される。流動床反応槽３は排ガス通路１６を通る排ガスによっても加熱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動床ガス化装置に関する。

従来の流動床ガス化装置では、流動床におけるガス原料のガス化により発生したガスは、炉壁の上部側から取り出される（例えば非特許文献１参照）。ガス化反応が起こる炉内の温度は、例えば６００°〜８００°程度とする必要があるので、炉壁の断熱を十分に行って熱拡散を防止すると共に、十分な加熱量を確保する必要がある。

社団法人日本エネルギー学会編、「バイオマスハンドブック」、第１版、株式会社オーム社、2002年9月20日、p.94-95, 213-217

本発明は、流動床ガス化装置において、ガス化反応に必要な加熱量を低減することを課題とする。

本発明は、炉外壁で囲まれた炉内に配置された外側仕切壁と、この外側仕切壁の内側に配置された内側仕切壁とを有し、前記外側仕切壁と前記内側仕切壁との間の反応室内に流動床が形成される流動床反応槽と、前記内側仕切壁で囲まれた空間であって前記流動床反応槽の加熱のために燃料を燃焼させる加熱燃焼室と、前記外側仕切壁と前記炉外壁との間の空間である排ガス通路と、前記加熱燃焼室の上端側と前記排ガス通路の上端側とを接続する排ガス導入路と、前記炉外壁の下端側に設けられた前記排ガス通路と連通する排ガス出口とを備え、前記加熱燃焼室内での燃焼により発生して前記加熱燃焼室内を上昇した排ガスを、前記排ガス導入路を介して前記排ガス通路に導いて降下させ、前記排ガス出口から炉外に取り出すようにしていることを特徴とする、流動床ガス化装置を提供する。

流動床反応槽は、その内側に配置された加熱燃焼室での燃焼により発生する熱で加熱される。また、流動床反応槽は、その外側に配置された排ガス通路を降下する排ガスが有する熱によっても加熱される。このように流動床反応槽を内側（加熱燃焼室）と外側（排ガス通路）の両方から加熱することで、効率的に流動床反応槽を加熱できる。また、流動床反応槽と炉外の大気との間に排ガス通路を介在させることで得られる断熱効果により、流動床反応槽から大気中への放熱を効果的に抑制できる。

前記流動床反応槽の反応室に流動床用ガスを導入するための管路が、前記加熱燃焼室を通過するように配置されていることが好ましい。

この構成により、加熱燃焼室を通過することで予め加熱された流動床用ガスが流動床反応槽の反応室に供給されるので、反応室内の加熱を一様化できる。

本発明の流動床ガス化装置によれば、流動床反応槽を内側（加熱燃焼室）と外側（排ガス通路）の両方から加熱することで効率的に流動床反応槽を加熱できる上、流動床反応槽と炉外の大気との間に排ガス通路を介在させることで得られる断熱効果によって流動床反応槽から大気中への放熱を効果的に抑制できる。また、流動床用ガスを導入するための管路は加熱燃焼室を通過するので、加熱燃焼室で予熱済みの流動床用ガスを供給することで、反応室内の加熱を一様化できる。その結果、流動床反応槽の反応室内での反応に必要な加熱量を低減することができ、エネルギー削減とそれによる経済性向上を図ることができる。さらに、流動床反応槽の放熱が抑制されるため、反応室における燃焼加熱が不要になる。その結果、本発明の流動床反応槽では、反応室に供給する流動床用ガスを無酸素にして反応室からのガス発生量を増加させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る流動床ガス化装置の模式的な断面図。図１のII−II線での模式的な断面図。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の実施形態に係る流動床ガス化装置１を示す。この流動床ガス化装置１では、ガス原料（本実施形態では木屑）を、例えば砂、アルミナ等の粒子である流動材を流動床用ガスによって流動化させて形成した流動床中で撹拌しつつ加熱して熱分解させ、燃料として使用される可燃性のガスを発生させる。

流動床ガス化装置１は、本実施形態では円筒状である炉外壁２を備える。炉外壁２の上端には天壁部２ａが設けられ、下端には底壁部２ｂが設けられている。図１及び図２で図示を省略しているが、炉外壁２の外側には断熱材が配置されている。

炉外壁２で囲まれた炉内に、流動床反応槽３が収容されている。流動床反応槽３は炉外壁２の内側に間隔を隔てて配置された筒状の外側仕切壁４と、この外側仕切壁４のさらに内側に間隔を隔てて配置された同じく筒状の内側仕切壁５を備える。外側仕切壁４の上端は炉外壁２の天壁部２ａで閉鎖され、内側仕切壁５の上端は天壁部２ａに装着された蓋体６によって閉鎖されている。一方、外側仕切壁４の下端には外側底壁部４ａが設けられ、内側仕切壁５の下端には内側底壁部５ａが設けられている。

外側仕切壁４と内側仕切壁５の間に形成された概ね筒状の空間は、流動床反応槽３の反応室７として機能する。この反応室７の下端側は外側底壁部４ａと下側底壁部５ａとの間に形成された隙間を介して互いに連通している。反応室７の底にあたる外側底壁部４ａには、反応室７内に流動床用ガスを上向きに供給するための下側ガス供給口８が設けられている。また、内側仕切壁の高さ方向中央付近には、反応室７内に流動床用ガスを横向きに供給するための上側ガス供給口９が設けられている。この上側ガス供給口９に流動床用ガスを送るためのガス供給管路１１は、炉外から外側底壁部４ａと下側底壁部５ａを貫通し、内側仕切壁５内の空間（後述する加熱燃焼室１４）を内側仕切壁５に沿って上向きに延びている。ガス供給管路１１は、上端に上側ガス供給口９が接続される一方、反応室７の底部側において反応室７内で流動床用ガスを循環させるためのガス口１２に接続されている。

流動床反応槽３内で発生した可燃性のガス（本実施形態ではバイオガス）を取り出して例えば発電用のガスエンジンへ供給するために、天壁部２ａに生成ガス取出口１３が設けられている。

流動床反応槽３の内側仕切壁５で囲まれた概ね円柱状の空間は、加熱燃焼室１４として機能する。蓋体６を貫通して加熱燃焼室１４内に下向きに延びるように、加熱管１５が配置されている。加熱管１５には炉外に位置する上端側から気体燃料（例えばＬＰＧ）と燃焼用の空気が供給される。気体燃料と燃焼空気の混合気体は加熱燃焼室１４内に位置している加熱管１５の噴出口１５ａから噴出され、加熱燃焼室１４内で生じる気体燃料が燃焼する。

流動床反応槽３の外側仕切壁４と炉外壁２とで囲まれた概ね円筒状の空間は、排ガス通路１６として機能する。炉外壁２の下端側には排ガス通路１６と連通する排ガス出口１７が設けられている。

加熱燃焼室１４の上端側には蓋体６に排ガス取出口１８が設けられている。一方、排ガス通路１６の上端側には天壁部２ａに排ガス取込口１９が設けられている。排ガス取出口１８と排ガス取込口１９とは、排ガス導入管路２１で互いに接続されている。

次に、本実施形態の流動床ガス化装置１の運転動作を説明する。流動床反応槽３の反応室７へ図示しない投入口から投入された木屑は、下側及び上側ガス供給口８，９から供給される流動床用ガス（一点鎖線）で形成される流動床において撹拌しつ加熱されて熱分解しガス化する。反応室７内の温度は例えば６００℃〜８００℃程度となる。反応室７で発生した可燃性のガス（破線）は生成ガス取出口１３から取り出される。

以下に詳述するように、流動床反応槽３は内側と外側の両方から加熱される。まず、流動床反応槽３は、その内側に配置された加熱燃焼室１４での燃焼により発生する熱で加熱される。加熱燃焼室１４は例えば６００℃〜１０００℃程度となる。次に、加熱燃焼室１４での燃焼により発生する排ガス（実線）は、加熱燃焼室１４内を上昇して排ガス取出口１８から排ガス導入管路２１へ入る。排ガスは、排ガス導入管路２１で流れの向きが上向きから下向きに折り返された後に、排ガス取込口１９から排ガス通路１６内に導かれる。導入された排ガスは排ガス通路１６内を降下して、排ガス出口１７から炉ガスに取り出される。そして、流動床反応槽３は、排ガス通路１６を降下する排ガスが有する熱によっても加熱される。以上のように流動床反応槽３を内側（加熱燃焼室１４）と外側（排ガス通路１６）の両方から加熱することで、効率的に流動床反応槽３を加熱できる。

また、流動床反応槽３と炉外の大気との間には、前述のように排ガスが導入される排ガス通路１６を介在させているので、高い断熱効果が得られる。そのため、流動床反応槽３から大気中への放熱を効果的に抑制できる。

さらに、流動床反応槽３の反応室７に流動床用ガスを導入するためのガス供給管路１１は、加熱燃焼室１４を通過して上側ガス供給口９まで達している。そのため、加熱燃焼室１４で予め加熱された流動床用ガスが上側ガス供給口９から反応室７に供給されるので、反応室７内の加熱を一様化できる。

以上のように、本実施形態の流動床ガス化装置１では、特に、流動床反応槽３を内側と外側の両方から効率的に加熱すること、流動床反応槽３と炉外の大気の間に排ガス通路１６を設けることで断熱性を高めていること、及び加熱燃焼室１４を通過させて予熱済みの流動床用ガスを供給することで反応室７内の加熱を一様化したことを特徴としている。これらの特徴により流動床反応槽３の反応室７内での反応に必要な加熱量を低減することができ、エネルギー削減とそれによる経済性向上を図ることができる。

その上、本実施形態の流動床ガス化装置１では、流動床反応槽３の放熱が抑制されるため、反応室における燃焼加熱が不要である。その結果、本発明の流動床反応槽３の反応室に供給する流動床用ガスを無酸素とし、反応室からのガス発生量を増加させることができる。

図２に最も明瞭に示すように、本実施形態では、炉外壁２と、流動床反応槽３の外側仕切壁４及び内側仕切壁５とはいずれも円柱状である。しかし、流動床反応槽３、加熱燃焼室１４、及び排ガス通路１６等が必要な機能を発揮できる限り、これらの壁は例えば円錐状等の他の形状であってもよい。

木質バイオマスの一例である木屑がガス原料である場合を例に本発明を説明したが、木質バイオマス以外の林産廃棄物バイオマス、農業廃棄物バイオマス、及び食品廃棄物バイオマス、廃プラスチック等をガス原料とする場合にも本発明を適用できる。

１流動床ガス化装置
２炉外壁
２ａ天壁部
２ｂ底壁部
３流動床反応槽
４外側仕切壁
４ａ外側底壁部
５内側仕切壁
５ａ内側底壁部
６蓋体
７反応室
８下側ガス供給口
９上側ガス供給口
１１ガス供給管路
１２ガス口
１３生成ガス取出口
１４加熱燃焼室
１５加熱管
１５ａ噴出口
１６排ガス通路
１７排ガス出口
１８排ガス取出口
１９排ガス取込口
２１排ガス導入管路

Claims

炉外壁で囲まれた炉内に配置された外側仕切壁と、この外側仕切壁の内側に配置された内側仕切壁とを有し、前記外側仕切壁と前記内側仕切壁との間の反応室内に流動床が形成される流動床反応槽と、
前記内側仕切壁で囲まれた空間であって前記流動床反応槽の加熱のために燃料を燃焼させる加熱燃焼室と、
前記外側仕切壁と前記炉外壁との間の空間である排ガス通路と、
前記加熱燃焼室の上端側と前記排ガス通路の上端側とを接続する排ガス導入路と、
前記炉外壁の下端側に設けられた前記排ガス通路と連通する排ガス出口と
を備え、
前記加熱燃焼室内での燃焼により発生して前記加熱燃焼室内を上昇した排ガスを、前記排ガス導入路を介して前記排ガス通路に導いて降下させ、前記排ガス出口から炉外に取り出すようにしていることを特徴とする、流動床ガス化装置。
前記流動床反応槽の反応室に流動床用ガスを導入するための管路が、前記加熱燃焼室を通過するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の流動床ガス化装置。