JP2014125508A5

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Publication number: JP2014125508A5
Application number: JP2012281720A
Authority: JP
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2032-12-25

Description

燃料ガス発生装置

本発明は、有機物から燃料ガスを発生させる燃料ガス発生装置に関する。

有機物を加熱してガス化させると、熱分解ガスにはタール成分を多く含む。タール成分の多く含まれる熱分解ガスを発電機などの動力回収装置に用いると、タール成分によって動力回収装置に支障をきたす。従って、タール含有の少ない熱分解ガスとすることが望まれる。
特許文献１では、熱分解ガスからタール成分を除去するために、熱分解炉で生成した熱分解ガスを触媒反応器に導入し、この触媒反応器にてタール成分を除去することが提案されている。

特開２００５−１１２９５６号公報

特許文献１は、部分燃焼ガス化炉を備え、この部分燃焼ガス化炉で発生させた可燃性ガスを熱分解炉と触媒反応器に導いている。
熱分解炉に導かれた可燃性ガスは、空気と混合されてバーナで燃焼される。この時の燃焼温度は７００℃から１０００℃とされている。また、触媒反応器に導かれた可燃性ガスについても、空気と混合されてバーナで燃焼される。この時の燃焼温度についても７００℃から１０００℃とされている。
このように特許文献１では、熱分解炉と触媒反応器とにそれぞれバーナを備えた燃焼部を有している。
従って、熱分解炉及び触媒反応器は、燃焼部を有することで装置が大型化するとともに、多くの熱量を必要とするために効率が低下する。

本発明は、装置の小型化を図れると共に、有機物ガス化空間で分離された炭化物を排出することができる燃料ガス発生装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の燃料ガス発生装置は、高温の燃焼ガスを発生させる燃焼炉と、間接加熱により有機物を熱分解ガスと炭化物に分離するガス化炉と、前記ガス化炉で分離した前記熱分解ガスからタール成分を除去する養生室とを備え、前記燃焼炉で発生させた前記燃焼ガスを前記養生室に導き、前記養生室に導いた前記燃焼ガスによって前記養生室内の前記熱分解ガスを間接加熱し、前記燃焼炉で発生させた前記燃焼ガスを前記ガス化炉に導き、前記ガス化炉に導いた前記燃焼ガスによって前記有機物を加熱する燃料ガス発生装置であって、前記ガス化炉を、前記有機物が投入される有機物ガス化空間と、前記有機物ガス化空間を加熱する前記燃焼ガスを流通させる燃焼ガス空間とで構成し、前記有機物ガス化空間の他端側には、配管が上下方向に配置される分岐管が接続され、前記分岐管の上方配管は、前記養生室に接続され、前記有機物ガス化空間の一端側から、木材チップ、農業残渣物、食品残渣物などの前記有機物が投入され、前記有機物は前記熱分解ガスと前記炭化物に分離した後に、前記有機物ガス化空間の前記他端側がら導出され、前記分岐管の下方配管からは、前記有機物ガス化空間で分離された前記炭化物を排出することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の燃料ガス発生装置において、前記燃焼炉における前記燃焼ガスの温度を８００℃以上とし、前記養生室に導入する前記燃焼ガスの温度を７００℃以上とし、前記ガス化炉に導入する前記燃焼ガスの温度を６５０℃以上としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の燃料ガス発生装置において、前記養生室から排出される前記燃焼ガスの温度が６５０℃から８５０℃となるように前記燃焼炉における燃焼を制御することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス発生装置において、前記ガス化炉から排出される前記燃焼ガスの温度が２５０℃から６００℃となるように前記燃焼炉における燃焼を制御することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料ガス発生装置において、前記ガス化炉で分離した前記炭化物を前記燃焼炉に導いて燃焼させることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料ガス発生装置において、前記ガス化炉には、前記熱分解ガスに対して放熱した後の前記燃焼ガスを導くことを特徴とする。

本発明によれば、燃焼炉で発生させた燃焼ガスを養生室に導くことでタール成分の除去を行い、分岐管の下方配管からは、有機物ガス化空間で分離された炭化物を排出することができる。

本発明の一実施例による燃料ガス発生装置を示す処理流れ図

本発明の第１の実施の形態による燃料ガス発生装置は、ガス化炉を、有機物が投入される有機物ガス化空間と、有機物ガス化空間を加熱する燃焼ガスを流通させる燃焼ガス空間とで構成し、有機物ガス化空間の他端側には、配管が上下方向に配置される分岐管が接続され、分岐管の上方配管は、養生室に接続され、有機物ガス化空間の一端側から、木材チップ、農業残渣物、食品残渣物などの有機物が投入され、有機物は熱分解ガスと炭化物に分離した後に、有機物ガス化空間の他端側がら導出され、分岐管の下方配管からは、有機物ガス化空間で分離された炭化物を排出するものである。本実施の形態によれば、燃焼炉で発生させた燃焼ガスを養生室に導くことでタール成分の除去を行い、分岐管の下方配管からは、有機物ガス化空間で分離された炭化物を排出することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による燃料ガス発生装置において、燃焼炉における燃焼ガスの温度を８００℃以上とし、養生室に導入する燃焼ガスの温度を７００℃以上とし、ガス化炉に導入する燃焼ガスの温度を６５０℃以上としたものである。本実施の形態によれば、燃焼炉における燃焼ガスの温度を８００℃以上とすることで、養生室でのタール成分除去に必要な７００℃から９００℃の燃焼ガス温度を満足することができ、養生室に導入する燃焼ガスの温度を７００℃以上とすることで、ガス化炉で有機物を熱分解ガスと炭化物に分離する温度を満足することができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による燃料ガス発生装置において、養生室から排出される燃焼ガスの温度が６５０℃から８５０℃となるように燃焼炉における燃焼を制御するものである。本実施の形態によれば、養生室から排出される燃焼ガスの温度によって燃焼炉を制御することで、養生室とガス化炉での適正な温度を維持することができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態による燃料ガス発生装置において、ガス化炉から排出される燃焼ガスの温度が２５０℃から６００℃となるように燃焼炉における燃焼を制御するものである。本実施の形態によれば、ガス化炉から排出される燃焼ガスの温度によって燃焼炉を制御することで、養生室とガス化炉での適正な温度を維持することができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態による燃料ガス発生装置において、ガス化炉で分離した炭化物を燃焼炉に導いて燃焼させるものである。本実施の形態によれば、ガス化炉で分離した炭化物を燃焼炉で用いることで効率を更に高めることができる。

本発明の第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態による燃料ガス発生装置において、ガス化炉には、熱分解ガスに対して放熱した後の燃焼ガスを導くものである。本実施の形態によれば、ガス化炉には、熱分解ガスに対して放熱した後の燃焼ガスを利用することで、効率を高めることができる。

以下に本発明の一実施例を図１に示す。
図１は本発明の一実施例による燃料ガス発生装置を示す構成図である。
図１に示すように、本実施例による燃料ガス発生装置は、高温の燃焼ガスを発生させる燃焼炉１０と、間接加熱により有機物を熱分解ガスと炭化物に分離するガス化炉２０と、ガス化炉２０で分離した熱分解ガスからタール成分を除去する養生室３０とを備えている。なお、ガス化炉２０には、攪拌スクリュー付横型回転炉やロータリーキルンが適している。

燃焼炉１０における燃焼ガスの温度は８００℃以上とし、養生室３０に導入する燃焼ガスの温度は７００℃以上とし、ガス化炉２０に導入する燃焼ガスの温度は６５０℃以上とする。ガス化炉２０に導入する燃焼ガスの温度を６５０℃以上とすることで、ガス化炉２０内の有機物を４００℃から６５０℃の環境下とする。
より、好ましくは、燃焼炉１０における燃焼ガスの温度は９５０℃以上とし、養生室３０に導入する燃焼ガスの温度は８５０℃以上とし、ガス化炉２０に導入する燃焼ガスの温度は８００℃以上とする。ガス化炉２０に導入する燃焼ガスの温度を８００℃以上とすることで、ガス化炉２０内の有機物を４００℃から６５０℃の環境下とする。

なお、養生室３０から排出される燃焼ガスの温度が６５０℃から８５０℃となるように、より好ましくは８００℃から８５０℃となるように燃焼炉１０における燃焼を制御する。
また、ガス化炉２０から排出される燃焼ガスの温度が２５０℃から６００℃となるように、より好ましくは２５０℃から４００℃となるように、燃焼炉１０における燃焼を制御する。
従って、図示はしないが、養生室３０から排出される燃焼ガスの温度を検出する温度検出手段やガス化炉２０から排出される燃焼ガスの温度を検出する温度検出手段を備え、これらの温度に基づいて燃焼炉１０に供給する燃料量や空気量を調整する制御装置を備えている。

ガス化炉２０は、有機物が投入される有機物ガス化空間２１と、有機物ガス化空間２１を加熱する燃焼ガスを流通させる燃焼ガス空間２２とからなる。有機物ガス化空間２１と燃焼ガス空間２２とは隔壁によって完全に区画されている。有機物ガス化空間２１には、燃焼部を持たないＵターンキルンが適している。本実施例では、燃焼ガス空間２２は、有機物ガス化空間２１の外周に形成している。
有機物ガス化空間２１は、例えば横型筒状に形成され、筒状の一端側から、木材チップ、農業残渣物、食品残渣物などの有機物が連続的に投入され、有機物は熱分解ガスと炭化物に分離した後に、筒状の他端側がら導出される。

有機物ガス化空間２１の他端側には、配管が上下方向に配置される分岐管２３が接続されている。
分岐管２３の下方配管２３ａは、燃焼炉１０内に延出し、有機物ガス化空間２１で分離された炭化物（チャー）を燃焼炉１０内に導く。このように、ガス化炉２０で分離した炭化物を燃焼炉１０に導いて燃焼させることで効率を高めることができる。
分岐管２３の上方配管２３ｂは、養生室３０に接続されている。
養生室３０は二重管で構成され、内部空間３１には有機物ガス化空間２１で分離された熱分解ガスが導入され、外部空間３２には内部空間３１を加熱する燃焼ガスが導入される。
内部空間３１と外部空間３２とは、隔壁によって完全に区画されている。内部空間３１には、好ましくは触媒３３を充填する。触媒３３には、例えば金属触媒を用いる。この金属触媒によって、タール成分の熱分解を促進することができる。

燃焼炉１０と外部空間３２とは、第１の燃焼ガス用配管１１で接続され、燃焼炉１０で発生させた燃焼ガスを外部空間３２に導いている。第１の燃焼ガス用配管１１の途中には分離器１２が接続され、燃焼ガスに含まれる炭化物を分離する。
養生室３０の外部空間３２と燃焼ガス空間２２とは、第２の燃焼ガス用配管１３で接続され、外部空間３２にて放熱した燃焼ガスを燃焼ガス空間２２に導いている。
燃焼ガス空間２２には、第３の燃焼ガス用配管１４が接続され、燃焼ガス空間２２にて放熱した燃焼ガスを排気する。

第３の燃焼ガス用配管１４には、出口側端部に排気ブロワー１５が接続され、排気ブロワー１５によって燃焼ガスを排気する。
第３の燃焼ガス用配管１４には、排気ブロワー１５に至るまでの経路に、熱回収器１６とバグフィルタ１７が接続されている。熱回収器１６は、バグフィルタ１７より上流側に配置する。
熱回収器１６は、燃焼ガスから熱を吸収して空気を加熱し、加熱した空気を燃焼炉１０に導くことで、燃焼炉１０での燃焼ガスの温度を高めることができる。

なお、熱回収器１６は、燃焼炉１０における燃料の加熱に用いてもよい。なお、熱回収器１６で放熱された燃焼ガスは、４５０℃以下、より好ましくは２００℃以下とする。熱回収器１６から排出される燃焼ガス温度を２００℃以下とすることで、耐熱ナイロンを素材としたバグフィルタ１７や汎用的な排気ブロワー１５を用いることができる。また、排気ブロワー１５やバグフィルタ１７を通過する燃焼ガス温度を低下させるために、熱回収器１６の下流側の第３の燃焼ガス用配管１４に、外気を導入する吸入経路を接続してもよい。

養生室３０の内部空間３１とサイクロン４０とは第１の接続管２４で接続され、内部空間３１にてタール成分を除去された熱分解ガスをサイクロン４０に導いている。
サイクロン４０には、サイクロン４０の下部と上部を接続する循環経路４１が設けられている。この循環経路４１には、熱交換器４２と循環用ブロワー４３が設けられ、熱交換器４２によって循環経路４１を通過する熱分解ガスを冷却する。
サイクロン４０とスクラバー５０とは、第２の接続管２５で接続され、サイクロン４０にてタール成分や炭化物を除去された熱分解ガスをスクランバー５０に導いている。
スクランバー５０には、スクランバー５０の下部と上部を接続する循環経路５１が設けられている。この循環経路５１には、熱交換器５２と循環用ブロワー５３が設けられ、熱交換器５２によって循環経路５１を通過する熱分解ガスを冷却する。

スクランバー５０には、第３の接続管２６が接続され、スクランバー５０から導出される熱分解ガスをガスホルダー６０に導く。
第３の接続管２６には、ガスホルダー６０に至るまでの経路に、フィルター６１とブロワー６２が接続されている。フィルター６１は、ブロワー６２より上流側に配置する。
ガスホルダー６０に導かれた熱分解ガスは、例えばガスエンジン発電機７０に利用される。

上記構成によって、燃焼炉１０で発生させた燃焼ガスを養生室３０に導き、養生室３０に導いた燃焼ガスによって養生室３０内の熱分解ガスを間接加熱し、熱分解ガスに対して放熱した後の燃焼ガスをガス化炉２０に導き、ガス化炉２０に導いた燃焼ガスによって有機物を加熱する。

本実施例によれば、燃焼炉１０で発生させた燃焼ガスを養生室３０に導くことでタール成分の除去を行い、養生室３０で放熱した後の燃焼ガスをガス化炉２０に利用するものであり、養生室３０及びガス化炉２０にはいずれにも燃焼室を設けないことで装置の小型化を図れると共に、養生室３０で必要とする燃焼ガスの温度と、ガス化炉２０で必要とする燃焼ガスの温度の違いに着目して養生室３０で放熱した後の燃焼ガスをガス化炉２０に利用することで、効率を高めることができる。
また、本実施例によれば、燃焼炉１０における燃焼ガスの温度を８００℃以上、より好ましくは９５０℃以上とすることで、養生室３０でのタール成分除去に必要な７００℃から９００℃、より好ましくは８５０℃から９００℃の燃焼ガス温度を満足することができ、養生室３０に導入する燃焼ガスの温度を７００℃以上、より好ましくは８５０℃以上とすることで、ガス化炉２０で有機物を熱分解ガスと炭化物に分離する温度を満足することができる。
また、本実施例によれば、養生室３０から排出される燃焼ガスの温度によって燃焼炉１０を制御することで、養生室３０とガス化炉２０での適正な温度を維持することができる。
また、本実施例によれば、ガス化炉２０から排出される燃焼ガスの温度によって燃焼炉１０を制御することで、養生室３０とガス化炉２０での適正な温度を維持することができる。

本発明は、燃料ガス発生装置として適しているが、その他の汚染物質の処理にも利用できる。

１０燃焼炉
１１第１の燃焼ガス用配管
１３第２の燃焼ガス用配管
１４第３の燃焼ガス用配管
２０ガス化炉
２１有機物ガス化空間
２２燃焼ガス空間
２３分岐管
２４第１の接続管
２５第２の接続管
２６第３の接続管
３０養生室
３１内部空間
３２外部空間
３３触媒

Claims

高温の燃焼ガスを発生させる燃焼炉と、間接加熱により有機物を熱分解ガスと炭化物に分離するガス化炉と、前記ガス化炉で分離した前記熱分解ガスからタール成分を除去する養生室とを備え、
前記燃焼炉で発生させた前記燃焼ガスを前記養生室に導き、前記養生室に導いた前記燃焼ガスによって前記養生室内の前記熱分解ガスを間接加熱し、前記燃焼炉で発生させた前記燃焼ガスを前記ガス化炉に導き、前記ガス化炉に導いた前記燃焼ガスによって前記有機物を加熱する燃料ガス発生装置であって、
前記ガス化炉を、前記有機物が投入される有機物ガス化空間と、前記有機物ガス化空間を加熱する前記燃焼ガスを流通させる燃焼ガス空間とで構成し、
前記有機物ガス化空間の他端側には、配管が上下方向に配置される分岐管が接続され、
前記分岐管の上方配管は、前記養生室に接続され、
前記有機物ガス化空間の一端側から、木材チップ、農業残渣物、食品残渣物などの前記有機物が投入され、前記有機物は前記熱分解ガスと前記炭化物に分離した後に、前記有機物ガス化空間の前記他端側がら導出され、
前記分岐管の下方配管からは、前記有機物ガス化空間で分離された前記炭化物を排出することを特徴とする燃料ガス発生装置。
前記燃焼炉における前記燃焼ガスの温度を８００℃以上とし、前記養生室に導入する前記燃焼ガスの温度を７００℃以上とし、前記ガス化炉に導入する前記燃焼ガスの温度を６５０℃以上としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス発生装置。
前記養生室から排出される前記燃焼ガスの温度が６５０℃から８５０℃となるように前記燃焼炉における燃焼を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料ガス発生装置。
前記ガス化炉から排出される前記燃焼ガスの温度が２５０℃から６００℃となるように前記燃焼炉における燃焼を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス発生装置。
前記ガス化炉で分離した前記炭化物を前記燃焼炉に導いて燃焼させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料ガス発生装置。
前記ガス化炉には、前記熱分解ガスに対して放熱した後の前記燃焼ガスを導くことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料ガス発生装置。