JP2014210840A - バイオマスガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生成ガスに含まれる灰を安定的かつ確実に回収することで、生成ガスの生成効率を向上させることができる。
【解決手段】バイオマス供給装置４からガス化反応設備２の反応管２２内にバイオマスを供給し、これに熱ガス炉３から熱を供給することで反応管２２内でバイオマスをガス化し、反応管２２で生成された生成ガスに含まれる灰を分離し除去するためのサイクロン６、及び残分水蒸気除去用のスクラバ８を通過させてガス貯留タンク５に貯留するバイオマスガス化装置１であって、回収箱６２を含むサイクロン６と、反応管２２及びサイクロン６の間の第１配管９と、サイクロン６とガスクーラー７との間の第２配管１０とが断熱材１６で被覆された構成のバイオマスガス化装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスをガス化してクリーンな高カロリーガスを生成するためのバイオマスガス化装置に関する。

従来、例えば発電効率の高い発電用ガスエンジンの燃料などに用いるクリーンな高カロリーガス（生成ガス）を、木片や紙ごみなどのバイオマスをガス化して生成するバイオマスのガス化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種のバイオマスのガス化装置には、バイオマス供給装置からガス化反応設備の反応管内にバイオマスを供給し、これに熱を供給することで反応管内でバイオマスをガス化し、反応管で生成された生成ガスに含まれる細かい灰を分離し除去するためのサイクロン、及び残分水蒸気除去用のスクラバを通過させてガス貯留タンクに貯留する構成のものがある。反応管では、ガス化によるタールの発生を防止するために９００〜１０００℃程度の高温となるので、ガス組成を確保するために生成した生成ガスは放熱して温度を下げてガス貯留タンクに貯留されている。

ところで、サイクロンは、その放熱の過程において、生成ガスに含まれている微粉末状の灰を回収するためのものである。そして、このサイクロンは、通常は下部を絞った部分の下方に灰回収箱が設けられており、この灰回収箱内に灰が落とし込まれ、自動的に灰を回収するようになっている。

再公表ＷＯ２００８−５０７２７号公報

しかしながら、従来のバイオマスガス化装置では、ガス化反応設備の反応管とサイクロンとは配管によって接続されており、この配管やサイクロンにおいて外気によって高温の生成ガスが冷やされて放熱してサイクロンや前記配管の内面が結露し、かつサイクロン下部の絞った箇所で灰が結露水に付着することによって固化した灰により閉塞するという問題があった。

これによりサイクロン下部では、水蒸気としての水分のみが回収されることになるとともに、サイクロンより下流側へ灰が生成ガスとともに飛散し、そのサイクロンより下流の配管の分岐部分や隅角部分、さらにはスクラバやガス貯留タンクなどにも灰が堆積することになる。そのため、サイクロンよりも下流部分での灰の除去作業も定期的に行う必要が生じ、長時間の連続運転ができなくなって、生成ガスの生産効率が低下するという問題があり、バイオマスガス化装置を長期的にかつ連続的に運転するためには、サイクロンの灰を安定的かつ確実に回収する必要があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、生成ガスに含まれる灰を安定的かつ確実に回収することで、生成ガスの生成効率を向上させることができるバイオマスガス化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るバイオマスガス化装置では、バイオマス供給装置からガス化反応設備の反応管内にバイオマスを供給し、反応管内でバイオマスをガス化し、反応管で生成された生成ガスに含まれる灰を分離し除去するためのサイクロン、及び残分水蒸気除去用のスクラバを通過させてガス貯留タンクに貯留するバイオマスガス化装置であって、サイクロンと、反応管及びサイクロンの間の第１配管とが断熱材で被覆されていることを特徴としている。

本発明では、サイクロンと、反応管及びサイクロンの間の第１配管とが断熱材によって断熱されているので、第１配管内及びサイクロン内における急な冷却がなくなり、流通する高温の生成ガスによる放熱を抑制することができ、これにより第１配管及びサイクロンの内面に結露水が発生するのを防止することができる。つまり、サイクロン内で結露水によって吸水した灰が固化してサイクロン下部で堆積し、サイクロンで分離された灰の落とし込み部分となるサイクロン下部の閉塞を防ぐことができる。

そのため、サイクロン下部において、生成ガスに含まれる細かい灰に水分が含まれていても、その灰を安定的かつ確実に回収することができる。このようにサイクロン下部での灰の回収率を向上させることにより、サイクロンよりも下流側の配管の分岐部分や隅角部分の灰の堆積を防ぐことが可能となる。したがって、本発明のバイオマスガス化装置を長期的にかつ連続的に運転することができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。
さらに、サイクロンとそのサイクロン下部の気密性を確保することで、さらに長時間の灰の回収を行うことができるという利点がある。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置では、サイクロンの下部には、サイクロンで分離された灰を回収するための回収部が設けられており、回収部も断熱材で被覆されていることが好ましい。

本発明によれば、上述したサイクロン及び第１配管だけでなく、サイクロン下部に設けられる回収部も断熱されているので、回収部の内面に結露水が付着することがなく、回収部の内部及びサイクロン下部の回収部の入口部分における灰の堆積を防ぐことができる。しかも、回収部内での灰の固化を抑制することができるので、回収部の定期的な除去作業も容易に行うことが可能となり、バイオマスガス化装置の停止時間を短くすることができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置では、サイクロンとガス貯留タンクとの間には、水分及び硫黄化合物からなる高沸点物を凝縮するガスクーラーが設けられ、サイクロンとガスクーラーとの間の第２配管も断熱材で被覆されていることが好ましい。

本発明によれば、上述したサイクロン及び第１配管に加えてサイクロンとガスクーラーとの間の第２配管も断熱されているので、サイクロンを通過した第２配管内の生成ガスの放熱を抑えて結露を防止することができ、その第２配管内で生成ガスに含まれる灰が堆積するのを防止することができる。

本発明のバイオマスガス化装置によれば、生成ガスに含まれる灰が結露によってサイクロン下部で固化し、そのサイクロン下部の灰の回収部分を閉塞するのを防止することで、灰を安定的かつ確実に回収することができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態によるバイオマスガス化装置を模式的に示した図である。 他の実施の形態によるバイオマスガス化装置を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態によるバイオマスガス化装置について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態によるバイオマスガス化装置１は、バイオマスからクリーンで高カロリーの生成ガスを効率的に製造することが可能なものである。

図１に示すように、バイオマスガス化装置１は、バイオマス原料を粉砕する粉砕設備と、バイオマス（バイオマス微粉）をガス化するガス化反応設備２と、ガス化反応設備２を加熱するための熱ガス炉３と、上記粉砕設備で粉砕したバイオマス微粉を受け入れてガス化反応設備２及び熱ガス炉３に供給するバイオマス供給設備４と、ガス化反応設備２で生成した生成ガスを貯留するガス貯留タンク５と、を備えて構成されている。

バイオマス供給装置４（４Ａ、４Ｂ）は、バイオマス受入ホッパ（図示省略）を備え、このバイオマス受入ホッパに貯留したバイオマスを順次、ガス化反応設備２（又は熱ガス炉３）に向けて搬送し、供給する。ここで、ガス化反応設備２にバイオマスを供給するバイオマス供給装置４を第１バイオマス供給装置４Ａといい、熱ガス炉３にバイオマスを供給するバイオマス供給装置４を第２バイオマス供給装置４Ｂという。

熱ガス炉３は、粉砕設備から第２バイオマス供給装置４（４Ｂ）を介してペレット状などにしたバイオマス粗粉を受け入れ、空気などの支燃剤によりバイオマス粗粉を例えば９００〜１２００℃の高温で燃焼させ、高温の熱ガス（バイオマス燃焼高温ガス）を生成する。そして、生成した熱ガスをガス化反応設備２に供給し、このガス化反応設備２を加熱させる。

ガス化反応設備２は、反応炉であって、加熱チャンバ２１と反応管２２とを有し、この加熱チャンバ２１には、熱ガス炉３で生成した熱ガスを導入する導入口２ａと、加熱チャンバ２１内を流通した熱ガスを外部に排出する排出口２ｂとが設けられている。なお、排出口２ｂから排出した熱ガスは、蒸発器２３を介して煙突２４などに送られて放出される。この反応管２２の上部側にバイオマス供給装置４（４Ａ）を接続している。
反応管２２は、単体あるいは複数で構成され、配管などで連結して形成され、加熱チャンバ２１の内部に配設され、一端部が加熱チャンバ２１の外側に延出して設けられている。

そして、バイオマスガス化装置１には、ガス化反応設備２で生成された生成ガスに含まれる微粉末状の灰を分離し除去するためのサイクロン６と、水分及び硫黄化合物など高沸点物を凝縮して除去するガスクーラー７と、残分水蒸気を除去するためのスクラバ８と、を有する。つまり、反応管２２から出た生成ガスは、第１配管９を通過してサイクロン６に導入され、さらに第２配管１０を通過してガスクーラー７に送られ、第３配管１１を通じてスクラバ８に導入された後、第４配管１２を通過して最終的に目的とする成分組成の燃料ガスとしてガス貯留タンク５に貯留される。

反応管２２とサイクロン６とを接続する第１配管９は、反応管２２の直後の位置に加熱器１３を備えている。第１配管９のうち加熱器１３と反応管２２との間には、部分的に蛇腹式の伸縮管（図示省略）が使用されている。

サイクロン６は、サイクロン下部が絞り込まれたテーパー状の周壁部を有するサイクロン本体６１と、サイクロン本体６１の下部に設けられた灰を回収する回収箱６２（回収部）と、を有している。サイクロン本体６１には、反応管２２に繋がる第１配管９が接続され、第１配管９を通過した生成ガスが導入されるようになっている。

サイクロン６は、生成ガスに含まれる比重、粒子径の大きい灰が遠心力によりテーパー状の周壁部側に誘導され、生成ガスより灰が分離されてテーパーに沿って流下して回収箱６２に回収される。一方、生成ガスのうち比重、粒子径の小さいものはサイクロンの中心に向かうとともに上昇し、第２配管１０を介してガスクーラー７に導入される。
また、サイクロン６の回収箱６２は、大気圧から若干低い圧や、例えば０．０８ｈＰａ程度低い負圧に保持され、気密性を確保している。

なお、ガス貯留タンク５に貯えられた生成ガスは、利用先としてエンジン発電、タービン発電などの発電設備１４、石油代替燃料ガス、化学合成原料ガスなどの高品質な燃料ガスとして利用される。また、余剰の生成ガスは、無害化して煙突１５から大気に放出される。
一方、ガス化反応設備２でガス化反応に利用された高温燃焼ガスの排ガスは、廃熱ボイラーで過熱水蒸気を発生させたあと、熱需要があれば、排ガスの熱をさらに熱利用したあと、誘引通風機によって煙突２４により大気に放出される。

また、バイオマスガス化装置１は、サイクロン６と、反応管２２及びサイクロン６の間の第１配管９と、サイクロン６とガスクーラー７との間の第２配管１０とが断熱材１６（図１の二点鎖線で囲まれる範囲）で被覆されている。
なお、サイクロン６に設けられる断熱材１６は、サイクロン本体６１と回収箱６２との両方を覆うものである。そして、第１配管９を覆う部分の断熱材１６は、上述した伸縮管部分を除いた範囲であって、本実施の形態では第１配管９の途中に介在される加熱器１３も同様に断熱材１６によって覆われている。

断熱材１６としては、例えばＭＧベルト（ニチアス株式会社製）の２５ｍｍ厚さの通常の空調用断熱材を採用することができ、断熱材１６で被覆した部材の内部を流通する生成ガスの温度が１００℃以上に保たれるように例えば二重又は三重に巻き付けて用いられている。つまり、反応管２２から出る生成ガスの温度は９００℃程度あるが、その温度がガスクーラー７に導入されるまで１００℃以上、或いは最低でも露点温度以上となるように設定されている。

次に、上記の構成からなるバイオマスガス化装置１を用いて生成ガスを製造する方法（バイオマスをガス化する方法）について、具体的に説明する。
図１に示すように、バイオマスガス化装置１を用いて生成ガスを製造する際には、粉砕設備でバイオマス原料を粉砕し分別したバイオマス粗粉を第２バイオマス供給設備４Ｂから熱ガス炉３に供給する。そして、この熱ガス炉３でバイオマス微粉を燃焼させ、熱ガスを加熱チャンバ２１の導入口２ａから供給して加熱チャンバ２１及び反応管２２を加熱する。このように反応管２２を加熱した段階で、反応管２２に反応水を供給し、蒸発器２３で蒸発した水蒸気をガス化反応設備２に流通させる。これとともに、第１バイオマス供給設備４Ａから反応管２２にバイオマス微粉を供給する。

そして、このようにガス化反応設備２に生成ガスとともに供給したバイオマス微粉は、ガス化反応設備２を流通する水蒸気気流中に浮遊し、この水蒸気によって瞬時にガス化される。バイオマスをガス化して生成された含水状態のバイオマスガスは、第１配管９を流通してサイクロン６に導入され、生成ガス中に含まれる灰が分解されて回収されるとともに、さらに第２配管１０を通ってガスクーラー７に導入される。ここで、反応管２２からガスクーラー７までの第１配管９、サイクロン６、及び第２配管１０は断熱材１６によって断熱されているので、この区間を流通する生成ガスは１００℃以上、或いは最低でも露点温度以上となっている。

そして、ガスクーラー７において、生成ガスが冷却されて放熱することにより、生成ガスの成分組成を確保した状態とする。さらに、第３配管１１を通過してスクラバ８で残分水蒸気を除去した後、第４配管１２を介してガス貯留タンク５に貯留される。

次に、上述したバイオマスガス化装置１の作用について、図１に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態のバイオマスガス化装置１では、サイクロン６と第１配管９が断熱材１６によって断熱されているので、第１配管９内及びサイクロン６内における急な冷却がなくなり、流通する高温の生成ガスによる放熱を抑制することができ、これにより第１配管９及びサイクロン６の内面に結露水が発生するのを防止することができる。つまり、サイクロン６内で結露水によって吸水した灰が固化してサイクロン下部で堆積し、サイクロン６で分離された灰の落とし込み部分となるサイクロン下部の回収箱６２の入口６２ａの閉塞を防ぐことができる。

そのため、サイクロン下部において、生成ガスに含まれる細かい灰に水分が含まれていても、その灰を安定的かつ確実に回収することができる。このようにサイクロン下部での灰の回収率を向上させることにより、サイクロン６よりも下流側の配管の分岐部分や隅角部分の灰の堆積を防ぐことが可能となる。
したがって、本実施の形態のバイオマスガス化装置１を長期的にかつ連続的に運転することができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。
さらに、サイクロン６とそのサイクロン下部の気密性を確保することで、さらに長時間の灰の回収を行うことができるという利点がある。

また、本実施の形態では、サイクロン下部に設けられる回収箱６２も断熱されているので、回収箱６２の内面に結露水が付着することがなく、回収箱６２内及びサイクロン下部の回収箱６２の入口６２ａにおける灰の堆積を防ぐことができる。
しかも、回収箱６２内での灰の固化を抑制することができるので、回収箱６２の定期的な除去作業も容易に行うことが可能となり、バイオマスガス化装置１の停止時間を短くすることができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、サイクロン６及び第１配管９に加えてサイクロン６とガスクーラー７との間の第２配管１０も断熱されているので、サイクロン６を通過した第２配管１０内の生成ガスの放熱を抑えて結露を防止することができ、その第２配管１０内で生成ガスに含まれる灰が堆積するのを防止することができる。

上述のように本実施の形態によるバイオマスガス化装置では、生成ガスに含まれる灰が結露によってサイクロン下部で固化し、そのサイクロン下部の灰の回収部分（回収箱６２の入口）を閉塞するのを防止することで、灰を安定的かつ確実に回収することができ、生成ガスの生成効率を向上させることができる。

以上、本発明によるバイオマスガス化装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、サイクロン６とガスクーラー７との間の第２配管１０も断熱材１６で被覆しているが、被覆範囲はこれに限定されることはない。例えば、図２に示す他の実施の形態のように、サイクロン６よりも下流の配管等には断熱材１６を設けない構成であってもよい。なお、図２に示すバイオマス化装置１では、サイクロン６の回収箱６２も断熱材１６が省略された構成となっている。

また、本実施の形態では、第１配管９の一部に伸縮管が設けられており、この伸縮管には断熱材１６で被覆されていないが、伸縮管を備えていない場合には、第１配管９の全体を断熱材１６で被覆するようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、ガスクーラー７で高温の生成ガスを放熱するために、第２配管１０までを断熱する構成としているが、例えばガスクーラー７での放熱を抑える場合には、スクラバ８の直前まで、すなわちガスクーラー７及び第３配管１１にも断熱材１６で被覆するようにしてもよい。この場合には、スクラバ８において水を噴霧して生成ガスに含まれる微粉末を洗い落としつつ、生成ガスを放熱させる構成となる。

また、ガス化反応設備２、熱ガス炉３、バイオマス供給装置４の具体的な構成については、適宜変更することが可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ バイオマスガス化装置
２ ガス化反応設備
３ 熱ガス炉
４、４Ａ、４Ｂ バイオマス供給装置
５ ガス貯留タンク
６ サイクロン
７ ガスクーラー
８ スクラバ
９ 第１配管
１０ 第２配管
１１ 第３配管
１２ 第４配管
１６ 断熱材
２２ 反応管
６１ サイクロン本体
６２ 回収箱（回収部）

Claims (3)

1. バイオマス供給装置からガス化反応設備の反応管内にバイオマスを供給し、これに熱を供給することで前記反応管内で前記バイオマスをガス化し、前記反応管で生成された生成ガスに含まれる灰を分離し除去するためのサイクロン、及び残分水蒸気除去用のスクラバを通過させてガス貯留タンクに貯留するバイオマスガス化装置であって、
   前記サイクロンと、前記反応管及び前記サイクロンの間の第１配管とが断熱材で被覆されていることを特徴とするバイオマスガス化装置。
2. 前記サイクロンの下部には、サイクロンで分離された灰を回収するための回収部が設けられており、
   該回収部も前記断熱材で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
3. 前記サイクロンと前記ガス貯留タンクとの間には、水分及び硫黄化合物からなる高沸点物を凝縮するガスクーラーが設けられ、
   前記サイクロンと該ガスクーラーとの間の第２配管も前記断熱材で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオマスガス化装置。

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