JP2020015872A

JP2020015872A - バイオマスガス化装置、バイオマスガス化方法及びバイオマスガス化システム

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Publication number: JP2020015872A
Application number: JP2018141539A
Authority: JP
Inventors: 官　国清; Kunikiyo Kan; 国清官; 里提阿布; Liti Abu; 曉弘吉田; Akihiro Yoshida
Original assignee: Hirosaki University NUC
Current assignee: Hirosaki University NUC
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: JP7334924B2

Abstract

【課題】冷ガス効率に優れ、タール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる１０〜５０ｋＷの小型バイオマスガス化装置、バイオマスガス化方法及びバイオマスガス化システムの提供。【解決手段】本発明の小型バイオマスガス化装置は、熱分解炉１と、改質器２と、ガス化炉３とを少なくとも備える。熱分解炉１では、バイオマスを熱分解し、改質器２では、熱分解炉１で発生するタール成分を改質処理し、ガス化炉３では、熱分解炉１で得られるバイオチャーをガス化処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスガス化装置、バイオマスガス化方法及びバイオマスガス化システムに関する。

従来から、木質廃材等の木質バイオマス等を燃料として有効利用することに強い関心が寄せられており、そのガス化方法及びガス化システム等が広く検討されている。木質バイオマスを熱分解して発生させたバイオマスガスは、例えば、ガスエンジンの燃料として供給することで発電等に利用できることが知られている。このため、バイオマスのガス化システムは、近年のエネルギー問題等の観点においても極めて有望な技術であるといえる。

これまでにも、５０ｋＷ級以下の小型バイオマスガス化炉が検討されており、例えば、バイオマスの熱分解とガス化とを一体化して行うアップドラフト式、あるいはダウンドラフト式固定層ガス化炉が提案されている。現在、実用化されている主なガス化炉等はダウンドラフト式固定層ガス化炉が多い。

また、例えば、非特許文献１では、バイオマス熱分解炉とバイオマスチャーガス化炉を分離したガス化システムも提案されており、各種の大型ガス化炉の開発も近年では盛んに行われている。

"Hydrodynamic simulation and optimization of the feeding system of a bubbling f1uidized-bed gasifier in a triple-bed circulating f1uidized bed with high solids f1ux," Z.Zhao, J. Yang, W. Zhang, P. Li, W. Lian, Y. Huang, X. Hao, C. Fushimi, G. Guan, Powder Technology，321巻, pp336-346(2017).

しかしながら、近年ではガス化炉の冷ガス効率のさらなる向上が望まれるところ、従来のガス化炉ではその要求を満たすことができないことに加えて、バイオマスガス化工程で発生する多量のタールがガス化装置やガスエンジン等の発電設備にトラブルを引き起こすという問題を有していた。例えば、バイオマスガス化中に生成する多量のタールは、ガス化炉の配管の閉塞及び腐食等を引き起こすことがあった。この問題点を解決するには、良質のバイオマス原料（例えば、含水量が少なく粒度が整った木質バイオマス）を使用することが考えられるものの、これでは使用する原料の種類が著しく制限されるという問題も生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小型ながらも冷ガス効率に優れ、タール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができるバイオマスガス化装置、バイオマスガス化方法及びバイオマスガス化システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、バイオマスの熱分解、該熱分解で発生するタール成分の改質分解及び前記熱分解におけるガス化しなかった固体物のさらなるガス化処理をそれぞれ独立に行うことにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項１
バイオマスガス化装置において、
熱分解炉と、改質器と、ガス化炉とを少なくとも備え、
前記熱分解炉では、バイオマスを熱分解し、
前記改質器では、前記熱分解炉で発生するタール成分を改質分解し、
前記ガス化炉では、前記熱分解炉でガス化しなかった固体物をガス化処理する、
バイオマスガス化装置。
項２
前記ガス化炉でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼処理する燃焼炉を備える、項１に記載のバイオマスガス化装置。
項３
前記燃焼炉で発生した熱を前記熱分解炉の熱源の一つとする、項１又は２に記載のバイオマスガス化装置。
項４
バイオマスガス化方法において、
バイオマスを熱分解する熱分解工程と、
前記熱分解工程で発生したタール成分を改質処理する改質工程と、
前記熱分解工程でガス化しなった固体物を回収してガス化処理するチャーガス化工程と、
を少なくとも備える、バイオマスガス化方法。
項５
前記チャーガス化工程でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼させ、該燃焼により発生した熱を前記熱分解工程に循環させる熱リサイクル工程をさらに備える、項４に記載のバイオマスガス化方法。
項６
項１〜３のいずれか１項に記載のバイオマスガス化装置を備える、バイオマスガス化システム。

本発明のバイオマスガス化装置は、冷ガス効率に優れ、タール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。

本発明のバイオマスガス化方法は、優れた冷ガス効率で各種バイオマス原料のガス化を行うことができ、しかも、ガス化装置に対するタール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。

本発明のバイオマスガス化システムは、優れた冷ガス効率で各種バイオマス原料のガス化を行うことができ、ガス化装置に対するタール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。

本発明のバイオマスガス化装置の実施形態の一例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

バイオマスは３００℃から熱分解によるガス化を起こすことが多く、この温度付近でバイオマス中の易分解性成分が分解されると、反応性の低いチャーと称される固体状の炭素質（バイオチャー）、水素等の低分子ガス及びタール等を放出する。この点、本発明者らが詳細に検討したところ、さらに高温域に達するとチャーのガス化が進行するところ、このチャーのガス化の際に水素等のガス及びタール等が存在すると、チャーのガス化が阻害されやすくなり、これが冷ガス効率の低下及び装置の閉塞等を引き起こす一つの要因となり得ることを見出している。

この観点から、バイオマスの熱分解、該熱分解で発生するガス成分及びタールの改質分解処理、並びに前記熱分解におけるガス化しなかった固体物のガス化処理をそれぞれ独立に行うことにより、優れた冷ガス効率をもたらすことを、本発明者らが見出した。加えて本発明者らは、タールの加熱処理を別途設けることは、タール等による装置の閉塞及び腐食等を抑制できることも見出している。

１．バイオマスガス化装置
本発明のバイオマスガス化装置は、バイオマスを熱分解して生成ガスを得るための装置である。

図１は、本発明のバイオマスガス化装置の実施形態の一例を示す概略図である。本実施形態のバイオマスガス化装置は、熱分解炉１と、改質器２と、ガス化炉３とを少なくとも備える。本実施形態のバイオマスガス化装置において、熱分解炉１では、バイオマスを熱分解し、改質器２では、熱分解炉１で発生するタール成分を改質分解し、ガス化炉３では、熱分解炉１でガス化しなかった固体物をガス化処理する。

本実施形態のバイオマスガス化装置に使用できるバイオマス原料の種類は特に限定されず、例えば、公知のバイオマス原料を広く使用することができる。

バイオマス原料としては、木質バイオマスを例示することができる。木質バイオマスとしては、天然から入手できる枝、葉、梢及び根株等の林地残材、製材工場から出る木質チップ、オガ粉、樹皮、端材、背板等の廃材、あるいは、建築廃材、解体材等の産業廃棄物等を挙げることができる。バイオマス原料は１種のみを使用することができ、あるいは２種以上を組み合わせて使用することもできる。

バイオマス原料の形状は特に限定されない。例えば、バイオマス原料は、チップ状、粉体状等のどのような形状であってもよい。また、バイオマス原料の大きさも特に限定されず、例えば、円相等径として１〜８ｍｍの大きさのバイオマス原料をバイオマスガス化装置に使用することができる。特に、本実施形態のバイオマスガス化装置では、バイオマス原料のガス化が容易であることから、粒度が整っていないバイオマス原料も適用することができる。また、本実施形態のバイオマスガス化装置では、バイオマス原料のガス化が容易であることから、形状が整っていないバイオマス原料も適用することができる。

バイオマス原料に含まれる水分等の不純物の種類及びその含有量も特に限定されない。

バイオマスガス化装置において、熱分解炉１、改質器２及びガス化炉３はそれぞれ独立に存在する。

熱分解炉１は、バイオマスを熱分解するための機器である。

熱分解炉１は、例えば、バイオマスを熱分解するために使用されている公知の熱分解炉を広く採用することができる。

特に本実施形態のバイオマスガス化装置においては、熱分解炉１は、スクリューフィーダーを備えることが好ましい。これにより、熱分解炉１には様々な大きさのバイオマス原料を投入することができ、また、改質器２への生成ガス等の供給、及び、ガス化炉３へのバイオチャー（ガス化しなかった固体物）の供給が容易になる。しかも、熱分解炉１がスクリューフィーダーを備えることで、熱分解炉１がより小型化されやすくなり、バイオマスガス化装置全体の小型化もしやすい。また、異なるバイオマス原料を熱分解炉１に組み合わせて投入した場合に、その性質に応じて最適な熱分解時間を随時設定できる利点もある。

スクリューフィーダーの種類は特に限定されず、例えば、螺旋型のスクリューフィーダー等、公知の耐熱性を有する（例えば、６００℃以上の耐熱性を有する）スクリューフィーダーを広く採用することができる。

図１に示すように、熱分解炉１には、該熱分解炉１にバイオマス原料を供給するための原料タンク１１が連結され得る。熱分解炉１と原料タンク１１とは、例えば、バイオマス原料を供給するための配管によって連結され得る。

図１に示すように、熱分解炉１には、該熱分解炉１に熱媒体を供給するための熱媒体タンク２１も連結され得る。熱分解炉１と熱媒体タンク２１とは、例えば、熱媒体を供給するための配管によって連結され得る。

熱媒体としては、例えば、熱媒体粒子等、バイオマスの熱分解及びバイオチャーのガス化で熱媒体として使用されている媒体を広く使用することができる。熱媒体粒子としては、例えば、珪砂、熱砂等を挙げることができる。熱媒体の大きさ０．１〜１ｍｍとすることができ、０．２〜０．５ｍｍとすることがより好ましい。

熱分解炉１では、例えば、バイオマス原料を高温の熱媒体と混合して加熱することで、バイオマス原料の熱分解が行われる。バイオマス原料を熱分解するための温度は特に限定されず、例えば、４５０〜７００℃とすることができ、５００〜６００℃とすることがより好ましい。

熱分解炉１でバイオマス原料の熱分解を行うにあたり、必要に応じて触媒を存在させることもできる。触媒は、例えば、バイオマス原料の熱分解で使用されている公知の触媒を広く採用することができる。この場合、固体状の触媒に熱媒体粒子としての役割を担わせることができる。

熱分解炉１でバイオマス原料が熱分解されることで、バイオマス原料がＨ_２、ＣＯ、ＣＨ_４及びＣＯ_２等の小分子ガス、タール及びバイオチャーに変換され得る。これらの小分子ガスおよび気体状態のタールは、別途設けられている改質器２へと供給される。

また、熱分解炉１で熱分解後に生じた固体のバイオチャー（ガス化しなかった固体物）は、熱媒体粒子と共に別途設けられているバイオチャーを加熱処理するためのガス化炉３へと供給される。

改質器２は、熱分解炉１で発生したタールを改質分解するための機器である。

改質器２は、例えば、タールの改質反応が可能な公知の機器を広く採用することができる。

改質器２は、例えば、熱分解炉１と配管によって連結され得る。当該配管を通じて、熱分解炉１で発生したガス成分（低分子ガス）及び気体状のタール成分が改質器２へと供給され得る。

改質器２では、熱分解炉１で発生したガス成分及びタールを、例えば、４５０〜７００℃で加熱処理し、これによりタール成分の改質分解をすることができる。これにより、タール成分が改質器２でガス化されて、燃料ガスとして使用できるようになる。タール成分の改質分解における加熱温度は、好ましくは５５０〜７００℃である。タール成分の改質分解に必要な熱は、例えば、全体のガス化システムから得られた燃料ガスの一部が燃焼することで獲得できることもある。また、タール成分の改質処理においては、水蒸気を使用することもでき、この場合、タールのガス化が促進される。改質器２には、別途、水蒸気が供給されるための配管が連結されていてもよい。

改質器２でのタール成分の改質分解にあたっては、改質器２に触媒が存在していることが好ましい。この場合、改質器２におけるタールのガス化がさらに促進され得る。触媒としては特に限定されず、例えば、焼成した貝殻、ＣａＯ、鉱物である苦灰石に由来するドロマイト等の低コスト触媒を挙げることができる。触媒は１種のみを使用することができ、あるいは、２種以上を組み合わせて使用することができる。改質器２に焼成した貝殻などＣａＯなどアルカリ性触媒が存在することで、例えば、触媒に二酸化炭素等が吸着する結果、効率よく水素が発生し、さらに、二酸化炭素等吸着による発熱がガス化反応寄与し、ガス化効率がいっそう高まる。

改質器２での改質分解によって生成したガス成分は、後記するバイオチャーのガス化炉３から得られた燃料ガスと共に、ガスエンジン１０へと供給される。改質器２の加熱処理によって生成したガス成分には、熱分解炉１で生成したガスに加えて、タールのガス化によって生じたガスも含まれる。

なお、本発明において、バイオマス原料のガス化によって生じたガスは、ガスエンジンへの利用に限定されることはなく、その他の発電機器等に適用することもできる。その他、バイオマス原料のガス化によって生じたガスは、化学原料としての使用も可能である。

ガス化炉３（バイオチャーガス化炉３ともいう）は、熱分解炉１で得られたバイオチャーをガス化するための機器である。熱分解炉１で得られたバイオチャーは、例えば、熱分解炉１でガス化しなかった固体物に含まれる成分である。

バイオチャーガス化炉３は、公知の機器を採用することができる。

特に本実施形態のバイオマスガス化装置においては、ガス化炉３は、流動層反応器であることが好ましい。この場合、ガス化炉３において、前記バイオチャーのガス化が促進されやすく、また、バイオチャーの形状等の制限を受けにくく、種々の形状の固体物に対してガス化処理を行うことが可能となる。流動層反応器としては、特に限定されず、公知の流動層反応器を広く採用することができる。

バイオチャーガス化炉３は、例えば、熱分解炉１と配管によって連結される。この場合、その配管はガス化炉３の流動層内に挿入されるので、ガスシール構造ともなり得る。

ガス化炉３では、熱分解炉１から得られたバイオチャーを、例えば、７５０〜９００℃でガス化することができる。このガス化に必要な熱は、例えば、本ガス化システムから得られた可燃性ガス成分が燃焼することで獲得できることもある。また、バイオチャーの部分酸化反応からも得られる。

図１に示すように、バイオチャーガス化炉３でのガス化処理では、ガス化剤を別途、ガス化炉３に供給することが必要である。ガス化剤としては特に限定されず、例えば、水蒸気、空気、酸素等を挙げることができる。ガス化剤は１種のガスのみを使用してもよいし、２種以上の混合ガスを使用することもできる。ガス化剤が酸素を含む場合は、例えば、他のガスで希釈させた希釈酸素を使用することができる。

ガス化剤は、例えば、ガス化炉３に配管を通じて供給することができる。ガス化剤の供給量及び供給速度は特に制限されず、バイオチャーのガス化効率等に応じて適宜設定することができる。

ガス化炉３に酸素を含むガス化剤が存在する場合、バイオチャーの不完全燃焼が起こり得る。これにより、活性が高い一酸化炭素及び熱が同時に発生し、水蒸気ガス化反応に必要な熱を獲得することが可能となる。

ガス化炉３のバイオチャーのガス化処理によって、バイオチャーのガス化が起こり、これにより発生したガスは、改質器２の燃料ガスと共に、ガスエンジン１０へと供給される。このように、本実施形態のバイオマスガス化装置は、バイオチャーガス化炉３が設けられていることで、熱分解炉１での熱分解により得られたバイオチャーのさらなるガス化処理をすることができる。この結果、ガス化システムの全体での燃料ガスの生成効率を最大化することができて、ガス化の効率を顕著に高めることが可能となる。

図１に示すように、本実施形態のバイオマスガス化装置は、燃焼炉４をさらに備えることができる。

燃焼炉４は、ガス化炉３でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼処理するための機器である。ここで得られた熱は、ガス化システムを駆動するための熱として利用することもできる。

燃焼炉４は、例えば、燃焼処理を行うことが可能な公知の機器を広く採用することができ、具体例としては、循環流動層等のライザー構造を有する外部ライザー式燃焼器を挙げることができる。

燃焼炉４は、例えば、ガス化炉３と配管によって連結されていてもよい。この場合、ガス化炉３に存在するバイオチャーは、配管を通じて燃焼炉４に供給され得る。

燃焼炉４では、バイオチャーを、例えば、８００〜１０００℃で燃焼処理することができる。

燃焼炉４での燃焼処理によって得られた熱は、前記熱媒体粒子（例えば、熱砂、珪砂等）に吸収させることができる。この場合、熱を吸収した熱媒体粒子は燃焼炉４と配管で連結された熱媒体タンク２１に移送され、さらにそこから熱分解炉１に供給することができる。

従って、本実施形態のバイオマスガス化装置は、燃焼炉４で発生した熱を熱分解炉１の熱源の一つとすることもできる。これにより、本実施形態のバイオマスガス化装置は、バイオマスのガス化の過程で生成する熱を再利用することができ、装置全体の熱効率を向上させることができる。

本実施形態のバイオマスガス化装置において、熱分解炉１、改質器２、ガス化炉３及び必要に応じて設けられる燃焼炉４の間には、ガスシール構造を設けることもできる。これにより、各反応器中で発生したガスどうしが混合することで起こり得る不要な反応の影響を防ぎやすくなり、ガス化効率を向上させることができる。ガスシール構造の種類は特に限定されず、例えば、公知のガスシール構造を広く採用することができる。

本実施形態のバイオマスガス化装置は、冷ガス効率に優れ、タール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。本明細書において、冷ガス効率とは、バイオマスガス化装置、バイオマスガス化方法及びバイオマスガス化システムにおけるガス化効率を意味する。より具体的には、冷ガス効率とは、バイオマス原料の有する全エネルギー（全発熱量）に対する、該原料から発生する可燃性ガスのエネルギー（発熱量）の割合をいう。

また、本実施形態のバイオマスガス化装置を使用してバイオマス原料のガス化を行えば、タール等が残存しにくいことから、湿式除塵機、スクラパー等の使用によって装置をメンテナンスする必要性も低減され得る。

また、本実施形態のバイオマスガス化装置では、粒度及び形状が均一ではないバイオマス原料を使用することができ、また、含水量が従来よりも高い原料であってもバイオマスのガス化を行うことができる。

さらに、本実施形態のバイオマスガス化装置では、小型化も可能となる。例えば、本実施形態のバイオマスガス化装置は、１０〜５０ｋｗ級である小型の多段型バイオマスガス化装置として特に適している。

２．バイオマスガス化方法
本発明のバイオマスガス化方法は、バイオマスを熱分解する熱分解工程と、前記熱分解工程で発生したタール成分を改質処理する改質工程と、前記熱分解工程でガス化しなった固体物を回収してガス化処理するチャーガス化工程とを少なくとも備える。

本発明のバイオマスガス化方法において、使用するバイオマス原料は、前記バイオマスガス化装置で使用するバイオマス原料と同様とすることができる。

熱分解工程は、バイオマスを熱分解する工程である。バイオマス原料の熱分解により得られるタール成分及びバイオチャー（ガス化しなかった固体物）は、次の工程のためにそれぞれ分離される。

熱分解工程では、例えば、前記バイオマスガス化装置の熱分解炉１を使用することが好ましい。その他、熱分解工程では、バイオマスを熱分解するために使用されている公知の熱分解装置を広く採用することができる。

熱分解工程では、熱源として各種熱媒体の有する熱エネルギーを使用することができる。熱媒体としては、例えば、砂粒子（例えば、熱砂、珪砂）や、固体触媒粒子、バイオチャー等、バイオマスのガス化で熱媒体として使用されている媒体を広く使用することができる。熱媒体の大きさはバイオマス原料より小さいことが好ましい。熱媒体はバイオチャーガス化炉３の流動層ベッド材料にもなりうる。

熱分解工程では、例えば、バイオマス原料を高温の熱媒体と混合して加熱することで、バイオマス原料の熱分解を行う。バイオマス原料を熱分解するための温度は特に限定されず、例えば、４５０〜７００℃とすることができ、５００〜６００℃とすることがより好ましい。

熱分解工程では、バイオマス原料の熱分解を行うにあたり、必要に応じて触媒を存在させることもできる。触媒は、例えば、バイオマス原料の熱分解で使用されている公知の触媒を広く採用することができる。

熱分解工程でバイオマス原料が熱分解されることで、バイオマス原料がＨ_２、ＣＯ、ＣＨ_４及びＣＯ_２等の小分子ガス、タール及びバイオチャーに変換され得る。これらの小分子ガスおよび気体状態のタールは、改質工程に付される。

また、熱分解工程で得られたバイオチャーは、固体物として残存する。該固体物はガス化工程に付される。

改質工程は、前記熱分解工程で発生したタールの改質処理をするための工程である。

改質工程では、例えば、前記バイオマスガス化装置の改質器２を使用することが好ましい。その他、改質工程では、加熱処理が可能な公知の装置を広く採用することができる。

改質工程では、熱分解工程で発生したガス成分及びタールを、例えば、４５０〜７００℃で加熱処理し、これによりタール成分の改質分解をすることができる。これにより、タール成分が改質工程でガス化されて、燃料ガスとして使用できるようになる。タール成分の改質分解における加熱温度は、好ましくは５５０〜７００℃である。この加熱に必要な熱は、例えば、ガス化システムで発生したガス成分が一部燃焼することで獲得できることもある。また、改質工程において、タール成分の改質処理においては、水蒸気を使用することもでき、この場合、タールのガス化が促進される。

改質工程でのタール成分の改質分解にあたっては、触媒を使用することが好ましい。この場合、改質工程におけるタールのガス化がさらに促進され得る。触媒としては特に限定されず、例えば、焼成した貝殻、ＣａＯ、鉱物である苦灰石に由来するドロマイト等の低コスト触媒を挙げることができる。触媒は１種のみを使用することができ、あるいは、２種以上を組み合わせて使用することができる。改質工程で焼成した貝殻などＣａＯなどアルカリ性触媒を使用することで、例えば、触媒に二酸化炭素等が吸着する結果、効率よく水素が発生し、さらに、二酸化炭素等吸着による発熱がガス化反応寄与し、ガス化効率がいっそう高まる。

チャーガス化工程は、前記熱分解工程で得られたバイオチャーを回収してガス化処理するための工程である。熱分解工程で得られたバイオチャーは、例えば、熱分解工程でガス化しなかった固体物に含まれる成分である。

バイオチャーのガス化工程では、例えば、前記バイオマスガス化装置のガス化炉３を使用することが好ましい。その他、バイオチャーのガス化工程では、公知の流動層装置を広く採用することができる。

特にチャーガス化工程では、流動層反応器を使用することが好ましい。この場合、バイオチャーのガス化工程において、前記バイオチャーのガス化が促進されやすく、また、バイオチャーの形状等の制限を受けにくく、種々の形状の固体物に対してガス化処理を行うことが可能となる。その上、バイオチャーのガス化工程で流動層反応器を使用する場合は、使用する装置全体の小型化をしやすい。流動層反応器としては、特に限定されず、公知の流動層反応器を広く採用することができる。

チャーガス化工程では、熱分解工程で得られたバイオチャーを、例えば、７５０〜９００℃でガス化することができる。このガス化に必要な熱は、例えば、本ガス化システムから得られた可燃性ガス成分が燃焼することで獲得できることもある。また、バイオチャーの部分酸化反応からも得られる。

チャーガス化工程では、ガス化剤を使用することが必要である。ガス化剤としては特に限定されず、例えば、水蒸気、空気、酸素等を挙げることができる。ガス化剤は１種のガスのみを使用してもよいし、２種以上の混合ガスを使用することもできる。ガス化剤が酸素を含む場合は、例えば、他のガスで希釈させた希釈酸素を使用することができる。

チャーガス化工程でガス化剤を使用する場合、バイオチャーの不完全燃焼が起こり得る。これにより、活性が高い一酸化炭素及び熱が同時に発生し、水蒸気ガス化反応に必要な熱を獲得することが可能となる。

チャーガス化工程によって、バイオチャーのガス化が起こる。このように、本発明の方法は、バイオチャーのガス化工程が設けられていることで、ガス化しなかったバイオマス原料をさらにガス化処理することができ、原料を有効活用することができて、ガス化の効率を顕著に高めることが可能となる。

バイオマス熱分解工程、タールの改質工程、バイオチャーのガス化工程と未反応チャーの燃焼工程は連続的に行うことができ、すべて同時に行うことができる。改質工程とチャーガス化工程も同時に行うことができる。

本発明のバイオマスガス化方法では、前記チャーガス化工程でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼させ、該燃焼により発生した熱を前記熱分解工程に循環させる熱リサイクル工程をさらに備えることができる。この場合、燃焼により発生した熱は、例えば、熱媒体粒子を経由して前記熱分解工程に循環させることができる。

熱リサイクル工程では、例えば、前記バイオマスガス化装置における前述のライザー式燃焼炉４を使用することが好ましい。その他、熱リサイクル工程では、燃焼処理が可能な公知の装置を広く採用することができる。

熱リサイクル工程では、未反応物を、例えば、８００〜１０００℃で燃焼処理することができる。

熱リサイクル工程での燃焼によって得られた熱は、前記熱媒体粒子（例えば、熱砂、珪砂等）に吸収させることができる。その後、熱分解工程での熱源として利用することができる。

従って、本実施形態のバイオマスガス化方法は、熱リサイクル工程の燃焼処理で発生した熱を熱分解工程で行われる熱分解の熱源の一つとすることもできる。これにより、本実施形態のバイオマスガス化方法では、バイオマスのガス化の過程で生成する熱を再利用することができ、工程全体の熱効率を向上させることができる。

本実施形態のバイオマスガス化方法は、優れた冷ガス効率でガス化を行うことができ、しかも、ガス化装置に対するタール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。

また、本発明のバイオマスガス化方法を使用してバイオマス原料のガス化を行えば、タール等が残存しにくいことから、湿式除塵機、スクラパー等の使用によって装置をメンテナンスする必要性も低減され得る。

また、本発明のバイオマスガス化方法では、粒度及び形状が均一ではないバイオマス原料を使用することができ、また、含水量が従来よりも高い原料であってもバイオマスのガス化を行うことができる。

さらに、本発明のバイオマスガス化方法を使用することで、バイオマスガス化装置の小型化も可能となる。

本発明のバイオマスガス化方法は、前記バイオマスガス化装置を使用することが特に好ましく、１０〜５０ｋｗ級である小型の多段型バイオマスガス化装置を好適に使用することができる。

３．小型バイオマスガス化システム
本発明の小型バイオマスガス化システムは、前述の本実施形態のバイオマスガス化装置を備える。本発明の小型バイオマスガス化システムは、前記バイオマスガス化装置に加えて、必要に応じて他の装置を組み合わせることができる。他の装置は特に限定されず、例えば、バイオマスガス化システムで用いられている公知の装置を挙げることができる。

本発明の小型バイオマスガス化システムは、本発明のバイオマスガス化装置を備えるので、優れた冷ガス効率でガス化を行うことができ、ガス化装置に対するタール等の発生による閉塞及び腐食等を抑制することができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。

図１に概略図として示す装置を使用して、バイオマス原料のガス化を行った。バイオマス粒子としては、１〜４ｍｍの木質バイオマスを使用した。該バイオマス原料を、オーガースクリュー型反応器である熱分解炉１に供給した。熱分解炉１の熱源としての熱媒体粒子は珪砂（７号又は８号砂）を使用し、熱分解炉１に供給した。この熱分解炉１にて、バイオマス原料を高温の砂中（５００〜６００℃）で熱分解した。

続いて、熱分解炉１で生成した熱分解ガス及びタールを、固定層型タール改質反応器（改質器２）に供給した。一方、熱分解炉１でガス化しなかった固体のバイオチャーは、熱分解炉１から排出しつつ、ガス化炉３（流動層型反応器）に落下させ、水蒸気及び希薄な酸素混合ガス中、７５０〜８５０℃でガス化した。このガス化で残存する未反応のチャーは、ライザー型の燃焼炉４へと供給してさらに燃焼させた。この燃焼で得られた熱は、砂を通して回収して、再度、熱分解炉１に供給した。他方、改質器２には、焼成した貝殻などの触媒を充填し、６００〜７００℃の水蒸気中で加熱処理することで、ガス化を行った。

以上、バイオマス原料のガス化において冷ガス効率を算出したところ、８２％であった。

１：（バイオマス）熱分解炉
２：（タール）改質器
３：（バイオチャー）ガス化炉
４：（未反応バイオチャーの）燃焼炉
１０：ガスエンジン
１１：原料タンク
２１：熱媒体タンク

Claims

バイオマスガス化装置において、
熱分解炉と、改質器と、ガス化炉とを少なくとも備え、
前記熱分解炉では、バイオマスを熱分解し、
前記改質器では、前記熱分解炉で発生するタール成分を改質分解し、
前記ガス化炉では、前記熱分解炉でガス化しなかった固体物をガス化処理する、
バイオマスガス化装置。
前記ガス化炉でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼処理する燃焼炉を備える、請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
前記燃焼炉で発生した熱を前記熱分解炉の熱源の一つとする、請求項１又は２に記載のバイオマスガス化装置。
バイオマスガス化方法において、
バイオマスを熱分解する熱分解工程と、
前記熱分解工程で発生したタール成分を改質処理する改質工程と、
前記熱分解工程でガス化しなった固体物を回収してガス化処理するチャーガス化工程と、
を少なくとも備える、バイオマスガス化方法。
前記チャーガス化工程でガス化しなかったバイオチャーを回収してさらに燃焼させ、該燃焼により発生した熱を前記熱分解工程に循環させる熱リサイクル工程をさらに備える、請求項４に記載のバイオマスガス化方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオマスガス化装置を備える、バイオマスガス化システム。