JP2022045220A - Gasifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス化装置に関する。 The present invention relates to a gasifier.
従来、中心軸を中心として回転する回転筒状部(ロータリーキルン)の内部において、バイオマス等の被処理物を加熱することにより、熱分解ガスおよびチャーを生成するガス化装置が用いられている。また、当該回転筒状部の内部において、水蒸気改質を行う手法も知られている。このような装置は、ハイブリッドキルンとも呼ばれ、改質用の装置を個別に製造する場合に比べて、装置の製造コストの削減、および、エネルギー効率の向上を図ることが可能である。 Conventionally, a gasification device that generates a pyrolysis gas and a char by heating an object to be treated such as biomass inside a rotary tubular portion (rotary kiln) that rotates about a central axis has been used. Further, a method of performing steam reforming inside the rotary tubular portion is also known. Such a device, also called a hybrid kiln, can reduce the manufacturing cost of the device and improve the energy efficiency as compared with the case where the device for reforming is manufactured individually.
例えば、特許文献1のガス化装置では、回転筒状部の内部における供給口側において熱分解ガスが発生する。また、回転筒状部の内部における排出口側には、複数の内筒部が設けられる。一の内筒部では、供給口側から排出口側へと向かってチャーが搬送され、他の内筒部では、排出口側から供給口側へと向かってチャーが搬送される。これにより、チャーが循環する。
For example, in the gasification device of
ところで、特許文献1のガス化装置において、熱分解ガスの部分燃焼を伴って水蒸気改質を行う場合、水蒸気改質に必要な熱を容易に確保することが可能となるが、熱分解ガスが発生する供給口側の熱分解部に、高温となったチャーが戻されるため、熱分解部の温度が不必要に高くなってしまう。この場合、ガス化装置におけるエネルギー効率が低下してしまう。
By the way, in the gasification apparatus of
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、熱分解部の温度が不必要に高くなることを防止または抑制することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent or suppress an unnecessarily high temperature of a pyrolysis portion.
請求項1に記載の発明は、被処理物をガス化するガス化装置であって、中心軸を中心とする筒状であり、前記中心軸に平行な方向における一方側の端部に供給口が設けられ、他方側の端部に排出口が設けられ、前記中心軸を中心として回転する回転筒状部と、前記回転筒状部の内部において前記供給口側に設けられ、前記供給口から供給される被処理物の加熱により、熱分解ガスおよびチャーを生成する熱分解部と、前記回転筒状部の内部において前記熱分解部と前記排出口との間に設けられ、前記熱分解ガスの部分燃焼を伴って前記熱分解ガスおよび前記チャーを水蒸気改質することにより、改質ガスを生成する改質部とを備え、前記改質部において、前記回転筒状部の回転に伴って、前記熱分解部側から前記排出口側へと向かって前記チャーを搬送する往路搬送路が設けられ、前記排出口側から前記熱分解部側へと向かって前記チャーを搬送する復路搬送路が設けられない。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガス化装置であって、前記往路搬送路が延びる方向に垂直な前記往路搬送路の断面積を搬送路断面積として、前記往路搬送路において、前記熱分解部側の端部から前記排出口側に離れた位置における前記搬送路断面積が、前記熱分解部側の前記端部における前記搬送路断面積よりも小さい。
The invention according to claim 2 is the gasification apparatus according to
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のガス化装置であって、前記改質部が、前記中心軸に沿って延びる内筒部を有し、前記内筒部が、前記中心軸に沿って延びる筒状である内筒本体と、前記内筒本体の中心近傍に配置され、前記中心軸に平行に延びる内筒軸部と、前記内筒軸部と前記内筒本体の内周面とを接続しつつ前記内筒軸部に沿って螺旋状に延びる板状であり、前記内筒本体および前記内筒軸部と共に、螺旋状の前記往路搬送路を形成する螺旋板とを備える。 The invention according to claim 3 is the gasification apparatus according to claim 2, wherein the reforming portion has an inner cylinder portion extending along the central axis, and the inner cylinder portion is the center. A cylindrical inner cylinder body extending along the axis, an inner cylinder shaft portion arranged near the center of the inner cylinder body and extending parallel to the central axis, and the inner cylinder shaft portion and the inner cylinder main body. A plate-like plate that spirally extends along the inner cylinder shaft portion while being connected to the peripheral surface, and together with the inner cylinder main body and the inner cylinder shaft portion, a spiral plate that forms the spiral outbound transport path. Be prepared.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のガス化装置であって、前記往路搬送路において、前記内筒本体の前記内周面と前記内筒軸部の外周面との間の隙間の幅、または、前記螺旋板において前記中心軸に平行な方向に互いに隣接する2つの部位間の隙間の幅を注目幅として、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かうに従って、前記注目幅が漸次小さくなる。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載のガス化装置であって、前記中心軸に垂直な前記内筒部の断面において、前記内筒本体の前記内周面により囲まれる面積が、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって小さくなる。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項3または4に記載のガス化装置であって、前記中心軸に垂直な前記内筒軸部の断面積が、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって大きくなる。 The invention according to claim 6 is the gasification apparatus according to claim 3, wherein the cross-sectional area of the inner cylinder shaft portion perpendicular to the central axis is from the end portion on the thermal decomposition portion side. It increases toward the discharge port side.
請求項7に記載の発明は、請求項3または4に記載のガス化装置であって、前記螺旋板における螺旋のピッチが、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって小さくなる。
The invention according to claim 7 is the gasification apparatus according to
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1つに記載のガス化装置であって、前記改質部が、それぞれが前記中心軸に沿って延びる複数の内筒部を有し、前記複数の内筒部が、互いに並列した状態で前記回転筒状部に固定される。
The invention according to
本発明によれば、熱分解部の温度が不必要に高くなることを防止または抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent or suppress the temperature of the pyrolysis portion from becoming unnecessarily high.
図1は、本発明の一の実施の形態に係るガス化装置1の構成を示す図である。図1では、後述の中心軸J1を含む面におけるガス化装置1の断面を示している。ガス化装置1は、外熱式ロータリーキルン(間接加熱式ロータリーキルン)であり、バイオマス等の被処理物をガス化して、燃料ガスである改質ガスを生成する装置である。改質ガスは、例えば、ガスエンジン等での発電に利用される。被処理物は、例えば、一般廃棄物、産業廃棄物、下水汚泥、木質バイオマス等である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
ガス化装置1は、回転筒状部21と、外筒部26と、被処理物供給部31と、ガス導入部32と、熱分解部4と、改質部5と、制御部(図示省略)とを備える。制御部は、例えば、CPU等を備えるコンピュータであり、ガス化装置1の全体制御を担う。回転筒状部21は、中心軸J1を中心とする筒状であり、例えば金属または合金等により形成される(回転筒状部21内に設けられる他の構成において同様)。典型的には、中心軸J1に垂直な回転筒状部21の断面形状は、円形である。当該断面形状は、ほぼ円形と捉えられる場合には、多角形等であってもよい。図1の例では、回転筒状部21の中心軸J1は水平または略水平である。ガス化装置1の設計によっては、中心軸J1が水平方向に対して傾斜してもよい。
The
回転筒状部21において、中心軸J1に平行な方向(以下、「軸方向」という。)における一方側の端部開口は供給口211であり、他方側の端部開口は排出口212である。後述するように、回転筒状部21の内部では、供給口211から排出口212に向かって熱分解部4および改質部5が順に設けられる。回転筒状部21の内部において供給口211の近傍には、供給側環状部23が設けられる。供給側環状部23は、中心軸J1を中心とする周方向の全周に亘って回転筒状部21の内周面から突出する環状部材である。回転筒状部21の内周面からの供給側環状部23の高さ(回転筒状部21の内周面に垂直な方向における供給側環状部23の内周面の高さ)は、全周に亘ってほぼ一定である。
In the rotary
回転筒状部21の供給口211側の端部には、フランジ部213が設けられる。フランジ部213は、中心軸J1を中心とする円環状の板部材である。フランジ部213の下方には、一対のローラ221が設けられる。一対のローラ221は、図1の紙面に垂直な方向に離間する。フランジ部213は、一対のローラ221により回転可能に支持される。
A
また、回転筒状部21の外周面において、排出口212側の端部近傍には、フランジ部214が設けられる。フランジ部213と同様に、フランジ部214も、中心軸J1を中心とする円環状の板部材であり、一対のローラ222により回転可能に支持される。ガス化装置1では、モータおよび減速機を有する回転機構22がローラ221に接続されており、回転機構22がローラ221を回転することにより、回転筒状部21が中心軸J1を中心として連続的に回転する。回転筒状部21の回転速度は、例えば一定である。回転筒状部21を回転する構造は適宜変更されてよい。
Further, on the outer peripheral surface of the rotary
外筒部26は、中心軸J1を中心とする筒状であり、例えば金属または合金等により形成される。外筒部26は、2個のフランジ部213,214の間において回転筒状部21の周囲を囲み、回転筒状部21の外周面との間に筒状空間260を形成する。中心軸J1を中心とする径方向における、回転筒状部21と外筒部26との間の幅、すなわち筒状空間260の幅は、全長に亘ってほぼ一定である。軸方向における外筒部26の両端部には、環状壁261,262が設けられる。各環状壁261,262は、中心軸J1を中心とする円環状の部材であり、外筒部26から回転筒状部21に向かって突出する。環状壁261,262における回転筒状部21側の端面は、例えば摺動部材を介して回転筒状部21の外周面と接する。これにより、環状壁261,262と回転筒状部21との間に、シール構造が形成される。外筒部26は、回転しない固定体である。
The
外筒部26には、流出口263および流入口264が形成される。流出口263は、供給口211側の環状壁261の近傍に設けられ、筒状空間260に接続する。流入口264は、排出口212側の環状壁262の近傍に設けられ、筒状空間260に接続する。流入口264には、所定の熱源流体が供給される。流入口264における熱源流体の温度は、例えば900~1100℃である。熱源流体は、筒状空間260を流れて、流出口263から排出される。筒状空間260を流れる熱源流体により回転筒状部21の外周面が加熱される。
An
被処理物供給部31は、ホッパ311と、スクリューフィーダ312とを備える。ホッパ311には、被処理物が貯留される。スクリューフィーダ312は、回転機構313と、スクリュー314とを備える。スクリュー314は、ホッパ311の内部から回転筒状部21の供給口211まで中心軸J1に沿って延びる。回転機構313は、モータおよび減速機を有し、スクリュー314を回転する。これにより、ホッパ311内の被処理物が供給口211から回転筒状部21の内部に供給される。被処理物供給部31による回転筒状部21内への被処理物の供給は、連続的であっても、断続的であってもよい。スクリュー314のスクリュー軸315は中空である。スクリュー軸315の中空部には、後述の導入管321が設けられる。導入管321は、中心軸J1に沿って延びる。
The object to be processed 31 includes a
熱分解部4は、回転筒状部21の内部において供給口211側に設けられる。熱分解部4は、仕切板41と、ガイド部42とを備える。仕切板41は、中心軸J1に平行な板部材であり、中心軸J1上に配置される。中心軸J1に垂直な方向における仕切板41の両端部は、回転筒状部21の内周面に固定される。中心軸J1に沿って見た場合における回転筒状部21の内部空間は、仕切板41により二等分される。仕切板41の板厚(主面間の厚さ)は、比較的大きく、中心軸J1上に貫通孔411が設けられる。貫通孔411内には、既述の導入管321が挿入される。
The
ガイド部42は、複数の線状突起421を備える。一部の線状突起421は、仕切板41の一方の主面から突出し、残りの線状突起421は、仕切板41の他方の主面から突出する。仕切板41の各主面に設けられる線状突起421は、互いに平行である。図1の例では、全ての線状突起421が、軸方向に対して傾斜した同一方向に延びる。図1では、実線で示す仕切板41を中心軸J1を中心として180度回転させた場合に、手前側に配置される線状突起421を二点鎖線で示している。二点鎖線の線状突起421の傾斜方向は、実線の線状突起421の傾斜方向と逆向き(中心軸J1に対して反転した方向)となる。
The
仕切板41は、回転筒状部21の回転に伴って、中心軸J1を中心として回転する。仕切板41の回転において、仕切板41の一方の主面の向きが上方から下方に切り替わる際に、当該主面上の被処理物(後述のチャーを含む。)が線状突起421により供給口211側へと送られる。当該被処理物は、回転筒状部21の下端部において供給側環状部23と衝突し、仕切板41の近傍に留まる。また、仕切板41の他方の主面の向きが上方から下方に切り替わる際に、当該主面上の被処理物が線状突起421により供給口211とは反対側へと送られる。後述するように、仕切板41と改質部5との間にはチャーが滞留しており、当該被処理物は、仕切板41の近傍に留まり易くなる。以上のように、ガイド部42では、回転筒状部21の一の回転角度範囲において被処理物が供給口211側に向かって送られ、回転筒状部21の他の回転角度範囲において被処理物が供給口211とは反対側に向かって送られる。その結果、軸方向における仕切板41の両端部近傍の間で被処理物が往復(循環)しつつ、熱分解部4において被処理物が滞留する。
The
既述のように、筒状空間260を流れる熱源流体により回転筒状部21は加熱されている。熱分解部4では、被処理物を、例えば400℃以上の温度(好ましくは、700℃以下)で加熱することにより、熱分解が発生し、熱分解ガスおよびチャーが生成される。図示省略の誘引ファン等により排出口212は減圧されており、熱分解ガスは、排出口212に向かって流れる。熱分解ガスは、タールの蒸気(常温で液体となる。)および粉体のチャー等を含んでもよい。熱分解ガスに含まれないチャー(例えば、上記粉体のチャーよりも大きいチャー)は、熱分解部4にて滞留する。被処理物供給部31から被処理物が供給されることにより、熱分解部4にて滞留するチャーの一部は、改質部5側(排出口212側)へと押し出される。以下の説明では、単に「チャー」という場合は、熱分解ガスに含まれないチャーを意味するものとする。なお、被処理物に不燃物が含まれる場合には、当該不燃物もチャーと共に移動する。
As described above, the rotary
既述のように、改質部5は、回転筒状部21の内部において熱分解部4と排出口212との間に設けられる。改質部5は、中心軸J1に沿って延びる1つの内筒部52を備える。内筒部52は、内筒本体521を備える。内筒本体521は、中心軸J1に沿って延びる筒状であり、回転筒状部21の内周面から周方向の全周に亘って突出する部材である。回転筒状部21の内周面からの内筒本体521の高さ(回転筒状部21の内周面に垂直な方向における内筒本体521の内周面の高さ)は、排出口212に近づくに従って漸次大きくなる。すなわち、内筒本体521の内周面は、排出口212に近づくに従って直径が小さくなる円錐台面である。
As described above, the reforming
円筒部216は、内筒軸部522と、螺旋板523とをさらに備える。内筒軸部522は、中心軸J1に平行に延びるとともに、内筒本体521の中心近傍に配置される。図1の例では、内筒軸部522は、中心軸J1上に配置され、内筒軸部522の直径は一定である。螺旋板523は、内筒本体521の内部において内筒軸部522に沿って螺旋状に延びる板状であり、内筒本体521の一端から他端まで設けられる。螺旋板523は、内筒軸部522の外周面と内筒本体521の内周面とを接続する。例えば、螺旋板523は、内筒軸部522の外周面に対して略垂直に固定され、内筒本体521の内周面に対しても略垂直に固定される。図1の螺旋板523では、内筒本体521の内周面と接する部位における軸方向に対する傾斜角は、全体に亘ってほぼ一定であり(内筒軸部522の外周面と接する部位において同様)、螺旋板523における螺旋のピッチも一定である。
The cylindrical portion 216 further includes an inner
改質部5では、内筒本体521、内筒軸部522および螺旋板523により、螺旋状の経路524(後述するように、チャーの搬送に利用されるため、以下、「搬送路524」という。)が形成される。図1の例では、螺旋板523の板厚は一定であり、螺旋板523において軸方向に互いに隣接する2つの部位間の隙間の幅は、ほぼ一定である。すなわち、軸方向における搬送路524の幅は、ほぼ一定である。改質部5では、原則として、搬送路524のみにおいて、熱分解ガスおよびチャーが通過可能である。
In the reforming
本実施の形態では、螺旋板523および搬送路524が、熱分解部4側から排出口212側に向かって内筒軸部522の周囲を時計回りに進む。また、供給口211側から排出口212側を向いて見た場合に、回転筒状部21は、中心軸J1を中心として反時計回りに回転する。内筒部52の内部では、内筒部52の下部に位置するチャーが、回転筒状部21の回転に伴って、搬送路524内を熱分解部4側から排出口212側へと向かって搬送され、排出口212側の端部において内筒部52の外部に排出される。ガス化装置1では、内筒部52からチャーが順次排出され、排出口212から排出される。なお、内筒部52の熱分解部4側の端部において、回転筒状部21の回転に伴って、チャーを内筒部52の内部に取り入れる構造が設けられてもよい。
In the present embodiment, the
ここで、搬送路524において、内筒本体521の内周面と内筒軸部522の外周面との間の隙間の幅(図1中において矢印W1,W2により示す幅であり、以下、「注目幅」という。)に注目する。既述のように、内筒本体521の内周面は円錐台面であり、搬送路524の熱分解部4側の端部(以下、「上流側端部」という。)から排出口212側に向かうに従って、当該内周面の半径が漸次小さくなる。一方、内筒軸部522の半径は一定である。したがって、搬送路524では、上流側端部から排出口212側に向かうに従って、注目幅が漸次小さくなる。図1では、搬送路524の上流側端部における注目幅を矢印W1で示し、上流側端部から排出口212側に離れた位置における注目幅を矢印W2で示している。注目幅W2は、上流側端部における注目幅W1よりも小さい。注目幅は、径方向における搬送路524の高さに相当する。したがって、搬送路524が延びる方向に垂直な搬送路524の断面の面積(以下、「搬送路断面積」という。)は、搬送路524の上流側端部において最大となり、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなる。
Here, in the
本実施の形態では、中心軸J1に垂直な内筒本体521の内周面の断面形状が円形であるが、当該断面形状は、ほぼ円形と捉えられる場合には、多角形等であってもよい。この場合も、断面形状が円形である場合と同様に、中心軸J1に垂直な内筒部52の断面において、内筒本体521の内周面により囲まれる面積が、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなることが好ましい。これにより、注目幅、および、搬送路断面積を、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくすることが可能である。
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the inner peripheral surface of the inner cylinder
ガス導入部32は、導入管321と、混合ガス供給部326とを備える。既述のように、導入管321は、スクリュー軸315の中空部、および、仕切板41の貫通孔411を貫通する。混合ガス供給部326は、導入管321に接続される。導入管321の先端は、改質部5に直接的に対向する位置に配置される。導入管321の当該先端には、噴出口322が設けられる。噴出口322は、改質部5の熱分解部4側の端部近傍に位置する。
The
混合ガス供給部326が、酸素含有ガスおよび水蒸気を含む混合ガスを導入管321に供給することにより、導入管321の噴出口322から混合ガスが噴出される。酸素含有ガスは、例えば空気または酸素富化空気であり、本実施の形態では、予熱された高温の空気である。混合ガスの温度は、例えば200~300℃である。噴出口322から噴出された混合ガスは、改質部5に向かって流れる熱分解ガスに混合され、熱分解ガスに含まれる可燃性のガスや、タールの蒸気が部分燃焼する(すなわち、一部の熱分解ガスが燃焼する。)。なお、酸素含有ガスの加熱および水蒸気の生成には、ガス化装置1で生成される改質ガスや、改質ガスを利用するガスエンジンの排ガス等の熱が用いられてよい。
The mixed
改質部5の搬送路524には、ある程度の量のチャーが充填されており、搬送路524を流れる熱分解ガスの大部分は、搬送路524内に存在するチャー間の隙間を通過して、改質部5と排出口212との間の空間へと流れる。すなわち、搬送路524では、熱分解ガスとチャーとの良好な気固接触(気固反応)が実現される。このとき、熱分解ガスに残存するタール、および、粉体のチャーが搬送路524内のチャーの細孔等に捕集(トラップ)される。
The
また、熱分解ガスの部分燃焼により、搬送路524内のチャー、および、搬送路524を流れる熱分解ガスが高温となっている。さらに、熱分解ガスに混合される混合ガスには、水蒸気が含まれる。その結果、熱分解ガスに含まれる炭化水素ガス等が、水蒸気改質反応により、水素(H2)や一酸化炭素(CO)等のガスに転換される(すなわち、水蒸気改質される)。また、チャーに捕集されたタールおよび粉体のチャー、並びに、チャー自体も、水蒸気改質される。もちろん、熱分解ガスに含まれ、かつ、チャーに捕集されないタールおよび粉体のチャーも水蒸気改質されてよい。搬送路524では、チャーの水蒸気改質により、チャーの体積が、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って小さくなる。
Further, due to the partial combustion of the pyrolysis gas, the char in the
以上のように、熱分解部4から熱分解ガスおよびチャーが送られる改質部5では、熱分解ガスの部分燃焼を伴って熱分解ガスおよびチャーを水蒸気改質することにより、改質ガスが生成される。改質部5におけるチャーおよび熱分解ガスの温度は、例えば700℃以上であり、好ましくは800℃以上であり、より好ましくは900℃以上である。当該温度は、例えば1100℃以下である。改質ガスは、排出口212を介して回転筒状部21から排出される。
As described above, in the reforming
排出口212には、分離部33が接続される。分離部33は、鉛直方向に延びる管である。分離部33では、改質ガスは上方に向かって流れ、例えば、ボイラ等を通過した後、ガスエンジン等に供給される。また、排出口212から排出されたチャーは、分離部33において下方に向かって落下し、回収される。分離部33の下部は、チャー回収部である。なお、チャー回収部では、不燃物等、チャー以外の物質も回収される。
A
ここで、比較例のガス化装置について説明する。図2は、比較例のガス化装置8を示す図である。比較例のガス化装置8では、改質部81において複数の内筒部831,832が並列配置される。各内筒部831,832は、螺旋板を有する。回転筒状部21の回転に伴って、一の内筒部831では、熱分解部4側から排出口212側へと向かってチャーが搬送され、他の内筒部832では、排出口212側から熱分解部4側へと向かってチャーが搬送される。すなわち、内筒部831では、熱分解部4側から排出口212側へと向かってチャーを搬送する往路搬送路833が設けられ、内筒部832では、排出口212側から熱分解部4側へと向かってチャーを搬送する復路搬送路834が設けられ、改質部81においてチャーが循環する。
Here, a gasifier of a comparative example will be described. FIG. 2 is a diagram showing a
図2の比較例のガス化装置8では、熱分解ガスの部分燃焼により高温となったチャーが復路搬送路834を介して熱分解部4側へと戻されるため、熱分解部4および改質部81の温度が均一化される。熱分解部4における熱分解ガスおよびチャーの生成では、水蒸気改質が行われる改質部81ほどの高い温度は必要ではない。したがって、比較例のガス化装置8では、熱分解ガスの部分燃焼により生じた熱が熱分解部4の不必要な昇温に用いられ、ガス化装置8におけるエネルギー効率が低下してしまう。
In the
これに対し、図1のガス化装置1では、改質部5において、回転筒状部21の回転に伴って、熱分解部4側から排出口212側へと向かってチャーを搬送する往路搬送路(すなわち、搬送路524)が設けられ、排出口212側から熱分解部4側へと向かってチャーを搬送する復路搬送路が設けられない。このように、往路搬送路のみが設けられる改質部5では、高温のチャーが熱分解部4側に戻されることはない。これにより、熱分解部4の温度が不必要に高くなることを防止または抑制して(すなわち、熱分解部4の温度が改質部5に比べて低くなる好ましい温度分布を実現して)、ガス化装置1におけるエネルギー効率の低下を抑制することができる。
On the other hand, in the
図3は、ガス化装置の他の例を示す図である。図3のガス化装置1aでは、螺旋板523が、内筒軸部522の外周面と回転筒状部21の内周面とを接続し、回転筒状部21において螺旋板523が接続される部分が、内筒本体521を兼ねる。すなわち、内筒部52が、内筒軸部522および螺旋板523に加えて、回転筒状部21の一部を含む。内筒部52が、回転筒状部21の内部に固定される円筒状の内筒本体521を含んでもよい(回転筒状部21の一部が内筒本体521を兼ねる他の例において同様)。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the gasifier. In the gasification device 1a of FIG. 3, the
図3のガス化装置1aでは、搬送路524の全体において、回転筒状部21の内周面と内筒軸部522の外周面との間の隙間の幅(すなわち、注目幅)が一定となり、搬送路断面積も一定となる。ガス化装置1aにおいても、往路搬送路(搬送路524)のみが設けられ、復路搬送路が設けられないため、熱分解部4の温度が不必要に高くなることを防止または抑制することが可能である。
In the gasification device 1a of FIG. 3, the width of the gap (that is, the width of interest) between the inner peripheral surface of the rotary
次に、図1のガス化装置1と図3のガス化装置1aとを対比する。図1のガス化装置1および図3のガス化装置1aでは、内筒部52の下部に位置するチャーは、回転筒状部21の回転に伴って、搬送路524内を熱分解部4側から排出口212側へと向かって移動する。ここで、搬送路524内でのチャーの移動において、各位置におけるチャーの断面の面積(搬送路524が延びる方向に垂直な断面の面積)が、当該位置における搬送路524の断面の面積(搬送路断面積)に占める割合を「チャーの断面充填率」と呼ぶ。
Next, the
既述のように、図1のガス化装置1では、搬送路断面積が漸次小さくなるのに対し、図3のガス化装置1aでは、搬送路断面積が一定である。したがって、ガス化装置1では、搬送路524の上流側端部から排出口212側に離れた位置でのチャーの断面充填率が、ガス化装置1aよりも大きくなりやすい(すなわち、搬送路524に対してチャーが密となりやすい。)。実際には、搬送路524において上流側端部から排出口212側に向かうに従ってチャーの体積は減少するが、図1のガス化装置1では、図3のガス化装置1aに比べて、搬送路524にて熱分解ガスとチャーとが接触し易くなる(すなわち、熱分解ガスとチャーとの接触率が高くなる)。その結果、熱分解ガスに含まれるタールをチャーを利用して効率よく除去し、改質ガスに含まれるタールを低減することが可能となる。また、チャー(チャーに捕集されたタールおよび粉体のチャーを含む。)を効率よく水蒸気改質することも可能となる。
As described above, in the
ガス化装置1では、搬送路524におけるチャーの断面充填率の最大値は、例えば60%以上であり、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上である。搬送路524において、チャーの断面充填率が高い部分を確保するという観点では、内筒部52の内部の容積に対して、内筒部52内に存在するチャーの体積の割合、すなわち、改質部5におけるチャーの充填率は、例えば20%以上であり、好ましくは25%以上であり、より好ましくは30%以上である。チャーの充填率は、被処理物供給部31による被処理物の供給速度の調整等により変更可能である。
In the
図4は、ガス化装置1の他の例を示す図である。図4のガス化装置1では、図3の例と同様に、回転筒状部21の一部が内筒本体521を兼ねており、内筒部52が、回転筒状部21の一部を含む。また、内筒軸部522aの形状が図1の内筒軸部522と相違する。他の構成は、図1のガス化装置1と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the
内筒軸部522aは、回転筒状部21の中心近傍に配置され、中心軸J1に平行に延びる。内筒軸部522aの半径は、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次大きくなる。すなわち、中心軸J1に垂直な内筒軸部522aの断面積が、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次大きくなる。螺旋板523は、内筒軸部522aの外周面と回転筒状部21の内周面とを接続する。搬送路524において、回転筒状部21の内周面と内筒軸部522aの外周面との間の隙間の幅、すなわち、注目幅は、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなる。
The inner
図4のガス化装置1では、搬送路524における搬送路断面積が、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなる。これにより、搬送路524において熱分解ガスとチャーとを接触し易くすることができ、熱分解ガスに含まれるタールを効率よく除去することができる。また、復路搬送路が設けられないことにより、熱分解部4の温度が不必要に高くなることを防止または抑制することができる(後述の図5ないし図8において同様)。図4の例では、中心軸J1に垂直な内筒軸部522aの断面形状が円形であるが、当該断面形状は、多角形等であってもよい。
In the
図5は、ガス化装置1の他の例を示す図である。図5のガス化装置1においても、回転筒状部21の一部が内筒本体521を兼ねており、内筒部52が、回転筒状部21の一部を含む。また、螺旋板523aの形状が図1の螺旋板523と相違する。他の構成は、図1のガス化装置1と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
FIG. 5 is a diagram showing another example of the
螺旋板523aは、内筒軸部522の周囲を螺旋状に延び、内筒軸部522の一端から他端まで設けられる。螺旋板523aは、内筒軸部522の外周面と回転筒状部21の内周面とを接続する。螺旋板523aにおける螺旋のピッチは、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなる。図5の例では、螺旋板523aの板厚は一定である。螺旋板523aにおいて軸方向に互いに隣接する2つの部位間の隙間の幅を「注目幅」と呼ぶ場合、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って、注目幅は漸次小さくなる。図5では、搬送路524の上流側端部における注目幅を矢印W3で示し、上流側端部から排出口212側に離れた位置における注目幅を矢印W4で示している。注目幅W4は、上流側端部における注目幅W3よりも小さい。
The
上記注目幅は、軸方向における搬送路524の幅に相当する。また、搬送路524の全体において回転筒状部21の内周面と内筒軸部522の外周面との間の隙間の幅(搬送路524の高さに相当)は一定である。したがって、図5のガス化装置1では、搬送路524における搬送路断面積が、上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなる。これにより、搬送路524において熱分解ガスとチャーとを接触し易くすることができ、熱分解ガスに含まれるタールを効率よく除去することができる。ガス化装置1では、螺旋板523における螺旋のピッチを一定としつつ(図3参照)、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って螺旋板523の板厚を漸次大きくすることにより、搬送路断面積を漸次小さくすることも可能である。
The attention width corresponds to the width of the
上記ガス化装置1,1aでは様々な変形が可能である。
The
図1、図4および図5のガス化装置1では、搬送路断面積が、搬送路524の上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなるが、搬送路断面積は、急激に小さくなってもよい。例えば、図6のガス化装置1では、中心軸J1に垂直な内筒軸部522bの断面積が、排出口212側の端部において急激に変化し、他の部位よりも大きくなる。これにより、搬送路524において上流側端部から排出口212側に離れた位置(図6では、排出口212側の端部)における搬送路断面積が、上流側端部における搬送路断面積よりも小さくなる。その結果、熱分解ガスとチャーとを接触し易くすることができ、熱分解ガスに含まれるタールを効率よく除去することが可能となる。
In the
以上のように、ガス化装置1では、中心軸J1に垂直な内筒軸部の断面積が、上流側端部から排出口212側に向かって大きくなることが好ましい。同様に、中心軸J1に垂直な内筒部52の断面において内筒本体の内周面により囲まれる面積、または、螺旋板における螺旋のピッチが、上流側端部から排出口212側に向かって小さくなることが好ましい。これにより、上流側端部から排出口212側に離れた位置における搬送路断面積を上流側端部における搬送路断面積よりも小さくすることが容易に可能となる。なお、熱分解ガスとチャーとをさらに接触し易くするには、チャーの体積の減少に合わせて、搬送路断面積が上流側端部から排出口212側に向かうに従って漸次小さくなることが好ましい。
As described above, in the
上記実施の形態では、改質部5において1つの内筒部52のみが設けられるが、図7に示すように、改質部5aにおいて、複数の内筒部52が設けられてもよい。各内筒部52は、中心軸J1に沿って延びる筒状の外形を有し、複数の内筒部52は、互いに並列した状態で回転筒状部21に固定される。各内筒部52は、図1の内筒部52と同様に、内筒本体521と、内筒軸部522と、螺旋板523とを備える。内筒本体521、内筒軸部522および螺旋板523により形成される搬送路524では、回転筒状部21の回転に伴って、熱分解部4側から排出口212側へと向かってチャーが搬送される。
In the above embodiment, only one
図7のガス化装置1では、全ての内筒部52の搬送路524が往路搬送路であるため、熱分解部4の温度が不必要に高くなることを防止または抑制することが可能である。また、搬送路524(複数の搬送路524のうちの一部の搬送路524であってもよい。)において、上流側端部から排出口212側に離れた位置における搬送路断面積が、上流側端部における搬送路断面積よりも小さいことにより、熱分解ガスに含まれるタールを効率よく除去することが可能である。往路搬送路のみが設けられる改質部5,5aの構造は、適宜変更されてよい。
In the
熱分解部4の構造も、適宜変更されてよく、例えば、仕切板41を用いない構造が採用されてもよい。
The structure of the
図8に示すように、ガス導入部32において、排出口212および改質部5を貫通する導入管321aが設けられてもよい。図8の例では、導入管321aの先端(噴出口322)が、軸方向において熱分解部4と改質部5(内筒軸部522)との間に配置される。混合ガス供給部326が、混合ガスを導入管321aに供給することにより、噴出口322から混合ガスが噴出される。これにより、改質部5において、熱分解ガスおよびチャーを適切に水蒸気改質することが可能となる。
As shown in FIG. 8, the
ガス導入部32では、酸素含有ガスと水蒸気とが個別の導入管を介して回転筒状部21の内部に導入されてもよい。また、導入管の噴出口は、改質部5,5aの内部、または、改質部5,5aと供給口211との間における任意の位置に配置されてよい。改質部5,5aにおいて部分燃焼を効率よく生じさせるには、少なくとも酸素含有ガスを噴出する導入管の噴出口が、改質部5,5aの供給口211側端部近傍に配置されることが好ましい。
In the
上記実施の形態では、熱分解部4および改質部5,5aの双方において、筒状空間260を流れる熱源流体による間接加熱が行われるが、熱分解ガスの部分燃焼の熱を利用する改質部5,5aでは、熱源流体による間接加熱が省略されてもよい。また、ガス化装置1,1aを含むシステムでは、例えば、分離部33において回収されたチャーを燃焼することにより得られる熱を、熱分解部4における被処理物の間接加熱に利用することにより、エネルギー効率を高くすることが可能であるが、システムの設計によっては、被処理物の加熱が、電気等により行われてもよい。
In the above embodiment, indirect heating is performed by the heat source fluid flowing through the
ガス化装置1,1aにより得られる改質ガスは、ガスエンジン以外に、ガスタービン式、または、燃料電池(固体酸化物形燃料電池(SOFC)等)式の発電装置において用いられてもよい。また、改質ガスは、燃料ガスとして様々な用途に用いられてよく、さらに、液体に変換することにより液体燃料として用いられてもよい。
The reformed gas obtained by the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The above-described embodiments and configurations in the respective modifications may be appropriately combined as long as they do not conflict with each other.
1,1a ガス化装置
4 熱分解部
5,5a 改質部
21 回転筒状部
52 内筒部
211 供給口
212 排出口
521 内筒本体
522,522a,522b 内筒軸部
523,523a 螺旋板
524 搬送路
J1 中心軸
W1~W4 注目幅
1,
Claims (8)
中心軸を中心とする筒状であり、前記中心軸に平行な方向における一方側の端部に供給口が設けられ、他方側の端部に排出口が設けられ、前記中心軸を中心として回転する回転筒状部と、
前記回転筒状部の内部において前記供給口側に設けられ、前記供給口から供給される被処理物の加熱により、熱分解ガスおよびチャーを生成する熱分解部と、
前記回転筒状部の内部において前記熱分解部と前記排出口との間に設けられ、前記熱分解ガスの部分燃焼を伴って前記熱分解ガスおよび前記チャーを水蒸気改質することにより、改質ガスを生成する改質部と、
を備え、
前記改質部において、前記回転筒状部の回転に伴って、前記熱分解部側から前記排出口側へと向かって前記チャーを搬送する往路搬送路が設けられ、前記排出口側から前記熱分解部側へと向かって前記チャーを搬送する復路搬送路が設けられないことを特徴とするガス化装置。 A gasifier that gasifies the object to be treated.
It has a cylindrical shape centered on the central axis, has a supply port at one end in a direction parallel to the central axis, and has a discharge port at the other end, and rotates about the central axis. Rotating tubular part and
A pyrolysis section provided on the supply port side inside the rotary tubular portion to generate a pyrolysis gas and char by heating an object to be processed supplied from the supply port.
It is provided between the pyrolysis portion and the discharge port inside the rotary tubular portion, and is reformed by steam reforming the pyrolysis gas and the char with partial combustion of the pyrolysis gas. The reformer that produces gas and
Equipped with
In the reforming section, an outward transport path for transporting the char from the pyrolysis section side to the discharge port side is provided as the rotary tubular portion rotates, and the heat is generated from the discharge port side. A gasification device characterized in that a return transport path for transporting the char is not provided toward the decomposition unit side.
前記往路搬送路が延びる方向に垂直な前記往路搬送路の断面積を搬送路断面積として、前記往路搬送路において、前記熱分解部側の端部から前記排出口側に離れた位置における前記搬送路断面積が、前記熱分解部側の前記端部における前記搬送路断面積よりも小さいことを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 1.
The cross-sectional area of the outward transport path perpendicular to the extending direction of the outward transport path is used as the transport path cross-sectional area, and the transport is performed at a position away from the end on the thermal decomposition portion side to the discharge port side in the outward transport path. A gasification device characterized in that the road cross-sectional area is smaller than the transport road cross-sectional area at the end portion on the thermal decomposition portion side.
前記改質部が、前記中心軸に沿って延びる内筒部を有し、
前記内筒部が、
前記中心軸に沿って延びる筒状である内筒本体と、
前記内筒本体の中心近傍に配置され、前記中心軸に平行に延びる内筒軸部と、
前記内筒軸部と前記内筒本体の内周面とを接続しつつ前記内筒軸部に沿って螺旋状に延びる板状であり、前記内筒本体および前記内筒軸部と共に、螺旋状の前記往路搬送路を形成する螺旋板と、
を備えることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 2.
The modified portion has an inner cylinder portion extending along the central axis.
The inner cylinder part
The inner cylinder body, which is a cylinder extending along the central axis,
An inner cylinder shaft portion arranged near the center of the inner cylinder body and extending in parallel with the central axis, and an inner cylinder shaft portion.
It is a plate shape that extends spirally along the inner cylinder shaft portion while connecting the inner cylinder shaft portion and the inner peripheral surface of the inner cylinder main body, and is spiral together with the inner cylinder main body and the inner cylinder shaft portion. The spiral plate forming the outbound transport path and
A gasifier characterized by being equipped with.
前記往路搬送路において、前記内筒本体の前記内周面と前記内筒軸部の外周面との間の隙間の幅、または、前記螺旋板において前記中心軸に平行な方向に互いに隣接する2つの部位間の隙間の幅を注目幅として、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かうに従って、前記注目幅が漸次小さくなることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 3.
In the outbound transport path, the width of the gap between the inner peripheral surface of the inner cylinder body and the outer peripheral surface of the inner cylinder shaft portion, or the spiral plate adjacent to each other in the direction parallel to the central axis 2 A gasification device, wherein the width of the gap between the two portions is set as the width of interest, and the width of attention gradually decreases from the end portion on the thermal decomposition portion side toward the discharge port side.
前記中心軸に垂直な前記内筒部の断面において、前記内筒本体の前記内周面により囲まれる面積が、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって小さくなることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 3 or 4.
In the cross section of the inner cylinder portion perpendicular to the central axis, the area surrounded by the inner peripheral surface of the inner cylinder main body decreases from the end portion on the thermal decomposition portion side toward the discharge port side. Characterized gasification device.
前記中心軸に垂直な前記内筒軸部の断面積が、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって大きくなることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 3 or 4.
A gasification device characterized in that the cross-sectional area of the inner cylinder shaft portion perpendicular to the central axis increases from the end portion on the thermal decomposition portion side toward the discharge port side.
前記螺旋板における螺旋のピッチが、前記熱分解部側の前記端部から前記排出口側に向かって小さくなることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to claim 3 or 4.
A gasification device characterized in that the pitch of the spiral in the spiral plate becomes smaller from the end portion on the thermal decomposition portion side toward the discharge port side.
前記改質部が、それぞれが前記中心軸に沿って延びる複数の内筒部を有し、
前記複数の内筒部が、互いに並列した状態で前記回転筒状部に固定されることを特徴とするガス化装置。 The gasification device according to any one of claims 1 to 7.
The modified portion has a plurality of inner cylinder portions, each of which extends along the central axis.
A gasification device characterized in that the plurality of inner cylinder portions are fixed to the rotary tubular portion in a state of being parallel to each other.
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WO2022210728A1 (en) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 三ツ星ベルト株式会社 | Toothed belt and toothed belt transmission device |
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- 2020-09-08 JP JP2020150792A patent/JP2022045220A/en active Pending
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