JP3834250B2 - バイオマス分解ガス洗浄装置 - Google Patents
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイオマス分解ガス洗浄装置に係り、特に、高湿潤のバイオマス（例えば、木質系、汚泥、糞尿、食物残渣、あるいは籾殻やビールかすなどの食品廃棄物等の有機性廃棄物）を加熱して生成した分解ガスを、発電システムなどの燃料ガスとして有効利用するためのガス洗浄技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイオマス等の廃棄物を熱分解すると、ガス、チャー、およびタールなどの発生が知られている。これらは、加熱に基づくガス化装置の操作温度によって、それぞれの生成量や成分が異なる。
【０００３】
この種の技術として、特開平１０−３３０７６０号公報に有機物の連続炭化装置が記載されている。この装置の構造は、主として、乾燥炉、炭火炉、脱臭炉、ホッパー、およびスクリューフィーダ等で構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、乾燥炉で発生する蒸気は、そのまま乾燥物とともに炭化炉ヘ送給され、炭化炉で生成するガスと混合されて、最終的に利用される生成ガスは脱臭炉の熱源として利用されるに過ぎなかった。
【０００５】
すなわち、炭化熱分解で生成するガスは、低カロリーガスで、かつダストおよびタール等を含んだダーティーな燃料なるが故に、ガスエンジンやガスタービン等の高効率熱機関の燃料としては不適であった。
【０００６】
他方、従来の汽力発電は、発電効率の低さ（湿潤物質が原因でせいぜい２０％以下）に由来してバイオマス発電は成立が困難であった。そのため、バイオマスの熱分解による生成ガスを、ガスタービンやガスエンジンなどの高効率機関の燃料に適用可能にすることが望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、高湿潤のバイオマスを熱分解して、ガスタービン等の高効率熱機関に適用可能なクリーンでかつ高カロリーな燃料用熱分解ガスを得るためのバイオマス分解ガス洗浄装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバイオマス分解ガス洗浄装置は、バイオマスを炭化熱分解して生成した分解ガスを通過させ、該分解ガス中のタール分およびダストを捕捉するための充填材を充填したトラップ部を有し、該トラップ部に溶媒を流下させて前記タール分およびダストを該溶媒に直接接触させて溶解させるとともに、該溶媒にタール分およびダストが溶解した粘性溶液を熱交換器を介して循環させる循環系を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
以下、本発明の作用を説明する。バイオマスを熱分解すると、次の化学反応式（１）〜（６）に示すような種々の反応の組み合せにより、ＣＯ、ＣＯ２およびＨ２などのガスが発生する。
【００１０】
Ｃ＋Ｏ２⇔ＣＯ２ ………（１）
Ｃ＋ＣＯ２⇔２ＣＯ ………（２）
２Ｃ＋Ｏ２⇔２ＣＯ ………（３）
Ｃ＋２Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋２Ｈ２ ………（４）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ＋Ｈ２ ………（５）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２ ………（６）
【００１１】
上記化学式は、必ずしも一方向に進行するとは限らず、水分、温度、燃料種、滞留時間等の複雑な要素が絡み合う。しかし、ガス中のＨ２Ｏの存在が、極めて重要であることを示している。
【００１２】
したがって、バイオマスの処理工程を乾燥工程と炭化熱分解工程とに分けると、炭化熱分解工程ではＨ２Ｏが関与することが極小になって、生成ガス中の水素の生成が阻害されるため、高カロリーのガスを得られなくなる恐れがある。
【００１３】
炭化熱分解工程では、熱分解は１５０℃近辺で始まり、炭化水素を主成分とするガス、タールおよびチャーなどが生成され、３００℃付近で急激に熱分解が始まる。タールは冷却すると高粘度の液体となり粘着性を持つことから、一般にはそのガスをガスタービンやガスエンジンの燃料とすることができないため、ガス洗浄が必要である。
【００１４】
本発明者らは、以下の知見に基づいて、バイオマスの熱分解ガス中のタール分を低減する技術を開発した。この炭化熱分解工程から排出されたタール分が含有されている熱分解ガスは、タール分を構成する高分子物質がベーパーとなっている時点で、炭化熱分解中に蒸気賦活することによって炉内から発生するガス中のタール分を極力抑え、かつ、高カロリーガスを取り出すことが可能である。
【００１５】
しかしながら、少しのタールであっても、後流の機器へ流れると、累積して機器の運転が困難となる。そこで、タール分を効率的な洗浄によって洗い落とし、分解生成ガスをクリーン化して高効率機関へクリーンで高カロリーなガスを燃料として供給できるように構成したものである。
【００１６】
すなわち、軽質分解溶剤（軽油または灯油、あるいは、温度レベルに応じてベンゼン、トルエン、キシレン等を適宜選択する。）を使用した溶媒を用い、タールなどを洗浄装置内のトラップ部に充填した充填材に付着させ、循環ポンプによって溶媒が洗浄装置を循環してトラップしたタールやダストが洗い落とされ、分解ガスをクリーン化する。
【００１７】
洗浄溶剤はある一定期間を経過すると、生成ガス中のダストおよび洗い落とされたタールによって、洗浄能力が低下、かつ、炭化熱分解時の生成水も加わり、洗浄装置内の液面が上昇する。洗浄装置出口側のバルブの開閉によって一定液面を維持し、かつ、溶剤を補給することにって、ガスタービン等の高効率熱機関へクリーンな熱分解ガスを供給できる。
【００１８】
洗浄装置から排出される「タール＋溶剤＋ダスト＋水」は、ボイラないし焼却炉で焼却処理する。できれば、バイオマスの熱分解で生成したチャーを燃料とするボイラで混焼処理することが望ましい。
【００１９】
これにより、従来不可能とされたバイオマス熱分解ガスを、ガスタービンなどの高効率機関に適用することを可能とし、高効率発電を実施することが可能となった。なお、本発明の洗浄装置は、従来のタール分を含んだ熱分解ガスに適用できるばかりでなく、本発明者らが開発したタール分を低減した熱分解ガスに対しても、もちろん有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、バイオマス分解ガス４を、トラップ部２を通過させてガス中のタール分およびダストを充填材にトラップさせて溶媒に溶かし込み、分解ガス４をクリーンに洗浄するとともに、このタール分やダストを溶解した粘性溶液６を熱交換器８を介して循環させて、装置内を適温に維持するようにした。また、粘性溶液６の液面をセンサ１１で監視し、粘性溶液６が増えた場合は、制御器１２の指令によりバルブ１３を開いて排出する。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本発明のバイオマス分解ガス洗浄装置の一構成例を示す。図１において、ケーシング１内のトラップ部２に、溶媒３が充填されている。溶媒３は循環ポンプを介してケーシング内を循環し、トラップ部２の上方から供給される。
【００２２】
溶媒３は、軽油、灯油、ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤を、温度条件などに応じて任意に選択する。また、トラップ部２の構造は、ハニカム等の格子状のものを多層に組み合わせて形成する。
【００２３】
炭化熱分解工程を経て生成されたバイオマスの分解ガス４は、冷却されない状態でトラップ部２の下方に送給され、トラップ部２を通過する際、ガス中のタール分やダストがトラップされ、また、ダーティーガスが溶媒３と効率的に接触して溶解され洗い落とされる。
【００２４】
溶媒３によってタール分やダストが洗い落とされたクリーンな分解ガスは、上方のガス取出口５から取り出される。一方、ガス中のタール分やダストを溶解した溶剤３は、粘性溶液６となってケーシング１の下部に溜まる。
【００２５】
ケーシング１の粘性溶液６は必要に応じて循環ポンプ７を作動させ、排出したり装置内を循環させたりする。すなわち、装置内の温度を任意に維持するため、循環させる粘性溶液6を熱交換器８に通し、冷却水９で少なくとも溶媒が沸騰しない温度以下に冷却し、バルブ１０を開いて装置内を循環させる。
【００２６】
また、ケーシング１内に溜まる粘性溶液が増加した場合、上昇した液面をセンサ１１が検知すると、制御器１２の指令によってバルブ１３を開いて装置外へ排出する。この排出された粘性溶液は発電システムなどのボイラ等の燃料として利用できる。
【００２７】
以上のように、炭化熱分解工程で生成したバイオマス分解ガスは、本実施形態の洗浄装置でタール分やダストを除去され、クリーンで高カロリーな燃料として、ガスタービン等の高効率熱機関に有効に用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上述のとおり本発明によれば、バイオマスの炭化熱分解工程で生成したバイオマス分解ガス中に含まれるタール分やダストを、溶剤に溶かしこんで除去するため、ガスタービンなどの高効率機関に燃料として有効利用可能なクリーンな分解ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるバイオマス分解ガス洗浄装置の一実施形態の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ トラップ部
３ 溶媒
４ バイオマス分解ガス
５ 取出口
６ 粘性溶液
７ 循環ポンプ
８ 熱交換器
９ 冷却水
１０ バルブ
１１ センサ
１２ 制御器
１３ バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明はバイオマス分解ガス洗浄装置に係り、特に、高湿潤のバイオマス（例えば、木質系、汚泥、糞尿、食物残渣、あるいは籾殻やビールかすなどの食品廃棄物等の有機性廃棄物）を加熱して生成した分解ガスを、発電システムなどの燃料ガスとして有効利用するためのガス洗浄技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイオマス等の廃棄物を熱分解すると、ガス、チャー、およびタールなどの発生が知られている。これらは、加熱に基づくガス化装置の操作温度によって、それぞれの生成量や成分が異なる。
【０００３】
この種の技術として、特開平１０−３３０７６０号公報に有機物の連続炭化装置が記載されている。この装置の構造は、主として、乾燥炉、炭火炉、脱臭炉、ホッパー、およびスクリューフィーダ等で構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、乾燥炉で発生する蒸気は、そのまま乾燥物とともに炭化炉ヘ送給され、炭化炉で生成するガスと混合されて、最終的に利用される生成ガスは脱臭炉の熱源として利用されるに過ぎなかった。
【０００５】
すなわち、炭化熱分解で生成するガスは、低カロリーガスで、かつダストおよびタール等を含んだダーティーな燃料なるが故に、ガスエンジンやガスタービン等の高効率熱機関の燃料としては不適であった。
【０００６】
他方、従来の汽力発電は、発電効率の低さ（湿潤物質が原因でせいぜい２０％以下）に由来してバイオマス発電は成立が困難であった。そのため、バイオマスの熱分解による生成ガスを、ガスタービンやガスエンジンなどの高効率機関の燃料に適用可能にすることが望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、高湿潤のバイオマスを熱分解して、ガスタービン等の高効率熱機関に適用可能なクリーンでかつ高カロリーな燃料用熱分解ガスを得るためのバイオマス分解ガス洗浄装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバイオマス分解ガス洗浄装置は、バイオマスを炭化熱分解して生成した分解ガスを通過させ、該分解ガス中のタール分およびダストを捕捉するための充填材を充填したトラップ部を有し、該トラップ部に溶媒を流下させて前記タール分およびダストを該溶媒に直接接触させて溶解させるとともに、該溶媒にタール分およびダストが溶解した粘性溶液を熱交換器を介して循環させる循環系を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
以下、本発明の作用を説明する。バイオマスを熱分解すると、次の化学反応式（１）〜（６）に示すような種々の反応の組み合せにより、ＣＯ、ＣＯ２およびＨ２などのガスが発生する。
【００１０】
Ｃ＋Ｏ２⇔ＣＯ２ ………（１）
Ｃ＋ＣＯ２⇔２ＣＯ ………（２）
２Ｃ＋Ｏ２⇔２ＣＯ ………（３）
Ｃ＋２Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋２Ｈ２ ………（４）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ＋Ｈ２ ………（５）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２ ………（６）
【００１１】
上記化学式は、必ずしも一方向に進行するとは限らず、水分、温度、燃料種、滞留時間等の複雑な要素が絡み合う。しかし、ガス中のＨ２Ｏの存在が、極めて重要であることを示している。
【００１２】
したがって、バイオマスの処理工程を乾燥工程と炭化熱分解工程とに分けると、炭化熱分解工程ではＨ２Ｏが関与することが極小になって、生成ガス中の水素の生成が阻害されるため、高カロリーのガスを得られなくなる恐れがある。
【００１３】
炭化熱分解工程では、熱分解は１５０℃近辺で始まり、炭化水素を主成分とするガス、タールおよびチャーなどが生成され、３００℃付近で急激に熱分解が始まる。タールは冷却すると高粘度の液体となり粘着性を持つことから、一般にはそのガスをガスタービンやガスエンジンの燃料とすることができないため、ガス洗浄が必要である。
【００１４】
本発明者らは、以下の知見に基づいて、バイオマスの熱分解ガス中のタール分を低減する技術を開発した。この炭化熱分解工程から排出されたタール分が含有されている熱分解ガスは、タール分を構成する高分子物質がベーパーとなっている時点で、炭化熱分解中に蒸気賦活することによって炉内から発生するガス中のタール分を極力抑え、かつ、高カロリーガスを取り出すことが可能である。
【００１５】
しかしながら、少しのタールであっても、後流の機器へ流れると、累積して機器の運転が困難となる。そこで、タール分を効率的な洗浄によって洗い落とし、分解生成ガスをクリーン化して高効率機関へクリーンで高カロリーなガスを燃料として供給できるように構成したものである。
【００１６】
すなわち、軽質分解溶剤（軽油または灯油、あるいは、温度レベルに応じてベンゼン、トルエン、キシレン等を適宜選択する。）を使用した溶媒を用い、タールなどを洗浄装置内のトラップ部に充填した充填材に付着させ、循環ポンプによって溶媒が洗浄装置を循環してトラップしたタールやダストが洗い落とされ、分解ガスをクリーン化する。
【００１７】
洗浄溶剤はある一定期間を経過すると、生成ガス中のダストおよび洗い落とされたタールによって、洗浄能力が低下、かつ、炭化熱分解時の生成水も加わり、洗浄装置内の液面が上昇する。洗浄装置出口側のバルブの開閉によって一定液面を維持し、かつ、溶剤を補給することにって、ガスタービン等の高効率熱機関へクリーンな熱分解ガスを供給できる。
【００１８】
洗浄装置から排出される「タール＋溶剤＋ダスト＋水」は、ボイラないし焼却炉で焼却処理する。できれば、バイオマスの熱分解で生成したチャーを燃料とするボイラで混焼処理することが望ましい。
【００１９】
これにより、従来不可能とされたバイオマス熱分解ガスを、ガスタービンなどの高効率機関に適用することを可能とし、高効率発電を実施することが可能となった。なお、本発明の洗浄装置は、従来のタール分を含んだ熱分解ガスに適用できるばかりでなく、本発明者らが開発したタール分を低減した熱分解ガスに対しても、もちろん有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、バイオマス分解ガス４を、トラップ部２を通過させてガス中のタール分およびダストを充填材にトラップさせて溶媒に溶かし込み、分解ガス４をクリーンに洗浄するとともに、このタール分やダストを溶解した粘性溶液６を熱交換器８を介して循環させて、装置内を適温に維持するようにした。また、粘性溶液６の液面をセンサ１１で監視し、粘性溶液６が増えた場合は、制御器１２の指令によりバルブ１３を開いて排出する。
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本発明のバイオマス分解ガス洗浄装置の一構成例を示す。図１において、ケーシング１内のトラップ部２に、溶媒３が充填されている。溶媒３は循環ポンプを介してケーシング内を循環し、トラップ部２の上方から供給される。
【００２２】
溶媒３は、軽油、灯油、ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤を、温度条件などに応じて任意に選択する。また、トラップ部２の構造は、ハニカム等の格子状のものを多層に組み合わせて形成する。
【００２３】
炭化熱分解工程を経て生成されたバイオマスの分解ガス４は、冷却されない状態でトラップ部２の下方に送給され、トラップ部２を通過する際、ガス中のタール分やダストがトラップされ、また、ダーティーガスが溶媒３と効率的に接触して溶解され洗い落とされる。
【００２４】
溶媒３によってタール分やダストが洗い落とされたクリーンな分解ガスは、上方のガス取出口５から取り出される。一方、ガス中のタール分やダストを溶解した溶剤３は、粘性溶液６となってケーシング１の下部に溜まる。
【００２５】
ケーシング１の粘性溶液６は必要に応じて循環ポンプ７を作動させ、排出したり装置内を循環させたりする。すなわち、装置内の温度を任意に維持するため、循環させる粘性溶液6を熱交換器８に通し、冷却水９で少なくとも溶媒が沸騰しない温度以下に冷却し、バルブ１０を開いて装置内を循環させる。
【００２６】
また、ケーシング１内に溜まる粘性溶液が増加した場合、上昇した液面をセンサ１１が検知すると、制御器１２の指令によってバルブ１３を開いて装置外へ排出する。この排出された粘性溶液は発電システムなどのボイラ等の燃料として利用できる。
【００２７】
以上のように、炭化熱分解工程で生成したバイオマス分解ガスは、本実施形態の洗浄装置でタール分やダストを除去され、クリーンで高カロリーな燃料として、ガスタービン等の高効率熱機関に有効に用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上述のとおり本発明によれば、バイオマスの炭化熱分解工程で生成したバイオマス分解ガス中に含まれるタール分やダストを、溶剤に溶かしこんで除去するため、ガスタービンなどの高効率機関に燃料として有効利用可能なクリーンな分解ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるバイオマス分解ガス洗浄装置の一実施形態の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ トラップ部
３ 溶媒
４ バイオマス分解ガス
５ 取出口
６ 粘性溶液
７ 循環ポンプ
８ 熱交換器
９ 冷却水
１０ バルブ
１１ センサ
１２ 制御器
１３ バルブ
Claims (3)
- バイオマスを炭化熱分解して生成した分解ガスを通過させ、該分解ガス中のタール分およびダストを捕捉するための充填材を充填したトラップ部を有し、該トラップ部に溶媒を流下させて前記タール分およびダストを該溶媒に直接接触させて溶解させるとともに、該溶媒にタール分およびダストが溶解した粘性溶液を熱交換器を介して循環させる循環系を備えたことを特徴とするバイオマス分解ガス洗浄装置。
- 前記粘性溶液を溜める貯留部を有し、該貯留部の該粘性溶液面を検知するセンサを備え、該センサの検知した粘性溶液面の位置によって、該粘性溶液を系外へ排出することを特徴とする請求項１に記載のバイオマス分解ガス洗浄装置。
- 前記溶媒は、軽油または灯油、あるいは、ベンゼン、トルエン、キシレンのうちいずれかの溶剤を含むことを特徴とする請求項１〜２のうちいずれか１項に記載のバイオマス分解ガス洗浄装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080061A JP3834250B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | バイオマス分解ガス洗浄装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002080061A JP3834250B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | バイオマス分解ガス洗浄装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003277773A JP2003277773A (ja) | 2003-10-02 |
| JP3834250B2 true JP3834250B2 (ja) | 2006-10-18 |
Family
ID=29229247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002080061A Expired - Fee Related JP3834250B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | バイオマス分解ガス洗浄装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| WO2012092075A1 (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-05 | Conocophillips Company | Absorption and quench method for biomass pyrolysis product |
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2002
- 2002-03-22 JP JP2002080061A patent/JP3834250B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2003277773A (ja) | 2003-10-02 |
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