JP4124627B2

JP4124627B2 - 液体燃料合成システム

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Publication number: JP4124627B2
Application number: JP2002276143A
Authority: JP
Inventors: 慶松岡; 敬久三好; 由貴岩楯; 香織佐々木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2003171675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料合成システムに関し、特に、各種廃棄物や固体燃料等を原料として、メタノール、ジメチルエーテル等の液体燃料の合成を行うのに適した液体燃料合成システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や資源枯渇、化石燃料削減等の要請から、有機性廃棄物を原料とした液体燃料合成技術の実用化が期待されている。
従来から、廃棄物を原料とする液体燃料合成には、直接油化するプロセスと、一度廃棄物をガス化させて水素、一酸化炭素等を主体とする生成ガス（合成ガス）を得て、これを原料として液体燃料合成を行うプロセスとがある。ここで、ガス化によるプロセスの場合は、原料となる廃棄物を空気によって部分燃焼させてガス化に必要な熱量を賄う。このようなガス化によるプロセスは、一度生成ガスを経てからこれを精製して液体燃料を得るため、純度の高い、高品質の液体燃料が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のガス化による液体燃料合成の場合、生成ガス中に二酸化炭素を主体とする燃焼ガスが混合し、ガスの発熱量が低下してしまい、液体燃料合成の原料として必ずしも適さないものとなるという問題があった。また部分燃焼に空気を用いるので、窒素、アルゴン等の不活性ガスの濃度が高くなり、液体燃料の収率が低くなるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、廃棄物や固体燃料等を原料として高効率で液体燃料を製造することを可能とする液体燃料合成システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による液体燃料合成システムは、例えば図１、図２に示すように、高温の流動媒体ｃ１を内部で流動させ、第１の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室流動床内で被処理物ａをガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスｂを発生するガス化室１と；高温の流動媒体ｃ２を内部で流動させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床を形成し、ガス化室１でのガス化に伴い発生するチャーｈを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ流動媒体ｃ２を加熱するチャー燃焼室２と；ガス化室１で発生した生成ガスｂを用いて液体燃料を合成する合成装置２００とを備え；ガス化室１とチャー燃焼室２とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第１の仕切壁１５により仕切られ、第１の仕切壁１５の下部にはガス化室１とチャー燃焼室２とを連通する連通口２５であって、該連通口２５の上端の高さは前記第１の界面および第２の界面以下である連通口２５が形成され、連通口２５を通じて、チャー燃焼室２側からガス化室１側へチャー燃焼室２で加熱された流動媒体ｃ２を移動させるように構成されている。
【０００６】
ここで被処理物は、例えば廃棄物または固体燃料である。合成される液体燃料は、例えばメタノール、ジメチルエーテル等の含酸素燃料や、ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素燃料である。
【０００７】
このように構成すると、高温の流動媒体を内部で流動させるガス化室を備えるので、被処理物をガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスｂを発生することができ、高温の流動媒体を内部で流動させチャーを燃焼させるチャー燃焼室を備えるので、流動媒体を加熱することができ、発生した生成ガスを用いる合成装置を備えるので液体燃料を合成することができ、第１の仕切壁を有するのでガス化室とチャー燃焼室とはそれぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないよう仕切ることができ、第１の仕切壁の下部にはガス化室とチャー燃焼室とを連通する連通口が形成されているので、連通口を通じてチャー燃焼室側からガス化室側へチャー燃焼室で加熱された流動媒体を移動させることができる。
【０００８】
この構成によれば、典型的には、ガス化室で発生した生成ガスと、ガス化室でガス化に伴い発生するチャーの燃焼によってチャー燃焼室で発生した燃焼ガスとが混ざらないため、高カロリーの液体燃料合成に適した生成ガスが得られる。
【０００９】
請求項１に記載の液体燃料合成システムでは、さらに、ガス化室１には前記流動床を流動化する流動化ガスｇ１を供給するように構成されていてもよい。
また、液体燃料合成システムでは、さらに、ガス化室１には前記流動床を流動化する流動化ガスｇ１を供給するように構成され、流動化ガスｇ１は、水蒸気、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス及び生成ガスｂからなるグループから選択された１のガス、または前記グループから選択された２以上のガスの混合物を主成分とするようにしてもよい。
このように構成すると、流動化ガスとして空気を使用しないようにすることが可能となり、流動化ガスは実質的に窒素ガス及び酸素ガスが含まれないガスとすることができる。
【００１０】
請求項１に記載の液体燃料合成システムでは、さらに、流動化ガスｇ１として、水蒸気を主に用い、前記水蒸気に、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスのうちいずれか１種以上のガスを混合して用いるように構成され；生成ガスの組成を測定するガス成分測定装置と；前記水蒸気への前記１種以上のガスの添加量を前記ガス成分測定装置の測定結果に基づき調整する調整装置とをさらに備えるようにしてもよい。
【００１１】
このように構成すると、流動化ガスとして空気を使用しないようにすることが可能となり、流動化ガスは実質的に窒素ガス及び酸素ガスが含まれないガスとすることができる。
【００１２】
また、ガス成分測定装置を備えるので、生成ガスの組成を測定することができ、調整装置を備えるので、ガス化室１の流動化ガスｇ１の成分をガス成分測定装置の測定結果に基づき調整することができ、すなわちガス化室１の流動化ガスｇ１の成分を、ガスの添加量をガス成分測定装置の測定結果に基づき調整することにより調整でき、生成ガスｂ中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比を、所定の値に保つことが可能となる。
【００１３】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の液体燃料合成システムでは、前記調整装置は、生成ガスｂ中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が２〜５となるように調整するように設定してもよい。
【００１４】
このように構成すると、水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が２〜５となるように調整するように設定するので、液体燃料としてメタノールを合成するのに適する。
【００１５】
また請求項３に記載のように、請求項１に記載の液体燃料合成システムでは、前記調整装置は、生成ガスｂ中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が０．７〜２となるように調整するように設定してもよい。
【００１６】
このように構成すると、水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が０．７〜２となるように調整するように設定するので、液体燃料としてジメチルエーテルを合成するのに適する。
【００１７】
また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体燃料合成システムでは、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスのうち１以上のガスを余剰ガスとして発生し、前記余剰ガスをガス化室１の流動化ガスｇ１として用いるように構成してもよい。
【００１８】
また請求項５に記載のように、（例えば図２参照）請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体燃料合成システムでは、チャー燃焼室２に接して設けられた熱回収室３を備え；チャー燃焼室２と熱回収室３との間にはチャー燃焼室流動床の流動層部を仕切る第２の仕切壁１２が設けられ、第２の仕切壁１２の下部には開口部２２が形成され、チャー燃焼室２の流動媒体は第２の仕切壁１２の上部から熱回収室３に流入し、開口部２２を通じてチャー燃焼室２に戻る循環流が形成されるように構成してもよい。
【００１９】
熱回収室を有するので、チャーの燃焼によって発生した熱量の一部を例えば蒸気として回収することができる。またガス化室とチャー燃焼室の熱バランスをとることができる。
【００２０】
さらに、例えば図４に示すように、以上の液体燃料合成システムでは、統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２において発生する燃焼ガスｅから熱回収を行う廃熱ボイラ１１１を有し、廃熱ボイラ１１１および／または統合型ガス化炉１０１の熱回収室３において発生した蒸気３２２、３２５の一部または全部を、統合型ガス化炉１０１からの生成ガスｂを原料とした液体燃料合成工程２００における熱源の一部または全部として利用するように構成してもよい。
【００２１】
また、統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２からの燃焼ガスｅから熱回収を行う廃熱ボイラ１１１を有し、廃熱ボイラ１１１および／または前記統合型ガス化炉１０１の熱回収室３において発生した蒸気の一部または全部を用いて蒸気タービン１１３による発電を行い、得られた電力を統合型ガス化炉１０１からの生成ガスｂを原料とした液体燃料合成装置２００に必要な電力の一部または全部として利用するようにしてもよい。
【００２２】
また、統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２からの燃焼ガスｅから熱回収を行う廃熱ボイラ１１１を有し、廃熱ボイラ１１１および／または統合型ガス化炉１０１の熱回収室３において発生した蒸気３２２、３２５の一部または全部を用いて蒸気タービン１１３による発電を行い、得られた電力を統合型ガス化炉１０１からの生成ガスｂを原料とした液体燃料合成装置２００に必要な電力の一部または全部として利用するとともに、蒸気タービン１１３からの抽気蒸気３２７を、液体燃料合成装置２００における熱源の一部または全部として利用するようにしてもよい。
【００２３】
また請求項６に記載のように、（例えば図５参照）請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体燃料合成システムでは、ガス化室１と合成装置４００との間に、生成ガスｂを洗浄するガス洗浄装置１０３を備えてもよい。
【００２４】
このように構成すると、ガス洗浄装置１０３を備えるので、ガス化室１を出た生成ガスｂをガス洗浄装置１０３で洗浄し、生成ガスｂから液体燃料合成反応に有害な成分（例えば塩化水素や硫化水素などの酸性ガス）、ダスト分ｆ等を除去することができる。
【００２５】
また請求項７に記載のように、（例えば図５参照）請求項６に記載の液体燃料合成システムでは、調整装置１１５は、生成ガスｂを洗浄した後の高温洗浄液１１６を洗浄装置１０３から導入し、高温洗浄液１１６を熱源として用いて、前記１種以上のガスを加湿するよう構成された、液体燃料合成システムとしてもよい。
【００２６】
このように構成すると、調整装置１１５を備えるので、生成ガスｂを洗浄した後の高温洗浄液１１６を洗浄装置１０３から導入し、高温洗浄液１１６を熱源として用いて、水素、炭化水素、二酸化炭素のうちいずれか１種以上のガスを加湿することができる。よって、加湿した１種以上のガスを水蒸気に添加し、当該水蒸気を流動化ガスｇ１としてガス化室１へ供給することができ、ガス化原料の顕熱を無駄にすることなく利用することができる。
例えば、水素ガス、炭化水素ガス、二酸化炭素ガスを含む、合成装置４００からのパージガス５０７ａを、調整装置１１５に導入し、洗浄装置１０３からの高温洗浄液１１６と接触させることで、パージガス５０７ａを加湿するようにしてもよい。加湿したパージガス５０７ａを水蒸気に混合し、当該水蒸気を流動化ガスｇ１としてガス化室１に供給することができる。パージガス５０７ａの加湿源として高温の生成ガスｂを洗浄することで高温化した洗浄液１１６を用いることで、ガス化原料の顕熱を無駄にすることなく利用することができる。
調整装置１１５へ導入するパージガス５０７ａの量を調整することで、水蒸気へ添加する水素ガス、炭化水素ガス、二酸化炭素ガスの添加量を調整することができ、合成装置４００に適したＨ_２／ＣＯモル比に近い生成ガスｂを得るのに適した流動化ガスｇ１とすることが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
図１は、本発明による第１の実施の形態である液体燃料合成システムとしてのメタノール合成システムのフローチャートである。これは本発明の基本的な実施の形態であり、廃棄物または固体燃料をガス化する流動床式の統合型ガス化炉１０１と、ガス化炉１０１において発生した生成ガスｂを利用した合成装置としてのメタノール合成装置２００を含んで構成されるシステムである。なお、ここでは液体燃料合成システムの一例としてメタノール合成システムについて説明するが、同様なシステムは、ガソリン、後述のジメチルエーテル等、他の液体燃料の合成に用いることもできる。
【００２８】
本実施の形態のメタノール合成システムは、生成ガス（以下適宜「合成ガス」ともいう）ｂを発生する統合型ガス化炉１０１、生成ガスを洗浄するガス洗浄装置１０３、洗浄されたガスについてＣＯ転化するＣＯ転化装置１０４、ＣＯ転化されたガスから硫黄分を除去する脱硫装置１０５、脱硫されたガスから炭酸ガスを分離する脱炭酸装置１０６が、生成ガスｂの流路に沿って、この順番で設置されている。さらに脱炭酸装置１０６の下流側には、脱炭酸されたガス３０１ａを圧縮するガス圧縮機１０７及び圧縮されたガス３０１ｂを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置２００が設置されている。なお、後述のように、ガス洗浄装置１０３、脱硫装置１０５、ＣＯ転化装置１０４の順に設置してもよい。
【００２９】
ガス圧縮機１０７としては遠心圧縮機が使用され、電動機１０８によって駆動される。ただし、取り扱うガス流量が比較的小さいときは、遠心圧縮機の代わりに往復動圧縮機を用いてもよい。圧縮機１０７の駆動機としては、電動機の代わりに他の種類の駆動機、特に蒸気タービンを用いてもよい。
【００３０】
統合型ガス化炉１０１には、ガス化室１から抜き出された流動媒体ｃ３と不燃物ｄを分級する分級装置１０２が設置されている。分級された後、流動媒体ｃ３はガス化室１に戻され、不燃物ｄは外部に取り出される。統合型ガス化炉１０１については、図２を参照して、またメタノール合成装置については、図３を参照して、後で詳細に説明する。
【００３１】
引き続き図１を参照して本装置の作用を説明する。メタノール合成は、天然ガスや石炭等の化石燃料を水蒸気改質または部分燃焼改質して得られる水素ガスＨ_２及び一酸化炭素ガスＣＯを主成分とする合成ガスを原料として行われるのが一般的である。したがって、廃棄物を原料とする場合でも、化石燃料を原料とする場合と同様な性状の合成ガスを得ることができれば、容易にメタノール合成を行うことができる。
【００３２】
図中統合型ガス化炉１０１で発生した可燃性の生成ガス（合成ガス）には、通常は、ガス成分ｂの他にダスト分ｆが含まれる。このガスは、まずガス洗浄装置１０３において洗浄され、塩素分やダスト分ｆが除去される。天然ガスを原料とする場合と違って、特に廃棄物を原料とする場合には、塩素分やダスト分が含まれるため、この装置が必要となる。
【００３３】
次いで、ＣＯ転化装置１０４で、触媒を用いて下式で表されるＣＯシフト反応を行って、合成ガス中のＨ_２／ＣＯ比の調整を行う。
ＣＯ+Ｈ_２Ｏ←→Ｈ_２＋ＣＯ_２
メタノール合成の場合、Ｈ_２／ＣＯ比（モル比（以下同様））は量論的には２以上であることが望ましい。従って、最初の合成ガスの段階でＨ_２／ＣＯ比が２以上である場合には、この工程は必ずしも必要ではない。
【００３４】
さらに、次の脱硫装置１０５においてＨ_２Ｓガスを除去する。ここでは、硫黄分は０．１ｐｐｍ以下まで除去される。次に、脱炭酸装置１０６において余剰なＣＯ_２ガス３０２を除去する。統合型ガス化炉１０１から発生した最初の合成ガスのＨ_２／ＣＯ比が２以下で、前記のＣＯ転化装置におけるＣＯ転化工程によりＨ_２／ＣＯ比の調整を行う場合は、反応によりＣＯ_２が発生するため、これを脱炭酸装置１０６における脱炭酸工程において除去することが必要である。除去されたＣＯ_２ガス３０２は、大気放出してもよいが、液化炭酸ガスやドライアイスの形で固定して、再利用しても良い。
【００３５】
以上の工程で余剰な成分が除去された合成ガス３０１ａは、ガス圧縮機１０７による圧縮工程によりメタノール合成に必要な圧力まで圧縮されて、圧縮ガス３０１ｂとして、メタノール合成システム２００に供給される。
また、ガス圧縮機１０７による圧縮工程は、上記のＣＯ転化装置１０４におけるＣＯ転化工程、脱硫装置１０５における脱硫工程および脱炭酸装置１０６における脱炭酸工程の前に行ってもよい。これにより、ＣＯ転化工程、脱硫工程および脱炭酸工程を加圧下で行うことができ、その反応性を向上させることができる。
【００３６】
ここで図２の概念的断面図を参照して統合型ガス化炉１０１について説明する。本統合型ガス化炉１０１は、熱分解即ちガス化、チャー燃焼、熱回収の３つの機能をそれぞれ担当するガス化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３を備え、例えば全体が円筒形又は矩形を成した炉体内に収納されている。ガス化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３は仕切壁１１、１２、１３、１４、１５で分割されており、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成される。各室の流動床、即ちガス化室流動床、チャー燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動媒体を流動させるために、各室１、２、３の底である炉底には、流動媒体中に流動化ガスを吹き込む散気装置が設けられている。散気装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成され、該多孔板を広さ方向に区分して複数の部屋に分割されており、各室内の各部の空塔速度を変えるために、散気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変化させるように構成している。空塔速度が室の各部で相対的に異なるので各室内の流動媒体も室の各部で流動状態が異なり、そのため内部旋回流が形成される。また室の各部で流動状態が異なるところから、内部旋回流は、炉内の各室を循環する。図中、散気装置に示すハッチン付き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスの流速を示している。例えば２ｂで示す箇所の太い矢印は、２ａで示す箇所の細い矢印よりも流速が大きい。
【００３７】
ガス化室１とチャー燃焼室２の間は仕切壁１１及び仕切壁１５で仕切られ、チャー燃焼室２と熱回収室３の間は仕切壁１２で仕切られ、ガス化室１と熱回収室３の間は仕切壁１３で仕切られている（なお本図は、炉を平面的に展開して図示しているため、仕切壁１１はガス化室１とチャー燃焼室２の間にはないかのように、また仕切壁１３はガス化室１と熱回収室３の間にはないかのように示されている）。即ち、統合型ガス化炉１０１は、各室が別々の炉として構成されておらず、一つの炉として一体に構成されている。更に、チャー燃焼室２のガス化室１と接する面の近傍には、流動媒体が下降するべく沈降チャー燃焼室４を設ける。即ち、チャー燃焼室２は沈降チャー燃焼室４と沈降チャー燃焼室４以外のチャー燃焼室本体部とに分かれる。このため、沈降チャー燃焼室４をチャー燃焼室２の他の部分（チャー燃焼室本体部）と仕切るための仕切壁１４が設けられている。また沈降チャー燃焼室４とガス化室１は、仕切壁１５で仕切られている。
【００３８】
ここで、流動床と界面について説明する。流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスにより流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくはねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。界面は、ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面ととらえてもよい。
【００３９】
また「流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。
【００４０】
ガス化室１とチャー燃焼室２の間の仕切壁１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に第２の開口部２１がある。但しこの開口部２１の上端が、ガス化室流動床界面、チャー燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上部にまで達することはない。さらに好ましくは、開口部２１の上端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、チャー燃焼室流動床の濃厚層の上面のいずれよりも上部にまで達することはないようにする。言い換えれば、開口部２１は、常に濃厚層に潜っているように構成するのが好ましい。即ち、ガス化室１とチャー燃焼室２とは、少なくともフリーボード部においては、さらに言えば界面より上方においては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方ではガスの流通がないように仕切壁により仕切られていることになる。
【００４１】
またチャー燃焼室２と熱回収室３の間の仕切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであり、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはなく、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのない開口２２がある。言い換えれば、チャー燃焼室２と熱回収室３の間は流動層部のみ仕切り壁１２で仕切られており、その仕切り壁１２の炉床面近傍には開口部２２を有し、チャー燃焼室２の流動媒体は仕切り壁１２の上部から熱回収室２に流入し、仕切り壁１２の炉床面近傍の開口部２２を通じて再びチャー燃焼室２に戻る循環流を有するように構成されている。
【００４２】
ガス化室１と熱回収室３の間の仕切壁１３は炉底から炉の天井にわたって完全に仕切っている。沈降チャー燃焼室４を設けるべくチャー燃焼室２内を仕切る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端は炉底に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関係は、仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降チャー燃焼室４とガス化室１を仕切る仕切壁１５は、仕切壁１１と同様であり、炉の天井から炉底に向かってほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に第１の開口部２５があり、この開口の上端が濃厚層の上面より下にある。即ち、第１の開口部２５と流動床の関係は、開口部２１と流動床の関係と同様である。
【００４３】
ガス化室１に投入された廃棄物または固体燃料ａは流動媒体ｃ１から熱を受け、熱分解、ガス化される。典型的には、廃棄物または燃料ａはガス化室１では燃焼せず、いわゆる乾留される。残った乾溜チャーｈは流動媒体ｃ１と共に仕切壁１１の下部にある開口部２１からチャー燃焼室２に流入する。このようにしてガス化室１から導入されたチャーｈはチャー燃焼室２で燃焼して流動媒体ｃ２を加熱する。チャー燃焼室２でチャーｈの燃焼熱によって加熱された流動媒体ｃ２は仕切壁１２の上端を越えて熱回収室３に流入し、熱回収室３内で界面よりも下方にあるように配設された層内伝熱管４１で収熱され、冷却された後、再び仕切壁１２の下部開口２２を通ってチャー燃焼室２に流入する。
【００４４】
ここで、熱回収室３は本発明の実施の形態であるガス供給装置において必須ではない。即ち、ガス化室１で主として揮発成分がガス化した後に残る主としてカーボンからなるチャーｈの量と、チャー燃焼室２で流動媒体ｃ２を加熱するのに必要とされるチャーの量がほぼ等しければ、流動媒体から熱を奪うことになる熱回収室３は不要である。また前記チャーの量の差が小さければ、例えば、ガス化室１でのガス化温度が高めになり、ガス化室１内でのチャー中のカーボンのガス化により、発生するＣＯガスの量が増えるという形で、自動的に熱バランス状態が保たれる。
【００４５】
しかしながら図２に示すように熱回収室３を備える場合は、チャーの発生量の大きい石炭から、ほとんどチャーを発生させない都市ゴミまで、幅広く多種類の廃棄物または燃料に対応することができる。即ち、どのような廃棄物または燃料であっても、熱回収室３における熱回収量を加減することにより、チャー燃焼室２の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体の温度を適切に保つことができる。
【００４６】
一方チャー燃焼室２で加熱された流動媒体ｃ２は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室４に流入し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５からガス化室１に流入する。
【００４７】
ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び移動について説明する。
ガス化室１の内部で沈降チャー燃焼室４との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降チャー燃焼室４の流動化と比べて強い流動化状態が維持される強流動化域１ｂになっている。全体としては投入された燃料と流動媒体の混合拡散が促進される様に、場所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良く、一例として図２に示したように強流動化域１ｂの他に弱流動化域１ａを設けて旋回流を形成させるようにする。
【００４８】
チャー燃焼室２は中央部に弱流動化域２ａ、周辺部に強流動化域２ｂを有し、流動媒体およびチャーが内部旋回流を形成している。ガス化室１、チャー燃焼室２内の強流動化域の流動化速度は５Umf以上、弱流動化域の流動化速度は５Umf以下とするのが好適であるが、弱流動化域と強流動化域に相対的な明確な差を設ければ、この範囲を超えても特に差し支えはない。チャー燃焼室２内の熱回収室３、および沈降チャー燃焼室４に接する部分には強流動化域２ｂを配するようにするのがよい。また必要に応じて炉底には弱流動化域側から強流動化域側に下るような勾配を設けるのが良い（不図示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化が開始される速度）を１Umfとした単位である。即ち、５Umfは最低流動化速度の５倍の速度である。
【００４９】
このように、チャー燃焼室２と熱回収室３との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室側の流動化状態を熱回収室３側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室２側から熱回収室３の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室３内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある下端（の開口２２）をくぐって熱回収室３側からチャー燃焼室２の側に移動する。
【００５０】
同様に、チャー燃焼室２の本体部と沈降チャー燃焼室４との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部側の流動化状態を沈降チャー燃焼室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室２本体部の側から沈降チャー燃焼室４の側に移動流入する。沈降チャー燃焼室４の側に流入した流動媒体は、沈降チャー燃焼室４内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口２５）をくぐって沈降チャー燃焼室４側からガス化室１側に移動する。なおここで、ガス化室１と沈降チャー燃焼室４との仕切壁１５近傍のガス化室１側の流動化状態は沈降チャー燃焼室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。これにより流動媒体の沈降チャー燃焼室４からガス化室１への移動を誘引作用により助ける。
【００５１】
同様に、ガス化室１とチャー燃焼室２との間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室２側の流動化状態はガス化室１側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面よりも下方にある（濃厚層に潜った）開口２１を通してチャー燃焼室２の側に流入する。
【００５２】
熱回収室３は全体が均等に流動化され、通常は最大でも熱回収室に接したチャー燃焼室２の流動化状態より弱い流動化状態となるように維持される。従って、熱回収室３の流動化ガスの空塔速度は０〜３Umf、または０〜３Umf程度の間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら沈降流動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化ガスが止まった状態である。このような状態にすれば、熱回収室３での熱回収を最小にすることができる。すなわち、熱回収室３は流動媒体の流動化状態を変化させることによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調節することができる。また、熱回収室３では、流動化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置くこともできるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を調節してもよい。
【００５３】
廃棄物または燃料中に含まれる比較的大きな不燃物はガス化室１の炉底に設けた不燃物排出口３３から排出する。また、各室の炉底面は水平でも良いが、流動媒体の流れの滞留部を作らないようにするために、炉底近傍の流動媒体の流れに従って、炉底を傾斜させても良い。なお、不燃物排出口３３は、ガス化室１の炉底だけでなく、チャー燃焼室２あるいは熱回収室３の炉底に設けてもよい。
【００５４】
ガス化室１の流動化ガスとして最も好ましいのは生成ガスｂを昇圧してリサイクル使用することである。このようにすればガス化室１から出るガスは純粋に燃料から発生したガスのみとなり、非常に高品質のガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気、炭酸ガス（ＣＯ_２）あるいはチャー燃焼室２から得られる燃焼排ガス等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸素ガス）を用いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒体の層温が低下する場合は、必要に応じて高温の燃焼排ガス、例えば熱分解温度より温度の高い燃焼排ガスを供給するか、あるいは無酸素ガスに加えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供給して生成ガスの一部を燃焼させ、層温を維持できるようにしても良い。チャー燃焼室２に供給する流動化ガスは、チャー燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と水蒸気の混合ガスを供給する。燃料ａの発熱量（カロリー）が低い場合は、混合ガス中の酸素割合を多くする方が好ましく、純酸素をそのまま供給してもよい。また熱回収室３に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用いる。
【００５５】
ガス化室１とチャー燃焼室２の流動床の上面（スプラッシュゾーンの上面）より上方の部分すなわちフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部は完全に仕切壁で仕切られているので、チャー燃焼室２とガス化室１のそれぞれのフリーボード部の圧力のバランスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス化室１とチャー燃焼室２とは、仕切壁１１、１５で仕切られているので、それぞれの室の圧力が変動しても、この圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開口２１、２５の上端に下降するまで吸収可能である。従って、層高差で吸収できるチャー燃焼室２とガス化室１のフリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕切壁１１、１５の下部の開口２１、２５の上端からの、ガス化室流動床のヘッドと、チャー燃焼室流動床のヘッドとのヘッド差にほぼ等しい。
【００５６】
以上説明した統合型ガス化炉１０１では、一つの流動床炉の内部に、ガス化室、チャー燃焼室、熱回収室の３つを、それぞれ隔壁を介して設け、更にチャー燃焼室とガス化室、チャー燃焼室と熱回収室はそれぞれ隣接して設けられている。この統合型ガス化炉１０１は、チャー燃焼室とガス化室間に大量の流動媒体循環を可能にしているので、流動媒体の顕熱だけでガス化のための熱量を充分に供給できる。
【００５７】
さらに以上の統合型ガス化炉では、チャー燃焼ガスと生成ガスの間のシールが完全にされるので、ガス化室とチャー燃焼室の圧力バランス制御がうまくなされ、燃焼ガスと生成ガスが混ざることがなく、生成ガスの性状を低下させることもない。
【００５８】
また、熱媒体としての流動媒体ｃ１とチャーｈはガス化室１側からチャー燃焼室２側に流入するようになっており、さらに同量の流動媒体ｃ２がチャー燃焼室２側からガス化室１側に戻るように構成されているので、自然にマスバランスがとれ、流動媒体をチャー燃焼室２側からガス化室１側に戻すために、コンベヤ等を用いて機械的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンドリングの困難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。
【００５９】
以上説明した統合型ガス化炉１０１を、本発明の第１の実施の形態であるメタノール合成システムに利用する場合の具体的運転について説明する。統合型ガス化炉１０１のガス化室１に供給された廃棄物または燃料ａは、熱分解により可燃性ガスｂ、チャーｈ、灰分ｆに分解される。ここで、前記の廃棄物または燃料ａとしては、廃プラスチック、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、木質系廃棄物、一般廃棄物ＲＤＦ、石炭、重質油、タール等、ある程度の高発熱量を有する有機性廃棄物または燃料であることが望ましい。
【００６０】
ガス化室１における熱分解によって生成したチャーｈのうち、粒子径が大きく可燃性ガスに同伴されないものは、流動媒体ｃ１とともにチャー燃焼室２に移送される。チャー燃焼室２では、流動化ガスｇ２として空気や、酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスを用い、チャーｈを完全燃焼させる。チャーｈの燃焼によって発生した熱量の一部は、ガス化室１へ循環して戻される流動媒体ｃ２の顕熱としてガス化室１に供給され、ガス化室１における熱分解に必要な熱量として用いられる。
【００６１】
この方法によれば、ガス化室１で廃棄物または固体燃料ａの熱分解によって発生した可燃性ガスｂすなわち生成ガスと、チャー燃焼室２でチャーｈの燃焼によって発生した燃焼ガスｅが混ざらないため、高カロリーの、液体燃料合成に適した生成ガスが得られる。
【００６２】
特に、ガス化室１の流動化ガスｇ１に空気または酸素ガスを全く含まないようにして、熱分解に必要な熱量の全量をチャー燃焼室２でのチャーｈの燃焼によって発生した熱量を流動媒体の顕熱を介して供給するように構成することにより、ガス化室１において部分燃焼を全くさせることなく、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等の燃焼ガス濃度の非常に低い、高カロリーの生成ガスを得ることができる。
【００６３】
またこのように、液体燃料合成においては、原料となるガス中の窒素、アルゴン等の不活性ガス濃度を低く保つことが、液体燃料収率の向上のために重要である。したがって、ガス化室１の流動化ガスｇ１に、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを全く含まないように構成することにより、生成ガスｂ中の窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス濃度を、廃棄物または固体燃料ａに含まれる窒素分、アルゴン分に起因する濃度まで低減することができる。
【００６４】
一般の部分燃焼式ガス化炉の場合は、生成ガスに窒素を混入させないためには、酸化剤として純酸素を供給する必要があったが、本発明の実施の形態に用いる統合型ガス化炉１０１を用いた場合、チャー燃焼室２における酸化剤として空気を用いても、生成ガスｂ側に空気中の窒素が混ざらないため、酸素製造動力の削減と、生成ガスｂ中の窒素ガス濃度低減を両立させることができ、特に効果的である。
【００６５】
以上のように、液体燃料合成においては最終製品としての液体燃料の種類に応じて、適切な生成ガス中のＨ_２／ＣＯ比が存在する。したがって、第１の実施の形態では、対象とする廃棄物または固体燃料のＣ／Ｈ比が、製品としての液体燃料に適した比ではないものに対処するため、後段にＣＯ転化装置１０４を設けた。これにより、生成ガスのＨ_２／ＣＯ比を所定の値とすることができる。
【００６６】
第１の実施の形態の変形例として、統合型ガス化炉１０１のガス化室１の流動化ガスｇ１の全部または一部として、水素ガスまたはメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスまたは炭酸ガスを用いるようにすれば、生成ガスのＨ_２／ＣＯ比を、目的とする液体燃料の合成に最適な値とすることができる。このＨ_２／ＣＯ比の値は、メタノール合成の場合は２以上、ジメチルエーテル合成の場合は１以上にとることが望ましい。
【００６７】
この場合、前記水素ガスまたはメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスまたは炭酸ガスは、前記生成ガスｂを原料とした、液体燃料合成装置２００における液体燃料合成工程において発生する余剰ガスをリサイクルして使用してもよい。
【００６８】
また、ガス化室１に供給する流動化ガスｇ１の全部又は一部として、水蒸気、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス及び生成ガスｂからなるグループから選択された１のガス、または前記グループから選択された２以上のガスの混合物を主成分とするようにすると、流動化ガスとして空気を使用しないようにすることが可能となり、流動化ガスは実質的に窒素ガス及び酸素ガスが含まれないガスとすることができる。この場合、主成分とするとは、例えば、特に酸素を実質的に含まないこと、空気を実質的に含まないことをいう。また特に、窒素、アルゴン等の不活性ガスを実質的に含まないことをいう。実質的に含まないとは、漏れ込み等により不純物程度に含む場合を除く意味である。炭化水素ガスは、例えば、メタン、エタン、プロパン等である。これらのガスを用いるときは、生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比を、所定の値に保つことができる。
【００６９】
生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比を調整する上では、図１における精製後のガス３０１ａの組成を不図示のガス成分測定装置によって測定し、その結果に基いて流動化ガスｇ１への水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス等の添加量を調整するとよい。
なお、ガス成分測定装置による測定箇所は、ガス化炉１０１の後段から液体燃料装置２００の前段までの間のいずれの箇所であってもよい。
【００７０】
図１に示す実施の形態では、流動化ガスｇ１としては、主として水蒸気を用いるものとしている。その水蒸気供給ラインには、調整装置１０９からのラインが合流するように接続されている。前記不図示のガス成分測定装置からの信号を受信する調整装置１０９には、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスのラインがそれぞれ接続されており、該信号に応じて水蒸気への水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスの添加量を調整し、流動化ガスｇ１の成分を調整することができるようになっている。また、脱炭酸装置１０６からのＣＯ_２ガス３０２、もしくは、水素、一酸化炭素、炭化水素を主成分とするメタノール合成塔装置からのパージガス３０７ａを調整装置１０９に供給して蒸気と混合してガス化室１の流動化ガスとして利用しても良い。このようにすることで、原料から発生した水素、一酸化炭素、炭化水素、炭酸ガスを流動化ガスに利用でき、無駄なく有効に利用できる。メタノール合成塔装置からのパージガス３０７ａは、水素、一酸化炭素、炭化水素、二酸化炭素を主成分とするものであってもよい。
【００７１】
ここで図３のフローチャートを参照して、合成装置としてのメタノール合成装置２００の一例を説明する。この合成装置は、断熱クエンチ型反応装置である。ガス圧縮機１０７により、メタノール合成反応圧力まで昇圧されたガス３０１ａは、メタノール合成装置２００に送り込まれる。合成装置２００に送られた圧縮ガス３０１ｂは未反応循環ガス３０７ｂと合流し、循環機２０２の吸い込み側に供給される。循環機２０２としては遠心ブロワが用いられる。
【００７２】
断熱クエンチ型反応装置では、合成ガスを反応に必要な温度まで、熱回収器２０３で予熱した後、全原料合成ガス量の４０〜６０％のガス３０３をメタノール合成塔２０１内の第１触媒層へ供給する。残りのガス３０４はクエンチガスとして、第２触媒層以下の触媒層の温度を適正な温度に制御するため、各触媒層問へ供給され、上部触媒層を通過してきたガスと均一に混合される。これにより触媒層での断熱反応により上昇した反応ガスの温度を低下させ、次の触媒層の温度は適正に制御される。熱回収器２０３としては、熱交換器が用いられる。
【００７３】
メタノール合成塔２０１の出口ガス３０５の保有熱は、熱回収器２０３において、合成塔２０１へ供給する原料合成ガス３０３、３０４の予熱や、後述の蒸留工程で使用する低圧スチームの発生等により熱回収され、冷却される。この冷却されたガス３０６は、高圧分離器２０４で、粗メタノール３０８と未反応ガス３０７に分離される。未反応ガス３０７中に蓄積されるメタン、窒素等の不活性成分の濃度を一定レベルに抑えるため、一定量のガスがパージガス３０７ａとして抜き出される。残りのガス３０７ｂは循環ガスとして、前述のように圧縮工程から送られてきた合成ガス３０１ｂと一緒に循環機２０２で圧縮され、熱回収器２０３で予熱された後、メタノール合成塔２０１へ供給される。なお、未反応ガス３０７は、メタノール合成塔２０１に供給される水素、一酸化炭素、炭化水素を主成分とするガスである。
【００７４】
分離された粗メタノール３０８は蒸留塔２０５で蒸留工程に供される。粗メタノール３０８は、蒸留工程を経て製品メタノール３０９に精製される。蒸留塔２０５は、不図示であるが初留塔と精留塔の２塔からなる。初留塔はほぼ常圧で運転され、粗メタノールからギ酸メチル、ジメチルエーテル、アセトン等の低沸点成分３１０およびパラフィン類を留去する。精留塔は、ほぼ常圧または０．１ＭＰａ程度の加圧下で運転され、水および高級アルコール等の高沸点成分３１１を除去し、製品メタノール３０９が得られる。
【００７５】
メタノール合成塔２０１内では、一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスを、圧力５〜１０ＭＰａ、温度２００〜３００℃の条件下で、銅・亜鉛を主成分とする触媒上で反応させ、メタノールを合成する。この反応は発熱反応であり、大量の熱が発生する。この反応熱は、熱回収器２０３で前述のように回収され利用されるが、この反応熱は効率的に除去することが反応効率を高める上で有効であるため、熱回収のために不図示の供給管により熱回収器２０３にボイラ水を供給し、反応熱を中圧の２００℃前後の蒸気として熱回収を行ってもよい。
【００７６】
また、メタノール合成反応は平衡反応であるため、合成塔２０１を１回通過しただけでは収率はさほど高くないため、前述のように循環機（循環ブロア）２０２を用いて反応ガスを循環させることが行われる。この循環系からは、生成したメタノールと、反応に関与しない窒素・アルゴン等の不活性成分を常に抜き出す必要がある。不活性ガス成分は、パージガスとして系外に排出されるが、不活性ガス成分だけを反応系から取り除くことはできないため、循環ガスを一定量抜き出し、これに含まれる不活性ガス成分の量が投入した量と等しくなるようにすることで、反応系内の不活性ガス成分濃度を一定に保つ。
【００７７】
抜き出したパージガス３０７ａは、可燃性成分を多く含んでいるため、燃料として利用することが可能であるが、その抜き出し量が多い程、本来メタノール合成に用いるべき有効成分を抜き出してしまっていることになるので、メタノール収率が低下する。したがって、最初の合成ガスには不活性ガス成分はできるだけ含まれていない方が望ましい。
【００７８】
以上では、メタノールを例にとって合成ガスからの液体燃料合成プロセスについて説明したが、ガソリン、灯油、軽油、後述のジメチルエーテル等の他の種類の燃料であっても、触媒種や反応条件が一部異なるだけで、プロセスの基本的構成はほぼ同様である。
【００７９】
ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素燃料合成の場合は、鉄系触媒またはコバルト系触媒が用いられる。鉄系触媒の場合には、一般に２５０〜３５０℃、２．０〜４．０ＭＰａで反応が行われる。またコバルト系媒の場合には、２２０〜２５０℃、０．５〜２．０ＭＰａで反応が行われる。これは、フィッシャー・トロプシュ反応とよばれるもので、メタノール合成に比べるとやや圧力が低いが、温度条件はほぼ同等である。なおこのプロセスでは、ガソリン、灯油、軽油等の各種の炭化水素燃料が混合して得られるので、蒸留装置を多段とすることにより、ガソリン、灯油、軽油等を分離して得ることができる。
【００８０】
上記いずれのプロセスにおいても、その特性から、効率よく液体燃料合成を行うためには、以下が求められる。
まず第１に、合成ガスの発熱量が高いこと、即ち有効な成分であるＨ_２、ＣＯガスの濃度が高いことが必要である。これは余剰なガス成分、特にＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等の燃焼ガス成分を多く含まないことを意味し、部分燃焼ガス化の場合には部分燃焼割合をできるだけ下げることが特に重要である。
【００８１】
第２に、窒素、アルゴンなどの不活性ガス濃度はできるだけ低い方が望ましい。これらは液体燃料合成工程の前で除去することが困難であるため、反応系の循環ガスに同伴させてパージガスとして除去する。そのため、不活性ガスが多いと反応に有効な成分（Ｈ_２、ＣＯ等）を抜き出す量も多くなり、最終的な液体燃料の収率を低下させる原因となる。
【００８２】
以上の２点は、「反応に余剰なガス成分はできるだけ少ないことが良い」ことを意味している。これは、余剰なガス成分が少ないほど、生成ガスの圧縮動力を低減でき、プロセスのエネルギー効率を高めることができることからも重要である。
【００８３】
第３に、合成ガスのＨ_２／ＣＯ比が適正な値である必要がある。量論的には、メタノール合成の場合はＨ_２／ＣＯ＝２、ジメチルエーテル合成の場合はＨ_２／ＣＯ＝１であれば、最も反応効率が高くなる。Ｈ_２／ＣＯ比がこれより低い場合は、ＣＯ転化工程によりＨ_２／ＣＯ比を調整する必要があるが、これより高い場合には、ＣＯ転化工程は不要であり、コストダウンが可能である。
【００８４】
第４に、合成ガス中の塩素分、硫黄分、ダスト分などの不純物成分はできるだけ低いことが望ましい。これにより、洗浄工程、脱硫工程等のコストダウンを図ることができる。
【００８５】
以上に加えて、液体燃料合成反応は通常発熱反応であり中圧の蒸気が回収可能であること、また最終製品の蒸留工程では熱源として低圧の蒸気を必要とすることを考慮し、ガス化工程も含めたプロセス全体で最大限に熱利用を可能とするようにプロセスを構成することが、エネルギー効率を高める上で重要となる。
【００８６】
図４のフロ−チャートを参照して、システム内で熱利用を最大限に効率化することを目的とした、本発明の第２の実施の形態であるメタノール合成システムを説明する。第１の実施の形態と共通な部分については重複した説明を省略する。
【００８７】
本実施の形態のシステムは、燃焼室２から排出される燃焼ガスｅから熱を回収する廃熱ボイラ１１１と、廃熱ボイラ１１１で発生した水蒸気３２２、及び熱回収室３で発生した水蒸気３２５を貯留する高圧蒸気溜１１２を備える。この高圧蒸気の温度は、約３００℃〜５００℃、好ましくは４００℃程度であり、圧力は約３〜１０ＭＰａ、好ましくは４ＭＰａ程度である。廃熱ボイラ１１１には、不図示のボイラフィードポンプで加圧されたボイラ給水３２１が給水される。また熱回収室３の層内伝熱管４１には、不図示のボイラフィードポンプで加圧されたボイラ給水３２４が給水される。
【００８８】
本システムは、さらに高圧蒸気溜１１２からの高圧蒸気３２６を駆動源とする蒸気タービン１１３、蒸気タービン１１３により駆動されて発電する発電機１１４を備える。蒸気タービン１１３は抽気蒸気タービンであり、中間段から低圧蒸気３２７を抽気する。
【００８９】
発電機１１４による発電電力３３１は、生成ガス圧縮機１０７を駆動する電動機１０８に送られる。このように、電力３３１は、電動機１０８用の動力を主とする本プロセス内の所要動力をまかなう。
【００９０】
もちろん、蒸気タービン１１３の出力軸をガス圧縮機１０７の動力軸に直結して、蒸気タービン１１３によってガス圧縮を行ってもよい。しかしながら、廃棄物の投入量や液体燃料合成量は変動し得るが、これに対応するためには、発電機１１４と電動機１０８を用いる方が好ましい。即ち、発電装置１１４を有すれば、余剰電力を外部に送電する等の手法をとることができ、システム内の所要動力の変動に対応することが容易である。
【００９１】
蒸気タービン１１３からは低圧の１５０℃前後の蒸気を抽気し、これを液体燃料の蒸留工程における低温の熱源として利用する。蒸気タービン１１３による発電を行う場合、通常復水器における低温廃熱が大量に存在するため、このような低圧の蒸気を大量に抽気利用しても、発電効率はさほど低下せず、プロセス全体での熱効率向上に直接的な効果がある。
【００９２】
さらにメタノール合成装置（特に熱回収器２０３（図３参照））からは、２００℃前後の蒸気が回収できる。これは、約１．２〜１．６ＭＰａ、好ましくは１．５ＭＰａ前後の中圧蒸気として回収することで、統合型ガス化炉１０１のガス化室１における流動化ガスｇ１として用いるのが特にふさわしい。または、給水圧力を約３〜１０ＭＰａ、好ましくは４ＭＰａ程度に高めることで、２００℃前後の圧縮水として熱量を回収し、これを統合型ガス化炉１０１の熱回収室３、あるいは廃熱ボイラ１１１の一部に導入することでさらに加熱し、約３〜１０ＭＰａ、好ましくは４ＭＰａ程度の高圧蒸気として回収し、蒸気タービン１１３に供給することで、発電利用することもできる。
【００９３】
以上のように本実施の形態によれば、液体燃料合成工程で必要となる電力源あるいは熱源として、統合型ガス化炉１０１に設けた熱回収室３及び、チャー燃焼室２からの燃焼ガスｅから熱回収を行う廃熱ボイラ１１１において発生した蒸気３２２を利用することとしたものである。
【００９４】
前記のように、液体燃料合成は高圧下で行われるため、生成ガスｂの圧縮に多大な動力を必要とすることが多い。一方、燃料合成の最終工程では蒸留により不純物との分離を行うが、この蒸留工程では比較的低温、一般には１５０℃前後の低温の熱量を大量に必要とする。Ｈ_２、ＣＯを主体とする合成ガスからの液体燃料合成反応は一般に発熱反応であるため、反応装置を工夫することによりこの反応熱を蒸気として回収することが可能である。例えばメタノール合成の場合、反応は約２００〜３００℃で行われるため、２００℃前後の中圧蒸気が回収できる。これを前記の蒸留工程の熱源として利用するのはエネルギーのカスケード利用上好ましくない。第２の実施の形態は、以上のような問題を解決し、システム内で熱利用を最大限に効率化することを可能とする。
【００９５】
また、第２の実施の形態及び図４には示していないが、対象とする処理物の含水率が比較的高い場合には、低圧蒸気または中圧蒸気の一部を原料の乾燥源として用いることもできる。特に、エネルギーのカスケード利用の観点からは、乾燥熱源としては１５０℃程度の低圧蒸気が好ましい。前述したように、低圧蒸気の利用は復水器での低温廃熱を減らす効果があるため、発電効率はさほど低下しない。このように構成すると、原料水分の低下により冷ガス効率が向上するため、液体燃料の回収量を増大させることができる他、プロセス全体での熱効率向上にも効果がある。
【００９６】
図５に、本発明による第３の実施の形態である液体燃料合成システムとしてのジメチルエーテル合成システムのフローチャートを示す。本実施の形態では、廃棄物または固体燃料をガス化する統合型ガス化炉１０１と、ガス化炉１０１において発生した生成ガスｂを洗浄するガス洗浄装置１０３と、洗浄したガスを利用したＤＭＥ（ジメチルエーテル）合成装置４００と、ＤＭＥ合成装置４００からの余剰ガスとしてのパージガス５０７ａの少なくとも一部を、高温洗浄液１１６と接触させて加湿する調整装置としての加湿装置１１５と、を含んで構成されるシステムである。パージガス５０７ａは、水素、一酸化炭素、炭化水素、二酸化炭素を主成分とする
このシステムにおける流動化ガスｇ１は、図５に示す蒸気供給ライン１１８から供給される水蒸気のみであってもよく、あるいはパージガス５０７ａのみであってもよい。さらにこのシステムにおける流動化ガスｇ１は、蒸気供給ライン１１８から供給される水蒸気にパージガス５０７ａが添加されたものであってもよく、あるいは図５に示すように蒸気供給ライン１１８から供給される水蒸気に、加湿装置１１５で加湿された水蒸気を含むパージガス５０７ａが添加されたものであってもよい。
統合型ガス化炉１０１には、ガス化室１から抜き出された流動媒体ｃ３と不燃物ｄを分級する分級装置１０２が設置されている。なお、ここでは液体燃料合成システムの一例としてジメチルエーテル合成システムについて説明するが、同様なシステムは、前述のガソリン等、他の液体燃料の合成に用いることもできる。また、本実施の形態では、統合型ガス化炉１０１、分級装置１０２は、前述の第１の実施の形態と同一である。
【００９７】
本実施の形態のジメチルエーテル合成システムは、生成ガスｂを発生する統合型ガス化炉１０１、生成ガスｂを洗浄するガス洗浄装置１０３、洗浄されたガスから硫黄分を除去する脱硫装置１０５、脱硫されたガスについてＣＯ転化するＣＯ転化装置１０４が、生成ガスｂの流路に沿って、設置されている。さらに、ＣＯ転化されたガス５０１ａを圧縮するガス圧縮機１０７及び圧縮されたガス５０１ｂを用いてジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置４００が設置されている。
【００９８】
ジメチルエーテル合成装置４００から排出されるガスは、未反応の、水素、一酸化炭素、炭化水素と、反応生成物である炭酸ガスとを含んでいる。この排出ガスは、その一部が合成装置４００内で循環ガス５０７ｂとして利用される一方、残りはパージガス５０７ａとして加湿装置１１５に導かれる。加湿装置１１５においては、ガス洗浄装置１０３からの高温洗浄液１１６と接触し、パージガス５０７ａは加湿される。加湿されたガスはガス化剤として統合型ガス化炉１０１のガス化室１に供給される。加湿装置１１５において、高温洗浄液１１６はパージガス５０７ａに顕熱を奪われ冷却されて、低温洗浄液１１７となり、排出される。加湿装置１１５から排出された低温洗浄液１１７はガス洗浄装置１０３に戻される。
ここで、ガス洗浄装置１０３における熱収支を考える。高温の生成ガスｂは、ガス洗浄装置１０３に流入し、低温の洗浄液１１７と向流接触し、熱交換が行われ、生成ガスｂは冷却されて顕熱を失い、低温洗浄液１１７は加温されて顕熱を得る。すなわち、生成ガスｂの顕熱が洗浄液に移行する。高温洗浄液１１６の顕熱は、加湿装置１１５でパージガス５０７ａに回収され、高温化されたパージガス５０７ａは、流動化ガスｇ１としてガス化室１に送られる。すなわち、ガス洗浄装置１０３で生成ガスｂが失った顕熱は、洗浄液１１６、１１７とパージガス５０７ａを介してガス化室１で回収され、ガスの顕熱は有効に利用される。
【００９９】
統合型ガス化炉１０１のガス化室１に供給された原料ａは、該ガス化室１内で熱分解ガス化され、熱分解ガス化ガスとチヤーとを生成する。生成した生成ガスｂはガス洗浄装置１０３に導かれ、洗浄される。
【０１００】
図６に示すように、該ガス洗浄装置１０３の１例として、湿式洗浄塔１０３Ａがある。湿式洗浄塔１０３Ａは、ガス出口部１２３と、ミストセパレータ１２２と、充填層１２１と、集液器１２４と、沈降部１１８とを含んで構成される。
湿式洗浄を採用することにより、生成ガスｂと洗浄液１１７とを向流接触させ、生成ガスｂ中の塩化水素や硫化水素などの酸性ガスを吸収除去できる。したがって、洗浄液１１６には苛性ソーダなどのアルカリを混入したものを用いてもよく、洗浄液１１６が酸性ガスの吸収により酸性となることを防ぐことにより、機器の腐食を低減することも可能である。
【０１０１】
図に示した湿式洗浄塔１０３Ａは、塔上部から洗浄液１１７を、塔中間部から生成ガスｂを供給し、中央部の充填層１２１にて交流接触するものである。充填層１２１を通り、洗浄液１１７によって洗浄された生成ガスｂは、塔上部に設けられたミストセパレータ１２２にて、同伴するミストを除去され、塔最上部に設けられたガス出口部１２３から排出され次工程に送られる。生成ガスｂ中にダストｆ等の固形分が含まれる場合には、ダストｆ等の固形分は生成ガスｂが充填層１２１を通過する過程で洗浄液１１６側に移行し、生成ガスｂは、清浄なガスとなる。
【０１０２】
ガス化炉１０１から供給される生成ガスｂは、高温であるが、湿式洗浄塔１０３Ａにて低温の洗浄液１１７と接触することでその顕熱は洗浄液１１７に移行し、低温の低温洗浄液１１７は高温化し、高温洗浄液１１６となる。高温化した高温洗浄液１１６は、集液器１２４から塔下部の沈降部１１８に送られ、沈降部１１８で液中に含まれる固形分を沈殿分離され、分離された固形分は濃縮して塔下部から排出される。固形分の沈降分離においては液の上昇速度が遅いほど細かい粒子の分離が可能となるため、塔下部の沈降部１１８の径は広い方が望ましい。固形分を分離された洗浄液は、高温洗浄液１１６として加湿装置１１５に供給される。沈降部１１８に堰１１９Ａを設置し液オーバーフロー部１１９を設け、オーバーフローした清浄な洗浄液のみを高温洗浄液１１６として加湿装置１１５に供給することで、送液系の閉塞等のトラブルを回避することが可能である。
【０１０３】
図５に示すように、ガス洗浄装置１０３にて洗浄された生成ガスｂは、脱硫装置１０５に送られ、脱硫装置１０５にてガス洗浄装置１０３で除去されなかった硫黄化合物が除去され、ＣＯ転化装置１０４に送られる。
【０１０４】
ジメチルエーテル合成の場合、ガス中のＨ_２／ＣＯ比は、前述のように１以上であることが望ましいが、脱硫後のガス中のＨ_２／ＣＯ比をこの適正な値とするために、ＣＯ転化を行う。ＣＯ転化装置１０４では、生成ガスｂ中のＣＯと水蒸気との反応により、Ｈ_２とＣＯ_２に転化する。ＣＯ転化装置１０４を出たガスは、ガス圧縮機１０７により昇圧され、ＤＭＥ合成装置４００に供給される。
【０１０５】
ジメチルエーテル合成プロセスは大きくわけて２つの方法がある。１つは合成したメタノールの脱水反応によるものであり、この方法の場合、前述のメタノール合成方法と同じシステムに脱水触媒装置を付加したシステムとなる。反応条件もメタノール合成プロセスと同じ（温度２５０〜３００℃、圧力５〜１０ＭＰａ）である。もう１つの方法は、直接合成法であり、２５０〜２８０℃、３〜７ＭＰａの条件が適しており、特に２６０℃、５ＭＰａで高い選択性を示す。
【０１０６】
図７に、ジメチルエーテル合成プロセスの１つである直接合成法の場合のＤＭＥ合成装置４００の一例を示す。ＤＭＥ合成装置４００は、ＤＭＥ合成塔装置４０１、冷却装置４０２、気液分離器４０３、ＤＭＥ蒸留装置４０４、および循環機４０５（例えば遠心ブロア）を含んで構成される。この合成装置４００はスラリー床反応装置である。ガス圧縮機１０７によりジメチルエーテル合成圧力にまで昇圧されたガス５０１ｂは、ジメチルエーテル合成塔装置４０１の塔底部に送りこまれる。ジメチルエーテル合成塔装置４０１で反応した後のガスはジメチルエーテル合成塔装置４０１の塔最上部から全量、冷却装置４０２に送りこまれて冷却され、製品であるジメチルエーテルと副生成物であるメタノールは液化され、冷却装置４０２から気液分離装置４０３の最上部に送りこまれる。気液分離装置４０３において液成分である粗ジメチルエーテル５０８とガス成分に分離され、液成分は気液分離装置４０３の底部からジメチルエーテル蒸留装置４０４の中間部に送られる。ジメチルエーテル蒸留装置４０４では、製品であるジメチルエーテル５０９と、副生成物であるメタノール５１０、水とを蒸留により分離し、ジメチルエーテル５０９を最上部から、メタノール５１０や水を底部から、回収する。
【０１０７】
一方、気液分離装置４０３で分離されたガス成分の一部は循環機４０５によって循環され、循環ガス５０７ｂとしてガス圧縮機１０７で昇圧されたガス５０１ｂとともにジメチルエーテル合成塔装置４０１ヘ供給される。また、残りのガスはパージガス５０７ａとしてジメチルエーテル合成装置４００外へ送り出される。
【０１０８】
図５に示すように、送り出されたパージガス５０７ａの少なくとも一部は加湿装置１１５に導かれ、高温洗浄液１１６との接触により加湿される。パージガス５０７ａの一部を加湿装置１１５に導いてもよい。加湿装置１１５に導かれないパージガス５０７ａは系外に排出してもよい。加湿されたガスはガス化剤ｇ１として統合型ガス化炉１０１のガス化室１に供給される。すなわち、本実施の形態においては、ジメチルエーテル合成装置４００で未反応ガスとして液成分と分離回収されたガスのうち、統合型ガス化炉１０１にて原料をガス化するのに必要なガスを加湿装置１１５にて加湿した後に供給するものである。ジメチルエーテル合成用ガスとしてはＨ_２／ＣＯ比が１以上であることが望ましいが、生成ガスｂのＨ_２／ＣＯ比が１を超える場合には、ジメチルエーテル合成工程で生成するＣＯ_２を含んだ未反応ガスを加湿してガス化室１のガス化剤として用いることで生成ガスｂをＣＯリッチなガスとし、Ｈ_２／ＣＯ比を１に近づけることが可能である。最適な生成ガスｂ中のＨ２とＣＯのモル比となるように加湿装置１１５に供給されるパージガス５０７ａの量を調整することができる。ガス化炉１０１の後段からジメチルエーテル合成装置４００の前段までのいずれかの箇所にガス成分測定装置を設け、そのガス成分測定装置での測定結果に基づいてパージガス５０７ａの供給量を調整することができる。すなわち、加湿装置１１５は生成ガスのＨ_２／ＣＯモル比調整機能を有する。
【０１０９】
加湿装置１１５には、図６の洗浄装置と同様の充填層装置を用いてもよく、パージガス５０７ａと洗浄装置１０３からの高温洗浄液１１６とを向流接触させることでガス化室１の流動化ガスｇ１として供給するパージガス５０７ａを加湿することができる。高温洗浄液１１６と接触して加湿装置１１５から排出されるガスは、その排出温度での飽和蒸気圧に相当する分の水蒸気を含んだガスとなる。したがって、高温洗浄液１１６の温度が高いほど多くの水蒸気を含んだガスとすることができる。
【０１１０】
図４に示した第２の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２から排出される燃焼ガスｅから熱を回収する廃熱ボイラ１１１、廃熱ボイラ１１１で発生した蒸気を貯める高圧蒸留溜１１２を備えるようにしてもよい。このようにするとシステム内で熱利用を効率よく行うことができる。
【０１１１】
以上本実施の形態によれば、ガス化室１で発生した生成ガスｂと、チャー燃焼室２で発生した燃焼ガスｅとが分離されるので、ジメチルエーテル合成に適した高カロリーの生成ガスｂを得ることができ、ガス洗浄装置１０３、脱硫装置１０５により生成ガスｂの塩化水素、硫化化合物等を除去し、ＣＯ転化装置１０４および加湿装置１１５のＨ_２／ＣＯモル比調整機能により生成ガスｂ中のＨ_２／ＣＯモル比を適正な値とし、加湿装置１１５により加湿された少なくとも一部のパージガス５０７ａを水蒸気に添加し、パージガス５０７ａが添加された水蒸気を流動化ガスｇ１としてガス化室１に送り込むことができ、ガス洗浄装置１０３で生成ガスｂが失った顕熱を洗浄液１１６、１１７とパージガス５０７ａを介してガス化室１で回収できるので、効率よくジメチルエーテルを製造することが可能なジメチルエーテル合成システムを提供することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高温の流動媒体を内部で流動させるガス化室を備えるので、被処理物をガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスを発生することができ、高温の流動媒体を内部で流動させチャーを燃焼させるチャー燃焼室を備えるので、流動媒体を加熱することができ、発生した生成ガスを用いる合成装置を備えるので液体燃料を合成することができ、第１の仕切壁を有するのでガス化室とチャー燃焼室とはそれぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないよう仕切ることができ、第１の仕切壁の下部にはガス化室とチャー燃焼室とを連通する連通口が形成されているので、連通口を通じてチャー燃焼室側からガス化室側へチャー燃焼室で加熱された流動媒体を移動させることができる。
【０１１３】
この構成によれば、ガス化室で発生した生成ガスと、チャー燃焼室で発生した燃焼ガスとが分離されるので、高カロリーの液体燃料合成に適した生成ガスを得ることができ、高効率で液体燃料を製造することのできる液体燃料合成システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるメタノール合成システムのフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いる統合型ガス化炉の概念的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態で用いるメタノール合成装置の一例のフロー図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるメタノール合成システムのフロー図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態であるジメチルエーテル合成システムのフロー図である。
【図６】図５のジメチルエーテル合成システムに用いられるガス洗浄装置１０３の構成を示すブロック図である。
【図７】図５のジメチルエーテル合成システムに用いられるＤＭＥ合成装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ガス化室
２燃焼室
３熱回収室
１０１統合型ガス化炉
１０３ガス洗浄装置
１０４ＣＯ転化装置
１０５脱硫装置
１０６脱炭酸装置
１０７ガス圧縮機
１０８電動機
１０９調整装置
１１１廃熱ボイラ
１１２高圧蒸気溜
１１３蒸気タービン
１１４発電機
１１５加湿装置
１１６（高温）洗浄液
１１７（低温）洗浄液
１１８蒸気供給ライン
２００メタノール合成装置
２０１メタノール合成塔
２０３熱回収装置
３０１ｂ圧縮ガス
３０７ａパージガス
３０９メタノール
４００ジメチルエーテル合成装置
４０１ジメチルエーテル合成塔装置
４０２冷却装置
４０３気液分離器
４０４ジメチルエーテル蒸留装置
４０５循環機
５０１ｂ圧縮ガス
５０７ａパージガス
５０９ジメチルエーテル
５１０メタノール
ｂ生成ガス
ｅ燃焼ガス
ｇ１流動化ガス

Claims

高温の流動媒体を内部で流動させ、第１の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室流動床内で被処理物をガス化して水素と一酸化炭素を主成分とする生成ガスを発生するガス化室と；
高温の流動媒体を内部で流動させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床を形成し、前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチャーを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体を加熱するチャー燃焼室と；
前記ガス化室で発生した生成ガスを用いて液体燃料を合成する合成装置とを備え；
前記ガス化室と前記チャー燃焼室とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように第１の仕切壁により仕切られ、前記第１の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チャー燃焼室とを連通する連通口であって、該連通口の上端の高さは前記第１の界面および第２の界面以下である連通口が形成され、該連通口を通じて、前記チャー燃焼室側から前記ガス化室側へ前記チャー燃焼室で加熱された流動媒体を移動させるように構成され；
前記ガス化室には前記流動床を流動化する流動化ガスを供給するように構成され；
前記流動化ガスとして、水蒸気を主に用い、前記水蒸気に、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスのうちいずれか１種以上のガスを混合して用いるように構成され；
前記生成ガスの組成を測定するガス成分測定装置と；
前記水蒸気への前記１種以上のガスの添加量を前記ガス成分測定装置の測定結果に基づいて調整する調整装置とをさらに備える；
液体燃料合成システム。
前記調整装置は、前記生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が２〜５となるように調整するように設定された、請求項１に記載の液体燃料合成システム。
前記調整装置は、前記生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスのモル比が０．７〜２となるように調整するように設定された、請求項１に記載の液体燃料合成システム。
前記液体燃料合成システムは、水素ガス、炭化水素ガス、炭酸ガスのうち１以上のガスを余剰ガスとして発生し、前記余剰ガスを前記ガス化室の流動化ガスとして用いるように構成された、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の、液体燃料合成システム。
前記チャー燃焼室に接して設けられた熱回収室を備え；
前記チャー燃焼室と前記熱回収室との間には前記チャー燃焼室流動床の流動層部を仕切る第２の仕切壁が設けられ、該第２の仕切壁の下部には開口部が形成され、チャー燃焼室の流動媒体は前記第２の仕切壁の上部から前記熱回収室に流入し、前記開口部を通じて前記チャー燃焼室に戻る循環流が形成されるように構成された；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体燃料合成システム。
前記ガス化室と前記合成装置との間に、前記生成ガスを洗浄するガス洗浄装置を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の、液体燃料合成システム。
前記調整装置は、前記生成ガスを洗浄した後の高温洗浄液を前記洗浄装置から導入し、前記高温洗浄液を熱源として用いて、前記１種以上のガスを加湿するよう構成された、請求項６に記載の液体燃料合成システム。