JP4146405B2 - 除塵装置、有機系燃料のガス化システムおよび液体燃料製造システム - Google Patents

Description

本発明は、各種ガス化装置、燃焼装置から排出される生成ガスから該ガス中のタールやチャーを含む煤塵を安価かつ高効率に除去することのできる除塵装置、該除塵装置を用いた有機系燃料のガス化システムおよび液体燃料製造システムに関するものである。

石油、石炭などの化石燃料、廃棄物、バイオマス等の可燃性物質を用いた燃焼装置やガス化装置が種々開発されているが、いずれの装置によって生成もしくは排出されるガスには、量の多少はあるものの、微細ダスト状の煤塵成分が含まれている。これらガスを燃料ガス、液体燃料合成用原料ガスとして使用する場合でも、排気ガスとして処理する場合でも、ガス中の煤塵の除去処理を高精度に行う必要がある。

前述のようなガスの除塵装置として、従来、除去媒体として水ジェット水滴噴流を利用した装置が知られており（特許文献１）、その処理対象により一部改良したものが種々提案されている。それらの内、代表的一例を図５に示す。

この水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置は、除塵処理を要するガス１０１を吸引して水ジェット水滴噴流１０２を鉛直軸方向に形成する駆動ノズル１０３と、前記駆動ノズル１０３に連通し、該駆動ノズル１０３から放出された水ジェット水滴噴流１０２を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流１０２とガス１０１とを気液混合し、ガス中のダスト粒子を水滴に付着させることにより、ガス１０１の除塵を行う筒状のスクラバ部１０４と、前記水ジェット水滴噴流水を循環水として貯留するとともに、前記スクラバ部１０４において微粒子成分および水溶性成分を分離されたガス１０１を次の処理工程に送り出す排出口１０５ａを有する循環水タンク１０５と、前記循環水タンク１０５内の貯留水を撹拌する撹拌手段１０６と、循環水タンク１０５の側部下端に配設され、該循環水タンク１０５内の循環水を循環ポンプ１０７により強制排出する排出管１０８と、前記排出管１０８に介装されたストレーナ１０９とを具備する装置である。

前記スクラバ部１０４は、一体構造の筒状部材であり、比較的径の大きなチャンバー部１０４ａと、それに順次続く、漏斗状の吸引部１０４ｂ、縮径直管状のスロート部１０４ｃ、徐々に拡径するディフューザ部１０４ｄ、および拡幅直管状の出口管部１０４ｅとから構成されている。前記チャンバー部１０４ａの中央には前記駆動ノズル１０３が配置されており、この駆動ノズル１０３の噴出口は該スクラバ部１０４の中心線に位置している。このチャンバー部１０４ａの側部には、前記ガス１０１の導入口１０４ｆが形成されており、ガス１０１を水ジェット水滴噴流１０２に巻き込むように設定されている。この水ジェット水滴噴流１０２とガス１０１とは、吸引部１０４ｂで合流し、縮径直管状のスロート部１０４ｃにて高流速で気液混合がなされ、水滴へのダスト粒子の付着合体を促進する。その後、水滴噴流は徐々に拡径するディフューザ部１０４ｄに導かれて、流速が低下し、高流速エネルギーを圧力エネルギーに変えてスクラバの圧力損失を減少させる。ガス１０１から微粒子成分および水溶性成分を吸収した水滴流は、拡幅直管状の出口管部１０４ｅから前記循環水タンク１０５内に低速で流下し、水によって洗浄されたガス１０１は、循環水タンク１０５の上部空間を経由してガス排出口１０５ａから次の処理工程に導出される。

前記水ジェット水滴噴流１０２によってガス１０１から分離され水滴に付着したダストおよびタール成分は、循環水タンク１０５内に水滴とともに落下することによって、一時的に水中に沈下させられるが、疎水性かつ軽量であるため、直ぐに水面に浮上する。常に水滴噴流水が強く流下し続ける状態にあっても、前記微粒成分を循環液に均一に分布させることができない。したがって、循環水タンク１５の下部の配設されている排出管から循環液を吸引しても、前記浮上微粒成分はほとんど回収することができない。そこで、この装置では、循環水タンク１０５内の水を撹拌する撹拌手段１０６を設けている。この撹拌手段１０６を駆動させることにより、前述のように勢いよく流下する水によって水中に潜った微粒成分の水中滞在時間を長引かせ、それら微粒成分を循環水とともに排出管１０８を介して循環ポンプ１０７により吸引し、ストレーナー１０９により分離して回収する。微粒成分をストレーナー１０９により分離された水は循環モータ１０７から循環ライン１１０により前記駆動ノズル１０３に回送される。

前記循環ライン１１０には、熱交換型冷却器１１１が介装されるとともに、開閉弁１１２および流量計１１３が設けられている。また、循環ライン１１０の前記冷却器１１１の下流側にはバイパス管１１４が連結されており、循環水の一部を直接に循環水タンク１０５内に送るように設定されている。このバイパス管１１４にも開閉弁１１５および流量計１１６が取り付けられている。

特開平１０−６３６４４号公報

前記除塵装置は、水ジェット水滴噴流による接触によりガス中の水溶性物質およびタールなどの凝縮可能な塵を除くことができるが、凝縮によって生じたタール凝縮成分や低比重で疎水性のチャーが捕捉水の水面に浮上するために、凝縮によって生じたタール凝縮成分および低比重な疎水性チャーが循環水タンク１０５内の循環水の水面に浮上するために、循環水タンク１０５からストレーナー１０９に効率的に取り込むことが難しくなる。そのために前記除塵装置では、撹拌手段１０６を設けているが、疎水性かつ低比重な微粒成分（浮上分離成分）を効率的に排出管１０８に導くことができない。浮上分離成分は、水面に偏在して常に残留し、浮上層を構成した状態になり、除去効率化のネックとなっている。また、前記ガス中の高比重チャーは水洗浄を受けても循環水中に溶けずに沈積して循環水タンクの底部に堆積する（堆積成分）。これらが循環水中の混入して循環することにより、長期的に循環ポンプの損傷、冷却器の汚れが生じ、除塵装置の効率的稼働を低減させるばかりでなく、除塵装置の低寿命化を引き起こしてしまうことになる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、水ジェット水滴噴流によりガスから分離した浮上分離成分と堆積成分の各効率的な分離手段を有し、それによって除塵効率および装置の長寿命化を実現した除塵装置と、この除塵装置を用いた有機系燃料のガス化システムおよび液体燃料製造システムを提供することを課題とするものである。

前述した課題を解決する［請求項１］の発明の除塵装置は、未処理ガスを吸引して水ジェット水滴噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット水滴噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット水滴噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、前記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、その上端に開口部を有するとともに下端の少なくとも一部が前記循環水タンクの底部との間に間隙を有している第１の内筒と、前記第１の内筒を囲むように前記循環水タンク内に配設され、その上端が前記第１の内筒の上端開口部より低位に置かれるとともに下端が前記循環水タンクの底部に密着している第２の内筒と、前記第１の内筒内に配設され、該第１の内筒内の循環水の浮上分離成分を排出する浮上分離成分排出管と、前記循環水タンクの下部に形成され、該循環水タンク内の循環水を循環ポンプにより強制排出する循環水排出管とを具備していることを特徴とする。

［請求項２］の発明は、請求項１において、前記循環水タンク内の液面が前記第１の内筒の上端位置と前記第２の内筒の上端位置との間に維持されることを特徴とする。

［請求項３］の発明は、請求項１または２において、前記第２の内筒の底面に堆積成分排出管が設けられ、該堆積成分排出管に向かって前記第２の内筒の底面が下方傾斜していることを特徴とする。

［請求項４］の発明は、請求項１から３のいずれか１項において、前記循環水排出管の循環ポンプの下流にストレーナーが介装されていることを特徴とする。

［請求項５］の発明は、請求項１から４のいずれか１項において、前記浮上分離成分排出管にはスラリーポンプが介装されていることを特徴とする。

［請求項６］の発明は、請求項１から５のいずれか１項において、前記循環水タンクの上部に薬剤注入口が設けられていることを特徴とする。

［請求項７］の発明は、請求項１から６のいずれかにおいて、前記循環水タンク内に水位計が備えられていることを特徴とする。

［請求項８］の発明は、請求項１から７のいずれか１項において、前記未処理ガスが有機系燃料のガス化炉により生成されたガスであることを特徴とする。

［請求項９］の発明は、請求項１ないし７のいずれか一つの除塵装置を備えたことを特徴とする有機系燃料のガス化システムである。

［請求項１０］の発明は、請求項１ないし７のいずれか一つの除塵装置を備えたことを特徴とする有機系燃料を用いた液体燃料製造システムである。

本発明によれば、各種ガス化装置、燃焼装置から排出される生成ガスの除塵を水ジェット水滴噴流を用いて行う除塵装置において、ガス中のタールやチャーを含む煤塵を安価かつ高効率に除去することができ、それによって効率的な有機系燃料のガス化システムおよび液体燃料製造システムを提供することができる。

本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る除塵装置の一例を示す全体構成図であり、図５と共通する要素には同一符号を付している。
この水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置の特徴は、循環水タンク１０５の内部構造にある。前記循環水タンク１０５内には、前記スクラバ１０４の出口の開口部に対向する第１の内筒１が設けられている。この第１の内筒１の上端は、開口部１ａとなっており、前記スクラバ１０４の開口部より大径に形成されている。また、この第１の内筒１の下端１ｂと循環水タンク１０５の底部との間には、少なくとも部分的に間隙Ｇが設けられており、その間隙Ｇを介して第１の内筒１内の循環水は内筒の外に流れ出すようになっている。

さらに、前記循環水タンク１０５内には、前記第１の内筒１を囲むように第２の内筒２が設けられている。この第２の内筒２の上端２ａは前記第１の内筒１の上端開口部１ａより低位に置かれている。そして、この第２の内筒２の下端２ｂは前記循環水タンク１０５の底部に密着状態で固定されている。

また、前記第１の内筒１内には、該第１の内筒１内の循環水中のタール凝縮成分および低比重な疎水性チャーからなる浮上分離成分３を排出する浮上分離成分排出管４が設けられている。この浮上分離成分排出管４の開口部４ａは上方に開口しており、この内向部４ａは第１の内筒１内に形成される浮上分離成分３の層内に位置するように設定されている。この上層排出管４には、スネークポンプなどのスラリーポンプ５が介装されており、上記浮上分離成分３を強制的に排出可能となっている。

また、前記循環水タンク１０５の下部には、従来同様に、循環水タンク１０５内の循環水を循環ポンプ１０７により強制排出する循環水排出管１０８が取り付けられている。

前記循環水タンク１０５内の液面は前記第１の内筒１の上端１ａの位置と前記第２の内筒２の上端２ａの位置との間に維持されるように流量の調整がなされるようになっている。そのために、循環水タンク１０５には不図示の水位計が備えられている。

前記第２の内筒２の底面（循環水タンク１０５の底面）のコーナーには、堆積成分排出管６が設けられている。この堆積成分排出管６には開閉弁６ａが設けられている。この堆積成分排出管６に向かって前記第２の内筒２の底面（循環水タンク１０５の底面でもある）２ｃは下方傾斜している。したがって、第２の内筒２の底部にチャー由来の堆積成分７が沈降した場合、この堆積成分７は前記耐性物排出管６に自然と流れ込むことになる。その結果、前記開閉弁６ａを開けば、循環水中の堆積成分７が優先的にタンク１０５の外に排出される。

前記構成の除塵装置においては、未処理ガス中のタール凝縮成分および低比重な疎水性チャーからなる浮上分離成分は、その低比重性ゆえに自然と浮遊された状態を活用して上層排出管４によって循環水タンク１０５の外に効率的に排出される。また、未処理ガス中の高比重チャー由来の堆積成分は、その高比重性ゆえに自然と沈降分離された状態を活用して堆積成分排出管６によって循環水タンク１０５の外に効率的に排出される。したがって、本除塵装置では、循環水排出管１０８内に循環される循環水の浮遊成分および堆積成分の混入率は大幅に低減される。そのため、循環ポンプやストレーナなどの部品を傷めることがなく、装置の寿命を大幅に延ばすことが可能になる。

さらに、この除塵装置には、図２に示すように、循環水排出管１０８の循環ポンプ１０７の下流にオートストレーナー１０９を介装しても良い。このオートストレーナー１０９によって、通常状態では、さらに循環水の精製が促進される。また、前記第１の内筒１から循環水がオーバーフローした場合などの異常状態においては、排出管１０８に流れ込んだ粒子状の不純物を濾過することにより循環ラインの閉塞を防止することができる。

また、この除塵装置には、図３に示すように、前記循環水タンク１０５の上部に薬剤注入口８を設けてもよい。この薬剤注入口８から種々の薬剤を投入して循環水のより一層の浄化や混入物の制御を行うことができる。例えば、凝集剤を注入することによってタール成分および低比重な疎水性チャーなどの低比重で疎水性な成分の浮上速度を速めたり、酸性化剤を注入してシアンの溶解を防止したりすることができる。

（第２の実施の形態）
図４は、前述の本発明の除塵装置を有機系燃料の代表例であるバイオマスを用いた液体燃料製造システムに用いた実施例を示している。

一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。

上記バイオマスを利用することで燃料用のガスおよびメタノール等のクリーンなエネルギー源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ₂の固定により生育されるので、大気のＣＯ₂を増加させないので、ＣＯ_２の抑制につながるので好ましい技術である。

バイオマス３０を炉本体３１内に供給するバイオマス供給手段３２と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤３３を炉本体３１内に供給する酸化剤供給手段３４とを備えてなるバイオマスガス化炉３５と、該バイオマスガス化炉３５でガス化した生成ガス３６中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段３７と、この分離手段３７で３μｍ以上の比較的大きな粒径の粉塵を除去されたガスをさらに高精度に除塵処理する前記本発明の除塵装置Ａと、高精度に除塵したガスを精製するガス精製装置３８と、該精製後のガスを用いてメタノール（液体燃料）を合成し、排ガス３９とメタノール４０とに分離する蒸留装置４１を備えたメタノール合成装置４２とから液体燃料製造システム４３を構成している。

供給するバイオマス３０としては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明で言うバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等が用いられている。

前記バイオマスを原料として生成したガスには、チャーなどの微粒子成分、タール成分、硫化水素、塩素などが含まれるため、そのままでは、合成触媒を利用した液体燃料や、燃料電池へのエネルギー源を合成するためのガスには適さない。そのため、本発明では、前述の第１の実施の形態に示した水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置Ａを用いて、前記微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などの微量成分を効率的に除去している。その除去の仕組みは、前記第１の実施形態に説明した通りである。液体燃料や燃料電池へのエネルギー源を得るための原料ガスとしては、実際の運用に当たっては、前記微量成分は、その許容含有量を検出限界量程度までに低減する必要があるが、本発明の除塵装置Ａを用い、さらに必要に応じて高精度吸着精製装置を組み合わせて用いれば、従来困難であった前記微量成分の充分なる低減が可能になる。なお、バイオマスから主にクリーンな生成ガスを得る場合のシステムは、図４のガス精製装置３８までの構成要素にて実現することができる。

以上説明したように、本発明に係る除塵装置は、未処理ガスを吸引して水ジェット水滴噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット水滴噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット水滴噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、前記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、その上端に開口部を有するとともに下端の少なくとも一部が前記循環水タンクの底部との間に間隙を有している第１の内筒と、前記第１の内筒を囲むように前記循環水タンク内に配設され、その上端が前記第１の内筒の上端開口部より低位に置かれるとともに下端が前記循環水タンクの底部に密着している第２の内筒と、前記第１の内筒内に配設され、該第１の内筒内の循環水の浮上分離成分を排出する浮上分離成分排出管と、前記循環水タンクの下部に形成され、該循環水タンク内の循環水を循環ポンプにより強制排出する循環水排出管とを具備していることを特徴とするものである。

また、本発明に係る有機系燃料のガス化システムおよび有機系燃料を用いた液体燃料製造システムは、前記除塵装置を用いたことを特徴としたものである。

本発明では、水ジェット水滴噴流とガスとを効率的に気液混合してガス中の水溶性成分を水相に溶解除去するとともに、タール成分および低比重な疎水性チャーなどの低比重で疎水性な成分を水冷して凝縮させて微粒成分として水相に浮上分離させ、高比重チャー由来の析出沈殿成分（堆積成分）を堆積させる。浮上分離成分は、循環水タンク内の第１の内筒内に浮上させ、浮上分離成分として排出管によりタンク外に排出し、第１の内筒とそれを囲むように設けた第２の内筒の連通した底部に高比重チャー由来の析出沈殿物を堆積させ、底部に設けた排出管よりタンク外に排出する。従って、本発明の除塵装置によれば、装置に負担を掛けることなく、高精度の除塵が可能になり、ガス化装置や燃焼装置から排出されたガスをクリーンなガスに精製することができる。特にバイオマスを始めとした有機系燃料のガス化システムおよび有機系燃料を用いた液体燃料製造システムに適用した場合には、ガスの精製度が高いため、有用な燃料ガス、および液体燃料を高い収率で製造することが可能となる。

本発明に係る水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置の要部構成図である。 図１の除塵装置にオートストレーナーをさらに取り付けた場合の要部構成図である。 図２の除塵装置に薬剤注入口をさらに取り付けた場合の要部構成図である。 図１の除塵装置を用いた本発明に係る「有機系燃料（バイオマス）を用いた液体燃料製造システム」の全体構成図である。 従来の水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ 第１の内筒
１ａ 第１の内筒の上端開口部
１ｂ 第１の内筒の下端
２ 第２の内筒
２ａ 第２の内筒の上端
２ｂ 第２の内筒の下端
２ｃ 第２の内筒の底面（循環水タンクの底面）
３ 浮上分離成分
４ 浮上分離成分排出管
４ａ 浮上分離成分排出管の開口部
５ スラリーポンプ
６ 堆積成分排出管
６ａ 堆積成分排出管の開閉弁
７ 堆積成分
８ 薬剤注入口
１１ 水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置
３０ バイオマス
３５ バイオマスガス化炉
１０１ 未処理ガス
１０２ 水ジェット水滴噴流
１０３ 駆動ノズル
１０４ スクラバ部
１０４ａ スクラバ部の出口の開口部
１０５ 循環水タンク
１０５ａ 排出口
１０５ｂ 循環水タンク内の液面
１０７ 循環ポンプ
１０８ 排出管
１０９ ストレーナ
Ｇ 第１の内筒の下端と循環水タンクの底部との間隙

Claims (10)

1. 未処理ガスを吸引して水ジェット水滴噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、
   前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット水滴噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、
   前記水ジェット水滴噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、
   前記循環水タンク内に配設され、前記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、その上端に開口部を有するとともに下端の少なくとも一部が前記循環水タンクの底部との間に間隙を有している第１の内筒と、
   前記第１の内筒を囲むように前記循環水タンク内に配設され、その上端が前記第１の内筒の上端開口部より低位に置かれるとともに下端が前記循環水タンクの底部に密着している第２の内筒と、
   前記第１の内筒内に配設され、該第１の内筒内の循環水の浮上分離成分を排出する浮上分離成分排出管と、
   前記循環水タンクの下部に形成され、該循環水タンク内の循環水を循環ポンプにより強制排出する循環水排出管とを具備していることを特徴とする除塵装置。
2. 前記循環水タンク内の液面が前記第１の内筒の上端位置と前記第２の内筒の上端位置との間に維持されることを特徴とする請求項１に記載の除塵装置。
3. 前記第２の内筒の底面に堆積成分排出管が設けられ、該堆積成分排出管に向かって前記第２の内筒の底面が下方傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の除塵装置。
4. 前記循環水排出管の循環ポンプの下流にストレーナーが介装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の除塵装置。
5. 前記浮上分離成分排出管にはスラリーポンプが介装されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の除塵装置。
6. 前記循環水タンクの上部に薬剤注入口が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の除塵装置。
7. 前記循環水タンク内に水位計が備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の除塵装置。
8. 前記未処理ガスが有機系燃料のガス化炉により生成されたガスであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の除塵装置。
9. 請求項１ないし７のいずれか一つの除塵装置を備えたことを特徴とする有機系燃料のガス化システム。
10. 請求項１ないし７のいずれか一つの除塵装置を備えたことを特徴とする有機系燃料を用いた液体燃料製造システム。

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