JP4171337B2 - バイオマスのガス化方法及びその装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、おがくず、木の皮を粉砕したもの、木材チップ、籾殻、その他の粉粒状の廃棄物をバイオマス燃料として連続的に投入して合成ガスを安定的に効率よく得るためのバイオマスのガス化方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
再利用(マテリアルリサイクル)するのに適さない廃棄物については、エネルギー源として有効利用するサーマルリサイクルが推進されており、未利用エネルギー資源の有効活用や廃棄物の減量効果などの利点がある。
【0003】
廃棄物のサーマルリサイクルは、廃棄物発電が最も有効であるとされているが、これまでは、大型の廃棄物処理施設にその適用が限定されている。しかし、住民の反対から、大規模な産業廃棄物処理施設の建設が極めて困難な現状に鑑み、廃棄物の保有するエネルギーを効率よく回収できる小規模なバイオマスのガス化装置の出現が望まれている。
【0004】
木材、草本などを原料としてバイオマスからガス化する方法は、既に知られている。このガス燃料の主成分は、水素(H)と一酸化炭素(CO)からなる合成ガスである。この合成ガスからメタノール(CHOH)を合成できる。
【0005】
しかし、バイオマスからメタノールを製造するための小規模で、工業的な装置の実績はまだ無い。これは、原料として天然ガス(CH)が安いので、経済的に対応できないこと、技術的にバイオマスから有効な合成ガスを作り出すことに成功していないこと、などの理由からである。
【0006】
本出願人は、有効な合成ガスを、小規模な装置で、効率よく作り出すことのできるバイオマスのガス化方法及び装置を既に提案した(特開2003−49177)。これは、図6、図7及び図8に表されている。
これらの図におけるバイオマスのガス化装置は、バイオマス燃料12を投入する燃焼ガス化炉筒10と、この燃焼ガス化炉筒10内に設けられ、一体に形成した燃焼ノズル13を位置調整自在に設けた燃料筒16と、前記燃焼ノズル13のやや下部に位置して燃焼筒16に形成した空気・水蒸気供給孔18と、前記燃焼ガス化炉筒10の下部に設けた熱保持材54の収納部と、前記燃焼筒16の下端の開口端26を臨ませて設けた水蒸気室53と、前記燃焼ガス化炉筒10内で発生した熱分解ガスを下向きに吸引しつつ外部へ導出する手段とを具備し、また、前記燃焼ガス化炉筒10の内部の空気・水蒸気供給孔18と水蒸気室53との間に、灰分除去手段を設け、かつ、この灰分除去手段から生成されたガスが燃焼ガス化炉筒10の外周を回り、水蒸気室53内の空気と水蒸気の混合気との熱交換するためのガス・空気熱交換筒50を設けてなるものである。
【0007】
次に、この既提案の装置によるガス化の生成作用を説明する。
(1)起動直後、燃焼筒16は下降しており、火炎口15が上部ロストル35と下部ロストル36との間に位置している。この状態で、ガス導入孔23からガスを送るとともに、空気導入孔24から空気を送り、点火用ケーブル25からの電流でバーナー14を点火する。すると、火炎口15からの火炎で熱保持材54が800〜1000℃に達するまで加熱される。
また、給水管29から温水予熱部27に水を供給して温水28を作り、熱交換器42で水蒸気化し、吸入ポンプ32で水蒸気供給管31から水蒸気室53に水蒸気を供給する。
さらに、空気ポンプ41で空気供給管33から空気供給口34を経て水蒸気室53内に空気を供給するとともに、吸引ポンプ43にて燃焼ガス化炉筒10内の空気を吸引する。
【0008】
(2)熱保持材54が十分加熱されたら、燃焼筒16をバイオマス燃料12の収納された燃焼ガス化炉筒10の略中央位置(図6の位置)まで上昇させる。すると、火炎口15からの火炎が燃焼ガス化炉筒10内部に放射され、バイオマス燃料12が燃焼を開始する。
また、空気ポンプ41による空気の圧入と、吸引ポンプ43の吸引により、水蒸気室53内の水蒸気と空気の混合気が燃焼筒16の内部を上昇して、空気・水蒸気供給孔18から燃焼ガス化炉筒10の内部へ供給される。
【0009】
(3)火炎口15の周りの熱分解層ゾーンでは、バイオマス燃料12は、比較的低い温度で加熱されて熱分解ガス化が行われる。ここで発生した熱分解ガス中には、COやHなどの可燃性ガスに加えてタール分やすすなどの可燃分が含まれており、特に、タール分は、冷却すると凝固するため、加熱したまま吸引ポンプ43の作用により吸引され、下方の燃焼層(酸化層)ゾーンに送られる。この燃焼層ゾーンでは、800〜1000℃で、主に以下の反応により燃焼が行われる。
C+O→CO
【0010】
(4)燃焼層ゾーンの下方の還元層ゾーンでは、酸素が奪われ、さらに、この還元層ゾーンの下方の改質層ゾーンでは、以下の反応で、タール分をCOとHへと改質する。
C+CO→2CO
C+HO→CO+H
+nHO→nCO+(n+1/2・m)H
これらの反応は、吸熱反応であるため、水蒸気に空気を混ぜて、次の反応によって改質に必要なエネルギーを供給する。
C+O→CO
C+1/2・O→CO
【0011】
(5)タール分の改質は、予め加熱されている熱保持材54を通過することにより、より一層確実に行われる。
灰分は、灰仕切り板48に落下し、灰受け引き出し40に溜まる。改質ガスは、灰の微粉末が除かれ、さらに、微量のタール分が除かれて精製ガスとなり、改質ガス取り出し管39を経て熱交換器42に送られる。
【0012】
(6)改質ガス取り出し管39から熱交換器42に送られた高温の精製ガスにより、温水取り出し管30から吸入ポンプ32で吸引された温水28を加熱して、水蒸気化し、水蒸気供給管31から水蒸気室53へ水蒸気を供給する。
【0013】
(7)吸引ポンプ43で吸引した精製ガスは、工業炉、ボイラ、内燃機関のエンジン44などの燃料ガスとして利用するとともに、メタノール製造装置45により、メタノール(CHOH)が合成される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、燃焼ガス化炉筒10へのバイオマス燃料12の供給方法が、バッチ方式、即ち、燃焼筒16内に燃料投入口11から一定量を投入して蓋をし、バイオマス燃料12がなくなると、再び蓋をあけ、燃料投入口11から一定量を燃焼ガス化炉筒10内へ供給する方式である。
このバイオマスのガス化装置は、バイオマス燃料12の約20%が燃焼し、80%がガス化する、いわゆる部分燃焼方式が理想的とされている。ところが、バイオマス燃料12が消費されて少なくなっている状態では、燃焼ガス化炉筒10の内部に大きな空気層が生じ、また、バイオマス燃料12の供給時に燃料投入口11から余分な酸素(空気)が供給され、バイオマス燃料12が必要以上に炎となって燃焼してガス化する量が少なくなるだけでなく、蓋の開閉の際に、燃料投入口11からガス化した煙が外部へ飛散して公害の問題が発生する。また、バイオマス燃料12の供給初期時とバイオマス燃料12が少なくなってきたときでは、発生するガスの量に大きなばらつきが発生し、安定した一定のエネルギーを供給することができない。
【0015】
従来技術の問題点をさらに詳しく説明すると、以下の通りである。
(1)基本的には、従来の技術によりバイオマスのガス化を行なうことができるが、ガス化を有効利用するには、ガス成分、ガス熱量、発生量を安定させ、連続的に発生させる必要がある。しかし、従来技術では、それが困難であった。
(2)バイオマス燃料は、簡単にいえば、液体成分(熱分解ガス)と固形成分(炭素、灰分)からなる混合物であり、液体成分は、揮発が容易で、燃焼速度が速く、また、固形成分は、高温雰囲気で2酸化炭素の還元作用を持ち、燃焼速度が遅い。
しかるに、ガスの連続的かつ安定的な発生が困難な理由として、▲1▼燃料の間欠投入による発生ガス量の変動、▲2▼バイオマス燃料から初期段階で発生する熱分解ガスによる成分の変動、▲3▼ガス化炉内での不適切な堆積(ブリッジによる空洞)による反応プロセスへの影響、などがあげられる。
(3)これらの解決策として、バイオマス燃料の前処理(炭化、ブリケット化など)や、ガス化炉内に堆積防止装置を設けて撹拌する、などが考えられるが、燃料の前処理は、燃料調達コストアップを招き、また、ガス化炉内という高温領域での堆積防止装置は、耐久性に問題がある。
(4)また、炉内に大量の燃料を充填すると、反応に時間がかかるため、炉内温度の制御が困難であり、ガス化反応の最適条件を保つことが困難である。
【0016】
本発明の第1の目的は、微粉末や比較的粒径の揃った細粒の草本系、木質系バイオマス燃料(おがくず、バーク粉、籾殻など)を用いて、連続的にかつ安定的にガスを発生する装置を提供することである。
本発明の第2の目的は、燃料の不均一(含水量や成分など)や、運転条件の変動(燃焼用空気温度や湿度など)により、ガス化炉内の温度条件が変動しても、最適条件を保ち、理想的な部分燃焼方式で連続運転ができ、かつ、公害のないバイオマスのガス化装置を提供することを目的とするものである。
本発明の第3の目的は、燃料の前処理や堆積防止装置の不要な安価な装置を提供することである。
【0017】
本発明は、燃料供給装置から燃焼ガス化炉筒に粉粒状のバイオマス燃料を連続的に供給する連続供給工程と、供給した空気によりバイオマス燃料の一部を900℃以上の高温空間で燃焼させる酸化工程と、この酸化工程により発生した熱に基づく前記高温空間の上部の低温空間で前記バイオマス燃料を熱分解する熱分解工程と、前記酸化工程による燃焼で発生した2酸化炭素ガスから低酸素高温状態で酸素を奪い1酸化炭素ガス化する還元工程とからなり、発生したガスを燃焼ガス化炉筒の下方から吸引して取り出すようにしたバイオマスのガス化方法において、前記工程は、前記燃焼ガス化炉筒の上部から連続供給工程、熱分解工程、酸化工程、還元工程の順序で行い、前記連続供給工程は、ホッパ内に収納され、前記燃焼ガス化炉への空気の供給をほとんど遮断した状態のバイオマス燃料を熱分解工程へ、落下中に熱分解するように一定量を連続的に供給し、前記熱分解工程は、前記酸化工程に供給される空気量を制限して300〜600℃の熱で前記燃料供給装置から供給された前記バイオマス燃料を熱分解してガス化し、前記還元工程は、前記熱分解工程により熱分解されたが、前記酸化工程により酸化されなかった微粉炭により行うようにしたことを特徴とするバイオマスのガス化方法である。
【0018】
上述のような方法を採用したことにより、以下の効果を有する。
(1)微粉末バイオマスを小規模の設備で比較的速やかにガス化できる。
(2)連続運転が可能になり、ガス利用及び熱利用が効果的に行なえる。
(3)ガス成分が安定するため、ガスを連続的に利用できる。
(4)炉内に灼熱した炭化燃料が堆積せず、炉内温度勾配が緩やかとなるため、炉の耐久性向上に寄与する。
(5)燃料の一括供給に伴なう急激な熱分解ガス発生などがないため、炉の安全性が向上する。
(6)炉内に燃料が堆積しないため、運転停止が速やかに行なえる。
(7)炉内に燃料が堆積しないため、運転制御時の温度変化をコントロール可能であり、制御性が向上する。
(8)ある程度の燃料性状変動(含水率など)に対応できるため、燃料の調整にコストをかける必要がない。
(9)温度を最適にコントロールできるため、ガス化反応を効率的に行なうことができる。
(10)炉内温度をコントロールできるため、装置の安全性が向上する。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施例を示す図1において、10は、燃焼ガス化炉筒で、この燃焼ガス化炉筒10の上部には、バイオマス燃料12を連続的に、かつ、投入速度を調節自在に供給するための燃料供給装置59が取り付けられている。
この燃料供給装置59は、ホッパ60,モータ65,バイオマス燃料吐出用のスクリュー68,バイオマス燃料連続供給用のベルトコンベア70などで構成されている。これらのうち、ホッパ60は、上端の広口部分にホッパ入口61が設けられ、中間部分が次第に小さな径となる漏斗型をなし、さらに、下端が小径の筒部75が一体に形成されている。この筒部75の下端のホッパ出口62の部分は、前記燃焼ガス化炉筒10の燃料投入口11に臨ませた状態で固定的に取り付けられている。
【0020】
さらに詳しくは、前記ホッパ60の上端部には、上蓋63が被せられ、その一部のホッパ入口61には、開閉蓋64が開閉自在に設けられている。また、このホッパ入口61に臨ませてバイオマス燃料12を連続的に供給するためのベルトコンベア70が設けられている。前記ホッパ60の内部中心位置には、垂直の回転軸66が支持スティ67により回動自在に設けられ、この回転軸66の上端は、上蓋63の外部のモータ65に変速機などを介して回転速度調整可能に連結され、また、この回転軸66の下端の筒部75の位置には、スクリュー68が取り付けられている。このスクリュー68は、2〜3回転でスクリュー68の上端部から下端部までバイオマス燃料12を移送して吐き出すが、この筒部75は、バイオマス燃料12の移送中、バイオマス燃料12が筒部75内でスクリュー68によってやや圧縮されつつ吐出するような長さとする。
【0021】
ホッパ出口62からバイオマス燃料12が塊となって落下するおそれがあるときには、ホッパ出口62の下方位置に、図5に示すような均し部材78を取り付ける。この均し部材78は、例えば、複数のリングを所定間隔で配置して落下するバイオマス燃料12の塊をほぐす作用をさせることができる。
【0022】
前記回転軸66の中間位置には、ホッパ60の内部でバイオマス燃料12の間に空洞ができるのを防止するための1乃至複数個の撹拌棒69が一体に取り付けられている。
【0023】
前記燃焼ガス化炉筒10の内部構造をさらに詳しく説明すると、上端に燃料投入口11が形成されている。
前記燃焼ガス化炉筒10の内部の中間位置には、格子の密なロストル36が配置固着されている。また、このロストル36の中心を貫通して空気供給筒89が燃焼ガス化炉筒10の中心部に固定的に設けられ、この空気供給筒89の外周に多数個の空気孔90が開口し、下端部が開口している。
前記燃焼ガス化炉筒10には、この空気孔90に臨ませて、初期加熱用のバーナー14と副空気供給管19が連結され、この副空気供給管19は、弁20を介して後述する空気ポンプ41に連結されている。
【0024】
前記ロストル36の上には、800〜1000℃の温度を保持するための溶解しないセラミック、金属塊などからなる熱保持材54が収納されている。この熱保持材54は、20〜100mmφの直径の異なる2〜4種類の耐火球を組み合わせてなるもので、例えば、図2に示すように、下層が中程度の径の耐火球54a、中層が小径の耐火球54b、上層が大径の耐火球54cの3層構造となっている。
【0025】
前記燃焼ガス化炉筒10には、前記ロストル36の下方部に位置して引き出し形式の灰受け引き出し40が進退可能で、かつ、ガス通路となるように側方に開口されている。さらに、前記ロストル36の下方部における燃焼ガス化炉筒10の内部に、この灰受け引き出し40に向けて傾斜した灰仕切り板48が前記ガイド筒21に固定的に設けられている。
【0026】
前記燃焼ガス化炉筒10における上方外部には、保温筒46が断熱材47を充填して形成されている。また、この保温筒46の下方であって、前記熱保持材54,ロストル36,灰受け引き出し40の外周に位置してガス・空気熱交換筒50が形成され、さらに、前記水蒸気室53の外周に位置して空気予熱筒51が形成されている。
【0027】
前記ガス・空気熱交換筒50と燃焼ガス化炉筒10との間には、前記灰受け引き出し40の上部に位置して灰トラップ37が取り付けられ、また、180度反対側には、タールトラップ38が設けられ、このタールトラップ38から改質ガス取り出し管39を経て外部に導出されている。
【0028】
前記保温筒46から燃焼ガス化炉筒10の内部まで貫通して所定間隔で温度計が設けられている。具体的には、バイオマス燃料12が投入された燃焼ガス化炉筒10の上端の燃料供給空間に温度計76aが、空気孔90よりやや上の熱分解空間に温度計76bが、空気孔90の周りの下方の燃焼空間(酸化空間)に温度計76cが設けられ、前記熱保持材54のある還元層ゾーンに温度計76dがそれぞれ設けられている。
以上の装置全体が架台49に載せられている。
【0029】
前記改質ガス取り出し管39と温水取り出し管30は、外部で熱交換器42に連結され、この熱交換器42のガスの出口側には、フィルタ80、吸引ポンプ43を介してエンジン44とメタノール製造装置45に接続されている。
前記熱交換器42は、冷却水の循環する冷水入り口管91と温水出口管92が吸入ポンプ32を介して接続され、ここで発生した温水は、他の用途に利用される。
【0030】
前記フィルタ80は、図4(a)に示すように、円筒形のフィルタ筒体81の内部に、上下に間隔を置いて2枚の網84と85が設けられ、これらの網84と85の間に、フィルタ材86として、燃料と同一のおがくずが充填される。前記フィルタ筒体81の上蓋部分には、ガス流出管83が設けられ、底部には、冷却水87が下側の網84との間に隙間を持って供給・排水管88から供給され、また、冷却水87の上面と下側の網84との間の隙間に臨ませてガス流入管82が貫通し、ガス吐出口が冷却水87の中に下向きに差し込まれている。
このフィルタ80は、図4(b)に示すように、ガス流入管82のガス吐出口を冷却水87の上に隙間を持って下向きに設け、ガスを冷却水87の上に噴射するようにしてもよい。
【0031】
次に、本発明の装置によるバイオマス燃料の供給及びガスの生成作用を説明する。
(1)バイオマス燃料12として、特に、本実施例では、おがくずを対象物とする。
このおがくず12をベルトコンベア70で搬送し、ホッパ60の開閉蓋64をあけ、ホッパ入口61から連続的に投入する。投入されたおがくず12は、スクリュー68のある筒部75の位置まで自然に落下し、ホッパ60の内部が略満杯になるまで貯められる。満杯になったらベルトコンベア70での搬送を停止し、開閉蓋64を閉じる。
【0032】
(2)この状態でモータ65を起動すると、垂直な回転軸66の下端のスクリュー68が減速機を介して所定回転で回転する。ここで、筒部75が適宜の長さを有し、この筒部75の内壁との間にわずかな隙間をもってスクリュー68が回転していることにより、筒部75を通過するおがくず12がやや圧縮され、ホッパ60から燃焼ガス化炉筒10への空気の供給がおがくず12でほとんど遮断された状態で、筒部75のホッパ出口62からおがくず12が一定量ずつ落下する。回転軸66の回転により撹拌棒69も同時に回転してホッパ60の内部でおがくず12の間に空洞ができるのを防止し、一定量のおがくず12が連続的に供給されるようにしている。また、図5に示すような均し部材78を取り付けることで、落下するバイオマス燃料12の塊をほぐし、均一に供給できる。
【0033】
(3)バイオマス燃料12を燃焼ガス化炉筒10へ供給しながら、バーナー14を点火して呼び加熱用のガスを供給して炉内を予備加熱する。この予備加熱状態では、空気(酸素)を十分供給して30分〜1時間かけてバイオマス燃料12を燃焼させ、最適なガス化条件を作る。すなわち、炉内上部では、900℃以上、炉内下部で1100℃以上、空気孔90から燃焼に供する空気温度を200℃以上にする。
【0034】
(4)熱保持材54が1000℃以上に十分加熱されたら、バーナー14への予備加熱用の燃料供給を停止し、以後、上部から連続的に落下供給されたバイオマス燃料12が燃焼を開始し、炉内は、自己燃焼熱で高温(900℃以上)に保つ。そして、以下に示すように、燃料は炉内で留まることなく、炉内を落下中に熱分解反応燃料の炭化を完了し、ロストル36に到達した微粉炭を利用して連続反応を可能とする。
空気ポンプ41による空気の供給量は、ガス発生に最適とされる空燃比(燃料と空気の比率)が例えば、0.7以下になるように制御される。
【0035】
(5)完全燃焼に必要な空気量よりも十分絞った空気が供給されることにより、熱分解空間では、バイオマス燃料12は、300〜600℃という比較的低い温度で加熱されて熱分解ガス化が行われる。ここで発生した熱分解ガス中には、COやHなどの可燃性ガスに加えてタール分やすすなどの可燃分が含まれており、特に、タール分は、冷却すると凝固するため、加熱したまま吸引ポンプ43の作用により吸引され、空気孔90の周りの燃焼空間(酸化空間)に送られる。この燃焼空間では、800〜1000℃で、主に以下の反応により燃焼が行われる。
C+O→CO
【0036】
(6)燃焼空間の下方の熱保持材54の収納されている還元空間では、低酸素高温状態(1000℃以上)であるため、2酸化炭素が微粉炭により酸素が奪われ1酸化炭素となり、ガス成分のカロリーアップに寄与した上で微粉炭も速やかに消滅する。さらに、この還元空間の下方では、以下の反応で、タール分をCOとHへと改質する。
C+CO→2CO
C+HO→CO+H
+nHO→nCO+(n+1/2・m)H
これらの反応は、800℃程度以上の高温でなければ起こらず、しかも、吸熱反応であるため、水蒸気に空気を混ぜて、次の反応によって改質に必要なエネルギーを供給する。
C+O→CO
C+1/2・O→CO
【0037】
前記熱保持材54は、高温保持及びフィルタリング作用を持たせるため、図2に示すように、中径耐火球54a、小径耐火球54b、大径耐火球54cなど、径の異なる複数種類の耐火球を組み合わせて微粉炭の滞留時間、通過する大きさなどの条件を調節する。たとえば、大径耐火球54cは、保温効果が高いが、微粉炭をほとんど素通りさせてしまうので、小径耐火球54bをその下に敷き詰めて微粉炭を接触させることにより、還元作用を積極的に行なうことができる。また、灰分が多い燃料の場合は、高温で溶解してスラグ状になり、ロストル36を閉塞させてしまう恐れがあるため、大径耐火球54c又は中径耐火球54aを多くして灰分を速やかに通過させる必要がある。
熱分解したガスが下方へ吸引されて燃焼されたり、まだ、燃焼されていないバイオマス燃料12の隙間を通過する際、一度形成されたガスの通路は、固定されて、燃焼ガス化炉筒10内において、熱分解が十分に行われない個所が生じることがある。そこで、空気ポンプ41から副空気供給管19を介して弁20を開いて空気を供給することで、ガス流路を強制的に変更して万遍なくガス化が行われるようにする。
【0038】
バイオマス燃料12の粒径、含水率などにより、ガス化反応が異なるため、各条件に適した燃料投入速度、炉内温度、空気流量、ロストル構成を採用することが必要となる。例えば、次のような一覧表であらわすことができる。
Figure 0004171337
【0039】
また、炉内温度に対して、発生しているガスのカロリーから所定の空燃比を目安に燃料投入速度及び燃焼用1次空気量を調節する。例えば、調節方法の一例として次表であらわすことができる。
Figure 0004171337
炉内に燃料が堆積してしまう場合、温度計76a、76b、76c、76dのいずれか3点の温度関係及びカロリーからその状態を検出することができ、燃料投入速度の低下など空燃比を上げる対策をとることができる。
また、この制御は、急激な運転条件の変化を行なうのではなく、穏やかにかつ連続的に条件を変更してガス性状の変動を最小限に抑えることができる。
【0040】
(7)タール分の改質は、予め加熱されている熱保持材54を通過することにより、より一層確実に行われる。
ロストル36を通過した灰分は、灰仕切り板48に落下し、灰受け引き出し40に溜まる。改質ガスは、灰受け引き出し40から灰トラップ37を通るときに、灰の微粉末が除かれ、さらに、タールトラップ38により改質されていない微量のタール分が除かれて精製ガスとなり、改質ガス取り出し管39を経て熱交換器42に送られる。
【0041】
(8)高温の精製ガスが改質ガス取り出し管39を通るときにガス・空気熱交換筒50及び空気予熱筒51内で熱交換し、その熱で水蒸気室53内の空気を暖め、かつ、高温の水蒸気を発生させる。さらに、改質ガス取り出し管39から熱交換器42に送られた高温の精製ガスにより、冷却水入り口管91から吸入ポンプ32で吸引された冷却水と熱交換し、温水は、温水出口92から他の用途に利用される。
【0042】
(9)吸引ポンプ43で吸引した精製ガスは、フィルタ80を通過することによりヒュームを除去することができる。さらに詳しくは、ガス化装置により発生したガスは、タールなどの成分が高温により分解処理された状態にある。しかし、タールは、高温部で気体状(ヒューム)となっているものもあり、十分に分解反応しない可能性があるため、ガスが冷却される部分で液体のタールが析出する場合がある。液固形のタールは、ガスを利用するエンジンなどの装置に悪影響を与えるため、可能な限り除去する必要がある。従来のセラミックフィルタやバグフィルタなどでは、ヒュームを除去することは困難であり、また、冷却されてヒュームが粘性を持った液固形(タール)になった場合は、閉塞を起こすなどの問題がある。
そこで、図4(a)に示すように、ガス流入管82からフィルタ筒体81の冷却水87の中にバブリングすることでガス温度を冷却し、ガス中の高温すすなどの火種を消化し、この冷却されて凝縮した水分がヒュームと共に、フィルタ材としてのおがくず86を下から上へ通過する際に付着して、精製されたガスのみがガス流出管83から流出する。この精製ガスは、工業炉、ボイラ、内燃機関のエンジン44などの燃料ガスとして利用するとともに、メタノール製造装置45により、メタノール(CHOH)が合成される。
【0043】
前記工程(9)では、図4(a)に示すようなガスを冷却水87の中でバブリングする構造のフィルタ8を用いたので、フィルタ圧損が大きくなり、ガス流量の変動がやや大きくなる。そこで、図4(b)に示すようなガスを冷却水87の水面に吹き付けて消化させることにより、フィルタ圧損や、ガス流量の変動を低下させることができる。しかし、ガスの冷却効果、水によるヒュームの除去効果がやや低下する。したがって、目的に応じて使い分けをする必要がある。
また、フィルタとして使用したおがくずは、一般に200℃を越えると熱分解反応を起こすため、フィルタとして使用するには、通過するガスの温度をそれ以下に冷却する必要がある。
【0044】
図3は、本発明による燃料供給装置59の第2実施例を示すものである。
図1の第1実施例では、ベルトコンベア70からバイオマス燃料12を投入するとき、開閉蓋64をその都度開閉したが、開閉操作が面倒であるばかりか、必要以上に空気が供給されるおそれがある。
そこで、この図3においては、ホッパ入口61に臨ませて上下開口したダンパー装置71を取り付け、このダンパー装置71の内部に、第1ダンパー72と第2ダンパー73とのダブルダンパー方式とし、ベルトコンベア70から連通孔74にバイオマス燃料12を供給しているときは、第1ダンパー72をあけ、第2ダンパー73を閉じ、バイオマス燃料12の投入後に、第1ダンパー72を閉じ、第2ダンパー73をあけて第2ダンパー73の上に投入されたバイオマス燃料12をホッパ入口61からホッパ60内に落下供給することで、空気の供給を遮断している。
【0045】
前記第1及び第2実施例では、スクリュー68を垂直な回転軸66に取り付けることにより、バイオマス燃料12を垂直な筒部75のホッパ出口62からホッパ60の内部に略均等に供給できるようにしたが、スクリュー68は、必ずしも垂直である必要はない。
第3実施例は、全体の装置の高さを低くするような場合に、図5に示すように、ホッパ60の底部に水平な筒部75を連結し、この筒部75に水平な回転軸66を取り付けたものである。このような構成において、ホッパ60内のバイオマス燃料12は、スクリュー68によりホッパ60の底部から筒部75へ送り込まれ、ホッパ出口62から燃焼ガス化炉筒10の燃料投入口11に吐出する。回転軸66を水平に取りつけたことにより、ホッパ出口62からバイオマス燃料12が塊となって落下するおそれがあるときには、ホッパ出口62の下方位置に均し部材78を取り付ける。この均し部材78は、例えば、複数のリングを所定間隔で配置して落下するバイオマス燃料12の塊をほぐす作用をさせる。
前記回転軸66は、水平には位置する場合だけでなく、斜めに配置してもよい。
【0046】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、燃料供給装置から燃焼ガス化炉筒に粉粒状のバイオマス燃料を連続的に供給する連続供給工程と、供給した空気によりバイオマス燃料の一部を900℃以上の高温空間で燃焼させる酸化工程と、この酸化工程により発生した熱に基づく前記高温空間の上部の低温空間で前記バイオマス燃料を熱分解する熱分解工程と、前記酸化工程による燃焼で発生した2酸化炭素ガスから低酸素高温状態で酸素を奪い1酸化炭素ガス化する還元工程とからなり、発生したガスを燃焼ガス化炉筒の下方から吸引して取り出すようにしたバイオマスのガス化方法において、前記工程は、前記燃焼ガス化炉筒の上部から連続供給工程、熱分解工程、酸化工程、還元工程の順序で行い、前記連続供給工程は、ホッパ内に収納され、前記燃焼ガス化炉への空気の供給をほとんど遮断した状態のバイオマス燃料を熱分解工程へ、落下中に熱分解するように一定量を連続的に供給し、前記熱分解工程は、前記酸化工程に供給される空気量を制限して300〜600℃の熱で前記燃料供給装置から供給された前記バイオマス燃料を熱分解してガス化し、前記還元工程は、前記熱分解工程により熱分解されたが、前記酸化工程により酸化されなかった微粉炭により行うようにしたことを特徴とするバイオマスのガス化方法としたので、以下の効果を有する。
(1)微粉末バイオマスを小規模の設備で比較的速やかにガス化できる。
(2)連続運転が可能になり、ガス利用及び熱利用が効果的に行なえる。
(3)ガス成分が安定するため、ガスを連続的に利用できる。
(4)炉内に灼熱した炭化燃料が堆積せず、炉内温度勾配が緩やかとなるため、炉の耐久性向上に寄与する。
(5)燃料の一括供給に伴なう急激な熱分解ガス発生などがないため、炉の安全性が向上する。
(6)炉内に燃料が堆積しないため、運転停止が速やかに行なえる。
(7)炉内に燃料が堆積しないため、運転制御時の温度変化をコントロール可能であり、制御性が向上する。
(8)ある程度の燃料性状変動(含水率など)に対応できるため、燃料の調整にコストをかける必要がない。
(9)温度を最適にコントロールできるため、ガス化反応を効率的に行なうことができる。
(10)炉内温度をコントロールできるため、装置の安全性が向上する。
【0047】
請求項2記載の発明によれば、バイオマス燃料12の連続供給の制御は、燃焼ガス化炉筒10の上端の燃料供給空間、熱分解空間、燃焼空間、還元空間の少なくともいずれか3点に設けられた温度計76の各データを1つの制御因子として行なうようにしたので、バイオマス燃料12の適切な供給量が制御され、燃焼ガス化炉筒10内における熱分解、酸化、還元の各工程をより完全に行わせることができる。
【0049】
請求項記載の発明によれば、燃料供給装置を構成するホッパに連続する筒部に、バイオマス燃料をスクリューでやや圧縮して空気が燃料ガス化炉筒へ供給されるのを遮断するようにしたので、バイオマス燃料の供給の際に、燃焼ガス化炉筒の燃料投入口から余分な酸素(空気)が供給されるを防止し、バイオマス燃料の約20%が燃焼し、80%がガス化する理想的な部分燃焼方式となる。また、連続的にバイオマス燃料を投入するために蓋を開閉しても、燃料投入口からガス化した煙が外部へ飛散することがなく、公害が発生せず、さらに、バイオマス燃料の一定量の供給により安定した一定のエネルギーを供給することができる。
【0050】
請求項4記載の発明によれば、筒部の落下口に設けた均し部材により、バイオマス燃料を一定量ずつ連続的に落下するようにしたので、燃焼ガス化炉筒10の内部全面に均等にバイオマス燃料12を供給することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるバイオマスのガス化装置の第1実施例を示す断面図である。
【図2】図1における要部の拡大断面図である。
【図3】本発明によるバイオマスのガス化装置の要部の第2実施例を示す一部切り欠いた正面図である。
【図4】本発明によるバイオマスのガス化装置に用いたフィルタを示すもので、(a)及び(b)は、それぞれ異なる例の断面図である。
【図5】本発明によるバイオマスのガス化装置の要部の第3実施例を示す一部切り欠いた正面図である。
【図6】本出願人の既に提案したバイオマスのガス化装置の断面図である。
【図7】図6におけるA−A線断面図である。
【図8】図6におけるB−B線断面図である。
【符号の説明】
10…燃焼ガス化炉筒、11…燃料投入口、12…バイオマス燃料、14…バーナー、19…副空気供給管、20…弁、32…吸入ポンプ、33…空気供給管、34…空気供給口、36…ロストル、37…灰トラップ、38…タールトラップ、39…改質ガス取り出し管、40…灰受け引き出し、41…空気ポンプ、42…熱交換器、43…吸引ポンプ、44…エンジン、45…メタノール製造装置、46…保温筒、47…断熱材、48…灰仕切り板、49…架台、50…ガス・空気熱交換筒、51…空気予熱筒、54…熱保持材、54a…中径耐火球、54b…小径耐火球、54c…大径耐火球、59…燃料供給装置、60…ホッパ、61…ホッパ入口、62…ホッパ出口、63…上蓋、64…開閉蓋、65…モータ、66…回転軸、67…支持スティ、68…スクリュー、69…撹拌棒、70…ベルトコンベア、71…ダンパー装置、72…第1ダンパー、73…第2ダンパー、74…連通孔、75…筒部、76…温度計、77…圧力計、78…均し部材、79…、80…フィルタ、81…フィルタ筒体、82…ガス流入管、83…ガス流出管、84…網、85…網、86…フィルタ材(おがくず)、87…冷却水、88…供給・排水管、89…空気供給筒、90…空気孔、91…冷却水入り口管、92…温水出口管。

Claims (5)

  1. 燃料供給装置から燃焼ガス化炉筒に粉粒状のバイオマス燃料を連続的に供給する連続供給工程と、供給した空気によりバイオマス燃料の一部を900℃以上の高温空間で燃焼させる酸化工程と、この酸化工程により発生した熱に基づく前記高温空間の上部の低温空間で前記バイオマス燃料を熱分解する熱分解工程と、前記酸化工程による燃焼で発生した2酸化炭素ガスから低酸素高温状態で酸素を奪い1酸化炭素ガス化する還元工程とからなり、発生したガスを燃焼ガス化炉筒の下方から吸引して取り出すようにしたバイオマスのガス化方法において、
    前記工程は、前記燃焼ガス化炉筒の上部から連続供給工程、熱分解工程、酸化工程、還元工程の順序で行い、
    前記連続供給工程は、ホッパ内に収納され、前記燃焼ガス化炉への空気の供給をほとんど遮断した状態のバイオマス燃料を熱分解工程へ、落下中に熱分解するように一定量を連続的に供給し、
    前記熱分解工程は、前記酸化工程に供給される空気量を制限して300〜600℃の熱で前記燃料供給装置から供給された前記バイオマス燃料を熱分解してガス化し、
    前記還元工程は、前記熱分解工程により熱分解されたが、前記酸化工程により酸化されなかった微粉炭により行うようにしたことを特徴とするバイオマスのガス化方法。
  2. バイオマス燃料の連続供給の制御は、燃焼ガス化炉筒の上端の燃料供給空間、熱分解空間、燃焼空間、還元空間の少なくともいずれか3点に設けられた温度計の各データを1つの制御因子として行なうようにしたことを特徴とする請求項1記載のバイオマスのガス化方法。
  3. 燃料供給装置を構成するホッパに連続する筒部に、バイオマス燃料をスクリューでやや圧縮して空気が燃料ガス化炉筒へ供給されるのを遮断するようにしたことを特徴とする請求項1記載のバイオマスのガス化方法。
  4. 筒部の落下口に設けた均し部材により、バイオマス燃料を一定量ずつ連続的に落下するようにしたことを特徴とする請求項3記載のバイオマスのガス化方法。
  5. バイオマス燃料は、おがくずを用いたことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のバイオマスのガス化方法。
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