JP4171337B2

JP4171337B2 - バイオマスのガス化方法及びその装置

Info

Publication number: JP4171337B2
Application number: JP2003090721A
Authority: JP
Inventors: 賢治滝沢; 光広井部; 真松井; 和男佐藤; 太司赤坂
Original assignee: 日本工営パワー・システムズ株式会社
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004292768A

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_２）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（ＣＨ_３ＯＨ）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_４）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_２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_２→ＣＯ_２
【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_２へと改質する。
Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２・ｍ）Ｈ_２
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_２→ＣＯ_２
Ｃ＋１／２・Ｏ_２→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（ＣＨ_３ＯＨ）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_２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_２→ＣＯ_２
【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_２へと改質する。
Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２・ｍ）Ｈ_２
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_２→ＣＯ_２
Ｃ＋１／２・Ｏ_２→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。

【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。

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（ＣＨ_３ＯＨ）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３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

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。
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。
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。
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。
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。