JP4388245B2 - バイオマスガス化炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができるバイオマスガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体（例えば農業生産物又は副産物、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。
【０００３】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等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共に、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。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や水熱分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大型で大容量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の水熱分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００５】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、Ｈ2，ＣＯが少ないため、効率的なメタノール合成の原料とならない、という問題がある。
【０００６】
また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【０００７】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に１２００℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が酸素不足の状態で燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスガス化炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えているバイオマスガス化炉において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の前記ガス化反応場へ供給する前記水蒸気の量の割合を２０〜６０％とするように、当該ガス化炉本体の当該ガス化反応場と前記高温反応場とへそれぞれ別々に前記水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の周方向及びガスの流通方向の少なくとも一方に沿って複数箇所から前記水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、前記バイオマス供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記ガス化反応場へもバイオマスを供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体が、前記高温反応場と前記ガス化反応場とを区分けするようにくびれ部を有していることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体の前記一方側が下方側であることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一の発明において、前記バイオマスの平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍの粉砕物であることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉１０は、バイオマス１３を原料とし、酸素と蒸気をガス化剤とする部分酸化ガス化反応により生成ガス２４を得るものであって、耐火材よりなるガス化炉本体１１の頂部１２に、所定粒径に粉砕したバイオマス１３をガス化炉本体１１の内部に供給するバイオマス供給手段１４と、酸素又は空気１５をガス化炉本体１１の内部に供給する燃焼酸化剤供給手段１６と、水蒸気１７をガス化炉本体１１の内部に供給する水蒸気供給手段１８とを設けてなるものである。
【００１９】
本実施の形態では、上記水蒸気供給手段１８はガス化炉本体１１の頂部１２から供給する第１の水蒸気供給手段１８Ａと、ガス化炉本体１１の略中央部分から供給する第２の水蒸気供給手段１８Ｂとから構成されており、バイオマス１３を供給する箇所での燃焼反応による高温反応場１９Ａと、酸化剤が消費され、バイオマス１３が熱により分解されるガス化反応場（又は熱分解反応場ともいう）１９Ｂとに別々に水蒸気１７を供給するようにしている。
【００２０】
また、ガス化炉本体１１の下部には、バイオマス１３中の灰２１の灰溜め部２２が形成されている。
【００２１】
また、ガス化炉本体１１の側壁下部側にはガス排出部２３が設けられており、バイオマス１３のガス化により生成した生成ガス２４を後流側へ送り出している。
【００２２】
ここで、ガス化炉本体１１内に供給するバイオマス１３としては、生産又は廃棄されたバイオマスを必要に応じて粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、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，スピルリナ等を例示することができる。
【００２３】
本発明では、上記バイオマス１３の粉砕物の平均粒径（Ｄ）は、０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍとするのが好ましい。これは、平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。一方、平均粒径（Ｄ）が５ｍｍを超えた場合には、バイオマスの内部まで良好に燃焼がなされずに反応が促進せず、高効率のガス化が困難となるからである。
【００２４】
ここで、図１に示す実施の形態においては、上記燃焼酸化剤１５をガス化炉本体１１の頂部１２より燃焼酸化剤供給手段１６を介して及び同箇所において水蒸気１７を第１の水蒸気供給手段１８Ａを介して供給すると共に、ガス化炉本体１１の側面中央部近傍側からも水蒸気１７を第２の水蒸気供給手段１８Ｂを介して供給して、ガス化効率を向上させるようにしている。
【００２５】
このように水蒸気１７の供給を分けたのは、水蒸気の温度は通常に加熱した場合であっても４００〜６００℃程度であるので、高温反応場１９Ａに供給した場合には、冷却剤として作用することになり、高温反応場１９Ａが充分に形成されないことによる。
【００２６】
よって、高温反応場１９Ａが十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場１９Ｂに供給する場合には、水蒸気１７は当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、高温となった水蒸気１７により、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができ、後述するメタノール生成原料として好適なＣＯ／Ｈ2モル比がほぼ１／２となる組成の生成ガス２４を得ることができる。
【００２７】
また、ガス化炉本体１１内の温度や生成ガス２４の組成を調整するために、第１の水蒸気供給手段１８Ａと第２の水蒸気供給手段１８Ｂとにおける水蒸気１７の供給割合が調整可能である。
【００２８】
更には、本発明では、バイオマスガス化炉１０に供給する水蒸気１７を２段階で供給しているが、本発明はこれに限定されず、図２に示すように、後流側のガス化反応場（又は熱分解反応場ともいう）１９Ｂに供給する水蒸気１７の供給を複数の供給ノズル等の供給手段を用いて複数箇所から供給するようにしてもよい。また鉛直方向のみならず、周方向においても複数箇所から水蒸気１７を供給するようにしてもよい。
【００２９】
また、図３に示すように、ガス化炉本体１１の頂部１２から水蒸気１７を全く供給せずに、ガス化炉本体１１のガス化反応場１９Ｂにのみ水蒸気１７を水蒸気供給手段１８により供給するようにしてもよい。
【００３０】
ここで、上記燃焼酸化剤１５と水蒸気１７の合計量との投入割合を、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率が０．１≦Ｏ2／Ｃの範囲、好ましくは０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲（特に好ましくは０．２≦Ｏ2／Ｃ＜０．５の範囲）とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率が１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲（特に好ましくは２≦Ｈ2Ｏ／Ｃ≦６の範囲）とすることで、タール，スートの発生が少ないクリーンなガス化が可能となる。
【００３１】
これは、上記範囲とすると水蒸気と酸素の供給により熱分解ガス化が良好となり、生成ガス２４中のＨ2及びＣＯの量を向上させることができるからである。
【００３２】
また、バイオマス１３のガス化のために、ガス化炉本体１１の内部温度を７００〜１２００℃のガス化条件とするのが好ましい。これは、ガス化炉本体１１の内部温度が７００℃未満であると、バイオマス１３の熱分解が良好でなく、好ましくなく、一方１２００℃を超えた場合には、バイオマス１３自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【００３３】
また、ガス化炉本体１１の内部圧力は１〜３０気圧とするのが好ましい。これは、メタノール（又はジメチルエーテル）合成に直結する場合には、８０気圧近傍が好ましいが、ガス化炉本体１１を耐圧構造とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、３０気圧程度の場合には、空塔速度が低くなり、装置もコンパクト化でき、好ましい。
【００３４】
また、ガス化炉本体１１の内部の空塔速度は０．１〜５ｍ／ｓのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速度が０．１ｍ／ｓ以下ではガス化炉本体１１の内部の滞留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方５ｍ／ｓを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができないからである。
【００３５】
本発明のバイオマスガス化炉１０によれば、バイオマス１３を部分酸化により効率よくガス化し、ＣＯシフト反応がＨ2生成側へ進行し、後述するメタノール合成に必要なＨ2を多量に含む生成ガス２４を得ることができる。
【００３６】
得られた上記生成ガス２４はガス精製手段により精製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用することが可能である。
【００３７】
また、生成ガス２４中のＨ2とＣＯガスの組成を調整することで、メタノール（又はジメチルエーテル）製造用のガスとして利用することも可能である。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態にかかるガス化炉の概略図である。
本実施の形態では、水蒸気１７を供給する第１の水蒸気供給手段１８Ａはガス化炉本体１１の頂部１２に設けると共に、第２の水蒸気供給手段１８Ｂはガス化炉本体１１の側面に設けてなるものである。そして、第１の水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７は高温反応場１９Ａ内に供給すると共に、第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７はガス化反応場１９Ｂ内に供給するようにしている。
【００３９】
ここで、Ｈ2Ｏ／Ｃ＝２．５の場合における第１水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７の投入量と第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量との割合は、第１水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７の投入量を１０〜９０％とした場合に、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合を９０〜１０％とすればよい。特に、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合を２０〜６０％の範囲、特に好適には４０〜６０％の範囲とすることで、図５に示すように、水素（Ｈ2）発生量が上昇すると共に、メタン（ＣＨ4）発生量が低下するので好ましい。なお、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合が７０％を超えるような場合には、高温反応場１９Ａの温度が上昇し（約１４００℃以上）、熱損失が増大すると共に、炉の製造費用が嵩み、好ましくない。
【００４０】
このように、ＣＯとＨ2とからメタノール合成の為には、水素濃度を向上することが必要となるが、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量を所定割合とすることでこれを達成することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の導入は円周方向の４箇所から接線方向に水蒸気１７を流入するようにして、混合効率を向上するようにしている。また第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７のガス化炉本体１１内への水蒸気１７の吹き込みを鉛直軸の下方側から上方側に向かって水蒸気１７を吹き上げるように供給するようにして、さらに混合比率を向上させるようにしてもよい。
【００４２】
［第３の実施の形態］
以下、得られた生成ガス２４をメタノール合成に利用するシステム１００について、図６を参照して説明する。
【００４３】
図６に示すように、上記バイオマスガス化炉１０により生成した生成ガス２４を用いてメタノール合成を行うバイオマスのメタノール合成システム１００は、バイオマスガス化炉１０内において発生した生成ガス２４中の煤塵を除去する集塵装置１０１と、集塵後の生成ガス２４を精製する精製装置１０２と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置１０４と、生成ガス２４の圧力を向上させるブースタ装置１０５と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を製造するメタノール製造装置１０６と、排ガス１０７とメタノール１０８とに分離する気液分離装置１０９とを具備するものである。
【００４４】
バイオマスガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給されたバイオマス１３は、燃焼酸化剤１５により部分燃焼され、上述した所定の炉内条件とすることで、メタノール１０８の生成原料として好適な生成ガス２４を得る。ここで発生した生成ガス２４は、次いで集塵装置１０１で除塵された後、ＣＯシフト装置１０４でＨ2量を増大させ、ブースタ装置１０５で圧力をメタノール１０８の合成圧力まで向上させてメタノール合成装置１０６へ導かれ、ここで、メタノール１０８が製造される。その後、メタノール１０８と排ガス１０７とを分離する。
【００４５】
ここで、排ガス１０７には可燃性ガスであるＣＨ4が残存しているので、再度ガス化炉本体１１に供給したり、水蒸気１７を予加熱する熱源（燃料）等として、再利用をするようにしてもよい。
【００４６】
なお、メタノール１０８の回収率の向上のためには、余分なＣＯ2はシステム最終段階でアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置（脱炭酸装置）１１０をブースタ装置１０５の上流側へ設け、余分なＣＯ2を除去するようにしてもよい。
【００４７】
この結果、メタノール合成装置１０６に供給されるメタノール１０８の原料の生成ガス２４は、余分なＣＯ2が除去され、［ＣＯ］／［Ｈ2］＝１／２のモル比率組成とすることができ、メタノール１０８の合成が効率よく進行し、供給したバイオマス１３を効率よくメタノール１０８に合成することができる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態を図７を用いて説明する。なお、図１に示すガス化炉と同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉３０は、ガス化炉本体３１の中央部分にくびれ部３２を形成してなり、第１室３１Ａと第２室３１Ｂとに内部を鉛直軸方向で分割し、下部側にバイオマス１３を供給するバイオマス供給手段１４と酸化剤１５を供給する燃焼酸化剤供給手段１６と水蒸気１７を供給する水蒸気供給手段１８が設けられている。また、本実施の形態においても水蒸気１７は第１室３１Ａ内のみならず、第２室３１Ｂ内にも第２の水蒸気供給手段１８Ｂより水蒸気１７を供給するようにしている。
【００５０】
このように水蒸気１７の供給を分けたのは、水蒸気の温度は通常に加熱した場合であっても４００〜６００℃程度であるので、高温反応場１９Ａに供給した場合には、冷却剤として作用することになり、酸化、熱分解反応が不十分となることによる。よって、高温反応場１９Ａが十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場（熱分解反応場）１９Ｂに供給する場合には、水蒸気１７が当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができ、メタノール１０８の生成原料として好適なＣＯ／Ｈ2モル比がほぼ１／２となる組成の生成ガス２４を得ることができる。
【００５１】
バイオマス１３の供給方法は本実施の形態のように、下方側から供給するものに限定されるものではない。なお、本実施の形態のように生成ガス２４の流れを上向きとすることで、高温ガスは上方へ流れるのでガス化炉本体１１内のガス流れは均一になり、ガス化反応が効率よく進行するので、好ましい。
【００５２】
また、図１乃至図３に示す第１の実施の形態にかかるバイオマス１３を上方から供給するバイオマスガス化炉１０においても、本実施の形態のようにガス化炉本体１１にくびれ部を形成するようにして、高温反応場１９Ａとガス化反応場１９Ｂとを明確化させるようにしてもよい。
【００５３】
また、図８に示すように、くびれ部３２を有するガス化炉本体３１の第１室３１Ａには水蒸気１７を供給せずに、第２室３１Ｂ内のガス化反応場１９Ｂのみに、水蒸気供給手段１８から水蒸気１７を供給するようにしてもよい。
【００５４】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態を図９を用いて説明する。図１に示すガス化炉及び図６に示すガス化システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００５５】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化システム１２０は、バイオマス１３をガス化させるバイオマスガス化炉１０と、該ガス化炉１０にて生成した生成ガス２４中の煤塵等を除去するスクラバ等の集塵装置１０３と、集塵後の生成ガス２４を再度ガス化炉１０内で通過させて、再度生成ガス２４を加熱する配管１２１と、加熱後の生成ガス２４の圧力を上昇させるブースタ装置１０５と、例えばアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置１１０と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）１０８を製造するメタノール製造装置１０６と、排ガス１０７とメタノール１０８とに分離する気液分離装置１０９とを具備するものである。
【００５６】
本実施の形態によれば、除塵装置１０３により生成ガス２４中の煤塵等を除塵した後に、水蒸気１７を供給してガス化炉１０内に配設された配管１２１内を通過させることで、生成ガス２４が再度加熱され、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができる。
【００５７】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態を図１０を用いて説明する。図９に示すガス化システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化システム１３０は、上記ガス化炉本体に配設された配管１２１にスチームリフォーミング手段である触媒装置１３１を介装してなるものである。上記触媒装置１３１は、内部にＮｉ系触媒等の改質触媒１３２を充填等してなるものであり、該触媒１３２の改質効果により生成ガス２４中のＣＨ4等の炭化水素系物質を、水蒸気１７及びニッケル触媒存在下のスチームリフォーミングにより、高温（好適には９００℃±１００℃）で、ＣＯ，Ｈ2にすることができる。このスチームリフォーミングにより生成されたＨ2，ＣＯは、上述したように、メタノール１０８の合成の原料となる。
【００５９】
この結果、メタノール合成装置１０６に供給されるメタノール１０８の原料の生成ガス２４は、余分なＣＯ2が除去されると共にＨ2が豊富なＣＯ／Ｈ2のモル比が１／２のガス組成とすることができ、メタノール１０８の合成効率が向上し、供給したバイオマス１３を効率よくメタノール１０８に合成することができる。
【００６０】
第５及び第６の実施の形態では水蒸気１７を多段に導入するガス化炉を用いたものではないが、図２、図３及び図４に示すガス化炉を用いても同様に効率よくメタノール１０８を合成できることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
第１の発明は、鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えているバイオマスガス化炉において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するものであることから、高温反応場が十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場に水蒸気が供給されるので、該水蒸気は当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、高温となった水蒸気がバイオマスの熱分解反応に寄与し、Ｈ 2 濃度を向上することができ、メタノール生成原料として好適なＣＯ／Ｈ 2 モル比がほぼ１／２となる生成ガス組成を得ることができる。このため、ガス化効率を向上させることができるので、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができる。
【００６２】
第２の発明は、第１の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の前記ガス化反応場へ供給する前記水蒸気の量の割合を２０〜６０％とするように、当該ガス化炉本体の当該ガス化反応場と前記高温反応場とへそれぞれ別々に前記水蒸気を供給するものであることから、Ｈ2発生量を増加させることができる。
【００６３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の周方向及びガスの流通方向の少なくとも一方に沿って複数箇所から前記水蒸気を供給するものであることから、メタノール合成に好適なガス組成にガス化することができる。
【００６４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、前記バイオマス供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記ガス化反応場へもバイオマスを供給するものであることから、バイオマスを効率的に燃焼及び部分酸化させることができる。
【００６５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体が、前記高温反応場と前記ガス化反応場とを区分けするようにくびれ部を有していることから、高温反応場を分離することができ、高温化により炭化水素等を分解でき、ＣＯシフト反応の原料となるＣＯ量を多くし、高濃度Ｈ2を得ることができる。
【００６６】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体の前記一方側が下方側であるので、バイオマスを効率的にガス化することができる。
【００６７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一の発明において、前記バイオマスの平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍの粉砕物であるので、バイオマスの燃焼が効率的に行うことができ、高効率のガス生成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図２】 第１の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図３】 第１の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図４】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図５】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いた水蒸気投入量と水素の発生量及びメタン発生量との関係図である。
【図６】 第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【図７】 第４の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図８】 第４の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図９】 第５の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【図１０】 第６の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【符号の説明】
１０ バイオマスガス化炉
１１ ガス化炉本体（炉本体）
１２ 頂部
１３ バイオマス
１４ バイオマス供給手段
１５ 燃焼酸化剤
１６ 燃焼酸化剤供給手段
１７ 水蒸気
１８ 水蒸気供給手段
１８Ａ 第１の水蒸気供給手段
１８Ｂ 第２の水蒸気供給手段
１９Ａ 高温反応場
１９Ｂ ガス化反応場（熱分解反応場）
２１ 灰
２２ 灰溜め部
２４ 生成ガス
１００ バイオマスガス化システム
１０１ 集塵装置
１０２ 精製装置
１０３ スクラバ
１０４ ＣＯシフト反応装置
１０５ ブースタ装置
１０６ メタノール製造装置
１０７ 排ガス
１０８ メタノール
１０９ 気液分離装置
１１０ 脱炭酸装置
１２０ バイオマスガス化システム
１２１ 配管
１３１ 触媒装置
１３２ 触媒
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができるバイオマスガス化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体（例えば農業生産物又は副産物、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。
【０００３】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等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共に、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。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や水熱分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大型で大容量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の水熱分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００５】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、Ｈ2，ＣＯが少ないため、効率的なメタノール合成の原料とならない、という問題がある。
【０００６】
また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【０００７】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に１２００℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が酸素不足の状態で燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスガス化炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えているバイオマスガス化炉において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の前記ガス化反応場へ供給する前記水蒸気の量の割合を２０〜６０％とするように、当該ガス化炉本体の当該ガス化反応場と前記高温反応場とへそれぞれ別々に前記水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の周方向及びガスの流通方向の少なくとも一方に沿って複数箇所から前記水蒸気を供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、前記バイオマス供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記ガス化反応場へもバイオマスを供給するものであることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体が、前記高温反応場と前記ガス化反応場とを区分けするようにくびれ部を有していることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体の前記一方側が下方側であることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一の発明において、前記バイオマスの平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍの粉砕物であることを特徴とするバイオマスガス化炉である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉１０は、バイオマス１３を原料とし、酸素と蒸気をガス化剤とする部分酸化ガス化反応により生成ガス２４を得るものであって、耐火材よりなるガス化炉本体１１の頂部１２に、所定粒径に粉砕したバイオマス１３をガス化炉本体１１の内部に供給するバイオマス供給手段１４と、酸素又は空気１５をガス化炉本体１１の内部に供給する燃焼酸化剤供給手段１６と、水蒸気１７をガス化炉本体１１の内部に供給する水蒸気供給手段１８とを設けてなるものである。
【００１９】
本実施の形態では、上記水蒸気供給手段１８はガス化炉本体１１の頂部１２から供給する第１の水蒸気供給手段１８Ａと、ガス化炉本体１１の略中央部分から供給する第２の水蒸気供給手段１８Ｂとから構成されており、バイオマス１３を供給する箇所での燃焼反応による高温反応場１９Ａと、酸化剤が消費され、バイオマス１３が熱により分解されるガス化反応場（又は熱分解反応場ともいう）１９Ｂとに別々に水蒸気１７を供給するようにしている。
【００２０】
また、ガス化炉本体１１の下部には、バイオマス１３中の灰２１の灰溜め部２２が形成されている。
【００２１】
また、ガス化炉本体１１の側壁下部側にはガス排出部２３が設けられており、バイオマス１３のガス化により生成した生成ガス２４を後流側へ送り出している。
【００２２】
ここで、ガス化炉本体１１内に供給するバイオマス１３としては、生産又は廃棄されたバイオマスを必要に応じて粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、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，スピルリナ等を例示することができる。
【００２３】
本発明では、上記バイオマス１３の粉砕物の平均粒径（Ｄ）は、０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍとするのが好ましい。これは、平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。一方、平均粒径（Ｄ）が５ｍｍを超えた場合には、バイオマスの内部まで良好に燃焼がなされずに反応が促進せず、高効率のガス化が困難となるからである。
【００２４】
ここで、図１に示す実施の形態においては、上記燃焼酸化剤１５をガス化炉本体１１の頂部１２より燃焼酸化剤供給手段１６を介して及び同箇所において水蒸気１７を第１の水蒸気供給手段１８Ａを介して供給すると共に、ガス化炉本体１１の側面中央部近傍側からも水蒸気１７を第２の水蒸気供給手段１８Ｂを介して供給して、ガス化効率を向上させるようにしている。
【００２５】
このように水蒸気１７の供給を分けたのは、水蒸気の温度は通常に加熱した場合であっても４００〜６００℃程度であるので、高温反応場１９Ａに供給した場合には、冷却剤として作用することになり、高温反応場１９Ａが充分に形成されないことによる。
【００２６】
よって、高温反応場１９Ａが十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場１９Ｂに供給する場合には、水蒸気１７は当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、高温となった水蒸気１７により、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができ、後述するメタノール生成原料として好適なＣＯ／Ｈ2モル比がほぼ１／２となる組成の生成ガス２４を得ることができる。
【００２７】
また、ガス化炉本体１１内の温度や生成ガス２４の組成を調整するために、第１の水蒸気供給手段１８Ａと第２の水蒸気供給手段１８Ｂとにおける水蒸気１７の供給割合が調整可能である。
【００２８】
更には、本発明では、バイオマスガス化炉１０に供給する水蒸気１７を２段階で供給しているが、本発明はこれに限定されず、図２に示すように、後流側のガス化反応場（又は熱分解反応場ともいう）１９Ｂに供給する水蒸気１７の供給を複数の供給ノズル等の供給手段を用いて複数箇所から供給するようにしてもよい。また鉛直方向のみならず、周方向においても複数箇所から水蒸気１７を供給するようにしてもよい。
【００２９】
また、図３に示すように、ガス化炉本体１１の頂部１２から水蒸気１７を全く供給せずに、ガス化炉本体１１のガス化反応場１９Ｂにのみ水蒸気１７を水蒸気供給手段１８により供給するようにしてもよい。
【００３０】
ここで、上記燃焼酸化剤１５と水蒸気１７の合計量との投入割合を、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率が０．１≦Ｏ2／Ｃの範囲、好ましくは０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲（特に好ましくは０．２≦Ｏ2／Ｃ＜０．５の範囲）とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率が１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲（特に好ましくは２≦Ｈ2Ｏ／Ｃ≦６の範囲）とすることで、タール，スートの発生が少ないクリーンなガス化が可能となる。
【００３１】
これは、上記範囲とすると水蒸気と酸素の供給により熱分解ガス化が良好となり、生成ガス２４中のＨ2及びＣＯの量を向上させることができるからである。
【００３２】
また、バイオマス１３のガス化のために、ガス化炉本体１１の内部温度を７００〜１２００℃のガス化条件とするのが好ましい。これは、ガス化炉本体１１の内部温度が７００℃未満であると、バイオマス１３の熱分解が良好でなく、好ましくなく、一方１２００℃を超えた場合には、バイオマス１３自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【００３３】
また、ガス化炉本体１１の内部圧力は１〜３０気圧とするのが好ましい。これは、メタノール（又はジメチルエーテル）合成に直結する場合には、８０気圧近傍が好ましいが、ガス化炉本体１１を耐圧構造とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、３０気圧程度の場合には、空塔速度が低くなり、装置もコンパクト化でき、好ましい。
【００３４】
また、ガス化炉本体１１の内部の空塔速度は０．１〜５ｍ／ｓのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速度が０．１ｍ／ｓ以下ではガス化炉本体１１の内部の滞留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方５ｍ／ｓを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができないからである。
【００３５】
本発明のバイオマスガス化炉１０によれば、バイオマス１３を部分酸化により効率よくガス化し、ＣＯシフト反応がＨ2生成側へ進行し、後述するメタノール合成に必要なＨ2を多量に含む生成ガス２４を得ることができる。
【００３６】
得られた上記生成ガス２４はガス精製手段により精製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用することが可能である。
【００３７】
また、生成ガス２４中のＨ2とＣＯガスの組成を調整することで、メタノール（又はジメチルエーテル）製造用のガスとして利用することも可能である。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態にかかるガス化炉の概略図である。
本実施の形態では、水蒸気１７を供給する第１の水蒸気供給手段１８Ａはガス化炉本体１１の頂部１２に設けると共に、第２の水蒸気供給手段１８Ｂはガス化炉本体１１の側面に設けてなるものである。そして、第１の水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７は高温反応場１９Ａ内に供給すると共に、第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７はガス化反応場１９Ｂ内に供給するようにしている。
【００３９】
ここで、Ｈ2Ｏ／Ｃ＝２．５の場合における第１水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７の投入量と第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量との割合は、第１水蒸気供給手段１８Ａからの水蒸気１７の投入量を１０〜９０％とした場合に、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合を９０〜１０％とすればよい。特に、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合を２０〜６０％の範囲、特に好適には４０〜６０％の範囲とすることで、図５に示すように、水素（Ｈ2）発生量が上昇すると共に、メタン（ＣＨ4）発生量が低下するので好ましい。なお、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量の割合が７０％を超えるような場合には、高温反応場１９Ａの温度が上昇し（約１４００℃以上）、熱損失が増大すると共に、炉の製造費用が嵩み、好ましくない。
【００４０】
このように、ＣＯとＨ2とからメタノール合成の為には、水素濃度を向上することが必要となるが、第２水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の投入量を所定割合とすることでこれを達成することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７の導入は円周方向の４箇所から接線方向に水蒸気１７を流入するようにして、混合効率を向上するようにしている。また第２の水蒸気供給手段１８Ｂからの水蒸気１７のガス化炉本体１１内への水蒸気１７の吹き込みを鉛直軸の下方側から上方側に向かって水蒸気１７を吹き上げるように供給するようにして、さらに混合比率を向上させるようにしてもよい。
【００４２】
［第３の実施の形態］
以下、得られた生成ガス２４をメタノール合成に利用するシステム１００について、図６を参照して説明する。
【００４３】
図６に示すように、上記バイオマスガス化炉１０により生成した生成ガス２４を用いてメタノール合成を行うバイオマスのメタノール合成システム１００は、バイオマスガス化炉１０内において発生した生成ガス２４中の煤塵を除去する集塵装置１０１と、集塵後の生成ガス２４を精製する精製装置１０２と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置１０４と、生成ガス２４の圧力を向上させるブースタ装置１０５と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を製造するメタノール製造装置１０６と、排ガス１０７とメタノール１０８とに分離する気液分離装置１０９とを具備するものである。
【００４４】
バイオマスガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給されたバイオマス１３は、燃焼酸化剤１５により部分燃焼され、上述した所定の炉内条件とすることで、メタノール１０８の生成原料として好適な生成ガス２４を得る。ここで発生した生成ガス２４は、次いで集塵装置１０１で除塵された後、ＣＯシフト装置１０４でＨ2量を増大させ、ブースタ装置１０５で圧力をメタノール１０８の合成圧力まで向上させてメタノール合成装置１０６へ導かれ、ここで、メタノール１０８が製造される。その後、メタノール１０８と排ガス１０７とを分離する。
【００４５】
ここで、排ガス１０７には可燃性ガスであるＣＨ4が残存しているので、再度ガス化炉本体１１に供給したり、水蒸気１７を予加熱する熱源（燃料）等として、再利用をするようにしてもよい。
【００４６】
なお、メタノール１０８の回収率の向上のためには、余分なＣＯ2はシステム最終段階でアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置（脱炭酸装置）１１０をブースタ装置１０５の上流側へ設け、余分なＣＯ2を除去するようにしてもよい。
【００４７】
この結果、メタノール合成装置１０６に供給されるメタノール１０８の原料の生成ガス２４は、余分なＣＯ2が除去され、［ＣＯ］／［Ｈ2］＝１／２のモル比率組成とすることができ、メタノール１０８の合成が効率よく進行し、供給したバイオマス１３を効率よくメタノール１０８に合成することができる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態を図７を用いて説明する。なお、図１に示すガス化炉と同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉３０は、ガス化炉本体３１の中央部分にくびれ部３２を形成してなり、第１室３１Ａと第２室３１Ｂとに内部を鉛直軸方向で分割し、下部側にバイオマス１３を供給するバイオマス供給手段１４と酸化剤１５を供給する燃焼酸化剤供給手段１６と水蒸気１７を供給する水蒸気供給手段１８が設けられている。また、本実施の形態においても水蒸気１７は第１室３１Ａ内のみならず、第２室３１Ｂ内にも第２の水蒸気供給手段１８Ｂより水蒸気１７を供給するようにしている。
【００５０】
このように水蒸気１７の供給を分けたのは、水蒸気の温度は通常に加熱した場合であっても４００〜６００℃程度であるので、高温反応場１９Ａに供給した場合には、冷却剤として作用することになり、酸化、熱分解反応が不十分となることによる。よって、高温反応場１９Ａが十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場（熱分解反応場）１９Ｂに供給する場合には、水蒸気１７が当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができ、メタノール１０８の生成原料として好適なＣＯ／Ｈ2モル比がほぼ１／２となる組成の生成ガス２４を得ることができる。
【００５１】
バイオマス１３の供給方法は本実施の形態のように、下方側から供給するものに限定されるものではない。なお、本実施の形態のように生成ガス２４の流れを上向きとすることで、高温ガスは上方へ流れるのでガス化炉本体１１内のガス流れは均一になり、ガス化反応が効率よく進行するので、好ましい。
【００５２】
また、図１乃至図３に示す第１の実施の形態にかかるバイオマス１３を上方から供給するバイオマスガス化炉１０においても、本実施の形態のようにガス化炉本体１１にくびれ部を形成するようにして、高温反応場１９Ａとガス化反応場１９Ｂとを明確化させるようにしてもよい。
【００５３】
また、図８に示すように、くびれ部３２を有するガス化炉本体３１の第１室３１Ａには水蒸気１７を供給せずに、第２室３１Ｂ内のガス化反応場１９Ｂのみに、水蒸気供給手段１８から水蒸気１７を供給するようにしてもよい。
【００５４】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態を図９を用いて説明する。図１に示すガス化炉及び図６に示すガス化システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００５５】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化システム１２０は、バイオマス１３をガス化させるバイオマスガス化炉１０と、該ガス化炉１０にて生成した生成ガス２４中の煤塵等を除去するスクラバ等の集塵装置１０３と、集塵後の生成ガス２４を再度ガス化炉１０内で通過させて、再度生成ガス２４を加熱する配管１２１と、加熱後の生成ガス２４の圧力を上昇させるブースタ装置１０５と、例えばアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置１１０と、生成ガス２４中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）１０８を製造するメタノール製造装置１０６と、排ガス１０７とメタノール１０８とに分離する気液分離装置１０９とを具備するものである。
【００５６】
本実施の形態によれば、除塵装置１０３により生成ガス２４中の煤塵等を除塵した後に、水蒸気１７を供給してガス化炉１０内に配設された配管１２１内を通過させることで、生成ガス２４が再度加熱され、ＣＯ＋Ｈ2Ｏ←→ＣＯ2＋Ｈ2というＣＯシフト反応が右辺側へ進み、Ｈ2濃度を向上することができる。
【００５７】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態を図１０を用いて説明する。図９に示すガス化システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態にかかるバイオマスガス化システム１３０は、上記ガス化炉本体に配設された配管１２１にスチームリフォーミング手段である触媒装置１３１を介装してなるものである。上記触媒装置１３１は、内部にＮｉ系触媒等の改質触媒１３２を充填等してなるものであり、該触媒１３２の改質効果により生成ガス２４中のＣＨ4等の炭化水素系物質を、水蒸気１７及びニッケル触媒存在下のスチームリフォーミングにより、高温（好適には９００℃±１００℃）で、ＣＯ，Ｈ2にすることができる。このスチームリフォーミングにより生成されたＨ2，ＣＯは、上述したように、メタノール１０８の合成の原料となる。
【００５９】
この結果、メタノール合成装置１０６に供給されるメタノール１０８の原料の生成ガス２４は、余分なＣＯ2が除去されると共にＨ2が豊富なＣＯ／Ｈ2のモル比が１／２のガス組成とすることができ、メタノール１０８の合成効率が向上し、供給したバイオマス１３を効率よくメタノール１０８に合成することができる。
【００６０】
第５及び第６の実施の形態では水蒸気１７を多段に導入するガス化炉を用いたものではないが、図２、図３及び図４に示すガス化炉を用いても同様に効率よくメタノール１０８を合成できることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
第１の発明は、鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えているバイオマスガス化炉において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するものであることから、高温反応場が十分に形成された後の酸素量が少ないガス化反応場に水蒸気が供給されるので、該水蒸気は当該雰囲気に晒されて高温（約９００〜１２００℃程度）になり、高温となった水蒸気がバイオマスの熱分解反応に寄与し、Ｈ 2 濃度を向上することができ、メタノール生成原料として好適なＣＯ／Ｈ 2 モル比がほぼ１／２となる生成ガス組成を得ることができる。このため、ガス化効率を向上させることができるので、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができる。
【００６２】
第２の発明は、第１の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の前記ガス化反応場へ供給する前記水蒸気の量の割合を２０〜６０％とするように、当該ガス化炉本体の当該ガス化反応場と前記高温反応場とへそれぞれ別々に前記水蒸気を供給するものであることから、Ｈ2発生量を増加させることができる。
【００６３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の周方向及びガスの流通方向の少なくとも一方に沿って複数箇所から前記水蒸気を供給するものであることから、メタノール合成に好適なガス組成にガス化することができる。
【００６４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、前記バイオマス供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記ガス化反応場へもバイオマスを供給するものであることから、バイオマスを効率的に燃焼及び部分酸化させることができる。
【００６５】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体が、前記高温反応場と前記ガス化反応場とを区分けするようにくびれ部を有していることから、高温反応場を分離することができ、高温化により炭化水素等を分解でき、ＣＯシフト反応の原料となるＣＯ量を多くし、高濃度Ｈ2を得ることができる。
【００６６】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一の発明において、前記ガス化炉本体の前記一方側が下方側であるので、バイオマスを効率的にガス化することができる。
【００６７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一の発明において、前記バイオマスの平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍの粉砕物であるので、バイオマスの燃焼が効率的に行うことができ、高効率のガス生成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図２】 第１の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図３】 第１の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図４】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図５】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いた水蒸気投入量と水素の発生量及びメタン発生量との関係図である。
【図６】 第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【図７】 第４の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図８】 第４の実施の形態の他のバイオマスガス化炉の概略図である。
【図９】 第５の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【図１０】 第６の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたメタノール合成システムの概略図である。
【符号の説明】
１０ バイオマスガス化炉
１１ ガス化炉本体（炉本体）
１２ 頂部
１３ バイオマス
１４ バイオマス供給手段
１５ 燃焼酸化剤
１６ 燃焼酸化剤供給手段
１７ 水蒸気
１８ 水蒸気供給手段
１８Ａ 第１の水蒸気供給手段
１８Ｂ 第２の水蒸気供給手段
１９Ａ 高温反応場
１９Ｂ ガス化反応場（熱分解反応場）
２１ 灰
２２ 灰溜め部
２４ 生成ガス
１００ バイオマスガス化システム
１０１ 集塵装置
１０２ 精製装置
１０３ スクラバ
１０４ ＣＯシフト反応装置
１０５ ブースタ装置
１０６ メタノール製造装置
１０７ 排ガス
１０８ メタノール
１０９ 気液分離装置
１１０ 脱炭酸装置
１２０ バイオマスガス化システム
１２１ 配管
１３１ 触媒装置
１３２ 触媒
Claims (7)
- 鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、
前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、
前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、
前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と
を備えているバイオマスガス化炉において、
前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するものである
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１において、
前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の前記ガス化反応場へ供給する前記水蒸気の量の割合を２０〜６０％とするように、当該ガス化炉本体の当該ガス化反応場と前記高温反応場とへそれぞれ別々に前記水蒸気を供給するものである
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１又は２において、
前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の周方向及びガスの流通方向の少なくとも一方に沿って複数箇所から前記水蒸気を供給するものである
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至３のいずれか一において、
前記バイオマス供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記ガス化反応場へもバイオマスを供給するものである
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至４のいずれか一において、
前記ガス化炉本体が、前記高温反応場と前記ガス化反応場とを区分けするようにくびれ部を有している
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至５のいずれか一において、
前記ガス化炉本体の前記一方側が下方側である
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至６のいずれか一において、
前記バイオマスの平均粒径（Ｄ）が０．０５ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍの粉砕物である
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。
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