JP4981408B2

JP4981408B2 - 粉粒体のガス化装置

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Publication number: JP4981408B2
Application number: JP2006294069A
Authority: JP
Inventors: 達地崎; 大藏國井; 昭道八太
Original assignee: Chisaki Co Ltd
Current assignee: Chisaki Co Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP2008111016A

Description

本発明は、一般廃棄物そして産業廃棄物、バイオマス、下水汚泥、石炭等の可燃物を熱分解ガス化して高カロリーの燃料ガスを発生して、例えば分散型発電などの小型な局地的利用を可能とする、高効率で操作の安全で設備費の安価な粉粒体のガス化装置に関する。

一般廃棄物および産業廃棄物をガス化して高カロリーの燃料ガスを製造する公知技術の多くは集中処理用の大型プラントに向いているものである。それらは、局地的に発生するバイオマスや産業廃棄物などその場で、例えば、分散型発電用の高カロリー燃料ガスに転化する設備としては不適なものが主であり、単位処理量当たりの設備費が嵩む。

その中で中小規模処理に使用できるものとして間接加熱の回転炉方式による熱分解プロセスが公知であるが、これは高カロリー可燃ガスを発生する一方で、多量の炭素質固体であるチャーを排出する。このチャーを焼却して減容処理するために、発生した高カロリーガスの大部分あるいは全部を他の装置内で燃焼して消費する必要が生ずるので、折角発生した高カロリーガスを、例えば分散型発電用として安定して供給することができない。

大きな発熱量を有するチャー中の炭素分を、装置内で燃焼してガス化反応の熱源とする技術として、砂粒等の固体の粒子を２つの流動層間に循環する熱媒体循環加熱の技術が、例えば非特許文献１で公知であり、大、中規模の固形廃棄物ガス化に実用化されている。この技術は一方の流動層に固形廃棄物が送入されて熱分解ガス化反応を進行させ、残留した炭素質含有のチャーは循環する砂粒等の熱媒体に乗って他の流動層にに至り、外部から送入される空気によって炭素質を燃焼することにより、熱媒体を加熱する。

すなわち、非特許文献１における技術はチャー中の炭素質を燃焼して発生した熱エネルギーを循環する熱媒体によって熱分解ガス化の反応領域に輸送することが特徴であり、熱媒体を２つの流動層間に定常安定的に循環させる技術がその中核になっている。
Fluidization Engineering (Second edition) (Butterworth Heinemann 社 (USA), 1991年発行)(p 49, Fig 21(a))

しかしながら、上述の非特許文献１に開示された熱媒体循環による固形廃棄物の熱分解ガス化技術は、次の（１）〜（４）の４つの理由により、分散型発電などを目的とする中小規模の固形廃棄物熱分解ガス化用としては不向きである。

（１）発生する高カロリーガスと炭素質酸化燃焼用の空気が、どのような場合にでも混合して爆発に至ることが無いように、相互漏洩を阻止するために、構成される二塔流動層間の粉粒体循環系は大型の装置となり、その設備費が嵩む。

（２）粉粒体の定常安定的循環を確立するための自動制御による高度なシステムを必要とする。

（３）粉粒体の定常安定的循環のために多量の水蒸気を必要とする。

（４）流動層の底部は圧力が高く、その位置に粗大な無機物が沈殿・滞留するので、運転中に高圧に抗してこれらを排出除去する機構に高額な設備費を要する。

このような事情に鑑み、本発明は、運転操作が容易であり設備が小さいながら、高効率で可燃固体を熱分解ガス化させ、高カロリーの可燃ガスを発生させることのできる中小規模の粉粒体のガス化装置を提供することを課題とする。

本発明に係る粉粒体のガス化装置は、水平もしくは水平面に対し３度以下の傾角をもつ軸線まわりに回転する筒状体と、該筒状体の一端側開口から該筒状体内に投入された被加熱物たる可燃な粉粒体を上記軸線方向で他端側開口に向けて搬送する搬送手段と、搬送中に加熱処理された粉粒体を上記他端側開口から排出する。

かかる粉粒体のガス化装置において、本発明は、搬送手段が軸線方向中間部で筒状体内に配され、該筒状体の内部空間に連通する可燃ガス導出管が筒状体の一端側に、該筒状体の内部空間に連通するガス排出管が筒状体の他端側にそれぞれ接続されており、搬送手段は上記軸線方向で中間部に位置して筒状体内に平行に配された複数の内筒体内に、上記軸線方向の中心線まわりに形成された螺旋板が該螺旋板の外周縁で上記内筒体の内周面に取り付けられて形成され、上記内筒体は直接もしくは取付部材を介して間接に上記筒状体に取り付けられ、上記筒状体を軸線方向から見たときの該筒状体の内部の円領域が螺旋板そして取付部材により占められており、上記複数の内筒体は、該複数の内筒体の一端側開口同士そして他端側開口同士を連通する一端側連絡空間と他端側連絡空間とを筒状体のそれぞれの端部側で該筒状体の内部に形成するように配置され、少なくとも一つの内筒体内の螺旋板が他の内筒体内の螺旋板に対し搬送方向を逆としており、一端側連絡空間と他端側連絡空間の少なくとも一方の連絡空間に、該空間内で粉粒体を軸線方向に往復せしめる循環手段が設けられ、筒状体の他端側内部には酸素含有気体を供給する気体送気管が配設されていることを特徴としている。

このように構成される本発明装置にあっては、筒状体の一端側開口から筒状体内へ投入された粉粒体は、筒状体の回転と共に、加熱されながら搬送手段によって筒状体内を他端側開口に向け移動する。粉粒体は可燃であり、上記一端側開口付近の領域が熱分解ガス化領域を形成して粉粒体から可燃ガスが発生し、また、他端側開口付近の領域が酸化加熱領域をなして燃焼ガスが発生する。

筒状体の内部では、該筒状体の内面と内筒体の外面の間、そして内筒体の外面同士間の空間は取付部材によって軸方向で、塞がれて遮断されている。したがって、内筒体内に粉粒体が存在しない状況では、内筒体内に螺旋流路が形成されているので、軸方向で内筒体内の両端側の気体が内筒体内を軸方向に流通可能である。しかし、本発明装置の操業中は、筒状体の一端側開口から投入された粉粒体が上記内筒体内に充填されており、内筒体の両端での静圧差が著しく大きくない限り、内筒体内の粉粒体層での大きな流動抵抗によって、上記両端での気体の流通は実質的に阻止される。換言すれば、粉粒体が充填されている内筒体は、上記熱分解ガス化領域と酸化加熱領域との中間に位置して両領域間での気体の流通を阻止する粉粒シールとしての機能を発揮する。熱分解ガス化領域が位置する筒状体の一端側には可燃ガス導出管、そして酸化加熱領域が位置する他端側にはガス排出管が設けられていて、また両領域は上述のごとく内筒体内の粉粒体のシール機能で分離されているので、可燃ガスそして燃焼ガスは、混合されることなく、これらの管からそれぞれ分離して取り出される。

本発明では、上記少なくとも一つの内筒体と他の内筒体とで、搬送方向が逆なので、粉粒体は、一つの内筒体で一端側から他端側へ搬送された後、連絡空間を経て他の内筒体に入り逆方向に搬送されて上記一つの内筒体へ戻るようになり、複数の内筒体により循環流をなす。したがって、粉粒体の上記内筒体と筒状体の他端側での間に熱エネルギの輸送が行われ、粉粒体の加熱が良好に行われる。上記一端側連絡空間は熱分解ガス化領域に、そして他端側連絡空間は酸化加熱領域にそれぞれ連通する。

本発明において、粉粒体が固体可燃物であり不燃の無機物が含有されていないときには、操業開始時から適量の熱媒体を粉粒体に混入させておくことが好ましい。粉粒体に、一般廃棄物、石炭のように不燃の無機物が含有されているときには、加熱を受けて該無機物が残留蓄積するので、これが熱媒体となる。したがって、本発明装置の操業中は、可燃粉粒体と不燃熱媒体が混在し、この熱媒体が粉粒体への熱伝達に寄与する。

互いに搬送方向を逆とするように内筒体が対をなして設けられている場合、粉粒体の循環量は筒状体への粉粒体の供給量に対して１０倍以上にもすることができる。熱分解ガス化領域において必要とする熱エネルギーは酸化加熱領域から移送することができる。その際、酸化加熱領域から入る熱媒体の温度は熱分解ガス化領域の粉粒体の温度よりも５０〜２００℃程度高い。

本発明では、一端側連絡空間と他端側連絡空間の少なくとも一方の連絡空間に、該空間内で粉粒体を軸線方向に往復せしめる循環手段が設けられているので、これらの連通空間でも、粉粒体の循環による滞留時間を長くして、熱分解ガス化そして酸化加熱を促進させることができる。
また、本発明では、筒状体の他端側内部には酸素含有気体を供給する気体送気管が配設されているので、酸素含有気体により酸化加熱領域での酸化が促進される。
また、筒状体の一端側内部には、気体送気管により水蒸気を供給することができる。熱分解ガス化領域内で転動する粉粒体そして熱媒体中には、可燃固体の熱分解によって発生した炭素質を含むが、転動する粉粒状熱媒体層中に水蒸気を送入して上記炭素質の一部をガス化することができる。その際、熱分解ガス化反応のために必要とする熱エネルギーは、酸化加熱領域から複数個の内筒体で成る搬送手段を通じて循環してくる高温度の熱媒体によって供給される。
熱分解ガス化領域から循環して酸化加熱領域に入ってくる粉粒体そして熱媒体中には炭素質が含有される。この酸化加熱領域に連通する他端側連絡空間に気体送気管が配され酸素含有気体、例えば空気、酸素と水蒸気の混合気体を供給すると、上記炭素質の全部あるいは一部を酸化燃焼する。その際、発生する熱エネルギーは粉粒状熱媒体を加熱して熱分解ガス化領域において必要とする熱エネルギーを発生する。

本発明において、上記循環手段は、筒状体の軸線を含むもしくは該軸線と平行な板で該筒状体の内部空間を二分する仕切板と、該仕切板の板厚方向で一方から見たときに同方向に傾斜する複数のガイド板が該仕切板の両面から立設されている該ガイド板とを有するようにして形成することができる。

筒状体の一端側に配された仕切板そしてガイド板から成る循環手段の一端側（筒状体の一端側開口側）に形成されている熱分解ガス化領域では、４００〜１０００℃の温度の熱媒体が転動しており、ガイド板と仕切板の作用により軸方向に循環している。原料たる粉粒体（可燃固体）は筒状体の一端側開口から送入され、高温で循環する上記熱媒体の流れに巻き込まれて分散され、加熱を受けて熱分解ガス化反応を進行させる。発生した可燃ガス（そして可燃蒸気）は可燃ガス導出管を経て装置外に送り出される。

本発明において、気体送気管は筒状体の内面位置に複数設けられ、これらの気体送気管は筒状体外に静止設置された分配装置に対して、相対回転を許容そしてシールされつつ、接続されているようにすることができる。こうすれば、分配装置によって、筒状体の回転に伴い、下位にきた気体送気管、すなわち粉粒体層が存在する位置にある気体送気管にのみ酸素含有ガスを送ることができる。

本発明において、螺旋板を内蔵せる内筒体は、筒状体の一端側に向く端部に、粉粒体を掻き上げて内筒体内に取り入れる掻き上げ部材を有していることが好ましい。こうすることにより内筒体への粉粒体の取入れ能力を増大できる。

上記掻き上げ部材は、例えば、内筒体の端部に取り付けられた筒状蓋体であり、筒状体の回転に伴い、内筒体が筒状体内で最下位に位置したときに、該筒状蓋体の下面側となる周壁の一部が開口していて取入口を形成しているようにすることができる。

本発明において、装置の始動時及び補助燃料使用時には酸化加熱領域にバーナを設置することがきる。

本発明は以上のように、回転する筒状体の軸線方向中間部に、螺旋板を内蔵する内筒体を配置して、その両側に熱分解ガス化領域と酸化加熱領域とを、上記内筒体内の粉粒体により両領域間での気体の流通を阻止する状態で、形成することとしたので、熱分解ガス化領域から可燃ガスを、そして酸化加熱領域から燃焼ガスを、それぞれ混合せずに、高純度の状態で取り出せ、その後の利用にきわめて有効となる。

また、両領域間の発生ガスの流通を確実に阻止することができるので、固形廃棄物、バイオマス、下水汚泥、石炭等の可燃物を原料とし、酸化ガスとして空気を使用することにより、４０００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以上の高カロリー可燃ガスを発生する、運転が安全、しかも設備の小さい反応装置を提供することができ、局地的に発生する固形可燃物の分散型ガス化と発電に寄与するものである。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

＜第一実施形態＞
図１に示される本実施形態装置は、水平あるいは水平面に対して若干の傾角（例えば３度以下）をもって右側が上がっている軸線１を中心線とする筒状体２を有し、該筒状体２は、軸線方向両端で外周に取り付けられたリング３で、軸受３Ａに回転自在に支持され、図示しない駆動装置によって、例えば１〜１５ｒｐｍで上記軸線１まわりに回転している。筒状体２は、通常、金属板で作製され、好ましくは、その内面に耐熱性の断熱材が内張りされている。上記筒状体２は一端側（図１にて右端側）に小径の筒状開口２Ａを有している。

上記筒状体２の右方には、原料たる固形可燃物の粉粒体Ｍを貯留せるホッパ４が設けられ、該ホッパ４の下部からは上記筒状体２の筒状開口２Ａ内に進入せる供給管４Ａが軸線１方向に延びている。この供給管４Ａ内には、ホッパ４内の粉粒体Ｍを筒状体２内へ送り出す供給手段としての回転スクリュ４Ｂが設けられている。なお、この回転スクリュ４Ｂの軸体４Ｃはシール４Ｄによりシールされた状態でホッパ４外に突出し、図示せぬ駆動源に連結されている。

上記筒状体２の筒状開口２Ａの開口端には、可燃ガス導出管５が接続されている。該可燃ガス導出管５は、上記筒状開口２Ａの開口端の相対回転を許容しつつシールするシールフランジ付の接続部５Ａとここから半径方向（図にて上方）に延出する導出部５Ｂとを有している。接続部５Ａは上記筒状開口２Ａとほぼ同一直径でホッパ４の供給管４Ａと同心である。そして、上記接続部５Ａの右端部を上記供給管４Ａが貫通している。

上記筒状体２内には、軸線１方向での一端側（図１で右端側）から、他端側に向けて第一循環手段１０、搬送手段２０、そして第二循環手段３０が設けられている。

第一循環手段１０は、軸線１を含む面で筒状体２の内部を二つに区分するように該筒状体２の内面に取り付けられている仕切板１１と、該仕切板の両面で垂立し、上記軸線１に対して傾斜せる複数のガイド板１２とを有している。複数のガイド板１２は互いに平行であり、図１に見られるように、仕切板の一方の面（図１において紙面）におけるガイド板１２Ａと他方の面（図１において紙面の裏面）におけるガイド板１２Ｂとから成っており、両ガイド板１２Ａ，１２Ｂは、仕切板の板厚方向にて一方から見たときに、同方向に傾斜して仕切板１１に取り付けられている。図１の状態では、実線で示されるガイド板１２Ａは右下がりの傾斜をなしているが、筒状体２が軸線１まわりに１８０°回転して図１にて破線で示されている仕切板１１の裏側のガイド板１２Ｂが紙面の表側にきたときには該ガイド板１２Ｂは上記ガイド板１２Ａと逆傾斜となる。すなわち、両ガイド板１２Ａ，１２Ｂは、周方向で同一位置にきたときに比較すると、それらの傾斜が逆となる。

上記ガイド板１２Ａ，１２Ｂは、軸線１方向に見たときに、図２（Ａ）に見られるように、筒状体２の内面との間に三日月状の空間１３Ａ，１３Ｂを残している。したがって筒状体２が軸線１まわりに回転すると、筒状体２の底部に層を形成する筒状体は仕切板１１により掻き上げられ、該仕切板の上面側にあって、該上面側のガイド板１２Ａもしくは１２Ｂに沿って滑落し軸線１方向に移動する。その移動方向は、ガイド板１２Ａと１２Ｂとでは逆方向となる。したがって、粉粒体は仕切板１１の両側で循環移動する。

搬送手段２０は、上記筒状体２の内径の約半分の外径をもつ二つの筒状体２２Ａ，２２Ｂ内にそれぞれ螺旋板２３Ａ，２３Ｂが取り付けられた螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂが上記筒状体２内に平行に収められて構成されている。螺旋板２３Ａ，２３Ｂは互いに逆向きの螺旋をなしている。したがって、螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂの搬送方向は軸線１の方向で逆向き、すなわち、一方が右向きなら他方が左向きであり、内筒体２２Ａ，２２Ｂに取り入れられた粉粒体は二つの螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂによって両螺旋搬送体間を循環移動する。

また、筒状体２の内面と上記内筒体２２Ａ，２２Ｂとの間、さらには内筒体２２Ａそして２２Ｂとの間には板状の取付部材２５が隙間なく設けられており、この取付部材２５は筒状体２に対して内筒体２２Ａ，２２Ｂに連結して保持されていると共に、この取付部材２５の領域での軸線１方向の気体の流通を阻止している。

各螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂの螺旋板２３Ａ，２３Ｂはそれらの中心線上で軸体２４Ａ，２４Ｂにより支持されそして該螺旋板２３Ａ，２３Ｂの外周縁で上記筒状体２２Ａ，２２Ｂの内面へ固定されている。この内筒体２２Ａ，２２Ｂを軸線方向から見たものが図２（Ｂ）である。ここにおいて、上記螺旋板２３Ａ，２３Ｂは、内筒体２２Ａ，２２Ｂの円形領域を完全に占めている。すなわち、軸線方向で、一端側からは他端側を部分的にも見ることができず、螺旋板２３Ａ，２３Ｂにより視界が完全に遮られている。詳述すれば、例えば気体が内筒体２２Ａ，２２Ｂ内へ一端側から他端側に送入されてきたとき、完全な螺旋流路を流れるようになり、たとえ一部でもこの螺旋流路から外れて軸線に沿った直線の流れを生ずることはない。

上記搬送手段２０の左方に位置する第二循環手段３０は、既述の第一循環手段１０と同一形態の仕切板３１と該仕切板３１の両面に設けられた複数のガイド板３２とを有している。

上記第二搬送手段３０が設けられている軸線１方向範囲を含む上記筒状体２の内面には、図１及び図２（Ｃ）に見られるように、軸線１方向に延びる複数の送気管３３が周方向に分布して配設されている。各送気管３３には、その長手方向の複数位置に分布して小さな噴気孔３３Ａが形成されている。

複数の送気管３３は、それらの左端にて、図２（Ｄ）に見られるごとく、上記筒状体２の内面に取り付けられて設けられた環状管３４に接続されている。該環状管３４は、例えば隣接する二つの送気管３３毎に対応する室３４Ａ〜３４Ｆに区分されており、これらの室３４Ａ〜３４Ｆには、軸線１の位置から半径方向に延びる接続管３５Ａ〜３５Ｆがそれぞれ接続されている。複数の接続管３５Ａ〜３５Ｆは、軸線１方向に延びる分配管３６の内部空間を放射状に複数に区分して形成された区分通路３６Ａ〜３６Ｆに連通している。かかる分配管３６はその左端が大径の回転分配器３７に接続されている。該回転分配器３７は、図３（Ａ）のごとく上記分配管３６の区分通路３６Ａ〜３６Ｆに対応して扇状の区分開口３７Ａ〜３７Ｆに区分されている。

上記回転分配器３７は、相対回転を許容しつつシールを行う回転シール（図示せず）を介して気体供給管３８の固定分配器３９に接続されている。該気体供給管３８は、酸素含有気体供給源（図示せず）に接続されていて、該気体供給管３８の端部に固定分配器３９を有している。該固定分配器３９は図３（Ｂ）に見られるように周方向の一部に送気開口３９Ａが形成されている。該送気開口３９Ａは、図３（Ａ）の回転分配器３７の区分開口３７Ａ〜３７Ｆの一つと同形状そして同寸法をなし該区分開口と同じ半径方向位置にあるが、その周方向位置は、中心から下方に延びる鉛直線に対して筒状体２の回転方向に若干ずれている。

上記筒状体２の左端には接続フランジ付の短筒部４１Ａを有する端蓋４１が取り付けられている。上記短筒部４１Ａは上記分配管３６の外周との間に環状空間を形成している。短筒部４１Ａの接続フランジは、相対回転を許容しつつシールを行う回転シール（図示せず）を介して排出管４２のフランジと接続されている。該排出管４２はその左端で、上方に向けガス排気管４３がそして下方に向け粉粒体排出管４４が取り付けられている。なお排出管４２の左端では、上記分配管３６が貫通しており、この分配管３６と排出管４２の間に回転シールが設けられている。

次に、本実施形態装置についてその作動を説明する。

先ず、ホッパ４内の原料たる固形可燃物の粉粒体Ｍが回転スクリュ４Ｂの作用によって供給管４Ａを経て筒状体２内の右端側の領域へ供給される。この領域は熱分解ガス化領域Ａを形成する。この熱分解ガス化領域Ａには、高温度の砂粒等の熱媒体が転動しており、第一循環手段１０の仕切板１１に設けられているガイド板１２Ａ，１２Ｂの作用で、筒状体２の回転に伴い、上記熱媒体は仕切板１１の両側の空間を循環している。したがって、この上記熱分解ガス化領域Ａに投入された粉粒体Ｍは、高温の熱媒体からの熱を受けて、短時間で熱分解反応を行い、可燃ガス（可燃蒸気を含む）を発生する。上記熱分解ガス化領域Ａに対して左方に位置する搬送手段２０の螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂ内の粉粒体そして取付部材２５が左方への気体の流通に対して大抵抗を示すので、上記可燃ガスは、螺旋搬送体２０内を流通できず、可燃ガス導出管５を経て装置外へ取り出される。

熱分解ガス化領域Ａで熱分解した粉粒体は、灰分の中に炭素質を含有するチャーに転化して、仕切板１１の両側の空間で循環しつつ熱媒体と混ざって一部が熱媒体の一部と共に第一循環手段１０と搬送手段２０との間の領域Ｂから搬送手段２０へ取り込まれる。仕切板の両側の空間で循環する熱媒体は、装置の始動前に装填されていた不燃物と、原料たる粉粒体に可燃物と共に含有されていた不燃物とで構成される。

搬送手段２０に取り込まれた粉粒体は、搬送方向を互いに逆とする二つの螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂの作用で、これらの螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂの間で循環しつつ、搬送手段２０と第二循環手段３０との間の酸化加熱領域Ｃへ移行する。既述のごとく、上記螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂ内の粉粒体そして取付部材２５により上記搬送手段２０の両側の気体に対してシール機能をもつので、上記熱分解ガス化領域Ａ内の可燃ガスが搬送手段２０を通って上記酸化加熱領域Ｃへ至ることはなく、またその逆に酸化加熱領域Ｃ内の燃焼ガスが熱分解ガス化領域Ａへ至ることもない。

酸化加熱領域Ｃに至った粉粒体及び熱媒体は、第一循環手段１０におけるのと同様に、第二循環手段３０の仕切板３１とガイド板３２Ａ，３２Ｂの作用によって仕切板３１の両側の空間で循環移動する。上記酸化加熱領域Ｃでは、複数の送気管３３の噴気孔３３Ａから酸素含有気体、例えば、空気あるいは酸素と水蒸気との混合気体が供給されており、粉粒体に混在している炭素質を６００〜１２００℃の温度で酸化燃焼する。この温度は熱分解ガス化領域Ａの熱媒体温度よりも２０〜３００℃位高い。この熱媒体は循環によって、酸化加熱領域Ｃで高温となった分の熱エネルギーを熱分解ガス化領域Ａへ補給する。酸化加熱領域Ｃで発生した燃焼ガスはガス排気管４３から装置外へ排出され、燃焼後の粉粒体そして熱媒体は粉粒体排出管４４から取り出される。なお、上記燃焼ガスは既述したように搬送手段２０のシール機能により熱分解ガス化領域へ至ることはない。

上記送気管３３の噴気孔３３Ａから噴出される酸素含有気体は、図示しない酸素含有気体供給源から気体供給管３８から固定分配器３９の送気開口３９Ａを経て、丁度この送気開口３９Ａに合致して位置する回転分配器３７の区分開口３７Ａ〜３７Ｆのうちの一つへ流入し、これに対する接続管３５Ａ〜３５Ｆのうちの一つを経てこれに対応する送気管３３へ送られる。上記送気開口３９Ａは筒状体２の底部に相当する部分に位置しているので、酸素含有気体は上記筒状体２の底部に位置することとなった送気管へ送られることなる。換言すれば、筒状体２の底部に層をなしている粉粒体に有効に上記酸素含有気体が供給されることとなる。

本実施形態装置は、図１〜３の例を変形することが可能である。例えば、搬送手段２０としての複数の螺旋搬送体は互いに逆方向に搬送するものを対として形成し、これを複数対備えることとしてもい。図４では四つの螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを備えている。この場合、周方向で隣接する螺旋搬送体同士が逆方向に搬送するようにして対をなし、これを二対有しているようにすることが好ましい。図３の例では、螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂと２１Ｃ，２１Ｄとが互いに逆方向に搬送を行う。

また、第二循環手段３０の範囲に設けられた送気管３３は、図５のごとく、噴気孔３３Ａが筒状体２の内面に向けて開孔されているようにすることができる。こうすることにより、筒状体２内面で反射する酸素含有ガスは分散して均一化されると共に、筒状体２の内面を冷却し酸素含有ガス自体は熱交換により昇温して粉粒体の燃焼を良好とする。

さらには、上記送気管３３は、図６に見られるごとく、筒状体２に軸線方向に延びて形成された凹溝内に配置することもできる。

さらには、送気管に代え、図７に見られるごとく筒状体２の内面に周方向で複数のセグメント状に分割された送気室３３Ｃを形成し、その内面に多孔あるいは網目状の開孔３３Ｄを形成させることもできる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態は熱分解反応によって可燃物質の大部分がガス及び蒸気に転化し、残留する炭素質の量が小さい場合に好適である。これに対し、固形可燃物の中で、石炭、亜炭、褐炭などのように熱分解後の残留炭素分が多いものについては、その中の相当割合は水蒸気を送入して水素、一酸化炭素に転化してガス化効率を向上させる必要がある。図８において、筒状体２の中の熱分解ガス化領域Ａで、熱分解によって発生し、粉粒体と熱媒体が混合して転動する残留炭素分の一部を、水蒸気によってガス化する。

図８では、熱分解ガス化領域Ａにおいて、筒状体２の内壁面に複数の水蒸気送気管５１が取り付けられている。この水蒸気送気管５１には、多数の噴出口５１Ａが設けられていて、転動する熱媒体と固形可燃物たる粉粒体の混合物層内に上記噴出口５１Ａから水蒸気を送入し、残留炭素分のガス化を進行させる。その際、必要とする熱エネルギーは図１の搬送手段２０を介して酸化加熱領域Ｂとの間で循環する熱媒体によって供給される。

図８における水蒸気送気管の設置形態は図８のものに限定されず、第一実施形態で示した、酸化加熱領域Ｂにおける送気管３３形態がそのまま適用できる。

水蒸気の分配態様は、図８に示されるように、ホッパ４から粉粒体を供給する供給管４Ａのまわりに回転分配器５２、固定分配器５３を設置し、供給管５４から送入される水蒸気を筒状体２内の熱分解ガス化領域Ａで転動する粉粒体層に送入する。上記回転分配器５２、固定分配器５３は、第一実施形態にて図３に示された回転分配器３７、固定分配器３９とほぼ同じものでよく、図９（Ａ），（Ｂ）のごとく形成される。

粉粒体の転動層に接する回転分配器５２の区分開口５２Ａが固定分配器５３の送気開口５３Ａと一致するときに水蒸気が転動層中に送入される。

＜第三実施形態＞
第一実施形態においては、搬送手段２０を構成する螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂでは、搬送手段２０と熱分解ガス化領域Ａに臨む空間に開口する該螺旋搬送体の粉粒体取り入れ開口端が、筒状体２の回転によって、該空間底部で転動する粉粒体層の中に没入し、その一部を該上記開口端から螺旋搬送体の内部に取り込むが、回転の進行中に折角取り入れられた粉粒体が該空間中へこぼれ落ちることがある。その結果、螺旋搬送体内に滞留できる粉粒体の充填割合が低下し、したがって回転数当たりの粉粒体の送り速度が制約される。

図１０は、上記のような粉粒体のこぼれ落ちを防止して、各螺旋搬送体内の充填割合を大きい値に保持するための取り入れ形態を示す。これは各螺旋搬送体の回転におけるこぼれを十分に防止し、螺旋搬送体内の回転数当たりの熱媒体循環速度を大きくすることができる。

図１０（Ａ）は、同様に形成される四つの螺旋搬送体２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ（図１１参照）のうちの一つについてその形態を示している。

図１０（Ａ）において、２１Ａは搬送手段２０を構成する複数の螺旋のうちの一つの螺旋搬送体であり、２５は螺旋搬送体同士間及び螺旋搬送体と筒状体２の間の空間における気体の流通を遮断する取付部材２５である。該螺旋搬送体２１Ａの一端には、筒状の取り入れ具２６が設置されている。取り入れ具２６の一端は平板によって封ぜられており、周面は角度αの部分が開口にされている。そして残りの内筒部分が粉粒体の取入れ量を確保する。螺旋搬送体２１Ａ中の螺旋板２３Ａの端部は取り入れ具２６の一端部の近傍まで延びた状態で設置され、取り入れた粉粒体を筒状体２の回転に伴い螺旋搬送体内部に送り込む。その際開口の角度αは任意であるが好ましくは１２０〜１８０°の範囲の角度である。

図１０の取り入れ具は偶数個の螺旋搬送体の全部の入口端に対して同じ寸法のものを取り付けることが望ましい。図１０は螺旋搬送体の入口に設置する取り入れ具の一例であり、同じ効果を有する掻き上げ板などでこれに代用することができる。

図１１は、このような取り入れ具２６を、四つの螺旋搬送体のすべてに取り付けたときの様子を示しており、筒状体２の回転に伴い、最下位の螺旋搬送体がきわめて効果的に粉粒体を取り入れ、次第に上方へ移動するにしたがい粉粒体がこぼれ落ちない姿勢となって行くことが理解できる。

本発明は、図示された形態に限定されず、種々変更が可能である。例えば、図示の形態では、内筒体は筒状体に固定的に取り付けられていて自転せずに筒状体の回転による公転のみを行なっていたが、適宜手段を用いて、内筒体を自転、すなわち筒状体に対して相対回転もするように取り付けられていても良い。これにより、内筒体の粉粒体搬送速度が大きくなる。

また、筒状体そして内筒体は、円筒形状とせず角筒形状とすることもできる。その場合、粉粒体は一定した連続的転動とならず、脈動的な転動となり、攪拌能力が向上する。

さらには、筒状体に局部的に凹所が形成されていれば、粉粒体中に大きな塊状物が混在しているときには、該塊状物は凹所に落ち込んで、そこに滞留し、長時間加熱されると共に筒状体の回転に伴い衝撃力を受けて徐々に細粒化され上記凹所から出て、他の粉粒体に混入し転動することとなる。

本発明の第一実施形態装置の軸線を含む面での断面図である。図１装置の軸線に直角な面での断面を示し、（Ａ）は図１におけるIIA−IIA断面図、（Ｂ）はIIB−IIB断面図、（Ｃ）はIIC−IIC断面図、（Ｄ）はIID−IID断面図である。図１装置の分配器の断面を示し、（Ａ）は図１におけるIIIA−IIIA断面図、（Ｂ）はIIIB−IIIB断面図である。図１装置の搬送手段の他の例を示す断面図である。図１装置の送気管の拡大断面図である。送気管の他の例を示す断面図である。送気管の他の例を示す断面図である。本発明の第二実施形態装置の軸線を含む面での断面図である。第二実施形態における水蒸気送気管の分配器の断面図であり、（Ａ）は回転分配器、（Ｂ）は固定分配器を示す。第三実施形態における取り入れ具を示す断面図で、（Ａ）は軸線を含む面での断面、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す。四つの螺旋搬送体に取り付けられた取り入れ具の様子を示す説明図である。

符号の説明

１軸線
２筒状体
２Ａ一端側開口
５可燃ガス導出管
１０（第一）循環手段
１１仕切板
１２Ａ，１２Ｂガイド板
２０搬送手段
２２Ａ，２２Ｂ内筒体
２３Ａ，２３Ｂ螺旋板
２５取付部材
２６掻き上げ部材
３０（第二）循環手段
３１仕切板
３２Ａ，３２Ｂガイド板
３３気体送気管
３９，５３固定分配装置（器）
４３ガス排出管

Claims

水平もしくは水平面に対し３度以下の傾角をもつ軸線まわりに回転する筒状体と、該筒状体の一端側開口から該筒状体内に投入された被加熱物たる可燃な粉粒体を上記軸線方向で他端側開口に向けて搬送する搬送手段と、搬送中に加熱処理された粉粒体を上記他端側開口から排出する粉粒体のガス化装置において、搬送手段が軸線方向中間部で筒状体内に配され、該筒状体の内部空間に連通する可燃ガス導出管が筒状体の一端側に、該筒状体の内部空間に連通するガス排出管が筒状体の他端側にそれぞれ接続されており、搬送手段は上記軸線方向で中間部に位置して筒状体内に平行に配された複数の内筒体内に、上記軸線方向の中心線まわりに形成された螺旋板が該螺旋板の外周縁で上記内筒体の内周面に取り付けられて形成され、上記内筒体は直接もしくは取付部材を介して間接に上記筒状体に取り付けられ、上記筒状体を軸線方向から見たときの該筒状体の内部の円領域が螺旋板そして取付部材により占められており、上記複数の内筒体は、該複数の内筒体の一端側開口同士そして他端側開口同士を連通する一端側連絡空間と他端側連絡空間とを筒状体のそれぞれの端部側で該筒状体の内部に形成するように配置され、少なくとも一つの内筒体内の螺旋板が他の内筒体内の螺旋板に対し搬送方向を逆としており、一端側連絡空間と他端側連絡空間の少なくとも一方の連絡空間に、該空間内で粉粒体を軸線方向に往復せしめる循環手段が設けられ、筒状体の他端側内部には酸素含有気体を供給する気体送気管が配設されていることを特徴とする粉粒体のガス化装置。
循環手段は、筒状体の軸線を含むもしくは該軸線と平行な板で該筒状体の内部空間を二分する仕切板と、該仕切板の板厚方向で一方から見たときに同方向に傾斜する複数のガイド板が該仕切板の両面から立設されている該ガイド板とを有することとする請求項１に記載の粉粒体のガス化装置。
気体送気管は筒状体の内面位置に複数設けられ、これらの気体送気管は筒状体外に静止設置された分配装置に対して、相対回転を許容そしてシールされつつ、接続されていることとする請求項１に記載の粉粒体のガス化装置。
螺旋板を内蔵せる内筒体は、筒状体の一端側に向く端部に、粉粒体を掻き上げて内筒体内に取り入れる掻き上げ部材を有していることとする請求項１に記載の粉粒体のガス化装置。
掻き上げ部材は、内筒体の端部に取り付けられた筒状蓋体であり、筒状体の回転に伴い内筒体が筒状体内で最下位に位置したときに、該筒状蓋体の下面側となる周壁の一部が開口していて取入口を形成していることとする請求項４に記載の粉粒体のガス化装置。
筒状体の一端側内部には水蒸気を供給する気体送気管が配設されていることする請求項１又は請求項２に記載の粉粒体のガス化装置。