JP5153711B2 - ガス化装置、ガス化方法、および液体燃料製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、被ガス化原料をガス化して、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等の生成ガスを生成するガス化装置およびガス化方法に関するものである。また、前記生成ガスからアルコールを製造する液体燃料製造設備に関するものである。

畜産由来の廃棄物、エネルギー作物などのバイオマスや、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物等の被ガス化原料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等の生成ガスにするガス化炉としては、固定床式、流動床式、噴流床式、ロータリーキルン式などがある。

ここで、前記種々のガス化炉において、前記被ガス化原料を熱分解によりガス化させて生成した生成ガス中には、タール成分やチャーが含まれるので、ガス化炉の下流側に設けられた洗浄装置による洗浄工程において、前記生成ガス中のタール成分やチャーが除去回収され、生成ガスは洗浄される。

特許文献１の流動床式ガス化炉では、回収されたチャーを、そのままガス化炉に戻して再ガス化することが行われている。しかし、ガス化炉内の条件によっては、チャーやタール成分をそのままガス化炉に戻しても効率的な再ガス化が行われない。例えば、ガス化炉内の温度が比較的低温（６００℃〜８００℃以下）である場合などである。

このような低温で運転されるガス化炉を用いたガス化装置では、前記洗浄装置において回収されたチャーおよびタール成分は、廃棄されているのが現状である。このことによって、ガス化炉内温度が比較的低いガス化装置では、目的生成ガスの収率が低くなってしまう問題があった。

一方、被ガス化原料をガス化して生成した生成ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等の成分比は、被ガス化原料の種類やガス化方法によって異なる。また、前記生成ガスを利用するにあたり、その利用用途によって求められる生成ガスの成分比も異なる。

例えば、前記生成ガスを原料として、嫌気性微生物を用いてエタノールの製造を行う場合には、前記嫌気性微生物は一酸化炭素を用いてエタノールを生産するので、生成ガス中に一酸化炭素が多く含まれることが望ましい。また、前記生成ガスを、エンジンを用いた発電設備に利用する場合も、生成ガス中に一酸化炭素が多く含まれることが望ましい。

本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的は、被ガス化原料をガス化して生成した生成ガス中に含まれるタール成分やチャー等の炭素化合物を、該生成ガスから除去して回収し、前記炭素化合物を再利用して生成ガスを生成することによって、ガス化装置における生成ガスの収率を向上させるとともに、該生成ガス中に含まれる一酸化炭素の量を増加させることができるガス化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るガス化装置は、被ガス化原料をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、前記生成ガス中に含まれる炭素化合物を除去する洗浄装置と、前記炭素化合物を燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼ガスを生成する燃焼装置と、を備え、前記燃焼ガスを、前記洗浄装置より上流側の生成ガスであって、該燃焼ガスの温度より低い温度領域の生成ガス中に入れるように構成されているものである。

本態様のガス化装置では、ガス化炉において生成した生成ガス中に含まれるチャーやタール成分等の炭素化合物を、洗浄装置において該生成ガスから除去回収し、該炭素化合物を燃焼装置において燃焼させて、二酸化炭素を含む燃焼ガスを生成させる。

ここで、前記生成ガス中には、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気が含まれ、式（１）に示されるような、いわゆるシフト反応が起こっている。

ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２ ・・・ （１）

この反応は平衡反応であり、反応系の温度を平衡状態の温度より高くすると、反応が左に進む、いわゆる逆シフト反応が進行することが知られている。

したがって、二酸化炭素を含む前記燃焼ガスを、前記洗浄装置より上流側の生成ガスであって、該燃焼ガスの温度より低い温度領域の生成ガス中に入れると、当該燃焼ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）と前記生成ガス中に含まれる水素（Ｈ_２）とが反応し、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を生成する前記逆シフト反応を進行させることができる。
このことによって、前記炭素化合物を再利用して生成ガスを生成し、被ガス化原料のガス化効率（収率）を高めることができるとともに、生成ガス中に含まれる一酸化炭素量を増加させることができる。

本発明の第２の態様に係るガス化装置は、第１の態様において、前記ガス化炉は、該ガス化炉内で前記炭素化合物から生成ガスを生成する再ガス化反応が進行しない炉内温度分布であることを特徴とするものである。

本態様によれば、ガス化炉内の温度が、前記炭素化合物をガス化炉に再び戻して行う前記再ガス化反応が進行しない温度に設定されているガス化炉において、前記炭素化合物を前記燃焼装置によって燃焼ガスにして、生成ガス中に入れることによって再利用し、前記ガス化炉におけるガス化効率を高めることができる。更に、生成ガス中に含まれる一酸化炭素量を増加させることができる。

尚、前記再ガス化反応が進行しない炉内温度分布は、該ガス化炉内の温度が部分的に高温になり、その高温部分の温度は前記再ガス化反応が起こり得る温度であっても、ガス化炉全体として該再ガス化反応が進行しない条件の炉内温度分布を含むものである。

本発明の第３の態様に係るガス化装置は、第１の態様または第２の態様において、前記燃焼装置は、酸素富化状態で燃焼させるように構成されていることを特徴とするものである。

前記「酸素富化状態で燃焼させる」とは、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度状態で燃焼させることを意味するものである。
本態様によれば、第１の態様または第２の態様と同様の作用効果に加え、前記燃焼装置において、前記炭素化合物を酸素富化状態で燃焼させることができるので、より高温の燃焼ガスを生成することが可能となり、前記ガス化炉で生成した生成ガスよりも高い温度の燃焼ガスを確実に生成させることができる。

本発明の第４の態様に係るガス化装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記燃焼ガスを入れた生成ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とするものである。

本態様によれば、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様と同様の作用効果に加え、前記燃焼ガスを生成ガス中に入れ、逆シフト反応を進行させた後、その生成ガスを冷却手段によって冷却し、前記シフト反応が起こらない温度にまで下げることによって、生成ガス中の一酸化炭素の量が多い状態を保つことができる。

また、前記シフト反応が完全に止まる温度まで下げない場合でも、温度が下がれば式（１）における可逆反応の速度も遅くなり、生成した一酸化炭素が二酸化炭素に戻ってしまうシフト反応を抑えることができる。したがって生成ガス中の一酸化炭素の量が多い状態を長く保つことができる。
尚、冷却手段によって冷却された生成ガス温度は、該生成ガス中のタール成分が析出してガス化炉内に付着しない程度の温度（約５００℃）であることが望ましい。

本発明の第５の態様に係るガス化装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記燃焼ガスを、前記ガス化炉の出口より下流の領域に入れるように構成されていることを特徴とするものである。

前記シフト反応および逆シフト反応は可逆反応であり、その反応系の温度における平衡状態に達するために、ある程度の滞留時間を要する。
本態様によれば、前記燃焼ガスを、前記ガス化炉の出口より下流の領域、すなわち、洗浄装置に至るまでの流路に入れることによって、前記逆シフト反応を進行させるための滞留時間を確保し、逆シフト反応の生成物である一酸化炭素が多い状態の生成ガスを洗浄装置に送ることができる。

本発明の第６の態様に係るガス化装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様において、前記ガス化炉は、前記被ガス化原料をガス化する流動床を備え、前記流動床の温度は７４０℃以下に設定されていることを特徴とするものである。

流動床を備えたガス化炉（以下、流動床式ガス化炉と称する）では、流動媒体による流動床を形成し、酸化剤を吹き込んで該流動媒体を流動化させ、そこへ被ガス化原料を投入してガス化を行う。

前記流動媒体としてはＳｉＯ_２を含む珪砂等が用いられるが、前記被ガス化原料中にＫ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）等のアルカリ金属成分を多く含む場合、前記流動媒体中のＳｉＯ_２と前記被ガス化原料中のアルカリ金属成分が反応し、７００℃前後の融点を持つ化合物を形成する場合がある。例えば、ＳｉＯ_２とカリウム系化合物との反応により形成された化合物［カリガラス（Ｋ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２）］は、約７５０℃の融点を持つ。また、ＳｉＯ_２とナトリウム系化合物との反応により形成された化合物［ソーダガラス（Ｎａ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２）］は、約６３５℃の融点を持つ。

このような低融点化合物が生成すると、ガス化炉内で融解した該低融点化合物が前記流動媒体を付着させ、該流動媒体の粒子が大粒化する造粒現象を引き起こす。このため、前記流動床の温度が前記融点よりも高くなると、前記流動媒体の造粒現象によって流動床の流動化が妨げられ、被ガス化原料のガス化効率が悪くなる問題がある。したがって、流動床の温度を７４０℃以下に設定して被ガス化原料のガス化を行うことにより、前記低融点化合物の一部である少なくともカリガラスについて溶融させないようにすることが好ましい。これにより、前記大粒化の程度を小規模に抑えることができる。

一方、前記流動床の温度を７４０℃以下に設定した流動床式ガス化炉は、該ガス化炉内で前記炭素化合物から生成ガスを生成する再ガス化反応が進行しない炉内温度分布になる虞がある。

本態様によれば、流動床の温度が７４０℃以下に設定されている流動床式ガス化炉において、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様と同様の作用効果を奏し、前記炭素化合物を再利用して生成ガスを生成し、ガス化装置における生成ガスの収率を向上させるとともに、生成した生成ガス中に含まれる一酸化炭素の量を増加させることができる。

本発明の第７の態様に係るガス化方法は、ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、生成ガスを生成するガス化工程と、前記生成ガス中に含まれる炭素化合物を除去する洗浄工程と、を含み、前記炭素化合物を燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼ガスを生成させ、該燃焼ガスを、前記洗浄工程より上流側の生成ガスであって、該燃焼ガスの温度より低い温度領域の生成ガス中に入れることを特徴とするものである。本態様によれば、第１の態様と同様の作用効果を奏する。

本発明の第８の態様に係る液体燃料製造設備は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様のガス化装置と、前記ガス化装置で生成された生成ガスを原料としてアルコールを製造するアルコール製造装置と、を備えている。

一酸化炭素を原料とした各種アルコールの製造方法が知られている。例えば、一酸化炭素と水素の触媒反応によってメタノールを製造することができる。また、ＭｏＳ_２、ＣｏＳ_２、Ｋ_２ＣＯ_３の含有割合を調整した触媒を用いることで、混合アルコール中のプロパノールやブタノールの収率を上げることができる。また、一酸化炭素から、嫌気性微生物を用いてエタノールを製造することができる。

本態様によれば、一酸化炭素を多く含む生成ガスをガス化装置において生成し、該生成ガスをアルコール製造装置に供給することができるので、一酸化炭素を原料としたアルコールの製造を効率よく行うことができる。

本発明によれば、ガス化装置のガス化炉において生成した生成ガスの洗浄時に回収されるタール成分やチャー等の炭素化合物を再利用して生成ガスを生成し、ガス化装置における生成ガスの収率を向上させることができる。また、前記生成ガス中に含まれる一酸化炭素の量を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る液体燃料製造設備を示す概略構成図である。

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
本発明に係るガス化装置の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。

［実施例１］
ガス化装置１は、被ガス化原料３をガス化して生成ガスＧを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２において生成した前記生成ガスＧ中に含まれるチャーやタール成分等の炭素化合物を除去する洗浄装置１０とを備えている。

前記ガス化炉２は、固定床式、流動床式、噴流床式、ロータリーキルン式等の種々のガス化炉を用いることができる。図１のガス化炉２は、バブリング型流動床式ガス化炉の例である。前記ガス化炉２は、流動媒体４で流動床９を形成し、酸化剤５を吹き込んで該流動床９を流動化させ、そこへ被ガス化原料３を投入してガス化させるように構成されている。

また、前記流動床９の上方のフリーボード部８にも酸化剤５を吹き込み、未反応の揮発成分をガス化させるように構成されている。反応後の被ガス化原料３及び流動媒体４から成る残渣１９は、ガス化炉２の下方から該ガス化炉外へ排出される。

ガス化炉２において生成した生成ガスＧはガス化炉２の出口６から排出され、連通路７を介して該生成ガスＧを洗浄装置１０へ送られるように構成されている。バブリング型流動床のガス化炉２における被ガス化原料３のガス化温度は、６００℃〜８００℃である。

前記ガス化炉２の下流位置に設けられる洗浄装置１０は、チャー、灰分等の固体炭素化合物Ｃｓを除くためのサイクロン１１と、タール成分等の揮発性炭素化合物Ｃｖを除くための湿式洗浄装置１２と、によって構成されている。前記洗浄装置１０のサイクロン１１によって、生成ガスＧから回収された前記固体炭素化合物Ｃｓ、および湿式洗浄装置１２によって生成ガスＧから回収された前記揮発性炭素化合物Ｃｖは、次に説明する燃焼装置１３へ導入される。尚、以下、前記固体炭素化合物Ｃｓと前記揮発性炭素化合物Ｃｖを合わせて炭素化合物と称する場合がある。

燃焼装置１３は、前記生成ガスＧから除去された炭素化合物を燃焼させ、二酸化炭素を含む燃焼ガスＣＧを生成させるものである。本実施例においては、前記燃焼装置１３は、該燃焼装置１３内に酸素１７を送り込む酸素供給手段１４を備え、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度状態、すなわち、酸素富化状態での燃焼を行うことができるように構成されている。

更に、前記燃焼装置１３において生成した前記燃焼ガスＣＧを、前記洗浄装置１０より上流側の生成ガスＧであって、該燃焼ガスＣＧの温度より低い温度領域の生成ガスＧ中に入れるための燃焼ガス供給手段１５が設けられている。本実施例においては、ガス化炉２と洗浄装置１０との連通路７内の生成ガスＧに、燃焼ガスＣＧが供給されるように構成されている。

次に、本実施形態に係るガス化装置１を用いたガス化方法について説明する。
前記ガス化炉２内の流動媒体４に酸化剤５を供給して流動状態の流動床９を形成する。前記ガス化炉２に設けられた昇温バーナー（図示せず）によって、前記流動床の温度を設定温度まで高め、その流動床９に被ガス化原料３を供給してガス化するガス化工程が行われる。前記被ガス化原料３、および流動媒体４は、スクリューコンベア等によって供給される。

被ガス化原料３としては、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物や、バイオマス等が挙げられる。前記バイオマスの種類としては、製材所の残材、間伐材（杉、檜、松、ブナ、ゴム等）、街路樹剪定材、建築廃材、廃電柱、バーク、ダム流木、籾殻、稲わら、麦わら、竹、笹、パーム椰子空果房、パーム椰子の幹、バガス等サトウキビ由来の廃材等の草本系バイオマス、杉木材、松木材、ラワン木材、イチジク木材等の木質系バイオマス、牛糞、鶏糞等の畜産由来のバイオマス、食品残渣、黒液、海草等が挙げられる。

前記ガス化工程において生成された生成ガスＧは、ガス化炉２の下流側の洗浄装置１０に送られ、生成ガスＧ中に含まれる炭素化合物を除くための洗浄工程が行われる。洗浄工程は、サイクロン１１等を用い、チャー、灰分等の固体炭素化合物Ｃｓを取り除く工程に続き、湿式洗浄装置１２等を用い、タール成分等の揮発性炭素化合物Ｃｖを取り除く工程が行われる。

サイクロン１１によって生成ガスＧから回収された固体炭素化合物Ｃｓと、湿式洗浄装置１２によって生成ガスＧから回収された揮発性炭素化合物Ｃｖは、それぞれ燃焼装置１３へ導入される。前記揮発性炭素化合物Ｃｖは湿式洗浄装置において水中に回収されるが、該水と分離された揮発性炭素化合物Ｃｖが前記燃焼装置１３へと送られる。分離された水１８は再利用又は廃棄される。前記サイクロン１１および前記湿式洗浄装置１２によって洗浄された生成ガスＧは、下流側の他の装置１６に送られる。

次に、前記燃焼装置１３に導入された炭素化合物（固体炭素化合物Ｃｓおよび揮発性炭素化合物Ｃｖ）を燃焼し、二酸化炭素を含む高温の燃焼ガスＣＧを生成する。本実施例では、前記燃焼装置１３は酸素供給手段１４を備えているので、該酸素供給手段１４から燃焼装置１３内に酸素１７を送り込み、前記炭素化合物を酸素富化状態で燃焼することができる。酸素富化状態で前記炭素化合物を燃焼させることによって、より高温の燃焼ガスＣＧを生成させることができる。また、高温の燃焼ガスＣＧを効率よく生成するため、前記酸素供給手段１４から送り込まれる酸素１７は純酸素であることが望ましい。

前記燃焼装置１３において生成した前記燃焼ガスＣＧは、燃焼ガス供給手段１５によって、連通路７内の生成ガスＧに入れられる。前記燃焼装置１３における燃焼温度は、前記洗浄装置１０より上流側の生成ガスＧの温度よりも高い温度の燃焼ガスＣＧを生成するように設定される。本実施例では、前記連通路７内の生成ガスＧよりも高い温度の燃焼ガスＣＧを生成するように、燃焼装置１３の燃焼温度が設定されている。

ここで、前記生成ガスＧ中には、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気が含まれ、式（１）に示されるような、いわゆるシフト反応が起こっている。

ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２ ・・・ （１）

この反応は平衡反応であり、反応系の温度を平衡状態の温度より高くすると、反応が左に進む、いわゆる逆シフト反応が進行することが知られている。

したがって、前記燃焼ガスＣＧを、前記洗浄装置１０より上流側の生成ガスＧであって、該燃焼ガスＣＧの温度より低い温度領域の生成ガスＧ中に入れると、当該燃焼ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）と前記生成ガス中に含まれる水素（Ｈ_２）とが反応し、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を生成する前記逆シフト反応を進行させることができる。
このことによって、生成ガスＧ中に含まれる炭素化合物を再利用して、被ガス化原料３のガス化効率（収率）を高めることができるとともに、生成ガスＧ中に含まれる一酸化炭素量を増加させることができる。

前記燃焼ガスＣＧを生成ガスＧ中に入れる燃焼ガス供給手段１５を設ける位置は、図１のように、該燃焼ガスＣＧを前記ガス化炉２の出口６より下流の領域に入れるように構成することが望ましい。

前記シフト反応および逆シフト反応は可逆反応であり、その反応系の温度における平衡状態に達するために、ある程度の滞留時間を要する。前記燃焼ガスＣＧを、前記ガス化炉２の出口６より下流の領域、すなわち、洗浄装置１０に至るまでの流路に入れることによって、前記逆シフト反応を進行させるための滞留時間を確保し、逆シフト反応の生成物である一酸化炭素が多い状態の生成ガスを洗浄装置１０に送ることができる。

本実施例においてガス化炉２として用いた流動床式ガス化炉では、流動媒体４としてＳｉＯ_２を含む珪砂等が用いられるが、前記被ガス化原料３中にＫ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）等のアルカリ金属成分を多く含む場合、前記流動媒体４中のＳｉＯ_２と前記被ガス化原料３中のアルカリ金属成分が反応し、７００℃前後の融点を持つ化合物を形成する場合がある。例えば、ＳｉＯ_２とカリウム系化合物との反応により形成された化合物［カリガラス（Ｋ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２）］は、約７５０℃の融点を持つ。また、ＳｉＯ_２とナトリウム系化合物との反応により形成された化合物［ソーダガラス（Ｎａ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２）］は、約６３５℃の融点を持つ。

このような低融点化合物が生成すると、ガス化炉２内で融解した該低融点化合物が前記流動媒体４を付着させ、該流動媒体４の粒子が大粒化する造粒現象を引き起こす。このため、流動床９の温度が前記融点よりも高くなると、前記流動媒体の造粒現象によって流動床９の流動化が妨げられ、ガス化効率が悪くなる問題がある。このような場合には、流動床９の温度を７４０℃以下に設定して、被ガス化原料３のガス化を行うことが好ましい。
また、流動床の温度を低く設定するとガス化効率が低下するため、７４０℃以下の例えば７００℃程度（６５０℃〜７３０℃程度）に設定することが望ましい。なお、前記ナトリウム系化合物とＳｉＯ_２の反応により形成された低融点化合物（ソーダガラス）の融点は約６３５℃であるので、７００℃前後に設定した場合には該ナトリウム系の低融点化合物は融解してしまう。しかし、被ガス化原料中に含まれるナトリウム系化合物の量が少なく、前記ナトリウム系の低融点化合物が形成されることによる前記造粒現象の影響が少ない場合には、流動床の温度を低く設定することによるガス化効率の低下の問題を優先し、７００℃前後の設定温度によってカリウム系の低融点化合物（カリガラス）の融解を抑えるようにすることが望ましい。

しかしながら、前記流動床９の温度が７４０℃以下に設定されている流動床式ガス化炉２は、該ガス化炉２内で前記炭素化合物から生成ガスＧを生成する再ガス化反応が進行しない炉内温度分布になる虞がある。

本実施例のガス化装置１によれば、ガス化炉２内の温度が、前記炭素化合物をガス化炉２に再び戻して行う前記再ガス化反応が進行しない炉内温度に設定されるガス化炉２において、前記炭素化合物を再利用し、前記ガス化炉２におけるガス化効率を高めることができる。更に、生成ガスＧ中に含まれる一酸化炭素量を増加させることができる。

尚、前記再ガス化反応が進行しない炉内温度分布は、ガス化炉２内の温度が部分的に高温になり、その高温部分の温度は前記再ガス化反応が起こり得る温度であっても、ガス化炉２全体として該再ガス化反応が進行しない条件の炉内温度分布を含むものである。

前記炭素化合物をそのままガス化炉に戻すことによって、該炭素化合物の再ガス化反応が行われる炉内温度分布で運転されるガス化炉を用いた場合でも、本発明によれば、前記逆シフト反応によって生成ガスＧ中の一酸化炭素の量を増やすことができる点で有利である。

［実施例２］
次に、本発明に係るガス化装置の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。

図２のガス化装置２１のガス化炉２、洗浄装置１０、燃焼装置１３、およびの燃焼ガス供給手段１５の構成は実施例１と同じであるので、同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。前記ガス化装置２１の燃焼ガス供給手段２５は、燃焼装置１３において生成された燃焼ガスＣＧを、前記ガス化炉２のフリーボード部８内に入れるように構成されている。

前記ガス化炉２の運転温度（ガス化温度）、形状、大きさ等の条件や、該ガス化炉２と前記洗浄装置１０を接続する連通路７の太さ、長さ等の条件によっては、燃焼ガスＣＧを生成ガスＧ中に入れたときに進行する前記逆シフト反応が平衡状態に達するための滞留時間を確保するため、本実施例のガス化装置２１のように、前記燃焼ガスＣＧをガス化炉２のフリーボード部８内に入れることができる。前記ガス化炉２の条件、およびガス化炉２と洗浄装置１０への連通路７の条件等を考慮して、燃焼ガス供給手段１５を設ける位置を設定することが好ましい。

［実施例３］
次に、本発明に係るガス化装置の更に他の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の更に他の実施形態に係るガス化装置３１を示す概略構成図である。
図３のガス化装置３１のガス化炉２、洗浄装置１０、燃焼装置１３、およびの燃焼ガス供給手段１５の構成は実施例１と同じであるので、同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施例のガス化装置３１は、前記燃焼ガス供給手段１５よりも下流側に、前記燃焼ガスＣＧを入れた生成ガスＧを冷却する冷却手段３２を備えている。

実施例１と同様に、前記洗浄装置１０において、生成ガスＧ中に含まれる炭素化合物を除去回収し、該炭素化合物を前記燃焼装置１３において酸素富化状態で燃焼して、二酸化炭素を含む燃焼ガスＣＧを生成する。該燃焼ガスＣＧは、燃焼ガス供給手段１５によって、前記洗浄装置１０より上流側の生成ガスＧであって、該燃焼ガスＣＧの温度より低い温度領域の生成ガスＧ中に入れられる。このことによって、前記燃焼ガスＣＧ中の二酸化炭素（ＣＯ_２）と前記生成ガスＧ中に含まれる水素（Ｈ_２）とが反応し、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を生成する逆シフト反応を進行させることができる。

ここで、本実施例のガス化装置３１では、前記冷却手段３２を備えているので、燃焼ガスＣＧを生成ガスＧ中に入れ、前記逆シフト反応を進行させた後の生成ガスＧを、該冷却手段３２によって冷却し、前記シフト反応が起こらないガス温度にまで下げ、生成ガスＧ中の一酸化炭素の量が多い状態を保つことができる。

また、前記シフト反応が完全に止まる温度まで下げない場合でも、温度が下がれば式（１）における可逆反応の速度も遅くなり、生成した一酸化炭素が二酸化炭素に戻ってしまうシフト反応を抑えることができる。したがって生成ガスＧ中の一酸化炭素の量が多い状態を長く保つことができる。

尚、冷却手段３２によって冷却された生成ガスＧの温度は、該生成ガスＧ中に残存する揮発成分（タール等）が析出してガス化炉２内に付着しない程度の温度であることが望ましい。また、前記冷却手段３２は、前記燃焼ガス供給手段１５によって燃焼ガスＣＧを生成ガスＧ中に入れた後、前記逆シフト反応を進行させるために十分な滞留時間を確保できる位置に設定されることが望ましい。

本実施例に用いるガス化炉はこれに限定されるものではなく、循環型等の他の流動床式ガス化炉、および、固定床式、噴流床式、ロータリーキルン式等のガス化炉も用いることができる。実施例４において、ガス化炉２としてダウンドラフト型固定床式ガス化炉を用いた場合について説明する。

［実施例４］
図４に示すガス化装置４１では、ガス化炉４２としてダウンドラフト型固定床式ガス化炉を用いている。
ガス化炉４２は、ガス化炉４２上部の開口部４４から被ガス化原料４３が供給され、前記開口部４４から酸化剤４５として空気を取り込んで、前記被ガス化原料４３を不完全燃焼させてガス化させ、生成ガスＧを生成する。また、ガス化炉４２は、前記開口部４４よりも下流側に、該ガス化炉４２外の大気と連通する酸化剤取入口６０を備えており、被ガス化原料４３のガス化反応効率を高めるため、ガス化炉４２外の空気を取り込むように構成されている。反応後の被ガス化原料４３の残渣５９は、ガス化炉４２の下部から炉外へ排出される。

前記ガス化炉４２において生成した生成ガスＧは、該ガス化炉４２の出口４６から排出され、連通路４７を介して、チャー、灰分等の固体炭素化合物Ｃｓを除くためのサイクロン４８、およびタール成分等の揮発性炭素化合物Ｃｖを除くための湿式洗浄装置４９から成る洗浄装置５０へ送られる。

前記サイクロン４８で回収された固体炭素化合物Ｃｓ、および前記湿式洗浄装置４９で回収された揮発性炭素化合物Ｃｖは、後述する燃焼装置５３に導入されるように構成されている。尚、前記揮発性炭素化合物Ｃｖは、前記湿式洗浄装置４９において水中に回収されるので、該揮発性炭素化合物Ｃｖと水５８とを分離し、分離された揮発性炭素化合物Ｃｖが燃焼装置５３に導入される。

前記洗浄装置５０の生成ガスＧの流路の下流側には、誘引送風ファン等の誘引送風手段５１が設けられ、前記開口部４４および酸化剤取入口６０から酸化剤４５として空気を取り込むとともに、生成した生成ガスＧがガス化炉４２の出口４６から排出され、洗浄装置５０へと送られるように構成されている。また、洗浄装置５０において洗浄された生成ガスＧは、前記誘引送風手段５１の送風力によって他の装置５２へと送られる。

以上のようなダウンドラフト型固定床式ガス化炉４２を用いたガス化装置４１において、実施例３と同様に、酸素５７を送り込む酸素供給手段５４を備えた燃焼装置５３、燃焼ガス供給手段５５、および、冷却手段５６を設けることによって、生成ガスＧから除去回収したチャーやタール成分等の炭素化合物の再利用して生成ガスＧを生成することができるとともに、生成ガスＧ中の一酸化炭素量を増やすことができる。

［実施例５］
次に、本発明に係る液体燃料製造設備の一実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、液体燃料としてエタノールを製造するエタノール製造設備６１を示す概略構成図である。
実施例５のエタノール製造設備６１は、被ガス化原料から生成ガスＧを生成するガス化装置としてガス化装置３１を備えている。ガス化装置３１は実施例３のガス化装置と同様の構成であるので、同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

前記ガス化装置３１の下流側には、嫌気性微生物を用いて前記生成ガスＧからエタノールを製造するエタノール製造装置６３を備えている。また、前記ガス化装置３１の洗浄装置１０（湿式洗浄装置１２）と前記エタノール製造装置３３との間に、他の装置を介する構成とすることもできる。本実施例では、前記ガス化装置３１の洗浄装置１０で洗浄された生成ガスＧを精製する精製装置６２が備えられている。前記精製装置６２は、例えば、洗浄装置１０で除去しきれなかった微粒子やタール等を除去することを目的としたフィルターなどであり、本実施例では２つのフィルターを切り替えて用いるように構成されている。

本実施例によれば、ガス化装置３１において一酸化炭素を多く含む生成ガスＧを生成し、該生成ガスＧをエタノール製造装置６３に供給することができる。嫌気性微生物はエタノールを生産するために一酸化炭素を利用するので、一酸化炭素を多く含む生成ガスＧをエタノール製造装置６３に供給することによって前記嫌気性微生物によるエタノール生産能が高まり、効率よくエタノールを製造することができる。
尚、本実施例に用いるガス化装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明に係るいずれかの態様のガス化装置を用いることができるのは言うまでもない。また、本実施例は、前記エタノール製造装置３３を用いてエタノールを製造するエタノール製造設備であるが、一酸化炭素を原料としてメタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコールを製造する製造装置を用いることによって、各種アルコールを製造することができる。

本発明は、被ガス化原料を一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等の生成ガスにガス化するガス化装置およびガス化方法に利用可能である。また、前記生成ガスからアルコールを製造する液体燃料製造設備に利用可能である。

１ ガス化装置、 ２ ガス化炉、 ３ 被ガス化原料、 ４ 流動媒体、
５ 酸化剤、 ６ 出口、 ７ 連通路、
１０ 洗浄装置、 １１ サイクロン、 １２ 湿式洗浄装置、
１３ 燃焼装置、 １４ 酸素供給手段、 １５ 燃焼ガス供給手段、
２１、３１ ガス化装置、 ３２ 冷却手段、
４１ ガス化装置、 ４２ ガス化炉、 ４３ 被ガス化原料、 ４４ 開口部、
４５ 酸化剤、 ４６ 出口、 ４７ 連通路、
４８ サイクロン、 ４９ 湿式洗浄装置、 ５０ 洗浄装置、
５１ 誘引送風手段、 ５３ 燃焼装置、 ５４ 酸素供給手段、
５５ 燃焼ガス供給手段、 ５６ 冷却装置、
６１ エタノール製造設備（液体燃料製造設備）、 ６２ 精製装置、
６３ エタノール製造装置、 Ｇ 生成ガス、 ＣＧ 燃焼ガス、
Ｃｓ 固体炭素化合物、 Ｃｖ 揮発性炭素化合物

特開平７−１５０１０６号公報

Claims (8)

1. 被ガス化原料をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、
   前記生成ガス中に含まれる炭素化合物を除去する洗浄装置と、
   前記炭素化合物を燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼ガスを生成する燃焼装置と、を備え、
   前記燃焼ガスを、前記洗浄装置より上流側の生成ガスであって、該燃焼ガスの温度より低い温度領域の生成ガス中に入れるように構成されたガス化装置。
2. 請求項１に記載されたガス化装置において、前記ガス化炉は、該ガス化炉内で前記炭素化合物から生成ガスを生成する再ガス化反応が進行しない炉内温度分布であることを特徴とするガス化装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたガス化装置において、前記燃焼装置は、酸素富化状態で燃焼させるように構成されていることを特徴とするガス化装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたガス化装置において、前記燃焼ガスを入れた生成ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とするガス化装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたガス化装置において、前記燃焼ガスを、前記ガス化炉の出口より下流の領域に入れるように構成されていることを特徴とするガス化装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載されたガス化装置において、前記ガス化炉は、前記被ガス化原料をガス化する流動床を備え、前記流動床の温度は７４０℃以下に設定されていることを特徴とするガス化装置。
7. ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、生成ガスを生成するガス化工程と、
   前記生成ガス中に含まれる炭素化合物を除去する洗浄工程と、を含み、
   前記炭素化合物を燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼ガスを生成させ、該燃焼ガスを、前記洗浄工程より上流側の生成ガスであって、該燃焼ガスの温度より低い温度領域の生成ガス中に入れることを特徴とするガス化方法。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載されたガス化装置と、
   前記ガス化装置で生成された生成ガスを原料としてアルコールを製造するアルコール製造装置と、を備えた液体燃料製造設備。

Images