JP5372343B2 - Tar reforming reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タール改質反応器に関する。すなわち、バイオマスを熱分解して得られた生成ガスについて、含有タールを改質して燃料として利用可能とする、タール改質反応器に関するものである。 The present invention relates to a tar reforming reactor. That is, the present invention relates to a tar reforming reactor in which a produced gas obtained by pyrolyzing biomass is reformed and can be used as fuel.
《技術的背景》
例えば木質廃材等の木質系バイオマス資源や、その他の廃棄物系バイオマス資源については、最近、バイオマス燃料としての有効利用が、大きなテーマとなっている。
すなわち、バイオマスをガス化炉で熱分解して得られた生成ガスの有するカロリーを、エンジンの燃料として活用し、もって発電等に有効利用するシステムの構築が、注目を集めている。
《Technical background》
For example, for woody biomass resources such as wood waste and other waste biomass resources, effective use as biomass fuel has become a major theme recently.
That is, the construction of a system that uses the calories of the product gas obtained by pyrolyzing biomass in a gasification furnace as engine fuel and effectively uses it for power generation or the like has attracted attention.
《従来技術》
ところで、このようなバイオマスの生成ガスには、ガス化炉におけるガス化プロセス中に発生した高濃度のタールが、含有されており、そのままエンジンの燃料として使用すると、各種トラブルが発生し、エンジンの耐久性に問題が生じてしまうことになる。
すなわち、生成ガス中に濃度0.5g/Nm3程度以上含有されたタールが、エンジンの弁,その他に付着して、汚れやコーキングの原因となり、各種のエンジントラブル,作動トラブルの原因となる、等の弊害が発生する。
そこで、バイオマス燃料化に関するこの種従来例では、問題のタールを低減,除去することが大きな課題となっており、タール処理設備が、付帯設備として必須的に採用されていた。
すなわち、バイオマスをガス化炉に投入して得られた生成ガスは、水スクラビング等の水処理装置付のタール処理設備、又は、酸素供給により部分燃焼させる方式のタール処理設備を経由し、もってタール分を低減,除去してから、発電用のエンジン等に供給されていた。
<Conventional technology>
By the way, such a product gas of biomass contains high-concentration tar generated during the gasification process in the gasification furnace. If it is used as fuel for the engine as it is, various troubles occur, This will cause problems with durability.
That is, tar contained in the product gas with a concentration of about 0.5 g / Nm 3 or more adheres to the engine valves and other parts, causing dirt and coking, and causing various engine troubles and operational troubles. And other negative effects occur.
Therefore, in this type of conventional example relating to biomass fuel conversion, the problem of reducing and removing the tar in question has been a major issue, and the tar treatment facility has been adopted as ancillary facilities.
That is, the product gas obtained by putting biomass into the gasifier passes through a tar treatment facility with a water treatment device such as water scrubbing, or a tar treatment facility of a partial combustion method by supplying oxygen, thereby producing tar. After reducing and removing the minute, it was supplied to the engine for power generation.
《先行技術文献情報》
部分燃焼方式のタール処理設備としては、例えば、次の特許文献1の従来の技術欄に示されたものが、挙げられる。
Examples of the partial combustion type tar processing equipment include those shown in the conventional technology column of the following Patent Document 1.
ところで、このような従来例については、次の問題が指摘されていた。
《第1の問題点》
第1に、水スクラビング等の水処理装置付のこの種従来例のタール処理設備については、水処理装置等の設備が大型化,大規模化すると共に、設備コスト,排水処理コスト,メンテナンスコスト等が嵩む、という問題が指摘されていた。
このようにこの種従来例は、バイオマス燃料化に関し、付帯設備の規模面やコスト面に難点があった。
By the way, the following problems have been pointed out with respect to such a conventional example.
<First problem>
First, for this type of conventional tar treatment equipment with water treatment equipment such as water scrubbing, the equipment such as water treatment equipment becomes larger and larger, as well as equipment costs, wastewater treatment costs, maintenance costs, etc. It was pointed out that the problem was high.
As described above, this type of conventional example has a difficulty in the scale and cost of the incidental facilities with respect to biomass fuel conversion.
《第2の問題点》
第2に、部分燃料方式のこの種従来例のタール処理設備については、燃料となるべき生成ガスの一部が消費されてしまうと共に、タールのカロリーを活用していない、という問題が指摘されていた。
すなわち、部分燃焼方式では、バイオマスの生成ガスに酸素を吹き込んで供給し、もって生成ガスの一部を部分燃焼させつつ、相対的にタールを削減させる方式よりなるが、その分、エンジンへ燃料として供給されるべき生成ガスが、消費されてしまう、という問題があった。又、炭化水素よりなるタール成分が、単に低減,除去されるに止まり、熱量,燃料として生かされないという指摘もあった。更に、酸素の供給コストが嵩む、という指摘もあった。
この種従来例は、このようにバイオマス燃料化に際し、燃料としての有効利用面等に難点があった。
<< Second problem >>
Secondly, regarding this type of conventional tar processing facility of the partial fuel system, a problem has been pointed out that part of the generated gas that should be used as fuel is consumed and calories of tar are not utilized. It was.
In other words, the partial combustion system consists of a system in which oxygen is blown and supplied to the biomass production gas, so that part of the production gas is partially burned and tar is relatively reduced. There was a problem that the product gas to be supplied was consumed. In addition, it has been pointed out that the tar component made of hydrocarbons is merely reduced and removed, and is not used as a calorie or fuel. Furthermore, it was pointed out that the supply cost of oxygen increases.
This type of conventional example has a problem in terms of effective use as a fuel in the case of biomass fuel.
《第3の問題点》
第3に、部分燃料方式のこの種従来例のタール処理設備については、更に、タール除去が不十分である、という問題も指摘されていた。
すなわち、エンジン燃料用としては、生成ガス中のタール濃度が、0.1g/Nm3未満であることが要求されている。これに対し、この種従来例では、タール濃度0.2g/Nm3〜0.3g/Nm3程度が達成されるに過ぎなかった。
この種従来例は、このようにバイオマス燃料化に際し、タールの低減,除去が不足するという難点もあった。
《Third problem》
Thirdly, the tar processing facility of this type of conventional example of the partial fuel system has also been pointed out that tar removal is insufficient.
That is, for engine fuel, the tar concentration in the product gas is required to be less than 0.1 g / Nm 3 . In contrast, in this type conventional example, it was only about tar concentration 0.2g / Nm 3 ~0.3g / Nm 3 can be achieved.
This type of conventional example also has a drawback in that tar reduction and removal are insufficient during biomass fuel conversion.
《本発明について》
本発明のタール改質反応器は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第1に、設備が小型化し、コスト面にも優れると共に、第2に、カロリーが向上し、燃料としての有効利用が促進され、第3に、タールが確実に低減,除去される、タール改質反応器を提案することを、目的とする。
<< About the present invention >>
The tar reforming reactor of the present invention has been made in order to solve the above-described problems of the conventional examples in view of such circumstances.
And, the present invention is firstly the equipment is downsized and excellent in cost, and secondly, calories are improved and effective use as fuel is promoted, and thirdly, tar is reliably reduced and removed. It is an object to propose a tar reforming reactor.
《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項1については次のとおり。
請求項1のタール改質反応器は、バイオマスをガス化炉に投入して得られた生成ガスが供給され、もって該生成ガス中に含有されたタールを改質する。
そして、バイオマスや石炭系資源を乾留により熱分解して得られた炭化物粒が、内部充填されている。該タールは、該炭化物粒に吸着,担持されてコークつまり炭素と水素とに熱分解され、該コークが該炭化物粒の一部となり、高温下で水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素や二酸化炭素に水蒸気改質される。
<About Claim>
The technical means of the present invention for solving such a problem is as follows. First, claim 1 is as follows.
The tar reforming reactor according to claim 1 is supplied with a product gas obtained by putting biomass into a gasification furnace, and reforms the tar contained in the product gas.
And carbide particles obtained by pyrolyzing biomass and coal resources by dry distillation are internally filled. The tar is adsorbed and supported on the carbide particles and thermally decomposed into coke, that is, carbon and hydrogen, and the coke becomes a part of the carbide particles and reacts with water vapor at a high temperature to generate hydrogen and carbon monoxide, Steam reformed to carbon dioxide.
該タール改質反応器は、加熱手段が付設されており、もって内部が800℃〜900℃に維持されると共に、該生成ガスが、700℃以上で供給される。
そして、内部充填された該炭化物粒は、該ガス化炉で未燃焼分として得られたものも使用可能であり、層状に充填されており、該タールの水蒸気改質用の吸着,担持,一体化層としての機能と、該タールのコーク化,水蒸気改質反応促進用の触媒層としての機能とを、発揮する。これと共に、みずからも水素と一酸化炭素に水蒸気改質される。
上記加熱手段としては、水蒸気改質で得られた改質ガスを燃料として使用する、ロータリーエンジンの800℃〜900℃の排気ガスの熱量が、利用されている。
かつ、該ロータリーエンジンから該タール改質反応器へと向かう該排気ガスの管路には、該排気ガス中の未燃分を捕集,燃焼させ、もってより高温化させる燃焼部が介装されている。更に、該タール改質反応器から排出されまだ高温を維持する該排気ガスの熱量を、該生成ガスの予熱用に使用する予熱器が、該生成ガスを該ガス化炉から該タール改質反応器に供給する管路に、設けられている。
The tar reforming reactor is provided with a heating means, so that the inside is maintained at 800 ° C. to 900 ° C., and the product gas is supplied at 700 ° C. or higher.
Further, the carbide particles filled in the inside can be used as unburned in the gasification furnace, and are packed in layers, and are adsorbed, supported and integrated for steam reforming of the tar. It functions as a catalyst layer and as a catalyst layer for promoting coking of the tar and steam reforming reaction. At the same time, it is steam reformed to hydrogen and carbon monoxide.
As the heating means, the calorific value of the exhaust gas of 800 ° C. to 900 ° C. of the rotary engine using the reformed gas obtained by steam reforming as fuel is used.
In addition, the exhaust gas pipe line from the rotary engine to the tar reforming reactor is provided with a combustion section that collects and burns unburned components in the exhaust gas, thereby increasing the temperature. ing. Further, a preheater that uses the amount of heat of the exhaust gas discharged from the tar reforming reactor and still maintaining a high temperature for the preheating of the product gas is used to send the product gas from the gasification furnace to the tar reforming reaction. It is provided in a pipeline that supplies the container.
請求項2については、次のとおり。請求項2のタール改質反応器では、請求項1において、該バイオマスは、木質廃材等の木質系バイオマスや、その他の廃棄物系バイオマスよりなる。
そして水蒸気改質は、該生成ガス中に含有された水蒸気を利用して実施されるが、付設されたスチーム供給手段からも水蒸気を供給可能となっていること、を特徴とする。
請求項3については、次のとおり。請求項3のタール改質反応器では、請求項1において、該生成ガスは、該タールや該炭化物粒の水蒸気改質による再生利用によりカロリーアップされ、もってその改質ガスが、エンジンの燃料として利用に供される。
そして該生成ガスは、該タール濃度が0.5g/Nm3以上であるが、該改質ガスは、該タール濃度が0.1g/Nm3未満となっていること、を特徴とする。
About
The steam reforming is carried out using steam contained in the product gas, and is characterized in that steam can be supplied also from the attached steam supply means.
About
The product gas has a tar concentration of 0.5 g / Nm 3 or more, but the reformed gas has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3 .
《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
(1)バイオマスの生成ガスは、一酸化炭素や水素を含有するが、濃度0.5g/Nm3以上のタールも含有している。
(2)そこで生成ガスは、ガス化炉からタール改質反応器に、700℃以上の高温で供給される。
(3)タール改質反応器は、加熱手段により内部が600℃以上、800℃〜900℃例えば850℃程度に維持されている。
(4)又、タール改質反応器には、例えばガス化炉で得られた木炭粒が、内部充填されている。
(5)さてそこで、タール改質反応器内では、タールが、まず木炭粒等の炭化物粒に吸着,次いでコークと水素に分解し、そのコークは木炭の一部となる。
(6)木炭は、水蒸気と反応して改質され、もって水素,一酸化炭素,二酸化炭素が生成する。
(7)なお水蒸気改質には、生成ガス中の水蒸気が利用されるが、生成ガス中の水蒸気が反応に足りない場合は、別途、水蒸気を供給してもよい。
(8)タール改質反応器ではこのように、タールや炭化物粒が、水素や一酸化炭素に水蒸気改質される。そこで生成ガスは、燃料成分が増加し、カロリーアップされた改質ガスとなって、エンジンに燃料として供給される。
(9)そしてタールは、水蒸気改質により、大幅に低減,除去せしめられており、改質ガスは、タール濃度が0.1g/Nm3未満となっている。
(10)なお、このタール改質反応器は、炭化物粒を充填した簡単な構成よりなり、付帯設備も、加熱手段やスチーム供給手段に止まり、全体的に設備が小型化され、処理操作やメインテナンスも簡単容易である。
次に、本発明のタール改質反応器の効果を説明する。
<About the action>
Since the present invention comprises such means, the following is achieved.
(1) The product gas of biomass contains carbon monoxide and hydrogen, but also contains tar with a concentration of 0.5 g / Nm 3 or more.
(2) Therefore, the product gas is supplied from the gasifier to the tar reforming reactor at a high temperature of 700 ° C. or higher.
(3) The tar reforming reactor is maintained at 600 ° C. or higher, 800 ° C. to 900 ° C., for example, about 850 ° C. by the heating means.
(4) Moreover, the tar reforming reactor is internally filled with charcoal particles obtained, for example, in a gasification furnace.
(5) Then, in the tar reforming reactor, tar is first adsorbed on carbide grains such as charcoal grains and then decomposed into coke and hydrogen, and the coke becomes a part of charcoal.
(6) Charcoal is reformed by reacting with water vapor to produce hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide.
(7) Although steam in the product gas is used for steam reforming, if steam in the product gas is insufficient for the reaction, steam may be supplied separately.
(8) In the tar reforming reactor, tar and carbide particles are steam-reformed into hydrogen and carbon monoxide in this way. Therefore, the generated gas increases in the fuel component, becomes a reformed gas whose calorie is increased, and is supplied as fuel to the engine.
(9) The tar is greatly reduced and removed by steam reforming, and the reformed gas has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3 .
(10) The tar reforming reactor has a simple structure filled with carbide grains, and the incidental equipment is limited to the heating means and the steam supply means, and the equipment is downsized as a whole, and the processing operation and maintenance are performed. It is also easy and easy.
Next, the effect of the tar reforming reactor of the present invention will be described.
《第1の効果》
第1に、設備が小型化し、コスト面にも優れている。すなわち、本発明のタール改質反応器は、タールをコーク化して水蒸気改質してしまうので、前述したこの種従来例のように、大型で大規模な水処理装置付のタール処理設備は、付帯設備として使用されない。もって、設備コスト,排水処理コスト,メンテナンスコスト等にも優れている。
このように、本発明のタール改質反応器は、バイオマス燃料化に関し、設備が小型化されると共に、諸コスト面にも優れている。
<< First effect >>
First, the equipment is downsized and the cost is excellent. In other words, since the tar reforming reactor of the present invention cokes the tar and steam reforms, the tar processing facility with a large and large water treatment device, as in this type of conventional example, Not used as incidental equipment. Therefore, it is excellent in equipment cost, wastewater treatment cost, maintenance cost, and the like.
As described above, the tar reforming reactor according to the present invention is excellent in terms of various costs as well as downsizing the equipment for biomass fuel conversion.
《第2の効果》
第2に、カロリーが向上し、燃料としての有効利用が促進される。すなわち、本発明のタール改質反応器では、タールが炭化物粒表面でコークと水素に転化すると共に、炭化物が水蒸気改質され、水素,一酸化炭素,および二酸化炭素が生成し、燃料ガスの一部となる。炭化物粒には、ガス化反応器から排出される木炭粒のほか、バイオマスや石炭等の炭素系資源に由来する炭化物粒を使用できる。
前述したこの種従来例のように、部分燃焼方式のタール処理設備により、燃料として供給されるべき生成ガスの一部を消費してしまうこともなく、含有されたタール成分やガス化炉で得られた木炭粒が、エネルギーに変換される。なお、部分燃焼方式のように、酸素供給コストが嵩むこともない。
このように、本発明のタール改質反応器によると、バイオマス燃料化に際し、生成ガスが、カロリーが向上した改質ガスとなって、エンジンへ燃料として供給される。
<< Second effect >>
Secondly, calories are improved and effective use as fuel is promoted. That is, in the tar reforming reactor of the present invention, tar is converted into coke and hydrogen on the surface of the carbide grains, and the carbide is steam reformed to generate hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide, and one of the fuel gas. Part. In addition to charcoal particles discharged from the gasification reactor, carbide particles derived from carbon-based resources such as biomass and coal can be used as the carbide particles.
Like this type of conventional example described above, the partial combustion system tar treatment facility does not consume part of the product gas to be supplied as fuel, and can be obtained with the contained tar components and gasifier. The generated charcoal grains are converted into energy. Note that, unlike the partial combustion method, the oxygen supply cost does not increase.
As described above, according to the tar reforming reactor of the present invention, the generated gas becomes a reformed gas with improved calories when supplied to biomass fuel, and is supplied as fuel to the engine.
《第3の効果》
第3に、タールが確実に低減,除去される。すなわち、本発明のタール改質反応器では、バイオマス燃料化に際し、タールが、水素,一酸化炭素,二酸化炭素等に水蒸気改質される。
もって、生成ガスの改質ガスは、タール濃度が確実に0.1g/Nm3未満となり、前述したこの種従来例の部分燃焼方式のタール処理設備に比し、遥かにタール低減,除去性能に優れている。そこで、本発明のタール改質反応器によって得られた改質ガスは、エンジンの燃料として使用した場合、タール付着,汚れ,コーキングに起因したエンジントラブル,作動トラブル発生が防止され、エンジンの耐久性が向上する。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。
《Third effect》
Third, tar is reliably reduced and eliminated. That is, in the tar reforming reactor of the present invention, tar is steam-reformed to hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc., when converted to biomass fuel.
Therefore, the reformed gas of the generated gas has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3 , which is far less in tar reduction and removal performance than the conventional partial combustion type tar treatment equipment of this type. Are better. Therefore, when the reformed gas obtained by the tar reforming reactor of the present invention is used as engine fuel, engine trouble and operation trouble due to tar adhesion, dirt, and coking are prevented, and engine durability is improved. Will improve.
As described above, the effects exerted by the present invention are remarkably large, such as all the problems existing in this type of conventional example are solved.
《図面について》
以下、本発明のタール改質反応器を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。
図1,図2は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供し、図1は、構成フロー図である。図2は、実施例の正断面説明図である。
《About drawing》
Hereinafter, the tar reforming reactor of the present invention will be described in detail based on the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
1 and 2 are used to explain the best mode for carrying out the present invention, and FIG. 1 is a configuration flowchart. FIG. 2 is an explanatory front sectional view of the embodiment.
《ガス化炉1等について》
本発明のタール改質反応器2には、バイオマスAをガス化炉1に投入して得られた生成ガスBが、供給される。そこで、まずガス化炉1等について、説明する。ガス化炉1は、例えば部分燃焼方式よりなり、炉内がバーナー等により例えば900℃〜1,100℃程度に、高温保持されている。
そして、例えば乾燥キルン等にて乾燥処理された木質廃材,木屑チップ等のバイオマスAが、ホッパーから投入される。投入されるバイオマスAとしては、このような木質系バイオマス資源が代表的であるが、その他各種の廃棄物系バイオマス資源も考えられる。例えば、生ゴミ,農作物の茎,芯,根,葉,屑,鶏糞,その他の動植物系廃棄物も使用可能である。
ガス化炉1内では、投入されたバイオマスAが、例えば部分燃焼されると共に、部分乾留,熱分解され、もって、カーボンや灰分等の固形分と共に、生成ガスBが熱分解ガスとして生成される。
<< About gasifier 1 etc. >>
The
Then, for example, biomass A such as wood waste materials and wood chip chips dried by a drying kiln or the like is fed from a hopper. As the biomass A to be input, such woody biomass resources are typical, but various other waste biomass resources are also conceivable. For example, raw garbage, crop stems, cores, roots, leaves, scraps, chicken manure, and other animal and plant wastes can be used.
In the gasification furnace 1, the input biomass A is, for example, partially combusted and partially dry-distilled and pyrolyzed, so that a product gas B is generated as a pyrolysis gas together with solids such as carbon and ash. .
この生成ガスBは、一酸化炭素(CO),二酸化炭素(CO2),水素(H2),水分(H2O),窒素(N2)等を主成分とする。すなわち、生成ガスBの組成は体積比で、例えば、一酸化炭素が16.1%、二酸化炭素が10.7%、メタンが3.0%、水素が11.0%、水分が15.5%、酸素が0.3%、窒素が43.3%となっている。
因に、そのカロリーは、LHVで例えば、4,467〜5,078kJ/Nm3(1,067〜1,213kcal/Nm3)である。
そして、このような生成ガスBに対し、更に、0.5g/Nm3以上の濃度で、タールが混入している。タールは、炭化水素を主成分とし、粘性の微粒子状をなし、略ベーパー状態,略気化状態にある。
このようにタールを含有した生成ガスBは、例えば800℃程度でガス化炉1から排出される。そして、温度低下によるタールの液化,固化,付着,コーキング等を回避すべく、短い管路3で断熱材で保温されつつ除塵機を経由し、更に予熱器4を経由して、タール改質反応器2に供給される。
ガス化炉1等は、このようになっている。
This product gas B contains carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), moisture (H 2 O), nitrogen (N 2 ), and the like as main components. That is, the composition of the product gas B is in a volume ratio, for example, carbon monoxide is 16.1%, carbon dioxide is 10.7%, methane is 3.0%, hydrogen is 11.0%, and moisture is 15.5%. %, Oxygen is 0.3%, and nitrogen is 43.3%.
For example, the calorie is 4,467-5,078 kJ / Nm 3 (1,067-1,213 kcal / Nm 3 ) in LHV.
Further, tar is mixed in such a generated gas B at a concentration of 0.5 g / Nm 3 or more. Tar is mainly composed of hydrocarbons, is in the form of viscous fine particles, and is in a substantially vapor state or a substantially vaporized state.
Thus, the generated gas B containing tar is discharged from the gasification furnace 1 at about 800 ° C., for example. Then, in order to avoid tar liquefaction, solidification, adhesion, coking, etc. due to a temperature drop, the tar reforming reaction is performed via a dust remover while being kept warm with a heat insulating material in a
The gasifier 1 and the like are as described above.
《タール改質反応器2について》
次に、タール改質反応器2について、説明する。タール改質反応器2は、バイオマスAをガス化炉1に投入して得られた生成ガスBが供給され、もって生成ガスB中に含有されていたタールを改質する。
そして、炭化物粒が内部充填されており、タールは、炭化物粒に吸着,担持されてコーク化された後、高温下で水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素や二酸化炭素に水蒸気改質される。
<About the
Next, the
Carbide grains are internally filled, and tar is adsorbed and supported on the carbide grains to be coke, then reacted with water vapor at high temperature to be steam reformed to hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. The
このようなタール改質反応器2について、更に詳述する。まず、タール改質反応器2には、加熱手段5が付設されており、もって内部が600℃以上、800℃〜900℃、代表的には850℃程度に維持されると共に、生成ガスBが、700℃以上で供給される。
加熱手段5としては、後述するように間接加熱方式が採用されている。改質反応器2内での部分燃焼反応の反応熱を利用する、直接加熱方式ではない。
又、水蒸気改質は、生成ガスB中に含有された水蒸気を利用して実施されるが、付設されたスチーム供給手段6からも、水蒸気を供給可能となっている。すなわち、フィードされた生成ガスB中には水蒸気が含有されており、これにて水蒸気改質が進行するが、生成ガスB中に水蒸気が少ない場合は、スチーム供給手段6から不足分の水蒸気が供給される。
Such
As the heating means 5, an indirect heating method is adopted as will be described later. This is not a direct heating system that uses the reaction heat of the partial combustion reaction in the reforming
The steam reforming is performed using steam contained in the product gas B, but steam can also be supplied from the attached steam supply means 6. That is, the fed product gas B contains water vapor, and steam reforming proceeds therewith. However, when the product gas B has a small amount of water vapor, the steam supply means 6 has a shortage of water vapor. Supplied.
そして、このタール改質反応器2には、炭化物粒が内部充填されている。すなわち、バイオマスAや炭素系資源を乾留により熱分解して得られた炭化物粒が、内部充填されている。内部充填された炭化物粒は、ガス化炉1で未燃焼分として得られた木炭粒も使用可能であり、タールの水蒸気改質用の担持機能と触媒機能とを発揮すると共に、自ずからも水素と一酸化炭素に水蒸気改質される。
すなわち木炭粒は、炭素を主成分とし、炭素質物質の乾留,多孔質残留物として生成されるが、図示例では、ガス化炉1において焦げた未燃焼分として生成されたものが、使用されている。
そして木炭粒は、層状に充填されており、まず、タールの捕捉,吸着,担持,一体化層として機能すると共に、タールのコーク化,水蒸気改質反応促進用の触媒層として機能する。又、炭化物粒は、自身も水蒸気改質されて、水素と一酸化炭素にガス化される。なお、結果的に不足した木炭粒は、適宜ガス化炉1等から補充される。
The
That is, the charcoal grains are mainly composed of carbon, and are produced as carbonized carbon residue or porous residue. In the illustrated example, charcoal grains produced as unburned burnt in the gasification furnace 1 are used. ing.
The charcoal grains are packed in layers, and first function as a trapping, adsorbing, supporting, and integrated layer of tar, and also function as a catalyst layer for coking tar and promoting a steam reforming reaction. Further, the carbide grains themselves are steam-reformed and gasified into hydrogen and carbon monoxide. As a result, the insufficient charcoal grains are appropriately supplemented from the gasifier 1 or the like.
さてタール改質反応器2内では、改質対象である生成ガスB中のタールが、この木炭粒等の炭化物粒に吸着,担持されてコーク化される。そしてコークが、熱の作用と触媒の作用とに基づき、水蒸気をガス化剤として反応して、水素,一酸化炭素,二酸化炭素に変換され、水蒸気改質される。いわゆる水性ガス化反応が進行する。
タール改質反応器2では、このようにして、バイオマスAの生成ガスB中のタールが、水蒸気改質され、更に内部充填された木炭粒等の炭化物粒も水蒸気改質され、もって改質ガスDが生成される。
このように生成ガスBが改質された改質ガスDは、タール濃度が0.1g/Nm3未満となっており、そのカロリーは、LHVで例えば、5,542kJ/Nm3(1,324kcal/Nm3)程度となっている。つまり改質ガスDは、前述した改質前の生成ガスB当時のカロリーに比べ、タール更には炭化物粒の改質により、1〜2割程度カロリーアップされたリッチガスとなっている。
タール改質反応器2は、このようになっている。
In the
In the
The reformed gas D obtained by reforming the product gas B has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3 , and its calorie is LHV, for example, 5,542 kJ / Nm 3 (1,324 kcal). / Nm 3 ). In other words, the reformed gas D is a rich gas that is increased by about 10 to 20% by reforming the tar and further the carbide grains as compared with the calorie of the product gas B before the reforming described above.
The
《反応式等について》
次に、反応式等について説明する。タール改質反応器2内では、次の化学反応式により、水蒸気改質等が進行する。
まず、炭化物粒例えば木炭粒が、熱の作用により水蒸気をガス化剤として、次の化1の化学反応式により水蒸気改質され、もって水素と一酸化炭素に気化,ガス化される。
Next, the reaction formula and the like will be described. In the
First, carbide particles such as charcoal particles are steam-reformed by the chemical reaction formula of the following chemical formula 1 by using steam as a gasifying agent by the action of heat, and thereby vaporized and gasified into hydrogen and carbon monoxide.
これと共に、このような反応が進む炭化物粒例えば木炭粒表面では、まず、タールが吸着,次いでコークと水素に分解し、コークは炭化物粒である木炭粒の一部となる。例えば、タールに含まれる化合物のうち、ベンゼンに次いで難分解性であるナフタレン(C10H8)は、次の化2で示される化学反応によりコークと水素に分解する。
炭化物粒である木炭粒においては、次の化3,化4の反応が起こり、水素,一酸化炭素および二酸化炭素が生成する。
化3の反応式において、コークつまり炭素は、水蒸気と反応して、一酸化炭素と水素とに水蒸気改質される。炭素と水蒸気の系は、高温付与により系のエンタルピーが上がり、吸熱反応により一酸化炭素と水素の混合気体に完全ガス化されるが、生成水素量(水素収率)は最小である。
これに対し化4の反応式では、炭素は水蒸気と反応して、二酸化炭素と水素に水蒸気改質される。これは、化3の反応式より多量の水蒸気が作用すると共に、化3の反応式の一酸化炭素も完全に改質された場合であり、吸熱反応により二酸化炭素と水素とに完全ガス化され、生成水素量(水素収率)は最大となる。
すなわち、この化4の反応式では、化3の反応式で生成された一酸化炭素が、発熱反応である次の化5のシフト反応により、水蒸気と反応して、二酸化炭素と水素の混合気体に改質,変換される。そこで、化3の反応式に、次の式5の反応式を加えると、化4の反応式となる。
On the other hand, in the reaction formula of
That is, in the chemical formula of this
タール改質反応器2内では、化5のシフト反応がまったく起こらない場合は、化3の反応式により、又、化5のシフト反応のみが起こる場合は、化4の反応式により、それぞれ水蒸気改質が進行する。
しかし実際は、一酸化炭素濃度を低減する化5のシフト反応の発生程度等に従い、化4と化5の中間の反応式により水蒸気改質が進行する可能性が高い。この場合は、一酸化炭素と二酸化炭素と水素との混合気体が、改質ガスDとして生成される。
勿論、これらの反応の高温律則性,温度依存性に鑑み、化4の反応式より化3の反応式の方が吸熱程度が高いので、例えば900℃程度と温度が高い程、化4の反応式より化3の反応式が起こりやすく、化5のシフト反応が抑えられる傾向が見られるのに対し、800℃程度の場合には、化5のシフト反応が起こりやすく、化4の反応式が起こりやすい傾向が見られる。
In the
However, in reality, there is a high possibility that steam reforming will proceed according to an intermediate reaction formula between
Of course, in view of the high temperature law and temperature dependence of these reactions, the reaction formula of the
《燃料としての利用について》
次に、燃料としての利用について説明する。バイオマスAの生成ガスBは、タール改質反応器2において、タールや炭化物粒の水蒸気改質による再生利用によりカロリーアップされ、もってその改質ガスDが、エンジンの燃料として利用に供される。
図示例の改質ガスDは、管路7にて、冷却水Eによる冷却部8や、圧送用兼流量調整用のポンプ9を経由して、ロータリーエンジン10に供給される。
すなわち、このロータリーエンジン10は、改質ガスD中の水素や一酸化炭素、更には僅かに含有されたメタンや炭素等を、燃料として運転される。なお図示例のロータリーエンジン10は、その主軸が、隣接設置された発電機11に連結されており、その駆動が発電に利用されている。図中12は、ロータリーエンジン10への空気F導入量調節用の調整部である。
<About use as fuel>
Next, utilization as a fuel will be described. The product gas B of the biomass A is increased in calories in the
The reformed gas D in the illustrated example is supplied to the
That is, the
なお第1に、ロータリーエンジン10の排気ガスGが、タール改質反応器2の加熱手段5として活用されている。すなわち、ロータリーエンジン10の排気ガスGは、800℃〜900℃程度であり、煙送である管路13を介して、その熱量がタール改質反応器2に導入されている。タール改質反応器2内には、排気ガスGの通過経路が内部配設されている。
なお第2に、図中14は燃焼部であり、この燃焼部14は、タール改質反応器2へと向かう排気ガスG中の未燃分を捕集,燃焼させ、もってより高温化させるべく管路13に介装されている。
又、タール改質反応器2から使用済として排出された排気ガスGは、まだ高温を維持しているので、その熱量が、管路3で送られる生成ガスBの予熱器4用に、使用されている。
なお第3に、このように改質ガスGは、ロータリーエンジン10の燃料として使用されている。
First, the exhaust gas G of the
Secondly, in the figure, 14 is a combustion part, and this
Further, since the exhaust gas G discharged from the
Thirdly, the reformed gas G is used as a fuel for the
《作用等》
本発明のタール改質反応器2は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
(1)バイオマスAをガス化炉1に投入して得られた高温の生成ガスBは、一酸化炭素や水素を含有しており、燃料化が可能であるが、タールも含有している。タール濃度は、例えば0.5g/Nm3以上となっている。
《Action etc.》
The
(1) The high-temperature product gas B obtained by introducing the biomass A into the gasification furnace 1 contains carbon monoxide and hydrogen and can be made into fuel, but also contains tar. The tar concentration is, for example, 0.5 g / Nm 3 or more.
(2)そこで生成ガスBは、ガス化炉1からタール改質反応器2に順次供給される。生成ガスBの供給温度は、700℃以上例えば800℃程度である。
(2) The product gas B is sequentially supplied from the gasifier 1 to the
(3)これと共に、タール改質反応器2は内部が600℃以上、800℃〜900℃例えば850℃程度に、維持されている。このようなタール改質反応器2の加熱手段5としては、ロータリーエンジン10の排気ガスGの熱量が利用されている。
(3) Along with this, the inside of the
(4)又、このタール改質反応器2には、炭化物粒が内部充填されている。充填される炭化物粒としては、ガス化炉1で未燃焼分として得られた木炭粒が、代表的に使用される。
(4) The
(5)さてそこで、タール改質反応器2内では、次の各反応が進行する。タールは、まず、炭化物粒に吸着,担持されて、コーク化される。すなわちタールは、例えば前述した化2の化学反応式により、炭素と水素とに熱分解され、もって水素が離脱せしめられる。
(5) Now, in the
(6)それから、このコークつまり炭素は、熱の作用と炭化物粒の触媒作用とに基づき、水蒸気と反応して改質される。すなわち、前述した化3,化4の化学反応式により、水蒸気と反応して、水素,一酸化炭素,二酸化炭素に、水蒸気改質される。
(6) The coke, or carbon, is then reformed by reacting with water vapor based on the action of heat and the catalytic action of carbide grains. That is, according to the chemical reaction formulas of
(7)これと共に、炭化物粒自身も、前述した化1の化学反応式により、水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素に水蒸気改質される。 (7) Along with this, the carbide grains themselves react with water vapor by the chemical reaction formula of Chemical Formula 1 described above, and are steam reformed to hydrogen and carbon monoxide.
(8)なお、このような水蒸気改質は、改質ガスD中に含有された水蒸気を利用して行われるが、不足分した場合は、付設されたスチーム供給手段6も利用可能となっている。 (8) Note that such steam reforming is performed using steam contained in the reformed gas D. However, if the steam reforming is insufficient, the attached steam supply means 6 can also be used. Yes.
(9)タール改質反応器2ではこのようにして、バイオマスAの生成ガスBは、含有していたタールが、水素,一酸化炭素,二酸化炭素に水蒸気改質される。更に炭化物粒、例えばバイオマスAのガス化炉1で得られた木炭粒も、内部充填されたタール改質反応器2内で、水素と一酸化炭素に水蒸気改質される。
従って生成ガスBは、燃料として利用可能な成分が増加し、カロリーアップされた改質ガスDとなって、タール改質反応器2からロータリーエンジン10に、燃料として供給される。
(9) In the
Therefore, the component that can be used as the fuel in the generated gas B is increased, and the reformed gas D is increased in calories, and is supplied as fuel from the
(10)又、生成ガスB中のタールは、前述した水素,一酸化炭素,二酸化炭素への水蒸気改質により、大幅に低減,除去せしめられる。もって、タール改質反応器2からの改質ガスDは、タール濃度が0.1g/Nm3未満となった状態で、ロータリーエンジン10等へ燃料として供給される。
(10) Further, the tar in the product gas B is greatly reduced and removed by the steam reforming to hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. Accordingly, the reformed gas D from the
(11)ところで、このように用いられるタール改質反応器2は、内部に炭化物粒を充填した簡単な構成よりなる。そして、その付帯設備も、加熱手段5やスチーム供給手段6に止まり、全体的にも、設備が小型化されると共に、処理操作やメインテナンス等も簡単容易である。
(11) By the way, the
ここで、本発明のタール改質反応器2の実施例について、述べておく。表1は、実施例のテスト結果のデータであり、図2は、実施例のテストに使用したタール改質反応器2の正断面説明図である。
この実施例では、図2に示したように、木炭粒が層状に充填したタール改質反応器2に対し、高濃度水蒸気のガスを供給し、もって水蒸気改質についてテストした。
すなわち、タール改質反応器2内には、予め、木炭粒(又は、バイオマスAをガス化炉1に投入した際に、未ガス化分として得られた炭化物粒)を内部に充填しておいてから、水蒸気の供給ガスを導入,通過させた。
Here, an example of the
In this example, as shown in FIG. 2, a high-concentration steam gas was supplied to the
That is, the
まず、テスト条件については、次のとおり。
・供給ガス中の水蒸気濃度(vol%) : 15.5
・供給ガス中の希釈ガス : N2
・供給ガス中のH2,CO,CO2(vol%) : 0
・内部温度(℃) : 800,850,900
・木炭粒の充填量(g) : 1.7
・木炭粒の充填層高さ(mm) : 30
・供給ガスの滞留時間(s) : 0.2
First, the test conditions are as follows.
-Water vapor concentration in the supply gas (vol%): 15.5
・ Diluted gas in supply gas: N 2
-H 2 , CO, CO 2 (vol%) in the supply gas: 0
Internal temperature (° C): 800, 850, 900
-Charcoal grain filling amount (g): 1.7
-Charcoal grain packed bed height (mm): 30
・ Residence time of supply gas (s): 0.2
このようなテスト条件のもと、タール改質反応器2から生成,排出された改質ガスDを、温度条件別に計測した結果、次の表1に示したデータが得られた。
すなわち、この表1のデータによると、改質ガスDの組成は、一酸化炭素,二酸化炭素,メタン,水素,水分等よりなっていた。つまり、木炭粒は、所期のとおり、水蒸気と反応してガス化され水蒸気改質されたことが、実験データ的にも確認された。
そして、このような水蒸気改質は温度依存性が強く、800℃,850℃,900℃では、水蒸気反応率そして改質ガスDの組成に、差異が見られた。
なお、ガス供給開始後40minまでに、充填された木炭粒の転化率(ガス化率)は、80%に達した。そして、その間の改質ガスDの各組成の生成速度は、ほぼ一定であった。つまり、供給ガスの滞留時間である0.2秒で、つまりほぼ瞬間的に化学平衡に達した解された。
実施例では、以上のことが確認された。
Under such test conditions, the reformed gas D generated and discharged from the
That is, according to the data in Table 1, the composition of the reformed gas D was composed of carbon monoxide, carbon dioxide, methane, hydrogen, moisture, and the like. In other words, it was confirmed from experimental data that the charcoal grains reacted with steam and were gasified and steam reformed as expected.
Such steam reforming has a strong temperature dependence, and at 800 ° C., 850 ° C., and 900 ° C., differences were found in the steam reaction rate and the composition of the reformed gas D.
In addition, the conversion rate (gasification rate) of the filled charcoal particles reached 80% by 40 min after the gas supply started. And the production | generation speed | rate of each composition of the reformed gas D in the meantime was substantially constant. That is, it was understood that the chemical equilibrium was reached almost instantaneously at 0.2 seconds, which is the residence time of the supply gas.
In the examples, the above was confirmed.
1 ガス化炉
2 タール改質反応器
3 管路
4 予熱器
5 加熱手段
6 スチーム供給手段
7 管路
8 冷却部
9 ポンプ
10 ロータリーエンジン
11 発電機
12 調整部
13 管路
14 燃焼部
A バイオマス
B 生成ガス
C コーク
D 改質ガス
E 冷却水
F 空気
G 排気ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
バイオマスや石炭系資源を乾留により熱分解して得られた炭化物粒が、内部充填されており、該タールは、該炭化物粒に吸着,担持されてコークつまり炭素と水素とに熱分解され、該コークが該炭化物粒の一部となり、高温下で水蒸気と反応して、水素と一酸化炭素や二酸化炭素に水蒸気改質され、
該タール改質反応器は、加熱手段が付設されており、もって内部が800℃〜900℃に維持されると共に、該生成ガスが700℃以上で供給され、
内部充填された該炭化物粒は、該ガス化炉で未燃焼分として得られたものも使用可能であり、層状に充填されており、該タールの水蒸気改質用の吸着,担持,一体化層としての機能と、該タールのコーク化,水蒸気改質反応促進用の触媒層としての機能とを、発揮すると共に、みずからも水素と一酸化炭素に水蒸気改質され、
上記加熱手段としては、水蒸気改質で得られた改質ガスを燃料として使用する、ロータリーエンジンの800℃〜900℃の排気ガスの熱量が、利用されており、
かつ、該ロータリーエンジンから該タール改質反応器へと向かう該排気ガスの管路には、該排気ガス中の未燃分を捕集,燃焼させ、もってより高温化させる燃焼部が介装されており、更に、該タール改質反応器から排出されまだ高温を維持する該排気ガスの熱量を、該生成ガスの予熱用に使用する予熱器が、該生成ガスを該ガス化炉から該タール改質反応器に供給する管路に、設けられていること、を特徴とするタール改質反応器。 A tar reforming reactor that is supplied with a product gas obtained by introducing biomass into a gasification furnace, thereby reforming the tar contained in the product gas,
Carbide grains obtained by pyrolyzing biomass or coal resources by dry distillation are filled inside, and the tar is adsorbed and supported on the carbide grains and thermally decomposed into coke, that is, carbon and hydrogen, Coke becomes a part of the carbide grains, reacts with steam at high temperature, steam reformed to hydrogen and carbon monoxide or carbon dioxide,
The tar reforming reactor is provided with heating means, so that the inside is maintained at 800 ° C. to 900 ° C., and the product gas is supplied at 700 ° C. or higher.
The carbide particles filled in the inside can be used as unburned in the gasification furnace and are packed in layers, and the adsorption, support and integrated layer for steam reforming of the tar And function as a catalyst layer for promoting coking of the tar and steam reforming reaction, and steam reforming to hydrogen and carbon monoxide.
As the heating means, the calorific value of the exhaust gas of 800 ° C. to 900 ° C. of the rotary engine using the reformed gas obtained by steam reforming as fuel is used,
In addition, the exhaust gas pipe line from the rotary engine to the tar reforming reactor is provided with a combustion section that collects and burns unburned components in the exhaust gas, thereby increasing the temperature. And a preheater that uses the amount of heat of the exhaust gas discharged from the tar reforming reactor and still maintaining a high temperature for preheating the product gas, the product gas from the gasifier and the tar. A tar reforming reactor, characterized in that the tar reforming reactor is provided in a pipe line to be supplied to the reforming reactor.
水蒸気改質は、該生成ガス中に含有された水蒸気を利用して実施されるが、付設されたスチーム供給手段からも水蒸気を供給可能となっていること、を特徴とするタール改質反応器。 In the tar reforming reactor according to claim 1, the biomass is made of woody biomass such as woody waste, and other waste biomass,
Steam reforming is performed using steam contained in the product gas, and the tar reforming reactor is characterized in that steam can be supplied also from the attached steam supply means. .
該生成ガスは、該タール濃度が0.5g/Nm3以上であるが、該改質ガスは、該タール濃度が0.1g/Nm3未満となっていること、を特徴とするタール改質反応器。 2. The tar reforming reactor according to claim 1, wherein the product gas is calorie increased by recycling the tar and the carbide grains by steam reforming, and the reformed gas is used as fuel for an engine. And
The product gas has a tar concentration of 0.5 g / Nm 3 or more, but the reformed gas has a tar concentration of less than 0.1 g / Nm 3. Reactor.
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