JP5503485B2 - Biomass carbonization / gasification system and carbonization / gasification method - Google Patents

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Description

本発明はバイオマス炭化・ガス化システムおよび炭化・ガス化方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば農林・畜産・水産物資源およびその残さ物、建築廃材、食品廃棄物、汚泥等といった特に高含水率のバイオマスを炭化・ガス化し、得られた生成ガスを用いてガスエンジン等で高効率に発電する技術の改良に関する。   The present invention relates to a biomass carbonization / gasification system and a carbonization / gasification method. More specifically, the present invention carbonizes and gasifies biomass with a particularly high water content, such as agricultural / forestry / livestock / fishery resources and residues thereof, building waste, food waste, sludge, etc., and uses the resulting product gas. The present invention relates to improvements in technology for generating electricity with high efficiency using gas engines.

炭化・ガス化方式に関し、炭化装置にて生成された炭化物(炭化チャー)をガス化炉に投入し、空気、および水蒸気でガス化する技術が普及している(例えば、特許文献1参照)。この炭化・ガス化方式の場合、ガス化炉に投入される燃料が炭化処理され、バイオマス中の水分が除去されているとともに、炭化物中には適量の揮発分を含んでいることになるため、炭化装置からガス化炉への投入炭化物に対するガス化効率が高いという特長がある。   With regard to the carbonization / gasification method, a technique in which carbide (carbonized char) generated in a carbonization apparatus is introduced into a gasification furnace and gasified with air and water vapor is widely used (see, for example, Patent Document 1). In the case of this carbonization / gasification method, the fuel input to the gasification furnace is carbonized, moisture in the biomass is removed, and the carbide contains an appropriate amount of volatile matter. It has the feature of high gasification efficiency with respect to the input carbide from the carbonizer to the gasifier.

また、炭化処理を行わず、バイオマスを直接ガス化炉にスクリューフィーダ等で供給してガス化するとともに、当該ガス化炉の後流に設けられた改質部に空気または酸素、水蒸気を投入し、ガス化炉で生成されるタールを分解するというシステムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Moreover, without carbonization, the biomass is directly supplied to the gasifier with a screw feeder or the like for gasification, and air, oxygen, or steam is introduced into the reforming section provided downstream of the gasifier. A system for decomposing tar produced in a gasification furnace has been proposed (for example, see Patent Document 2).

特開2004−35837号公報JP 2004-35837 A 特開2003−326241号公報JP 2003-326241 A

しかしながら、上記従来例においては、炭化物の水分が除去されていることからすれば当該炭化物のガス化効率は高いと予想されるものの、炭化装置で副生される(つまり副次的に生成される)可燃性の熱分解ガスを利用していないために、炭化装置への燃料投入量の割にはガス化効率はそれほど高いわけではない。   However, in the above-mentioned conventional example, although the gasification efficiency of the carbide is expected to be high if the moisture of the carbide is removed, it is by-produced in the carbonization apparatus (that is, it is generated as a secondary product). ) Since flammable pyrolysis gas is not used, the gasification efficiency is not so high for the amount of fuel input to the carbonizer.

また、炭化処理をせずにバイオマスを直接ガス化炉に投入してガス化を行うと、含有水分が多いためにガス化炉内の温度は600〜1000℃程度にとどまり、多くの場合、タールが生成し、配管に固着するトラブルに見舞われる。そこでこれを防ぐ手段の一つとして、蒸気賦活することによりタール分を分解するという対策がとられる。ところが、様々な種類のバイオマスが混合している場合、400〜450℃程度の蒸気では生成したタール分を完全に分解することが困難である。よって、固着したタール分を別途の装置にて洗浄する必要性が生じ、そこに含まれる炭素や水素を系外に排出してしまうことになるため、結果的に生成ガスのトータル発熱量の低下につながっている。また、酸素にてタール分を分解する方式がとられることもあるが、この方法もまた、生成ガス発熱量の低下につながる。   In addition, when the biomass is directly put into the gasification furnace without performing carbonization and gasification is performed, the temperature in the gasification furnace is limited to about 600 to 1000 ° C. due to the large amount of moisture contained. Will generate and stick to the piping. Therefore, as one of the means for preventing this, a measure is taken to decompose the tar content by steam activation. However, when various types of biomass are mixed, it is difficult to completely decompose the generated tar with steam at about 400 to 450 ° C. As a result, it becomes necessary to clean the fixed tar content in a separate device, and the carbon and hydrogen contained therein will be discharged out of the system, resulting in a decrease in the total calorific value of the product gas. Connected to. In addition, a method of decomposing the tar content with oxygen may be used, but this method also leads to a decrease in the generated gas heat generation.

そこで、本発明は、生成ガス発熱量の低下とタール分発生とを防ぎ、ガス化効率を高めることのできるバイオマス炭化・ガス化システムおよび炭化・ガス化方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a biomass carbonization / gasification system and a carbonization / gasification method capable of preventing a decrease in generated gas heat generation and generation of a tar component and increasing gasification efficiency.

かかる目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行った。まず、ガス化性能予測計算ソフトを開発し(実施例1参照)、これを用いて炭化・ガス化技術の性能予測を行ったところ、以下の結果を得た。すなわち、炭化装置で生成される炭化物および可燃性熱分解ガス(揮発ガス)をガス化炉に投入する際の方式として、これらを一括してガス化炉に投入する「1段投入方式」と、高温ガス化部(コンバスタ)とガス改質部(リダクタ)の2段に分けられた2段式のガス化炉に各々を分けて投入する「2段投入方式」とが考えられるが、このうち、後者の2段投入方式は、炭化物を高温ガス化部へ、可燃性熱分解ガスをガス改質部へとそれぞれ投入し、酸素を含んだガス化剤を高温ガス化部のみに投入することで、全体酸素比を低く抑え、しかも高い熱効率でガス化を行うことができ、さらにはガス化剤の量も少なくて済むことが明らかになった。 In order to achieve this object, the present inventor has conducted various studies. First, gasification performance prediction calculation software was developed (see Example 1), and performance prediction of carbonization / gasification technology was performed using this software, and the following results were obtained. That is, as a method when charging carbide and flammable pyrolysis gas (volatile gas) generated in the carbonization apparatus into the gasification furnace, “single-stage charging method” in which these are collectively charged into the gasification furnace, The “two-stage charging method” is considered, in which each is divided into two-stage gasification furnaces divided into a high-temperature gasification section (combustor) and a gas reforming section (reductor). In the latter two-stage charging method, carbide is introduced into the high-temperature gasification section, combustible pyrolysis gas is introduced into the gas reforming section, and a gasifying agent containing oxygen is introduced only into the high-temperature gasification section. Thus, it became clear that gasification can be performed with a low overall oxygen ratio, high thermal efficiency, and a small amount of gasifying agent.

ただし、2段投入方式には、炭化装置における可燃性熱分解ガスの発生量によってガス化炉の出口(すなわちガス改質部の出口)の温度が変化するという特徴もある。例えば可燃性熱分解ガスの流量が多くなると出口温度の低下が起こり、これによってタールが発生するおそれが生じる。このようにしてタールが発生するのを抑えるという観点からすればガス化炉の出口温度は所定値以上に維持されていることが望ましい。   However, the two-stage charging method is also characterized in that the temperature at the outlet of the gasification furnace (that is, the outlet of the gas reforming section) varies depending on the amount of combustible pyrolysis gas generated in the carbonization apparatus. For example, when the flow rate of the combustible pyrolysis gas increases, the outlet temperature decreases, which may cause tar generation. From the viewpoint of suppressing the generation of tar in this way, it is desirable that the outlet temperature of the gasifier is maintained at a predetermined value or higher.

以上のような状況下、本発明者は、炭化装置で分離される粉状の高品位チャー(炭化物)と熱分解ガスとを、タール分解とガス改質が可能な高温ガス化炉に投入する方式に関してガス化性能予測計算ソフトを用いて検討し、その結果、2段式投入方式の特長を損なうことなくタール発生という問題を解消することのできる技術を知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくもので、請求項1記載の発明は、バイオマス燃料を熱分解して炭化しさらにガス化するバイオマス炭化・ガス化システムにおいて、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を間接的に加熱して炭化物を生成する炭化装置と、この炭化物をガス化する高温ガス化部および炭化物生成時に揮発したタールを含む可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部からなる2段式のガス化炉と、炭化物をガス化炉の高温ガス化部に供給する炭化物供給手段と、炭化装置で生成された可燃性熱分解ガスをガス化炉のガス改質部に送り込むための熱分解ガス流路と、通常時は高温ガス化部に酸素を含んだガス化剤を供給するとともに高温ガス化部からガス改質部へ流れる高温ガスの流量に対してガス改質部に供給される可燃性熱分解ガスの流量が増加してガス化炉の出口温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合には前記ガス改質部に酸素を含んだガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、ガス化炉から供給された生成ガスを利用して発電するとともに作動時に排熱を伴う発電装置とを備え、発電装置から排出される排熱が炭化装置の熱源として供給されるようにして、炭化装置においてバイオマス燃料中の水分を十分に蒸発させ、水分が除去された状態の炭化物が高温ガス化部に供給されるようにしたことを特徴としている。 Under the circumstances as described above, the present inventor puts the powdery high-grade char (carbide) separated by the carbonization apparatus and the pyrolysis gas into a high-temperature gasification furnace capable of tar decomposition and gas reforming. As a result, we have come up with a technology that can solve the problem of tar generation without impairing the features of the two-stage charging method. Based on the present invention such a finding, the invention of claim 1, wherein, in the biomass carbonizing-gasifying system for further gasification carbonizing biomass fuel by thermal decomposition, woody biomass, wastes such as municipal waste Combustible pyrolysis gas containing carbonized equipment that indirectly heats biomass fuel such as biomass and mixed biomass to produce carbide, high-temperature gasification section that gasifies this carbide, and tar volatilized during carbide production A two-stage gasification furnace comprising a gas reforming section for reforming, a carbide supply means for supplying carbide to the high-temperature gasification section of the gasification furnace, and a combustible pyrolysis gas generated by the carbonization apparatus a pyrolysis gas flow path for feeding the gas reformer of the gasifier, the flow from the normal at the time of high-temperature gasification part supplies a gasifying agent containing oxygen to the hot gasification unit to the gas reforming unit The gas reforming if there is a case or a risk thereof flow of the combustible pyrolysis gas supplied to the gas reforming unit with respect to the flow of hot gas is less than an increase to 1100 ° C. outlet temperature of the gasifier is comprising a gasifying agent supply means for supplying a gasifying agent containing oxygen to the quality unit, and a power generating device with waste heat during operation as well as power generation by utilizing the generated gas supplied from the gasification furnace, power generator The exhaust heat exhausted from the exhaust gas is supplied as a heat source for the carbonization device, and the water in the biomass fuel is sufficiently evaporated in the carbonization device, and the carbonized material in which the moisture is removed is supplied to the high-temperature gasification unit. It is characterized in that the the like.

上述したとおり検討を繰り返した結果、本発明者は、2段投入方式の特長を損なうことなくタール発生を効果的に防止するためには、可燃性熱分解ガス流量が多いときにはガス改質部にもガス化剤を投入し、可燃性熱分解ガスとの燃焼反応を起こしてガス温度の低下を防ぐ方法が有効であることを明らかにした。こうした場合には、温度が1100℃よりも低くならずに維持されるようになる。 As a result of repeated examinations as described above, the present inventor has found that the gas reforming section is used when the flow rate of the combustible pyrolysis gas is large in order to effectively prevent tar generation without impairing the features of the two-stage charging method. In addition, it was clarified that a method of preventing gas temperature drop by introducing a gasifying agent and causing a combustion reaction with combustible pyrolysis gas was effective. In such a case, temperature is to be maintained at not lower than 1100 ° C..

また、タールが生成して配管に固着するというトラブルを回避する観点からすれば、ガス化炉出口の一定温度は、請求項1に記載のように1100℃に設定することができる。 Further, from the viewpoint of avoiding the trouble that tar is generated and sticks to the pipe, the constant temperature at the gasification furnace outlet can be set to 1100 ° C. as described in claim 1 .

請求項に記載の発明は、請求項1に記載の炭化・ガス化システムが、ガス化剤供給手段は分岐管を備え、高温ガス化部とガス改質部の両方に酸素を含んだガス化剤を供給可能な装置からなるというものである。この装置によれば、通常時(つまり炭化・ガス化システムの通常運転時)には高温ガス化部にのみガス化剤を供給し、ガス化炉の出口温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合には高温ガス化部に加えてガス改質部にもガス化剤を供給するというように、炉内の状況に応じてガス化剤の供給状態が選択的に切り換えられる。 According to a second aspect of the present invention, in the carbonization / gasification system according to the first aspect, the gasifying agent supply means includes a branch pipe, and a gas containing oxygen in both the high-temperature gasification section and the gas reforming section. It consists of a device capable of supplying the agent. According to this apparatus, the gasifying agent is supplied only to the high-temperature gasification section during normal operation (that is, during normal operation of the carbonization / gasification system), and the outlet temperature of the gasification furnace is less than 1100 ° C. When there is a fear, the supply state of the gasifying agent is selectively switched according to the situation in the furnace, such as supplying the gasifying agent to the gas reforming unit in addition to the high-temperature gasification unit.

また、請求項に記載の発明は、バイオマス燃料を熱分解して炭化しさらにガス化するバイオマス炭化・ガス化方法において、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を間接的に加熱して炭化物を生成し、該炭化物を2段式のガス化炉の高温ガス化部に供給してガス化する一方、炭化物生成時に揮発したタールを含む可燃性熱分解ガスを前記ガス化炉のガス改質部に送り込んで改質し、さらに、通常時は高温ガス化部に酸素を含んだガス化剤を供給することに加え高温ガス化部からガス改質部へ流れる高温ガスの流量に対してガス改質部に供給される可燃性熱分解ガスの流量が増加してガス化炉の出口温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合にはガス改質部に酸素を含んだガス化剤を供給し、ガス化炉から供給された生成ガスを利用して発電するとともに作動時に排熱を伴う発電装置から排出される排熱を炭化装置の熱源として供給するようにして、炭化装置においてバイオマス燃料中の水分を十分に蒸発させ、水分が除去された状態の炭化物を高温ガス化部に供給するようにしたことを特徴とするものである。 The invention described in Claim 3 is the biomass carbonizing-gasifying process for further gasification carbonizing biomass fuel by thermal decomposition, woody biomass, waste-based biomass and mixed biomass such as municipal waste Indirect combustion of biomass fuels such as carbon to produce carbides, and the carbides are supplied to a high-temperature gasification section of a two-stage gasification furnace for gasification, while flammable containing tar volatilized during carbide production The pyrolysis gas is sent to the gas reforming section of the gasification furnace for reforming. In addition, in addition to supplying a gasifying agent containing oxygen to the high-temperature gasification section, gas reforming is performed from the high-temperature gasification section. When the flow rate of the combustible pyrolysis gas supplied to the gas reforming unit increases with respect to the flow rate of the high-temperature gas flowing to the mass part and the outlet temperature of the gasifier becomes less than 1100 ° C. Is gas reforming Oxygen is supplied to the gasifying agent containing the supplies as a heat source for carbonization device exhaust heat discharged from the power generation device with waste heat during operation as well as power generation by utilizing the generated gas supplied from the gasification furnace In this way, the carbonization apparatus is characterized in that the water in the biomass fuel is sufficiently evaporated and the carbide in a state where the water is removed is supplied to the high-temperature gasification section .

このバイオマス炭化・ガス化方法においては、炭化装置にて生成した炭化物(炭化チャー)をガス化炉の高温ガス化部(コンバスタ)に燃料として投入し、これと同時にガス化剤として空気または酸素を同じく高温ガス化部に投入してガス化を行う(図1参照)。この場合、炭化処理された炭化物は、バイオマス中の水分が除去された状態となっていることから、高温ガス化部中でタール分解温度である1100℃を超える1500℃以上の高温ガス雰囲気を作り出すことが可能である。さらに、炭化装置にて副生される水分を含んだ可燃性熱分解ガスは、ガス改質部(リダクタ)に投入され、炭化装置に投入されるバイオマス全量に対するガス化効率を高めてタール分のない高熱量の生成ガスが得られるようにする。 In this biomass carbonization / gasification method, the carbide (carbonized char) produced in the carbonizer is fed into the high-temperature gasification section (combustor) of the gasifier as fuel, and at the same time, air or oxygen is used as a gasifying agent. Similarly, gasification is performed by introducing into the high-temperature gasification section (see FIG. 1). In this case, the carbonized carbide is in a state in which moisture in the biomass has been removed, so that a high-temperature gas atmosphere of 1500 ° C. or higher exceeding the tar decomposition temperature of 1100 ° C. is created in the high-temperature gasification section. It is possible. Further, the combustible pyrolysis gas containing water by-produced in the carbonization apparatus is input to the gas reforming unit (reductor), and the gasification efficiency is increased with respect to the total amount of biomass input to the carbonization apparatus, thereby increasing the tar content. high calorific product gas not to be obtained.

ここで、バイオマス種によっては固定炭素が少なく、炭化装置において得られる炭化物の割合が少ない反面、副生される熱分解ガスの割合が多いというものがある。このとき、高温ガス化部からガス改質部へと流れる1500℃以上の高温ガスに対して、炭化装置からガス改質部に供給される400〜600℃の熱分解ガスの流量が多くなり、ガス改質部において急激な温度低下が生じ、タール分解温度である1100℃よりも低い温度となる。このような場合、あるいはこのように一定温度を下回るおそれがある場合には、それまで高温ガス化部にのみ投入されていた酸素を含んだガス化剤をガス改質部にも投入する(図1参照)。こうした場合にガス改質部内で起こる燃焼によってガス改質部の温度が上昇する。 Here, some biomass species have a small amount of fixed carbon and a small proportion of carbide obtained in the carbonization apparatus, but a large proportion of pyrolysis gas by-produced. At this time, with respect to the high temperature gas of 1500 ° C. or higher flowing from the high temperature gasification section to the gas reforming section, the flow rate of the 400-600 ° C. pyrolysis gas supplied from the carbonizer to the gas reforming section increases. A sudden temperature drop occurs in the gas reforming section, and the temperature is lower than 1100 ° C. which is the tar decomposition temperature. In such a case, or in the case where there is a possibility that the temperature falls below a certain temperature, a gasifying agent containing oxygen that has been introduced only into the high-temperature gasification unit until then is also introduced into the gas reforming unit (see FIG. 1). Temperature of the combustion occurring in the gas reformer unit thus gas reforming unit is raised to such a case.

請求項1記載のバイオマス炭化・ガス化システムによると、ガス化炉出口の温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合にガス改質部に供給されるガス化剤がガス改質部内にて燃焼反応を生じさせてガス改質部内の温度を上昇させる。これによればガス化炉出口の温度も上昇することとなるため、2段式投入方式の特長を損なうことなくガス化炉出口でタールが発生するのを効果的に抑制することができる。また、固着したタール分を別途の装置にて洗浄する必要性もなく、このことも生成ガス発熱量の低下防止に寄与することになる。加えて、酸素によるタール分解といったような、生成ガス発熱量の低下の一因となる分解方式を採用する必要もない。しかも、炭化装置で副生される可燃性の熱分解ガスを利用する構成となるため、そうでない従来の炭化・ガス化システム(つまり可燃性熱分解ガスを利用していないシステム)と比較して高いガス化効率を達成することができる。 According to the biomass carbonization / gasification system according to claim 1, when the temperature at the gasification furnace outlet is less than 1100 ° C. or when there is a risk , the gasifying agent supplied to the gas reforming section is in the gas reforming section. Causes a combustion reaction to raise the temperature in the gas reforming section . According to this, the temperature at the gasification furnace outlet also rises, so that tar generation at the gasification furnace outlet can be effectively suppressed without impairing the features of the two-stage charging method. In addition, there is no need to wash the fixed tar content with a separate device, which also contributes to prevention of a decrease in the amount of generated gas heat. In addition, it is not necessary to employ a decomposition method that causes a decrease in the generated gas heat generation, such as tar decomposition by oxygen. Moreover, because it uses a combustible pyrolysis gas that is by-produced in the carbonization device, compared to conventional carbonization and gasification systems that do not (that is, systems that do not use combustible pyrolysis gas) High gasification efficiency can be achieved.

また、ガス化出口がタール分解温度である1100℃よりも低い温度となるのを防ぎ、タールが発生して配管に付着するといったトラブルを回避することができる。 Further , it is possible to prevent the gasification outlet from becoming a temperature lower than 1100 ° C. which is the tar decomposition temperature, and to avoid the trouble that tar is generated and adheres to the pipe.

請求項記載のバイオマス炭化・ガス化システムによると、高温ガス化部とガス改質部の両方に対し、単一のガス化剤供給装置および分岐管によってガス化剤を供給することを可能としているためシステムの小型化やコスト削減といった点で有利である。 According to the biomass carbonization / gasification system according to claim 2, it is possible to supply the gasifying agent to both the high-temperature gasification unit and the gas reforming unit with a single gasifying agent supply device and a branch pipe. This is advantageous in terms of downsizing the system and reducing costs.

また、請求項3記載のバイオマス炭化・ガス化方法によると、ガス化炉出口の温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合にガス改質部にガス化剤を供給することによりガス改質部内にて燃焼反応を生じさせ、ガス改質部内の温度を上昇させることができる。これによればガス化炉出口の温度も上昇することとなるため、2段式投入方式の特長を損なうことなくガス化炉出口でタールが発生するのを効果的に抑制することができる。また、固着したタール分を別途の装置で洗浄したり酸素によって分解したりといった必要がないため、その分だけ生成ガス発熱量の低下防止に寄与することになる。しかも、炭化装置で副生される可燃性の熱分解ガスを利用することになるため、そうでない従来の炭化・ガス化方法(つまり可燃性熱分解ガスを利用しない炭化・ガス化方法)と比較して高いガス化効率を達成することができる。 Further, according to the biomass carbonization / gasification method according to claim 3, when the temperature at the gasifier outlet becomes less than 1100 ° C. or when there is a risk , gas is supplied by supplying a gasifying agent to the gas reforming section. A combustion reaction is caused in the reforming section, and the temperature in the gas reforming section can be raised. According to this, the temperature at the gasification furnace outlet also rises, so that tar generation at the gasification furnace outlet can be effectively suppressed without impairing the features of the two-stage charging method. Further, it is not necessary to clean the fixed tar content with a separate device or decompose it with oxygen, which contributes to the prevention of a decrease in the amount of generated gas heat. In addition, since combustible pyrolysis gas by-produced in the carbonizer is used, it is compared with other conventional carbonization and gasification methods (that is, carbonization and gasification methods that do not use combustible pyrolysis gas). Thus, high gasification efficiency can be achieved.

本発明に係るバイオマス炭化・ガス化システムの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the biomass carbonization and gasification system which concerns on this invention. オリマルジョンガス化試験結果との比較(酸素比0.40)を行った際の実験値と計算値とを示すグラフである。It is a graph which shows the experimental value and calculated value at the time of performing a comparison (oxygen ratio 0.40) with the result of an oral gasification test. 酸素吹き1段噴流床炉のガス化性能予測(ガス化剤投入温度50℃)を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率とガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction (gasification agent injection | throwing-in temperature of 50 degreeC) of an oxygen blowing 1 step entrained bed furnace, and represents the change of the carbon conversion rate and gasifier exit temperature when oxygen ratio changes. 酸素吹き1段噴流床炉のガス化性能予測(ガス化剤投入温度50℃)を示すグラフで、酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction (gasification agent injection | throwing-in temperature of 50 degreeC) of an oxygen blowing 1 stage entrained bed furnace, and represents the change of the product gas ratio and cold gas efficiency when an oxygen ratio changes. 空気吹き1段噴流床炉のガス化性能予測(空気投入温度250℃)を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率とガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction (air injection temperature 250 degreeC) of an air blowing 1 stage entrained bed furnace, and represents the change of the carbon conversion rate and gasifier exit temperature when an oxygen ratio changes. 酸素吹き1段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率とガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of an oxygen blowing 1 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the carbon conversion rate and gasification furnace exit temperature when an oxygen ratio changes. 酸素吹き1段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of an oxygen blowing 1 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the product gas ratio and cold gas efficiency when an oxygen ratio changes. 空気吹き1段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率とガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of the air blowing 1 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the carbon conversion rate and gasification furnace exit temperature when an oxygen ratio changes. 空気吹き1段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of an air blowing 1 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the product gas ratio and cold gas efficiency when an oxygen ratio changes. 空気吹き2段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率、コンバスタ出口温度、およびガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of an air blowing 2 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the carbon conversion rate, combustor exit temperature, and gasification furnace exit temperature when an oxygen ratio changes. 空気吹き2段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。It is a graph which shows the gasification performance prediction of an air blowing 2 step | paragraph injection | throwing-in system, and represents the change of the production gas ratio and cold gas efficiency when an oxygen ratio changes. ガス改質部への空気投入方式のガス化性能予測(コンバスタ酸素比:0.64)を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率、コンバスタ出口温度、およびガス化炉出口温度の変化を表している。This graph shows the gasification performance prediction (combustor oxygen ratio: 0.64) of the air injection system to the gas reforming section. The graph shows the changes in carbon conversion rate, combustor outlet temperature, and gasifier outlet temperature when the oxygen ratio changes. Represents. コンバスタ酸素比のガス化性能への影響(全体酸素比:0.20)を示すグラフで、コンバスタ酸素比が変化した場合の炭素転換率、コンバスタ出口温度、およびガス化炉出口温度の変化を表している。This graph shows the effect of combustor oxygen ratio on gasification performance (overall oxygen ratio: 0.20), and shows changes in carbon conversion rate, combustor outlet temperature, and gasifier outlet temperature when the combustor oxygen ratio changes. . コンバスタ酸素比のガス化性能への影響(全体酸素比:0.20)を示すグラフで、コンバスタ酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。A graph showing the influence of the combustor oxygen ratio on the gasification performance (overall oxygen ratio: 0.20), showing changes in the ratio of produced gas and cold gas efficiency when the combustor oxygen ratio changes. 廃棄物の2段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の炭素転換率、コンバスタ出口温度、およびガス化炉出口温度の変化を表している。It is a graph showing the gasification performance prediction of the two-stage charging method of waste, and shows changes in carbon conversion rate, combustor outlet temperature, and gasifier outlet temperature when the oxygen ratio changes. 廃棄物の2段投入方式のガス化性能予測を示すグラフで、酸素比が変化した場合の生成ガス割合と冷ガス効率の変化を表している。It is a graph showing the gasification performance prediction of the two-stage charging method of waste, and shows the change in the product gas ratio and the cold gas efficiency when the oxygen ratio changes.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかるバイオマス炭化・ガス化システムは、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料1を熱分解して炭化しさらにガス化するためのシステムである。本実施形態のバイオマス炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料1を加熱して炭化物4を生成する炭化装置2と、この炭化物4をガス化する高温ガス化部8および炭化物生成時に揮発したタールを含む可燃性熱分解ガス3の改質を行うガス改質部9からなる2段式のガス化炉7と、炭化装置2で生成された炭化物4をガス化炉7の高温ガス化部8に供給する炭化物供給手段13と、炭化装置2で生成された可燃性熱分解ガス3をガス化炉7のガス改質部9に送り込むための熱分解ガス流路12と、通常時は高温ガス化部8にガス化剤5を供給するとともにガス化炉7の出口温度が一定温度以下になる場合またはそのおそれがある場合にはガス改質部9に酸素を含んだガス化剤6を供給するガス化剤供給手段14とを備えた構成となっている(図1参照)。   FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The biomass carbonization / gasification system according to the present invention is a system for pyrolyzing and carbonizing and further gasifying biomass fuel 1 such as woody biomass, waste biomass such as municipal waste, and mixed biomass thereof. . The biomass carbonization / gasification system of the present embodiment includes a carbonization device 2 that generates biomass 4 by heating the biomass fuel 1, a high-temperature gasification unit 8 that gasifies the carbide 4, and tar volatilized during the generation of the carbide. A two-stage gasification furnace 7 composed of a gas reforming section 9 for reforming the combustible pyrolysis gas 3 and a carbide 4 generated by the carbonization apparatus 2 are supplied to a high-temperature gasification section 8 of the gasification furnace 7. Carbide supply means 13 for carrying out, a pyrolysis gas flow path 12 for sending the combustible pyrolysis gas 3 generated by the carbonization apparatus 2 to the gas reforming section 9 of the gasification furnace 7, and a high-temperature gasification section in normal times A gas for supplying the gasifying agent 6 containing oxygen to the gas reforming section 9 when the gasifying agent 5 is supplied to 8 and the outlet temperature of the gasification furnace 7 becomes lower than or equal to a certain temperature. It has the composition provided with agent supply means 14 See Figure 1).

バイオマス燃料1は燃料中の含有水分が高く、また粉砕性が悪いため、噴流床ガス化炉7を用いてガス化を行うには効果的な前処理方式の導入が不可欠である。そこで、本実施形態においては、炭化装置2において、バイオマス燃料1中の水分および揮発分を含んだ可燃性熱分解ガス(揮発ガス)3と、固定炭素や灰分を主成分とした炭化物4とに分離してからガス化炉7に投入するという炭化・ガス化方式を採用している(図1参照)。このように炭化処理とガス化処理とを分離したシステムの場合、ガス化炉7の後段の装置(特に図示はしていないが、例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池など、供給された生成ガス(図1中では符号10で示している)を利用して発電するとともに当該作動時に排熱を伴う装置)が排出するシステム排熱の供給を受けこれを利用することができる。本実施形態における炭化装置2は、バイオマス燃料1を熱分解し炭化する内側部分と、この内側部分を囲繞するジャケット部(外側部分)2aとからなる二層構造であり(図1参照)、例えば600℃程度の温度である高温排ガス11をジャケット部2aに送り込むことによってこの排熱を利用し、バイオマス燃料1を外側から間接的に加熱し、外気から遮断された無酸素状態の中で水分の蒸発と有機物の熱分解反応により炭化を行う。水分および可燃性熱分解ガス3は連続的に装置外に排出され、炭化物4は底部に残る(図1参照)。   Since the biomass fuel 1 has a high water content in the fuel and is not pulverizable, introduction of an effective pretreatment method is indispensable for gasification using the spouted bed gasification furnace 7. Therefore, in the present embodiment, in the carbonization apparatus 2, the combustible pyrolysis gas (volatile gas) 3 containing moisture and volatile matter in the biomass fuel 1 and the carbide 4 mainly composed of fixed carbon and ash are used. A carbonization / gasification method is adopted in which the gasification furnace 7 is charged after separation (see FIG. 1). In the case of the system in which the carbonization process and the gasification process are separated in this way, a device after the gasification furnace 7 (not shown in particular, for example, a supplied gas such as a gas engine, a gas turbine, or a fuel cell) (Shown by reference numeral 10 in FIG. 1) can be used by receiving the supply of system waste heat that is generated by a device that generates power using waste heat during operation and that is exhausted. The carbonization apparatus 2 in the present embodiment has a two-layer structure including an inner portion that pyrolyzes and carbonizes the biomass fuel 1 and a jacket portion (outer portion) 2a that surrounds the inner portion (see FIG. 1). This exhaust heat is utilized by sending high-temperature exhaust gas 11 having a temperature of about 600 ° C. to the jacket portion 2a, and the biomass fuel 1 is indirectly heated from the outside, and moisture is removed in an oxygen-free state blocked from the outside air. Carbonization is performed by evaporation and thermal decomposition of organic matter. Moisture and combustible pyrolysis gas 3 are continuously discharged out of the apparatus, and carbide 4 remains at the bottom (see FIG. 1).

炭化装置2で生成される水分および可燃性の熱分解ガス3は連続的に装置外に排出され、熱分解ガス流路12を通じてガス改質部9に送り込まれる(図1参照)。また、炭化装置2の底部に残った炭化物4は、炭化物供給手段13によってガス化炉7の高温ガス化部8に送り込まれる。特に詳しく図示していないが、炭化物供給手段13は例えば炭化物4を送り出すためのスクリューフィーダや流路等によって構成される(図1参照)。   The moisture and combustible pyrolysis gas 3 generated in the carbonization apparatus 2 are continuously discharged out of the apparatus and sent to the gas reforming section 9 through the pyrolysis gas flow path 12 (see FIG. 1). Further, the carbide 4 remaining at the bottom of the carbonization apparatus 2 is sent to the high-temperature gasification section 8 of the gasification furnace 7 by the carbide supply means 13. Although not shown in detail, the carbide supply means 13 is constituted by, for example, a screw feeder or a flow path for sending out the carbide 4 (see FIG. 1).

ガス化炉7は、炭化装置2から供給される炭化物4、および水分および揮発分を含んだ可燃性熱分解ガス3をガス化反応させ、可燃性ガスであるCO(一酸化炭素)、H(水素)を生成する。 The gasification furnace 7 gasifies and reacts the carbide 4 supplied from the carbonization apparatus 2 and the combustible pyrolysis gas 3 containing moisture and volatile components, and CO (carbon monoxide) and H 2 which are combustible gases. (Hydrogen) is produced.

ガス化剤供給手段14は、高温ガス化部8へのガス化剤供給状態、あるいはこの高温ガス化部8とガス改質部9の両方へのガス化剤供給状態を選択的に切り換え可能にした手段である。本実施形態のバイオマス炭化・ガス化システムにおいては、このガス化剤供給手段14によって空気または酸素を供給し、高温ガス化部8において、場合によってはこの高温ガス化部8とガス改質部9の両方において燃焼反応を起こさせることとしている(図1参照)。実際のガス化剤供給手段14は例えば空気を送り込む装置や配管などで構成されている。なお、図1においては、高温ガス化部8にガス化剤5を供給するガス化剤供給手段14と、ガス改質部9に酸素を含んだガス化剤6を供給するガス化剤供給手段14とを便宜的に分けて記載し、さらにガス化剤についても高温ガス化部8に供給される方には符号5、ガス改質部9に供給される方には符号6を付して示しているが、実際に設置されるガス化剤供給手段14はこれには限らない。つまり、ガス化剤供給手段14は図のとおり高温ガス化部8とガス改質部9のそれぞれに設置されていても構わないし、1台の装置だけが設置される態様としても構わない。要するに、通常時は高温ガス化部8にガス化剤5を供給するとともに、必要時にはガス改質部9にも酸素を含んだガス化剤6を供給できる仕組みになっていれば足りる。例えば、後者のように1台の装置のみ設置する場合には特に図示していないが分岐管を設け、高温ガス化部8へのガス化剤供給状態、あるいはこの高温ガス化部8とガス改質部9の両方へのガス化剤供給状態を選択的に切り換えられるようにすればよい。このように供給管を分岐させるなどして高温ガス化部8とガス改質部9の両方に投入できる構成とした場合、ガス化剤投入を単一の装置で受け持つことができるから、システム小型化やコスト低廉といった利点がある。 The gasification agent supply means 14 can selectively switch the gasification agent supply state to the high temperature gasification unit 8 or the gasification agent supply state to both the high temperature gasification unit 8 and the gas reforming unit 9. Means. In the biomass carbonization / gasification system of the present embodiment, air or oxygen is supplied by the gasifying agent supply means 14, and in the high-temperature gasification unit 8, depending on circumstances, the high-temperature gasification unit 8 and the gas reforming unit 9 may be used. Both are supposed to cause a combustion reaction (see FIG. 1). The actual gasifying agent supply means 14 is composed of, for example, a device for feeding air or piping. In FIG. 1, a gasifying agent supplying means 14 for supplying the gasifying agent 5 to the high temperature gasifying section 8 and a gasifying agent supplying means for supplying the gasifying agent 6 containing oxygen to the gas reforming section 9. 14 is divided for convenience, and the gasifying agent is also denoted by reference numeral 5 for the one supplied to the high-temperature gasification section 8 and denoted by reference numeral 6 for the one supplied to the gas reforming section 9. Although shown, the gasifying agent supply means 14 actually installed is not limited to this. That is, the gasifying agent supply means 14 may be installed in each of the high temperature gasification unit 8 and the gas reforming unit 9 as shown in the figure, or may be a mode in which only one apparatus is installed. In short, it is sufficient that the gasifying agent 5 is supplied to the high-temperature gasification unit 8 at normal times and the gasifying agent 6 containing oxygen is supplied to the gas reforming unit 9 when necessary. For example, when only one apparatus is installed as in the latter case, a branch pipe is provided, although not shown, to supply a gasifying agent to the high-temperature gasification unit 8, or the high-temperature gasification unit 8 and the gas reformer. What is necessary is just to enable it to selectively switch the gasification agent supply state to both of the mass parts 9. FIG. In this way, when the supply pipe is branched or the like so that it can be charged to both the high-temperature gasification unit 8 and the gas reforming unit 9, the gasification agent can be charged by a single device. There are advantages such as downsizing and low cost.

このようなバイオマス炭化・ガス化システムにおいては、まず、炭化装置2に供給されたバイオマス燃料1が、当該装置内で例えば600℃程度の温度で十分に時間を費やして間接的に熱分解されて炭化される。この場合、炭化に必要な熱量は、ガス化炉7の後段の発電装置(ガスエンジン等)の高温排ガス11が有するシステム排熱を利用してまかなうことができる。こうした場合、高い排熱を利用してバイオマス燃料1が含有している水分を十分に除去することができるのみならず、バイオマス燃料1を利用した発電システム全体としてエネルギーを有効活用して高効率なシステムを構築することが可能となる。バイオマス燃料1が炭化する際、水分および揮発分は炭化装置2の上部より装置外へと排出され、熱分解ガス流路12を通じてガス改質部9へと送り込まれる。ここで、バイオマス燃料1を熱分解するのに要する時間は原料の種類および含水率によるが、一例を挙げれば、上述した600℃程度の温度とした場合、30分から1時間程度で炭化することが可能である。十分に炭化が実施された後の炭化装置2内には、固定炭素、灰および若干の揮発分を含んだ炭化物4が残る。このように、炭化装置2では炭化物4と揮発ガスとが異なる系統から後段のガス化炉7に供給される(図1参照)。   In such a biomass carbonization / gasification system, first, the biomass fuel 1 supplied to the carbonization apparatus 2 is indirectly thermally decomposed at a temperature of, for example, about 600 ° C. sufficiently in the apparatus. Carbonized. In this case, the amount of heat necessary for carbonization can be provided by utilizing the system exhaust heat of the high-temperature exhaust gas 11 of the power generation device (gas engine or the like) at the subsequent stage of the gasification furnace 7. In such a case, not only can the water contained in the biomass fuel 1 be sufficiently removed using high exhaust heat, but also the energy generation system using the biomass fuel 1 as a whole can be used efficiently and efficiently. It becomes possible to construct a system. When the biomass fuel 1 is carbonized, moisture and volatile components are discharged from the upper part of the carbonization apparatus 2 to the outside of the apparatus and sent to the gas reforming unit 9 through the pyrolysis gas flow path 12. Here, the time required for pyrolyzing the biomass fuel 1 depends on the type of raw material and the water content. For example, when the temperature is about 600 ° C., carbonization can be performed in about 30 minutes to about 1 hour. Is possible. In the carbonization apparatus 2 after sufficient carbonization, the carbide 4 containing fixed carbon, ash, and some volatile matter remains. Thus, in the carbonization apparatus 2, the carbide 4 and the volatile gas are supplied from different systems to the subsequent gasification furnace 7 (see FIG. 1).

ガス化炉7の下部にあたる高温ガス化部8では、送り込まれた炭化物4を燃料とし、さらにガス化剤5を投入して燃焼・ガス化を行う。この場合における炭化物4はバイオマス中の水分が除去された状態となっているため1500℃以上の高温ガスを発生させることが可能となっている。また、ガス化炉7の上部にあたるガス改質部9では、この高温ガスを熱源として、炭化装置2から送り込まれた熱分解ガス3中に含まれるタール分を分解し、ガス改質を行う。このとき、システム内における炭化物4の流量に対して可燃性熱分解ガス(およそ400〜600℃)3の流量がきわめて多い場合、高温ガス化部8の1500℃以上の高温ガスがガス改質部9において急減に温度低下し、タール分解温度である1100℃よりも低い温度となる場合がある。そこで、このような場合あるいはこのようなおそれのある場合には、酸素を含んだガス化剤6をこの可燃性熱分解ガス3とともにガス改質部9に投入し、熱分解ガス3の一部を燃焼させることでタールを分解可能な1100℃以上にする(図1参照)。 In the high-temperature gasification section 8 corresponding to the lower part of the gasification furnace 7, the supplied carbide 4 is used as fuel, and the gasification agent 5 is further introduced to perform combustion and gasification. Since the carbide 4 in this case is in a state in which moisture in the biomass is removed, it is possible to generate a high-temperature gas at 1500 ° C. or higher. Further, in the gas reforming section 9 corresponding to the upper portion of the gasification furnace 7, the high-temperature gas is used as a heat source to decompose the tar content contained in the pyrolysis gas 3 fed from the carbonization apparatus 2 and perform gas reforming. At this time, when the flow rate of the combustible pyrolysis gas (approximately 400 to 600 ° C.) 3 is extremely large relative to the flow rate of the carbide 4 in the system, the high temperature gas of 1500 ° C. or higher in the high temperature gasification unit 8 is the gas reforming unit. In 9, the temperature is suddenly decreased and the temperature may be lower than the tar decomposition temperature of 1100 ° C. Therefore, in such a case or when there is such a possibility , the gasifying agent 6 containing oxygen is introduced into the gas reforming unit 9 together with the combustible pyrolysis gas 3 and a part of the pyrolysis gas 3 is introduced. Is heated to 1100 ° C. or higher where tar can be decomposed (see FIG. 1).

ここで、ガス化炉7内における反応の様子を化学式を用いて簡単に表すと以下のようになる。すなわち、高温ガス化部8における燃焼反応として
[化1]
CO+1/2O2 → CO2
[化2]
H2+1/2O2 → H2O
という反応をし、さらにガス化反応として
[化3]
C+CO2 → 2CO
[化4]
C+H2O → CO+H2
という反応をする。このような反応の後、CO、CO2、H2、H2O、N2、固定炭素、灰分が高温ガス化部8からガス改質部9へと移動する。その後、このガス改質部9においては
[化5]
CO+H2O ←→ CO2+H2
というシフト反応が生じることになる。
Here, the state of the reaction in the gasification furnace 7 is simply expressed as follows using a chemical formula. That is, as a combustion reaction in the high-temperature gasification section 8, [Chemical 1]
CO + 1 / 2O 2 → CO 2
[Chemical formula 2]
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
As a gasification reaction [Chemical 3]
C + CO 2 → 2CO
[Chemical formula 4]
C + H 2 O → CO + H 2
It reacts. After such a reaction, CO, CO 2 , H 2 , H 2 O, N 2 , fixed carbon, and ash move from the high-temperature gasification unit 8 to the gas reforming unit 9. Thereafter, in the gas reforming section 9, [Chemical Formula 5]
CO + H 2 O ← → CO 2 + H 2
A shift reaction occurs.

高温ガス化部8にて燃焼反応とガス化反応が行われる結果生じる灰分は、溶融スラグとなってガス化炉7の底部から取り出される(図1参照)。   Ash produced as a result of the combustion reaction and the gasification reaction being performed in the high-temperature gasification section 8 is taken out from the bottom of the gasification furnace 7 as molten slag (see FIG. 1).

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態においては、単一の炭化装置2を含む炭化・ガス化システムとして説明したが、実際には、炭化に要する時間に応じて炭化装置2を複数個(あるいは複数系統)配置し、各炭化装置2の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させ、ガス化炉7への炭化物4および可燃性熱分解ガス3の供給を連続的に行うことも好ましい。炭化装置2内での炭化プロセスには気化量等においてある程度の変動が伴うが、このように複数の装置でローテーションを組むことによってこの変動を緩和することが可能となる。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the carbonization / gasification system including a single carbonization device 2 has been described, but actually, a plurality (or a plurality of systems) of carbonization devices 2 are arranged according to the time required for carbonization. In addition, it is also preferable that the operation cycle of each carbonization apparatus 2 is provided with a time difference and is operated by rotation so that the carbide 4 and the combustible pyrolysis gas 3 are continuously supplied to the gasification furnace 7. The carbonization process in the carbonization apparatus 2 involves a certain amount of variation in the amount of vaporization and the like, but this variation can be mitigated by forming a rotation with a plurality of apparatuses.

また、本実施形態におけるガス化炉7は高温ガス化部8とガス改質部9からなるという2段式のものであったが、本明細書でいう「2段式」というのはこのように高温ガス化部(コンバスタ)8とガス改質部(リダクタ)9の2段に分け、炭化物4および可燃性熱分解ガス3をそれぞれ分けて投入する方式のことであって、高温ガス化部8とガス改質部9の両者が2つの室に仕切られていることまでは必要としていない。したがって、例えば両者が1室に設けられているようなガス化炉7、あるいは両者の境界付近にくびれは設けられているが仕切りは明瞭でないようなガス化炉7であっても本発明の適用は妨げられることがない。   In addition, the gasification furnace 7 in this embodiment is a two-stage type consisting of a high-temperature gasification part 8 and a gas reforming part 9, but the “two-stage type” in this specification is like this The high temperature gasification section (combustor) 8 and the gas reforming section (reductor) 9 are divided into two stages, and the carbide 4 and the combustible pyrolysis gas 3 are separately charged, and the high temperature gasification section It is not necessary that both the gas reforming unit 8 and the gas reforming unit 9 are partitioned into two chambers. Therefore, for example, even in a gasification furnace 7 in which both are provided in one chamber, or in a gasification furnace 7 in which a constriction is provided near the boundary between the two but the partition is not clear, the application of the present invention. Will not be disturbed.

本発明者は、木質系等のバイオマス、および廃棄物系のバイオマス(以下単に「廃棄物」と記す場合もある)のガス化方式を検討するため、燃料性状、および実測したガス化反応速度からガス化性能を簡便に予測する手法を確立し、各種燃料に対するガス化方式、ならびに高効率、かつ安定運転に向けた目標運転条件範囲の検討を行った。以下、実施例としてその内容を説明する。   The present inventor examined the gasification method of woody biomass and waste biomass (hereinafter sometimes simply referred to as “waste”), from the fuel properties and the measured gasification reaction rate. A method for easily predicting gasification performance was established, and gasification methods for various fuels and target operating condition ranges for high efficiency and stable operation were investigated. The contents will be described below as examples.

1.検討手法
1.1 検討の基本的な考え方
本件出願人たる財団法人電力中央研究所(以下、当所という)で開発した石炭ガス化炉、および超重質油ガス化炉を対象とした高精度な数値解析技術は、ガス化炉内の粒子挙動、ガス性状、およびガス温度分布など、ガス化炉7における各種性能の詳細な結果を導くため、計算格子の作成に時間を要するとともに、一つの条件を計算するのに数時間を必要とする。そこで、当所では、ガス化方式、最適運転条件の検討などを簡単に行うことを可能にするため、対象とする燃料種の性状、およびガス化反応速度から、炭素転換率、冷ガス効率、ガス温度などの各種ガス化性能を、簡便に予測可能な計算手法を確立した。この計算では、炉壁のふく射や粒子挙動、炉形状などは考慮しておらず、ガス化、および気相反応速度を基に、ガス化炉7内に投入された燃料が、経過時間後にどの程度反応が進行しているかを把握することが可能である。
1. Study method 1.1 Basic concept of study High-precision numerical values for coal gasifier and super heavy oil gasifier developed by the Central Research Institute of Electric Power (hereinafter referred to as our office), the applicant of this application The analysis technology takes time to create a calculation grid to derive detailed results of various performances in the gasification furnace 7 such as particle behavior, gas properties, and gas temperature distribution in the gasification furnace. It takes several hours to calculate. Therefore, in order to make it possible to easily study gasification methods and optimum operating conditions, we have selected carbon conversion rate, cold gas efficiency, gas from the properties of the target fuel type and gasification reaction rate. We have established a calculation method that can easily predict various gasification performances such as temperature. This calculation does not take into account the irradiation of the furnace wall, particle behavior, furnace shape, etc. Based on the gasification and gas phase reaction rates, the fuel that has been fed into the gasification furnace 7 It is possible to grasp whether the reaction is progressing to some extent.

1.2 ガス化性能予測計算手法
確立した計算手法の概略を以下に述べる。ガス化炉7内に投入する燃料は、性状分析値で求められる固定炭素をガス化反応の対象となるコークスとし、揮発分はガス化炉7内に投入後、熱分解によって瞬時にガス(気体)になるとした。水分はH2Oとしてそのままガス化炉7に投入され、水性ガス反応、およびシフト反応に関与することとした。
1.2 Gasification performance prediction calculation method The outline of the established calculation method is described below. The fuel to be introduced into the gasification furnace 7 is coke, which is the target of the gasification reaction, with the fixed carbon obtained from the property analysis values, and the volatile matter is instantaneously gasified by pyrolysis after being introduced into the gasification furnace 7. ). Moisture was supplied as it was to the gasification furnace 7 as H 2 O and involved in the water gas reaction and shift reaction.

揮発分であるC、H、Oはガスとして投入することとし、化学式6に示す平衡定数(シフト平衡定数Ks)を基にしたシフト平衡状態(CO+H2O=CO2+H2)になることを基本とするが、燃料中のC、H、Oの割合を基にCO、CO2、H2、H2Oの割合を決定しようとすると、ほとんどの場合Oが不足する。このように、シフト平衡状態が実現不可能なときは、OはすべてCと結合してCOとし、さらにCに対して Oが不足するときはガス化剤中のOを用いた。このとき、HについてはすべてH2とした。 Volatile components such as C, H, and O are introduced as gases, and a shift equilibrium state (CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ) based on the equilibrium constant (shift equilibrium constant Ks) shown in Chemical Formula 6 is assumed. Basically, when trying to determine the ratio of CO, CO 2 , H 2 , and H 2 O based on the ratio of C, H, and O in the fuel, O is almost insufficient. Thus, when shift equilibrium was not feasible, all O was combined with C to CO, and when O was insufficient with respect to C, O in the gasifying agent was used. In this case, it was all for the H H 2.

初期温度は、燃料、およびガス化剤(空気、酸素)の顕熱、および揮発分がCOなどに変換される際の発熱量を基に決定した。各種ガスの平均定圧比熱Cpiについては、ガス温度の6次多項式(下記の化学式7)で近似して算出した。
[化6]
Ks=([CO2]×[H2])÷([CO]×[H2O])
=0.0265×exp(3956÷(T+273)) (T:[℃])
[化7]
Cpi=Ai+BiT+CiT2+DiT3+EiT4+FiT5+GiT6
The initial temperature was determined based on the sensible heat of the fuel and the gasifying agent (air, oxygen) and the calorific value when the volatile component was converted to CO or the like. The average constant pressure specific heat Cpi of various gases was calculated by approximating with a sixth-order polynomial of gas temperature (the following chemical formula 7).
[Chemical 6]
Ks = ([CO 2 ] × [H 2 ]) ÷ ([CO] × [H 2 O])
= 0.0265 × exp (3956 ÷ (T + 273)) (T: [℃])
[Chemical 7]
Cpi = Ai + BiT + CiT 2 + DiT 3 + EiT 4 + FiT 5 + GiT 6

ガス化炉7内では、以下に示す化学式8〜11の4つの気相反応を考慮し、メタン、および硫黄、その他の微量成分に関する反応は考慮していない。それぞれの気相反応の計算に用いた反応速度定数を表1に示す。
[化8]
CO+1/2O2 → CO2
[化9]
H2+1/2O2 → H2O
[化10]
CO+H2O → CO2+H2
[化11]
CO2+H2 → CO+H2O
In the gasification furnace 7, the following four gas phase reactions represented by chemical formulas 8 to 11 are considered, and reactions relating to methane, sulfur, and other trace components are not considered. Table 1 shows reaction rate constants used for calculation of each gas phase reaction.
[Chemical 8]
CO + 1 / 2O 2 → CO 2
[Chemical 9]
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
[Chemical Formula 10]
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
[Chemical 11]
CO 2 + H 2 → CO + H 2 O

Figure 0005503485
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コークスのガス化反応は、以下に示す化学式13〜15の3つの反応を考慮した。ガス化反応速度定数は、当所の熱天秤、およびPDTF(超高温・加圧型燃料反応実験設備)を用いて測定した値を採用した。コークスのガス化反応速度モデルには、温度、および圧力の影響を考慮した化学式12に示すアレニウス型のn次反応速度式を採用した。表2にガス化反応速度定数の一例として杉バークの値を示す。約1100℃以上の高温領域では、ガス化反応が律速になることが当所でのこれまでの研究でわかっている。そこで、化学式14のCO2によるガス化反応では、表2に示すとおり、低温領域と高温領域でのガス化反応速度を比較し、値の低い方を採用している。また化学式15のH2Oによるガス化反応は、当所でのこれまでの研究でCO2によるガス化反応よりも速いことがわかっており、ここでは、1.5倍速いこととした。
[化12]
dx/dt=A0Pi nexp(−EAi/RT)
[化13]
C+1/2O2 → CO
[化14]
C+CO2 → 2CO
[化15]
C+H2O → CO+H2
The coke gasification reaction considered three reactions of the following chemical formulas 13-15. As the gasification reaction rate constant, a value measured using our thermobalance and PDTF (Ultra High Temperature / Pressurized Fuel Reaction Experimental Facility) was adopted. For the coke gasification reaction rate model, an Arrhenius-type nth-order reaction rate equation shown in Chemical Formula 12 in consideration of the effects of temperature and pressure was adopted. Table 2 shows cedar bark values as an example of gasification reaction rate constants. Previous studies at our laboratory have shown that the gasification reaction is rate limiting in the high temperature range above about 1100 ° C. Therefore, in the gasification reaction with CO 2 of Chemical Formula 14, as shown in Table 2, the gasification reaction rates in the low temperature region and the high temperature region are compared, and the lower value is adopted. In addition, the gasification reaction with H 2 O of Formula 15 has been found to be faster than the gasification reaction with CO 2 according to previous studies at this site, and here it was assumed to be 1.5 times faster.
[Chemical 12]
dx / dt = A 0 P i n exp (−E Ai / RT)
[Chemical 13]
C + 1 / 2O 2 → CO
[Chemical 14]
C + CO 2 → 2CO
[Chemical 15]
C + H 2 O → CO + H 2

Figure 0005503485
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ガス化炉7は耐火材構造とし、ガス化炉7の炉壁への熱損失割合は当所の新種液体燃料ガス化研究炉において、オリマルジョン、および残渣油のガス化試験を行った際に求めた数式1,2に示すガス化炉7の出口ガス温度と入熱量に対する熱損失割合との関係を用いて求めた。1370℃以下ではオリマルジョンガス化試験に基づいて得られた数式1を用い、1370℃以上では残渣油ガス化試験において得られた数式2を用いた。これらの式からガス化炉7の出口温度に基づいて熱損失割合を決定し、さらに、投入熱量に対するガス化炉7の壁表面積の割合を考慮して、補正を行った。これによって、ガス化炉7のスケールアップによる影響を考慮することが可能である。
[数1]
1370℃以下:熱損失割合(%)
=3.7666×10-34×ガス化炉出口温度(℃)10.836
[数2]
1370℃以上:熱損失割合(%)
=−2.97×10-5×ガス化炉出口温度(℃)2
+9.545×10-2×ガス化炉出口温度(℃)−71.35
The gasification furnace 7 has a refractory material structure, and the rate of heat loss to the furnace wall of the gasification furnace 7 was obtained when conducting gasification tests on the oil and residual oil in our new liquid fuel gasification research reactor. It calculated | required using the relationship between the exit gas temperature of the gasification furnace 7 shown to Numerical formula 1, 2, and the heat loss ratio with respect to the amount of heat inputs. At 1370 ° C. or lower, Formula 1 obtained based on the oral gasification test was used, and at 1370 ° C. or higher, Formula 2 obtained in the residual oil gasification test was used. From these equations, the heat loss ratio was determined based on the outlet temperature of the gasification furnace 7, and further, correction was performed in consideration of the ratio of the wall surface area of the gasification furnace 7 to the input heat amount. Thereby, it is possible to consider the influence of the scale-up of the gasification furnace 7.
[Equation 1]
1370 ℃ or less: Heat loss rate (%)
= 3.7666 × 10 -34 × gasifier outlet temperature (℃) 10.836
[Equation 2]
1370 ℃ or higher: Heat loss ratio (%)
= -2.97 × 10 -5 × gasifier outlet temperature (° C) 2
+ 9.545 × 10 -2 × gasifier outlet temperature (° C) −71.35

1.3 計算結果の精度
本計算手法の精度を確認するため、当所で実施したオリマルジョンガス化試験結果との比較を行った。実験においてガス化反応がほぼ終了していると判断された炉内滞留時間約5秒での、酸素比(λ)0.40における実験値と計算値との比較を図2に示す。ガス化反応速度定数は、当所のDTFで測定した値を採用した。
1.3 Accuracy of calculation results In order to confirm the accuracy of this calculation method, the results were compared with the results of the oral gasification test conducted at this site. FIG. 2 shows a comparison between the experimental value and the calculated value at an oxygen ratio (λ) of 0.40 when the residence time in the furnace at which the gasification reaction was judged to be almost completed in the experiment was about 5 seconds. As the gasification reaction rate constant, the value measured with our DTF was adopted.

図2では、生成ガス発熱量(HHV:Higher heating value)、炭素転換率(CCE:Carbon conversion efficiency)、冷ガス効率(CGE:Cold gas efficiency)の各種ガス化性能は、ほぼ一致した値となった。各種ガス性状については、わずかに差が見られるが、可燃性成分であるCOとH2をあわせた濃度がほぼ実験値と一致しているため、冷ガス効率はほぼ一致した値となっている。これは、燃料中揮発分のCのほとんどを、ガス化炉7への投入直後にCOとしているため、CO濃度が若干高く計算されるためと思われる。 In Fig. 2, various gasification performances of the generated gas heating value (HHV), carbon conversion rate (CCE), and cold gas efficiency (CGE) are almost the same. It was. Although there are slight differences in various gas properties, the concentration of the combustible components CO and H 2 is almost the same as the experimental value, so the cold gas efficiency is almost the same. . This seems to be because the CO concentration is calculated to be slightly higher because most of the C in the fuel is converted to CO immediately after being introduced into the gasifier 7.

このように、CO濃度が若干高めに、その他の成分が若干低めに計算されるが、ガス化効率を示す炭素転換率、および冷ガス効率はガス化性能を予測する上で、満足した値になることがわかった。   In this way, the CO concentration is calculated to be slightly higher and the other components are calculated to be slightly lower, but the carbon conversion rate indicating the gasification efficiency and the cold gas efficiency are satisfactory values for predicting the gasification performance. I found out that

2.検討結果
確立した計算手法を用いて、バイオマスの一例として杉チップを高効率でガス化する方式を検討した。検討にあたっては、以下の点に留意した。
・高温ガス化部(コンバスタ)8の出口ガス温度(2段式ガス化炉の場合)
…コンバスタ壁の耐熱(2000℃以下)、および灰の溶融排出(1600℃以上)の観点から考慮
・ガス化炉7の出口ガス温度
…タール生成(1100℃以上)の観点から考慮
・炭素転換率
…リサイクル設備無しでの燃料高効率利用(99.5%以上:冷ガス効率75%以上)の観点から考慮
2. Examination results Using a well-established calculation method, we examined a method for gasifying cedar chips as an example of biomass with high efficiency. The following points were noted in the study.
-Outlet gas temperature of the high-temperature gasifier (combustor) 8 (in the case of a two-stage gasifier)
... Considered from the viewpoint of heat resistance of combustor wall (2000 ° C or lower) and ash melting and discharging (1600 ° C or higher) · Outlet gas temperature of gasifier 7… Considered from the viewpoint of tar generation (1100 ° C or higher) · Carbon conversion rate ... Considering from the viewpoint of highly efficient use of fuel without recycling facilities (over 99.5%: cold gas efficiency over 75%)

検討に用いた杉チップの性状を表3に示す。杉チップ中の灰分は0.09%と極微量であるため、灰をガス化炉7内でスラグ化して溶融排出するのではなく、そのまま飛灰として後流に流すこととした。ガス化反応速度は、表2に示した杉バークの値を用いた。   Table 3 shows the properties of the cedar chips used for the study. Since the ash content in the cedar chip is as small as 0.09%, the ash is not slagged in the gasification furnace 7 and melted and discharged, but is flown as it is to the downstream as it is. As the gasification reaction rate, the value of cedar bark shown in Table 2 was used.

Figure 0005503485
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2.1 1段噴流床方式
まず最初に、構造が簡単である1段噴流床方式において、酸素吹き、空気吹きそれぞれについて、最適運転条件の検討を行った。タールの発生を抑制するためガス化炉出口温度1100℃以上、ガス化効率の観点から炭素転換率99.5%以上となる条件を求めた。検討は以下の条件で行った。
・ガス化炉内圧力は大気圧、ガス化炉容量は100t/d。
・ガス化炉内の滞留時間は、計算上ガス化反応がほとんど終了していると判断された5秒。
2.1 First-stage spouted bed method First, in the one-stage spouted bed method with a simple structure, the optimum operating conditions were examined for each of oxygen blowing and air blowing. In order to suppress the generation of tar, the conditions for a gasifier outlet temperature of 1100 ° C. or higher and a carbon conversion rate of 99.5% or higher were obtained from the viewpoint of gasification efficiency. The examination was performed under the following conditions.
・ Gas furnace internal pressure is atmospheric pressure, gasifier capacity is 100t / d.
-The residence time in the gasifier is 5 seconds when the gasification reaction is judged to be almost complete.

2.1.1 酸素吹き1段噴流床方式
酸素吹きで検討した結果を図3、図4に示す。酸素製造装置からの酸素濃度は95%が一般的であるため、ガス化剤中酸素濃度を95%とし、残りの5%の不純物は窒素とした。ガス化剤投入温度は50℃とした。計算結果から、酸素比0.58を超える範囲で炭素転換率99.5%以上となる高効率運転が可能であると予測された。一般にバイオマスは燃料中のOの割合が多く、発熱量が化石燃料と比較して低い。そのため、ガス化炉7内の温度を十分に高める運転を行うには、酸素吹きにもかかわらず0.5を超える高い酸素比での運転が必要と計算された。このとき、もう一つの高効率運転の指標である冷ガス効率は58.9%であり、生成ガスの発熱量は約1000kcal/m3Nと低い値となる。
2.1.1 Oxygen-blown single-stage spouted bed system The results of the examination with oxygen-blown are shown in Figs. Since the oxygen concentration from the oxygen production apparatus is generally 95%, the oxygen concentration in the gasifying agent was set to 95%, and the remaining 5% impurities were nitrogen. The gasifying agent charging temperature was 50 ° C. From the calculation results, it was predicted that high-efficiency operation with a carbon conversion rate of 99.5% or more is possible within an oxygen ratio exceeding 0.58. In general, biomass has a high proportion of O in the fuel, and its calorific value is lower than that of fossil fuel. Therefore, in order to perform the operation for sufficiently raising the temperature in the gasification furnace 7, it was calculated that the operation at a high oxygen ratio exceeding 0.5 was required despite the oxygen blowing. At this time, the cold gas efficiency, which is another index for high-efficiency operation, is 58.9%, and the calorific value of the product gas is as low as about 1000 kcal / m 3 N.

2.1.2 空気吹き1段噴流床方式
空気吹きで検討した場合の炭素転換率、およびガス化炉出口温度の計算結果を図5に示す。空気の投入温度は250℃とした。酸素吹きと比較すると、同じ酸素比運転では窒素の投入量が約70倍になるため(ガス化剤中窒素割合5%→79%)、同一酸素比運転において、炭素転換率、ガス温度とも低下する。そのため、酸素比0.80でも99%を超える炭素転換率を達成することができず、1段噴流床方式において空気吹きでのガス化を行うことは難しいと考えられた。
2.1.2 Air blown one-stage spouted bed method Fig. 5 shows the calculation results of the carbon conversion rate and the gasifier outlet temperature when air blowing is studied. The input temperature of air was 250 ° C. Compared with oxygen blowing, the amount of nitrogen input is about 70 times higher in the same oxygen ratio operation (5% to 79% nitrogen in the gasifying agent), so both the carbon conversion rate and gas temperature are reduced in the same oxygen ratio operation. To do. For this reason, a carbon conversion rate exceeding 99% could not be achieved even at an oxygen ratio of 0.80, and it was considered difficult to perform gasification by air blowing in the single-stage spouted bed system.

2.2 炭化・ガス化方式
水分を多く含んだバイオマスなどを高効率でガス化するために、前処理方式として炭化機と呼ばれる燃料の炭化を行う装置2にて、固定炭素を主成分とした炭化物4と、水分、および燃料中揮発分を含んだ熱分解ガス(揮発ガス)3とに分解してガス化炉7に投入するシステムの検討を行った(図1参照)。本方式は炭化装置2とガス化炉7とを組み合わせたガス化方式であるため、本明細書ではこれを炭化・ガス化方式と呼んでいる。
2.2 Carbonization / Gasification Method In order to gasify biomass containing a lot of water with high efficiency, the carbonization of fuel, called a carbonizer as a pre-treatment method, is based on fixed carbon. A system that decomposes into carbide 4 and pyrolysis gas (volatile gas) 3 containing moisture and volatile matter in the fuel and puts it into gasification furnace 7 was examined (see FIG. 1). Since this method is a gasification method in which the carbonization apparatus 2 and the gasification furnace 7 are combined, this is called a carbonization / gasification method in this specification.

バイオマスなど燃料は炭化装置2に供給され、十分に時間をかけて600℃で炭化される。その際に必要な高温ガスはガス化炉7の後流の高温排ガスを用いることが可能である。炭化の際、水分、および揮発分は炭化装置2の上部より機外に排出され、十分に炭化された後、炭化装置2内には固定炭素、灰、および若干の揮発分とを含んだ炭化物4が残る。このように、炭化装置2では炭化物4と熱分解ガス(揮発ガス)3とが異なる系統から後流のガス化炉7に供給されるため、ガス化する際の最適運転条件の検討を行うには、炭化物4と熱分解ガス3をどのようにガス化炉7に供給するかを検討する必要がある。   Fuel such as biomass is supplied to the carbonization apparatus 2 and carbonized at 600 ° C. over a sufficient amount of time. As the high-temperature gas required at that time, it is possible to use a high-temperature exhaust gas downstream of the gasification furnace 7. At the time of carbonization, moisture and volatile matter are discharged out of the machine from the top of the carbonization device 2, and after being sufficiently carbonized, the carbonization device 2 contains fixed carbon, ash, and a carbide containing some volatile matter. 4 remains. Thus, in the carbonization apparatus 2, since the carbide 4 and the pyrolysis gas (volatile gas) 3 are supplied from different systems to the downstream gasification furnace 7, the optimum operating conditions for gasification are examined. Needs to consider how the carbide 4 and the pyrolysis gas 3 are supplied to the gasifier 7.

最適方式の検討を行うにあたり、炭化装置2において検討対象である杉チップ中の揮発分がどの程度揮発するのかを決定するため、当所の熱天秤で揮発特性を測定した。その結果、600℃では揮発分中の92.6%が揮発することがわかった。そこで炭化物4には固定炭素、灰分に加えて、揮発分中の各組成の7.4%が含まれているものとした。   In examining the optimum method, in order to determine how much the volatile matter in the cedar chip to be examined in the carbonization apparatus 2 is volatilized, the volatilization characteristics were measured with a thermobalance at this site. As a result, it was found that 92.6% of the volatile components volatilized at 600 ° C. Accordingly, the carbide 4 is assumed to contain 7.4% of each composition in the volatile matter in addition to the fixed carbon and ash.

2.2.1 1段投入方式
はじめに、炭化装置2で分離された炭化物4、および熱分解ガス(揮発ガス)3を高温ガス化部(コンバスタ)8のみに投入する1段投入方式について検討を行った。ここでは、炭化装置2を除いたガス化炉単体の効率について検討する。1段噴流床方式の検討と同様に、ガス化炉内圧力は大気圧、ガス化炉容量は100t/d、滞留時間を5秒とし、ガス化剤中酸素濃度は95%とした。計算結果を図6、図7に示す。
2.2.1 Single-stage charging method First, a single-stage charging method in which the carbide 4 separated by the carbonizer 2 and the pyrolysis gas (volatile gas) 3 are charged only into the high-temperature gasification unit (combustor) 8 will be studied. went. Here, the efficiency of the gasifier alone excluding the carbonization apparatus 2 will be examined. As in the case of the single-stage spouted bed method, the gasifier pressure was atmospheric pressure, the gasifier capacity was 100 t / d, the residence time was 5 seconds, and the oxygen concentration in the gasifier was 95%. The calculation results are shown in FIGS.

この場合、1段噴流床方式(図3、図4参照)と比較して、バイオマス燃料1が炭化装置2にて前処理されているため投入温度が600℃に上昇すること、水分が蒸気として供給されるため潜熱がなくなることからガス化炉7内のガス温度が上昇し、同一酸素比で比較すると、炭素転換率、冷ガス効率などのガス化性能が上昇する。計算からは、酸素比が0.27を超える範囲で炭素転換率99.5%以上となり、その際の冷ガス効率は85%を超える高い値となった。   In this case, the biomass fuel 1 is pre-treated in the carbonizer 2 as compared with the one-stage spouted bed method (see FIGS. 3 and 4), so that the charging temperature rises to 600 ° C., and moisture is converted into steam. Since the latent heat disappears because it is supplied, the gas temperature in the gasification furnace 7 rises, and when compared with the same oxygen ratio, the gasification performance such as the carbon conversion rate and the cold gas efficiency rises. From the calculation, the carbon conversion rate was over 99.5% when the oxygen ratio exceeded 0.27, and the cold gas efficiency at that time was a high value exceeding 85%.

次に空気吹きについて検討を行った。1段噴流床方式と比較するため、空気投入温度は250℃とした。図8、図9に結果を示す。酸素吹きと同様に1段噴流床方式と比較すると、同一酸素比運転においてガス化炉内ガス温度の上昇に伴い、炭素転換率、冷ガス効率が上昇し、空気吹きでも高効率運転が可能となる。計算からは、酸素比0.43以上で炭素転換率99.5%以上の高効率運転が可能であるとの結果を得た。ただし、このとき冷ガス効率は67.8%であり、生成ガス発熱量は約840kcal/m3Nと低いものになってしまう。 Next, air blowing was examined. For comparison with the single-stage spouted bed method, the air input temperature was 250 ° C. The results are shown in FIGS. Compared with the single-stage spouted bed system as with oxygen blowing, the carbon conversion rate and cold gas efficiency increase with the increase in gasification furnace gas temperature in the same oxygen ratio operation, and high efficiency operation is possible even with air blowing. Become. From the calculation, it was found that high efficiency operation with an oxygen ratio of 0.43 or more and a carbon conversion rate of 99.5% or more is possible. However, at this time, the cold gas efficiency is 67.8%, and the generated gas heating value is as low as about 840 kcal / m 3 N.

2.2.2 2段投入方式
次に、炭化装置2で分離された炭化物4を高温ガス化部(コンバスタ)8へ、熱分解ガス3をガス改質部9へ投入する2段投入方式について検討を行った。このとき、ガス化剤5は高温ガス化部8のみに投入することとし、高温ガス化部8においては、炭化物4とガス化剤5との反応によって高温燃焼場が形成され、ガス改質部9においては、水分、揮発分が投入されることで、シフト反応を主としたガスの改質反応が行われる。計算結果を図10、図11に示す。滞留時間は高温ガス化部8で3秒、ガス改質部9で1秒とした。ここでは、以下の理由により、酸素吹きでの運転は困難であると考えられるため、検討は空気吹きのみ行った。
・高温ガス化部8が3000℃を超える高温燃焼場となる。
・高温ガス化部8からガス改質部9へのガス流量に対して炭化装置2から供給される揮発ガス量が多いため、ガス改質部9の温度が急激に下がり、ガス化炉出口温度を1100℃以上に保つことができない。
2.2.2 Two-stage charging method Next, a two-stage charging method in which the carbide 4 separated by the carbonization apparatus 2 is charged into the high-temperature gasification unit (combustor) 8 and the pyrolysis gas 3 is charged into the gas reforming unit 9. Study was carried out. At this time, the gasifying agent 5 is supplied only to the high-temperature gasification unit 8, and in the high-temperature gasification unit 8, a high-temperature combustion field is formed by the reaction between the carbide 4 and the gasifying agent 5, and the gas reforming unit In No. 9, a gas reforming reaction mainly including a shift reaction is performed by supplying moisture and volatile components. The calculation results are shown in FIGS. The residence time was 3 seconds for the high temperature gasification section 8 and 1 second for the gas reforming section 9. Here, it is considered that the operation with oxygen blowing is difficult for the following reasons, so the examination was performed only with air blowing.
-The high temperature gasification part 8 becomes a high temperature combustion field exceeding 3000 degreeC.
-Since the amount of volatile gas supplied from the carbonization apparatus 2 is larger than the gas flow rate from the high-temperature gasification unit 8 to the gas reforming unit 9, the temperature of the gas reforming unit 9 rapidly decreases, and the gasifier exit temperature Cannot be kept above 1100 ℃.

図10、図11から酸素比0.14の超低酸素比運転において、すでに炭素転換率が99.5%を超える高効率運転が実現可能と予想された。このときの高温ガス化部単独の酸素比は0.56である。しかし、ガス化炉出口温度は約900℃であり、タールの生成が懸念される温度である。一方、ガス化炉出口温度が1100℃となる酸素比は0.20であり、このとき高温ガス化部8の出口温度は2200℃以上と計算され、炉壁の耐熱を考慮すると運転不可能な酸素比条件と考えられる。   10 and 11, it was predicted that high-efficiency operation with a carbon conversion rate exceeding 99.5% could already be realized in ultra-low oxygen ratio operation with an oxygen ratio of 0.14. At this time, the oxygen ratio of the high-temperature gasification unit alone is 0.56. However, the gasifier outlet temperature is about 900 ° C., which is a temperature at which tar formation is a concern. On the other hand, the oxygen ratio at which the gasifier outlet temperature becomes 1100 ° C is 0.20. At this time, the outlet temperature of the high-temperature gasifier 8 is calculated to be 2200 ° C or higher. It is considered a condition.

計算からは、酸素比0.17において高温ガス化部8の出口温度が2000℃を超えると予想され、このときのガス化炉出口温度は1030℃であり、安定運転の目安としている1100℃に満たない。これは、高温ガス化部出口のガス流量が約2300m3N/hであるのに対して、ガス改質部9に供給されるガス流量(炭化装置2からの揮発ガス)が2.5倍近い約5400m3N/hあり、約2000℃の高温ガス化部8からのガス温度が急激に下げられてしまうためである。よって、高温ガス化部8、およびガス化炉7出口温度を考慮した安定運転の実現は、この方式においては難しいと考えられた。 From the calculation, it is expected that the outlet temperature of the high-temperature gasifier 8 will exceed 2000 ° C at an oxygen ratio of 0.17, and the outlet temperature of the gasifier at this time is 1030 ° C, which is less than 1100 ° C, which is a standard for stable operation. . This is because the gas flow rate at the outlet of the high-temperature gasification unit is about 2300 m 3 N / h, whereas the gas flow rate supplied to the gas reforming unit 9 (volatile gas from the carbonizer 2) is about 2.5 times. This is because the gas temperature from the high-temperature gasification section 8 at about 2000 ° C. is drastically lowered at 5400 m 3 N / h. Therefore, realization of stable operation in consideration of the high temperature gasification unit 8 and the gasification furnace 7 outlet temperature was considered difficult in this method.

2.2.3 ガス改質部(リダクタ)への空気投入方式
2段投入方式では、1段噴流床方式、および1段投入方式と比較して低酸素比運転で高い炭素転換率を得られるため、高効率運転の実現を考えた場合、有効な方式であると考えられる。そこで、高温ガス化部8の出口温度を2000℃以下に保ったまま、ガス化炉7の出口温度を1100℃以上に高めるために、ガス改質部9に空気6を投入して、高温ガス化部8からの可燃性ガスであるCO、およびH2を燃焼させ、ガス改質部9のガス温度を高める方式について検討を行った。図10に示したとおり、高温ガス化部(コンバスタ)出口温度を2000℃以下にするためには、酸素比0.16以下(コンバスタ酸素比0.64以下)で運転する必要があるため、コンバスタ酸素比を0.64で固定して、全体酸素比を高めていくこととした。炭素転換率、およびガス温度の計算結果を図12に示す。
2.2.3 Air input method to gas reforming section (reductor) In the two-stage input method, a high carbon conversion rate can be obtained with a low oxygen ratio operation compared to the one-stage spouted bed method and the one-stage input method. Therefore, it is considered that this is an effective system when realizing high-efficiency operation. Therefore, in order to increase the outlet temperature of the gasification furnace 7 to 1100 ° C. or higher while keeping the outlet temperature of the high-temperature gasification unit 8 at 2000 ° C. or lower, the air 6 is introduced into the gas reforming unit 9 to A method for increasing the gas temperature of the gas reforming unit 9 by burning the combustible gas CO and H 2 from the gasification unit 8 was studied. As shown in FIG. 10, in order to set the outlet temperature of the high-temperature gasifier (combustor) to 2000 ° C. or lower, it is necessary to operate at an oxygen ratio of 0.16 or less (combustor oxygen ratio of 0.64 or less). It was decided to increase the overall oxygen ratio. The carbon conversion rate and the calculation result of the gas temperature are shown in FIG.

計算からは、全体酸素比0.20以上でガス化炉出口温度を1100℃以上にすることが可能との結果を得た。図6、図7に示した1段投入方式と比較すると、さらに低酸素比で高効率運転が可能になることが明らかになった。このとき、炭素転換率は99.8%、冷ガス効率は85%を超える高い値が得られた。   From the calculation, it was found that the gasifier outlet temperature could be 1100 ° C or higher with an overall oxygen ratio of 0.20 or higher. As compared with the one-stage charging method shown in FIGS. 6 and 7, it has been clarified that high-efficiency operation is possible at a lower oxygen ratio. At this time, the carbon conversion rate was 99.8% and the cold gas efficiency was higher than 85%.

杉チップを炭化・ガス化方式に用いるには、炭化装置2からの炭化物4を高温ガス化部8へ、熱分解ガス(揮発ガス)3をガス改質部9へ投入し、高温ガス化部8の炉壁への熱負荷を可能な限り低くするためコンバスタ酸素比を低く設定し、さらにガス化炉7の出口温度を適温(1100℃以上)にするようガス改質部9に空気6を投入する方式が適していることがわかった。   In order to use the cedar chips in the carbonization / gasification method, the carbide 4 from the carbonization apparatus 2 is introduced into the high-temperature gasification unit 8 and the pyrolysis gas (volatile gas) 3 is introduced into the gas reforming unit 9 to obtain the high-temperature gasification unit. The combustor oxygen ratio is set low in order to make the heat load on the furnace wall of 8 as low as possible, and the gas reformer 9 is supplied with air 6 so that the outlet temperature of the gasification furnace 7 becomes an appropriate temperature (1100 ° C. or higher). It was found that the input method is suitable.

次にコンバスタ酸素比の影響を検討するため、全体酸素比を0.20一定としてガス化性能の変化を求めた。図13、図14に結果を示す。全体酸素比を変化させずにコンバスタ酸素比を低くすると、ガス化炉出口温度にほとんど変化は見られず、一方、コンバスタ出口温度、および炭素転換率は低下する傾向が見られる。炉壁への熱負荷を考慮すると可能な限りコンバスタ酸素比は低い方が望ましく、図13、図14からは、コンバスタ酸素比0.56以上で高効率運転の目安である炭素転換率99.5%以上のガス化性能を得られると予想された。   Next, in order to examine the influence of the combustor oxygen ratio, the change in gasification performance was determined with the overall oxygen ratio kept constant at 0.20. The results are shown in FIGS. When the combustor oxygen ratio is lowered without changing the overall oxygen ratio, there is little change in the gasifier outlet temperature, while the combustor outlet temperature and the carbon conversion rate tend to decrease. Considering the heat load on the furnace wall, it is desirable that the combustor oxygen ratio is as low as possible. From FIGS. 13 and 14, the gas having a combustor oxygen ratio of 0.56 or more and a carbon conversion rate of 99.5% or more, which is a standard for high-efficiency operation. It is expected that the performance will be improved.

以上の結果から、杉チップを燃料とした場合、コンバスタ内のガス温度を可能な限り低くでき、かつ高効率運転が可能な酸素比であるコンバスタ酸素比0.56、全体酸素比0.20が最適運転条件であると予想された。   From the above results, when using cedar chips as fuel, the optimal operating conditions are the combustor oxygen ratio of 0.56 and the overall oxygen ratio of 0.20. Expected to be.

2.3 廃棄物のガス化方式の検討
杉チップ以外の燃料として、廃棄物の高効率ガス化方式についての検討を行った。検討した廃棄物は典型的な都市ゴミで、性状を表4に示す。ここまで検討してきた杉チップと異なり、廃棄物中には灰分が数%含まれているため、この灰分をガス化炉7内で溶融させ、スラグとして排出することを前提に検討を行う。灰の溶流点については、測定データがないため、1600℃と仮定した。
2.3 Examination of waste gasification method As a fuel other than cedar chips, we investigated a highly efficient gasification method of waste. The studied waste is typical municipal waste, and the properties are shown in Table 4. Unlike cedar chips that have been studied so far, the waste contains several percent of ash, so the ash is melted in the gasification furnace 7 and is examined on the assumption that it is discharged as slag. The melting point of ash was assumed to be 1600 ° C because there was no measurement data.

Figure 0005503485
Figure 0005503485

杉チップでの検討から、炭化・ガス化方式で炭化物4を高温ガス化部8へ、熱分解ガス(揮発ガス)3をガス改質部9へ投入する方式が高効率運転が可能であるとの結果を得たので、まずはガス化剤5である空気を高温ガス化部8のみに投入する場合を検討した。図15、図16に計算結果を示す。燃料処理量は杉チップの検討時と同様に100t/dとした。ただし、炭化装置2での揮発割合については、実際に炭化装置機メーカである株式会社オカドラにて炭化を行った場合の実測値を用い、炭化物4と熱分解ガス3の重量割合を40:60とした。   From the study at the cedar chip, it is said that the method in which the carbide 4 is introduced into the high-temperature gasification unit 8 and the pyrolysis gas (volatile gas) 3 is introduced into the gas reforming unit 9 by the carbonization / gasification method is capable of high-efficiency operation. Therefore, first, the case where the air that is the gasifying agent 5 was introduced only into the high-temperature gasification unit 8 was examined. 15 and 16 show the calculation results. The fuel throughput was set at 100 t / d, as in the case of cedar chips. However, as for the volatilization ratio in the carbonization apparatus 2, the actual ratio when the carbonization was actually performed at Okadora Co., Ltd., a carbonization apparatus manufacturer, was used, and the weight ratio of the carbide 4 and the pyrolysis gas 3 was 40:60. It was.

杉チップの場合(図10、図11参照)と比較すると、炭化装置2での揮発割合が減ったため、ガス改質部9での急激なガス温度の低下が見られない。また、高温ガス化部(コンバスタ)8への炭化物4の投入量が増加したため、全体酸素比に対するコンバスタ酸素比が低くなった。これらのことから、高温ガス化部8にて超高温領域が形成されず、安定運転範囲としているコンバスタ温度2000℃以下、およびガス化炉出口温度1100℃以上の酸素比条件が存在するとの結果を得た。計算からは、全体酸素比0.32以上で炭素転換率が99.5%以上になると予想された。このとき、冷ガス効率も目標値である75%を超える値が得られた。   Compared to the case of cedar chips (see FIGS. 10 and 11), the volatilization rate in the carbonization apparatus 2 is reduced, and therefore, a rapid decrease in gas temperature in the gas reforming unit 9 is not observed. Further, since the amount of the carbide 4 introduced into the high-temperature gasification section (combustor) 8 increased, the combustor oxygen ratio with respect to the overall oxygen ratio was lowered. From these facts, the high temperature gasification section 8 does not form an ultra-high temperature region, and there is a result that there is an oxygen ratio condition in which the combustor temperature is 2000 ° C. or lower and the gasifier outlet temperature is 1100 ° C. or higher as the stable operation range. Obtained. From the calculations, it was predicted that the carbon conversion would be 99.5% or higher at an overall oxygen ratio of 0.32 or higher. At this time, the value of the cold gas efficiency exceeding the target value of 75% was obtained.

また、酸素比0.32以上では、高温ガス化部8の出口温度が1600℃以上になっていることから、本実施例にて検討に用いた廃棄物の灰を高温ガス化部8から溶融排出することが十分可能であると考えられる。   In addition, when the oxygen ratio is 0.32 or more, the outlet temperature of the high-temperature gasification unit 8 is 1600 ° C. or more, so that the waste ash used in this example is melted and discharged from the high-temperature gasification unit 8. It is considered possible.

3.まとめ
燃料性状、および当所の熱天秤、PDTFを用いて求めたガス化反応速度に基づくガス化性能予測計算手法を確立し、バイオマス(水分40%の杉チップ)、廃棄物(典型的な都市ゴミ性状)に適したガス化方式、ならびに高効率・安定運転条件の検討を行い、以下の結果を得た。
・杉チップは、燃料を直接ガス化炉7に投入する空気吹き1段ガス化では高効率運転が困難であるが、炭化装置2を用いて炭化物4と水分を含む熱分解ガス3とに分解してガス化炉7に2段で投入する炭化・ガス化方式とすれば、高効率、かつ安定した運転が可能である。
・炭化・ガス化方式では、杉チップのように揮発割合が高い場合、ガス化炉7の出口温度をタール発生抑制温度(1100℃以上)に維持するため、ガス改質部9への空気または酸素6の投入が不可欠である。
・廃棄物は灰分を多く含むため、環境面から灰を溶融排出(スラグ化)する必要がある。廃棄物は揮発割合が低いため、2段ガス化炉において高温ガス化部8のみに空気を投入する方法で、高効率、かつ灰溶融排出運転が可能である。
3. Summary Established a calculation method for predicting gasification performance based on fuel properties, our thermal balance, and gasification reaction rate obtained using PDTF. Biomass (cedar chip with 40% moisture), waste (typical municipal waste) The gasification method suitable for the properties) and the high-efficiency and stable operation conditions were examined, and the following results were obtained.
-Cedar chips are difficult to achieve high-efficiency operation with single-stage gas blowing with fuel directly injected into the gasification furnace 7, but are decomposed into carbide 4 and pyrolysis gas 3 containing moisture using the carbonizer 2. If the carbonization / gasification method in which the gasification furnace 7 is charged in two stages is used, high-efficiency and stable operation is possible.
-In the carbonization / gasification method, when the volatilization rate is high like cedar chips, the air temperature to the gas reforming section 9 Input of oxygen 6 is essential.
・ Since waste contains a lot of ash, it is necessary to melt and discharge (slag) ash from the environmental aspect. Since waste has a low volatilization ratio, high efficiency and ash melting and discharging operation can be performed by supplying air only to the high-temperature gasification unit 8 in a two-stage gasification furnace.

1 バイオマス燃料
2 炭化装置
3 (水分を含んだ可燃性の)熱分解ガス
4 炭化物
5 ガス化剤
素を含んだガス化
7 ガス化炉
8 高温ガス化部
9 ガス改質部
12 熱分解ガス流路
13 炭化物供給手段
14 ガス化剤供給手段
1 biomass fuels 2 carbide 3 (containing water combustible) pyrolysis gas 4 carbides 5 gasifying agent 6 oxygen laden gas agent 7 gasifier 8 hot gasification unit 9 the gas reforming unit 12 thermally Decomposition gas flow path 13 Carbide supply means 14 Gasifying agent supply means

Claims (3)

イオマス燃料を熱分解して炭化しさらにガス化するバイオマス炭化・ガス化システムにおいて、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を間接的に加熱して炭化物を生成する炭化装置と、この炭化物をガス化する高温ガス化部および炭化物生成時に揮発したタールを含む可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部からなる2段式のガス化炉と、前記炭化物を前記ガス化炉の高温ガス化部に供給する炭化物供給手段と、前記炭化装置で生成された前記可燃性熱分解ガスを前記ガス化炉のガス改質部に送り込むための熱分解ガス流路と、通常時は前記高温ガス化部に酸素を含んだガス化剤を供給するとともに前記高温ガス化部から前記ガス改質部へ流れる高温ガスの流量に対して前記ガス改質部に供給される前記可燃性熱分解ガスの流量が増加して前記ガス化炉の出口温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合には前記ガス改質部に酸素を含んだガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記ガス化炉から供給された生成ガスを利用して発電するとともに作動時に排熱を伴う発電装置とを備え、前記発電装置から排出される前記排熱が前記炭化装置の熱源として供給されるようにして、前記炭化装置において前記バイオマス燃料中の水分を十分に蒸発させ、前記水分が除去された状態の前記炭化物が前記高温ガス化部に供給されるようにしたことを特徴とするバイオマス炭化・ガス化システム。 In the biomass carbonizing-gasifying system for further gasification carbonizing biomass fuel by thermal decomposition, woody biomass, biomass fuels such as waste biomass and mixed biomass such as municipal waste indirectly heated A two-stage gasification furnace comprising a carbonization apparatus for generating carbide, a high-temperature gasification section for gasifying the carbide, and a gas reforming section for reforming combustible pyrolysis gas containing tar volatilized when the carbide is generated When the heat for feeding the carbide and carbide supply means for supplying the hot gas section of said gasification furnace, the combustible pyrolysis gas generated in the carbonization device to the gas reformer of the gasifier and decomposing the gas flow path, normal for the flow rate of the hot gas flowing from the high-temperature gasification part supplies a gasifying agent containing oxygen to the hot gas section into the gas reforming unit Oxygen to the gas reformer in a case where serial outlet temperature of the gasification furnace flow is increased in the combustible pyrolysis gas supplied to the gas reformer is sometimes or risk thereof is less than 1100 ° C. A gasifying agent supplying means for supplying a gasifying agent containing gas, and a power generation device that generates power using the generated gas supplied from the gasification furnace and generates exhaust heat during operation, and is discharged from the power generation device. The exhaust heat is supplied as a heat source of the carbonization apparatus, and the carbonized carbon in the carbonized apparatus is sufficiently evaporated of the moisture in the biomass fuel, and the carbide in a state where the moisture is removed is converted into the high-temperature gasification. Biomass carbonization and gasification system characterized by being supplied to the section . 前記ガス化剤供給手段は分岐管を備え、前記高温ガス化部と前記ガス改質部の前記ガス化剤を供給可能な装置からなることを特徴とする請求項1記載のバイオマス炭化・ガス化システム。2. The biomass carbonization / gasification according to claim 1, wherein the gasifying agent supply means includes a branch pipe, and comprises an apparatus capable of supplying the gasifying agent of the high-temperature gasification section and the gas reforming section. system. バイオマス燃料を熱分解して炭化しさらにガス化するバイオマス炭化・ガス化方法において、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を間接的に加熱して炭化物を生成し、該炭化物を2段式のガス化炉の高温ガス化部に供給してガス化する一方、炭化物生成時に揮発したタールを含む可燃性熱分解ガスを前記ガス化炉のガス改質部に送り込んで改質し、さらに、通常時は前記高温ガス化部に酸素を含んだガス化剤を供給することに加え前記高温ガス化部から前記ガス改質部へ流れる高温ガスの流量に対して前記ガス改質部に供給される前記可燃性熱分解ガスの流量が増加して前記ガス化炉の出口温度が1100℃未満になる場合またはそのおそれがある場合には前記ガス改質部に酸素を含んだガス化剤を供給し、前記ガス化炉から供給された生成ガスを利用して発電するとともに作動時に排熱を伴う発電装置から排出される前記排熱を前記炭化装置の熱源として供給するようにして、前記炭化装置において前記バイオマス燃料中の水分を十分に蒸発させ、前記水分が除去された状態の前記炭化物を前記高温ガス化部に供給するようにしたことを特徴とするバイオマス炭化・ガス化方法。In the biomass carbonization / gasification method, where biomass fuel is pyrolyzed by pyrolysis and further gasified, wood biomass, waste biomass such as municipal waste, and biomass fuel such as mixed biomass are indirectly heated to form carbide Gas is supplied to a high-temperature gasification section of a two-stage gasifier and gasified while the combustible pyrolysis gas containing tar volatilized when the carbide is generated is gas reformed in the gasifier In addition to supplying a gasifying agent containing oxygen to the high-temperature gasification unit, the flow rate of the high-temperature gas flowing from the high-temperature gasification unit to the gas reforming unit is normal. On the other hand, when the flow rate of the combustible pyrolysis gas supplied to the gas reforming unit increases and the outlet temperature of the gasification furnace becomes less than 1100 ° C. or when there is a risk, the gas reforming unit A gasifying agent containing oxygen is supplied, and the generated gas supplied from the gasification furnace is used to generate electric power, and the exhaust heat discharged from the power generation apparatus with exhaust heat during operation is used as a heat source of the carbonization apparatus. The biomass characterized in that, in the carbonization apparatus, moisture in the biomass fuel is sufficiently evaporated, and the carbide in a state where the moisture is removed is supplied to the high-temperature gasification unit. Carbonization and gasification method.
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JP3969620B2 (en) * 1999-09-30 2007-09-05 日本碍子株式会社 Waste disposal method
JP2003065511A (en) * 2001-08-27 2003-03-05 Ngk Insulators Ltd Gasifying device for waste
JP2003243019A (en) * 2002-02-18 2003-08-29 Mitsubishi Materials Corp Waste power generating system
JP2003253274A (en) * 2002-03-05 2003-09-10 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Biomass gasifier and power generation system
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