JP5688636B2 - ガス化炉及びガス化システム - Google Patents

Description

本発明は、バイオマス資源をガス化するためのガス化炉とガス化システムとに関する。

周知のように、近年、バイオマス資源（建築廃材の破砕物等の生物由来の資源）をガス化し、燃料等として使用することが盛んに行われるようになってきている。そして、バイオマス資源のガス化には、通常、ダウンドラフト型のガス化炉（例えば、特許文献１参照。）、又は、アップドラフト型のガス化炉（例えば、特許文献２参照。）が使用されているのであるが、各タイプのガス化炉は、いずれも、バイオマス資源のガス化時に比較的に多量のタールやクリンカーが生成されてしまうものとなっている。また、既存のガス化炉は、炉内の温度制御が難しいもの（暴走してしまうことがあるもの）ともなっている。

さらに、バイオマス資源のガス化時には、通常、ガス化炉により生成された乾留ガスを、改質装置（改質炉、改質器）により改質することが行われているのであるが、既存の改質装置は、機能させるために、電気エネルギーや燃料を必要とするもの（例えば、特許文献２、３参照。）となっている。

特開２００８−８１６３７号公報 特開２００６−２３１３０１号公報 特開２００８−１６９３２０号公報

そこで、本発明の第１の課題は、タールやクリンカーの生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化できるガス化炉及びガス化システムを提供することにある。

また、本発明の第２の課題は、乾留ガスの改質のために電気エネルギー等が必要とされないガス化システムを提供することにある。

上記第１の課題を解決するために、本発明の、バイオマス資源をガス化するためのガス化炉は、ガス化炉内を上下に仕切るパンチングプレートと、パンチングプレート上にバイオマス資源を供給するためのバイオマス資源供給口と、ガス化炉内に酸化剤を供給するための第１酸化剤供給口及び第２酸化剤供給口と、第１酸化剤供給口から供給された酸化剤を、パンチングプレートの上方から、下方に向けて供給する第１酸化剤供給路と、第２酸化剤供給口から供給された酸化剤を、パンチングプレート近傍の所定範囲内の複数箇所に分配供給する第２酸化剤供給路と、パンチングプレート上のバイオマス資源の部分酸化及び熱分解により生成された乾留ガスを外部に排出するための乾留ガス排出口とを、備える。

すなわち、本発明のガス化炉は、パンチングプレート上に堆積したバイオマス資源（木質系／草本系バイオマスの破砕物）の下層部分に酸化剤を供給しながら、当該バイオマス資源に、上方から酸化剤を供給できる構成を有している。そして、詳細（生成されるタール量等が少なくなる具体的な理由／原理）は未だ明確になっていないのであるが、各種実験結果より、パンチングプレート上に堆積したバイオマス資源の下層部分に、加熱した酸
化剤（空気のみや、空気と水蒸気）を供給し、当該バイオマス資源に、上方から、加熱していない酸化剤（例えば、空気）を供給する形で、上記構成のガス化炉を運転すると、タールやクリンカーの生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化できることが分かっている。従って、本発明のガス化炉によれば、タールやクリンカーの生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化できることになる。

また、バイオマス資源に、上方から供給する酸化剤量を絞れば、炉内の温度を急激に下げることが出来ることも分かっている。本発明のガス化炉は、炉内の温度調節が容易に行えるガス化炉となっていると言うことも出来る。

本発明のガス化炉を実現する際、第２酸化剤供給路としては、第２酸化剤供給口から供給された酸化剤を、パンチングプレート近傍の所定範囲内の複数箇所に分配供給可能なものでありさえすれば、具体的な構成／構造の異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、第２酸化剤供給路として、第２酸化剤供給口から供給された酸化剤を、パンチングプレートよりも上方の所定範囲内の複数箇所及びパンチングプレートよりも下方の所定範囲内の複数箇所に分配供給するものを採用しておくことも出来る。また、第２酸化剤供給路として、パンチングプレートを貫通する、側面に複数の貫通孔が設けられている複数本のパイプを含むものを採用しておくことも出来る。

また、本発明のガス化炉の第１酸化剤供給路は、ガス化炉（の炉殻）に形成された貫通孔であっても、パイプ等の実体を有するものであっても良い。さらに、本発明のガス化炉のパンチングプレートは、狭義のパンチングプレートである必要はなく、ガスが通過可能な形でバイオマス資源を保持可能なもの（供給されたバイオマス資源がそのまま落ちてしまわないもの；例えば、メッシュ状部材）でありさえすれば良い。

本発明のガス化炉のパンチングプレートは、平板状の部材であっても良い。ただし、パンチングプレート上のバイオマス資源の各部の厚さに分布があった方（パンチングプレート上のバイオマス資源の一部が厚くなるようにしておいた方）が、失火し難いことが各種実験結果より判明している。そのため、パンチングプレートとして、非平板形状の部材、例えば、ガス化炉の水平方向の断面形状に応じた形状の錐体の側面状の部材等を採用しておくことが好ましい。

また、上記した第１の課題を解決するために、本発明の第１の態様のガス化システムは、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス化炉と、加熱空気及び水蒸気を、ガス化炉の乾留ガス排出口から排出された乾留ガスの熱を利用して生成する熱交換器と、第２酸化剤供給口に、酸化剤として、熱交換器により生成された加熱空気及び水蒸気を供給する酸化剤供給路とを、備える。

すなわち、本発明の第１の態様のガス化システムには、本発明のガス化炉が用いられている。従って、このガス化システムは、タール等の生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化できるシステムとなっていることになる。また、本発明の第１の態様のガス化システムは、ガス化炉に供給する酸化剤（加熱空気及び水蒸気）の加熱が、ガス化炉から排出される乾留ガスの熱を利用して行われる構成を有している。従って、本発明の第１の態様のガス化システムは、酸化剤の加熱のために、電気エネルギー等が必要とされないシステムとなっていることにもなる。

本発明の第１の態様のガス化システムの熱交換器としては、具体的な構成の異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、熱交換器として、加熱対象物の入口及び出口と熱源ガスの入口及び出口とを有する複数の単位熱交換器を、ガス化炉のガス排出口から排出された乾留ガスが各単位熱交換器を順々に通過するように接続すると共に、１つ以上の
単位熱交換器が加熱空気の生成手段として機能し、残りの単位熱交換器が水蒸気の生成手段として機能するように幾つかの単位熱交換器の加熱対象物の出口を他の単位熱交換器の加熱対象物の入口に連通させたユニットを採用しておくことが出来る。そして、そのような熱交換器を採用しておけば（そのような熱交換器用の単位熱交換器を用意しておけば）、必要とされる酸化剤（空気、水蒸気）の量や温度が異なる各種仕様のガス化システムを安価に実現できることになる。

また、本発明の第１の態様のガス化システムに、ガス化炉のガス排出口から排出された乾留ガスを改質して熱交換器に供給する改質装置を付加しておけば、バイオマス資源のガス化時に生成されるタール量やクリンカー量がより少ないシステムを実現できることになる。

また、本発明の第２の態様のガス化システムは、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス化炉と、ガス化炉の乾留ガス排出口から排出された乾留ガスを、当該乾留ガスの熱を利用して生成された加熱空気を用いて改質する改質装置とを、備える。

すなわち、本発明の第２の態様のガス化システムには、本発明のガス化炉と、当該ガス化炉から排出される乾留ガスを、当該乾留ガスの熱を利用して生成された加熱空気を用いて改質する改質装置とが、用いられている。従って、このガス化システムは、タール等の生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化することが出来るシステムであると共に、ガスの改質のために電気エネルギー等が必要とされないシステムとなっていることになる。

なお、この第２の態様のガス化システムの改質装置としては、ガス化炉のガス排出口から排出された乾留ガスが導入される乾留ガス入口、及び、改質後の乾留ガスを排出するための乾留ガス出口を有する中空状の改質装置容器と、それらの上端部分で自改質装置の設置面にほぼ水平な面が形成されるように、且つ、改質装置容器を貫通するように、改質装置容器に取り付けられた複数の受熱管と、各受熱管の一端と連通した空気導入口と、複数の受熱管の改質装置容器内の部分上に設置された蓄熱剤保持用パンチングプレートと、蓄熱剤保持用パンチングプレート上に配置された蓄熱材と、それぞれ、改質装置容器の，蓄熱剤保持用パンチングプレートよりも上方の空間内に収容されている部分を有し、当該部分の管壁に複数の貫通孔が形成されている複数の熱風吹出管と、複数の受熱管を通過した空気が各熱風吹出管の各貫通孔から排出されるように、複数の熱風吹出管と複数の受熱管とを接続する接続部とを含むものを採用しておくことが出来る。

本発明によれば、タールやクリンカーの生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化することが出来るガス化炉及びガス化システム、タールやクリンカーの生成量が少ない形でバイオマス資源をガス化することができ、且つ、乾留ガスの改質のために電気エネルギー等が必要とされないガス化システムを提供することが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス化システムの概略構成図である。 図２は、実施形態に係るガス化システムが備えるガス化炉の構成図である。 図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 図４は、実施形態に係るガス化システムが備える改質装置の構成図である。 図５は、改質装置の内部構成の説明である。 図６は、実施形態に係るガス化システムが備える熱交換器の構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係るガス化システムの概要を説明する。

本実施形態に係るガス化システムは、いわゆるバイオマス発電システムである。図示してあるように、ガス化システムは、ガス化炉１０、改質装置２０、熱交換器３０、制御装置４０、原料供給系５０、冷却系５５、ガス貯蔵庫６０及び発電機６５を、備えている。

原料供給系５０は、トラック等で運ばれてくる木質系／草本系バイオマスを破砕するための破砕機、破砕機により破砕された木質系／草本系バイオマス（以下、原料と表記する）を保持しておくためのメインホッパー、メインホッパー内の原料をガス化炉１０に供給するための供給機構等からなるシステムである。この原料供給系５０内の供給機構は、制御装置４０が制御できるチェーンコンベア、バケットエレベータ、スクリューコンベアを主要構成要素としたものとなっている。

ガス化炉１０は、原料供給系５０から供給された原料をガス化するためのユニットである。このガス化炉１０は、炉内（炉殻内）への原料の投入口である原料投入口１０ａ、及び、原料から生成された乾留ガスを外部に排出するための乾留ガス排出口１０ｂを備えている。また、ガス化炉１０は、空気（本実施形態では、加熱されていないもの）を炉内に供給するための第１酸化剤供給口１０ｃ、及び、加熱空気及び水蒸気を炉内に供給するための第２酸化剤供給口１０ｄも備えている。

改質装置２０は、ガス化炉１０の乾留ガス排出口１０ｂから排出された乾留ガスを改質するためのユニットである。改質装置２０は、ガス化炉１０の乾留ガス排出口１０ｂと接続された乾留ガス入口２０ａ、改質ガス（改質した乾留ガス）の出口である改質ガス出口２０ｂを備えている。また、改質装置２０は、乾留ガスを改質する（部分燃焼させる）ための加熱空気の入口である加熱空気導入口２０ｃも備えている。

熱交換器３０は、改質装置２０からの乾留ガスの熱を利用して、加熱空気と水蒸気とを生成するユニットである。この熱交換器３０は、改質装置２０の改質ガス出口２０ｂと接続された改質ガス入口３０ａ、自ユニット内を通過した改質ガスを外部に排出するための改質ガス出口３０ｂ、空気入口３０ｃ、加熱空気出口３０ｄ、水入口３０ｅ及び水蒸気出口３０ｆを備えている。

図示してあるように、熱交換器３０の加熱空気出口３０ｄは、ガス化炉１０の第２酸化剤供給口１０ｄ及び改質装置２０の加熱空気導入口２０ｃのそれぞれに、流量調節弁を備えたパイプにより接続されている。また、熱交換器３０の水蒸気出口３０ｆは、流量調節弁を備えたパイプにより、ガス化炉１０の第２酸化剤供給口１０ｄと接続されている。

熱交換器３０の水入口３０ｅには、ポンプ付きのパイプ（図示略）を介して水タンク（図示略）が接続されている。熱交換器３０の空気入口３０ｃには、パイプを介してブロワ（送風機：図示略）が接続されている。

制御装置４０は、システム内の各所に設けられている温度センサ４２（図２、図４参照）の出力（図１では、ＴＣｓ）に基づき、原料のガス化や乾留ガスの改質が良好に行われるように、原料供給系５０内の供給機構や、システム内の各流量調節弁を制御する装置（本実施形態では、いわゆるシーケンサ）である。

冷却系５５は、熱交換器３０の改質ガス出口３０ｂから排出された改質ガスを冷却するためのシステムである。ガス貯蔵庫６０は、冷却系５５により冷却された改質ガスを貯蔵しておくための容器であり、発電機６５は、ガス貯蔵庫６０内の改質ガスに基づき発電を
行うユニット（いわゆるガスエンジン発電機）である。

以上のことを前提に、以下、本実施形態に係るガス化システムの構成をさらに具体的に説明する。なお、本実施形態に係るガス化システムの構成要素のうち、原料供給系５０、冷却系５５、ガス貯蔵庫６０及び発電機６５は、既存のガス化システム（バイオマス発電システム）にも使用されているものである。そのため、以下では、本実施形態に係るガス化システムの他の各構成要素の構成のみを説明することにする。

まず、図２及び図３を用いて、ガス化炉１０の構成を説明する。なお、図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。また、これらの図及び以下で説明に用いる各図は、ガス化炉１０等の各部分を認識し易いものとするために、各部分の縮尺や、各部分の数、位置等を適宜変更したものとなっている。

図２及び図３から明らかなように、ガス化炉１０は、上下がすぼまった正四角柱状のユニットである。また、ガス化炉１０（図２）は、上記した原料投入口１０ａ及び第１酸化剤供給口１０ｃが、その上部（上面）に設けられ、上記した乾留ガス排出口１０ｂ及び第２酸化剤供給口１０ｄが、その下部に設けられたユニットとなっている。

ガス化炉１０内には、複数の貫通孔１１ａ（本実施形態では、直径が８ｍｍのもの）を有するパンチングプレート１１が、炉内を上下に仕切るように取り付けられている。このパンチングプレート１１は、四角錐体の側面（四角錐体の底面を除いた４面）のような形状を有している。また、パンチングプレート１１は、穴あきパイプ１３（詳細は後述）を通すための複数の貫通孔（図３参照。）を備えた部材ともなっている。

ガス化炉１０内には、大小２つの環状パイプ１２、各環状パイプ１２と連通した複数の穴あきパイプ１３、及び、各環状パイプ１２を第２酸化剤供給口１０ｄに接続する接続用パイプを主要構成要素とした第２酸化剤供給路が、設けられている。

この第２酸化剤供給路を構成している各穴あきパイプ１３は、その側面（パイプ壁）に複数の貫通孔を備えた、一端（図２における上側の端）が封止されているパイプ状部材である。各穴あきパイプ１３としては、システムの連続運転時におけるパンチングプレート１１上の原料の厚さＤから、その長さを決定したもの（本実施形態では、パンチングプレート１１上の部分の長さが、およそ０．６×Ｄとなるもの）が、採用されている。

各環状パイプ１２は、その側面に複数の貫通孔が形成されているパイプを四角形状に加工し、その両端を接続した部材である。各環状パイプ１２には、各穴あきパイプ１３を図２に示してあるような姿勢で取り付けるための複数の貫通孔、上記した接続用パイプを取り付けるための貫通孔も設けられている。そして、第２酸化剤供給路は、そのような形状の各部材を組み合わせた部材、つまり、第２酸化剤供給口１０ｄに供給された酸化剤（本実施形態では、加熱空気及び水蒸気）を、パンチングプレート１１近傍の所定範囲内の複数箇所に分配供給できるように構成した部材となっている。

ガス化炉１０には、原料供給系５０からの原料を、原料投入口１０ａに投入する（圧力差があるガス化炉１０内へ投入する）ためのロータリフィーダー４４が接続されている。また、ガス化炉１０内には、第１酸化剤供給口１０ｃに供給される酸化剤（本実施形態では、加熱されていない空気）を炉内に導入するためのパイプが設けられている。さらに、ガス化炉１０内には、当該パイプからの空気、原料投入口１０ａから投入された原料を、パンチングプレート１１上の各所／パンチングプレート１１上の原料上の各所に、ほぼ均一に分散させるための部材（図示略）も設けられている。

ガス化炉１０の特定の側壁（図２における左側の側壁）には、着火口１０ｅが設けられている。そして、ガス化炉１０には、この着火口１０ｅを通して、着火剤（固形メタノール等）をパンチングプレート１１上の原料に投入するための、制御装置４０によって制御される着火機構（図示略）が取り付けられている。

ガス化炉１０の最下部には、原料のガス化により生ずる灰を炉外に排出するための灰出し用スクリュー１６が設けられている。また、ガス化炉１０には、炉内の各所の温度を測定するための複数の温度センサ４２が取り付けられている。

そして、本実施形態に係るガス化システムのガス化炉１０は、以上説明した構成を有するユニットであると共に、炉内の温度を低下しにくくするために、その内面を、綿状耐熱素材（セラミックブランケット）でコートしたユニットとなっている。

次に、図４及び図５を用いて、改質装置２０の構成を説明する。

改質装置２０（図４）は、改質装置容器２０′、複数の受熱パイプ２２、複数の熱風吹き出しパイプ２３等からなるユニットである。

改質装置容器２０′は、下部がすぼまった、中空直方体状の容器である。この改質装置容器２０′は、図４に示してあるように、乾留ガス入口２０ａが容器の下端近傍に設けられ、改質ガス出口２０ｂが改質ガス入口２０ａよりも高い位置に設けられた容器となっている。

各受熱パイプ２２は、それらの上端部分で改質装置２０の設置面にほぼ水平な面が形成されるように、且つ、改質装置容器２０′を貫通するように、改質装置容器２０′に取り付けられているパイプである。

各受熱パイプ２２の一方の開口部は、加熱空気導入口２０ｃを備えたヘッダ２１ａに接続されており、各受熱パイプ２２の一方の開口部は、ヘッダ２１ｂに接続されている。

各熱風吹き出しパイプ２３は、各受熱パイプ２２よりも高く改質ガス出口２０ｂの下端よりも低い位置で改質装置容器２０′を貫通するように、改質装置容器２０′に取り付けられているパイプである。各熱風吹き出しパイプ２３（図５参照）は、改質装置容器２０′内に収容される部分の各所に貫通孔が形成されているものとなっている。

各熱風吹き出しパイプ２３の一方の開口部は、管端閉止フランジにより封止されており、各熱風吹き出しパイプ２３の他方の開口部は、ヘッダ２１ｃを介してヘッダ２１ｂに接続されている。

改質装置容器２０′内の複数の受熱パイプ２２上には、複数の貫通孔２５ａを備えたパンチングプレート２５（図５参照）が設置されている。改質装置容器２０′内の当該パンチングプレート２５上の空間には、各熱風吹き出しパイプ２３が埋まる量の蓄熱剤が充填されている。この蓄熱剤は、改質装置容器２０′内の各部の温度の均一化、改質ガス（及び改質中の乾留ガス）内の不純物の除去等を目的として充填されているものである。従って、蓄熱剤は、比熱や耐熱性が高く、酢酸、タール、Ｈ₂Ｓ等の酸性ガスに耐えるもので
あることが望まれる。また、蓄熱剤は、セメント化しないものであることや、圧損の少ない形状を有するものであることも望まれるため、蓄熱剤としては、中空円筒状のセラミック性部材等が使用される。

改質装置容器２０′の下端部には、原料のガス化により生ずる灰を炉外に排出するため
の灰出し用スクリュー２６が設けられている。さらに、改質装置容器２０′には、改質装置２０（改質装置容器２０′）内の、蓄熱剤が充填されている部分の温度を測定するため２つの温度センサ４２が取り付けられている。

次に、熱交換器３０の構成を説明する。

図６に示したように、熱交換器３０は、加熱対象物の入口及び出口と熱源ガスの入口３１ｘ（ｘ＝ａ or ｂ）及び出口３１ｙ（ｙ＝ｂ or ａ）とを有する５台の単位熱交換器３１を、改質装置２０から排出される改質ガスが各単位熱交換器を順々に通過するように接続したユニットである。また、熱交換器３０は、後段側の２台の単位熱交換器３１が、“空気入口３０ｃと加熱空気出口３０ｄとを備えた加熱空気の生成手段”として機能し、前段側の３台の単位熱交換器３１が、“水入口３０ｅと水蒸気出口３０ｆとを備えた水蒸気の生成手段”として機能するように、幾つかの単位熱交換器３１の加熱対象物の出口３１ｙを他の単位熱交換器の加熱対象物の入口３１ｘに連通させたユニットとなっている。

制御装置４０の機能を説明する前に、ここで、本実施形態に係るガス化システムに、上記構成のガス化炉１０、改質装置２０及び熱交換器３０を採用している理由を説明しておくことにする。

上記したガス化炉１０の構成は、各種実験結果より得られた『パンチングプレート上の原料の下層部分に、比較的に高温の酸化剤（空気のみや、空気と水蒸気）を供給し、当該原料に、上方から、加熱していない酸化剤（例えば、空気）を供給すると、タールやクリンカーの生成量が少ない形で原料（バイオマス資源）をガス化できる』という知見に基づき想到されたものである。なお、上記構成を採用するとタール等の生成量が少ない形で原料のガス化が行える理由は未だ明確になっていないのであるが、上記構成が、アップドラフト型／ダウンドラフト型のガス化炉の構成よりも、ガス化する原料内をガスが通りやすい構成となっていることや、酸化剤の供給口が１つしかないガス化炉よりも、酸化剤の供給量の制御による温度調整を行い易い構成となっていることが、その一因であると考えられる。

ただし、ガス化炉１０に供給する酸化剤の加熱を電気ヒータで行ったのでは、酸化剤の加熱に必要な電力量分、ガス化システムの出力電力量が少なくなってしまうことになる。また、ガス化炉１０から排出される乾留ガスの改質を電気ヒータで行う場合にも、改質ガスの改質（加熱）に必要とされる電力量分、ガス化システムの出力電力量が少なくなってしまうことになる。

そして、ガス化炉１０から排出される乾留ガスの熱を利用して酸化剤の加熱や乾留ガスの改質が行われるようにしておけば、上記のような問題が生じないガス化システムを実現することが出来る。そのため、本実施形態に係るガス化システムに、ガス化炉１０に供給する水蒸気及び加熱空気を、ガス化炉１０により生成される乾留ガスの熱を利用して生成する熱交換器３０（図６）を採用しているのである。また、本実施形態に係るガス化システムに、熱交換器３０により生成された加熱空気を利用してガス化炉１０からの乾留ガスを改質する改質装置２０（図４）、より具体的には、熱交換器３０により生成された加熱空気をガス化炉１０からの乾留ガスで加熱した後、加熱した加熱空気を利用してガス化炉１０からの乾留ガスを改質する改質装置２０を、採用しているのである。

次に、制御装置４０によるガス化システムに対する制御内容を、説明する。

ガス化システムを連続運転（定常運転）している場合、制御装置４０は、予め定められている速度でガス化炉１０内に原料が供給されるように、原料供給系５０内の供給機構を
制御する。また、制御装置４０は、システム内の各部の温度（主として、図２、図４に示してあるＴＣ１〜ＴＣ７）が予め定められている温度範囲内に入るように、システム内の各流量調節弁を制御する処理も行う。

制御装置４０が行うこの処理（以下、連続運転用調節弁制御処理と表記する）は、ＴＣ５が８５０℃〜９００℃程度の温度となり、ＴＣ６が１０５０℃〜１１００℃程度の温度となるように、システム内の各流量調節弁を制御する処理である。

より具体的には、連続運転用調整弁制御処理は、第２酸化剤供給口１０ｄから、適正空気比が０．３〜０．４程度の量の加熱空気が供給され、第１酸化剤供給口１０ｄから、加熱空気よりも多量の空気が供給されるように、各流量調節弁を制御する処理となっている。なお、ガス化システムの連続運転時に第２酸化剤供給口１０ｄに導入される加熱空気（つまり、１０５０℃〜１１００℃程度の改質ガスが供給されている熱交換器３０が生成する加熱空気）は、４００℃〜５５０℃程度の空気である。

また、連続運転用調整弁制御処理は、ＴＣ５を、原則として、第１酸化剤供給口１０ｄからの空気供給量を制御することにより調整する処理ともなっている。

制御装置４０は、ガス化システムに原料のガス化を開始させる場合には、まず、所定量の原料がガス化炉１０内に供給されるように、原料供給系５０内の供給機構を制御する。次いで、制御装置４０は、ガス化炉１０の着火口１０ｅに取り付けられている着火機構を制御することにより、ガス化炉１０内に１００ｇ程度の固形メタノールを投入する。また、制御装置４０は、第１酸化剤供給口１０ｃからガス化炉１０内に空気が供給されるように、第１酸化剤供給口１０ｃと接続されているブロワを制御する。

その後、制御装置４０は、ガス化炉１０の最上部に取り付けられている温度センサ４２による温度の検出結果（図２におけるＴＣ１）が、ガス化炉１０内で原料の燃焼（部分燃焼）が或る程度進んだ場合の温度として予め定められている第１所定温度となるのを監視する処理を開始する。

ＴＣ１が第１所定温度となったことを見出した場合、制御装置４０は、第２酸化剤供給口１０ｄに、熱交換器３０の加熱空気出口３０ｄ、水蒸気出口３０ｆからの加熱空気、水蒸気が供給されるように、加熱空気、水蒸気用の各流量調節弁を制御する。また、制御装置４０は、規定量の原料がガス化炉１０内に追加されるように、原料供給系５０内の供給機構を制御する。

そして、制御装置４０は、ガス化炉１０から排出される乾留ガスの温度ＴＣ５が、予め定められている第２所定温度となるのを監視する処理を開始し、ＴＣ５が第２所定温度となった場合には、第１酸化剤供給口１０ｃからガス化炉１０内に供給する空気量を増やすための制御を行う。

なお、ＴＣ５が第２所定温度となった状態は、パンチングプレート１１上の原料中に熱分解ゾーンが形成されていない状態（パンチングプレート１１上の原料の下層部分が酸化分解ゾーンとなっており、上層部分が加温乾燥ゾーンとなっている状態）である。

その後、制御装置４０は、ガス化炉１０の各部の温度ＴＣ１〜ＴＣ５が、パンチングプレート１１上の原料中に熱分解ゾーンが形成されたことを示す温度となるのを監視する処理を開始する。そして、制御装置４０は、温度ＴＣ１〜ＴＣ５がそのような温度となった場合には、所定速度で原料を供給することによりガス化炉１０に原料のガス化を連続的に行わせるための連続運転制御処理（既に説明した連続運転用調整弁制御処理を含む処理）
を開始する。

《変形形態》
上記した実施形態に係るガス化システムは、各種の変形を行うことが出来る。例えば、ガス化炉１０を、平板状のパンチングプレート１１を備えたものに変形することが出来る。ただし、各種実験結果から、パンチングプレート１１上の原料（バイオマス資源）の各部の厚さに分布があった方（パンチングプレート１１上の原料の一部が厚くなるようにしておいた方）が、失火し難いことが分かっている。そのため、パンチングプレート１１としては、上記したパンチングプレート１１のような非平板形状の部材を採用しておくことが好ましい。

また、ガス化炉１０を、円柱状のガス化炉に変形することも出来る。ただし、四角柱状のガス化炉の方が、内部に原料を多く投入できるので、ガス化炉１０の形状は、上記形状としておくことが好ましい。

ガス化炉１０によって生成された乾留ガスが有する熱エネルギーの有効利用が図れないことにはなるが、ガス化システムを、改質装置２０の代わりに、機能させるために電気エネルギー等を必要とする改質装置が用いられたシステムや、ガス化炉１０へ供給する酸化剤の加熱が電気エネルギー等を用いて行われるシステムに変形することも出来る。また、ガス化システムを、メタノール等の製造用のシステムに変形することも出来る。

１０ ガス化炉
１０ａ 原料投入口
１０ｂ 乾留ガス排出口
１０ｃ 第１酸化剤供給口
１０ｄ 第２酸化剤供給口
１０ｅ 着火口
１１、２５ パンチングプレート
１１ａ、２５ａ 貫通孔
１２ 環状パイプ
１３、２３ パイプ
２０ 改質装置
２０′ 改質装置容器
２０ａ 乾留ガス入口
２０ｂ、３０ｂ 改質ガス出口
２０ｃ 加熱空気導入口
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ ヘッダ
２２ 受熱パイプ
２３ 熱風吹き出しパイプ
３０ 熱交換器
３０ａ 改質ガス入口
３０ｃ 空気入口
３０ｄ 加熱空気出口
３０ｅ 水入口
３０ｆ 水蒸気出口
３１ 単位熱交換器
４０ 制御装置
４２ 温度センサ
４４ ロータリフィーダー
５０ 原料供給系
５５ 冷却系
６０ ガス貯蔵庫
６５ 発電機

Claims (11)

1. バイオマス資源をガス化するためのガス化炉において、
   ガス化炉内を上下に仕切るパンチングプレートと、
   前記パンチングプレート上にバイオマス資源を供給するためのバイオマス資源供給口と、
   ガス化炉内に酸化剤を供給するための第１酸化剤供給口及び第２酸化剤供給口と、
   前記第１酸化剤供給口から供給された酸化剤を、前記パンチングプレートの上方から、下方に向けて供給する第１酸化剤供給路と、
   前記第２酸化剤供給口から供給された酸化剤を、前記パンチングプレート上に堆積したバイオマス資源の下層部分内の複数箇所に分配供給するための第２酸化剤供給路と、
   前記パンチングプレート上のバイオマス資源の部分酸化及び熱分解により生成された乾留ガスを外部に排出するための乾留ガス排出口と
   を備えることを特徴とするガス化炉。
2. 前記第２酸化剤供給路は、
   前記第２酸化剤供給口から供給された酸化剤を、前記パンチングプレートよりも下方の複数箇所に分配供給するための、前記パンチングプレートの下方に配置された、その側面に複数の貫通孔を有する環状パイプを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
3. 前記第２酸化剤供給路が、
   前記パンチングプレートを貫通する、側面に複数の貫通孔が設けられている複数本のパ
   イプを含む
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス化炉。
4. 前記パンチングプレートが、非平板形状の部材である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス化炉。
5. 前記パンチングプレートが、錐体の側面状の部材である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス化炉。
6. 水平方向の断面形状が四角であり、
   前記パンチングプレートが、頂点を下方に向けた姿勢でガス化炉内に固定された，四角錐体の側面状の部材である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガス化炉。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス化炉と、
   加熱空気及び水蒸気を、前記ガス化炉の前記乾留ガス排出口から排出された乾留ガスの熱を利用して生成する熱交換器と、
   前記第２酸化剤供給口に、酸化剤として、前記熱交換器により生成された加熱空気及び水蒸気を供給する酸化剤供給路と、
   を備えることを特徴とするガス化システム。
8. 前記熱交換器が、
   加熱対象物の入口及び出口と熱源ガスの入口及び出口とを有する複数の単位熱交換器を、前記ガス化炉の前記乾留ガス排出口から排出された乾留ガスが各単位熱交換器を順々に通過するように接続すると共に、１つ以上の単位熱交換器が加熱空気の生成手段として機能し、残りの単位熱交換器が水蒸気の生成手段として機能するように幾つかの単位熱交換器の加熱対象物の出口を他の単位熱交換器の加熱対象物の入口に連通させたユニットである
   ことを特徴とする請求項７に記載のガス化システム。
9. 前記ガス化炉の前記乾留ガス排出口から排出された乾留ガスを改質して前記熱交換器に供給する改質装置を、さらに、備える
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のガス化システム。
10. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のガス化炉と、
    前記ガス化炉の前記乾留ガス排出口から排出された乾留ガスを、当該乾留ガスの熱を利用して生成された加熱空気を用いて改質する改質装置と
    を備えることを特徴とするガス化システム。
11. 前記改質装置は、
    前記ガス化炉の前記乾留ガス排出口から排出された乾留ガスが導入される乾留ガス入口、及び、改質後の乾留ガスを排出するための改質ガス出口を有する中空状の改質装置容器と、
    それらの上端部分で自改質装置の設置面にほぼ水平な面が形成されるように、且つ、前記改質装置容器を貫通するように、前記改質装置容器に取り付けられた複数の受熱管と、
    各受熱管の一端と連通した空気導入口と、
    前記複数の受熱管の前記改質装置容器内の部分上に設置された蓄熱剤保持用パンチングプレートと、
    前記蓄熱剤保持用パンチングプレート上に配置された蓄熱材と、
    それぞれ、前記改質装置容器の，前記蓄熱剤保持用パンチングプレートよりも上方の空
    間内に収容されている部分を有し、当該部分の管壁に複数の貫通孔が形成されている複数の熱風吹出管と、
    前記複数の受熱管を通過した空気が各熱風吹出管の各貫通孔から排出されるように、前記複数の熱風吹出管と前記複数の受熱管とを接続する接続部と、
    を含む
    ことを特徴とする請求項１０に記載のガス化システム。

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