JP5940756B1

JP5940756B1 - バイオマスガス化装置

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Publication number: JP5940756B1
Application number: JP2016515153A
Authority: JP
Inventors: 君典高橋; 山本　貴士; 貴士山本
Original assignee: TESNA ENERGY CO., LTD.
Current assignee: TESNA ENERGY CO., LTD.
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: CA2940934A1; JPWO2016185635A1; CA2940934C

Abstract

バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置である。バイオマスガス化装置は、本体と、第一円筒体と、第一切り出し部材と、第一シリンダーと、第一スクリューコンベアと、第二円筒体と、第二切り出し部材と、第二シリンダーと、第二スクリューコンベアとを備える。第一シリンダーは、本体、第一円筒体及び第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられ、第一スクリューコンベア、第二スクリューコンベア及び第二円筒体は、それぞれガス化剤供給口を備える。

Description

本発明は、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置に関する。

近年、再生可能エネルギーの利活用に対する関心が高まる中、再生可能エネルギーの一つであるバイオマスのエネルギー利用が注目されている。

バイオマスのエネルギー利用は種々の形態が存在するが、その一つとして、バイオマスから水性ガスを生成して発電から熱供給までを行うことが提案されている。

バイオマスから水性ガスを生成するためには、まずバイオマスを炭化する必要があるところ、例えば特許文献１には、略円筒形の本体と本体に収容された円筒体とを含む炭化炉が開示されている。

また、炭化したバイオマスから水性ガスを生成するためには、熱分解によって熱分解・ガス化する必要があるところ、例えば特許文献２には、筒状の外筒と、内筒と、ターンテーブルと、蓄熱性突起とを備える熱分解ガス化装置が開示されている。

上述のように、バイオマスから水性ガスを生成するためには、大きく分けてバイオマスを炭化させる工程と炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させる工程の２つの工程があり、従来はそれぞれの工程に応じて、上述のような装置が別々に提案されていた。

しかしながら、バイオマスを炭化させる工程と炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させる工程とに応じて装置が別々となっていることにより、大きな熱的損失が生じていた他、バイオマスを炭化させる工程で生じた熱によって熱分解・ガス化炉の温度を上昇させる場合においてその温度を安定させるまでに長い時間を要し、また、熱分解・ガス化炉の温度分布を均一とすることが困難であった。

さらに、炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止する技術が求められていた。

特開２００９−２７００５０号公報特開２０１３−１８５０９３号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係るバイオマスガス化装置は、筒状の本体と、本体に収容され、蓄熱性を有する第一円筒体と、第一円筒体の下部に設けられる略円盤状の第一切り出し部材と、本体、第一円筒体及び第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられる第一シリンダーと、第一シリンダーの内部に同軸に設けられ、第一軸部と第一軸部の周りに螺旋状に延びる第一羽根部とを有する第一スクリューコンベアと、第一スクリューコンベアの下部に設けられ、蓄熱性を有する第二円筒体と、第二円筒体の下部に設けられる略円盤状の第二切り出し部材と、第一シリンダーの側面において第一シリンダーと連通する第二シリンダーと、第二シリンダーの内部に同軸に設けられ、第二軸部と第二軸部の周りに螺旋状に延びる第二羽根部とを有する第二スクリューコンベアとを備え、第一スクリューコンベアは、第一軸部に設けられる第一ガス化剤導入口と、第一軸部に設けられる第一ガス化剤供給口と、第一ガス化剤導入口と第一ガス化剤供給口とを連通させる第一ガス化剤通路とを有し、第二スクリューコンベアは、第二軸部に設けられる第二ガス化剤導入口と、第二軸部に設けられる第二ガス化剤供給口と、第二ガス化剤導入口と第二ガス化剤供給口とを連通させる第二ガス化剤通路とを有し、第二円筒体は、内部が第一ガス化剤通路と連通し、側面に第三ガス化剤供給口を有することを特徴とする。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一ガス化剤供給口が、上下に対向して隣接する二つの第一羽根部のうち、上側の第一羽根部に近接して設けられる。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一ガス化剤供給口が、第一羽根部の下面に設けられる。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第二羽根部がリボン型である。

また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一羽根部が、第一軸部の軸方向における複数の箇所に分散して設けられる。

本発明によれば、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を示した斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図７は、本発明の他の実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した正面図である。図９は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した断面図である。図１０は、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。

以下、本発明に係るバイオマスガス化装置の一実施形態を詳細に説明する。

まず、有機廃棄物を炭化させて炭化物を得るための構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を示した斜視図である。

バイオマスガス化装置１００は、本体１１０と、第一円筒体１１４と、第一切り出し部材１１５とを備えている。

本体１１０は、バイオマスガス化装置１００の本体であり、支持部材１８０によって立設されている。本体１１０の形状は特に限定されないが、筒状であるとより好ましい。ここでいう筒状とは、略円筒形を指す。

本体１１０の大きさについては特に限定されず、処理する有機廃棄物の量や生成する炭化物の量に応じて適宜選択して良い。本体１１０を構成する材料についても特に限定されず、公知の材料、例えば、ステンレスを用いることができる。

本体１１０は、有機廃棄物の投入口１５０と、空気供給口１５２と、空気供給口１５４と、排気口１４１と、排出口１５６と、バーナー（図示せず）とを備えている。

有機廃棄物は、投入口１５０から本体１１０の内部へ投入される。投入口１５０は、図１に示されるように、筒状部材１１１によって構成されても良い。また、有機廃棄物を本体１１０の内部へ安定的に投入するため、例えば、有機廃棄物を本体１１０の内部へ搬送するためのベルトコンベア機構を筒状部材１１１の内部に設けても良い。

有機廃棄物（バイオマス）とは、炭素を含む廃棄物である。具体的には、食品廃棄物、建築廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材、剪定枝、製材くず、竹、刈り草のような樹木製の廃材、汚泥、稲藁、家庭から排出される一般廃棄物が挙げられる。有機廃棄物は、炭化の効率や炭化物の収率を高くするため、あらかじめ乾燥機などで乾燥させた上でその含水率が適切に調整されていることが好ましい。

有機廃棄物を燃焼させる際に用いられる空気は、空気供給口１５２及び空気供給口１５４から本体１１０の内部へ供給される。空気供給口１５２及び空気供給口１５４の具体的な大きさ及び形状については特に限定されない。また、空気供給口１５２及び空気供給口１５４は、それぞれ筒状部材１１２及び筒状部材１１３によって構成されても良く、また、それぞれ本体１１０の内部へ空気を送り込むための送風機を備えても良い。

有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱分解ガス（混合ガス）は、二次燃焼された上で、本体１１０の上端近傍に設けられている排気口１４１から本体１１０の外部へ排気される。この二次燃焼によって得られた熱は、第一シリンダー１２６を加熱するための熱源として用いられる他、例えば、過熱蒸気発生装置へ供給した上で水蒸気を生成するために用いることができる。

バーナーは、本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物に着火するためのものである。バーナーは、有機廃棄物に着火することができればどの位置に設けられても良いが、投入口１１５より下方に設けられていることが好ましい。

バイオマスガス化装置１００は、蓄熱性を有する第一円筒体１１４を本体１１０の内部に備えている。第一円筒体１１４は、図２において符号２００で示される筒状の軸部を備えている略円柱状の部材であり、本体１１０の内部において有機廃棄物を炭化させる際、いわゆる焼き玉として機能する。また、第一円筒体１１４は、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて炭化を促進させる。第一円筒体１１４は、それ自体を加熱するための加熱装置を備えていても良いが、有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されることが好ましい。

第一円筒体１１４は、第一円筒体１１４の底面及び天井面の中心を通る垂直を軸として回転可能であることが好ましい。第一円筒体１１４が回転することにより、第一円筒体１１４の周囲が均一に加熱されるため、炭化効率が向上する他、炭化物の純度が向上する。第一円筒体１１４を回転させるための手段は特に限定されず、例えば、第一円筒体１１４の底面中心から下方へ回転軸に沿って延伸するような軸部材を設け、その軸部材を公知の手段によって回転させて良い。

第一円筒体１１４の下部には、図２において符号２００で示される筒状の軸部を備えている略円盤状で回転可能な第一切り出し部材１１５が設けられている。第一切り出し部材１１５は、本体１１０の内部で生成された炭化物を受ける受盤であり、その外周部が本体１１０の内面との間に隙間を設けるようにして設けられている。第一切り出し部材１１５が回転することにより、その上面において受けた炭化物を本体１１０の内面との間の隙間から下方へ落下させる。炭化物が塊となっている場合等は、本体１１０の内面との間の隙間において炭化物を破砕することが好ましい。第一切り出し部材１１５は、第一円筒体１１４と一体的に連結された上で第一円筒体１１４とともに回転しても良く、第一円筒体１１４とは別に独立して回転しても良い。

第一切り出し部材１１５から落下した炭化物は、排出口１５６を通って本体１１０の外部へ排出され、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入される。なお、炭化物を排出口１５６から効率良く排出するため、例えば、第一切り出し部材１１５とともに回転して炭化物を掻き出すスクレーパー状部材を第一切り出し部材１１５の下部に設けても良い。

本体１１０の内部は、概念的に、燃焼領域１３０Ａと、炭化領域１３０Ｂと、精練領域１３０Ｃと、消火領域１３０Ｄとに区分けすることができる。燃焼領域１３０Ａは大よそ、本体１１０の内部における天井面から空気供給口１５２の高さまでの領域を指し、炭化領域１３０Ｂは大よそ、空気供給口１５２の高さから第一円筒体１１４の上端の高さまでの領域を指し、精練領域１３０Ｃは大よそ、第一円筒体１１４の上面の高さから第一円筒体１１４の中間の高さまでの領域を指し、消火領域１３０Ｄは大よそ、第一円筒体１１４の中間の高さから第一円筒体１１４の底面の高さまでの領域を指す。

燃焼領域１３０Ａは、有機廃棄物が燃焼した際に発生する、Ｈ（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）等を含む熱分解ガス（混合ガス）を溜める領域であり、また、熱分解ガスを二次燃焼させる領域である。なお、この燃焼領域１３０Ａを形成するため、空気供給口１５２は、本体１１０の上端よりも低い位置に設けられることが好ましい。

炭化領域１３０Ｂは、投入口１５０から本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物を燃焼ガスに接触させて燃焼・炭化させる領域である。有機廃棄物はここで燃焼・炭化され、炭化物を多く含む固形分と熱分解ガスとが生成される。

精練領域１３０Ｃは、有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱された第一円筒体１１４から発せられる輻射熱を炭化領域１３０Ｂから移動してきた炭化物に対して与え、炭化物の中に存在している熱分解ガスを燃焼させて不純物を除去する領域であり、また、空気を供給しつつ炭化物を高温の状態で維持して炭化を進行させる領域である。なお、この精練領域１３０Ｃを形成するため、空気供給口１５４は、第一円筒体１１４の天井面から第一円筒体１１４の中間までの高さに設けられることが好ましい。

消火領域１３０Ｄは、精練領域１３０Ｃから移動してきた炭化物を遮断された空気によって消火する領域である。

次に、炭化物を熱分解・ガス化させて水性ガスを生成するための構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図７は、本発明の他の実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した正面図である。図９は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した断面図である。

バイオマスガス化装置１００は、第一シリンダー１２６と、第一シリンダー１２６の内部において回転可能な第一スクリューコンベア１２２と、第二円筒体１２３と、第二切り出し部材１２４と、第二シリンダー１１８と、第二シリンダー１１８の内部において回転可能な第二スクリューコンベア１２０とを備えている。

第一シリンダー１２６は筒状に構成されており、本体１１０、第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を軸方向に貫通するようにして設けられている。熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、第一シリンダー１２６は本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって迅速且つ均一に加熱される。また、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、第一シリンダー１２６は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって少ない熱的損失で直接的に加熱される。さらに、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、蓄熱性を有する第一円筒体１１４は、本体１１０の内部において有機廃棄物を炭化させる際にいわゆる焼き玉として機能し、また、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて炭化を促進させるだけでなく、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６を加熱させて且つその温度を保持する加熱・保温部材としても機能する。

第一シリンダー１２６の上端は閉止しており、下端は排出口１６３を備えて開口している。排出口１６３は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物が熱分解・ガス化された際に生じる水性ガスと反応残渣である灰分とを排出するためのものである。

第一スクリューコンベア（反応撹拌スクリューコンベア）１２２は、第一シリンダー１２６の内部に同軸に設けられている。

図３に示されるように、第一スクリューコンベア１２２は、第一軸部３００と、第一軸部３００の周りに螺旋状に延びる第一羽根部３０１を備えている。第二シリンダー１１８との連通部から第一シリンダー１２６の内部へ到達した炭化物は、第一スクリューコンベア１２２が回転することにより、第一シリンダー１２６の内部を第二円筒体１２３の方向へ移動する。ここで、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って第一羽根部３０１が炭化物及び反応残渣を掻き出すように作用するため、炭化物及び反応残渣が第一シリンダー１２６の内部において固着することがない。第一軸部３００には、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を供給する第一ガス化剤供給口１９０が設けられている。第一ガス化剤供給口１９０の数は特に限定されないが、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、適宜間隔をあけて複数個設けられることが好ましい。第一ガス化剤供給口１９０を設ける位置についても特に限定されないが、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動すること、また、炭化物が第一羽根部３０１の上面を滑りながら移動することを考慮すると、第一ガス化剤供給口１９０は図３において符号３０２で示されるように、上下に対向して隣接する二つの第一羽根部３０１のうち上側の羽根部に近接して設けられることがより好ましい。

第一ガス化剤供給口１９０を設ける位置について図３を参照しながら具体的に説明すると、第一ガス化剤供給口１９０Ａは、上下に対向して隣接する第一羽根部３０１Ｕ及び第一羽根部３０１Ｌのうち、上側の羽根部である第一羽根部３０１Ｕに近接する位置、つまり、符号３０２Ａで示される位置に設けられることが好ましい。第一ガス化剤供給口１９０をこのような位置に設けることにより、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物によって第一ガス化剤供給口１９０が目詰まりすることがより効果的に防止される。

図４に示されるように、第一スクリューコンベア１２２は、第一スクリューコンベア１２２の内部にガス化剤を導入する第一ガス化剤導入口４００を上端に備えている。また、第一スクリューコンベア１２２は、第一ガス化剤導入口４００から導入されたガス化剤を第一ガス化剤供給口１９０へ移動させるための第一ガス化剤通路４０２を備えている。さらに、第一スクリューコンベア１２２は、下端が開口４０１を備えて開口しており、第一ガス化剤通路４０２と第一スクリューコンベア１２２の下部に設けられる第二円筒体１２３の内部とが連通するように構成されている。第一ガス化剤通路４０２の直径については特に限定されず、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対して供給するガス化剤の量や第二円筒体１２３の内部に送出するガス化剤の量に応じて適宜選択して良い。

第一スクリューコンベア１２２の大きさについては特に限定されないが、第一シリンダー１２２の内面との間には、熱による膨張を考慮した隙間を設けることが好ましい。第一スクリューコンベア１２２の材料についても特に限定されず、公知の材料、例えば、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレスを用いることができる。

第一スクリューコンベア１２２の下部には、蓄熱性を有する第二円筒体（滞流反応シリンダー）１２３が設けられている。第二円筒体１２３は略円柱状の部材であり、第一シリンダー１２６の断面積を狭めることによって、炭化物が第二円筒体１２３の側面を通過する際に滞流しやすくなるように構成されている。第二円筒体１２３は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化させる際にいわゆる焼き玉として機能する他、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて熱分解・ガス化を促進させる。第二円筒体１２３は、それ自体を加熱するための加熱装置を備えていても良いが、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されることが好ましい。

第二円筒体１２３は、第二円筒体１２３の底面及び天井面の中心を通る垂直を軸として回転可能であることが好ましい。第二円筒体１２３が回転することにより、第二円筒体１２３の周囲が均一に加熱されるため、熱分解・ガス化効率が向上する。第二円筒体は、第一スクリューコンベア１２２と一体的に連結された上で第一スクリューコンベア１２２とともに回転しても良く、第一スクリューコンベア１２２とは別に独立して回転しても良い。

図５に示されるように、第二円筒体１２３の上面には、第一スクリューコンベア１２２が備える開口４０１に対応する開口５００が設けられている。また、第二円筒体１２３の側面には、周囲に存在する炭化物に対してガス化剤を供給する第三ガス化剤供給口１９２が設けられている。第三ガス化剤供給口１９２の数及び第三ガス化剤供給口１９２を設ける位置については特に限定されないが、周囲に存在する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、第二円筒体１２３の側面の全周に亘って複数個設けられることが好ましい。

図６に示されるように、第二円筒体１２３は、開口４０１及び開口５００を介して第一ガス化剤通路４０２と連通する内部空間６００を備えている。第一ガス化剤導入口４００から導入され、第一ガス化剤通路４０２を介して内部空間６００へ送出されたガス化剤は、第三ガス化剤供給口１９２を通って、第二円筒体１２３の周囲に存在する炭化物へ供給される。

第二円筒体１２３の下部には、略円盤状で回転可能な第二切り出し部材１２４が設けられている。第二切り出し部材１２４は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物が熱分解・ガス化された際に生じる灰分（反応残渣）を受ける受盤であり、その外周部が第一シリンダー１２６の内面との間に隙間を設けるようにして設けられている。第二切り出し部材１２４が回転することにより、その上面において受けた灰分を第一シリンダー１２６の内面との間の隙間から下方へ落下させる。灰分が塊となっている場合等は、第一シリンダー１２６の内面との間の隙間において灰分を破砕しても良い。第二切り出し部材１２４は、第二円筒体１２３と一体的に連結された上で第二円筒体１２３とともに回転しても良く、第二円筒体１２３とは別に独立して回転しても良い。

第二切り出し部材１２４から落下した灰分は、排出口１６３を通って第一シリンダー１２６の外部へ排出される。なお、配分を排出口１６３から効率良く排出するため、例えば、第二切り出し部材１６３とともに回転して灰分を掻き出すスクレーパー状部材を第二切り出し部材１２４の下部に設けても良い。

第二切り出し部材１２４は、中実に構成されても良く、図７に示されるように内部空間７００を備えて中空に構成されても良い。第二切り出し部材１２４が内部空間７００を備える場合、内部空間７００を内部空間６００に連通させることにより、第一ガス化剤導入口４００から導入されるガス化剤の量を増加させることができる。

第二シリンダー（炭化物搬送シリンダー）１１８は筒状に構成されている。第二シリンダー１１８は、一端が第一シリンダー１２６の上端近傍において第一シリンダー１２６と連通しており、他端の近傍には、排出口１５６から排出された炭化物を第二シリンダー１１８の内部へ投入する投入口１６１が設けられている。

第二スクリューコンベア（破砕スクリューコンベア）１２０は、第二シリンダー１１８の内部において同軸に設けられている。

図８に示されるように、第二スクリューコンベア１２０は、第二軸部８００と、第二軸部８００の回りに螺旋状に延びる第二羽根部８０１を備えている。第二スクリューコンベア１２０が回転することにより、投入口１６１から投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ第二シリンダー１１８の内部を移動する。ここで、第二スクリューコンベア１２０の回転に伴って第二羽根部８０１が炭化物及び反応残渣を掻き出すように作用するため、炭化物及び反応残渣が第二シリンダー１１８の内部において固着することがない。第二軸部８０１には、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を供給する第二ガス化剤供給口１９１が設けられている。第二ガス化剤供給口１９１の数は特に限定されないが、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、適宜間隔をあけて複数個設けられることが好ましい。第二ガス化剤供給口１９１を設ける位置についても特に限定されず、適宜選択して良い。

ここで、第一シリンダー１２６の内部において炭化物をより効率的に熱分解・ガス化させるためには、炭化物を十分に破砕してその表面積を大きくしておくことが好ましい。そのため、第二スクリューコンベア１２０は、投入口１６１から投入された炭化物を第一シリンダー１２６との連通部の方向へ破砕しながら移動させることが好ましい。この場合、第二羽根部８０１は、リボン型に構成されたいわゆるリボンスクリューであることが好ましい。第二羽根部８０１は、支持部材８０２によって支持されて良い。支持部材８０２の大きさ、形状及び材料については特に限定されず、粉砕の度合いや必要となる強度等に応じて適宜選択して良い。

図９に示されるように、第二スクリューコンベア１２０は、第二スクリューコンベア１２０の内部にガス化剤を導入する第二ガス化剤導入口９００を一端に備えている。また、第二スクリューコンベア１２０は、第二ガス化剤導入口９００から導入されたガス化剤を第二ガス化剤供給口１９１へ移動させるための第二ガス化剤通路９０２を備えている。第二ガス化剤通路９０２の直径については特に限定されず、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対して供給するガス化剤の量に応じて適宜選択して良い。なお、第二スクリューコンベア１２０の他端は、開口９０１を備えて開口するように構成されても良い。

以上説明した本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００の動作について、以下、説明する。

本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００は、以下の工程に基づいて動作する。
（１）有機廃棄物を投入する工程
（２）有機廃棄物を燃焼・炭化させる工程
（３）炭化した有機廃棄物を消火する工程
（４）消火した炭化物を排出する工程
（５）排出した炭化物を投入する工程
（６）投入した炭化物を破砕する工程
（７）破砕した炭化物を熱分解・ガス化させる工程
（８）生成した水性ガス・反応残渣を排出する工程

（１）有機廃棄物を投入する工程
有機廃棄物を投入口１５０から本体１１０の内部へ投入する。

（２）有機廃棄物を燃焼・炭化させる工程
投入口１５０から本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物を炭化領域１３０Ｂにおいて燃焼・炭化させる。具体的には、バーナー等によって有機廃棄物に着火するとともに空気供給口１５２から本体１１０の内部へ空気を供給して有機廃棄物を燃焼させる。有機廃棄物を燃焼させると、炭化物を多く含む固形分と熱分解ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は精練領域１３０Ｃへ移動し、熱分解ガスは燃焼領域１３０Ａへ移動して二次燃焼される。この二次燃焼によって得られた熱は、第一円筒体１１４を加熱する他、少ない熱的損失で第一シリンダー１２６を迅速且つ均一に加熱する。精練領域１３０Ｃへ移動した炭化物を多く含む固形分の内部には熱分解ガスが存在しているため、このまま消火されると、炭化物に含まれる不純物が多くなり、また、炭化物の収量が低下するおそれがある。そこで、本工程では、空気供給口１５４から空気を供給するとともに第一円筒体１１４から輻射熱を与えることによって、炭化物を多く含む固形分の内部に存在している熱分解ガスの燃焼を促進させて炭化を促進させる。これにより、炭化物を多く含む固形分の内部に存在している熱分解ガスを除去することができる。このとき、第一円筒体１１４が回転することにより、第一円筒体１１４の周囲が均一に加熱され、炭化が均一に促進される。本工程では、投入口１５０付近及び燃焼領域１３０Ａの温度を８００℃から１０００℃とすることが好ましく、精練領域１３０Ｃの温度を６００℃から８００℃程度とすることが好ましい。なお、燃焼領域１３０Ａでの熱分解ガスの滞留時間を２秒以上とすると、ダイオキシンの発生を低減できる。

（３）炭化した有機廃棄物を消火する工程
精練領域１３０Ｃにおいて炭化物を多く含む固形分を十分に炭化させて得られた炭化物は、消火領域１３０Ｄへ移動する。この消火領域１３０Ｄは低酸素雰囲気であるため、消火領域１３０Ｄへ移動した炭化物は消火される。

（４）消火した炭化物を排出する工程
消火領域１３０Ｄにおいて消火された炭化物は、第一切り出し部材１１５の外周部と本体１１０の内面との間に設けられている隙間から下方へ落下し、排出口１５６から本体１１０の外部へ排出される。

（５）排出した炭化物を投入する工程
排出口１５６から本体１１０の外部へ排出された炭化物を、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入する。ここで、排出口１５６から投入口１６１へ炭化物を搬送する手段は特に限定されず、バケットコンベア等、公知の手段を用いて良い。

（６）投入した炭化物を破砕する工程
投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第二スクリューコンベア１２０が回転することによって第一シリンダー１２６との連通部の方向へ移動される。このとき、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ破砕されながら移動されることが好ましい。また、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ移動される間も、後述する水性ガス化反応及び水性ガスシフト反応が進行することが好ましい。ここで、第二シリンダー１１８は第一シリンダー１２６と連通しているため、第二シリンダー１１８の内部は、第一シリンダー１２６の内部と同様の高温となっている。また、ガス化剤としての水蒸気は、第二ガス化剤導入口９００から第二スクリューコンベア１２０の内部へ導入され、第二ガス化剤通路９０２を通って第二ガス化剤供給口１９１から噴出し、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物へ供給される。

（７）破砕した炭化物を熱分解・ガス化させる工程
第二スクリューコンベア１２０の回転によって第一シリンダー１２６の内部に到達した炭化物は、第一スクリューコンベア１２２が回転することによって第一シリンダー１２６の内部を第二円筒体１２３の方向へ移動し、その間、水性ガス化反応（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２−２８．３６ｋｃａｌ／ｍｏｌ）及び水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２＋９．８５ｋｃａｌ／ｍｏｌ）が連続して進行する。このとき、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動するため、第一シリンダー１２６によって炭化物が直接的に加熱され、熱分解・ガス化が促進される。ここで、第一シリンダー１２６は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されている。また、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一羽根部３０１の上面を滑るように移動するため、第一羽根部３０１によって炭化物が直接的に加熱され、熱分解・ガス化が促進される。ここで、第一羽根部３０１は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱、熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱及び第一シリンダー１２６から発せられる輻射熱によって加熱されている。ガス化剤としての水蒸気は、第一ガス化剤導入口４００から第一スクリューコンベア１２２の内部へ導入され、第一ガス化剤通路４０２を通って第一ガス化剤供給口１９０から噴出し、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物へ供給される。その結果、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の成分を含む熱分解ガス（水性ガス）が生成される。一般的に、低温（７５０℃から８００℃）では、発熱反応である水性ガスシフト反応が促進され、高カロリーの一酸化炭素が消費されて低カロリーの水素が生成されるので、単位体積当たりの発熱量が小さい水素リッチな熱分解ガスが生成される。また、一般的に、高温（９００℃から９５０℃）では、一酸化炭素リッチな熱分解ガスが生成される。さらに、ガス化剤としての水蒸気の供給量が多いほど、熱分解ガス中のＨ_２／ＣＯ比が高くなる。第二円筒体１２３の付近に到達した炭化物は、第二円筒体１２３から発せられる輻射熱及び第三ガス化剤供給口１９２から噴出する水蒸気によって熱分解・ガス化がさらに促進される。このとき、第二円筒体１２３が回転することにより、第二円筒体１２３の周囲が均一に加熱され、熱分解・ガス化が均一に促進される。

（８）生成した水性ガス・反応残渣を排出する工程
第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化することで得られた水性ガスは、排出口１６３から取り出される。また、第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化した後に生じる灰分（反応残渣）は、第二切り出し部材１２４の外周部と第一シリンダー１２６の内面との間に設けられている隙間から下方へ落下し、排出口１６３から第一シリンダー１２６の外部へ排出される。気体である水性ガスと固体である反応残渣とは、例えば、サイクロンによって分離されて良い。

次に、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２について説明する。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。図示されるように、第一スクリューコンベア１２２が備える第一羽根部３０１は、第一軸部３００の軸方向における複数の箇所に分散して設けられている。第一羽根部３００がこのように複数の箇所に分散して設けられていることにより、第一羽根部３００が設けられていない範囲においては、炭化物が第一シリンダー１２６の内部を迅速に移動する。そのため、第一羽根部３０１を第一軸部３００の軸方向における複数の箇所に適宜分散して設けることにより、炭化物が第一シリンダー１２６の内部を移動する時間、即ち、炭化物を熱分解・ガス化させる時間を適宜調節することができる。また、炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら熱分解・ガス化される箇所は、第一羽根部３００が設けられている箇所である。そのため、第一羽根部３０１が設けられている箇所が互いに重複しない複数の第一スクリューコンベア１２２を用意した上でそれらの第一スクリューコンベア１２２を一定期間毎にローテーションして使用することにより、炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら熱分解・ガス化される箇所が第一シリンダー１２６の内面における特定の箇所に集中することを防ぐことができ、ひいては第一シリンダー１２６のロングライフ化が可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。

例えば、第一スクリューコンベア１２２が備える第一ガス化剤供給口１９０は、第一羽根部３０１の下面（裏面）に設けても良い。第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物は、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動し、また、第一羽根部３０１の上面を滑りながら移動することから、第一ガス化剤供給口１９０を第一羽根部３０１の下面（裏面）に設けることにより、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物によって目詰まりすることがより効果的に防止される。

１００バイオマスガス化装置
１１０本体
１１１筒状部材
１１２筒状部材
１１３筒状部材
１１４第一円筒体
１１５第一切り出し部材
１１８第二シリンダー
１２０第二スクリューコンベア
１２２第一スクリューコンベア
１２３第二円筒体
１２４第二切り出し部材
１２６第一シリンダー
１３０Ａ燃焼領域
１３０Ｂ炭化領域
１３０Ｃ精練領域
１３０Ｄ消火領域
１４１排気口
１５０投入口
１５２空気供給口
１５４空気供給口
１５６排出口
１６１投入口
１６３排出口
１８０支持部材
１９０第一ガス化剤供給口
１９０Ａ第一ガス化剤供給口
１９１第二ガス化剤供給口
１９２第三ガス化剤供給口
２００軸部
３００第一軸部
３０１第一羽根部
３０１Ｕ第一羽根部
３０１Ｌ第一羽根部
４００第一ガス化剤導入口
４０１開口
４０２第一ガス化剤通路
５００開口
６００内部空間
７００内部空間
８００第二軸部
８０１第二羽根部
８０２支持部材
９００第二ガス化剤導入口
９０１開口
９０２第二ガス化剤通路

Claims

バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、該装置は、
筒状の本体と、
前記本体に収容され、蓄熱性を有する第一円筒体と、
前記第一円筒体の下部に設けられる略円盤状の第一切り出し部材と、
前記本体、前記第一円筒体及び前記第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられる第一シリンダーと、
前記第一シリンダーの内部に同軸に設けられ、第一軸部と前記第一軸部の周りに螺旋状に延びる第一羽根部とを有する第一スクリューコンベアと、
前記第一スクリューコンベアの下部に設けられ、蓄熱性を有する第二円筒体と、
前記第二円筒体の下部に設けられる略円盤状の第二切り出し部材と、
前記第一シリンダーの側面において前記第一シリンダーと連通する第二シリンダーと、
前記第二シリンダーの内部に同軸に設けられ、第二軸部と前記第二軸部の周りに螺旋状に延びる第二羽根部とを有する第二スクリューコンベアとを備え、
前記第一スクリューコンベアは、前記第一軸部に設けられる第一ガス化剤導入口と、前記第一軸部に設けられる第一ガス化剤供給口と、前記第一ガス化剤導入口と前記第一ガス化剤供給口とを連通させる第一ガス化剤通路とを有し、
前記第二スクリューコンベアは、前記第二軸部に設けられる第二ガス化剤導入口と、前記第二軸部に設けられる第二ガス化剤供給口と、前記第二ガス化剤導入口と前記第二ガス化剤供給口とを連通させる第二ガス化剤通路とを有し、
前記第二円筒体は、内部が前記第一ガス化剤通路と連通し、側面に第三ガス化剤供給口を有することを特徴とするバイオマスガス化装置。
前記第一ガス化剤供給口が、上下に対向して隣接する二つの前記第一羽根部のうち、上側の前記第一羽根部に近接して設けられている請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
前記第一ガス化剤供給口が、前記第一羽根部の下面にさらに設けられる請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
前記第二羽根部がリボン型である請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
前記第一羽根部が、前記第一軸部の軸方向における複数の箇所に分散して設けられている請求項１に記載のバイオマスガス化装置。