JP6006467B1

JP6006467B1 - 改質炉及びそれを用いたガス化システム

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Publication number: JP6006467B1
Application number: JP2016548208A
Authority: JP
Inventors: 山本　貴士; 貴士山本; 君典高橋
Original assignee: TESNA ENERGY CO., LTD.
Current assignee: TESNA ENERGY CO., LTD.
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: JPWO2017138157A1

Abstract

炉内で舞い上がった反応残渣や未反応の炭化物が不純物として水性ガスに紛れ込むことを防止し、且つ、炉内、特に熱分解・ガス化を行う領域で炭化物そのものを効率良く攪拌する改質炉及びそれを用いたガス化システムを提供する。改質炉は、内筒と、外筒と、中空の円筒体と、切り出し部材と、回転軸とを備える。内筒は、下方から上方に向かって断面積が拡大する断面積拡大部を備えて上方の断面積が下方の断面積より大きく形成される。円筒体は、炭化物を攪拌するためのスクリュー羽根と、上下に対向して隣接する二つのスクリュー羽根のうち上側のスクリュー羽根に近接して複数設けられるガス化剤供給口とを備え、ガス化剤供給口は、水平よりも低い方向へガス化剤を噴出するように角度を持って形成された孔からなる。

Description

本発明は、炭化したバイオマスから水性ガスを生成する改質炉（熱分解ガス化装置）に関する。

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を行うことが提案されている。

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・ガス化させる必要があるところ、例えば特許文献１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。

しかしながら、従来の改質炉は、熱分解・ガス化によって生じた水性ガスが速い流れを維持したまま水性ガスを取り出すための取り出し口から排出されるため、炉内で舞い上がった反応残渣や未反応の炭化物が不純物として水性ガスに紛れ込んでしまい、水性ガスに含まれる不純物を除去するサイクロン等の負荷の増大や水性ガスの純度の低下を引き起こしていた。

また、炭化物の熱分解・ガス化を促進するためには、炭化物を効率良く且つ温度分布が均一になるように加熱することは勿論のこと、炉内、特に熱分解・ガス化を行う領域で炭化物そのものを効率良く攪拌して未反応の炭化物を減少させることが望まれる。そのため、炉内、特に熱分解・ガス化を行う領域に進入した炭化物そのものを効率良く攪拌して熱分解・ガス化を促進する技術が求められていた。

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、炉内で舞い上がった反応残渣や未反応の炭化物が不純物として水性ガスに紛れ込むことを防止し、且つ、炉内、特に熱分解・ガス化を行う領域で炭化物そのものを効率良く攪拌する改質炉及びそれを用いたガス化システム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、本発明に係る改質炉は、水性ガスを取り出す開口部と反応残渣を排出する開口部とを備える筒状の内筒と、炭化炉で発生した燃焼ガスを導入する開口部と該開口部から導入した燃焼ガスを排ガスとして排出する開口部とを備えて内筒を包囲するように設けられる筒状の外筒と、内筒の下方に収容される中空の円筒体と、円筒体の下部に同軸に固定され、円筒体の内部と連通するガス化剤通路を備える円盤形状の切り出し部材と、上端が切り出し部材の下部に同軸に固定され、内筒の底部から外部へ延伸する下端にガス化剤通路と連通するガス化剤導入口を備え、モーターにより回転する回転軸とを備え、内筒は、下方から上方に向かって断面積が拡大する断面積拡大部を備えて上方の断面積が下方の断面積より大きく形成され、円筒体は、内筒に設けられた炭化物供給管から内筒の内部に供給された炭化物を攪拌するためのスクリュー羽根と、上下に対向して隣接する二つのスクリュー羽根のうち上側のスクリュー羽根に近接して複数設けられるガス化剤供給口とを備え、ガス化剤供給口は、水平よりも低い方向へガス化剤を噴出するように角度を持って形成された孔からなることを特徴とする。

円筒体は、上方から下方に向かって断面積が大きくなる円錐形状とすることができる。

切り出し部材の上面に、該切り出し部材とともに回転して反応残渣をかき出すスクレーパー状部材をさらに備えることができる。

スクレーパー状部材は、弓型に形成することができる。

円筒体は、ガス化剤供給口をスクリュー羽根の下面にさらに備えることができる。

スクリュー羽根は、円筒体の外周の複数の箇所に分散して設けることができる。

また、本発明に係る発電機は、本発明に係る改質炉で生成された水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行うことができる。

また、本発明に係るガス化システムは、本発明に係る改質炉と、バイオマス原料を乾燥させて炭化原料を生成する乾燥機と、乾燥機で生成された炭化原料を炭化させて炭化物を生成し、生成した炭化物及び燃焼ガスを改質炉に供給する炭化炉と、改質炉で生成された水性ガスを熱源として用水から蒸気を生成する第一熱交換器と、水性ガスを貯蔵するガスタンクと、ガスタンクに貯蔵された水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行う発電機と、改質炉から排出された排ガスを熱源として第一熱交換器で生成された蒸気から過熱蒸気を生成し、該過熱蒸気をガス化剤として改質炉に供給する過熱器とを備えることを特徴とする。

ガス化システムは、過熱器を経た排ガスを熱源として空気から高温の空気を生成し、該高温の空気を乾燥用熱源として乾燥機に供給する第二熱交換器をさらに備えることができる。

ガス化システムは、改質炉で生成された水性ガスに含まれる不純物を除去した上で該水性ガスを第一熱交換器に送出する第一サイクロンと、改質炉から排出された排ガスに含まれる不純物を除去した上で該排ガスを過熱器に送出する第二サイクロンとをさらに備えることができる。

本発明によれば、炉内で舞い上がった反応残渣や未反応の炭化物が不純物として水性ガスに紛れ込むことを防止し、且つ、炉内、特に熱分解・ガス化を行う領域で炭化物そのものを効率良く攪拌する改質炉及びそれを用いたガス化システムを提供できる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る改質炉１００を示した部分断面図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る内筒１０１を示した断面図である。図３は、本発明の第一実施形態に係る外筒１０２を示した断面図である。図４は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した正面図である。図５は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した断面図である。図６は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した拡大断面図である。図７は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４及び回転軸１０５を示した正面図である。図８は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４を示した上面図である。図９は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４及び回転軸１０５を示した断面図である。図１０は、本発明の第一実施形態に係る改質炉１００を示した拡大部分断面図である。図１１は、本発明の第一実施形態に係るガス化システムを示したブロック図である。図１２は、本発明に係る切り出し部材１０４の第一変形例を示した上面図である。図１３は、本発明に係る切り出し部材１０４の第二変形例を示した断面図である。

以下、本発明に係る改質炉の実施形態を詳細に説明する。なお、全ての図を通して、同一の参照符号は、同一の物又は同等の物を示すものとする。

まず、本発明の第一実施形態に係る改質炉１００の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る改質炉１００を示した部分断面図である。図示されるように、改質炉１００は、内筒１０１と、外筒１０２と、円筒体１０３と、切り出し部材１０４と、回転軸１０５とを備えている。

次に、本発明の第一実施形態に係る内筒１０１の構成について、図２を参照しながら説明する。

図２は、本発明の第一実施形態に係る内筒１０１を示した断面図である。図示されるように、筒状部材１２０からなる内筒１０１は、上端及び下端が閉止しており、生成した水性ガスを取り出す開口部１２２を上端乃至その近傍に備え、反応残渣（灰分）２８３を排出する開口部１２３を下端乃至その近傍に備え、炭化物２８２を供給する開口部１２４を略中間乃至下端寄りに備えている。開口部１２４には、改質炉１００の外部から炭化物２８２を供給するための炭化物供給管１２７が固定されている。

内筒１０１は、上方の内部空間１２５の断面積が下方の内部空間１２６の断面積よりも大きくなるように、その断面積が下方から上方に向かって拡大する断面積拡大部１２１を備えている。断面積拡大部１２１を備える位置は特に限定されないが、内筒１０１の中間乃至下端寄りであることが好ましい。

次に、本発明の第一実施形態に係る外筒１０２の構成について、図３を参照しながら説明する。

図３は、本発明の第一実施形態に係る外筒１０２を示した断面図である。図示されるように、筒状部材１４０からなる外筒１０２は、炭化炉で発生した燃焼ガスを導入する開口部１４４を上端乃至その近傍に備え、開口部１４４から導入した燃焼ガスを排ガスとして排出する開口部１４５を下端乃至その近傍に備えている。外筒１０２は、内筒１０１を包囲するように設けられるため、上端には内筒１０１の上方の外径に合わせた開口部１４１が、下端には内筒１０１の下方の外径に合わせた開口部１４２がそれぞれ形成されている。また、略中間乃至下端寄りには炭化物供給管１２７の外径に合わせた開口部１４３が形成されている。なお、本実施形態では内筒１０１が外筒１０２を軸方向に貫通するように設けられているが、内筒１０１を設ける形態はこれに限定されず、内筒１０１の内部に炭化物２８２を供給する機能、開口部１２２から水性ガスを取り出す機能及び開口部１２３から反応残渣２８３を排出する機能が確保される限り、例えば、内筒１０１を外筒１０２の内部に収容しても良い。

外筒１０１は、内筒１０１の断面積拡大部１２１に合わせた断面積拡大部１４７を備えている。なお、本実施形態では外筒１０２が断面積拡大部１４７を備えることで内筒１０１と外筒１０２の横方向の間隔が外筒１０２の上端から下端に亘って均一となっているが、外筒１０２の形状はこれに限定されず、例えば、断面積拡大部１４７を備えずに寸胴形状にすることで、開口部１４４から導入された燃焼ガスを上方よりも下方に多く滞留させ、内筒１０１の下方で熱分解・ガス化させる炭化物２８２を効率良く加熱するようにしても良い。

次に、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３の構成について、図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した正面図である。図５は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した断面図である。図示されるように、内部空間１８１を有する中空の円筒体１０３は、スクリュー羽根１６０と、ガス化剤供給口１６１と、開口部１８０とを備えている。円筒体１０３は、内筒１０１の下方に収容され、円筒体１０３と内筒１０１とで挟まれる空間を、熱分解・ガス化を行う領域（熱分解・ガス化領域２８０）とする。円筒体１０３の上端は、上方から落下する炭化物２８２が堆積しないように丸みを持って形成されている。なお、円筒体１０３の上端の形状はこれに限定されず、上端が尖るように形成されても良い。円筒体１０３は寸胴形状であっても良いが、上方から下方に向かって断面積が大きくなる円錐形状にすれば、上方から落下する炭化物２８２が熱分解・ガス化領域へスムーズに進入し、且つ、熱分解・ガス化領域へ進入した炭化物２８２が熱分解・ガス化領域をすぐに通り抜けることなく十分に滞留する効果が得られる。

スクリュー羽根１６０は、円筒体１０３の外周に螺旋状に設けられており、円筒体１０３の回転に伴ってスクリュー羽根１６０が回転することにより、内筒１０１の内部に供給された炭化物２８２を攪拌する。スクリュー羽根１６０の材料については特に限定されず、公知の材料、例えばＳＣＨ２２などの耐熱鋳鋼やセラミックを用いることができる。なお、スクリュー羽根１６０は、円筒体１０３の外周の複数の箇所に分散して設けても良い。

ガス化剤供給口１６１は、内筒１０１の内部に供給された炭化物２８２に対してガス化剤を供給するためのものである。ガス化剤供給口１６１の数は特に限定されないが、内筒１０１の内部に供給された炭化物２８２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ることが好ましい。ガス化剤供給口１６１を設ける位置については特に限定されないが、上方から落下する炭化物２８２がガス化剤供給口１６１に付着して目詰まりすることを防止するため、上下に対向して隣接する二つのスクリュー羽根１６０のうち上側のスクリュー羽根に近接する位置に設けられることが好ましい。本実施形態に係るガス化剤供給口の構成については後述する。

開口部１８０は、円筒体１０３の内部空間１８１と後述するガス化剤通路２４０とを連通させるための開口部である。

次に、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３が備えるガス化剤供給口１６１の構成について、図６を参照しながら補足説明する。

図６は、本発明の第一実施形態に係る円筒体１０３を示した拡大断面図である。図示されるように、円筒体１０３が備えるガス化剤供給口１６１ａは、上下に対向して隣接する二つのスクリュー羽根１６０ａ及び１６０ｂのうち上側のスクリュー羽根１６０ａに近接する位置、即ち、少なくともＡ＞Ｂとなる位置に設けられている。同様に、ガス化剤供給口１６１ｂは、上下に対向して上下に対向して隣接する二つのスクリュー羽根１６０ｂ及び１６０ｃ（図示せず）のうち上側のスクリュー羽根１６０ｂに近接する位置に設けられている。ガス化剤供給口１６１がこのような位置に設けられていることにより、上側のスクリュー羽根１６０が、上方から落下する炭化物２８２がガス化剤供給口１６１に接触することを遮る効果を発揮する。これにより、上方から落下する炭化物２８２によってガス化剤供給口１６１が目詰まりすることを防止することができる。また、円筒体１０３が備えるガス化剤供給口１６１は、符号２００で示す水平よりも低い方向へガス化剤を噴出するように角度（θ）を持って形成された孔からなっている。ガス化剤供給口１６１がこのような角度を持っていることにより、上方から落下する炭化物２８２によってガス化剤供給口１６１が目詰まりすることをより一層防止できる。

次に、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４及び回転軸１０５の構成について、図７乃至図９を参照しながら説明する。

図７は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４及び回転軸１０５を示した正面図である。図８は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４を示した上面図である。図９は、本発明の第一実施形態に係る切り出し部材１０４及び回転軸１０５を示した断面図である。図示されるように、円盤形状の切り出し部材１０４は、内筒１０１の内部において炭化物２８２が熱分解・ガス化された後に生じる反応残渣２８３を受けるための部材であり、上面の中心部に円筒体１０３が同軸に固定される。切り出し部材１０４が受けた反応残渣２８３は、切り出し部材１０４が回転することにより、内筒１０１との隙間２８１から下方へ落下する。ここで、切り出し部材１０４が受けた反応残渣２８３を内筒１０１との隙間２８１から効率良く落下させるため、切り出し部材１０４とともに回転して反応残渣２８３をかき出すためのスクレーパー状部材２２０を切り出し部材１０４の上面に設けても良い。なお、反応残渣２８３が塊となっている場合等は、スクレーパー状部材２２０によって内筒１０１との隙間２８１において反応残渣２８３を破砕しても良い。

切り出し部材１０４は、後述するガス化剤導入口２６０から導入されたガス化剤が通過するガス化剤通路２４０を備えている。ガス化剤通路２４０は、上端は切り出し部材１０４の上面に固定される円筒体１０３の内部空間１８１と連通し、下端は回転軸１０５が備えるガス化剤通路２６１と連通している。ガス化剤通路２４０の直径については特に限定されず、炭化物２８２に対して供給するガス化剤の所望量に応じて適宜選択して良い。

回転軸１０５は、切り出し部材１０４及び切り出し部材１０４の上面に固定される円筒体１０３を回転させるための軸部材であり、回転機構、例えばモーター（図示せず）によって回転する。回転軸１０５は、上端が切り出し部材１０４の下面の中心部に同軸に固定され、下端が内筒１０１の底部から外部へ延伸する長さに形成されている。

回転軸１０５は、ガス化剤を導入するためのガス化剤導入口２６０と、ガス化剤導入口２６０から導入されたガス化剤が通過するガス化剤通路２６１とを備えている。ガス化剤通路２６１は、上端は切り出し部材１０４が備えるガス化剤通路２４０と連通し、下端はガス化剤導入口２６０と連通している。これにより、ガス化剤導入口２６０から導入されたガス化剤は、回転軸１０５が備えるガス化剤通路２６１及び切り出し部材１０４が備えるガス化剤通路２４０を経て、円筒体１０３の内部空間１８１に進入し、ガス化剤供給口１６１から内筒１０１の内部へ噴出するようになっている。ガス化剤通路２６１の直径については特に限定されず、炭化物２８２に対して供給するガス化剤の所望量に応じて適宜選択して良い。ガス化剤導入口２６０は、回転軸１０５の下端に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して、回転軸１０５の横方向からガス化剤を導入できるように形成されても良い。

以上説明した本発明の第一実施形態に係る改質炉１００の動作について、図１０を参照しながら説明する。

図１０は、本発明の第一実施形態に係る改質炉１００を示した拡大部分断面図である。本発明の第一実施形態に係る改質炉１００は、以下の工程に基づいて動作する。
（１）炭化物を投入（供給）する工程
（２）炭化物を熱分解・ガス化させる工程
（３）生成された水性ガスを取り出す工程
（４）反応残渣を排出する工程

（１）炭化物を供給（投入）する工程
炭化炉によって生成した炭化物２８２が、炭化物供給管１２７から内筒１０１の内部に投入される。ここで、炭化物供給管１２７には、炭化物２８２を内筒１０１の内部に自動的に供給するための機構、例えば、スクリューコンベアやベルトコンベアを設けて良い。

（２）炭化物を熱分解・ガス化させる工程
内筒１０１の内部に供給された炭化物２８２は、内筒１０１と円筒体１０３で挟まれた熱分解・ガス化領域２８０に進入する。ここで、ガス化剤としての水蒸気（過熱蒸気）は、ガス化剤導入口２６０から導入され、ガス化剤通路２６１及びガス化剤通路２４０を通過して円筒体１０３の内部空間１８１に到達し、ガス化剤供給口１６１から噴出している。また、内筒１０１は、炭化炉で発生して開口部１４４から外筒１０２の内部空間１４６に導入された燃焼ガスによって加熱されている。これにより、熱分解・ガス化領域２８０に進入した炭化物２８２は、内筒１０１の熱及び内筒１０１から発せられる輻射熱によって加熱されるともに、ガス化剤供給口１６１からガス化剤が供給される。その結果、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）が連続して進行し、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の成分を含む水性ガス（熱分解ガス）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水性ガスが生成される。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。また、円筒体１０３の回転に伴ってスクリュー羽根１６０が回転することにより、炭化物２８２が効率良く攪拌される。これにより、炭化物２８２の熱分解・ガス化が促進され、未反応の炭化物２８２が減少する。なお、円筒体１０３及びスクリュー羽根１６０の材料として蓄熱性を有する材料、例えば鋳鉄やステンレスなどを用いれば、円筒体１０３及びスクリュー羽根１６０から発せられる輻射熱によって、炭化物２８２の熱分解・ガス化がさらに促進される。

（３）生成された水性ガスを取り出す工程
熱分解・ガス化領域２８０において生成された水性ガスは、内筒１０１の上端乃至その近傍に設けられた開口部１２２から取り出される。ここで、内筒１０１が断面積拡大部１２１を備えていることにより、内筒１０１の上方の断面積が大きく、即ち、内筒１０１の上方の内部容積が大きく形成されている。これにより、熱分解・ガス化領域２８０において生成された水性ガスが開口部１２２に到達するまでの間に流速が下がるため、内筒１０１の内部で舞い上がった反応残渣２８３や未反応の炭化物２８２が水性ガスの流れに押し上げられて開口部１２２まで到達することが防止される。これにより、開口部１２２から取り出される水性ガスに反応残渣２８３や未反応の炭化物２８２が不純物として紛れ込むことが防止される。また、熱分解・ガス化領域２８０において生成された水性ガスが開口部１２２に到達するまでの間に流速が下がるため、開口部１２２から取り出されるまでの間に、水性ガスの成分が均質化される。改質炉１００で生成された水性ガスは、水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行う発電機に供給することにより、発電を行うことができる。なお、一般的には、生成された水性ガスに含まれるタール分及び不純ガス分を洗浄精製するためにスクラバー（水洗浄機）が用いられているが、改質炉１００では、予めタール分及び不純ガス分を炭化させて除去した上で純粋な炭素分と水蒸気とを反応させることにより、水を用いるガス処理の工程が省略されている。これにより、改質炉１００及び後述するガス化システム３００の構成が簡素化され、また、水を用いるガス処理によって生じる廃棄物を排出することがない。

（４）反応残渣を排出する工程
炭化物２８２が熱分解・ガス化された後に発生する反応残渣２８３は、切り出し部材１０４が回転することにより、内筒１０１との隙間２８１から下方へ落下し、開口部１２３から排出される。なお、炭化物２８２を熱分解・ガス化させるための熱源として開口部１４４から外筒１０１の内部空間１４６に導入された燃焼ガスは、開口部１４５から排出される。

次に、本発明に係る改質炉を用いたガス化システムの実施形態を詳細に説明する。なお、全ての図を通して、同一の参照符号は、同一の物又は同等の物を示すものとする。

図１１は、本発明の第一実施形態に係るガス化システム３００を示したブロック図である。図示されるように、ガス化システム３００は、改質炉１００と、乾燥機３０１と、炭化炉３０２と、第一サイクロン３０３と、第二サイクロン３０４と、過熱器３０５と、第一熱交換器３０６と、第二熱交換器３０７と、ガスタンク３０８と、発電機３０９とを備えている。

乾燥機３０１は、高温の空気を乾燥用熱源としてバイオマス原料を乾燥させて炭化原料を生成する装置である。乾燥機３０１の具体的な構造については特に限定されず、例えば、回転シェルの内部に高温の空気を送る乾燥機を用いることができる。

炭化炉３０２は、乾燥機３０１で生成された炭化原料を炭化させて炭化物２８２を生成する装置である。炭化炉３０２の具体的な構造については特に限定されず、例えば、低酸素雰囲気下で炭化原料を４００℃乃至６００℃に加熱して炭化させる炭化炉を用いることができる。

第一サイクロン３０３は、改質炉１００で生成された水性ガスに含まれる不純物を除去するための装置である。第一サイクロン３０３の具体的な構造については特に限定されず、公知のサイクロンを用いることができる。なお、第一サイクロン３０３は、省略しても良い。

第二サイクロン３０４は、改質炉１００から排出された排ガスに含まれる不純物を除去するための装置である。第二サイクロン３０４の具体的な構造については特に限定されず、公知のサイクロンを用いることができる。なお、第二サイクロン３０４は、省略しても良い。

過熱器３０５は、蒸気から過熱蒸気を生成するための装置である。過熱器３０５の具体的な構造については特に限定されず、公知の過熱器を用いることができる。

第一熱交換器３０６は、用水から蒸気を生成するための装置である。第一熱交換器３０６の具体的な構造については特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。

第二熱交換器３０７は、空気から高温の空気を生成するための装置である。第二熱交換器３０７の具体的な構造については特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。

ガスタンク３０８は、改質炉１００で生成された水性ガスを貯蔵するための装置である。ガスタンク３０８の具体的な構造については特に限定されず、公知のガスタンクを用いることができる。

発電機３０９は、改質炉１００で生成された水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行うための装置である。発電機３０９の具体的な構造については特に限定されず、公知の発電機を用いることができる。

以上説明した本発明の第一実施形態に係るガス化システム３００の動作について、図１１を参照しながら説明する。

まず、バイオマス原料が乾燥機３０１に投入される。次に、乾燥機３０２で生成された炭化原料が炭化炉３０２に投入される。次に、炭化炉３０２で生成された炭化物２８２が改質炉１００に投入され、また、炭化炉で発生した燃焼ガスが改質炉１００に導入される。改質炉１００で生成された水性ガスは、第一サイクロン３０３に送出されて不純物が除去され、第一熱交換器３０６を経て、ガスタンク３０８に貯蔵され、発電機３０９に送出されて発電が行われる。一方、改質炉１００から排出された排ガスは、第二サイクロン３０４に送出されて不純物が除去され、過熱器３０５を経て、第二熱交換器３０７を経た後、煙突（図示せず）より排出される。なお、第二熱交換器３０７と煙突との間にバグフィルターを設けることにより、有害物質等を処理することが好ましい。

改質炉１００でガス化剤として用いる水蒸気（過熱蒸気）は、改質炉１００で生成された水性ガスを熱源として第一熱交換器３０６において用水から生成した蒸気を、改質炉１００から排出された排ガスを熱源として過熱器３０５においてさらに加熱することにより生成する。

乾燥機３０１で乾燥用熱源として用いる高温の空気は、改質炉１００から排出されて過熱器３０５を経た排ガスを熱源として、第二熱交換器３０７において空気を加熱することにより生成する。従来のガス化システムでは改質炉から排出された排ガスをそのまま乾燥用熱源として用いていたが、改質炉から排出された排ガスは非常に高温であるため、乾燥させる過程でバイオマス原料が焦げたり着火したりしてしまう問題があった。本実施形態に係るガス化システムは、改質炉１００から排出された排ガスを熱源として加熱した空気を乾燥用熱源として用いるため、上記の問題が解消されている。なお、乾燥機３０１自体が乾燥用熱源を備えている場合等は、第二熱交換器３０７を省略しても良い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態及びその変形例を組み合わせて良い他、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、図１２は、本発明に係る切り出し部材１０４の第一変形例を示した上面図である。図示されるように、切り出し部材１０４の上面に設けられるスクレーパー状部材３２０は、弓状に形成することができる。これにより、切り出し部材１０４が受けた反応残渣２８３を内筒１０１との隙間２８１から下方へよりスムーズに落下させることができる。

例えば、図１３は、本発明に係る切り出し部材１０４の第二変形例を示した断面図である。図示されるように、切り出し部材１０４に設けられたガス化剤通路２４０は、ガス化剤滞留空間３４０を備えることができる。これにより、ガス化剤を改質炉１００の内部により多く導入できる他、切り出し部材１０４に伝達した熱によってガス化剤を加熱した上で、そのガス化剤をガス化剤供給口１６１から炭化物２８２に供給することができる。

例えば、ガス化剤供給口１６１は、スクリュー羽根１６０の下面（裏面）に設けることができる。これにより、上方から落下する炭化物２８２によってガス化剤供給口１６１が目詰まりすることをより一層防止できる。

１００改質炉
１０１内筒
１０２外筒
１０３円筒体
１０４切り出し部材
１０５回転軸
１２０筒状部材
１２１断面積拡大部
１２２開口部
１２３開口部
１２４開口部
１２５内部空間
１２６内部空間
１２７炭化物供給管
１４０筒状部材
１４１開口部
１４２開口部
１４３開口部
１４４開口部
１４５開口部
１４６内部空間
１４７断面積拡大部
１６０スクリュー羽根
１６０ａスクリュー羽根
１６０ｂスクリュー羽根
１６１ガス化剤供給口
１６１ａガス化剤供給口
１６１ｂガス化剤供給口
１８０開口部
１８１内部空間
２００水平線
２２０スクレーパー状部材
２４０ガス化剤通路
２６０ガス化剤導入口
２６１ガス化剤通路
２８０熱分解・ガス化領域
２８１隙間
２８２炭化物
２８３反応残渣
３００ガス化システム
３０１乾燥機
３０２炭化炉
３０３第一サイクロン
３０４第二サイクロン
３０５過熱器
３０６第一熱交換器
３０７第二熱交換器
３０８ガスタンク
３０９発電機
３２０スクレーパー状部材
３４０ガス化剤滞留空間

Claims

水性ガスを取り出す開口部と反応残渣を排出する開口部とを備える筒状の内筒と、
炭化炉で発生した燃焼ガスを導入する開口部と該開口部から導入した前記燃焼ガスを排ガスとして排出する開口部とを備えて前記内筒を包囲するように設けられる筒状の外筒と、
前記内筒の下方に収容される中空の円筒体と、
前記円筒体の下部に同軸に固定され、前記円筒体の内部と連通するガス化剤通路を備える円盤形状の切り出し部材と、
上端が前記切り出し部材の下部に同軸に固定され、前記内筒の底部から外部へ延伸する下端に前記ガス化剤通路と連通するガス化剤導入口を備え、モーターにより回転する回転軸とを備え、
前記内筒は、下方から上方に向かって断面積が拡大する断面積拡大部を備えて上方の断面積が下方の断面積より大きく形成され、
前記円筒体は、前記内筒に設けられた炭化物供給管から前記内筒の内部に供給された炭化物を攪拌するためのスクリュー羽根と、上下に対向して隣接する二つの前記スクリュー羽根のうち上側の前記スクリュー羽根に近接して複数設けられるガス化剤供給口とを備え、
前記ガス化剤供給口は、水平よりも低い方向へガス化剤を噴出するように角度を持って形成された孔からなることを特徴とする改質炉。
前記円筒体が、上方から下方に向かって断面積が大きくなる円錐形状である請求項１に記載の改質炉。
前記切り出し部材の上面に、該切り出し部材とともに回転して反応残渣をかき出すスクレーパー状部材をさらに備える請求項１に記載の改質炉。
前記スクレーパー状部材が、弓型に形成されている請求項３に記載の改質炉。
前記円筒体が、前記ガス化剤供給口を前記スクリュー羽根の下面にさらに備える請求項１に記載の改質炉。
前記スクリュー羽根が、前記円筒体の外周の複数の箇所に分散して設けられている請求項１に記載の改質炉。
請求項１乃至６の何れか一項に記載の改質炉で生成された水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行う発電機。
請求項１乃至６の何れか一項に記載の改質炉と、
バイオマス原料を乾燥させて炭化原料を生成する乾燥機と、
前記乾燥機で生成された炭化原料を炭化させて炭化物を生成し、生成した炭化物及び燃焼ガスを前記改質炉に供給する炭化炉と、
前記改質炉で生成された水性ガスを熱源として用水から蒸気を生成する第一熱交換器と、
前記水性ガスを貯蔵するガスタンクと、
前記ガスタンクに貯蔵された前記水性ガスを燃料としてガスエンジン発電を行う発電機と、
前記改質炉から排出された排ガスを熱源として前記第一熱交換器で生成された蒸気から過熱蒸気を生成し、該過熱蒸気をガス化剤として前記改質炉に供給する過熱器とを備えることを特徴とするガス化システム。
前記過熱器を経た前記排ガスを熱源として空気から高温の空気を生成し、該高温の空気を乾燥用熱源として前記乾燥機に供給する第二熱交換器をさらに備える請求項８に記載のガス化システム。
前記改質炉で生成された前記水性ガスに含まれる不純物を除去した上で該水性ガスを前記第一熱交換器に送出する第一サイクロンと、前記改質炉から排出された前記排ガスに含まれる不純物を除去した上で該排ガスを前記過熱器に送出する第二サイクロンとをさらに備える請求項８に記載のガス化システム。