JP6016367B2 - 熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システム - Google Patents
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Description
本発明は、下水汚泥や木質バイオマスなどのバイオマスをガス化する熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムに関する。
下水汚泥や木質バイオマスなどのバイオマスを熱分解ガス化システムでガス化し、従来、廃棄物として扱われていたバイオマスを資源化して有効利用することが求められている。例えば、下水汚泥を熱分解ガス化システムでガス化するとともに炭化して炭化物を製造し、この炭化物を発電用の炭化燃料として利用することが提案、実用化されている。
そして、この下水汚泥から炭化燃料を製造する炭化システムには、下水汚泥（脱水汚泥）を乾燥処理する乾燥処理設備と、熱分解ガス化炉を用いて乾燥汚泥を低酸素雰囲気で加熱・熱分解してガス化するとともに炭化物を生成し、さらに燃焼炉を用いて熱分解ガスを高温でクリーン燃焼・燃焼脱臭処理する熱分解ガス化システム（熱分解ガス化設備）と、燃焼排ガスから廃熱を回収したり、排ガスに対し、脱硫、脱塩、冷却・減湿などの処理を行なうための排ガス処理設備とを備えて構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、この種の炭化システムでは、排ガス処理設備で回収した廃熱や熱分解ガス化システムの燃焼炉からの廃熱を乾燥処理設備や熱分解ガス化システムの熱分解ガス化炉に送り、下水汚泥の乾燥や炭化の熱源として利用するようにしている。さらに、乾燥処理設備から排出される排ガスを熱分解ガス化システムの燃焼炉に送り、熱分解ガスとともに高温でクリーン燃焼・燃焼脱臭処理するようにしている。
また、熱分解ガス化システムは、熱分解ガス化炉によって、温度３００〜６００℃、酸素を遮断した雰囲気下で下水汚泥（バイオマス）を熱分解し、この熱分解ガス化炉に並設された固気分離部によって炭化物と熱分解ガスを分離し、分離した熱分解ガスを、熱分解ガスラインの配管を通じて燃焼炉に送って燃焼処理するように構成されている。
一方、このように構成した熱分解ガス化システムでは、熱分解ガス化炉から燃焼炉に送られる熱分解ガス中のタール等の熱分解成分が重縮合で高分子化して気相析出し（凝縮し）、熱分解ガスラインの配管の内壁や配管の途中に設置したファンのインペラなどに熱分解付着物として付着堆積してしまう。なお、熱分解付着物の発生量は、熱分解ガスの熱分解成分濃度と反応時間の一次関数で表すことができる。そして、連続運転によって、熱分解付着物の付着堆積量が増大してゆくと、配管の閉塞、また、インペラのバランスの悪化に伴うファン出力の増大、振動の増加などが発生する。このため、従来、熱分解ガス化システムを定期的に停止させ、熱分解ガスラインの配管内部を清掃して熱分解付着物を除去する必要があった。
これに対し、本願の発明者らは、ファンの出力が基準値を超えた場合、あるいは熱分解ガス化システムを一定期間運転した段階で、熱分解ガス化システムの運転を停止し、熱分解ガス化炉と燃焼炉との間に設けられる熱分解ガスラインの配管に、不活性ガスと酸素の混合ガスを流通させることによって、付着堆積した熱分解付着物を燃焼させて除去する熱分解付着物除去方法の出願を既に行っている（特許文献１参照）。
また、この熱分解ガス化システムの運転を停止して行なう熱分解付着物除去方法（オフラインデコーキングによる熱分解付着物除去方法）においては、ガス温度５００℃以上、酸素濃度が５体積％以上１３体積％以下の混合ガスを熱分解ガスラインに流通させる。これにより、部分燃焼で熱分解付着物が酸化され、固体から気体への相変化が促進され、効率的に熱分解付着物を燃焼させて除去することが可能になる。また、この熱分解付着物除去方法においては、熱分解ガス化システムの運転を停止した熱分解ガスラインに供給する混合ガスの酸素濃度を１３体積％以下にすることで、熱分解付着物が暴走的に燃焼したり、熱分解付着物の燃焼によって生じた一酸化炭素、水素、メタンなどによって爆発が発生することを防止している。
しかしながら、上記の特許文献１の熱分解付着物除去方法は、設備の連続運転中に付着した熱分解付着物を、５体積％以上１３体積％以下の低酸素濃度、５００〜６５０℃の温度範囲で、効率よく燃焼除去することができ、従来と比較し、設備の清掃頻度を大幅に低減することが可能であるが、やはり、熱分解付着物除去中は設備を停止する必要がある。
特に下水汚泥を対象とした炭化システムの場合、設備停止期間中でも下水汚泥の発生を制限することができないため、熱分解付着物除去中に発生する汚泥を貯留する設備が別途必要になるなど、維持管理上改善すべき課題が生じる。このため、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解付着物を除去できる手法、また、熱分解付着物の発生そのものを抑止できる手法が強く望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑み、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解付着物の発生を抑止することを可能にした熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムを提供することを目的とする。
本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法は、熱分解ガス化炉でバイオマスを熱分解してガス化し、前記バイオマスが熱分解することによって連続的に生成される熱分解ガスと炭化物を耐熱性に優れた固気分離部で分離し、前記熱分解ガス化炉の運転中に、分離後の前記熱分解ガスに酸素を含む酸素含有ガスを前記固気分離部において供給し、前記酸素含有ガスとともに前記熱分解ガスを熱分解ガスラインの配管を通じて燃焼炉に導入するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の熱分解ガス化システムは、バイオマスを熱分解してガス化する熱分解ガス化炉と、前記バイオマスが熱分解することによって連続的に生成される熱分解ガスと炭化物を分離する耐熱性に優れた固気分離部と、前記熱分解ガス化炉の運転中に稼働して、分離後の前記熱分解ガスに酸素を含む酸素含有ガスを前記固気分離部において供給する酸素含有ガス供給手段と、熱分解ガスラインの配管を通じて前記酸素含有ガスとともに前記熱分解ガスが導入され、前記熱分解ガスを燃焼処理する燃焼炉とを備えることを特徴とする。
上記の発明においては、熱分解ガス化システムの運転中に、耐熱性に優れた固気分離部で炭化物と分離した後の熱分解ガスに酸素含有ガスを供給すると、この酸素含有ガス中の酸素によって１０００〜１４００℃程度の高温の火炎（フレーム）を形成することができ、この火炎によって熱分解ガス中のタール等の熱分解成分を熱分解（吸熱反応）させることができる。これにより、熱分解ガスの熱分解成分濃度を低減することができ、この熱分解ガスを燃焼炉に導入するための熱分解ガスラインで熱分解付着物が発生することを抑止することが可能になる。
この発明においては、熱分解ガスに酸素含有ガスを供給し、１０００〜１４００℃程度の高温の火炎を形成して、熱分解ガス中の熱分解成分を熱分解させるため、例えば、熱分解ガスラインの配管に酸素含有ガスを供給し、この配管内で火炎を形成してしまうと、配管に焼損、溶損が発生するおそれがあるのに対し、耐熱性に優れた固気分離部で酸素含有ガスを供給して熱分解成分を熱分解させることで、熱分解ガスラインに損傷が生じることを確実に防止できる。
この発明においては、熱分解ガスに酸素含有ガスを供給し、１０００〜１４００℃程度の高温の火炎を形成して、熱分解ガス中の熱分解成分を熱分解させるため、例えば、熱分解ガスラインの配管に酸素含有ガスを供給し、この配管内で火炎を形成してしまうと、配管に焼損、溶損が発生するおそれがあるのに対し、耐熱性に優れた固気分離部で酸素含有ガスを供給して熱分解成分を熱分解させることで、熱分解ガスラインに損傷が生じることを確実に防止できる。
また、本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法においては、前記酸素含有ガスが、酸素濃度が１５体積％以上のガスであることが望ましい。
ここで、例えば、乾燥処理後の下水汚泥で１５体積％程度、木材チップなどの木質バイオマスで２０体積％程度の水分（Ｈ２Ｏ）が含まれている。このため、これら下水汚泥や木質バイオマスなどのバイオマスを熱分解ガス化炉でガス化したとき、３０体積％以上の水分を含んだ熱分解ガスが生成される。
そして、この発明においては、熱分化ガス化システムを運転中に、酸素含有ガスを熱分解ガスに供給するようにしている。このため、上記のようなバイオマスをガス化し、水分を多量に含んだ熱分解ガスに酸素含有ガスを供給することになる。これにより、熱分解ガス中の水分によって爆発を引き起こす限界酸素濃度が高くなり、１５体積％以上の高酸素濃度の酸素含有ガスを供給しても暴走的燃焼や爆発が発生することがなく、好適に火炎を形成させて熱分解ガス中の熱分解成分を熱分解させることが可能になる。
さらに、本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法においては、前記熱分解ガスに前記酸素含有ガスを混合した後の混合ガスの温度が５００〜６５０℃となるように、前記酸素含有ガスを前記熱分解ガスに供給することがより望ましい。
この発明においては、例えば熱分解ガスラインの配管やファンなどのステンレス製の構成部材の耐熱温度が７００〜８００℃程度であるのに対し、熱分解ガスに酸素含有ガスを混合した後の混合ガスの温度が５００〜６５０℃となるように酸素含有ガスを熱分解ガスに供給するようにしているため、熱分解ガスラインの構成部材の耐熱温度を上回ることがないようにしながら、熱分解ガスラインで熱分解付着物が発生することを抑止することが可能になる。
また、本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法においては、前記熱分解ガスの完全燃焼に要する前記酸素含有ガスの理論供給量に対する前記酸素含有ガスの実供給量の比が０．１以下となるように、前記酸素含有ガスを前記熱分解ガスに供給することがさらに望ましい。
この発明においては、熱分解ガスの完全燃焼に要する酸素含有ガスの理論供給量に対する酸素含有ガスの実供給量の比（いわゆる空気比と同義）が著しく低い０．１以下となるように、熱分解ガスに酸素含有ガスを供給するようにしても、火炎を形成することができ、確実に熱分解ガスの熱分解成分濃度を低減することができる。
また、本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法においては、酸素濃度が異なる前記酸素含有ガスを用意し、酸素濃度が低い酸素含有ガスと酸素濃度が高い酸素含有ガスを選択的に前記熱分解ガスに供給することがより望ましい。
ここで、酸素含有ガスを熱分解ガスに供給して形成した火炎による熱分解ガス中の熱分解成分の熱分解は、部分燃焼による熱分解であり、熱分解ガス中の全ての熱分解成分を分解することは困難である。このため、熱分解ガスラインを燃焼炉に向けて流通し、熱分解ガスが低温化すると、残った熱分解成分が析出し、配管などに付着、堆積するおそれがある。
これに対し、酸素濃度が高い酸素含有ガスを、例えば定期的または必要に応じ、適宜選択的に熱分解ガスに供給すると、火炎の形成で消費されずに残った酸素が熱分解ガスラインの下流側に送られ、この残った酸素と反応して、熱分解ガスラインの下流側に付着堆積した熱分解付着物を分解除去することが可能になる。すなわち、酸素濃度が高い酸素含有ガスを適宜選択的に熱分解ガスに供給すると、この酸素含有ガス中の酸素によってオフラインデコーキングのような作用効果が得られ、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解ガスラインに付着堆積した熱分解付着物を除去することが可能になる。
本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムにおいては、熱分解ガス化システムの運転中に、固気分離部で炭化物と分離した後の熱分解ガスに酸素含有ガスを供給すると、この酸素含有ガス中の酸素によって高温の火炎（フレーム）を発生させることができ、この火炎によって熱分解ガス中のタール等の熱分解成分を燃焼分解することができる。これにより、熱分解ガスを燃焼炉に導入するための熱分解ガスラインで熱分解付着物が発生することを抑止することが可能になる。
よって、本発明の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムによれば、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解付着物の発生そのものを抑止することができる。そして、このように熱分解付着物の発生を抑止できることにより、配管の閉塞、インペラのバランスの悪化に伴うファン出力の増大、振動の増加などの発生を防止でき、メンテナンス頻度を大幅に低減し、高効率で熱分解ガス化システムを運転することが可能になる。
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムについて説明する。ここで、本実施形態では、本発明に係る熱分解ガス化システムが、下水汚泥から発電用の炭化燃料（炭化物）を製造する炭化システムの熱分解ガス化設備であるものとして説明を行う。なお、本発明は、勿論、下水汚泥に限らず、木質バイオマスなどの他のバイオマスをガス化するための熱分解ガス化システムなど、あらゆる熱分解ガス化システムに適用可能である。
本実施形態の炭化システム１は、図１に示すように、下水汚泥（脱水汚泥、バイオマス）Ｓ１を乾燥処理する乾燥処理設備２と、乾燥処理した後の乾燥汚泥（バイオマス）Ｓ２をガス化する熱分解ガス化システム（熱分解ガス化設備）Ａと、熱分解ガスＧ１の燃焼排ガスＧ２から廃熱を回収するとともに、この燃焼排ガスＧ２を処理するための排ガス処理設備３とを備えて構成されている。
乾燥処理設備２は、例えば撹拌機付熱風乾燥機など、直接下水汚泥Ｓ１を乾燥処理する直接乾燥方式の乾燥機４を備えて構成されている。この乾燥処理設備２では、例えば、下水汚泥Ｓ１を含水率１５％程度に乾燥処理する。ちなみに、木材チップなどの木質バイオマスＳ１は、含水率２０％程度に乾燥処理される。すなわち、この乾燥処理設備２で乾燥処理しても、処理後の乾燥汚泥（バイオマス）Ｓ２には水分がある程度含まれている。
次に、本実施形態の熱分解ガス化システムＡは、例えば間接加熱式ロータリーキルンなど、乾燥処理設備２で乾燥処理した後の乾燥汚泥Ｓ２を低酸素雰囲気で加熱・熱分解してガス化するとともに炭化物Ｃを生成する熱分解ガス化炉５と、熱分解ガス化炉５で生成した熱分解ガス（ＰＧ）Ｇ１を高温でクリーン燃焼・燃焼脱臭処理する燃焼炉６とを備えて構成されている。
さらに、この熱分解ガス化システムＡは、熱分解ガス化炉５に一体に並設され、熱分解ガスＧ１と炭化物Ｃを分離する固気分離部７を備えるとともに、固気分離部５から燃焼炉６に熱分解ガスＧ１を導入するための熱分解ガスライン８を備えて構成されている。また、熱分解ガスライン８は、固気分離部７の上端部側に一端を接続し、他端を燃焼炉６の上端部側の導入口（バーナ部）に接続して配設される配管９と、配管９の途中に配設されたファン１０とを備えて構成されている。なお、ファン１０は、下水汚泥などカロリーが低いバイオマスＳ２をガス化する際に生じやすいプラントリークエアーを防止するように、圧力調整用として設けられている。
さらに、本実施形態の熱分解ガス化システムＡにおいては、固気分離部７の上端部側に、例えば酸素含有ガス供給ノズルなどの酸素含有ガス供給手段１１が接続して設けられ、この酸素含有ガス供給手段１１によって、固気分離部７で分離した後の熱分解ガスＧ１に酸素を含む酸素含有ガス（改質剤）Ｇ３を供給するように構成されている。これにより、酸素含有ガスＧ３と熱分解ガスＧ１を混合した状態の混合ガスＧ４が固気分離部７から熱分解ガスライン８を流通する形になり、燃焼炉６に導入される。
次に、排ガス処理設備３は、燃焼炉６から排出された燃焼排ガスＧ２から廃熱を回収するための熱交換器１５と、排ガスＧ２に対して脱硫、脱塩、冷却・減湿などの処理を行ない、さらに必要に応じ、湿式電気集塵機を用いて煤塵除去処理を行なう排ガス処理塔１６と、処理後の排ガスＧ５を外部に排出する煙突１７とを備えて構成されている。
また、本実施形態の炭化システム１では、排ガス処理設備３で回収した廃熱Ｔ１や熱分解ガス化システムＡの燃焼炉６からの廃熱Ｔ２を、乾燥処理設備２の乾燥機４や熱分解ガス化システムＡの熱分解ガス化炉５に送り、下水汚泥Ｓ１、Ｓ２の乾燥や炭化の熱源として利用できるように構成されている。さらに、乾燥処理設備２から排出される排ガスＧ６を熱分解ガス化システムＡの燃焼炉６に送り、熱分解ガスＧ１とともに高温でクリーン燃焼・燃焼脱臭処理できるように構成されている。
次に、上記構成からなる本実施形態の炭化システム１の熱分解ガス化システムＡにおいて、熱分解付着物発生を抑止する方法について説明するとともに、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムＡの作用効果について説明する。
まず、本実施形態の熱分解ガス化システムＡの運転時には、熱分解ガス化炉５で下水汚泥Ｓ２を熱分解してガス化し、この熱分解によって連続的に生成される熱分解ガスＧ１と炭化物Ｃが固気分離部７で分離され、固気分離部７で分離した後の熱分解ガスＧ１が熱分解ガスライン８の配管９を通じて燃焼炉６に導入される。
そして、本実施形態の熱分解ガス化システムＡにおける熱分解付着物発生抑制方法では、上記のように熱分解ガス化システムＡを運転している状態で、酸素含有ガス供給手段１１によって固気分離部７で分離した後の熱分解ガスＧ１に酸素を含む酸素含有ガスＧ３を供給し、酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に混合した混合ガスＧ４が熱分解ガスライン８の配管９を通じて燃焼炉６に導入されるようにする。
また、このとき、本実施形態では、酸素含有ガスＧ３として、酸素濃度が１５体積％以上のガスを使用する。そして、熱分解ガス化システムＡの運転中に、この酸素含有ガスＧ３を固気分離部７で熱分解ガスＧ１に供給すると、この酸素含有ガスＧ３中の酸素によって１０００〜１４００℃程度の高温の火炎（フレーム）が形成され、この火炎によって熱分解ガスＧ１中のタール等の熱分解成分が熱分解（吸熱反応）する。これにより、熱分解ガスＧ１の熱分解成分濃度が減少し、熱分解成分濃度が低い熱分解ガスＧ１（混合ガスＧ４）が固気分離部７から熱分解ガスライン８を流通して燃焼炉６に導入されることになり、熱分解ガスライン８で熱分解付着物が発生することが抑止される。
また、例えば、熱分解ガスライン８の配管９に酸素含有ガスＧ３を供給し、この配管９内で火炎を形成して熱分解ガスＧ１中の熱分解成分を分解するようにした場合には、配管９に焼損、溶損が発生するおそれがあるのに対し、本実施形態では、固気分離部７で酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給し、耐熱性に優れた固気分離部７で火炎を形成して熱分解ガスＧ１中の熱分解成分を熱分解させるようにしているため、熱分解ガスライン８に損傷が生じることがない。
さらに、本実施形態では、運転中に、酸素含有ガスＧ３をラインに供給するようにしている。そして、このとき、乾燥処理設備２で乾燥処理した後の乾燥汚泥（バイオマス）Ｓ２には水分が含まれているため、この乾燥汚泥Ｓ２を熱分解ガス化炉５でガス化したとき、３０体積％以上の水分を含んだ熱分解ガスＧ１が生成され、この水分を多量に含んだ熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給することになる。これにより、熱分解ガスＧ１中の水分によって爆発を引き起こす限界酸素濃度を高くすることができ、本実施形態のように１５体積％以上の高酸素濃度の酸素含有ガスＧ３を供給しても暴走的燃焼や爆発が発生することがない。
また、本実施形態では、酸素含有ガスＧ３の酸素濃度、供給量は、熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を混合した後の混合ガスＧ４（熱分解ガスＧ１）の温度が５００〜６５０℃となるように調整する。例えば熱分解ガスライン８の配管９やファン１０などのステンレス製の構成部材の耐熱温度は７００〜８００℃程度である。このため、熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を混合した後の混合ガスＧ４の温度が５００〜６５０℃となるように酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給し、熱分解ガスライン８の構成部材の耐熱温度を上回ることがないようにする。
そして、例えば、本実施形態のように下水汚泥Ｓ２をガス化して生成した熱分解ガスＧ１に、１５体積％以上の高酸素濃度の酸素含有ガスＧ３を供給する場合に、熱分解ガスＧ１の完全燃焼に必要な酸素含有ガスＧ３の理論供給量に対する酸素含有ガスＧ３の実供給量の比（空気比）が０．１以下となるように、酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給すると、確実に、火炎が形成され、且つ混合ガスＧ４の温度が５００〜６５０℃となる。
言い換えると、本実施形態の熱分解ガス化システムＡにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムＡにおいては、熱分解ガス化システムＡの運転中に、０．１以下の非常に低い空気比となるように少量の酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給するだけで、熱分解ガスＧ１の熱分解成分濃度が減少し、構成部材に損傷を防止しつつ、熱分解ガスライン８で熱分解付着物が発生することを抑止することができるのである。
ここで、実際の炭化システム１を使用し、熱分解ガス化システムＡの固気分離部７から熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給して、熱分解ガスＧ１（混合ガスＧ４）の温度、火炎（フレーム）の形成状態、熱分解ガス中の熱分解成分濃度（タール濃度）を確認した試験結果について説明する。
この試験では、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、酸素含有ガスＧ３の供給量を５０ｍ３Ｎ／ｈの状態で、酸素濃度を５体積％ずつ２０体積％まで段階的に増加させ、熱分解ガスＧ１の温度の変化を確認するとともに火炎の形成状態を確認した。また、酸素濃度２０％（≒２１％：空気）の酸素含有ガスＧ３の供給量を５０ｍ３Ｎ／ｈ〜１００ｍ３Ｎ／ｈまで段階的に増加させ、熱分解ガスＧ１の温度の変化を確認した。さらに、酸素濃度２０％の酸素含有ガスＧ３を１００ｍ３Ｎ／ｈで熱分解ガスＧ１に供給した場合と、酸素含有ガスＧ３を供給していない場合の両ケースに対し、固気分離部７の熱分解ガスライン８への出口、ファン１０の入口、燃焼炉６の入口でそれぞれ、熱分解成分濃度を確認した。
この結果、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、まず、酸素濃度を０体積％〜１０体積％まで５体積％ずつ増加させて酸素含有ガスＧ３を供給すると、酸素の冷却作用によって熱分解ガスＧ１の温度が徐々に低下してしまうことが確認された。一方、酸素濃度を１５体積％〜２０体積％まで５体積％ずつ増加させ、酸素濃度が１５体積％以上の酸素含有ガスＧ３を供給すると、熱分解ガスＧ１の温度が上昇し、２０％の酸素含有ガスＧ３の供給量を５０ｍ３Ｎ／ｈ〜１００ｍ３Ｎ／ｈまで段階的に増加させると、熱分解ガスＧ１の温度が約５６０℃から６００℃に上昇することが確認された。
また、このように酸素濃度が１５体積％以上の酸素含有ガスＧ３を供給すると、酸素含有ガス供給手段（酸素含有ガス供給ノズル）１１に設置した覗き窓から火炎が形成されることが確認された。
そして、表１に示すように、酸素含有ガスＧ３を供給していない場合には、熱分解成分濃度が、固気分離部７の熱分解ガスライン８への出口で７８０ｇ／ｍ３であった。これに対し、酸素濃度２１％の酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給した場合には、固気分離部７の熱分解ガスライン８への出口で３８０ｇ／ｍ３となり、設備の運転中に酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給することで、熱分解ガスＧ１中の熱分解成分が熱分解し、大幅に熱分解成分濃度が低減することが確認、実証された。
したがって、本実施形態の熱分解ガス化システムＡにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムＡにおいては、熱分解ガス化システムＡの運転中に、固気分離部７で炭化物Ｃと分離した後の熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給すると、この酸素含有ガスＧ３中の酸素によって１０００〜１４００℃程度の高温の火炎を形成することができ、この火炎によって熱分解ガスＧ１中のタール等の熱分解成分を熱分解させることができる。これにより、熱分解ガスＧ１の熱分解成分濃度を低減することができ、この熱分解ガスＧ１を燃焼炉６に導入するための熱分解ガスライン８で熱分解付着物が発生することを抑止することが可能になる。
よって、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムＡによれば、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解付着物の発生そのものを抑止することができる。そして、このように熱分解付着物の発生を抑止できることにより、配管９の閉塞、インペラのバランスの悪化に伴うファン１０の出力の増大、振動の増加などの発生を防止でき、メンテナンス頻度を大幅に低減し、高効率で熱分解ガス化システムＡを運転することが可能になる。
また、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法においては、熱分化ガス化システムＡを運転中に、酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給するようにしているため、水分を多量に含んだ熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給することになり、熱分解ガスＧ１中の水分によって爆発を引き起こす限界酸素濃度が高くなる。これにより、１５体積％以上の高酸素濃度の酸素含有ガスＧ３を供給しても暴走的燃焼や爆発が発生することがなく、好適に火炎を形成させて熱分解ガスＧ１中の熱分解成分を熱分解させることが可能になる。
さらに、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法においては、熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を混合した後の混合ガスＧ４の温度が５００〜６５０℃となるように酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給するようにしているため、熱分解ガスライン８の構成部材の耐熱温度を上回ることがないようにしながら、熱分解ガスライン８で熱分解付着物が発生することを抑止することが可能になる。
また、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法においては、熱分解ガスＧ１の完全燃焼に要する酸素含有ガスＧ３の理論供給量に対する酸素含有ガスＧ３の実供給量の比（空気比）が著しく低い０．１以下となるように、熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給するようにしても、火炎を形成することができ、確実に熱分解ガスＧ１の熱分解成分濃度を低減することができる。
さらに、本実施形態の熱分解付着物発生抑止方法においては、例えば、熱分解ガスライン８の配管９に酸素含有ガスＧ３を供給し、この配管９内で火炎を形成してしまうと、配管９に焼損、溶損が発生するおそれがあるのに対し、固気分離部７で酸素含有ガスＧ３を供給して熱分解成分を熱分解させることで、熱分解ガスライン８に損傷が生じることを確実に防止できる。
以上、本発明に係る熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法及び熱分解ガス化システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、熱分解ガス化炉５に固気分離部７が一体に設けられているものとしたが、固気分離部７は熱分解ガス化炉５と分離して設けられていてもよく、この場合においても、勿論、本実施形態と同様に固気分離部７で酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給することで、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
また、複数個所で熱分解ガスＧ１に酸素含有ガスＧ３を供給するようにしてもよい。この場合には、効率的且つ効果的に熱分解ガスＧ１中の熱分解成分を分解することができ、熱分解付着物の発生をより確実に抑止することが可能になる。
さらに、酸素濃度が異なる酸素含有ガスＧ３を用意し、酸素濃度が低い酸素含有ガスＧ３と酸素濃度が高い酸素含有ガスＧ３を選択的に熱分解ガスＧ１に供給するようにしてもよい。
ここで、酸素含有ガスＧ３を熱分解ガスＧ１に供給して形成した火炎による熱分解ガスＧ１中の熱分解成分の熱分解は、部分燃焼による熱分解であり、熱分解ガスＧ１中の全ての熱分解成分を完全に分解することは難しい。このため、熱分解ガスライン８を燃焼炉６に向けて流通し、熱分解ガスＧ１（混合ガスＧ４）が低温化すると、残った熱分解成分が析出し、配管９などに付着、堆積するおそれがある。
これに対し、酸素濃度が高い酸素含有ガスＧ３を、例えば定期的または必要に応じ、適宜選択的に熱分解ガスＧ１に供給すると、火炎の形成で消費されずに残った酸素が熱分解ガスライン８の下流側に送られ、この残った酸素と反応して、熱分解ガスライン８の下流側に付着堆積した熱分解付着物を分解除去することが可能になる。すなわち、酸素濃度が高い酸素含有ガスＧ３を適宜選択的に熱分解ガスＧ１に供給すると、この酸素含有ガスＧ３中の酸素によってオフラインデコーキングのような作用効果が得られ、設備を停止することなく、連続運転中に熱分解ガスライン８に付着堆積した熱分解付着物を除去することが可能になる。
１ 炭化システム
２ 乾燥処理設備
３ 排ガス処理設備
４ 乾燥機
５ 熱分解ガス化炉
６ 燃焼炉
７ 固気分離部
８ 熱分解ガスライン
９ 配管
１０ ファン
１１ 酸素含有ガス供給手段
１５ 熱交換器
１６ 排ガス処理塔
１７ 煙突
Ａ 熱分解ガス化システム（熱分解ガス化設備）
Ｃ 炭化物
Ｇ１ 熱分解ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 酸素含有ガス
Ｇ４ 混合ガス
Ｇ５ 排ガス
Ｇ６ 排ガス
Ｓ１ 脱水汚泥（下水汚泥、バイオマス）
Ｓ２ 乾燥汚泥（下水汚泥、バイオマス）
Ｔ１ 廃熱
Ｔ２ 廃熱
２ 乾燥処理設備
３ 排ガス処理設備
４ 乾燥機
５ 熱分解ガス化炉
６ 燃焼炉
７ 固気分離部
８ 熱分解ガスライン
９ 配管
１０ ファン
１１ 酸素含有ガス供給手段
１５ 熱交換器
１６ 排ガス処理塔
１７ 煙突
Ａ 熱分解ガス化システム（熱分解ガス化設備）
Ｃ 炭化物
Ｇ１ 熱分解ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 酸素含有ガス
Ｇ４ 混合ガス
Ｇ５ 排ガス
Ｇ６ 排ガス
Ｓ１ 脱水汚泥（下水汚泥、バイオマス）
Ｓ２ 乾燥汚泥（下水汚泥、バイオマス）
Ｔ１ 廃熱
Ｔ２ 廃熱
Claims (6)
- 熱分解ガス化炉でバイオマスを熱分解してガス化し、
前記バイオマスが熱分解することによって連続的に生成される熱分解ガスと炭化物を耐熱性に優れた固気分離部で分離し、
前記熱分解ガス化炉の運転中に、分離後の前記熱分解ガスに酸素を含む酸素含有ガスを前記固気分離部において供給し、前記酸素含有ガスとともに前記熱分解ガスを熱分解ガスラインの配管を通じて燃焼炉に導入するようにしたことを特徴とする熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法。 - 請求項１記載の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法において、
前記酸素含有ガスが、酸素濃度が１５体積％以上のガスであることを特徴とする熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法。 - 請求項１または請求項２に記載の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法において、
前記熱分解ガスに前記酸素含有ガスを混合した後の混合ガスの温度が５００〜６５０℃となるように、前記酸素含有ガスを前記熱分解ガスに供給することを特徴とする熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法において、
前記熱分解ガスの完全燃焼に要する前記酸素含有ガスの理論供給量に対する前記酸素含有ガスの実供給量の比が０．１以下となるように、前記酸素含有ガスを前記熱分解ガスに供給することを特徴とする熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法において、
酸素濃度が異なる前記酸素含有ガスを用意し、酸素濃度が低い酸素含有ガスと酸素濃度が高い酸素含有ガスを選択的に前記熱分解ガスに供給することを特徴とする熱分解ガス化システムにおける熱分解付着物発生抑止方法。 - バイオマスを熱分解してガス化する熱分解ガス化炉と、
前記バイオマスが熱分解することによって連続的に生成される熱分解ガスと炭化物を分離する耐熱性に優れた固気分離部と、
前記熱分解ガス化炉の運転中に稼働して、分離後の前記熱分解ガスに酸素を含む酸素含有ガスを前記固気分離部において供給する酸素含有ガス供給手段と、
熱分解ガスラインの配管を通じて前記酸素含有ガスとともに前記熱分解ガスが導入され、前記熱分解ガスを燃焼処理する燃焼炉とを備えることを特徴とする熱分解ガス化システム。
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