JP6250293B2 - 超臨界水によるバイオマスガス化システム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、タール等による配管内の詰まり発生を抑制することが可能な超臨界水によるバイオマスガス化システム及びその運転方法に関する。

従来、含水性バイオマス（焼酎残渣、採卵鶏糞等）を超臨界水でガス化する技術において、バイオマスを超臨界水でガス化することによって得られた生成物等の熱を利用して、超臨界水でガス化される含水性バイオマス又はバイオマスのスラリー体を加熱する二重管式熱交換器を備えた超臨界水によるバイオマスガス化システムが開発されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００７−２７１１４６号公報 特開２００９−２４２６９７号公報

しかしながら、上述のような超臨界水によるバイオマスガス化システムにおいては、ガス化の際に触媒として使用される活性炭などの非金属系触媒の微細粉末や、ガス化の際に生成されるタールなどによって、二重管式熱交換器における二重管の管内に詰まりが生じる場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、タール等による配管内の詰まり発生を抑制することが可能な超臨界水によるバイオマスガス化システム及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法は、含水性バイオマス又はバイオマスのスラリー体に懸濁させた非金属系触媒を触媒として、前記バイオマスを超臨界水でガス化処理するガス化反応器と、前記ガス化反応器にて生成された生成ガス及び灰分、並びに前記非金属系触媒が水に懸濁され、前記ガス化反応器から排出される混合物の熱を利用して、前記ガス化反応器で超臨界水によりガス化処理される前記含水性バイオマス又は前記スラリー体に前記非金属系触媒を懸濁させた懸濁液を予熱する二重管式熱交換器と、を備える超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転中に、前記懸濁液から清水に切り替えて、前記二重管式熱交換器を介して前記ガス化反応器に前記清水を供給して前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを含む。

上記超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法において、前記懸濁液を、前記二重管式熱交換器における二重管の一方の流路を介して前記ガス化反応器に供給し、前記ガス化反応器から排出される前記混合物を、前記二重管の他方の流路に供給し、前記清水を、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に供給することとしてもよい。

上記超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法において、前記清水を前記一方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記他方の流路に供給する前あるいは後に、前記清水を前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に供給し、前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することとしてもよい。また、上記超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法において、前記二重管における前記流路内の流体が前記清水で置換された後に、前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加えることとしてもよい。

本発明に係る超臨界水によるバイオマスガス化システムは、含水性バイオマス又はバイオマスのスラリー体に懸濁させた非金属系触媒を触媒として、前記バイオマスを超臨界水でガス化処理するガス化反応器と、前記ガス化反応器にて生成された生成ガス及び灰分、並びに前記非金属系触媒が水に懸濁され、前記ガス化反応器から排出される混合物の熱を利用して、前記ガス化反応器で超臨界水によりガス化処理される前記含水性バイオマス又は前記スラリー体に前記非金属系触媒を懸濁させた懸濁液を予熱する二重管式熱交換器と、前記懸濁液を前記二重管式熱交換器を介して前記ガス化反応器に供給する供給ポンプと、を備え、前記供給ポンプは、前記懸濁液から清水に切り替えて、前記二重管式熱交換器を介して前記ガス化反応器に前記清水を供給して前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを含む。

上記超臨界水によるバイオマスガス化システムにおいて、前記供給ポンプは、前記二重管式熱交換器における二重管の一方の流路を介して前記ガス化反応器に前記懸濁液を供給し、前記ガス化反応器から排出される前記混合物は、前記二重管の他方の流路に供給され、前記供給ポンプは、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に前記清水を供給することを含んでもよい。

上記超臨界水によるバイオマスガス化システムにおいて、前記供給ポンプは、前記一方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記他方の流路に清水を供給する前あるいは後に、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に前記清水を供給し、前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを含んでもよい。また、上記超臨界水によるバイオマスガス化システムに、前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加える振動装置をさらに備え、前記振動装置は、前記二重管における前記流路内の流体が前記清水で置換された後に、前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加えることを含んでもよい。

本発明によれば、タール等による配管内の詰まり発生を抑制することが可能な超臨界水によるバイオマスガス化システム及びその運転方法を提供することができる。

本発明の一実施形態において、超臨界水によるバイオマスガス化システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態において、二重管式熱交換器の概略構成を示す図である。 本発明の他の一実施形態において、切替弁を備えた超臨界水によるバイオマスガス化システムの概略構成を示す図である。 本発明の他の一実施形態として説明する、切替弁を備えた超臨界水によるバイオマスガス化システムにおいて、二重管式熱交換、予熱器、ガス化反応器などの配管を洗浄する際の該システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び図面等は、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図ならびに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々に修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝超臨界水によるバイオマスガス化システムの構成＝＝
図１は、本発明の一実施形態として説明する超臨界水によるバイオマスガス化システム（以下、単に「システム」と称する。）の概略構成を示す図である。図１に示すように、本発明に係るシステム１００は、調整タンク１０、破砕機２０、供給ポンプ３０、二重管式熱交換器４０、予熱器５０、ガス化反応器６０、冷却器７０、減圧器８０、気液分離器９０、ガスタンク９１などを備えており、供給ポンプ３０と二重管式熱交換器４０の間、二重管式熱交換器４０と予熱器５０、予熱器５０とガス化反応器６０の間、及びガス化反応器６０と二重管式熱交換器４０の間は、それぞれ配管によって接続されている。

調整タンク１０は、含水性バイオマス（バイオマスのスラリー体であってもよい。以下、同じ。）、非金属系触媒、水などを混合するタンクである。システム１００において処理されるガス化原料は、調整タンク１０に投入された含水性バイオマス及び非金属系触媒、並びに必要に応じて投入された水を混合して、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁することにより調製される。なお、水の投入は、バイオマスの含水率に応じて適宜行われる。上記含水性バイオマスは、例えば、焼酎残渣、採卵鶏糞、汚泥などである。また、上記非金属系触媒としては、例えば、活性炭、ゼオライト、これらの混合物などを用いることができるが、平均粒径２００μｍ以下の粉末を用いることが好ましく、平均粒径２００μｍ以下の多孔質の粒子を用いることがより好ましい。

破砕機２０は、調整タンク１０で調製した懸濁液中のバイオマスを破砕して、バイオマスをあらかじめ均一な大きさ（好ましくは平均粒径が５００μｍ以下、より好ましくは平均粒径が３００μｍ以下）にするための装置である。なお、ガス化原料としてバイオマスのスラリー体を混合させる場合には、システム１００に破砕機２０を設けなくてもよい。

ガス化反応器６０は、調整タンク１０で調製した懸濁液または破砕機２０でバイオマスを破砕した懸濁液に懸濁させた非金属系触媒を触媒として、懸濁液中のバイオマスを超臨界水でガス化する装置である。バイオマスの超臨界水によるガス化は、前記非金属系触媒を利用して、３７４℃以上の温度、及び２２．１ＭＰａ以上の圧力の条件下で行うことができるが、タールやチャーの発生を抑制するとともに反応効率を高めることができる温度及び圧力下（６００℃以上、２５〜３５ＭＰａの範囲内）で行うことが好ましい。このようにバイオマスを超臨界水で処理することにより、バイオマスを分解し、水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスを生成することができる。なお、本実施の形態においては、ガス化反応器６０として管状反応器を用いることとしているが、ガス化反応器６０はこの管状反応器に限定されるものではない。

二重管式熱交換器４０は、ガス化反応器６０で超臨界水によるガス化処理によって生成された生成ガス及び灰分、並びに非金属系触媒が水に懸濁され、かつ、ガス化反応器６０から排出される排出物（混合物）の熱を利用して、ガス化反応器６０で超臨界水によりガス化処理される含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を予熱する装置である。図２に示すように、二重管式熱交換器４０における二重管４１は、外管４２と内管４３とから構成されており、上記懸濁液及び上記混合物のうち一方が内管４３内の流路を流れ、他方が外管４２と内管４３との間の流路を流れる。以下の実施の形態においては、内管４３内の流路に上記懸濁液が流れて予熱器５０に供給され、外管４２と内管４３との間の流路に対して、懸濁液が流れる方向とは逆方向に、上記混合物が流れて冷却器７０に供給されるように、二重管式熱交換器４０がシステム１００に設けられている。

なお、本実施の形態においては、図２に示すように、二重管４１の外周面（すなわち外管４２の外周面）に１又は複数の振動装置４４を、二重管４１の外管４２と内管４３との間にスペーサー４５を、それぞれ設けて、二重管４１における配管（外管４２と内管４３）に振動を加えることができるようにすることが好ましいが、二重管式熱交換器４０において、外管４２に振動を加える振動装置と、内管４３に振動を加える別の振動装置とを、それぞれ１又は複数設けて、二重管４１における配管（外管４２と内管４３）に振動を加えることができるようにしてもよい。

予熱器５０は、二重管式熱交換器４０からガス化反応器６０に供給される、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を所定の温度まで予め加熱する装置である。
冷却器７０は、二重管式熱交換器４０を介してガス化反応器６０から供給される排出物を冷却するための装置である。冷却器７０は、例えば、クーラーなどである。
減圧器８０は、二重管式熱交換器４０及び冷却器７０を順に介してガス化反応器６０から供給される排出物の圧力を減圧する装置である。

気液分離器９０は、ガス化反応器６０から供給された排出物を、生成ガス（燃料ガス等）を含む気体成分と、灰分及び非金属系触媒が水に懸濁された液体成分とに分離する装置である。
ガスタンク９１は、気液分離器９０によって分離された気体成分（生成ガス）を貯える容器（好ましくは耐圧容器）である。

ガス化反応器６０に設けられた加熱器６１は、ガスタンク９１に貯えられた生成ガス（燃料ガス）の一部あるいは燃料ガス（例えばＬＰＧなど）を酸素を含むガス中で燃焼してガス化反応器６０を加熱し、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を所定の温度に加熱する装置である。また、予熱器５０に設けられた加熱器５１は、ガスタンク９１に貯えられた生成ガス（燃料ガス）の一部あるいは燃料ガス（例えばＬＰＧなど）を酸素を含むガス中で燃焼して予熱器５０を加熱し、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を所定の温度に加熱する装置である。加熱器５１，６１は、例えば、バーナーなどの、燃料ガスを燃焼して加熱する既存の装置である。

供給ポンプ３０は、調整タンク１０で調製した懸濁液または破砕機２０でバイオマスを破砕した懸濁液、及び、各装置４０，５０，６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管を洗浄するための清水を、適宜切り替えて各装置４０，５０，６０に供給する装置である。懸濁液は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給され、清水は、タール等による詰まりが発生しやすい二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）に供給される。懸濁液から清水への切り替えは、システム１００の管理者の指示あるいは定期的に行われ、清水から懸濁液への切り替えは、所定時間経過後に、あるいは、清水の供給によって二重管式熱交換器４０から排出される排水の濁度等の性状（例えば、排水の濁度、排水における油分の有無、排水における固形分の有無）が問題ないと判断された場合（例えば規定値になった場合）に、清水の供給を中止して清水による配管洗浄を終了し、それから行われる。供給ポンプ３０は、例えば、高圧ポンプやモーノポンプなどを用いることができる。

なお、本実施の形態においては、システム１００に１つの供給ポンプ３０を設けて、懸濁液又は清水を、各装置４０，５０，６０に供給することとしているが、システム１００に２つの供給ポンプを設けて、一方の供給ポンプによって懸濁液を二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給し、他方の供給ポンプによって清水を二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０に供給することとしてもよい。

以上のように、本発明に係るシステム１００は、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給していた懸濁液を清水に切り替えて、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０に清水を供給して二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管を洗浄する供給ポンプ３０を備えることにより、システム１００の運転中に、非極性有機溶媒や水溶性有機溶媒を用いることなく清水のみで、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管を洗浄して、タール等による配管内の詰まり発生を抑制し、設備信頼度の向上を図ることが可能になる。また、上記供給ポンプ３０に、上記配管の洗浄が終了した後、清水から懸濁液に切り替えて、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に懸濁液を供給する機能を設けることにより、配管の洗浄後に超臨界水によるバイオマスのガス化を自動的に再開することができるようになる。なお、懸濁液から清水の切り替えは、システム１００の運転を停止して各装置４０，５０，６０における温度が常温まで冷却するのを待ってから行ってもよいが、連続運転・安定運転が可能なように、システム１００の運転を停止することなく行ってもよい。

また、本発明に係るシステム１００は、上述のように、二重管式熱交換器４０における二重管４１の配管に振動を加える振動装置を１又は複数備えることにより、清水による洗浄時に、タール等による詰まりが特に発生しやすい二重管の配管に振動を加えることができるようになり、もって清水による配管洗浄を効率よく行うことが可能となる。

なお、上述のガス化反応器６０は、図１に示すように、加熱器５１によりガスタンク９１の生成ガスあるいは燃料ガスを燃焼することによって得られた排ガスの熱を利用して、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を加熱する熱交換器を備えてもよい。

また、上述の実施形態においては、調整タンク１０で含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を破砕機２０によって処理し、供給ポンプ３０によって二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給しているが、破砕機２０で破砕した含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液を、供給ポンプ３０によって二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給してもよい。

＝＝超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法＝＝
次に、図１に示すシステム１００の運転方法について以下に例を挙げて説明するが、本発明の方法は以下の方法に限定されるものではない。
システム１００の運転を開始すると、含水性バイオマス及び非金属系触媒、並びに必要に応じて水が調整タンク１０に投入される。調製タンク１０に投入された含水性バイオマス、非金属系触媒、水などは混合され、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液が調製される。懸濁液は、必要に応じて破砕機２０に供給され、懸濁液中のバイオマスが破砕される。その後、懸濁液は、供給ポンプ３０によって、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）及び予熱器５０を順に介して、ガス化反応器６０に供給される。なお、懸濁液は、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０で加熱される。

ガス化反応器６０に供給された懸濁液中のバイオマスは、該懸濁液に懸濁させた非金属系触媒及び超臨界水によって効率よくガス化される。超臨界水によるガス化によって生成された生成ガス及び灰分は、非金属系触媒及び水とともにガス化反応器６０から排出される。ガス化反応器６０から排出された排出物（生成ガス、灰分、非金属系触媒が水に懸濁された混合物）は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）に供給され、供給ポンプ３０によって二重管式熱交換器４０に供給された懸濁液に熱を提供した後、冷却器７０及び減圧器８０に供給され、冷却・減圧される。冷却・減圧された排出物（混合物）は、気液分離器９０によって生成ガスを含む気体成分と、灰分、非金属系触媒が水に懸濁された液体成分とに分離され、生成ガスはガスタンク９１に貯えられ、液体成分は排出される。

システム１００の管理者の指示により、あるいは、システム１００の運転から所定時間が経過すると、供給ポンプ３０は、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０への懸濁液の供給を中止し、懸濁液から清水に切り替えて、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０に清水を供給し、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管、並びにそれらの装置間を接続する配管を洗浄する。

所定時間経過後、あるいは、清水の供給によって二重管式熱交換器４０から排出される排水の濁度等の性状が問題ないと判断された場合に、清水による配管の洗浄を終了し（清水の供給を中止し）、供給ポンプ３０は、清水から懸濁液に切り替えて、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に懸濁液を供給する。

以上のように、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に供給していた懸濁液を清水に切り替えて、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０に清水を供給することにより、非極性有機溶媒や水溶性有機溶媒を用いることなく清水のみで、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管を洗浄して、タール等による配管内の詰まり発生を抑制し、設備信頼度の向上を図ることが可能になる。また、配管の洗浄が終了した後、清水から懸濁液に切り替えて供給ポンプ３０によって、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に懸濁液を供給することにより、配管の洗浄後に超臨界水によるバイオマスのガス化を自動的に再開することができるようになる。さらに、システム１００の運転を止めることなく、懸濁液と清水を交互に切り替えて各装置４０，５０，６０に懸濁液又は清水を供給することにより、連続運転・安定運転が可能となる。

また、本発明に係るシステム１００の二重管式熱交換器４０に、上記振動装置４４及びスペーサー４５を設けて、各装置４０，５０，６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管を流れる流体が清水に置換された後に、タール等による詰まりが特に発生しやすい二重管４１の配管に振動を加えながら清水を供給して清水による配管洗浄を行ってもよい。これにより、清水による配管洗浄を効率よく行うことができるようになる。

さらに、後述するように、本発明に係るシステム１００に切替弁を設けて、懸濁液から清水に切り替えると同時に、供給ポンプ３０によって清水を、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）、ガス化反応器６０及び予熱器５０を順に介して二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）に流れるように切替弁を制御して、清水の逆流による配管洗浄を行ってもよい。なお、清水の逆流による配管洗浄は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）に清水を供給して、清水による配管洗浄を行う前あるいは後に行われてもよい。このように、切替弁を設けて清水の逆流による配管洗浄を行うことにより、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管に付着したタール等を、非極性有機溶媒や水溶性有機溶媒を用いることなく清水のみで、効率よく除去することが可能となり、タール等による配管内の詰まり発生を抑制して設備信頼度のさらなる向上を図ることが可能となる。

＝＝他の実施形態＝＝
上述の切替弁を備えたシステム１００ａについて説明する。図３及び図４に、本発明の他の一実施形態として説明する切替弁を備えたシステム１００ａの概略構成を示す。
図３及び図４に示すシステム１００ａは、上述の調整タンク１０、破砕機２０、供給ポンプ３０、二重管式熱交換器４０、予熱器５０、ガス化反応器６０、冷却器７０、減圧器８０、気液分離器９０、ガスタンク９１などの他に、切替弁である三方弁３１，３２，３３を備える。三方弁３１，３２，３３は、例えば、三方電磁弁などである。

三方弁３１，３２は、供給ポンプ３０が懸濁液を供給する場合、あるいは、供給ポンプ３０が清水を供給して正流による配管洗浄を行う場合には、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に懸濁液あるいは清水が流れるように制御され、三方弁３３は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）を介してガス化反応器６０から供給された排出物あるいは清水を冷却器７０に流れるように制御される（図３参照）。なお、二重管式熱交換器４０を介してガス化反応器６０から供給された清水は、冷却器７０ではなく外部に排出されるように、三方弁３３を制御してもよい。

一方、供給ポンプ３０が清水を供給して逆流による配管洗浄を行う場合には、三方弁３１，３３は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）、ガス化反応器６０及び予熱器５０を順に介して二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）に清水が流れるように制御され、三方弁３２は、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）を介して予熱器５０から供給された清水を排出されるように制御される（図４参照）。なお、三方弁３１，３２，３３の制御は、供給ポンプ３０が適宜行うこととしてもよいし、制御装置を別途設けて適宜行うこととしてもよい。

次に、図３及び図４に示すシステム１００ａの運転方法について以下に例を挙げて説明するが、本発明の方法は以下の方法に限定されるものではない。
システム１００ａの運転を開始すると、含水性バイオマス及び非金属系触媒、並びに必要に応じて水が調整タンク１０に投入される。調製タンク１０に投入された含水性バイオマス、非金属系触媒、水などは混合され、含水性バイオマスに非金属系触媒を懸濁した懸濁液が調製される。懸濁液は、必要に応じて破砕機２０に供給され、懸濁液中のバイオマスが破砕される。その後、懸濁液が、供給ポンプ３０によって、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に流れるように、また、ガス化反応器６０から排出された排出物が、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）を介して冷却器７０に流れるように、三方弁３１，３２，３３がそれぞれ制御され、懸濁液は、供給ポンプ３０によって、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０を順に介して、ガス化反応器６０に供給される。なお、懸濁液は、二重管式熱交換器４０及び予熱器５０で加熱される。

ガス化反応器６０に供給された懸濁液中のバイオマスは、該懸濁液に懸濁させた非金属系触媒及び超臨界水によって効率よくガス化される。超臨界水によるガス化によって生成された生成ガス及び灰分は、非金属系触媒及び水とともにガス化反応器６０から排出される。ガス化反応器６０から排出された排出物（生成ガス、灰分、非金属系触媒が水に懸濁された混合物）は、二重管式熱交換器４０に供給され、供給ポンプ３０によって二重管式熱交換器４０に供給された懸濁液に熱を提供した後、冷却器７０及び減圧器８０に供給され、冷却・減圧される。冷却・減圧された排出物（混合物）は、気液分離器９０によって生成ガスを含む気体成分と、灰分、非金属系触媒が水に懸濁された液体成分とに分離され、生成ガスはガスタンク９１に貯えられ、液体成分は排出される。

システム１００ａの管理者の指示により、あるいは、システム１００ａの運転から所定時間が経過すると、供給ポンプ３０は、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０への懸濁液の供給を中止し、懸濁液から清水に切り替えて、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０を順に介して二重管式熱交換器４０に清水を供給し、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０の配管、並びにそれらの装置間を接続する配管における流体を清水に置換する。

上記配管における流体を清水に置換した後、二重管４１の配管の加振を開始し、所定時間、あるいは、清水の供給によって二重管式熱交換器４０から排出される排水の濁度等の性状が問題ないと判断されるまで、清水による洗浄を行う。洗浄後、供給ポンプ３０は、清水の供給を中止し、清水が供給ポンプ３０から、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）、ガス化反応器６０及び予熱器５０を順に介して二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）に流れるように三方弁３１，３３を制御し、また、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）を介して予熱器５０から供給された清水が外部に排出されるように三方弁３２を制御する。

三方弁３１，３２，３３を制御した後、二重管４１の配管の加振を開始し、所定時間、あるいは、清水の供給によって二重管式熱交換器４０から排出される排水の濁度等の性状が問題ないと判断されるまで、清水の逆流による配管洗浄を行う。逆流による配管洗浄が終了した後、供給ポンプ３０は、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０への清水の供給を中止し、清水から懸濁液に切り替え、懸濁液が供給ポンプ３０から、二重管式熱交換器４０（二重管４１の内管４３内の流路）及び予熱器５０を順に介してガス化反応器６０に流れるように三方弁３１，３２を制御し、また、二重管式熱交換器４０（二重管４１の外管４２と内管４３との間の流路）を介してガス化反応器６０から供給された排出物を冷却器７０に流れるように三方弁３３を制御する。

以上のように、三方弁３１，３２，３３などの切替弁をシステム１００ａに備えて、清水及び加振による洗浄と、清水の逆流及び加振による洗浄を行うことにより、二重管式熱交換器４０、予熱器５０及びガス化反応器６０における配管並びにそれらの装置間を接続する配管に付着したタール等を、非極性有機溶媒や水溶性有機溶媒を用いることなく清水のみで、効率よく除去することが可能となり、タール等による配管内の詰まり発生を抑制して設備信頼度のさらなる向上を図ることが可能となる。なお、清水による配管洗浄及び清水の逆流による配管洗浄は、システム１００ａの運転を停止して各装置４０，５０，６０における温度が常温まで冷却するのを待ってから行ってもよいが、連続運転・安定運転が可能なように、システム１００ａの運転を停止することなく行ってもよい。

また、本実施の形態においては、システム１００ａの二重管式熱交換器４０における二重管４１の配管に振動を加えるための装置、例えば、振動装置４４及びスペーサー４５を、二重管式熱交換器４０に設けて、清水の正流による配管洗浄及び清水の逆流による配管洗浄の際に二重管４１の配管に振動を加えることとしているが、二重管４１の配管に振動を加えるための装置を設ける必要がないときは、二重管式熱交換器４０に設けなくてもよい。

１０ 調整タンク、２０ 破砕機、３０ 供給ポンプ、３１，３２，３３ 三方弁、４０ 二重管式熱交換器、４１ 二重管、４２ 外管、４３ 内管、４４ 振動装置、４５ スペーサー、５０ 予熱器、５１ 加熱器、６０ ガス化反応器、６１ 加熱器、７０ 冷却器、８０ 減圧器、９０ 気液分離器、９１ ガスタンク、１００ 超臨界水によるバイオマスガス化システム、１００ａ 電磁弁を備えた超臨界水によるバイオマスガス化システム

Claims (6)

1. 含水性バイオマス又はバイオマスのスラリー体に懸濁させた非金属系触媒を触媒として、前記バイオマスを超臨界水でガス化処理するガス化反応器と、
   前記ガス化反応器にて生成された生成ガス及び灰分、並びに前記非金属系触媒が水に懸濁され、前記ガス化反応器から排出される混合物の熱を利用して、前記ガス化反応器で超臨界水によりガス化処理される前記含水性バイオマス又は前記スラリー体に前記非金属系触媒を懸濁させた懸濁液を予熱する二重管式熱交換器と、
   を備え、
   前記懸濁液を、前記二重管式熱交換器における二重管の一方の流路を介して前記ガス化反応器に供給し、
   前記ガス化反応器から排出される前記混合物を、前記二重管の他方の流路に供給する超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転中に、
   前記懸濁液から清水に切り替えて、前記清水を、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に供給して前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを特徴とする超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法。
2. 前記清水を前記一方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記他方の流路に供給する前に、前記清水を前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に供給し、前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを特徴とする請求項１に記載の超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法。
3. 前記二重管における前記流路内の流体が前記清水で置換された後に、前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加えることを特徴とする請求項１または２に記載の超臨界水によるバイオマスガス化システムの運転方法。
4. 含水性バイオマス又はバイオマスのスラリー体に懸濁させた非金属系触媒を触媒として、前記バイオマスを超臨界水でガス化処理するガス化反応器と、
   前記ガス化反応器にて生成された生成ガス及び灰分、並びに前記非金属系触媒が水に懸濁され、前記ガス化反応器から排出される混合物の熱を利用して、前記ガス化反応器で超臨界水によりガス化処理される前記含水性バイオマス又は前記スラリー体に前記非金属系触媒を懸濁させた懸濁液を予熱する二重管式熱交換器と、
   前記懸濁液を前記二重管式熱交換器を介して前記ガス化反応器に供給する供給ポンプと、
   を備える超臨界水によるバイオマスガス化システムにおいて、
   前記供給ポンプは、前記二重管式熱交換器における二重管の一方の流路を介して前記ガス化反応器に前記懸濁液を供給し、
   前記ガス化反応器から排出される前記混合物は、前記二重管の他方の流路に供給され、
   前記供給ポンプは、前記懸濁液から清水に切り替えて、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に前記清水を供給して前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを特徴とする超臨界水によるバイオマスガス化システム。
5. 前記供給ポンプは、前記一方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記他方の流路に清水を供給する前に、前記他方の流路及び前記ガス化反応器を順に介して前記一方の流路に前記清水を供給し、前記二重管式熱交換器及び前記ガス化反応器における配管を洗浄することを特徴とする請求項４に記載の超臨界水によるバイオマスガス化システム。
6. 前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加える振動装置をさらに備え、
   前記振動装置は、前記二重管における前記流路内の流体が前記清水で置換された後に、前記二重管式熱交換器の前記配管に振動を加えることを特徴とする請求項４または５に記載の超臨界水によるバイオマスガス化システム。

Images