JP6552857B2 - Gasification furnace - Google Patents

Gasification furnace Download PDF

Info

Publication number
JP6552857B2
JP6552857B2 JP2015069996A JP2015069996A JP6552857B2 JP 6552857 B2 JP6552857 B2 JP 6552857B2 JP 2015069996 A JP2015069996 A JP 2015069996A JP 2015069996 A JP2015069996 A JP 2015069996A JP 6552857 B2 JP6552857 B2 JP 6552857B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
biomass
end side
furnace
gas
screw blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015069996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016190888A (en
Inventor
弘也 加納
弘也 加納
陽介 釜田
陽介 釜田
聖之 小寺
聖之 小寺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kubota Corp filed Critical Kubota Corp
Priority to JP2015069996A priority Critical patent/JP6552857B2/en
Publication of JP2016190888A publication Critical patent/JP2016190888A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6552857B2 publication Critical patent/JP6552857B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

本発明は、バイオマスからエネルギーの原料となるガスを得るガス化炉に関する。   The present invention relates to a gasifier that obtains a gas as a raw material of energy from biomass.

バイオマスは再生可能な生物由来の有機性資源で化石資源を除いたものをいう。バイオマスが燃焼することにより放出されるCOは、本来、生物の成長過程で光合成により大気中から吸収したCOであることから、地球温暖化の原因物質とはならないこともあり、再生可能なエネルギー源として注目されている。 Biomass refers to renewable organic organic resources excluding fossil resources. CO 2 the biomass is discharged by burning is inherently since it is CO 2 absorbed from the atmosphere by photosynthesis in organisms growth process, sometimes not a causative agent of global warming, renewable It is noted as an energy source.

従来、さとうきびやトウモロコシ等の可食原料を発酵、ろ過してアルコールに転換し、代替燃料として利用する技術が確立されていたが、そのために可食原料の不足や価格の高騰を招く等の虞のあることから、近年、稲わら、もみ殻、木くず等の非可食原料をガス化炉に投入して水性ガス反応によりガス化し、得られたガスをFT合成により液体燃料化する技術が注目されている。   Conventionally, technology has been established to ferment and filter edible raw materials such as sugarcane and corn, convert them to alcohol, and use them as an alternative fuel. However, this may lead to shortages of edible raw materials and high prices. Therefore, in recent years, attention has been focused on the technology that puts non-edible raw materials such as rice straw, rice husk, and wood waste into a gasification furnace, gasifies them by water gas reaction, and turns the resulting gas into liquid fuel by FT synthesis. It is done.

一般に、バイオマスと水蒸気から一酸化炭素と水素を生成する水性ガス反応は吸熱反応であり、当該反応を促進するためにガス化炉の炉内温度は500℃〜1200℃に維持されている。   In general, the water gas reaction that generates carbon monoxide and hydrogen from biomass and water vapor is an endothermic reaction, and the furnace temperature of the gasifier is maintained at 500 ° C. to 1200 ° C. in order to promote the reaction.

特許文献1には、大気圧存在下の被移送物を負圧雰囲気の容器内に特別のシール装置を設けることなく移送することを目的とするゴミ焼却炉に用いるスクリューフィーダ装置が開示されている。当該スクリューフィーダ装置は、スクリューを排出口より少なくとも投入口側において欠除させている。そのため、被移送物は、後方から移送されてくる被移送物の押圧力のみにより移送され、そして、ケーシング内で圧密にされることで、圧密状態が促進され保持される。その結果、大気圧下の被移送物を負圧下の容器内に移送するにあたって、スクリューフィーダ装置内で圧密された被移送物により十分なシールを行うことができる効果があると記載されている。   Patent Document 1 discloses a screw feeder device used in a refuse incinerator intended to transfer an object to be transferred in the presence of atmospheric pressure without providing a special sealing device in a negative pressure atmosphere container. . In the screw feeder, the screw is removed at least on the inlet side from the outlet. Therefore, the transferred object is transferred only by the pressing force of the transferred object transferred from the rear, and is consolidated in the casing, whereby the consolidated state is promoted and maintained. As a result, it is described that when transferring the object to be transferred under atmospheric pressure into the container under negative pressure, there is an effect that sufficient sealing can be performed by the object to be transferred compacted in the screw feeder device.

また、特許文献2には、バイオマスの粉粒体を定量供給する粉粒体供給装置が開示されている。当該粉粒体供給装置は、貯蔵する粉粒体を水平方向に沿って移送すると共に、移送された当該粉粒体を下方の開口部から送出させるホッパーと、ホッパーの開口部へ基端側が連結され、粉粒体を圧縮することなく先端側から送出する第一のスクリューフィーダと、第一のスクリューフィーダの先端側へ基端側が連結され、先端側を粉粒体で塞ぎながら当該粉粒体を先端側から送出する第二のスクリューフィーダとを備えている。   Further, Patent Document 2 discloses a powder and particle supply device that quantitatively supplies biomass powder and particles. The powder supply apparatus transports the stored granular material along the horizontal direction, and feeds the transferred granular material from a lower opening, and the base end side is connected to the opening of the hopper. The first screw feeder that feeds the powder particles from the tip side without compressing them, and the base end side is connected to the tip side of the first screw feeder, and the powder particles while closing the tip side with the powder particles And a second screw feeder for delivering the

第二のスクリューフィーダは、先端側のピッチ間隔を基端側よりも先端側ほど小さくなるように設定したスクリューを備え、或いは先端側の羽根高さを基端側よりも先端側ほど小さくなるように設定したスクリューを備え、当該スクリューの羽根高さに対応させて、先端側の直径を基端側よりも先端側ほど小さくなるようにテーパー状に形成されたケーシングを備えている。ケーシングの先端側をバイオマスで塞ぎながら当該バイオマスをケーシングの先端側から送出するように構成されている。   The second screw feeder includes a screw in which the pitch interval on the distal end side is set to be smaller toward the distal end side than the proximal end side, or the blade height on the distal end side is smaller toward the distal end side than the proximal end side. And a casing formed in a tapered shape so that the diameter on the distal end side becomes smaller toward the distal end side than the proximal end side in accordance with the blade height of the screw. It is comprised so that the said biomass may be sent from the front end side of a casing, closing the front end side of a casing with biomass.

そのため、ケーシングの内部とガス化炉の内部とをバイオマスで仕切ることができ、ガス化炉内のガス化剤が押し込みスクリューフィーダ内に逆流しにくくすることができると共に、シールガス送給装置から押し込みスクリューフィーダを介してガス化炉内に流出するシールガスの量を非常に少なくすることができる。   Therefore, the inside of the casing and the inside of the gasification furnace can be partitioned by biomass, and the gasifying agent in the gasification furnace can be pushed in, making it difficult to back flow into the screw feeder and pushing from the seal gas feeding device. The amount of seal gas flowing out into the gasification furnace via the screw feeder can be greatly reduced.

特開平9−175626号公報JP-A-9-175626 特開2004−51258号公報JP 2004-512258 A

しかし、特許文献1に記載されたスクリューフィーダ装置を高温のガス化炉に用いると、スクリューフィーダの先端部から炉内に落下供給された後にスクリュー羽根のケーシング先端に形成される空洞部が高温に晒されて、ケーシング内の一部のバイオマスがガス化炉内に投入される前に熱分解されて固着し、或いは発生したタールがケーシングの内壁に付着して成長し、或いはバイオマスがタールや水蒸気の結露で濡れて固着するため、そのような状況が継続するとやがてスクリューフィーダが閉塞するという問題があった。ケーシング内の温度は炉内より若干低いため、タールや水蒸気が冷却されて付着固化するのである。   However, when the screw feeder device described in Patent Document 1 is used in a high-temperature gasification furnace, the cavity formed at the tip of the casing of the screw blade after being dropped and supplied from the tip of the screw feeder into the furnace is heated to a high temperature. When exposed, some biomass in the casing is thermally decomposed and fixed before being introduced into the gasification furnace, or the generated tar adheres to the inner wall of the casing and grows, or the biomass is tar or water vapor. As the condition continues, there is a problem that the screw feeder is eventually closed. Since the temperature in the casing is slightly lower than that in the furnace, tar and water vapor are cooled and adhere and solidify.

特許文献2に記載されたスクリューフィーダは、ケーシングの先端側ほどバイオマスが圧密化されるようにスクリュー羽根のピッチが先端側ほど狭く構成され、あるいはケーシングが先端側ほど縮径されているため、シール性は優れるものの、ケーシングの内部先端側でバイオマスが熱分解して発生したタール成分がバイオマスに浸潤して温度低下することで塊状化して閉塞する虞があった。   The screw feeder described in Patent Document 2 is configured so that the pitch of the screw blades is narrower toward the tip side so that the biomass is consolidated toward the tip side of the casing, or the casing is reduced in diameter toward the tip side. Although the property is excellent, there is a possibility that the tar component generated by thermal decomposition of biomass on the inner tip side of the casing infiltrates into the biomass and decreases in temperature, and is agglomerated and clogged.

特にスクリューフィーダを間歇運転する場合には、停止時に塊状化が進んで次次作動する際に大きなトルクが発生して機械的な破損を招く虞もあった。   In particular, when the screw feeder is intermittently operated, the agglomeration progresses at the time of stopping, and a large torque is generated during the subsequent operation, which may cause mechanical damage.

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、タール等による内部の詰りや供給不良を引き起こすことなく、バイオマスを安定して供給することが可能なバイオマス供給装置を備えたガス化炉を提供する点にある。   An object of the present invention is to provide a gasification furnace including a biomass supply apparatus that can stably supply biomass without causing internal clogging or supply failure due to tar or the like in view of the above-described problems. It is on the point.

上述の目的を達成するため、本発明によるガス化炉の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、酸素ガス供給部と水蒸気供給部とバイオマス供給装置とが炉壁に設けられ、炉内で水性ガス反応を生起するガス化炉であって、前記バイオマス供給装置は、基端側にバイオマス投入口が形成され先端側が前記炉壁に接続された筒状のケーシングと、前記筒状のケーシングに内挿されたスクリュー羽根とを備え、前記バイオマス投入口に投入されたバイオマスを炉内に搬送供給するように構成され、搬送方向に沿って前記筒状のケーシングとスクリュー羽根の1ピッチ間で形成される区間の容積が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成され、前記スクリュー羽根の支軸が前記スクリュー羽根の長さより短く構成されている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the gasification furnace according to the present invention includes an oxygen gas supply unit, a water vapor supply unit, a biomass supply device, as described in claim 1 of the claims. Is a gasification furnace which is provided on the furnace wall and causes a water gas reaction in the furnace, and the biomass supply device is a tubular shape having a biomass inlet formed on the base end side and a tip end side connected to the furnace wall And a screw blade inserted into the cylindrical casing, and configured to convey and supply the biomass introduced into the biomass inlet into the furnace, and the cylindrical member is arranged along the conveying direction. the volume of the section which is formed between one pitch of the casing and the screw blade is configured to be larger at the distal end side as compared to the base end side, shorter configuration than the support shaft is the length of the screw blade of the screw blade It lies in the fact that is.

筒状のケーシングとスクリュー羽根とで区画される空間にバイオマスが充填され搬送され、当該空間に充填されるバイオマスによって炉内に外気が流入しないようにシールされる。スクリュー羽根の支軸がスクリュー羽根の長さより短く構成されているので、スクリュー羽根の支軸の先端が、炉壁から基端側に控えられ、高温に晒されにくくなる。それにより、スクリュー羽根の支軸へのタールや水蒸気の結露を原因としたバイオマスの凝集付着が起きにくくなる。また、筒状のケーシングの先端側ではスクリュー羽根の支軸がないため、筒状のケーシングの先端側のバイオマスの充填率は、いっそう小さくなり、それにより、筒状のケーシングの先端側のバイオマスは、筒状のケーシングに凝集付着しにくくなり、安定して炉内に供給することができるようになる。   Biomass is filled and transported in a space defined by the cylindrical casing and the screw blades, and is sealed so that outside air does not flow into the furnace by the biomass filled in the space. Since the support shaft of the screw blade is configured to be shorter than the length of the screw blade, the distal end of the support shaft of the screw blade is held from the furnace wall to the proximal end side, and is not easily exposed to high temperatures. This makes it difficult for the biomass to agglomerate and adhere to the spindles of the screw blades due to condensation of tar and water vapor. In addition, since there is no screw blade support shaft on the front end side of the cylindrical casing, the biomass filling rate on the front end side of the cylindrical casing is further reduced, so that the biomass on the front end side of the cylindrical casing is Cohesive adhesion to the cylindrical casing is less likely to occur and stable supply to the furnace is possible.

また、単位長さ当たりの容積が基端側と比較して先端側で大きくなるので、筒状のケーシングの先端側に搬送されたバイオマスは基端側で圧密化された状態から先端側に搬送され開放されて解れた状態になる。筒状のケーシングの先端側で高温に晒された一部のバイオマスが熱分解されても、それほど圧密化されていないため、その周囲のバイオマスにタールが浸潤するまでに炉内に搬送されるようになる。また、一部のバイオマスがタールや水蒸気に濡れても、スクリュー羽根で炉内に搬送されるようになる。In addition, since the volume per unit length is larger on the distal end side than on the proximal end side, the biomass transported to the distal end side of the cylindrical casing is transported from the compacted state on the proximal end side to the distal end side. Then it is released and it is in a state of being unraveled. Even if some biomass exposed to high temperature on the tip side of the cylindrical casing is pyrolyzed, it is not so compacted, so it will be transported into the furnace before tar infiltrates the surrounding biomass become. In addition, even if some biomass gets wet with tar or steam, it will be transported into the furnace with screw blades.

同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記スクリュー羽根のピッチが基端側と比較して先端側で長くなるように構成されている点にある。   As described in claim 2, the second feature configuration is configured such that, in addition to the first feature configuration described above, the pitch of the screw blades is longer on the distal end side than on the proximal end side. The point is.

上述の構成によれば、筒状のケーシング内を搬送されるバイオマスの充填率は、筒状のケーシングの基端側より先端側で小さくなり、それにより、筒状のケーシングの基端側では、圧密のバイオマスによりシール性が確保されると同時に、圧密にされない筒状のケーシングの先端側のバイオマスは、筒状のケーシングに凝集付着しにくくなり、安定して炉内に供給することができるようになる。   According to the above-described configuration, the filling rate of the biomass conveyed in the cylindrical casing is smaller on the distal end side than the proximal end side of the cylindrical casing, thereby, on the proximal end side of the cylindrical casing, The sealing biomass is secured by the compacted biomass, and at the same time, the biomass on the tip side of the cylindrical casing that is not compacted is less likely to agglomerate and adhere to the cylindrical casing, and can be stably supplied to the furnace. become.

同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記スクリュー羽根のピッチが基端側と比較して中間部で短くなり先端側で長くなるように構成されている点にある。 In the third feature configuration, as described in claim 3, in addition to the first feature configuration described above, the pitch of the screw blades is shorter at the intermediate portion and longer at the distal end side than at the proximal end side. It is in the point comprised so that.

上述の構成によれば、筒状のケーシング内を移動するバイオマスの充填率は、筒状のケーシングの基端側より先端側で小さくなる。それにより、筒状のケーシングの先端側の圧密されない解れたバイオマスは、筒状のケーシングに凝集付着しにくくなり、安定して炉内に供給することができるようになる。さらに、筒状のケーシングの中間部のバイオマスの充填率は、基端側のそれより大きくなるため、シール効果が増し、ガス化炉内への外気の流入や、ガス化炉内のガス化剤の逆流を抑制することができる。   According to the above-described configuration, the filling rate of biomass moving in the cylindrical casing is smaller on the distal end side than on the proximal end side of the cylindrical casing. As a result, the uncompressed biomass on the front end side of the cylindrical casing is less likely to agglomerate and adhere to the cylindrical casing, and can be stably supplied into the furnace. Furthermore, since the filling rate of the biomass in the middle part of the cylindrical casing is larger than that on the base end side, the sealing effect is increased, the inflow of outside air into the gasifier, and the gasifying agent in the gasifier Can be suppressed.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述の第一から第の何れかの特徴構成に加えて、前記スクリュー羽根の先端が前記炉壁の内壁近傍まで延出形成されている点にある。 The fourth characterizing feature of the can, as noted in the claim 4, in addition the first above the third one characteristic feature of the, extending the tip of the screw blade until near the inner wall of the furnace wall formed It is in the point being done.

上述の構成によれば、スクリュー羽根の先端が炉壁の内壁近傍まで延出形成されているため、スクリュー羽根によりバイオマスを機械的に直接押し出して炉内に供給できるようになる。また、炉壁の内壁近傍の筒状のケーシングの内壁にタール等が付着し、筒状のケーシングが閉塞するような事態となった場合であっても、筒状のケーシングに内挿され回転するスクリュー羽根により付着したタール等を剥ぎ取ることが可能である。そもそもスクリュー羽根が回転していることで、筒状のケーシングの内壁にはタール等が付着しにくくなっている。よって、バイオマスを定量的に確実に供給できるようになる。   According to the above configuration, since the tip of the screw blade extends to the vicinity of the inner wall of the furnace wall, the biomass can be directly pushed out mechanically by the screw blade and supplied into the furnace. Even when tar or the like adheres to the inner wall of the cylindrical casing in the vicinity of the inner wall of the furnace wall and the cylindrical casing becomes blocked, the cylindrical casing is inserted and rotated. It is possible to peel off tar and the like attached by the screw blade. In the first place, since the screw blades are rotating, tar or the like is less likely to adhere to the inner wall of the cylindrical casing. Therefore, it becomes possible to reliably supply biomass quantitatively.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述の第一から第の何れかの特徴構成に加えて、前記スクリュー羽根の先端が前記炉壁の内側に突出形成されている点にある。 In the fifth feature configuration, as described in claim 5 , in addition to any one of the first to third feature configurations described above, the tip of the screw blade is formed to protrude inside the furnace wall. The point is.

上述の構成によれば、スクリュー羽根の先端が炉壁の内側にまで突出形成されているため、上述の第五の特徴構成によるものと同様の作用効果を、より確実に発揮できるようになる。   According to the above-described configuration, since the tip of the screw blade is formed so as to protrude to the inside of the furnace wall, the same effect as that of the above-described fifth characteristic configuration can be more reliably exhibited.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、搬送方向に沿って前記筒状のケーシング及び前記スクリュー羽根の径が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成されている点にある。 The sixth characterizing feature of the can, as noted in the claim 6, in addition the first above Fifth any feature configuration of the diameter of the tubular casing and the screw blade along the transport direction Is configured to be larger on the distal end side than on the proximal end side.

上述の構成によれば、筒状のケーシング内を搬送されるバイオマスの充填率を、筒状のケーシングの基端側より先端側で小さくすることが可能である。それにより、筒状のケーシングの基端側で、圧密のバイオマスによりシール性が確保されると同時に、筒状のケーシングの先端側の圧密にされないバイオマスが、タール等により凝集し筒状のケーシングに付着しにくくなり、バイオマスを炉内に安定して供給することができるようになる。   According to the above-described configuration, it is possible to make the filling rate of biomass conveyed in the cylindrical casing smaller on the distal end side than on the proximal end side of the cylindrical casing. Thereby, at the base end side of the cylindrical casing, the sealing performance is ensured by the compacted biomass, and at the same time, the unconsolidated biomass on the distal end side of the cylindrical casing is aggregated by tar or the like to form a cylindrical casing. It becomes difficult to adhere and the biomass can be stably supplied into the furnace.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記炉壁で囲まれる炉本体は竪形に形成され、前記バイオマス供給装置は前記水蒸気供給部より上方位置で前記炉壁に接続されている点にある。 According to a seventh aspect of the present invention, in addition to any of the first to sixth features described above, the furnace main body surrounded by the furnace wall is formed in a bowl shape, as described in the seventh aspect. The biomass supply apparatus is in a point connected to the furnace wall at a position above the water vapor supply unit.

上述の構成によれば、竪形の炉本体の炉壁に接続された水蒸気供給部より上方位置にあるバイオマス供給装置から炉内に供給されるバイオマスは、水蒸気供給部から供給される高温に熱せられた水蒸気の下方からの噴流により高効率で水性ガス反応をする。   According to the above-described configuration, the biomass supplied into the furnace from the biomass supply device located above the steam supply unit connected to the furnace wall of the vertical furnace body is heated to the high temperature supplied from the steam supply unit. The water vapor reaction is carried out with high efficiency by the jet of water vapor from below.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記炉壁の外側が断熱材で覆われ、前記スクリュー羽根のうち少なくとも前記支軸より先端側が断熱材に覆われている点にある。 The eighth characterizing feature of the can, as noted in the claim 8, in addition the first above the seventh one characteristic feature of the outside of the furnace wall is covered with a heat insulating material, of the screw blade Of these, at least the tip side of the support shaft is covered with a heat insulating material.

上述の構成によれば、スクリュー羽根の支軸は高温になりにくくなり、それによって、スクリュー羽根の劣化を抑制できる。また、スクリュー羽根の冷却機構の負荷を低減できるようになる。   According to the above-described configuration, the support shaft of the screw blade is unlikely to become high temperature, thereby suppressing the deterioration of the screw blade. In addition, the load on the screw blade cooling mechanism can be reduced.

以上説明した通り、本発明によれば、タール等による内部の詰りや供給不良を引き起こすことなく、バイオマスを安定して供給することが可能なバイオマス供給装置を備えたガス化炉を提供することができるようになった。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gasification furnace including a biomass supply apparatus that can stably supply biomass without causing internal clogging or supply failure due to tar or the like. It became possible.

本発明によるガス化炉の一部切欠き説明図Partial cutaway explanatory view of a gasifier according to the present invention (a)は本発明によるガス化炉の要部説明図、(b)は(a)のA−A線断面図(A) is principal part explanatory drawing of the gasification furnace by this invention, (b) is the sectional view on the AA line of (a). 供給量制御機構の説明図Explanation of supply amount control mechanism (a),(b),(c)はバイオマスのガス化反応の説明図、(d)は実験結果を示す表(A), (b), (c) is explanatory drawing of the gasification reaction of biomass, (d) is a table | surface which shows an experimental result. (a),(b),(c),(d)は別実施形態を示す本発明によるガス化炉の要部説明図(A), (b), (c), (d) is a main part explanatory drawing of the gasification furnace by this invention which shows another embodiment. (a),(b),(c)は本発明によるガス化炉に用いられるバイオマス供給装置の説明図(A), (b), (c) is explanatory drawing of the biomass supply apparatus used for the gasification furnace by this invention 本発明によるガス化炉が組み込まれたバイオマスの液体燃料化システムの説明図Explanatory drawing of the liquid fueling system of biomass in which the gasifier according to the present invention is incorporated 本発明によるガス化炉が組み込まれたエネルギー生成システムの説明図Explanatory drawing of the energy generation system incorporating the gasification furnace by this invention

以下、本発明によるガス化炉の実施形態を説明する。
図7に示すように、本発明によるガス化炉10は、バイオマスを原料にして生成される合成ガスから液体燃料を生成する液体燃料化システム100に組み込まれることが可能なガス化炉である。尚、当該ガス化炉10で生成される合成ガスは、発電や他の熱源としても利用可能である。
Hereinafter, embodiments of the gasification furnace according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 7, a gasification furnace 10 according to the present invention is a gasification furnace that can be incorporated into a liquid fuel conversion system 100 that generates liquid fuel from synthesis gas generated using biomass as a raw material. In addition, the synthesis gas produced | generated in the said gasification furnace 10 can be utilized also as an electric power generation or another heat source.

液体燃料化システム(BTLシステム)100は、バイオマスから液体燃料の原料となる合成ガスを生成するガス化炉10、生成された合成ガスから灰分等の固形物、硫化水素ガスや塩化水素ガス、アンモニア等を除去するサイクロン、スクラバー、活性炭吸着塔等からなるガス精製装置204を経て精製された合成ガスから燃料を合成するFT合成装置104を備えている。   A liquid fuel conversion system (BTL system) 100 includes a gasification furnace 10 that generates synthesis gas as a raw material for liquid fuel from biomass, solids such as ash, hydrogen sulfide gas, hydrogen chloride gas, and ammonia from the generated synthesis gas FT synthesizing device 104 for synthesizing fuel from synthesis gas purified through a gas purifying device 204 including a cyclone, a scrubber, an activated carbon adsorption tower, etc.

ガス化炉10は、炉温が500℃以上1000℃以下の高温下で、バイオマスを水蒸気或いは過熱水蒸気で還元加熱して合成ガス(H、CO)を生成する反応塔を備えている。反応塔で得られた合成ガスが後段のガス精製装置204で精製され、不純物が除去された後にヒータ及び圧縮機を介して高温高圧に加熱及び加圧されてFT合成装置104に投入される。 The gasification furnace 10 is equipped with a reaction tower which reduces and heats the biomass with steam or superheated steam to produce a synthesis gas (H 2 , CO) at a high temperature of 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less. The synthesis gas obtained in the reaction tower is purified by the gas purification device 204 in the latter stage, and after impurities are removed, it is heated and pressurized to a high temperature and high pressure through a heater and a compressor, and introduced into the FT synthesis device 104.

FT合成とは、Fischer−Tropsch合成の略で、一酸化炭素と水素から触媒反応を用いて液体炭化水素を合成する一連の合成反応プロセスを指す。FT合成装置104に投入された合成ガスは、触媒が分散された溶媒中に投入されて所望の炭化水素に合成される。触媒の種類や性状により変化するが、例えば、メタノールを合成する場合には、水素と一酸化炭素の比率H/COは約2であることが好ましい場合もある。また本実施形態で軽油を合成する場合には水素と一酸化炭素の比率H/COは約1であることが好ましい。 FT synthesis is an abbreviation of Fischer-Tropsch synthesis, and refers to a series of synthetic reaction processes for synthesizing liquid hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen using catalytic reaction. The synthesis gas charged into the FT synthesizer 104 is charged into a solvent in which the catalyst is dispersed and synthesized into a desired hydrocarbon. Although it changes depending on the type and properties of the catalyst, for example, when synthesizing methanol, it may be preferable that the ratio H 2 / CO of hydrogen to carbon monoxide be about 2. In addition, when synthesizing light oil in this embodiment, the ratio H 2 / CO of hydrogen to carbon monoxide is preferably about 1.

つまり、FT合成で所望の炭化水素を効率的に得るために、水素と一酸化炭素の比率H/COが調整されていることが好ましく、この比率は同じ種類の炭化水素を得る場合でもFT合成で使用される触媒の種類にも依存する。 That is, in order to efficiently obtain the desired hydrocarbon in the FT synthesis, it is preferable that the ratio H 2 / CO of hydrogen and carbon monoxide be adjusted, and this ratio is an FT even when obtaining the same type of hydrocarbon. It also depends on the type of catalyst used in the synthesis.

従って、様々な比率H/COで合成ガスが得られる汎用性の高いガス化炉10が望まれ、また合成ガスの収率が高くコンパクトなガス化炉10が望まれている。 Therefore, a highly versatile gasifier 10 capable of obtaining synthesis gas at various ratios H 2 / CO is desired, and a compact gasifier 10 with a high yield of synthesis gas is desired.

図1には、本発明によるガス化炉10の一例が示されている。
ガス化炉10は、フレームで支持され、耐食性の金属で構成された縦型円筒形状の反応塔4と、反応塔4にバイオマスを供給するバイオマス供給装置2と、水性ガス反応を生起するための水蒸気を反応塔4に供給する水蒸気供給部3と、反応塔4を所望の温度に加熱するとともに合成ガスである水素と一酸化炭素の比率H/COを調整する酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)とが設けられている。
FIG. 1 shows an example of a gasification furnace 10 according to the present invention.
The gasification furnace 10 is supported by a frame, a vertical cylindrical reaction tower 4 made of corrosion-resistant metal, a biomass feeder 2 for supplying biomass to the reaction tower 4, and a water gas reaction. A steam supply section 3 for supplying steam to the reaction tower 4 and an oxygen gas supply section 5 (5a) for heating the reaction tower 4 to a desired temperature and adjusting the ratio H 2 / CO of hydrogen and carbon monoxide as synthesis gas. , 5b, 5c).

例えば高周波加熱等により常圧で約500℃程度に加熱された水蒸気とバイオマスとが反応塔4の内部で水性ガス反応や、水性ガスシフト反応して、反応塔4上部の排気口40から排気され、排気管42を経て上述したガス精製装置204(図7参照)に導かれる。水性ガス反応は主に反応塔4の下部で、水性ガスシフト反応は主に反応塔4を上昇する過程で生じる。ガス精製装置204(図7参照)には誘引送風機が設けられ、反応塔4内部が負圧に維持され、反応塔4内で生成されたガスがガス精製装置204(図7参照)に誘引されて精製される。   For example, water vapor and biomass heated to about 500 ° C. at normal pressure by high-frequency heating or the like undergo a water gas reaction or a water gas shift reaction inside the reaction tower 4 and are exhausted from the exhaust port 40 at the top of the reaction tower 4. It is led to the above-mentioned gas purification device 204 (see FIG. 7) through the exhaust pipe. The water gas reaction mainly occurs in the lower part of the reaction tower 4 and the water gas shift reaction mainly occurs in the process of rising the reaction tower 4. The gas purification apparatus 204 (see FIG. 7) is provided with an induction fan, the inside of the reaction tower 4 is maintained at a negative pressure, and the gas generated in the reaction tower 4 is attracted to the gas purification apparatus 204 (see FIG. 7). Be refined.

バイオマス供給装置2は一端が反応塔4の下方にフランジ接続された筒状のケーシング20と筒状のケーシング20に収容されたスクリュー羽根21とを備えたスクリューコンベア機構で構成され、筒状のケーシング20(以下、単に「ケーシング」と記す。)の他端側にバイオマスの投入口22が設けられている。投入口22には略鉛直姿勢の搬送路70が接続され、その搬送路70の上端に定量供給機構71を備えたホッパー7が設けられている。   The biomass supply apparatus 2 includes a cylindrical casing 20 having one end flange-connected to the lower side of the reaction tower 4 and a screw conveyor mechanism including a screw blade 21 accommodated in the cylindrical casing 20. An inlet 22 for biomass is provided at the other end of 20 (hereinafter simply referred to as “casing”). A conveyance path 70 having a substantially vertical posture is connected to the insertion port 22, and a hopper 7 having a quantitative supply mechanism 71 is provided at the upper end of the conveyance path 70.

原料となるバイオマスとして稲わら、もみ殻、麦わら、トウモロコシの茎葉等の乾燥系のバイオマスが好適に用いられる。数mm程度に破砕されたこれらの乾燥系のバイオマスがホッパー7に充填され、搬送路70を介して投入口22に搬送される。投入口22に投入されたバイオマスはスクリュー羽根21で圧密に搬送されて反応塔4に投入される。つまり、ケーシング20内が充填され圧密化されたバイオマスで外気と反応塔4内部との間がシールされる。   Dry biomass such as rice straw, rice husk, wheat straw, corn stover and the like is preferably used as the raw material biomass. These dry biomass crushed to about several mm is filled in the hopper 7 and conveyed to the inlet 22 through the conveyance path 70. The biomass introduced into the inlet 22 is compactly conveyed by the screw blade 21 and introduced into the reaction tower 4. That is, between the outside air and the inside of the reaction tower 4 is sealed with the packed and consolidated biomass inside the casing 20.

バイオマス供給装置2の下方に第1酸素ガス供給部5(5a)が設けられ、第1酸素ガス供給部5(5a)の下方に水蒸気供給部3が設けられている。バイオマス供給装置2の上方にはさらに他の複数の酸素ガス供給部5(5b,5c)が上下方向位置を異ならせて設けられている。   A first oxygen gas supply unit 5 (5a) is provided below the biomass supply device 2, and a water vapor supply unit 3 is provided below the first oxygen gas supply unit 5 (5a). A plurality of other oxygen gas supply units 5 (5b, 5c) are provided above the biomass supply device 2 at different vertical positions.

反応塔4には、塔内温度を維持するために反応塔4を囲むように断熱壁Wが設置されている。断熱壁Wの内側、特に反応塔4の下方には反応塔4を所望の温度に維持するために複数のヒータHが埋め込まれている(図2(b)参照)。   The heat insulation wall W is installed in the reaction tower 4 so as to surround the reaction tower 4 in order to maintain the temperature in the tower. A plurality of heaters H are embedded inside the heat insulating wall W, particularly below the reaction tower 4 in order to maintain the reaction tower 4 at a desired temperature (see FIG. 2B).

図2(a)に示すように、バイオマス供給装置2から反応塔4の内部に供給されたバイオマスBは水蒸気供給部3の先端部に設けられたノズル30から噴射される水蒸気により反応塔4の内部で流動する噴流床8が形成される。   As shown in FIG. 2 (a), the biomass B supplied from the biomass supply device 2 to the inside of the reaction tower 4 is generated by the water vapor sprayed from the nozzle 30 provided at the tip of the water vapor supply part 3. A spouted bed 8 that flows inside is formed.

ノズル30の開口30aが反応塔4の底部41に向かって噴射され、底部41に向かって落下したまたは落下中のバイオマスを巻き上げながら上方に吹き上げる。反応塔4の下部の噴流床8が形成される領域が主に水性ガス反応が行なわれる第1領域R1となる。更に第1領域の上方に主に水性ガスシフト反応が行なわれる第2領域R2(図1参照)が形成される。   The opening 30a of the nozzle 30 is sprayed toward the bottom 41 of the reaction tower 4 and blows upward while rolling up the biomass that has fallen toward the bottom 41 or is falling. The region where the spouted bed 8 in the lower part of the reaction tower 4 is formed is the first region R1 where the water gas reaction is mainly performed. Further, a second region R2 (see FIG. 1) in which a water gas shift reaction is mainly performed is formed above the first region.

水性ガス反応とは、次式に示すように、500℃以上の高温環境下でバイオマスである固体炭素Cと水蒸気HOとから一酸化炭素COと水素Hが生成される吸熱反応をいう。
C+HO → CO+H
The water gas reaction is an endothermic reaction in which carbon monoxide CO and hydrogen H 2 are generated from solid carbon C and steam H 2 O as biomass in a high temperature environment of 500 ° C. or higher as shown in the following formula. .
C + H 2 O → CO + H 2

水性ガスシフト反応とは、次式に示すように、800℃以上の高温環境下で一酸化炭素COと水蒸気HOとから二酸化炭素COと水素Hが生成される発熱反応をいう。
CO+HO → CO+H
The water gas shift reaction is an exothermic reaction in which carbon dioxide CO 2 and hydrogen H 2 are generated from carbon monoxide CO and water vapor H 2 O in a high temperature environment of 800 ° C. or higher as shown in the following equation.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2

吸熱反応である水性ガス反応が500℃以上の高温環境下で促進されるために加熱源が必要になる。そのため、上述したヒータH及び酸素ガス供給部5(5a)が設けられている。   Since a water gas reaction which is an endothermic reaction is promoted in a high temperature environment of 500 ° C. or higher, a heating source is required. Therefore, the heater H and the oxygen gas supply unit 5 (5a) described above are provided.

図2(b)に示すように、反応塔4が断熱壁Wで囲まれた状態でヒータHに通電されることにより、反応塔4の内部が500℃以上に加熱される。   As shown in FIG. 2B, the heater H is energized while the reaction tower 4 is surrounded by the heat insulating wall W, whereby the inside of the reaction tower 4 is heated to 500 ° C. or higher.

図2(a)に戻り、その後、第1酸素ガス供給部5(5a)から供給される酸素ガスにより第1領域R1で流動しているバイオマスBの一部が燃焼して二酸化炭素になる発熱反応によって高温の環境温度が維持されるようになる。図2(a)で黒く塗りつぶされた粒子が燃焼したバイオマスである。つまり、ヒータHからの外部加熱やバイオマスBの一部の燃焼による内部加熱により温度が維持される。
C+O → CO
C+1/2・O → CO
Returning to FIG. 2A, after that, part of the biomass B flowing in the first region R1 is burned by the oxygen gas supplied from the first oxygen gas supply unit 5 (5a) to become carbon dioxide. A high ambient temperature is maintained by the reaction. It is the biomass which the particle | grains painted black in FIG. 2 (a) burned. That is, the temperature is maintained by external heating from the heater H or internal heating by partial combustion of the biomass B.
C + O 2 → CO 2
C + 1/2 · O 2 → CO

第1領域R1のうちバイオマス供給装置2の上方にも第2酸素ガス供給部5(5b)が設けられ、第2酸素ガス供給部5(5b)から供給される酸素によってもバイオマスが部分燃焼して環境温度が維持される。もちろんこれらの酸素ガス供給部5から供給される酸素ガス量は安定した水性ガス反応が行なわれるために十分な量でありバイオマスの殆どが燃焼して消失するような量ではない。   A second oxygen gas supply unit 5 (5b) is also provided above the biomass supply device 2 in the first region R1, and the biomass is partially combusted by oxygen supplied from the second oxygen gas supply unit 5 (5b). The environmental temperature is maintained. Of course, the amount of oxygen gas supplied from these oxygen gas supply units 5 is sufficient for a stable water gas reaction to occur, and is not such an amount that most of the biomass burns and disappears.

バイオマス供給装置2から供給されたバイオマスBは加熱されることなく反応塔4に供給され、反応塔4内の下方へ落下するので、噴流床の最下部近傍の温度が最も低くなる。そのため、この近傍に第1酸素ガス供給部5(5a)が配置されることが重要となる。また、第1領域の内バイオマス供給装置2の上方でも十分な環境温度を維持するため第2酸素ガス供給部5(5b)の位置も重要となる。何故なら、基本的にヒータHは立上げ時の熱源として用いられ、その後は酸素ガスとバイオマスBの燃焼反応で環境温度が維持されるように構成されているからである。   Since the biomass B supplied from the biomass supply apparatus 2 is supplied to the reaction tower 4 without being heated and falls downward in the reaction tower 4, the temperature near the lowermost part of the spouted bed is lowest. Therefore, it is important that the first oxygen gas supply unit 5 (5a) is disposed in the vicinity thereof. In addition, the position of the second oxygen gas supply unit 5 (5b) is also important in order to maintain a sufficient environmental temperature even above the biomass supply device 2 in the first region. This is because the heater H is basically used as a heat source at start-up, and thereafter, the environmental temperature is maintained by the combustion reaction of oxygen gas and biomass B.

つまり、水蒸気供給部3はガスの流れ方向に沿ってバイオマス供給装置2より上流(図2では下方)に配置され、酸素ガス供給部5のうち第1領域R1に対応する酸素ガス供給部5aは、少なくともバイオマス供給装置2より上流側に配置されている。   That is, the water vapor supply unit 3 is disposed upstream (downward in FIG. 2) from the biomass supply device 2 along the gas flow direction, and the oxygen gas supply unit 5a corresponding to the first region R1 in the oxygen gas supply unit 5 is At least upstream of the biomass supply device 2 is disposed.

さらに、酸素ガス供給部5のうち第1領域R1に対応する酸素ガス供給部5bは、バイオマス供給装置2の下流側にさらに配置され、水蒸気供給部3は何れの酸素ガス供給部5より上流側に配置されている。   Furthermore, the oxygen gas supply unit 5 b corresponding to the first region R <b> 1 in the oxygen gas supply unit 5 is further arranged on the downstream side of the biomass supply device 2, and the water vapor supply unit 3 is upstream of any oxygen gas supply unit 5. Is located in

第1領域R1でバイオマスから生成された合成ガス及びチャーや灰はそのガス流れ方向下流側の第2領域R2に上昇して上述した水性ガスシフト反応が促進される。第2領域R2の入口部に先端が下方を向くように第3酸素ガス供給部5(5c)が配置され、第3酸素ガス供給部5(5c)から供給される酸素ガスにより水性ガス反応で生成された一酸化炭素の一部が燃焼する。
CO+1/2・O → CO
The synthesis gas and char and ash generated from biomass in the first region R1 rise to the second region R2 on the downstream side in the gas flow direction, and the above-described water gas shift reaction is promoted. The third oxygen gas supply unit 5 (5c) is disposed at the inlet of the second region R2 such that the tip is directed downward, and the oxygen gas supplied from the third oxygen gas supply unit 5 (5c) is used for water gas reaction. A part of the produced carbon monoxide burns.
CO + 1/2 · O 2 → CO 2

第2領域で主に行われる水性ガスシフト反応は発熱反応であるため、第3酸素ガス供給部5(5c)から供給される酸素ガスは環境温度の維持よりもむしろ水性ガス反応で生成される一酸化炭素と水素の比率の調整の意義が大きい。一酸化炭素の燃焼量が増せばそれだけ水素ガスの比率が大きくなるためである。   Since the water gas shift reaction mainly performed in the second region is an exothermic reaction, the oxygen gas supplied from the third oxygen gas supply unit 5 (5c) is generated by the water gas reaction rather than maintaining the environmental temperature. The significance of adjusting the ratio of carbon oxide and hydrogen is significant. This is because the ratio of hydrogen gas increases as the amount of combustion of carbon monoxide increases.

尚、水性ガスシフト反応に必要な水蒸気は水蒸気供給部3から供給され、第1領域で水性ガス反応に寄与しなかった水蒸気が消費される。また、第3酸素ガス供給部5(5c)から供給される酸素ガスは燃焼して二酸化炭素になるだけであるため、反応塔4を上昇するガス流量は大きく変化することが無い。   In addition, the water vapor | steam required for a water gas shift reaction is supplied from the water vapor | steam supply part 3, and the water vapor | steam which did not contribute to the water gas reaction in the 1st area | region is consumed. Further, since the oxygen gas supplied from the third oxygen gas supply unit 5 (5c) only burns to carbon dioxide, the gas flow rate rising up the reaction tower 4 does not change greatly.

第1領域で生成されたガスとバイオマスまたはチャーや灰は第1領域R1と第2領域R2との間で連通部43を介して移動可能に構成されている。   The gas and biomass or char or ash generated in the first region are configured to be movable between the first region R1 and the second region R2 via the communication portion 43.

上述したように水蒸気供給部3から供給される水蒸気により水性ガス反応と水性ガスシフト反応に必要な水が供給されるとともに、第1領域でバイオマスの噴流床が形成されるように水蒸気の流量が調整されている。   As described above, water necessary for the water gas reaction and the water gas shift reaction is supplied by the water vapor supplied from the water vapor supply unit 3, and the flow rate of water vapor is adjusted so that a spouted bed of biomass is formed in the first region. It is done.

具体的に、第2領域R2のガス流速を第1領域R1のガス流速よりも低下させるガス流速調整部cが連通部43に形成されている。ガス流速調整部cは、内部のガス流に直交する平均断面積(図1においては紙面に直交する平面の反応塔の面積)が第1領域R1より第2領域R2の方が大きくなるように拡径形成された反応塔4の形状により具現化されている。   Specifically, a gas flow rate adjustment unit c that lowers the gas flow rate in the second region R2 than the gas flow rate in the first region R1 is formed in the communication unit 43. The gas flow rate adjusting unit c has an average cross-sectional area perpendicular to the internal gas flow (in FIG. 1, the area of the reaction tower in a plane perpendicular to the paper surface) larger in the second region R2 than in the first region R1. It is embodied by the shape of the reaction tower 4 in which the diameter is increased.

この拡径は第1領域R1から第2領域R2へのガス流れを乱さないように、縮径することなく滑らかに拡径するとともに、拡径部にバイオマスや残渣が堆積しないように、鋭角に立ち上がるように形成されている。   This diameter expansion is carried out at an acute angle so that the gas flow from the first region R1 to the second region R2 is not disturbed, and the diameter is smoothly expanded without reducing the diameter, and so that biomass and residues are not deposited on the expanded portion. It is formed to stand up.

第1領域R1で生成されたガスが第2領域に到達すると、拡径形成された反応塔4の形状により、その上昇速度が低下し、ガスに同伴した未反応のバイオマスがバイオマス自体の重量で第1領域に落下するように設定されている。つまり、未反応のバイオマスの殆どが第1領域R1で水性ガス反応の原料となり、或いは酸素ガスにより燃焼して灰化される。灰化されると比重が小さくなり、水蒸気供給部3からの水蒸気により生じる噴流床でこの灰化したバイオマスの残渣残差も巻き上げられ、ガスに同伴して第2領域R2に上昇して排気口40からガスとともに排気される。従って、排気口40以外に残渣を取り出す専用の残差排出部を設ける必要がない。   When the gas generated in the first region R1 reaches the second region, the rising speed is reduced due to the shape of the reaction tower 4 formed to expand the diameter, and the unreacted biomass accompanying the gas is the weight of the biomass itself. It is set to fall into the first area. That is, most of the unreacted biomass becomes a raw material for the water gas reaction in the first region R1, or burns with oxygen gas and is ashed. When ashed, the specific gravity is reduced, and the residual residue of the ashed biomass is also rolled up in the spouted bed generated by the water vapor from the water vapor supply unit 3 and rises to the second region R2 along with the gas, and the exhaust port It is exhausted with gas from 40. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated residual discharge unit for taking out the residue other than the exhaust port 40.

上述したガス流速調整部cにより第2領域R2を流れるガスの流速は十分に低下するため、水性ガスシフト反応のための時間は十分に確保できるようになる。従って、第2領域R2の長さをそれほど稼ぐ必要がなく、反応塔4がコンパクトに構成できるようになる。   Since the gas flow velocity adjusting unit c described above sufficiently reduces the flow velocity of the gas flowing through the second region R2, it is possible to secure a sufficient time for the water gas shift reaction. Therefore, it is not necessary to increase the length of the second region R2 so much that the reaction tower 4 can be made compact.

このように、反応塔4内に主に水性ガス反応が行なわれる第1領域R1と、主に水性ガスシフト反応が行なわれる第2領域R2をガス流れに沿って形成し、ガス化された軽量の灰を第2領域から排出することで、第1領域R1と第2領域R2とが別の装置でなく一体で構成され、コンパクトなガス化炉を得ることができる。   As described above, the first region R1 in which the water gas reaction is mainly performed in the reaction tower 4 and the second region R2 in which the water gas shift reaction is mainly performed are formed along the gas flow. By discharging the ash from the second region, the first region R1 and the second region R2 are configured as one unit instead of separate devices, and a compact gasification furnace can be obtained.

図6(a),(b),(c)に基づいてバイオマス供給装置2について詳述する。
既に説明したが、バイオマス供給装置2は、基端側にバイオマス投入口22が形成され先端側がガス化炉1の炉壁に接続されたケーシング20と、ケーシング20に内挿されたスクリュー羽根21とを備え、バイオマス投入口22に投入されたバイオマスをガス化炉10(反応塔4)の内部に搬送供給するように構成されている。
The biomass supply apparatus 2 will be described in detail based on FIGS. 6 (a), (b), and (c).
As described above, the biomass supply device 2 has the casing 20 with the biomass inlet 22 formed on the proximal side and the tip side connected to the furnace wall of the gasification furnace 1, and the screw blades 21 inserted into the casing 20 , And is configured to transport and supply the biomass input to the biomass input port 22 to the inside of the gasification furnace 10 (reaction tower 4).

図6(a)に示すように、ケーシング20の基端側で、スクリュー羽根21を支持する支軸2cを回転駆動する電動モータ2dの駆動軸が歯車やプーリーからなる減速機構を介して連結されている。   As shown in FIG. 6A, on the base end side of the casing 20, the drive shaft of the electric motor 2d that rotationally drives the support shaft 2c that supports the screw blades 21 is connected via a speed reduction mechanism that includes gears and pulleys. ing.

ケーシング20に内挿されたスクリュー羽根21が電動モータ2dの駆動により回転することにより、バイオマス投入口に投入されたバイオマスは、スクリュー羽根21に押されてケーシング20内を徐々に移動し、ケーシング20の先端側から炉内に搬送供給される。   The screw blade 21 inserted in the casing 20 is rotated by the drive of the electric motor 2d, so that the biomass charged into the biomass charging port is pushed by the screw blade 21 and gradually moves in the casing 20, and the casing 20 Is conveyed and supplied into the furnace from the front end side.

搬送方向に沿ってケーシング20とスクリュー羽根21の1ピッチ間で形成される区間の容積が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成されている。具体的に、スクリュー羽根21のピッチが基端側と比較して先端側で長くなるように構成されている。スクリュー羽根21のピッチを基端側から先端側に次第に長くなるように構成されていてもよい。さらに区間を区切ってピッチが段階的に長くなるように構成されていてもよい。ケーシング20の内でタールが生成されやすい300〜400℃に昇温される部位辺りからピッチを長くなるように構成されることが好ましい。   The volume of the section formed between one pitch of the casing 20 and the screw blades 21 along the transport direction is configured to be larger on the distal end side than on the proximal end side. Specifically, the pitch of the screw blade 21 is configured to be longer on the tip end side than on the base end side. You may be comprised so that the pitch of the screw blade | wing 21 may become long gradually from the base end side to the front end side. Further, the pitch may be increased stepwise by dividing the section. It is preferable that the pitch be increased from around the portion where the temperature is increased to 300 to 400 ° C. in the casing 20 where tar is likely to be generated.

ケーシング20とスクリュー羽根21とで区画される空間にバイオマスが充填され搬送され、当該空間に充填されるバイオマスによって炉内に外気が流入しないようにシールされる。単位長さ当たりの容積が基端側と比較して先端側で大きくなるので、ケーシング20のバイオマスは基端側で圧密化された状態から先端側に搬送され、開放されて解れた状態になる。   Biomass is filled and transported in a space defined by the casing 20 and the screw blades 21 and sealed so that outside air does not flow into the furnace by the biomass filled in the space. Since the volume per unit length is larger on the distal end side than on the proximal end side, the biomass in the casing 20 is transported from the consolidated state on the proximal end side to the distal end side, and is released and released. .

ガス化炉1の反応塔4内は500℃以上の高温状態に維持され、ケーシング20の先端側では、常時500℃以上の高温に晒されている。300〜400℃を超えるところではバイオマスが熱分解されてタールが生成されるようになる。   The inside of the reaction tower 4 of the gasification furnace 1 is maintained at a high temperature of 500 ° C. or higher, and the tip side of the casing 20 is constantly exposed to a high temperature of 500 ° C. or higher. Where the temperature exceeds 300 to 400 ° C., the biomass is thermally decomposed to generate tar.

ケーシング20の先端側で高温に晒された一部のバイオマスが熱分解されても、バイオマスはそれほど圧密化されていないため、熱分解により生じたタールが周囲のバイオマスに浸潤するまでに炉内に搬送されるようになる。また、一部のバイオマスが水蒸気に濡れてケーシング20に付着しても、スクリュー羽根により炉内に搬送されるようになる。   Even if a portion of the biomass exposed to high temperature on the front end side of the casing 20 is pyrolyzed, the biomass is not so compacted, so that the tar generated by the pyrolysis enters the surrounding biomass before infiltrating the surrounding biomass. It will be transported. Moreover, even if some biomass gets wet with water vapor and adheres to the casing 20, it is conveyed into the furnace by the screw blades.

スクリュー羽根21の支軸2cがスクリュー羽根21の軸方向長さより短く構成され、スクリュー羽根21の先端側に支軸2cが欠如したシャフトレス部2eが形成されている。   The support shaft 2c of the screw blade 21 is configured to be shorter than the axial length of the screw blade 21, and a shaftless portion 2e lacking the support shaft 2c is formed on the distal end side of the screw blade 21.

そのため、スクリュー羽根21の支軸2cは高温に晒され難くなり、支軸2cに特段の冷却機構を設ける必要がなくなる。また支軸2cは伝熱により周囲の雰囲気より冷たくなるので、反応塔4の近くまで来ると結露やタール付着の虞があるが、シャフトレス部2eを設けることで付着面積も減り、結露やタール付着の虞が低減する。もし、スクリュー羽根21に冷却機構を設ける場合でも支軸2cが短くなり冷却機構の負荷を低減できるようになる。ケーシング20の先端側ではスクリュー羽根21の支軸2cがないため、ケーシング20の先端側ではバイオマスが搬送されるケーシング20の空間がより一層広くなる。そのため、バイオマスの圧密化がさらに低減されるようになる。   Therefore, the support shaft 2c of the screw blade 21 is not easily exposed to a high temperature, and it is not necessary to provide a special cooling mechanism on the support shaft 2c. Further, since the support shaft 2c becomes cooler than the surrounding atmosphere due to heat transfer, there is a risk of condensation or tar adhesion when it comes close to the reaction tower 4, but by providing the shaftless portion 2e, the adhesion area is reduced, and condensation or tar adheres. The risk of adhesion is reduced. Even if the screw blade 21 is provided with a cooling mechanism, the support shaft 2c is shortened, and the load on the cooling mechanism can be reduced. Since there is no support shaft 2c of the screw blade 21 on the front end side of the casing 20, the space of the casing 20 in which the biomass is conveyed becomes even wider on the front end side of the casing 20. Therefore, the consolidation of the biomass is further reduced.

スクリュー羽根21の先端が炉壁の内壁近傍まで延出形成されている。そのため、仮にケーシング20の内壁に搬送中のバイオマスの熱分解によって発生したタールが付着しても、そのまま固化することなくスクリュー羽根21の外周部及び搬送中のバイオマスにより掻き落とされてバイオマスとともに炉内に搬送される。スクリュー羽根21の先端が炉壁の内側に突出形成されていると、さらに確実にケーシング20の内壁をクリーニングできるようになる。しかし、突出形成されたスクリュー羽根21は500℃を超える温度にさらされるため損傷の虞が高く、内壁近傍までの延出がより良いのである。   The tip of the screw blade 21 is formed to extend to the vicinity of the inner wall of the furnace wall. Therefore, even if tar generated by thermal decomposition of the biomass being transported adheres to the inner wall of the casing 20, it is scraped off by the outer periphery of the screw blade 21 and the biomass being transported without being solidified as it is in the furnace. Transported to If the tip of the screw blade 21 protrudes from the inside of the furnace wall, the inner wall of the casing 20 can be more reliably cleaned. However, the projecting and formed screw blade 21 is exposed to a temperature exceeding 500 ° C., so there is a high risk of damage, and the extension to the vicinity of the inner wall is better.

図6(b)に示すように、スクリュー羽根21のピッチが基端側と比較して中間部2iで短くなり先端側で長くなるように構成してもよい。ケーシング20の基端側のピッチ短縮部2jでは、ケーシング20の基端側から先端側に向けて、ピッチが次第に短くなっている。一方、ケーシング20の先端側のシャフトレス部2eやピッチ延長部2hでは、ケーシング20の基端側から先端側に向けて、ピッチが次第に長くなっている。   As shown in FIG. 6B, the pitch of the screw blades 21 may be configured to be shorter at the intermediate portion 2i and longer at the distal end side than at the proximal end side. In the pitch shortening portion 2j on the base end side of the casing 20, the pitch is gradually shortened from the base end side of the casing 20 toward the front end side. On the other hand, in the shaftless portion 2e and the pitch extension portion 2h on the distal end side of the casing 20, the pitch is gradually increased from the proximal end side of the casing 20 toward the distal end side.

これにより、ケーシング20内を移動するバイオマスの充填率は、ケーシング20の先端側で小さくなり、それにより、ケーシング20の先端側の圧密にされないバイオマスは、ケーシング20に凝集付着しにくくなり、安定して炉内に供給することができるようになる。さらに、ケーシング20の中間部2iのバイオマスの充填率は、基端側のそれより大きくなるため、シール効果が増し、ガス化炉1内への外気の流入や、ガス化炉1内のガス化剤の逆流を抑制することができる。   Thereby, the filling rate of the biomass which moves in the casing 20 becomes small at the tip end side of the casing 20, and thereby, the unconsolidated biomass at the tip end side of the casing 20 is less likely to aggregate and adhere to the casing 20 and is stable. Can be supplied into the furnace. Furthermore, since the filling rate of the biomass in the intermediate part 2i of the casing 20 is larger than that on the base end side, the sealing effect is increased, and the inflow of outside air into the gasification furnace 1 and the gasification in the gasification furnace 1 are increased. The back flow of the agent can be suppressed.

図6(c)に示すように、搬送方向に沿ってケーシング20及びスクリュー羽根21の径が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成してもよい。   As shown in FIG.6 (c), you may comprise so that the diameter of the casing 20 and the screw blade | wing 21 may become large in the front end side compared with the base end side along a conveyance direction.

この構成によれば、ケーシング20内を搬送されるバイオマスの充填率を、スクリュー羽根のピッチを変えることなくケーシング20の基端側より先端側で小さくすることが可能である。それにより、ケーシング20の基端側で、圧密のバイオマスによりシール性が確保されると同時に、ケーシング20の先端側の圧密にされないバイオマスが、タール等により凝集しケーシング20に付着しにくくなり、バイオマスを炉内に安定して供給することができるようになる。   According to this structure, it is possible to make the filling rate of the biomass conveyed in the casing 20 smaller on the distal end side than on the proximal end side of the casing 20 without changing the pitch of the screw blades. Thereby, at the base end side of the casing 20, the sealing performance is secured by the consolidated biomass, and at the same time, the unconsolidated biomass on the distal end side of the casing 20 is aggregated by tar or the like and hardly adheres to the casing 20. Can be stably supplied into the furnace.

炉壁の外側は断熱材で覆われている。スクリュー羽根21のうち少なくとも支軸2cより先端側であるシャフトレス部2eが断熱材に覆われるように構成してもよい。   The outside of the furnace wall is covered with a heat insulating material. You may comprise so that the shaft-less part 2e which is the front end side from the spindle 2c among the screw blades 21 may be covered with a heat insulating material.

こうすることで、スクリュー羽根21の支軸2cは高温になりにくくなり、それによって、スクリュー羽根21の劣化を抑制できる。また、スクリュー羽21の支軸2cが断熱材に覆われないので支軸2cに冷却機構を設ける場合も冷却機構の負荷を低減できるようになる。冷却機構としては、支軸2cやスクリュー羽根21に冷却水や冷却風等を通す方法がある。   By doing so, the support shaft 2c of the screw blade 21 is unlikely to become high temperature, and thereby the deterioration of the screw blade 21 can be suppressed. Further, since the support shaft 2c of the screw blade 21 is not covered with the heat insulating material, the load on the cooling mechanism can be reduced even when a cooling mechanism is provided on the support shaft 2c. As a cooling mechanism, there is a method of passing cooling water, cooling air or the like through the support shaft 2c or the screw blade 21.

図3に示すように、上述したガス化炉10で進行するバイオマスのガス化プロセスを管理して制御するプロセス制御部60がさらに設けられている。プロセス制御部60は汎用コンピュータと、汎用コンピュータにインストールされた制御プログラムと、拡張ボードを備えて構成されている。拡張ボードには第1領域R1に設置された第1温度センサS3、第2領域R2に設置された第2温度センサS4、排気管42に設置された水素ガスセンサS1及び一酸化炭素ガスセンサS2からの検出信号が入力される入力回路、バイオマス供給装置2のスクリュー羽根21を回転制御するモータへの駆動信号、水蒸気源から水蒸気供給部3に供給される水蒸気流量を調整する制御バルブV1、酸素ガス源から各酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)へ供給される酸素ガス量を調整する制御バルブVa,Vb,Vcの開度調整信号が出力される出力回路が設けられている。   As shown in FIG. 3, the process control part 60 which manages and controls the biomass gasification process which progresses in the gasification furnace 10 mentioned above is further provided. The process control unit 60 includes a general purpose computer, a control program installed in the general purpose computer, and an expansion board. The expansion board includes a first temperature sensor S3 installed in the first region R1, a second temperature sensor S4 installed in the second region R2, a hydrogen gas sensor S1 installed in the exhaust pipe 42, and a carbon monoxide gas sensor S2. An input circuit to which a detection signal is input, a drive signal to a motor that rotationally controls the screw blades 21 of the biomass supply device 2, a control valve V1 that adjusts the flow rate of water vapor supplied from the water vapor source to the water vapor supply unit 3, and an oxygen gas source Is provided with an output circuit for outputting opening adjustment signals of the control valves Va, Vb, Vc for adjusting the amount of oxygen gas supplied to the oxygen gas supply units 5 (5a, 5b, 5c).

プロセス制御部60には、各酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガスの供給量を個別に調整制御する供給量調整機構50が組み込まれている。供給量調整機構50は、反応塔4から流出するガスの組成を測定する水素ガスセンサS1及び一酸化炭素ガスセンサS2からの検出信号に基づいて、ガス組成が目標ガス組成になるように、つまり水素と一酸化炭素の比率H/COが所望の比率になるように、酸素ガス供給部5から第1領域R1及び第2領域R2の夫々に供給する酸素ガスの供給量を調整するように構成されている。 The process control unit 60 incorporates a supply amount adjustment mechanism 50 that individually adjusts and controls the supply amounts of oxygen gas supplied from the respective oxygen gas supply units 5 (5a, 5b, 5c). Based on the detection signals from the hydrogen gas sensor S1 and the carbon monoxide gas sensor S2 that measure the composition of the gas flowing out from the reaction tower 4, the supply amount adjusting mechanism 50 adjusts the gas composition to the target gas composition, that is, hydrogen and The supply amount of oxygen gas supplied from the oxygen gas supply unit 5 to each of the first region R1 and the second region R2 is adjusted so that the ratio H 2 / CO of carbon monoxide is a desired ratio. ing.

図4(a)に示すように、第1領域R1に備えた第1酸素ガス供給部5aから供給される酸素ガスは、水性ガス反応により低下する温度を補償するために主にバイオマスの燃焼つまり固体炭素の燃焼に費やされる。その結果発生する燃焼温度により環境温度が上昇して水性ガス反応が促進されるが、固体炭素の燃焼により発生する一酸化炭素CO及び二酸化炭素CO濃度も上昇するため、相対的に水素と一酸化炭素の比率H/COが小さくなる。この傾向は第1酸素ガス供給部5aからの酸素の供給量を増すほど強くなる。 As shown in FIG. 4 (a), the oxygen gas supplied from the first oxygen gas supply unit 5a provided in the first region R1 mainly burns the biomass, that is, compensates for the temperature lowered by the water gas reaction. It is spent burning solid carbon. The resulting combustion temperature raises the environmental temperature and promotes the water gas reaction, but the concentration of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO 2 generated by the combustion of solid carbon also increases, so it is relatively common with hydrogen The ratio of carbon oxide H 2 / CO is reduced. This tendency becomes stronger as the amount of oxygen supplied from the first oxygen gas supply unit 5a increases.

第1領域R1の下流側に備えた第2酸素ガス供給部5bから供給される酸素ガスは、上流側で生じた水性ガス反応により低下する温度を補償するために供給される。第1酸素ガス供給部5aから供給される酸素ガスと同様のメカニズムが働くが、既に水性ガス反応で生じた一酸化炭素と水蒸気との間で生じる水性ガスシフト反応もある程度促進される。つまり、第2酸素ガス供給部5bから供給される酸素ガス供給量により固体炭素の燃焼と水性ガスシフト反応との間のバランスが調整される。   The oxygen gas supplied from the second oxygen gas supply unit 5b provided on the downstream side of the first region R1 is supplied in order to compensate for the temperature that decreases due to the water gas reaction generated on the upstream side. A mechanism similar to that of the oxygen gas supplied from the first oxygen gas supply unit 5a works, but the water gas shift reaction that occurs between carbon monoxide and water vapor that has already occurred in the water gas reaction is also promoted to some extent. That is, the balance between the combustion of solid carbon and the water gas shift reaction is adjusted by the amount of oxygen gas supplied from the second oxygen gas supply unit 5b.

図4(b)に示すように、第2領域R2に備えた第3酸素ガス供給部5cから供給される酸素ガスは、主に第1領域R1で行われた水性ガス反応で生じた一酸化炭素CO、または燃焼反応で生じた一酸化炭素COの燃焼や水性ガスシフト反応に費やされる。その結果、環境温度が上昇して水性ガスシフト反応が促進される。結果、水素ガスH濃度が上昇するため、相対的に水素と一酸化炭素の比率H/COが大きくなる。この傾向は酸素の供給量を増すほど強くなる。 As shown in FIG. 4 (b), the oxygen gas supplied from the third oxygen gas supply unit 5c provided in the second region R2 is mainly an oxidation caused by the water gas reaction performed in the first region R1. It is consumed for combustion of carbon CO or carbon monoxide CO generated by combustion reaction and water gas shift reaction. As a result, the environmental temperature rises and the water gas shift reaction is promoted. As a result, since the hydrogen gas H 2 concentration is increased, the ratio H 2 / CO of hydrogen and carbon monoxide is relatively increased. This tendency becomes stronger as the supply amount of oxygen is increased.

図4(c)に示すように、3系統の酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガス量を調整することにより、水素と一酸化炭素の比率H/COを所望の比率に調整できるようになる。 As shown in FIG. 4C, by adjusting the amount of oxygen gas supplied from the three systems of oxygen gas supply units 5 (5a, 5b, 5c), the ratio H 2 / CO of hydrogen to carbon monoxide is calculated. It becomes possible to adjust to a desired ratio.

尚、図4(a),(b),(c)に示すガス組成を囲み円の面積は、生成されるガスの概略の比率が示されている。   Note that the area of the circle surrounding the gas composition shown in FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C indicates the approximate ratio of the generated gas.

図4(d)には、上述したガス化炉10を用いて3系統の酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガス量を様々に調整して操炉した結果、生成されたガスの種類及びその量が示されている。   In FIG. 4 (d), as a result of variously adjusting the amount of oxygen gas supplied from the three oxygen gas supply units 5 (5a, 5b, 5c) using the gasification furnace 10 described above, The type and amount of gas produced is indicated.

RunNo.1はガス化炉10への供給酸素ガスの総量一定の下で、各ガス供給部へ均等比率で供給した結果が示され、RunNo.2は供給酸素ガスの総量一定の下で、第3ガス供給部5cへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示され、RunNo.3は供給酸素ガスの総量一定の下で、第2ガス供給部5bへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示され、RunNo.4は供給酸素ガスの総量一定の下で、第1ガス供給部5aへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示されている。   Run No. 1 shows the result of supplying the gas supply parts at an equal ratio with the total amount of oxygen gas supplied to the gasifier 10 being constant. 2 shows the result of supplying the supply amount to the third gas supply unit 5c so that the supply amount to the third gas supply unit 5c is relatively increased while the total amount of supply oxygen gas is constant. 3 shows the result of supplying the supply amount to the second gas supply unit 5b relatively increased with the total amount of supplied oxygen gas being constant. 4 shows the result of supplying the supply gas to the first gas supply unit 5a so that the supply amount is relatively increased while the total amount of supply oxygen gas is constant.

水素と一酸化炭素の比率H/COに注目すると、第3ガス供給部5cへの供給量を相対的に多くしたRunNo.2では、均等に供給したRunNo.1に比べて比率H/COが大きくなり、第1ガス供給部5aへの供給量を相対的に多くしたRunNo.4では、均等に供給したRunNo.1に比べて比率H/COが小さくなることが確認され、第2ガス供給部5bへの供給量を相対的に多くしたRunNo.3では、均等に供給したRunNo.1に比べて比率H/COが小さくなり、RunNo.4と同様の傾向が表れることが確認できる。 When attention is paid to the ratio H 2 / CO of hydrogen and carbon monoxide, Run No. 2 which has a relatively large supply amount to the third gas supply unit 5c. 2, evenly supplied RunNo. The ratio H 2 / CO is larger than that of Run No. 1, and the supply amount to the first gas supply unit 5a is relatively increased. 4, RunNo. It is confirmed that the ratio H 2 / CO is smaller than that of Run No. 1, and the amount of supply to the second gas supply unit 5b is relatively increased. 3, evenly supplied RunNo. The ratio H 2 / CO is smaller than that of RunNo. It can be confirmed that the same tendency as 4 appears.

つまり、供給量調整機構50は、測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、酸素ガス供給部5から供給される酸素ガスの総量を一定に維持しながら、第1領域及び第2領域の夫々に供給する供給量の比率を調整するように構成されている。   That is, the supply amount adjusting mechanism 50 maintains the total amount of oxygen gas supplied from the oxygen gas supply unit 5 so that the measured gas composition becomes the target gas composition, while maintaining the first region and the second region. Are configured to adjust the ratio of the supply amount supplied to each of.

具体的には、第2領域R2への酸素ガス供給量を増やすとHを相対的に増やすことができ、第1領域R1への酸素ガス供給量、さらに言えば、第1領域R1の上流側への酸素ガス供給量を増やすとCOを相対的に増やすことができる。 Specifically, if the amount of oxygen gas supplied to the second region R2 is increased, the amount of H 2 can be relatively increased, and the amount of oxygen gas supplied to the first region R1, more specifically, upstream of the first region R1. If the oxygen gas supply amount to the side is increased, CO can be relatively increased.

例えば、バイオマスの組成や含水率に基づいて、反応塔4内を水性ガス反応及び水性ガスシフト反応を促進するために必要な環境温度に維持するために必要な入熱量を算出して、その入熱量が領域R1,R2毎にバイオマスの燃焼熱及び/または一酸化炭素の燃焼熱で得られるように酸素ガスの総量を定め、定めた総量を一定に維持しながら、第1領域及び第2領域の夫々に供給する供給量の比率を調整するのである。   For example, based on the biomass composition and moisture content, the amount of heat input is calculated by calculating the amount of heat input required to maintain the inside of the reaction tower 4 at the environmental temperature required to promote the water gas reaction and the water gas shift reaction. The total amount of oxygen gas is determined so as to be obtained by the combustion heat of biomass and / or the combustion heat of carbon monoxide for each region R1, R2, and while maintaining the determined total amount constant, The ratio of the supply amount supplied to each is adjusted.

本発明によるガス化炉10に備えた供給量調整機構50は、上述した制御態様以外に第1温度センサS3及び第2温度センサS4により検出される第1領域R1及び/または第2領域R2の温度が所定の環境温度になるように各酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガス量を調整することも可能である。この場合も、水素ガスセンサS1、一酸化炭素ガスセンサS2で測定されたガス組成が目標ガス組成になるように各酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガス量が調整されることが前提となる。   The supply amount adjusting mechanism 50 provided in the gasification furnace 10 according to the present invention has a first region R1 and / or a second region R2 detected by the first temperature sensor S3 and the second temperature sensor S4 in addition to the control mode described above. It is also possible to adjust the amount of oxygen gas supplied from each oxygen gas supply unit 5 (5a, 5b, 5c) so that the temperature becomes a predetermined environmental temperature. Also in this case, the amount of oxygen gas supplied from each oxygen gas supply unit 5 (5a, 5b, 5c) is adjusted so that the gas composition measured by the hydrogen gas sensor S1 and the carbon monoxide gas sensor S2 becomes the target gas composition. It is a prerequisite.

尚、温度センサやガスセンサは数を増やすことで、より精度良く酸素ガス量の調整が可能になり、温度や水素、一酸化炭素と比率の調整も精度良くできるようになる。   Note that by increasing the number of temperature sensors and gas sensors, the amount of oxygen gas can be adjusted more accurately, and the ratio of temperature, hydrogen, and carbon monoxide can be adjusted with high accuracy.

プロセス制御部60は、供給量調整機構50によりガス組成が目標ガス組成になるように制御できない場合や、ガス組成が目標ガス組成になってもガス量が低下するような場合に、バイオマス供給装置2から供給されるバイオマスの供給量及び/または水蒸気供給部3から供給される水蒸気供給量を増減調整するように構成されている。   The process control unit 60 uses the biomass supply device when the supply amount adjusting mechanism 50 cannot control the gas composition to be the target gas composition, or when the gas amount decreases even when the gas composition reaches the target gas composition. The supply amount of biomass supplied from 2 and / or the supply amount of steam supplied from the steam supply unit 3 is adjusted to increase or decrease.

そして、供給量調整機構50はバイオマスの供給量及び/または水蒸気供給量の変動に基づいて必要な酸素ガス供給量や供給量の比率を調整するように構成されている。   The supply amount adjusting mechanism 50 is configured to adjust a necessary oxygen gas supply amount and a ratio of the supply amount based on fluctuations in the biomass supply amount and / or the water vapor supply amount.

本発明によるガス化炉を用いると、各酸素ガス供給部5(5a,5b,5c)から供給される酸素ガス量を調整することにより、水素と一酸化炭素の比率H/COが約2の合成ガスや、水素と一酸化炭素の比率H/COが約1の合成ガスが得られるようになる。 When the gasification furnace according to the present invention is used, the ratio H 2 / CO of hydrogen to carbon monoxide is approximately 2 by adjusting the amount of oxygen gas supplied from each oxygen gas supply unit 5 (5a, 5b, 5c). Or a synthesis gas having a hydrogen to carbon monoxide ratio H 2 / CO of about 1.

以下、本発明によるガス化炉の別実施形態を説明する。
上述した実施形態では反応塔4が縦型円筒形状に構成された例を説明したが、反応塔4が縦型であれば楕円筒状であっても角筒状であってもよい。
Hereinafter, another embodiment of the gasifier according to the present invention will be described.
In the above-described embodiment, the example in which the reaction tower 4 is configured in a vertical cylindrical shape has been described. However, as long as the reaction tower 4 is vertical, an elliptical cylindrical shape or a rectangular cylindrical shape may be used.

上述した実施形態では連通部43に形成されたガス流速調整部cとなる拡径部に、第1領域R1から第2領域R2に次第に拡径するテーパー部を形成しているが、テーパー部の角度は鈍角に形成されることが好ましい。急激に拡径すると剥離流が生じて段差部に灰等が蓄積されて流速の低下が妨げられる虞があるためである。   In the embodiment described above, a tapered portion that gradually increases in diameter from the first region R1 to the second region R2 is formed in the enlarged diameter portion that becomes the gas flow rate adjusting portion c formed in the communication portion 43. The angle is preferably formed as an obtuse angle. This is because when the diameter is rapidly expanded, a separation flow is generated, and ash or the like is accumulated in the step portion, which may hinder a decrease in the flow velocity.

上述した実施形態は、噴流床式のガス化炉について説明したが、流動床式のガス化炉に適用することも可能である。また、噴流床式のガス化炉であっても噴流床に僅かに珪砂やセラミック粒子を混入し、噴流床でバイオマスが破砕されるように構成することで水性ガス反応が促進されるようになる。   Although the above-described embodiment has been described with respect to the spouted bed type gasification furnace, it can also be applied to a fluidized bed type gasification furnace. Moreover, even if it is a spouted bed type gasification furnace, water gas reaction will be accelerated | stimulated by comprising so that silica sand and a ceramic particle may be mixed in a spouted bed slightly and biomass may be crushed with a spouted bed. .

上述した実施形態では、外部熱源であるヒータを炉の立上げ時に使用する例を説明したが、水性ガス反応を促進するために外部熱源であるヒータを使用してもよい。この場合でも酸素ガス供給部を備えることにより、ヒータに要する電力コストは大幅に低減できる。   In the above-described embodiment, the example in which the heater, which is an external heat source, is used when the furnace is started up, but the heater, which is an external heat source, may be used to promote the water gas reaction. Even in this case, the power cost required for the heater can be significantly reduced by providing the oxygen gas supply unit.

尚、外部熱源であるヒータ等外部から追加のエネルギー投入を無くし、バイオマスのみでガス化炉の運転ができるのがより良い形態である。   In addition, it is a better mode that the operation of the gasification furnace can be performed only by biomass without adding additional energy from the outside such as a heater which is an external heat source.

上述した実施形態では、ガス供給機構5が3系統で構成された例を説明したが、図1に破線で示したように、さらに別系統のガス供給機構5dを備えてもよい。このようなガス供給機構5dは第1領域R1のみならず第2領域R2に備えてもよい。ガス供給機構を増やすことで、より細かな反応塔4内の温度調整と水素と一酸化炭素の成分比の制御が可能になる。   In the embodiment described above, the example in which the gas supply mechanism 5 is configured by three systems has been described. However, as indicated by the broken line in FIG. 1, a gas supply mechanism 5d of another system may be further provided. Such a gas supply mechanism 5d may be provided not only in the first region R1 but also in the second region R2. By increasing the number of gas supply mechanisms, finer temperature adjustment in the reaction tower 4 and control of the component ratio of hydrogen and carbon monoxide can be achieved.

上述した実施形態では、第1及び第2ガス供給機能5a,5bから酸素ガスが反応塔4の周壁の一か所から垂直に供給され、第3ガス供給機能5cから酸素ガスが反応塔4の周壁の一か所から斜め下方に供給される態様を説明したが、このような態様に限るものではない。   In the above-described embodiment, oxygen gas is supplied vertically from one place of the peripheral wall of the reaction tower 4 from the first and second gas supply functions 5a and 5b, and oxygen gas is supplied from the third gas supply function 5c to the reaction tower 4. Although the aspect supplied to diagonally downward from one place of the surrounding wall was demonstrated, it is not restricted to such an aspect.

例えば、図5(a)に示すように、ガス供給機構5に反応塔4を囲繞するようにヘッダー管50を備え、ヘッダー管50に形成された複数のガス供給管51から反応塔4の内壁に沿って供給して旋回流を生起させる向きに供給するように構成してもよいし、図5(b)に示すように、複数のガス供給管51から反応塔4の中心に向けて衝突する向きに供給するように構成してもよい。   For example, as shown in FIG. 5A, the gas supply mechanism 5 is provided with a header pipe 50 so as to surround the reaction tower 4, and the inner wall of the reaction tower 4 is formed from a plurality of gas supply pipes 51 formed in the header pipe 50. It may be configured to supply the gas in a direction in which a swirl flow is generated along with the gas, and a collision occurs from a plurality of gas supply pipes 51 toward the center of the reaction tower 4 as shown in FIG. You may comprise so that it may supply in direction to do.

また、図5(c),(d)に示すように、反応塔4の軸心方向に対して下方または上方に向けて供給するように構成してもよい。図5(c)の態様は、図1に示した第3ガス供給機能5cと同じであるが、これと図5(a),(b)で示した態様とを組み合わせてもよい。図5(d)の態様も同様であり、特に第1ガス供給機能5aに好適な態様となる。   Further, as shown in FIGS. 5C and 5D, it may be configured to supply downward or upward with respect to the axial direction of the reaction tower 4. The mode of FIG. 5 (c) is the same as the third gas supply function 5c shown in FIG. 1, but this may be combined with the mode shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). The aspect of FIG.5 (d) is also the same, and becomes an especially suitable aspect for the 1st gas supply function 5a.

ガス供給機構5から供給される酸素ガスは純度の高い酸素ガス以外に、例えば大気に酸素を加えた酸素富化ガスを用いることも可能である。   As the oxygen gas supplied from the gas supply mechanism 5, for example, an oxygen-enriched gas obtained by adding oxygen to the atmosphere can be used in addition to a highly pure oxygen gas.

上述した実施形態では、水蒸気は常圧での過熱水蒸気を用いる例を説明したが、加圧水蒸気でもよく、飽和水蒸気でもよい。尚、上述したような常圧の反応塔の場合は、常圧の過熱水蒸気が反応塔の内部での水蒸気の膨張や水蒸気製造のコストを考えると良い。   In the embodiment described above, an example of using superheated steam at normal pressure has been described, but pressurized steam or saturated steam may be used. In the case of a normal pressure reaction tower as described above, normal pressure superheated steam may be considered in consideration of the expansion of steam inside the reaction tower and the cost of steam production.

上述した実施形態では、反応塔4の内部が一律に500℃以上に維持される態様を説明したが、水性ガス反応と水性ガスシフト反応それぞれで必要な温度に合わせ、反応塔4内に温度分布を持たせるように、つまり主に水性ガス反応が行なわれる第1領域R1と主に水性ガスシフト反応が行なわれる第2領域R2で異なる温度分布になるように構成してもよい。このようにすると各反応に必要な温度が確保できるとともにエネルギーの消費を抑えることができる。   In the above-described embodiment, the aspect in which the inside of the reaction tower 4 is uniformly maintained at 500 ° C. or more has been described. In other words, the temperature distribution may be different between the first region R1 where the water gas reaction is mainly performed and the second region R2 where the water gas shift reaction is mainly performed. In this way, the temperature required for each reaction can be secured and energy consumption can be suppressed.

上述した実施形態では、バイオマスを原料にして合成ガスを生成して液体燃料を合成するシステムを説明したが、ガス化炉で精製された合成ガスはガス燃料として発電等に利用でき、合成ガスの利用方法などはどのようなものであってもよい。   In the above-described embodiment, a system for synthesizing liquid fuel by generating synthesis gas from biomass as raw material has been described. Any method may be used.

上述した実施形態では、排気口40を第2領域である反応塔4の上部の空間に繋がる反応塔4の頂部に備えた例を説明したが、排気口40は第2領域に繋がっていればよく、例えば反応塔4の上部側方に設けてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the exhaust port 40 is provided at the top of the reaction tower 4 that connects to the space above the reaction tower 4 that is the second region has been described, but the exhaust port 40 may be connected to the second region. For example, it may be provided on the upper side of the reaction tower 4.

上述した実施形態では、原料となるバイオマスとして稲わら、もみ殻、麦わら、トウモロコシの茎葉等の乾燥系のバイオマスを用いる例を説明したが、木くず、バーク、竹等を用いることも可能である。ちなみに、もみ殻は比重約0.1、含水率約10%、バークは比重約0.6、含水率約60%、竹は比重約0.7、含水率約25%であり、様々な性状のバイオマスに対応できる。   In the embodiment described above, an example of using dry biomass such as rice straw, rice husk, wheat straw, corn stover and the like as raw material biomass has been described, but wood waste, bark, bamboo, or the like can also be used. By the way, rice husk has a specific gravity of about 0.1 and a water content of about 10%, bark has a specific gravity of about 0.6 and a water content of about 60%, bamboo has a specific gravity of about 0.7 and a water content of about 25%. It can cope with biomass.

上述した実施形態では、ガス化炉から発生するチャーはガス化炉内で水性ガス反応に利用されるのであるが、図8に示すように、ガス化10炉から発生するチャーをサイクロン等からなるチャー分離装置201で分離し、分離したチャーを燃料に用いた燃焼炉202で温水を発生させ、その温水を合成ガスの保有熱で加熱して蒸気を生成する廃熱ボイラ203を設けて、得られた水蒸気をガス化炉10に利用する等、システム全体としてエネルギー効率を向上するようにしてもよい。尚、符号204はガス精製装置であり、符号205は発電装置またはFT合成装置等を示す。   In the embodiment described above, the char generated from the gasification furnace is used for the water gas reaction in the gasification furnace, but as shown in FIG. 8, the char generated from the gasification furnace 10 is composed of a cyclone or the like. A waste heat boiler 203 that generates steam by heating the hot water with the heat stored in the synthesis gas is generated by separating it with the char separator 201 and generating hot water in a combustion furnace 202 using the separated char as fuel. The energy efficiency of the entire system may be improved, for example, by using the obtained water vapor in the gasification furnace 10. Reference numeral 204 denotes a gas purification apparatus, and reference numeral 205 denotes a power generation apparatus or an FT synthesis apparatus.

上述した様々な実施形態は、本発明によるガス化炉の一具体例を説明したに過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。   The various embodiments described above are merely examples of the gasification furnace according to the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the description. It is needless to say that change design can be made as appropriate as long as the effect is exhibited.

1:ガス化炉
2:バイオマス供給装置
2c:支軸
2d:電動モータ
2e:シャフトレス部
2h:ピッチ延長部
2i:中間部
2j:ピッチ短縮部
3:水蒸気供給部
4:反応塔
5:酸素ガス供給部
5a:第1酸素ガス供給部
5b:第2酸素ガス供給部
5c:第3酸素ガス供給部
10:ガス化炉
20:筒状のケーシング
21:スクリュー羽根
40:排気口
43:連通部
101:サイクロン
102:スクラバー
103:活性炭吸着塔
104:FT合成装置
c:ガス流速調整部
H:ヒータ
R1:第1領域
R2:第2領域

1: Gasification furnace 2: Biomass supply device 2c: Support shaft 2d: Electric motor 2e: Shaftless part 2h: Pitch extension part 2i: Intermediate part 2j: Pitch shortening part 3: Water vapor supply part 4: Reaction tower 5: Oxygen gas Supply part 5a: first oxygen gas supply part 5b: second oxygen gas supply part 5c: third oxygen gas supply part 10: gasification furnace 20: cylindrical casing 21: screw blade 40: exhaust port 43: communication part 101 : Cyclone 102: Scrubber 103: Activated carbon adsorption tower 104: FT synthesizer c: Gas flow rate adjusting unit H: Heater R 1: First region R 2: Second region

Claims (8)

酸素ガス供給部と水蒸気供給部とバイオマス供給装置とが炉壁に設けられ、炉内で水性ガス反応を生起するガス化炉であって、
前記バイオマス供給装置は、基端側にバイオマス投入口が形成され先端側が前記炉壁に接続された筒状のケーシングと、前記筒状のケーシングに内挿されたスクリュー羽根とを備え、前記バイオマス投入口に投入されたバイオマスを炉内に搬送供給するように構成され、搬送方向に沿って前記筒状のケーシングとスクリュー羽根の1ピッチ間で形成される区間の容積が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成され、前記スクリュー羽根の支軸が前記スクリュー羽根の長さより短く構成されているガス化炉。
An oxygen gas supply unit, a water vapor supply unit, and a biomass supply device are provided on a furnace wall, and a gasification furnace that causes a water gas reaction in the furnace,
The biomass supply apparatus includes a cylindrical casing having a biomass inlet formed on the proximal end side and a tip end connected to the furnace wall, and a screw blade inserted in the cylindrical casing, and the biomass injection The biomass introduced into the mouth is configured to be transported and supplied into the furnace, and the volume of the section formed between the cylindrical casing and one pitch of the screw blade along the transport direction is compared with the proximal end side A gasification furnace configured to be large on a tip side, wherein a support shaft of the screw blade is shorter than a length of the screw blade.
前記スクリュー羽根のピッチが基端側と比較して先端側で長くなるように構成されている請求項1記載のガス化炉。   The gasifier according to claim 1, wherein the pitch of the screw blades is configured to be longer on the distal end side than on the proximal end side. 記スクリュー羽根のピッチが基端側と比較して中間部で短くなり先端側で長くなるように構成されている請求項1記載のガス化炉。 Gasifier of claim 1 wherein being configured to be longer in shorter becomes the tip side at the intermediate portion pitch compared to the base end side of the front Symbol screw blade. 前記スクリュー羽根の先端が前記炉壁の内壁近傍まで延出形成されている請求項1からの何れかに記載のガス化炉。 The gasification furnace in any one of Claim 1 to 3 with which the front-end | tip of the said screw blade is extended and formed to the inner wall vicinity of the said furnace wall. 前記スクリュー羽根の先端が前記炉壁の内側に突出形成されている請求項1からの何れかに記載のガス化炉。 The gasification furnace in any one of Claim 1 to 3 by which the front-end | tip of the said screw blade is protruded and formed inside the said furnace wall. 搬送方向に沿って前記筒状のケーシング及び前記スクリュー羽根の径が基端側と比較して先端側で大きくなるように構成されている請求項1からの何れかに記載のガス化炉。 Gasification furnace according to claim 1, diameter of the tubular casing and the screw blade along the conveying direction is configured to be larger at the distal end side as compared to the proximal side 5. 前記炉壁で囲まれる炉本体は竪形に形成され、前記バイオマス供給装置は前記水蒸気供給部より上方位置で前記炉壁に接続されている請求項1からの何れかに記載のガス化炉。 The gasification furnace according to any one of claims 1 to 6 , wherein the furnace main body surrounded by the furnace wall is formed in a bowl shape, and the biomass supply device is connected to the furnace wall at a position above the water vapor supply unit. . 前記炉壁の外側が断熱材で覆われ、前記スクリュー羽根のうち少なくとも前記支軸より先端側が断熱材に覆われている請求項1から7の何れかに記載のガス化炉。
The gasification furnace according to any one of claims 1 to 7 , wherein an outer side of the furnace wall is covered with a heat insulating material, and at least a tip side of the screw blade is covered with the heat insulating material from the support shaft.
JP2015069996A 2015-03-30 2015-03-30 Gasification furnace Active JP6552857B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015069996A JP6552857B2 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Gasification furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015069996A JP6552857B2 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Gasification furnace

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016190888A JP2016190888A (en) 2016-11-10
JP6552857B2 true JP6552857B2 (en) 2019-07-31

Family

ID=57245217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015069996A Active JP6552857B2 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Gasification furnace

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6552857B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200118066A (en) * 2018-02-05 2020-10-14 미쯔비시 가스 케미칼 컴파니, 인코포레이티드 Biomass gasification power generation system and power generation method
JP2024008081A (en) * 2022-07-07 2024-01-19 三菱重工業株式会社 Cooling structure, screw feeder, and cooling method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57174420U (en) * 1981-04-27 1982-11-04
JP4342133B2 (en) * 2001-11-29 2009-10-14 株式会社荏原製作所 Processed product supply apparatus and method
JP3801539B2 (en) * 2002-07-17 2006-07-26 三菱重工業株式会社 Powder and particle feeder
JP2006143983A (en) * 2004-10-20 2006-06-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method of operating gasifier and gasifier
JP2009298979A (en) * 2008-06-17 2009-12-24 Shimizu Corp Biomass gasification apparatus
US8926231B2 (en) * 2009-09-29 2015-01-06 General Electric Company Solid fuel transporting system for a gasifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016190888A (en) 2016-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4986080B2 (en) Biomass gasifier
JP4888551B2 (en) Fluidized bed gasification method
JP2010521544A (en) Gasifier
US20130205727A1 (en) Devices and Methods for a Pyrolysis and Gasification System for Biomass Feedstock
US20200040268A1 (en) Method for Gasifying Feedstock with High Yield Production of Biochar
CN104910986B (en) A kind of biomass double fluidized-bed vaporizing system gas plant and technique
JP7148505B2 (en) Method and apparatus for gasifying biomass
BR112015017918B1 (en) GASIFICATOR AND RAW MATERIAL GASIFICATION METHOD
JP6552857B2 (en) Gasification furnace
JP5450799B2 (en) Coal gasification system and coal gasification method
JP4622828B2 (en) Gasifier
JP5386635B2 (en) Operation method of coal gasification reactor and coal gasification reactor
JP2010223564A (en) Method of operating fluidized bed gasification furnace, and fluidized bed gasification furnace
CN102465041A (en) Solid powder material treatment system and method thereof
JP6454582B2 (en) Gasification furnace, gasification furnace operating method, and biomass gasification processing method
JP6454583B2 (en) Gasification furnace and operation method of gasification furnace
JP2007231062A (en) Gasification system
CN103703111A (en) Method for producing coal gas and method for producing methane
JP2010222544A (en) Method for operating fluidized bed gasification furnace, and fluidized bed gasification furnace
CN107118804A (en) Charcoal gas coproduction mixed bed gasification installation and biomass gasification method
JP7437679B2 (en) gasifier
JP2004353933A (en) Granular material supply device and method
WO2016158918A1 (en) Gasification furnace, method of operating gasification furnace and biomass gasification treatment method
KR101352833B1 (en) Fuidized bed gasifier with waste heat recovery systems
JP2006089628A (en) Gasification furnace apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190703

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6552857

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150