JP6700045B2 - ガス化炉 - Google Patents

Description

本発明は、バイオマス等の原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉に関する。

バイオマス等の原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉では、原料を熱分解して生成ガス（例えば一酸化炭素や水素）を生成する。かかる生成ガスの生成過程において、一般的には、原料を炭化し、炭化したチャー（炭化物）を燃焼し、燃焼した灰を外部に排出する。このとき、原料を空気等の酸化剤と共に導入したり、炉を外部から加熱したりする。

また、このようなガス化炉においては、生成ガスを生成する過程で、タールが発生する。すなわち、生成した生成ガス中にはタール分が含まれる。例えば、生成ガスをガスエンジンで燃焼させる場合、発生したタールにより、バルブ等の生成ガスに触れる可動部材の動作不良（具体的にはタールの付着により可動部材が円滑に可動しないといった動作不良）等の不都合が発生する恐れがある。

かかる不都合を解消するために、従来のガス化炉では、酸化雰囲気をタールが熱分解するために必要な温度であるタール熱分解温度以上（具体的には８００℃程度以上、好ましくは１０００℃程度以上）とすることで、タールの発生を抑制している。

一方、シリカ（二酸化ケイ素）を含む原料をタール熱分解温度（例えば８００℃〜１０００℃程度）で燃焼するに当たり、原料にさらにカリウムが含まれていると（例えば籾殻等の原料の場合）、カリウムにより非晶質のシリカから結晶性シリカへの結晶化が促進されることが知られており、好ましくない。

従って、従来のガス化炉では、結晶性シリカの生成を抑制するという観点から、酸化雰囲気を比較的低温（例えば８００℃程度を下回る温度）に抑える必要があるが、そうすると、タールの発生を抑制することと相反してしまう。

すなわち、タールの発生を抑制するべく、タールが熱分解するために必要な温度以上（具体的には８００℃程度以上）とすると、結晶性シリカが生成する一方、結晶性シリカの生成を抑制するべく、酸化雰囲気を比較的低温（例えば８００℃程度を下回る温度）にすると、タールの発生を抑制することができない。

そのため、従来のガス化炉では、次のような構成としていた。すなわち、前処理で酸洗浄を行って結晶性シリカの生成を促進させるカリウムを原料から除去する構成、或いは、前段において結晶性シリカが生成しない温度（例えば７００℃〜８００℃）で原料を気体分と固体分とに分離した後に後段において気体分のみをタール熱分解温度（例えば１０００℃）以上で酸化してタールの発生を抑制するという複数段酸化処理を行う構成、別手段として原料を結晶性シリカが生成しない温度（例えば７００℃〜８００℃）で酸化後にガス化炉の後処理で生成した生成ガス中のタール分を除去する構成、または、タール熱分解温度（例えば１０００℃）以上で酸化してタールの発生を抑制した後に結晶性シリカを後処理で除去する構成である。

このように、従来のガス化炉では、シリカおよびカリウムを含む原料（例えば籾殻）を酸化して生成ガスを生成する場合は、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方を抑制するために、前処理するか、酸化を複数段階に分ける（例えば７００℃〜８００℃で一次酸化した後にガス化後のガスのみ１０００℃以上で二次酸化する）か、タール（例えば原料を７００℃〜８００℃で酸化することにより発生するタール）または結晶性シリカ（例えば原料を１０００℃以上で酸化することにより生成する結晶性シリカ）を後処理で除去する、というように複数段階の工程を必要としており、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立する構成にはなっていない。

この点に関し、特許文献１は、ダウンドラフト型ガス化炉においてチャーが堆積する還元層よりも上方の酸化層に酸化剤（空気または酸素）を吹き込む構成を開示している（特許文献１の図１参照）。また、特許文献２は、アップドラフト型ガス化炉においてバイオマス原料の炭化物の堆積層に向けて酸化剤を吹き込む構成を開示している（特許文献２の図１参照）。

特開２００５−１４６１８８号公報 特開２０１３−２１３６４７号公報

しかしながら、何れの特許文献１，２もタールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立するための構成については何ら開示していない。

そこで、本発明は、原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉であって、生成ガスを生成するに当たって、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立させることができるガス化炉を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意研鑽を重ねた結果、次のことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明者らは、シリカおよびカリウムを含む原料（例えば籾殻）に関し、該原料自身の温度が結晶性シリカを生成する温度である結晶性シリカ生成温度（例えば７５０℃）に達したときに結晶性シリカを生成する、という知見を得て、原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉において、生成ガスを生成するに当たって、同一工程（同一時期にかつ同一空間）で、予め定めた所定温度または所定温度範囲の酸化雰囲気下に該原料を曝す時間が、予め定めた所定時間範囲内であれば、タールの熱分解が進んでタールの発生を抑制する一方で、原料自身の温度が十分に上がりきらないことで、結晶性シリカの生成を抑制することができること、換言すれば、タールが熱分解するために必要な温度であるタール熱分解温度以上の酸化雰囲気下で原料を加熱した時点から結晶性シリカ生成温度または結晶性シリカ生成温度近傍の温度に達するまでにタールの発生を許容レベル以下に抑えることができることを見出した。

さらに詳しく説明すると、本発明者らは、原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉において、生成ガスを生成するに当たって、同一工程（同一時期にかつ同一空間）で、タール熱分解温度（例えば１０００℃）以上の温度の酸化雰囲気下に該原料を曝した時点から該原料自身の温度が結晶性シリカ生成温度（例えば７５０℃）に達するまでの時間である結晶性シリカ生成温度到達時間（例えば２分を超える時間）がタールの発生を許容レベル以下に抑えるために必要な時間であるタール発生許容時間以上になるとの仮説の下、実験を行った結果、結晶性シリカ生成温度到達時間がタール発生許容時間以上になることを見出した。これにより、同一工程（同一時期にかつ同一空間）で、タール熱分解温度（例えば１０００℃）以上の所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする温度範囲）の酸化雰囲気下に該原料を曝す時間が、タール発生許容時間以上で、かつ、結晶性シリカの生成を許容レベル以下に抑えるための時間である結晶性シリカ生成許容時間以下の所定時間範囲内（例えば２分）であれば、タールの発生を抑制すると共に、結晶性シリカの生成を抑制することができる。

なお、結晶性シリカ生成温度は、カリウムの含有濃度に応じて変化し、例えば、カリウムがない場合には、結晶性シリカ生成温度が１３５０℃であるのに対して、カリウムの含有濃度が増えるに従って、結晶性シリカ生成温度が次第に低下していく（例えば７５０℃といった温度に低下する）。

本発明に係るガス化炉は、かかる知見に基づくものであり、原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉であって、前記原料を酸化する酸化域を予め定めた所定温度または所定温度範囲に維持する手段を設け、前記原料を前記酸化域に予め定めた所定時間範囲内で通過させる手段として、前記原料を導入する原料導入部を予め定めた所定の想定チャー層の最上部よりも上方に設け、酸化剤を導入する酸化剤導入部を前記想定チャー層の最上部よりも上方でかつ前記原料導入部における開口よりも下方に設け、前記酸化剤導入部における開口を前記酸化剤の導入方向が水平方向または水平方向よりも上向きに沿うように形成し、前記生成ガスを流出させる生成ガス流出部を前記酸化剤導入部における前記開口よりも上方に設け、前記原料導入部は、前記酸化剤導入部より上方に設けられており、前記酸化域は、上下方向において前記原料導入部と前記酸化剤導入部との間に存在し、前記酸化剤導入部は、前記原料導入部よりも下方の位置であって前記原料導入部から導入された前記原料が前記所定時間範囲内に前記酸化域を通過できる位置に設けられており、前記原料導入部から前記原料を導入して該原料を熱分解させ、前記酸化剤導入部から前記酸化剤を導入し、前記所定温度または前記所定温度範囲に前記酸化域を維持し、該原料を該酸化域に前記所定時間範囲内で通過させ、前記生成ガスを前記生成ガス流出部から流出させ、前記所定温度または前記所定温度範囲は、タールが熱分解するために必要な温度であるタール熱分解温度以上の温度または該温度を中央温度とする温度範囲であり、前記所定時間範囲は、タールの発生を許容レベル以下に抑えるために必要な時間であるタール発生許容時間以上、かつ、結晶性シリカの生成を許容レベル以下に抑えるための時間である結晶性シリカ生成許容時間以下であることを特徴とする。

本発明において、前記想定チャー層に臨む位置に、吸熱反応剤を導入する吸熱反応剤導入部、および、熱容量剤を導入する熱容量剤導入部のうち少なくとも一方を設けた態様を例示できる。

本発明において、前記想定チャー層に対応する領域の外面に、チャー層の温度を制御するチャー層温度制御部を設けた態様を例示できる。

本発明において、前記原料を導入するに先立ち、炉内を前記所定温度または前記所定温度範囲に予熱する手段を設けた態様を例示できる。

本発明によると、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るガス化炉を備えたガス化装置の全体構成を示す概略構成図である。 図１に示すガス化炉の一部を破断状態にして示す概略側面図であって、原料を酸化してガス化する状態を示す図である。 酸化域を説明するための説明図であって、図２に示す炉内の燃焼ガス層とチャー層との境目付近を拡大して示す図であり、（ａ）は、チャー層が酸化剤と接触しない或いは表面と接触して炙られる位置に位置するようにチャー層の頂部を設定した例を示す図であり、（ｂ）は、チャー層の内側が酸化剤と接触して炙られる位置に位置するようにチャー層の頂部を設定した例を示す図である。 籾殻を原料として本実施の形態に係るガス化炉で得られた灰中のシリカのＸ線回折による回折パターンを結晶性シリカの場合と比較して示すグラフであって、（ａ）は、チャー層の頂部を図３（ａ）に示す位置で行った結果を示す図であり、（ｂ）は、チャー層の頂部を図３（ｂ）に示す位置で行った結果を示す図である。 結晶性シリカ生成温度とカリウムの含有濃度との関係を示すグラフである。 結晶性シリカ生成温度が７５０℃の場合で実験を行った結果得られた酸化雰囲気温度と結晶性シリカ生成温度到達時間との相関関係を示すグラフである。 第１実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第２実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第３実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第４実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第５実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第６実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。 第７実施形態に係るガス化炉を概略的に示す模式図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

［ガス化装置］
先ず、本発明の実施の形態に係るガス化炉１０２を備えたガス化装置１００（ガス化システム）の全体構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るガス化炉１０２を備えたガス化装置１００の全体構成を示す概略構成図である。

図１に示すように、ガス化装置１００は、貯留ホッパ１０１と、ガス化炉１０２と、バグフィルタ１０３と、ガス冷却器１０４と、スクラバー１０５と、循環水槽１０６（貯水槽）と、冷却塔１０７と、ガスフィルター１０８と、誘引ブロワ１０９と、前処理ユニット１１０と、次工程の装置である次工程装置（この例ではガスエンジン１１１、より具体的にはガスエンジン発電装置）と、水封槽１１２と、余剰ガス燃焼装置１１３（フレアスタック）とを備えている。

貯留ホッパ１０１は、生成ガス（この例では燃料ガスＧ）の原料Ｆを貯溜する。ここで、原料としては、シリカおよびカリウムを含む原料を例示でき、例えば、稲や麦等の籾殻や藁等の非食用農作物を挙げることができる。この例では、原料は、シリカおよびカリウムを含む籾殻のバイオマスとされ、燃料ガスＧは、バイオガスとされている。よって、ガス化装置１００は、バイオガス化装置とされている。

ガス化炉１０２は、貯留ホッパ１０１に貯溜された原料Ｆを導入する原料導入部１０２ａと、原料導入部１０２ａにて導入された原料Ｆから燃料ガスＧを生成する単一の炉１０２ｂとを備えている。

原料導入部１０２ａは、この例では、原料導入コンベア１０２ａ１と、原料導入フィーダー１０２ａ２とを備えている。原料導入コンベア１０２ａ１は、貯留ホッパ１０１に貯溜された原料Ｆを原料導入フィーダー１０２ａ２に搬送する。原料導入フィーダー１０２ａ２は、原料導入コンベア１０２ａ１にて搬送されてきた原料Ｆを炉１０２ｂに導入する。なお、ガス化炉１０２については、後ほど詳しく説明する。

バグフィルタ１０３は、ガス化炉１０２にて生成された燃料ガスＧに含まれる煤等の不要物を除去する。

ガス冷却器１０４は、ガス化炉１０２からガスエンジン１１１への燃料ガス供給経路に設けられている。ガス冷却器１０４は、バグフィルタ１０３にて不要物が除去された燃料ガスＧを、洗浄水ＷＷにより洗浄し、さらに冷却水ＣＷにより冷却する。スクラバー１０５は、ガス冷却器１０４にて洗浄されて冷却された燃料ガスＧを洗浄水ＷＷ中に潜らせることによりさらに洗浄する。

循環水槽１０６は、ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５に供給する洗浄水ＷＷを貯溜する。冷却塔１０７は、ガス冷却器１０４に供給する冷却水ＣＷを貯留する。

ガスフィルター１０８は、スクラバー１０５にて洗浄された燃料ガスＧに含まれるタール等の不要物を濾過により除去する。誘引ブロワ１０９は、ガス化炉１０２側の燃料ガス供給経路における燃料ガスＧを吸入してガスエンジン１１１側の燃料ガス供給経路および余剰ガス燃焼装置１１３側の燃料ガス供給経路に吐出する。

前処理ユニット１１０は、誘引ブロワ１０９にてガスエンジン１１１側の燃料ガス供給経路に吐出された燃料ガスＧにおける不純物を除去する。ガスエンジン１１１は、前処理ユニット１１０にて不純物が除去された燃料ガスＧを燃焼する。

水封槽１１２は、誘引ブロワ１０９にてガスエンジン１１１側の燃料ガス供給経路に吐出された燃料ガスＧの圧力を制御する。余剰ガス燃焼装置１１３は、燃料ガスＧの圧力が水封槽１１２の圧力を超えた場合に流れ込む、ガスエンジン１１１に供給されなかった余剰燃料ガスＳＧを燃焼させる。

以上説明したガス化装置１００では、原料導入部１０２ａにてシリカおよびカリウムを含む原料Ｆ（この例では籾殻）がガス化炉１０２に導入されてガス化炉１０２で可燃性の燃料ガスＧが生成される。ガス化炉１０２で生成された燃料ガスＧは、バグフィルタ１０３、ガス冷却器１０４、スクラバー１０５、ガスフィルター１０８、誘引ブロワ１０９の順に流れ、誘引ブロワ１０９の下流側でガスエンジン１１１側と余剰ガス燃焼装置１１３側とに分岐して流れ、さらに、余剰ガス燃焼装置１１３で余剰燃料ガスＳＧが燃焼され、ガスエンジン１１１で燃料ガスＧが燃焼される。

詳しくは、貯留ホッパ１０１には、原料Ｆが貯溜され、貯留ホッパ１０１内の原料Ｆが原料導入部１０２ａにおける原料導入コンベア１０２ａ１および原料導入フィーダー１０２ａ２によりガス化炉１０２内に導入される。

ガス化炉１０２では、原料Ｆが不完全燃焼されて燃料ガスＧが生成される。ガス化炉１０２で生成された燃料ガスＧは、ガス管２０１を経てバグフィルタ１０３に導入される。ここで、燃料ガスＧは、一酸化炭素を主成分とする燃料ガスであり、燃料ガスＧには、煤やタール（ガス化炉１０２で発生した許容レベル以下のタール）、塵等の不要物が含まれている。

バグフィルタ１０３では、燃料ガスＧに含まれる煤等の不要物が、濾布と呼ばれるフィルタによって除去される。バグフィルタ１０３で煤等の不要物が除去された燃料ガスＧは、ガス管２０２を経てガス冷却器１０４に導入される。

ガス冷却器１０４内には、燃料ガスＧが流れる図示しないガス管が設けられており、該ガス管内の燃料ガスＧが、洗浄水ＷＷで洗浄されると共に、該ガス管の周囲を流れる冷却水ＣＷで冷却される。ガス冷却器１０４で洗浄、冷却された燃料ガスＧは、ガス管２０３を経てスクラバー１０５に導入される。

ガス冷却器１０４に供給される冷却水ＣＷは、冷却塔１０７に貯溜されており、冷却塔１０７内の冷却水ＣＷは、配水管２０４を経てガス冷却器１０４に導入される。配水管２０４内の冷却水ＣＷは、ポンプ２０５によりガス冷却器１０４側に圧送され、ガス冷却器１０４で燃料ガスＧを冷却する。燃料ガスＧを冷却した冷却水ＣＷは、配水管２０６を経て冷却塔１０７に導出される。

スクラバー１０５内には、洗浄水ＷＷが貯溜されており、燃料ガスＧがスクラバー１０５内の洗浄水ＷＷ中を潜ることにより洗浄される。スクラバー１０５で洗浄された燃料ガスＧは、ガス管２０７を経てガスフィルター１０８に導入される。

ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５に供給される洗浄水ＷＷは、循環水槽１０６に貯溜されている。循環水槽１０６内の洗浄水ＷＷは、配水管２０９を経てガス冷却器１０４に導入されると共に、配水管２０９から分岐する配水管２１０を経てスクラバー１０５に導入される。配水管２０９，２１０内の洗浄水ＷＷは、ポンプ２１１によりガス冷却器１０４側およびスクラバー１０５側に圧送され、ガス冷却器１０４およびスクラバー１０５で燃料ガスＧを洗浄する。ガス冷却器１０４で燃料ガスＧを洗浄した洗浄水ＷＷは、配水管２１２を経て循環水槽１０６に導出される一方、スクラバー１０５で燃料ガスＧを洗浄した洗浄水ＷＷは、配水管２１３を経て循環水槽１０６に導出される。

ガスフィルター１０８では、燃料ガスＧに含まれるタール等の不要物が、濾過によって除去される。ガスフィルター１０８でタール等の不要物が除去された燃料ガスＧは、ガス管２１４を経て誘引ブロワ１０９に導入される。

誘引ブロワ１０９では、誘引ブロワ１０９よりも上流側の燃料ガス供給経路から吸入された燃料ガスＧが誘引ブロワ１０９よりも下流側の燃料ガス供給経路に吐出される。つまり、誘引ブロワ１０９の上流側の燃料ガス供給経路は負圧となる一方、誘引ブロワ１０９の下流側の燃料ガス供給経路は正圧となるため、誘引ブロワ１０９の上流側の燃料ガス供給経路における燃料ガスＧが誘引ブロワ１０９で下流側の燃料ガス供給経路に誘引される。

誘引ブロワ１０９で誘引された燃料ガスＧは、ガス供給管２１５およびガス供給管２１５に設けられた前処理ユニット１１０を介してガスエンジン１１１に導入される。ガスエンジン１１１には、前処理ユニット１１０で不純物が除去された燃料ガスＧが供給される。この例では、ガスエンジン１１１は、ガスエンジン部（図示省略）により駆動される発電装置（図示省略）を備え、該発電装置で発電し、かつ、該ガスエンジン部の排熱を給湯や空調等に利用するコージェネレーションシステムとされている。

一方、ガス化炉１０２で生成された燃料ガスＧのうちガスエンジン１１１に供給されなかった余剰燃料ガスＳＧは、誘引ブロワ１０９からの燃料ガスＧをガスエンジン１１１側へ供給するガス供給管２１５から分岐する余剰ガス供給管２１６および余剰ガス供給管２１６に設けられた水封槽１１２を介して余剰ガス燃焼装置１１３に導入される。

余剰ガス供給管２１６は、水封槽１１２の上流側に設けられて誘引ブロワ１０９と水封槽１１２とを接続する上流側ガス供給管２１６ａと、水封槽１１２の下流側に設けられて水封槽１１２と余剰ガス燃焼装置１１３とを接続する下流側ガス供給管２１６ｂとを備えている。

水封槽１１２内には、所定の水位まで水が封入されている。水封槽１１２は、上流側ガス供給管２１６ａから吐出される余剰燃料ガスＳＧに水圧を作用させることにより、水封槽１１２から余剰ガス燃焼装置１１３への下流側ガス供給管２１６ｂにおける余剰燃料ガスＳＧの供給量を制御する。これにより、水封槽１１２は、ガス供給管２１５内の燃料ガスＧの圧力を制御することができる。

余剰ガス燃焼装置１１３では、上流側ガス供給管２１６ａ、水封槽１１２および下流側ガス供給管２１６ｂを経て送られてきた余剰燃料ガスＳＧが余剰ガス燃焼部１１３ａで燃焼される。

次に、ガス化炉１０２について、図２および図３を参照しながら以下に説明する。

［ガス化炉］
本実施の形態に係るガス化炉１０２は、原料Ｆを酸化して燃料ガスＧを生成するガス化炉である。

図２は、図１に示すガス化炉１０２の一部を破断状態にして示す概略側面図であって、原料Ｆを酸化してガス化する状態を示す図である。

ガス化炉１０２では、原料Ｆを熱分解して燃料ガスＧ（例えば一酸化炭素や水素）を生成する。燃料ガスＧの生成過程において、原料Ｆを炭化し、炭化したチャーＲ（炭化物）を燃焼し、燃焼した灰Ｓを外部に排出する。この例では、原料Ｆを空気等の酸化剤Ｈと共に導入する。

ガス化炉１０２は、原料Ｆを導入する原料導入部１０２ａと、酸化剤Ｈを導入する酸化剤導入部１０２ｄと、燃料ガスＧを流出させる燃料ガス流出部１０２ｅとを備えている。

原料導入部１０２ａは、予め定めた所定の想定チャー層δｘ（この例では想定チャー堆積層）の最上部δｘａよりも上方に設けられている。酸化剤導入部１０２ｄは、原料導入部１０２ａにおける開口１０２ａｈ（この例では原料落下部）よりも下方に設けられている。燃料ガス流出部１０２ｅは、酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも上方に設けられている。

詳しくは、原料導入部１０２ａは、炉１０２ｂの頂面１０２ｂ１（上面）に設けられている。なお、原料導入部１０２ａは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２上部に設けられていてもよい。

ガス化炉１０２は、炉１０２ｂ内を予熱する予熱部１０２ｃ（この例では昇温バーナー）と、灰Ｓを排出してチャーＲを下方へ移動させる排出部１０２ｆとをさらに備えている。

予熱部１０２ｃは、プロパンガス等の化石燃料の燃焼を利用して予熱する昇温バーナーとされている。予熱部１０２ｃは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２に設けられたガス供給部１０２ｃ１と、ガス供給部１０２ｃ１に接続されて可燃性ガスｇ（この例ではプロパンガス）をガス供給部１０２ｃ１に供給するガスボンベ１０２ｃ２とを備えている。これにより、予熱部１０２ｃは、ガスボンベ１０２ｃ２からガス供給部１０２ｃ１を介して供給された可燃性ガスｇの燃焼により炉１０２ｂ内を予熱することができる。

酸化剤導入部１０２ｄは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２に設けられている。酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈは、酸化剤Ｈの導入方向が水平方向または略水平方向或いは上向き（例えば斜め上向き）に沿うように形成されている。

燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの頂面１０２ｂ１に設けられている。なお、燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２上部に設けられていてもよい。

排出部１０２ｆは、炉１０２ｂの底面１０２ｂ３（下面）に設けられている。排出部１０２ｆは、炉１０２ｂから流出した灰Ｓを外部に排出する灰排出コンベア１０２ｆ１を備えている。

ところで、従来のガス化炉においては、既述したとおり、タールの発生を抑制するべく、タールが熱分解するために必要な温度以上（具体的には８００℃程度以上）とすると、結晶性シリカが生成する一方、結晶性シリカの生成を抑制するべく、酸化雰囲気を比較的低温（例えば８００℃程度を下回る温度）にすると、タールの発生を抑制することができない。

この点、本実施の形態に係るガス化炉１０２の運転方法では、原料Ｆを酸化する酸化域αを予め定めた所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃の所定温度範囲）に維持しつつ、原料Ｆを酸化域αに予め定めた所定時間範囲内（例えば２分程度）で通過させる。本実施の形態に係るガス化炉１０２は、原料Ｆを酸化する酸化域αを予め定めた所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃の所定温度範囲）に維持する第１手段と、原料Ｆを酸化域αに予め定めた所定時間範囲内（例えば２分程度）で通過させる第２手段とを備えている。換言すれば、本実施の形態において、タールが熱分解するために必要な温度であるタール熱分解温度以上の酸化雰囲気下で原料Ｆを加熱した時点から該原料Ｆ自身の温度が結晶性シリカを生成する温度である結晶性シリカ生成温度または結晶性シリカ生成温度近傍の温度に達するまでにタールの発生を許容レベル以下に抑える。

ここで、「所定温度に維持する」とは、一定の温度に維持することだけでなく、略一定の温度に維持することも含む概念である。また、酸化剤Ｈとしては、酸素を含む気体（代表的には空気）を例示できる。酸化剤Ｈは、純粋または略純粋な酸素であってもよいが、この例では、空気とされている。また、「原料Ｆを酸化域αに通過させる」とは、チャーＲを酸化域αに通過させることも含む概念である。また、「結晶性シリカ生成温度近傍の温度」とは、結晶性シリカ生成温度をたとえ超えたとしても結晶性シリカの生成を許容レベル以下とすることができる温度である。

ガス化炉１０２は、この例では、原料Ｆを所定時間以内（例えば２分程度）で酸化域αに通過させた後、酸化域αに隣接して酸化域αの所定温度または所定温度範囲の中央温度若しくは下限温度よりも低い温度（具体的には結晶性シリカ生成温度を下回る温度）の低温域βに到達させるようになっている。なお、ガス化炉１０２は、原料Ｆを低温域βに通過させた後、酸化域αに到達させるようになっていてもよい。

詳しくは、第１手段は、酸化剤導入部１０２ｄを含んでいる。第２手段は、原料導入部１０２ａおよび排出部１０２ｆを含んでいる。

酸化剤導入部１０２ｄからの酸化剤Ｈの単位時間当たりの導入量は、予め設定した原料Ｆの導入量および予め設定した灰Ｓの排出量において、炉１０２ｂ内が所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃の所定温度範囲）に維持されるように、予め行った実験等により、予め定めた所定値に設定されている。

原料導入部１０２ａからの原料Ｆの単位時間当たりの導入量、および、排出部１０２ｆからの灰Ｓの単位時間当たりの排出量、すなわちチャー層δ（この例ではチャーＲが堆積したチャー堆積層）におけるチャーＲの単位時間当たりの移動距離は、原料Ｆが酸化域αを通過する時間である酸化域通過時間ｔｐが所定時間範囲内（この例では２分程度）となるように、予め定めた所定値に設定されている。

ここで、酸化域通過時間ｔｐは、原料Ｆが導入されて酸化域αに突入した時点から酸化域αを抜け出るまでの時間であり、この例では、酸化剤導入部１０２ｄから炉１０２ｂに導入された原料Ｆがチャー層δに到るまで自由落下する時間も含む。なお、酸化域通過時間ｔｐが所定時間範囲内となるように、原料導入部１０２ａからの原料Ｆの落下距離を設定するようにしてもよい。

また、酸化域αとしては、それには限定されないが、例えば、酸化剤Ｈを導入する開口１０２ｄｈから燃料ガスＧの流出口１０２ｅｈまでの領域を挙げることができる。

なお、図２において、説明していない制御装置１０２ｇおよび熱電対１０２ｈ等については後ほど説明する。

図３は、酸化域αを説明するための説明図であって、図２に示す炉１０２ｂ内の燃焼ガス層γとチャー層δとの境目付近を拡大して示す図である。図３（ａ）は、チャー層δが酸化剤Ｈと接触しない或いは表面と接触して炙られる位置に位置するようにチャー層δの頂部δａを設定した例を示している。図３（ｂ）は、チャー層δの内側が酸化剤Ｈと接触して炙られる位置に位置するようにチャー層δの頂部δａを設定した例を示している。

ここで、チャー層δが酸化剤Ｈと頂部δａの表面と接触して炙られる位置（図３（ａ）参照）は、チャー層δの表面に向けて酸化剤Ｈを導入する位置である。また、チャー層δの内側が酸化剤Ｈと接触して炙られる位置（図３（ｂ）参照）は、チャー層δの側方に向けて酸化剤Ｈを導入する位置である。

なお、チャー層δの頂部δａの位置は、原料導入部１０２ａからの原料Ｆの導入量および排出部１０２ｆからの灰Ｓの排出量、すなわちチャー層δにおけるチャーＲの単位時間当たりの移動距離を調整することで調整することができる。例えば、チャー層δの頂部δａの位置が一定または略一定に維持される原料Ｆの所定導入量および灰Ｓの所定排出量を予め調整しておき、チャー層δの頂部δａの位置を上昇させるときには、上昇させる距離だけ原料Ｆの所定導入量を灰Ｓの所定排出量よりも多くする或いは灰Ｓの所定排出量を所定導入量よりも少なくして運転した後、原料Ｆを所定導入量に或いは灰Ｓを所定排出量に戻す一方、チャー層δの頂部δａの位置を下降させるときには、下降させる距離だけ原料Ｆの所定導入量を灰Ｓの所定排出量よりも少なくする或いは灰Ｓの所定排出量を所定導入量よりも多くして運転した後、原料Ｆを所定導入量に或いは灰Ｓを所定排出量に戻す態様を例示できる。

図３に示すように、酸化域αは、燃焼ガス層γの領域（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）だけでなく、チャー層δ（チャー堆積層またはチャー流動層、この例ではチャー堆積層）が存在して酸化剤Ｈに曝される場合には、チャー層δの領域のうち酸化剤Ｈに曝される領域（図３（ｂ）参照）も含む。

以上説明したガス化炉１０２では、先ず、予熱部１０２ｃにより炉１０２ｂ内を所定温度または所定温度範囲に予め加熱して、酸化域αを事前に形成しておく。ここで、所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃）は、原料Ｆの熱分解温度（例えば原料Ｆが籾殻の場合には４００℃程度）以上の温度または温度範囲である。次に、原料導入部１０２ａを稼動して原料導入部１０２ａから原料Ｆを導入すると、原料Ｆが熱分解する。また、酸化剤導入部１０２ｄを稼動して酸化剤導入部１０２ｄから酸化剤Ｈを導入する。そして、所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃）に酸化域αを維持し、原料Ｆを酸化域αに所定時間範囲内（この例では２分程度）で通過させる。このとき、原料Ｆを炭化し、炭化したチャーＲ（炭化物）を燃焼し、燃焼した灰Ｓを排出部１０２ｆにより外部に排出する一方、生成した燃料ガスＧを燃料ガス流出部１０２ｅから流出させる。

本実施の形態によれば、原料Ｆを酸化する酸化域αを所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃）に維持し、原料Ｆを酸化域αに所定時間範囲内（この例では２分程度）で通過させるので、換言すれば、タール熱分解温度以上の酸化雰囲気下で原料Ｆを加熱した時点から該原料Ｆ自身の温度が結晶性シリカ生成温度または結晶性シリカ生成温度近傍の温度に達するまでにタールの発生を許容レベル以下に抑えるので、原料Ｆとして、シリカおよびカリウムを含む原料（例えば籾殻）を用いて燃料ガスＧを生成するに当たって、同一工程（同一時期にかつ同一空間）で、所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする１０００℃〜１１００℃）の酸化雰囲気中で、原料Ｆを酸化しても、酸化域通過時間ｔｐが所定時間範囲内（この例では２分程度）であれば、タールの発生を抑制すると共に、結晶性シリカの生成を抑制することができるという本発明者らの新たな知見に基づいたガス化炉を実現することができる。これにより、燃料ガスＧを生成するに当たって、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立させることが可能となる。

次に、タールの発生と結晶性シリカの生成との双方が抑制できているか否かを確認したので、これについて以下に説明する。

図４は、籾殻を原料Ｆとして本実施の形態に係るガス化炉１０２で得られた灰Ｓ中のシリカのＸ線回折による回折パターンを結晶性シリカの場合と比較して示すグラフである。図４（ａ）は、チャー層δの頂部δａを図３（ａ）に示す位置で行った結果を示しており、図４（ｂ）は、チャー層δの頂部δａを図３（ｂ）に示す位置で行った結果を示している。図４において、実線は、本実施の形態に係るガス化炉１０２で生成したシリカのＸ線回折による回折パターンを表しており、破線は、結晶性シリカのＸ線回折による回折パターンを表している。

Ｘ線回折装置は、試料にＸ線を照射した際に、Ｘ線が試料の原子の周りにある電子によって散乱、干渉した結果起こる回折を解析するものである。従って、シリカが非晶質であれば、Ｘ線が散乱、干渉して回折パターンがなだらかな回折パターンとなり、結晶性シリカであれば、Ｘ線がある回折角度で反射して急峻なピークを有する回折パターンとなる。

図４に示すように、本実施の形態に係るガス化炉１０２で得られた灰Ｓ中のシリカは、チャー層δの頂部δａを図３（ａ）に示す位置（図４（ａ）参照）、および、図３（ｂ）に示す位置（図４（ｂ）参照）の何れの位置であっても、非晶質となっており、Ｘ線回折による回折パターンでは結晶性シリカを確認することができなかった。

また、結晶性シリカの定量分析を行った結果、許容レベル以下であることが分かった。

一方、籾殻を原料Ｆとして本実施の形態に係るガス化炉１０２で得られた燃料ガスＧ中のタールについても許容レベル以下であることが分かった。しかも、籾殻を原料Ｆとして本実施の形態に係るガス化炉１０２で生成した燃料ガスは、次工程（例えばガスエンジン１１１）で支障なく使用することができ、次工程のために必要な熱量（例えばガスエンジン１１１を稼動するために必要な熱量）を有していることが分かった。

なお、既述のとおり、結晶性シリカ生成温度は、カリウムの含有濃度に応じて変化する。

図５は、結晶性シリカ生成温度Ｔｃとカリウムの含有濃度Ｋｃとの関係を示すグラフである。

図５に示すように、例えば、カリウムが存在しない場合には、結晶性シリカ生成温度Ｔｃが１３５０℃であるのに対して、カリウムの含有濃度Ｋｃが増えるに従って、結晶性シリカ生成温度Ｔｃが次第に低下していく（例えば７５０℃といった温度に低下する）。

詳しくは、本実施の形態に係るガス化炉１０２およびガス化炉１０２の運転方法において、所定温度または所定温度範囲は、タール熱分解温度以上の温度または該温度を中央温度とする温度範囲である。また、所定時間範囲は、タールの発生を許容レベル以下に抑えるために必要な時間であるタール発生許容時間以上、かつ、結晶性シリカの生成を許容レベル以下に抑えるための時間である結晶性シリカ生成許容時間以下である。

本実施の形態によると、原料として、シリカおよびカリウムを含む原料Ｆ（例えば籾殻）を用いて燃料ガスＧを生成するに当たって、同一工程（同一時期にかつ同一空間）で、タール熱分解温度（例えば１０００℃）以上の所定温度（例えば１０５０℃）または所定温度範囲（例えば１０５０℃を中央温度とする温度範囲）の酸化雰囲気下に原料Ｆを曝す時間が、タール発生許容時間以上で、かつ、結晶性シリカ生成許容時間以下の所定時間範囲内（例えば２分）であれば、タールの発生を確実に抑制すると共に、結晶性シリカの生成を確実に抑制することができる。

ここで、タール発生許容時間は、タールが生成しない、或いは、タールが生成したとしても許容できる発生量となる時間である。タールの許容レベルは、タールのレベルが実用上支障のないレベルとすることができ、後工程（例えばスクラバー１０５等の装置）でタールを除去する場合には、後工程で除去した後のタールのレベルが実用上支障のないレベルとすることができる。また、結晶性シリカ生成許容時間は、結晶性シリカが生成しない、或いは、結晶性シリカが生成したとしても許容できる生成量となる時間である。結晶性シリカの許容レベルは、結晶性シリカが及ぼす影響を考慮して規定されたレベルとすることができる。

所定温度または所定温度範囲としては、例えば、それには限定されないが、９００℃〜１１００℃の範囲のうち何れかの温度または該温度を中央温度とする温度範囲を挙げることができる。所定温度または所定温度範囲の中央温度が９００℃を下回ると、タールの発生が許容レベルを超えてしまい易い。一方、所定温度または所定温度範囲の中央温度が１１００℃を上回ると、酸化域通過時間ｔｐが短くなり過ぎる。また、所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐとしては、シリカおよびカリウムを含む原料Ｆにおけるカリウムの含有濃度Ｋｃにもよるが、例えば、結晶性シリカ生成温度Ｔｃが７５０℃となるカリウムの含有濃度Ｋｃの場合には、所定温度または所定温度範囲の中央温度が９００℃のときで５分程度、所定温度または所定温度範囲の中央温度が１１００℃のときで１分３０秒程度を挙げることができる。

なお、ガス化炉１０２は、原料Ｆが酸化域αを通過するときに（通過中に）、次工程のために必要な予め定めた所定熱量（この例ではガスエンジン１１１を稼動するために必要な熱量）以上の燃料ガスを生成するようになっていてもよいし、原料Ｆが酸化域αを通過する前および／または通過した後に、低温域βで所定熱量以上の燃料ガスを生成するようになっていてもよい。

［酸化雰囲気温度と結晶性シリカ生成温度到達時間との相関関係について］
本実施の形態に係るガス化炉１０２の運転方法では、酸化域αの酸化雰囲気温度Ｔと、原料Ｆが酸化域αに入った時点から原料Ｆ自身の温度が結晶性シリカ生成温度Ｔｃに達するまでの時間である結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρ（後述する図６参照および［表１］参照）に基づいて所定温度または所定温度範囲の中央温度および所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐを決定する。本実施の形態に係るガス化炉１０２は、酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρに基づいて所定温度または所定温度範囲の中央温度および所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐを決定する第３手段をさらに備えている。

第３手段は、第１手段（具体的には酸化剤導入部１０２ｄ）および第２手段（具体的には原料導入部１０２ａおよび排出部１０２ｆ）を作動制御する。

詳しくは、ガス化炉１０２は、ガス化炉１０２全体の制御を司る制御装置１０２ｇ（図２参照）と、炉１０２ｂ内における酸化域αの温度を検知する温度検知手段（この例では熱電対１０２ｈ）とを備えている。第３手段は、制御装置１０２ｇの一部の制御手段を構成している。熱電対１０２ｈは、酸化域αに設けられている。

制御装置１０２ｇは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータからなる処理部１０２ｇ１（図２参照）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性メモリを含む記憶部１０２ｇ２（図２参照）とを備え、タイマー機能を有している。

制御装置１０２ｇは、処理部１０２ｇ１が記憶部１０２ｇ２のＲＯＭに予め格納された制御プログラムを記憶部１０２ｇ２のＲＡＭ上にロードして実行することにより、各種構成要素の作動制御を行うようになっている。

制御装置１０２ｇは、原料導入部１０２ａを作動制御して原料導入部１０２ａからの原料Ｆの単位時間当たりの導入量（具体的には原料導入コンベア１０２ａ１の搬送速度）を調整する。制御装置１０２ｇは、酸化剤導入部１０２ｄを作動制御して酸化剤導入部１０２ｄからの酸化剤Ｈの単位時間当たりの導入量を調整する。また、制御装置１０２ｇは、排出部１０２ｆを作動制御して排出部１０２ｆからの灰Ｓの単位時間当たりの排出量（具体的には灰排出コンベア１０２ｆ１の搬送速度）、すなわちチャー層δにおけるチャーＲの単位時間当たりの下方への移動距離を調整する。熱電対１０２ｈは、検知した酸化域αの温度に関する電気信号を制御装置１０２ｇに送信する。制御装置１０２ｇは、酸化域αの温度に関する電気信号により酸化域αの温度を検出（認識）する。

そして、制御装置１０２ｇは、原料導入部１０２ａからの原料Ｆの単位時間当たりの導入量、および、排出部１０２ｆからの灰Ｓの単位時間当たりの排出量により、所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐを設定することができる。

本実施の形態によると、たとえ所定温度または所定温度範囲或いは／さらに所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐを変更することがあっても、酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρを用いて酸化域αの酸化雰囲気温度Ｔに対応する所定温度または所定温度範囲、或いは／さらに、結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃに対応する所定時間範囲内の酸化域通過時間ｔｐを容易に（例えば自動的に或いはマニュアル操作で、この例では制御装置１０２ｇによる制御動作により自動的に）変更することができる。

（相関関数の式）
本発明者らの知見によると、酸化雰囲気温度Ｔが結晶性シリカ生成温度Ｔｃ（この例では７５０℃）より下回る場合には、結晶性シリカは生成されず、結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃは理論上無限大になる。一方、結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃは実際上０分になることはない。そして、実験結果のグラフ（図６参照）からすると、酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρは反比例の関係とみなすことができる。

図６は、結晶性シリカ生成温度が７５０℃の場合で実験を行った結果得られた酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρを示すグラフである。

図６に示すように、酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρは、以下の式［１］で示される相関関数の式κに対応させることができる。

但し、式［１］において、Ｔは、酸化雰囲気温度であり、ｔは、結晶性シリカ生成許容時間であり、ｔｍｉｎは、タール発生許容時間であり、ａ，ｂ，ｃは、原料Ｆの成分量（特にカリウムの含有濃度）により変化する定数である。

ここで、定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、予め行った実験および／またはシミュレーションによって算出することができる値であり、原料Ｆ（例えば籾殻）の成分量、特にカリウムの含有濃度に依存する。

定数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、実験等により得られた４点の（Ｔ，ｔ）の値を式［１］に代入して得られる４つの連立方程式、例えば、原料Ｆが、結晶性シリカ生成温度が７５０℃となるカリウムの含有濃度の原料の場合、Ｔ＝９００℃、ｔ＝５分としたときの式［１］から得られる第１方程式と、Ｔ＝９５０℃、ｔ＝４分としたときの式［１］から得られる第２方程式と、Ｔ＝１０５０℃、ｔ＝２分としたときの式［１］から得られる第３方程式と、Ｔ＝１１００℃、ｔ＝１分３０秒としたときの式［１］から得られる第４方程式との４つの連立方程式を解くことで、得ることができる。

酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρを示す相関関数の式κは、記憶部１０２ｇ２に予め記憶されている。

制御装置１０２ｇは、酸化雰囲気温度Ｔから結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃを検出（認識）することができる。これにより、制御装置１０２ｇは、酸化雰囲気温度Ｔに応じた所定時間範囲（酸化域通過時間ｔｐ）を図６に示す斜線で囲む範囲とすることができる。一方、制御装置１０２ｇは、結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃから酸化雰囲気温度Ｔを検出（認識）することができる。これにより、制御装置１０２ｇは、結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃに応じた所定温度または所定温度範囲の中央温度（酸化雰囲気温度Ｔ）を図６に示す斜線で囲む範囲とすることができる。

そして、制御装置１０２ｇは、式［１］の関係を満たすように、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を制御することができる。また、操作者は、式［１］の関係を満たすように、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を設定することができる。

かかる構成によると、相関関数の式κを用いることで、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を設定するための制御構成を簡単にかつ容易に実現させることができる。

（相関表）
また、酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρは、カリウムの所定の含有濃度の原料Ｆを基準とした以下の［表１］で示される相関表に対応させることができる。

但し、［表１］において、Ｔは、酸化雰囲気温度であり、ｔは、結晶性シリカ生成許容時間であり、ｔ（Ｋ小）は、基準となる原料Ｆのカリウムの含有濃度よりも少ない原料Ｆでの結晶性シリカ生成許容時間を表しており、ｔ（Ｋ大）は、基準となる原料Ｆのカリウムの含有濃度よりも多い原料Ｆでの結晶性シリカ生成許容時間ｔを表しており、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、酸化雰囲気温度Ｔに対する結晶性シリカ生成許容時間ｔの設定値であり、原料Ｆの成分量（特にカリウムの含有濃度）により変化する設定値であってタール発生許容時間ｔｍｉｎ以上の設定値である。なお、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅの関係を満たす。

ここで、設定値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、予め行った実験および／またはシミュレーションによって設定することができる値であり、原料Ｆ（例えば籾殻）の成分量（特にカリウムの含有濃度）に依存する。

例えば、基準原料が、結晶性シリカ生成温度が７５０℃となるカリウムの含有濃度の原料の場合、［表１］中のＡを５分または略５分とし、Ｂを４分または略４分とし、Ｃを２分５０秒または略２分５０秒とし、Ｄを２分または略２分とし、Ｅを１分３０秒または略１分３０秒とすることができる。

酸化雰囲気温度Ｔと結晶性シリカ生成温度到達時間ｔｃとの相関関係ρを示す相関表は、記憶部１０２ｇ２に予め記憶されている。

そして、制御装置１０２ｇは、［表１］の関係を満たすように、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を制御することができる。また、操作者は、［表１］の関係を満たすように、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を設定することができる。

かかる構成によると、相関表を用いることで、所定時間範囲或いは／さらに所定温度または所定温度範囲を設定するための制御構成を簡単にかつ容易に実現させることができる。

（相関関係の設定）
本実施の形態において、ガス化炉１０２の設置時または原料Ｆの調達地の決定時若しくは変更時に相関関係ρを設定または更新する。

本実施の形態では、ガス化炉１０２の設置場所または原料Ｆの調達地での原料Ｆについて相関関係ρを計測して、或いは、各種の成分量（特にカリウムの含有濃度）の原料Ｆに対して予め実験等を行って各種の成分量の原料Ｆに対する相関関係ρを取得しておき、ガス化炉１０２の設置場所または原料Ｆの調達地での原料Ｆの成分量（特にカリウムの含有濃度）を計測し、得られた原料Ｆの成分量（特にカリウムの含有濃度）により予め実験等により取得しておいた各種の相関関係ρ〜ρからガス化炉１０２の設置場所または原料Ｆの調達地での原料Ｆに適用する相関関係ρを選択して、ガス化炉１０２の設置場所または原料Ｆの調達地での原料Ｆの成分量（特にカリウムの含有濃度）に応じてタールの発生と結晶性シリカの生成との双方の抑制を同時的に両立させる酸化域αの酸化雰囲気温度Ｔと原料Ｆの酸化域通過時間ｔｐとを調整することができる。なお、各種の相関関係ρ〜ρは、予め記憶部１０２ｇ２に設定（記憶）しておくことができる。

［予熱について］
第６実施形態に係るガス化炉１０２の運転方法は、原料Ｆを導入するに先立ち、炉１０２ｂ内を所定温度または所定温度範囲に予熱する。本実施の形態に係るガス化炉１０２は、原料Ｆを導入するに先立ち、炉１０２ｂ内を所定温度または所定温度範囲に予熱する第４手段をさらに備えている。詳しくは、第４手段は、予熱部１０２ｃを含んでいる。

かかる構成によると、原料Ｆを導入するに先立ち、炉１０２ｂ内を所定温度または所定温度範囲に予熱（事前に加熱）することで、ガス化処理を迅速に行うことができる。

なお、本実施の形態に係るガス化炉１０２において、制御装置１０２ｇは、熱電対１０２ｈからの検知温度により酸化域αの温度が所定温度に維持するように、または、所定温度範囲内に入るように原料導入部１０２ａからの原料Ｆの単位時間当たりの導入量、酸化剤導入部１０２ｄからの酸化剤Ｈの単位時間当たりの導入量、排出部１０２ｆからの灰Ｓの単位時間当たりの排出量、すなわちチャー層δにおけるチャーＲの単位時間当たりの下方への移動距離のうち少なくとも１つを調整する構成とされていてもよい。

次に、本実施の形態に係るガス化炉１０２の他の実施形態について、図７から図１３を参照しながら以下に説明する。

図７から図１３は、本実施の形態に係るガス化炉１０２の他の実施形態を概略的に示す模式図である。図７から図１３は、それぞれ、第１実施形態から第７実施形態に係るガス化炉１０２Ａ〜１０２Ｇを示している。なお、図７から図１３において制御装置１０２ｇ等は図示を省略している。

図７から図１３に示すガス化炉１０２Ａ〜１０２Ｇにおいて、図２に示すガス化炉１０２の構成と実質的に同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
図７に示す第１実施形態に係るガス化炉１０２Ａは、チャーＲを堆積させてチャー層δ（具体的にはチャー堆積層）を形成するガス化炉であって、生成した燃料ガスＧを上方へ流出させるガス化炉（いわゆる固定床式アップドラフト型ガス化炉）である。

ガス化炉１０２Ａは、図２に示すガス化炉１０２において、原料導入部１０２ａを想定チャー層δｘの最上部δｘａよりも上方に設け、酸化剤導入部１０２ｄを想定チャー層δｘの最上部δｘａよりも上方でかつ原料導入部１０２ａにおける開口１０２ａｈよりも下方に設けたものである。

また、酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈは、酸化剤Ｈの導入方向が水平方向または水平方向よりも上向き（例えば斜め上向き）に沿うように形成されている。燃料ガス流出部１０２ｅは、酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも上方に設けられている。

詳しくは、燃料ガス流出部１０２ｅは、原料導入部１０２ａにおける開口１０２ａｈよりも下方に設けられている。酸化剤導入部１０２ｄは、１箇所または複数個所（この例では２箇所）に設けられている。

この例では、原料導入部１０２ａは、炉１０２ｂの頂面１０２ｂ１に設けられ、酸化剤導入部１０２ｄおよび燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２に設けられている。

第１実施形態によると、原料Ｆが酸化域αを確実に落下する構成とすることができ、これにより、原料Ｆを酸化域αに所定時間範囲内で確実に通過させることができる。さらに、原料導入部１０２ａが想定チャー層δｘの最上部δｘａよりも上方に設けられ、燃料ガス流出部１０２ｅが酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも上方に設けられていることで、チャー層δを避けて酸化剤Ｈの導入および燃料ガスＧの流出を行わせることができ、これにより、酸化域αを所定温度または所定温度範囲内に確実に制御することができる。

なお、第１実施形態に係るガス化炉１０２Ａにおいて、原料導入部１０２ａの配設位置と燃料ガス流出部１０２ｅの配設位置とを入れ替えてもよい。

（第２実施形態）
図８に示す第２実施形態に係るガス化炉１０２Ｂは、図７に示すガス化炉１０２Ａにおいて、吸熱反応剤導入部１０２ｉおよび熱容量剤導入部１０２ｊのうち少なくとも一方（この例では双方）を設けたものである。

ガス化炉１０２Ｂは、吸熱反応剤Ｍを導入する吸熱反応剤導入部１０２ｉと、熱容量剤Ｎを導入する熱容量剤導入部１０２ｊとをさらに備えている。ガス化炉１０２Ｂは、吸熱反応剤導入部１０２ｉおよび熱容量剤導入部１０２ｊの何れか一方を備えていてもよい。

吸熱反応剤導入部１０２ｉおよび熱容量剤導入部１０２ｊのうち少なくとも一方（この例では双方）は、炉１０２ｂの想定チャー層δｘに臨む位置に設けられている。この例では、吸熱反応剤導入部１０２ｉおよび熱容量剤導入部１０２ｊの双方は、炉１０２ｂの底面１０２ｂ３に設けられている。

ここで、吸熱反応剤Ｍとしては、吸熱反応を起こさせるものであれば、何れのものを用いてもよく、例えば、水蒸気や二酸化炭素を挙げることができる。熱容量剤Ｎとしては、チャー層δの熱容量を大きくするものであれば、何れのものを用いてもよく、例えば、窒素を挙げることができる。

第２実施形態によると、吸熱反応剤Ｍ（例えば水蒸気や二酸化炭素）の吸熱反応若しくは吸熱反応剤Ｍ（例えば低温物質）投入による冷却効果、および／または、熱容量剤Ｎ（例えば窒素）によるチャー層δの熱容量向上効果で、チャー層δの低温域βが所定温度または所定温度範囲の下限温度以上になることを効果的に防止することができる。

（第３実施形態）
図９に示す第３実施形態に係るガス化炉１０２Ｃは、図７に示すガス化炉１０２Ａにおいて、チャー層温度制御部１０２ｋを設けたものである。

ガス化炉１０２Ｃは、チャー層δの温度を制御するチャー層温度制御部１０２ｋをさらに備えている。チャー層温度制御部１０２ｋは、制御装置１０２ｇの一部を含んでいる。

チャー層温度制御部１０２ｋは、炉１０２ｂの想定チャー層δｘに対応する領域の外面（この例では炉１０２ｂの側面１０２ｂ２の一部および底面１０２ｂ３）に設けられている。

詳しくは、チャー層温度制御部１０２ｋは、水等の熱交換媒体Ｗを流す熱交換部１０２ｋ１と、熱交換部１０２ｋ１に熱交換媒体Ｗを供給する供給部１０２ｋ２と、熱交換部１０２ｋ１から熱交換媒体Ｗを排出する排出部１０２ｋ３とを備えている。供給部１０２ｋ２および排出部１０２ｋ３は、図示を省略した循環ポンプおよび温度調節部に接続されている。チャー層温度制御部１０２ｋは、温度調節部により温度が調節された熱交換媒体Ｗを循環ポンプにより供給部１０２ｋ２、熱交換部１０２ｋ１および供給部１０２ｋ２を循環させるようになっている。

また、チャー層温度制御部１０２ｋは、炉１０２ｂ内における低温域βの温度を検知する温度検知手段（この例では熱電対１０２ｋ４）を備えている。熱電対１０２ｋ４は、低温域βの温度が最も高くなると予想される部分、この例では、酸化域αと低温域βとの隣接部（低温域βの境界の近傍）に設けられている。

チャー層温度制御部１０２ｋは、循環ポンプを作動制御して循環ポンプによる熱交換媒体Ｗの単位時間当たりの循環量を調整する。チャー層温度制御部１０２ｋは、温度調節部を作動制御して温度調節部による熱交換媒体Ｗの温度を調整する。熱電対１０２ｋ４は、検知した低温域βの温度に関する電気信号をチャー層温度制御部１０２ｋに送信する。チャー層温度制御部１０２ｋは、低温域βの温度に関する電気信号により低温域βの温度を検出（認識）する。

チャー層温度制御部１０２ｋは、熱電対１０２ｋ４からの検知温度により低温域βの温度が所定温度または所定温度範囲の下限温度以上の場合には、所定温度または所定温度範囲の下限温度を下回るように循環ポンプによる熱交換媒体Ｗの単位時間当たりの循環量および温度調節部による熱交換媒体Ｗの温度を調整して低温域βを冷却する構成とされている。一方、チャー層温度制御部１０２ｋは、熱電対１０２ｋ４からの検知温度により低温域βの温度が所定温度または所定温度範囲よりも低い予め定めた所定低温温度以下の場合には、所定低温温度を上回るように循環ポンプによる熱交換媒体Ｗの単位時間当たりの循環量および温度調節部による熱交換媒体Ｗの温度を調整して低温域βを加温する構成とされている。

第３実施形態によると、チャー層温度制御部１０２ｋの冷却効果によってチャー層δを含む低温域βが所定温度または所定温度範囲の下限温度以上になることを効果的に防止することができる。また、例えば、運転開始時のチャー層δを含む低温域βの温度が所定低温温度以下の場合は加温効果によってチャー層δを、チャーＲに残留する気体分の揮発を促進させる温度以上の温度に保ってチャーＲに残留する気体分の揮発を促進させることができる。

（第４実施形態）
図１０に示す第４実施形態に係るガス化炉１０２Ｄは、チャーＲを堆積させてチャー層δ（具体的にはチャー堆積層）を形成するガス化炉であって、生成した燃料ガスＧを下方へ流出させるガス化炉（いわゆる固定床式ダウンドラフト型ガス化炉）である。

ガス化炉１０２Ｄは、図７に示すガス化炉１０２Ａにおいて、燃料ガス流出部１０２ｅを酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも下方に設けたものである。

詳しくは、燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの想定チャー層δｘ（具体的には想定チャー層δｘの最下部δｘｂ）に臨む位置に設けられている。この例では、燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの底面１０２ｂ３の中央部に設けられている。そして、想定チャー層δｘの高さが図７に示すガス化炉１０２Ａの想定チャー層δｘの高さよりも低くなっており、チャー層δが図７に示すガス化炉１０２Ａのチャー層δよりも低く維持されている。

第４実施形態によると、原料Ｆが酸化域αを確実に落下する構成とすることができ、これにより、原料Ｆを酸化域αに所定時間範囲内で確実に通過させることができる。さらに、燃料ガスＧを炉１０２ｂの底面１０２ｂ３から流出させることができる。また、チャー層δが低く維持されることで、チャー層δでの酸化域通過時間ｔｐを短くすることができる。

（第５実施形態）
図１１に示す第５実施形態に係るガス化炉１０２Ｅは、図１０に示すガス化炉１０２Ｄにおいて、炉１０２ｂの想定チャー層δｘに対応する領域の外面にチャー層温度制御部１０２ｋを設けたものである。

第５実施形態によると、チャー層温度制御部１０２ｋによるチャー層δの温度制御によってチャー層δでの酸化域αが所定温度または所定温度範囲から外れることを効果的に防止することができる。

（第６実施形態）
図１２に示す第６実施形態に係るガス化炉１０２Ｆは、図１０に示すガス化炉１０２Ｄにおいて、チャーＲおよび灰Ｓを一時的に貯留する仕切り装置１０２ｌを設けたものである。

仕切り装置１０２ｌは、チャーＲおよび灰Ｓを一時的に貯留して一定時間経過後に下方に落下させるようになっている。

詳しくは、仕切り装置１０２ｌは、炉１０２ｂに対して着脱自在な（この例では水平方向に沿ってスライド自在な）仕切り部１０２ｌ１と、仕切り部１０２ｌ１を作動する作動部１０２ｌ２（具体的にはアクチュエータ）とを備えている。仕切り部１０２ｌ１は、上下方向において炉１０２ｂの途中に設けられている。炉１０２ｂにおいて、仕切り部１０２ｌ１よりも下方の部分がチャーＲおよび灰Ｓを受ける受け皿部１０２ｂ４を構成している。

仕切り部１０２ｌ１は、炉１０２ｂに装着されているときには、チャーＲを堆積させてチャー層δを貯留する一方、炉１０２ｂから離脱されると、貯留したチャーＲおよび灰Ｓを下方の受け皿部１０２ｂ４に落下させるようになっている。仕切り部１０２ｌ１には、燃料ガスＧを通過させる多数の通過孔１０２ｌａ〜１０２ｌａが設けられている。なお、受け皿部１０２ｂ４で燃焼した灰Ｓは、排出部１０２ｆにより外部に排出される。

作動部１０２ｌ２は、制御装置１０２ｇからの指示命令の下、仕切り部１０２ｌ１を炉１０２ｂに装着し、かつ、炉１０２ｂに対して定期的に脱着してチャーＲおよび灰Ｓを受け皿部１０２ｂ４に落下させるようになっている。

第６実施形態によると、チャーＲおよび灰Ｓを定期的に受け皿部１０２ｂ４に落下させることができる。

（第７実施形態）
図１３に示す第７実施形態に係るガス化炉１０２Ｇは、チャーＲを堆積させてチャー層δ（具体的にはチャー堆積層）を形成するガス化炉であって、酸化剤Ｈを上方および下方から導入するガス化炉（いわゆる固定床式ダブルファイヤ型ガス化炉）である。

ガス化炉１０２Ｇは、図７に示すガス化炉１０２Ａにおいて、燃料ガス流出部１０２ｅを酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも下方に設け、さらに、酸化剤導入部１０２ｄを想定チャー層δｘの最下部δｘｂに臨む位置に設けたものである。

酸化剤導入部１０２ｄは、想定チャー層δｘの最下部δｘｂに臨む位置にさらに設けられている。

燃料ガス流出部１０２ｅは、想定チャー層δｘの最上部δｘａよりも上方に設けた酸化剤導入部１０２ｄと想定チャー層δｘの最下部δｘｂに臨む位置にさらに設けた酸化剤導入部１０２ｄとの間（好ましくは中間位置）に設けられている。この例では、燃料ガス流出部１０２ｅは、想定チャー層δｘの最上部δｘａと最下部δｘｂとの間に設けられている。

詳しくは、燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの想定チャー層δｘに臨む位置に設けられている。この例では、燃料ガス流出部１０２ｅは、炉１０２ｂの側面１０２ｂ２に設けられている。

想定チャー層δｘの最下部δｘｂに臨む位置にさらに設けた酸化剤導入部１０２ｄは、炉１０２ｂの底面１０２ｂ３の中央部に設けられている。

第７実施形態によると、原料Ｆが酸化域αを確実に落下する構成とすることができ、これにより、原料Ｆを酸化域αに所定時間範囲内で確実に通過させることができる。さらに、酸化剤Ｈを上方および下方から導入すると共に、燃料ガスＧを炉１０２ｂの側面１０２ｂ２から流出させることができる。

なお、図１０から図１３に示す第４実施形態から第７実施形態に係るガス化炉１０２Ｄ〜１０２Ｇでは、燃料ガス流出部１０２ｅが酸化剤導入部１０２ｄにおける開口１０２ｄｈよりも下方に存在しているので、原料Ｆ（より正確にはチャーＲや灰Ｓ）が酸化域αを抜け出たときに、炉１０２ｂから排出される。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１００ ガス化装置
１０１ 貯留ホッパ
１０２ ガス化炉
１０２Ａ ガス化炉
１０２Ｂ ガス化炉
１０２Ｃ ガス化炉
１０２Ｄ ガス化炉
１０２Ｅ ガス化炉
１０２Ｆ ガス化炉
１０２Ｇ ガス化炉
１０２ａ 原料導入部
１０２ａ１ 原料導入コンベア
１０２ａ２ 原料導入フィーダー
１０２ａｈ 開口
１０２ｂ 炉
１０２ｂ１ 頂面
１０２ｂ２ 側面
１０２ｂ３ 底面
１０２ｂ４ 受け皿部
１０２ｃ 予熱部
１０２ｃ１ ガス供給部
１０２ｃ２ ガスボンベ
１０２ｄ 酸化剤導入部
１０２ｄｈ 開口
１０２ｅ 燃料ガス流出部（生成ガス流出部の一例）
１０２ｅｈ 流出口
１０２ｆ 排出部
１０２ｆ１ 灰排出コンベア
１０２ｇ 制御装置
１０２ｇ１ 処理部
１０２ｇ２ 記憶部
１０２ｈ 熱電対
１０２ｉ 吸熱反応剤導入部
１０２ｊ 熱容量剤導入部
１０２ｋ チャー層温度制御部
１０２ｋ１ 熱交換部
１０２ｋ２ 供給部
１０２ｋ３ 排出部
１０２ｋ４ 熱電対
１０２ｌ 仕切り装置
１０２ｌ１ 仕切り部
１０２ｌ２ 作動部
１０２ｌａ 通過孔
１０３ バグフィルタ
１０４ ガス冷却器
１０５ スクラバー
１０６ 循環水槽
１０７ 冷却塔
１０８ ガスフィルター
１０９ 誘引ブロワ
１１０ 前処理ユニット
１１１ ガスエンジン
１１２ 水封槽
１１３ 余剰ガス燃焼装置
１１３ａ 余剰ガス燃焼部
Ａ〜Ｅ 設定値
Ｆ 原料
Ｇ 燃料ガス
Ｈ 酸化剤
Ｋｃ 含有濃度
Ｍ 吸熱反応剤
Ｎ 熱容量剤
Ｒ チャー
Ｓ 灰
Ｔ 酸化雰囲気温度
Ｔｃ 結晶性シリカ生成温度
Ｗ 熱交換媒体
ａ〜ｄ 定数
ｇ 可燃性ガス
ｔ 結晶性シリカ生成許容時間
ｔｃ 結晶性シリカ生成温度到達時間
ｔｍｉｎ タール発生許容時間
ｔｐ 酸化域通過時間
α 酸化域
β 低温域
γ 燃焼ガス層
δ チャー層
δａ 頂部
δｘ 想定チャー層
δｘａ 最上部
δｘｂ 最下部
κ 相関関数の式
ρ 相関関係

Claims (4)

1. 原料を酸化して生成ガスを生成するガス化炉であって、
   前記原料を酸化する酸化域を予め定めた所定温度または所定温度範囲に維持する手段を設け、前記原料を前記酸化域に予め定めた所定時間範囲内で通過させる手段として、
   前記原料を導入する原料導入部を予め定めた所定の想定チャー層の最上部よりも上方に設け、酸化剤を導入する酸化剤導入部を前記想定チャー層の最上部よりも上方でかつ前記原料導入部における開口よりも下方に設け、前記酸化剤導入部における開口を前記酸化剤の導入方向が水平方向または水平方向よりも上向きに沿うように形成し、前記生成ガスを流出させる生成ガス流出部を前記酸化剤導入部における前記開口よりも上方に設け、
   前記原料導入部は、前記酸化剤導入部より上方に設けられており、前記酸化域は、上下方向において前記原料導入部と前記酸化剤導入部との間に存在し、前記酸化剤導入部は、前記原料導入部よりも下方の位置であって前記原料導入部から導入された前記原料が前記所定時間範囲内に前記酸化域を通過できる位置に設けられており、
   前記原料導入部から前記原料を導入して該原料を熱分解させ、前記酸化剤導入部から前記酸化剤を導入し、前記所定温度または前記所定温度範囲に前記酸化域を維持し、該原料を該酸化域に前記所定時間範囲内で通過させ、前記生成ガスを前記生成ガス流出部から流出させ、
   前記所定温度または前記所定温度範囲は、タールが熱分解するために必要な温度であるタール熱分解温度以上の温度または該温度を中央温度とする温度範囲であり、
   前記所定時間範囲は、タールの発生を許容レベル以下に抑えるために必要な時間であるタール発生許容時間以上、かつ、結晶性シリカの生成を許容レベル以下に抑えるための時間である結晶性シリカ生成許容時間以下であることを特徴とするガス化炉。
2. 請求項１に記載のガス化炉であって、
   前記想定チャー層に臨む位置に、吸熱反応剤を導入する吸熱反応剤導入部、および、熱容量剤を導入する熱容量剤導入部のうち少なくとも一方を設けたことを特徴とするガス化炉。
3. 請求項１に記載のガス化炉であって、
   前記想定チャー層に対応する領域の外面に、チャー層の温度を制御するチャー層温度制御部を設けたことを特徴とするガス化炉。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１つに記載のガス化炉であって、
   前記原料を導入するに先立ち、炉内を前記所定温度または前記所定温度範囲に予熱する手段を設けたことを特徴とするガス化炉。

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