JP6762715B2

JP6762715B2 - ガス化炉

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Publication number: JP6762715B2
Application number: JP2015256966A
Authority: JP
Inventors: 松下　靖治; 靖治松下
Original assignee: MATSUSHITA, Kodai; MATSUSHITA, KOHEI; ZE Energy Inc
Current assignee: MATSUSHITA, Kodai; MATSUSHITA, KOHEI; ZE Energy Inc
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: KR20180131530A; EP3399007A4; CN108884399A; CA3009967A1; EP3399007A1; JP2017119771A; WO2017115817A1; US20190002776A1; US11034899B2

Description

本発明は、バイオマス資源をガス化するためのガス化炉とガス化システムとに関する。

近年、バイオマス資源（建築廃材の破砕物等の生物由来の資源）をガス化し、燃料等として使用することが盛んに行われるようになってきている。例えば、ガス化炉内にバイオマス資源を投入して着火し、この熱によってバイオマス資源を乾溜し、有機物を熱分解してガス化させ、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯ等を含む燃料用ガスを生成する。

特開２０１３−２１３６４７号公報特開２０１０−１３５８３号公報特開２００５−１４６１８８号公報特開２００３−２３８９７２号公報

バイオマス資源をガス化する場合、ガス化炉内に酸素が充分に存在すると燃焼が進み、熱分解したガスまで燃焼して燃料用ガスを産出できなくなってしまう。このため、ガス化炉内に供給する空気等の酸化剤の量は、バイオマス資源の熱分解に必要な温度が保たれる程度に制限される。

また、酸化剤を供給する構成としては、バイオマス資源を収容したガス化炉の内壁に設けた供給口から供給する構成や、ガス化炉内に撹拌部材を周設した回転軸を設け、回転軸の先端（下端）から供給する構成が知られている（特許文献３）。

このように、ガス化炉の内壁や回転軸の先端から酸化剤の供給部とした構成では、酸化剤とバイオマス資源との反応が供給部の周辺に限られ、効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明の課題は、バイオマス資源を効率良くガス化できるガス化炉を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のガス化炉は、
バイオマス資源を収容する円筒状の収容部を有する炉本体と、
前記炉本体内へ酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
前記収容部内の鉛直方向に延設され、前記酸化剤を通す酸化剤供給路を内包するシャフトと、
前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した管状の部材であって、前記収容部内の前記バイオマス資源と接する外面に開口した前記酸化剤の供給口と前記シャフトの前記酸化剤供給路とを連通する酸化剤流路を内包する酸化剤供給管と、
前記収容部内の鉛直方向を回転軸として前記シャフトを回転させることにより、前記酸化剤供給管を前記収容部内で旋回させる駆動部と、
を備える。

前記ガス化炉は、前記シャフトが冷媒の流路を内包すると共に、前記酸化剤供給管がシ
ャフト側の前記流路と連通した前記冷媒の流路を内包しても良い。
前記ガス化炉は、前記収容部の上部から前記バイオマス資源を投入し、目標の高さまで堆積させる場合の前記目標に合わせた高さで、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した上部スクレーパーを備えても良い。

前記ガス化炉は、前記収容部を上下に仕切り、上下方向に貫通する複数の開口を有する仕切部を備え、前記仕切部の上面と接した状態又は近接した状態で、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した下部スクレーパーを備えても良い。

前記ガス化炉は、前記収容部を上下に仕切り、上下方向に貫通する複数の孔を有した仕切部を備え、前記仕切部より上方の収容部を第一ガス化室とし、前記仕切部より下方の収容部内に第二ガス化室を備えても良い。

前記ガス化炉は、前記シャフト及び前記酸化剤供給管が、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室のそれぞれに設けられても良い。

前記ガス化炉は、前記シャフトが、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室とに渡って設けられ、前記酸化剤供給管が、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室のそれぞれに設けられても良い。

前記ガス化炉は、前記シャフトが、上部から前記第一ガス化室内の前記酸化剤供給管へ酸化剤を供給する第一の酸化剤供給路と、下部から前記第二ガス化室内の前記酸化剤供給管へ酸化剤を供給する第二の酸化剤供給路とを備えても良い。

前記ガス化炉は、前記仕切部の上面と接した状態又は近接した状態で、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した下部スクレーパーを備えても良い。

本発明によれば、バイオマス資源を効率良くガス化できるガス化炉を提供することができる。

図１は、実施形態１に係るガス化炉の説明図である。図２は、シャフトの構成を示す図である。図３は、シャフトの一部を示す分解斜視図である。図４は、図２のＢ線における酸化剤供給管の断面図である。図５Ａは、図２（Ａ）に示した正面と平行に回転中心を通る断面を示す図である。図５Ｂは、図２（Ｂ）に示した側面と平行に回転中心を通る断面を示す図である。図６は、図２のＤ線における上部スクレーパーの断面図である。図７は、図２のＣ線における断面図である。図８は、図２のＥ線における断面図である。図９は、図８のＦ線における下部スクレーパーの断面図である。図１０は、シャフトの変形例を示す図である。図１１は、実施形態２に係るガス化炉の説明図である。図１２は、実施形態３に係るガス化炉の説明図である。図１３は、実施形態４に係るガス化炉の説明図である。

〈実施形態１〉
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１を用いて、本発明の実施形態１に係るガス化炉の概要を説明する。

<全体構成>
本実施形態１に係るガス化炉は、バイオマス資源を原料とし、この原料を乾溜してガス化するためのユニットである。ガス化炉は、炉本体１、シャフト３、原料投入部４、駆動部５、酸化剤供給部６、パンチングプレート１３、下部スクレーパー２１、酸化剤供給管２２、上部スクレーパー２３、送風機１２を備えている。

炉本体１は、内部に原料を収容する円筒状の収容部１９を有し、外壁と内壁との間に水冷ジャケット１８を有している。水冷ジャケット１８は、上部に設けた冷媒導入部１１から冷媒として冷却水を導入し、炉本体１の壁内を循環させて炉本体を冷却し、冷却後の冷媒を冷媒排出部１５から排出する。

シャフト３は、収容部１９内の鉛直方向に延設され、後述のように酸化剤を通す酸化剤供給路を内包する。

原料投入部４は、チップやペレット等の原料を炉本体１内の収容部１９へ投入する装置である。原料投入部４は、不図示のチェーンコンベア、バケットエレベータ、スクリューコンベア等の供給系から供給された原料を例えばスクリューフィーダによって収容部１９内へ投入する。また、原料投入部４は、原料に着火する電気ヒータ４１を備えている。

駆動部５は、駆動源としての電気モータ５１、及び電気モータ５１の駆動力をシャフト３へ伝達するギヤ等の連結機構５２を備え、鉛直方向を回転軸としてシャフト３を回転駆動させる。

酸化剤供給部６は、送風機６１、ダクト６２、接続部６３を備え、接続部６３が後述のようにシャフト３の酸化剤供給路と連通し、酸化剤としての空気を送風機６１で送風し、ダクト６２、接続部６３、及びシャフト３を介して、収容部１９内へ酸化剤を供給する。

パンチングプレート１３は、収容部１９を上下に仕切り、上下方向に貫通する複数の開口を有する仕切部である。パンチングプレート１３は、収容部１９に投入された原料を積載できるように開口の大きさが、投入時の原料の大きさよりも小さく設定され、炭化して細粒となった原料は落下させる構成となっている。本実施形態１のパンチングプレート１３は、いわゆるパンチングメタルであるが、これに限らず、メッシュや格子であってもよい。

下部スクレーパー２１は、パンチングプレート１３の上面と接した状態又は近接した状態で、シャフト３から収容部１９の内壁へ向かって水平方向に突出した構成となっている。なお、近接した状態とは、パンチングプレート１３上の原料を移動させることができるように、下部スクレーパー２１の下端とパンチングプレート１３との隙間が、原料の大きさに近いか、原料の大きさよりも小さくなるように近づいた状態である。

酸化剤供給管２２は、シャフト３から収容部１９の内壁へ向かって水平に突出した管状の部材であって、収容部内の原料と接する外面に開口した酸化剤の供給口とシャフトの前記酸化剤供給路とを連通する酸化剤流路を内包する。

上部スクレーパー２３は、収容部１９の上部から原料を投入し、目標の高さまで堆積させる場合の前記目標に合わせた高さで、シャフト３から収容部１９の内壁へ向かって水平
に突出した構成となっている。

送風機１２は、吸気側が収容部１９のパンチングプレート１３より下の空間と接続し、収容部、１９内でガス化した燃料ガスを吸い出し、配管１４を介してガスタービン等の需要側へ送出している。

このようにガス化炉は、原料投入部４により原料を収容部１９内へ投入し、原料をパンチングプレート１３上に堆積させ、シャフト３を回転駆動することにより酸化剤供給管２２を収容部１９内で水平に旋回させた状態で原料を乾溜し、有機物をガス化させて燃料ガスを産出し、需要側へ送出する。このとき本実施形態１のガス化炉は、酸化剤供給管２２を収容部１９内で水平方向に旋回させながら酸化剤を供給するので、収容部１９内の水平方向の広い範囲で反応を起こさせることができ、これに伴う熱分解も広い範囲で生じることになるため、効率良くガス化を行うことができる。

<各部の構成>
次に各部の構成を詳細に説明する。図２は、シャフト３の構成を示す図であり、図２（Ａ）はシャフト３の正面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）はＡ−Ａ断面図である。また、図３は、シャフト３の一部を示す分解斜視図である。

シャフト３は、図２，図３に示すように、中心に冷媒の流路である冷却水の往き管３４を有し、往き管３４に上部シャフト３３が外嵌され、往き管３４の外周面と上部シャフト３３の内周面との間の空間を冷媒の流路である冷却水の還り管３３２としている。

上部シャフト３３の下方には下部シャフト３１が接続されている。下部シャフト３１は、中心に往き管３４を有し、往き管３４と同心円状に外郭３１７を有し、往き管３４の外周面と外郭３１７の内周面との間の空間を縦割りに４分割している。換言すると、下部シャフト３１は、回転軸と直交する断面において、往き管３４の外周面と外郭３１７の内周面との間の空間を仕切り板３１３〜３１６で４分割している。本実施形態１のシャフトは、この４つに分割した空間のうち、往き管３４を中心として点対称の位置にある一対の空間を冷媒の流路である冷却水の還り管３１９とし、他の一対の空間を酸化剤供給路３１８としている。

そして、下部シャフト３１の上端部において、還り管３１９・３１９は上部シャフト３３よりも外側の部分を蓋部３２８・３２８で閉塞されている。また、酸化剤供給路３１８・３１８は上部シャフト３３よりも内側の部分を蓋部３２９・３２９で閉塞されている。即ち、上部シャフト３３の還り管３３２は、下部シャフト３１の蓋部３２９・３２９が設けられていない領域で還り管３１９と連通されている。なお、下部シャフト３１の外郭３１７は、円管を縦割りに４分割し、仕切り板３１３〜３１６の間に夫々接続した構成となっている。これらの外郭３１７は、上部シャフト３３の下端よりも上方まで延設され、上部シャフト３３の外面との間に空間を形成し、上端が蓋部３１２で閉塞されている。この空間のうち、仕切り板３１４，３１５で挟む酸化剤供給路３１８、及び仕切り板３１６，３１３で挟む酸化剤供給路３１８と面した外郭３１７の上部には、外周面と内周面とを貫通した孔３１１を設けている。酸化剤の供給口としての孔３１１は、下部シャフト３１の蓋部３２９・３２９が設けられていない領域で酸化剤供給路３１８・３１８と連通されている。

一方、シャフト３の上部において、往き管３４の上端部には、キャップ状の接続部１６９が接続され、接続部１６９に対して往き管３４が回転可能であって、接続部１６９と往き管３４とが不図示のシール等によって水密に保たれている。この接続部１６９は、不図示の冷熱源からの冷却水が往き管１６を介して供給され、シャフト３の往き管３４へ冷却
水を供給する。

また、上部シャフト３３と同様に接続管３５が、往き管３４に外嵌し、接続管３５の下端を上部シャフト３３の上端に突き当て、接続管３５に対して上部シャフト３３を回転可能に接続している。また、接続管３５に対して往き管３４も回転可能となっている。更に、この往き管３４と接続管３５との間、及び上部シャフト３３と接続管３５との間は、不図示のシール機構により水密に保持されている。この接続管３５は、上部スクレーパー２３、酸化剤供給管２２、下部スクレーパー２１内を循環した冷却水を還り管１７を介して冷熱源側へ還流させる。このように接続部１６９及び接続管３５に対してシャフト３が接続可能に接続しているので、シャフト３は、回転駆動されても冷媒の流路としての往き管３４及び還り管３１９，３３２に冷媒を循環させることができる。

また、図１、図２に示すように、下部シャフト３１の孔３１１の周囲を覆うように酸化剤供給部６の接続部６３が設けられ、送風機６１からダクト６２を介して酸化剤が接続部６３内に送られると、孔３１１・３１１を介して酸化剤供給路３１８へ供給する。また、シャフト３は、接続部６３に対して回転可能に接続されているため、回転駆動されても酸化剤を酸化剤供給路３１８へ供給させることができる。

次に図１〜図５Ｂを用いて酸化剤供給管２２について説明する。図２（Ｃ）に示すように、酸化剤供給管２２は、下部シャフト３１を中心として放射状に複数の酸化剤供給管２２が隣接する他の酸化剤供給管２２と等間隔に設けられている。図２（Ｃ）の例では４本の酸化剤供給管２２が放射状に設けられている。換言すると、一直線上に２本の酸化剤供給管２２が下部シャフト３１を挟んで設けられ、この直線と直交する直線上に他の２本の酸化剤供給管２２が下部シャフト３１を挟んで設けられている。

図４は、図２に示すＢ線における酸化剤供給管２２の断面図である。図４に示すように、酸化剤供給管２２は、中心に冷媒の流路である冷却水の往き管２２２を有し、断面を往き管２２２と同心円状とする外管２２３を有している。なお、酸化剤供給管２２の基端部は、シャフト３と接続され、先端部は不図示の蓋部で閉塞されている。

また、酸化剤供給管２２は、往き管２２２の外周面と外管２２３の内周面との間の空間を仕切り板２２６で上下に２分割している。本実施形態１の酸化剤供給管２２は、この２分割した上部の空間を冷媒の還り管２２４とし、下部の空間を酸化剤流路２２５としている。この酸化剤流路を形成する外管２２３には、長手方向の所定位置において原料と接する外面に開口し、内部の酸化剤流路２２５と連通した酸化剤供給口２２７を有している。本実施形態１の酸化剤供給管２２は、長手方向に略等間隔の９カ所に２つずつ酸化剤供給口２２７を有している。このように酸化剤供給管２２は、長手方向に複数設けた酸化剤供給口２２７の夫々から酸化剤を供給する。

往き管２２２は、酸化剤供給管２２の先端付近で、還り管２２４と接続されており、往き管２２２により先端部へ供給された冷媒が、還り管２２４に折り返して下部シャフト３１内の還り管３１９へ還流する。

なお、各酸化剤供給管２２の上部には、平板状の撹拌羽根２２１が、酸化剤供給管２２の長手方向に所定の間隔を空けて２枚、立設されている。この酸化剤供給管２２の長手方向における撹拌羽根２２１の位置は、酸化剤供給管２２毎に異なっているため、各酸化剤供給管２２の撹拌羽根２２１が長手方向の異なる位置を撹拌でき、収容部１９内を隈なく撹拌することができる。

図５Ａは、図２（Ａ）に示した正面と平行に回転中心を通る断面を示す図であり、図５
Ｂは、図２（Ｂ）に示した側面と平行に回転中心を通る断面を示す図である。図５Ａ、図５Ｂに示すように、下部シャフト３１の往き管３４と各酸化剤供給管２２の往き管２２２とが接続されている。また、下部シャフト３１と酸化剤供給管２２の接続部分の周囲に外環部材３２を設け、下部シャフト３１の外面と外環部材３２の内面との間に空間を形成している。この空間は、酸化剤供給管２２の冷媒の還り管２２４と連通する上部空間３２６と、酸化剤供給管２２の酸化剤流路２２５と連通する下部空間３２７とに、不図示の仕切板によって仕切られている。

図５Ａに示すように、下部シャフト３１の外郭３１７には、冷却水の還り管３１９と、この還り管３１９の外側に位置する上部空間３２６とを連通する連絡孔３２１が、設けられている。更に、この上部空間３２６と酸化剤供給管２２の冷媒の流路２２４とが連通している。

これらの構成により、下部シャフト３１の往き管３４から、各酸化剤供給管２２の往き管２２２を介して各酸化剤供給管２２の先端部に送られた冷媒は、各酸化剤供給管２２の先端部で還り管２２４へ折返す。そして、酸化剤供給管２２の還り管２２４に戻った冷媒は、上部空間３２６及び、外郭３１７の連絡孔３２１を介して下部シャフト３１の還り管３１９へ還流する。

また、図５Ｂに示すように、下部シャフト３１の外郭３１７には、酸化剤供給路３１８と、外環部材３２内の下部空間３２７とを連通する連絡孔３２２が、設けられている。更に、この下部空間３２７と酸化剤供給管２２の酸化剤流路２２５とが連通している。

これらの構成により、下部シャフト３１の酸化剤供給路３１８に供給された酸化剤としての空気は、連絡孔３２２を介して下部空間３２７へ供給される。そして、酸化剤としての空気は、下部空間３２７から酸化剤供給管２２の酸化剤流路２２５へ送られ、酸化剤流路２２５に設けられた酸化剤供給口２２７から原料に対して供給される。なお、図５Ｂにおいて、冷媒の流路２２４は、上部空間３２６と連通しており、冷媒の流路２２４に折り返してきた冷媒は、上部空間３２６に導入される。そして、上部空間は、周方向につながっているので、上部空間３２６の冷媒は、図５Ａに示した連絡孔３２１を介して下部シャフト３１の冷媒流路３１９へ還流する。また、図５Ａにおいても、酸化剤供給管２２の酸化剤流路２２５は下部空間３２７と連通している。そして、下部空間は、周方向につながっているので、図５Ｂに示した連絡孔３２２を介して下部空間３２７へ導入された酸化剤は、図５Ａに示した下部空間３２７から酸化剤供給管２２の酸化剤流路２２５へ送られる。

次に図６，図７を用いて上部スクレーパー２３の構成を説明する。図６は、図２のＤ線における上部スクレーパー２３の断面図である。図６に示すように、上部スクレーパー２３は、中心に冷媒の流路である冷却水の往き管２３１を有し、図６の断面において往き管２３１と同心円状に外管２３２を有している。また、上部スクレーパー２３は、往き管２３１の外周面と外管２３２の内周面との間の空間を冷媒の還り管２３３とし、往き管２３１が、上部スクレーパー２３の先端付近で開放され、還り管２３３と接続されている。そして、上部スクレーパー２３の基端部は、シャフト３と接続され、先端部は不図示の蓋部で閉塞されている。

図７は、図２のＣ線における断面図である。下部シャフト３１内の往き管３４から上部スクレーパー２３の往き管２３１に供給された冷媒は、往き管２３１により上部スクレーパー２３の先端部へ送られ、還り管２３３に折り返して下部シャフト３１内の還り管３１９へ還流する。このように冷媒が往き管２３１及び還り管２３３内を循環することで、上部スクレーパー２３は冷却される。

次に図８，図９を用いて下部スクレーパー２１の構成を説明する。図８は、図２のＥ線における断面図、図９は、図８のＦ線における下部スクレーパー２１の断面図である。図８に示すように、下部スクレーパー２１は、下部シャフト３１を挟んで一直線上に２本設けられている。これに限らず、下部スクレーパー２１は、下部シャフト３１を中心として３本以上の下部スクレーパー２１が放射状に設けられてもよい。

また、下部スクレーパー２１は、中心に冷媒の流路である冷却水の往き管２１３を有し、図９の断面において往き管２１３と同心円状に外管２１０を有している。また、下部スクレーパー２１は、往き管２１３の外周面と外管２１０の内周面との間の空間を冷媒の還り管２１４とし、往き管２１３が、下部スクレーパー２１の先端付近で開放され、還り管２１４と接続されている。そして、下部スクレーパー２１の基端部は、下部シャフト３１と接続され、先端部は不図示の蓋部で閉塞されている。なお、下部スクレーパー２１についても図７に示した上部スクレーパー２３と同様に、往き管２１３が下部シャフト３１の往き管３４と接続し、還り管２１４が下部シャフト３１の還り管３１９と接続している。この下部シャフト３１内の往き管３４から下部スクレーパー２１の往き管２１３に供給された冷媒は、往き管２１３により下部スクレーパー２１の先端部へ送られ、還り管２１４に折り返して下部シャフト３１内の還り管３１９へ還流する。このように冷媒が往き管２１３及び還り管２１４内を循環することで、下部スクレーパー２１は冷却される。

また、下部スクレーパー２１は下部シャフト３１の回転に伴って矢印２１９方向、即ち図８において時計方向に回転する。下部スクレーパー２１は、この回転方向において、外管２１０の前側に平板状の押し板２１１を備えている。なお、下部スクレーパー２１は、この押し板２１１の下端、或は外管２１０の下端が、パンチングプレート１３の上面と接する位置又は近接する位置に設けられている。この位置に設けられた下部スクレーパー２１が回転し、押し板２１１が原料を押し退けるように撹拌することで、炭化して細粒化した原料がパンチングプレート１３の孔を介して落下する。これにより炭化した原料を排除し、パンチングプレート１３上の原料を入れ替えて持続的にガス化を行うことができる。

<ガス化方法>
上記構成のガス化炉において、ガス化を行う場合、先ず、原料投入部４により、原料を収容部１９内に投入する。このとき原料投入部４の電気ヒータ４１により原料に着火し、着火した状態で原料を投入する。

一方、不図示の冷熱源は、冷媒としての冷却水を往き管１６を介してシャフト３に供給し、シャフト３内を循環させて冷却する。なお、循環後の冷却水は還り管１７から排出させる。また、この冷熱源は、冷却水を冷媒導入部１１を介して炉本体１の水冷ジャケット１８へ供給し、水冷ジャケット１８内を循環させて冷却する。なお、循環後の冷却水は冷媒排出部１５から排出させる。

また、駆動部５は、モータ５１の駆動によりシャフト３を回転駆動させる。これによりシャフト３に接続された上部スクレーパー２３、酸化剤供給管２２及び下部スクレーパー２１も収容部１９内で旋回する。

更に、酸化剤供給部６は、送風機６１により、酸化剤としての空気を送出し、ダクト６２及び接続部６３を介してシャフト３内へ供給する。シャフト３内に供給された空気は、酸化剤供給路３１８を介して酸化剤供給管２２へ供給され、酸化剤流路２２５を介して酸化剤供給口２２７から原料へ供給される。収容部１９内に原料を所定量堆積させた状態で空気を供給すると、原料投入部４で着火した原料から燃え広がり、収容部１９内に堆積した原料全体に火が回る。そして収容部１９内の酸素が消費されると、乾留状態となる。酸
化剤供給部６は、この乾留状態を維持するように適度な量の空気を供給する。

この乾留により原料中の有機物が熱分解してガス化し、このガスを送風機１２の駆動に吸い出し、燃料ガスとして配管１４を介して需要側へ供給する。

なお、下部スクレーパー２１は、パンチングプレート１３上で原料の撹拌を行い、炭化して細粒化した原料をパンチングプレート１３の孔を介して排出する。即ち、パンチングプレート１３の下の空間は、燃料ガスの吸い出しチャンバとして機能すると共に、ガス化後の原料の受け部として機能する。

このようにガス化及び排出によって減じた原料を補うように原料投入部４から原料が投入され、収容部１９内に規定量の原料が保持される。例えば本実施形態１では、収容部１９内に堆積した原料が目標の高さとなるように制御する。なお、この制御は、センサ等により原料の堆積量を測定し、制御装置によって原料投入部４の投入量を制御して行っても良いし、人が原料投入部４による投入量を制御しても良い。

この原料投入部４から固定的に原料を投入すると、投入箇所に原料の山ができ、堆積した原料の高さが不均一となって、ガス化の効率を低下させるので、原料を堆積させる目標の高さに合わせた位置に上部スクレーパー２３を備えた。この上部スクレーパーが旋回することで、投入された原料の山が均され、原料の高さが均一となる。

<実施形態１の効果>
以上のように、本実施形態１によれば、酸化剤供給管２２が収容部１９内を旋回しながら酸化剤を供給するので、収容部１９内の広い範囲で適切に酸化反応を行わせることができ、効率良くガス化を行うことができる。

また、原料を堆積させる目標の高さに合わせた位置に上部スクレーパー２３を備えたことにより、堆積させた原料の高さを均一にでき、収容部１９内で上部スクレーパー２３の旋回によってカバーされる広範囲にわたって適切にガス化を行わせることができる。

なお、本実施形態１では、下部スクレーパー２１、酸化剤供給管２２及び上部スクレーパー２３を設けたが下部スクレーパー２１や上部スクレーパー２３は省略しても良い。この場合、酸化剤供給管２２が下部スクレーパー２１や上部スクレーパー２３を兼用しても良い。また、酸化剤供給管２２を設置する高さは、任意に設定して良い。例えば、酸化剤供給管２２を設置する高さは、原料や反応条件、収容部の形状等に応じて設定される。
なお、本実施形態１では、酸化剤供給管２２から酸化剤を供給する構成としたが、上部スクレーパー２３や下部スクレーパー２１に酸化剤流路を内包させ、上部スクレーパー２３や下部スクレーパー２１から酸化剤を供給する構成としても良い。

〈変形例〉
上述の実施形態１では、図２に示すようにシャフト３の中心に往き管３４を有し、その周囲の空間を４分割して酸化剤供給路３１８、還り管３１９とした例を示したが、これに限らず、図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）の構成としっても良い。

図１０（Ａ）は、酸化剤供給路４０１を中心とし、酸化剤供給路４０１の外周面と外管４００の内周面との間の空間を仕切り板４０９で２分割し、一方を往き管４０２、他方を還り管４０３としている。

図１０（Ｂ）は、外管４００の内空を仕切板４０８によって放射状に８分割した例である。この８つの空間のうち、４つを酸化剤供給路４０１とし、２つを往き管４０２、残り
の２つを還り管４０３としている。

図１０（Ｃ）は、外管４００の内空を仕切板４０８によって４分割した例である。この４つの空間のうち、２つを酸化剤供給路４０１とし、１つを往き管４０２、残りの１つを還り管４０３としている。

また、シャフトの断面形状は、円形に限らず、他の形状であっても良い。例えば図１０（Ｄ）〜（Ｆ）は四角形としている。

図１０（Ｄ）は、酸化剤供給路４０１を中心とし、酸化剤供給路４０１の外周面と外管４１０の内周面との間の空間を仕切り板４０７で２分割し、一方を往き管４０２、他方を還り管４０３としている。

図１０（Ｅ）は、外管４１０の内空を仕切板４０６によって対角線状に４分割した例である。この４つの空間のうち、２つを酸化剤供給路４０１とし、１つを往き管４０２、残りの１つを還り管４０３としている。

図１０（Ｆ）は、外管４１０の内空を仕切板４０５によって縦横に４分割した例である。この４つの空間のうち、２つを酸化剤供給路４０１とし、１つを往き管４０２、残りの１つを還り管４０３としている。

なお、酸化剤供給路４０１、往き管４０２、還り管４０３配置は、図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）のように、回転軸を中心として点対称に配置するのが望ましい。

〈実施形態２〉
図１１は、実施形態２に係るガス化炉の説明図である。本実施形態２のガス化炉は、前述の実施形態１と比べてパンチングプレート１３の下部に第二ガス化室を備えた構成が異なり、他の構成は同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略している。

本実施形態２では、図１１に示すように、収容部１９内のパンチングプレート１３よりも上の領域が第一ガス化室、パンチングプレート１３よりも下の領域が第二ガス化室である。

本実施形態２では、シャフト３をパンチングプレート１３の下方の第二ガス化室まで延設し、第二ガス化室内において上部スクレーパー１２３、酸化剤供給管１２２を備えている。なお、上部スクレーパー１２３は、前述の上部スクレーパー２３と同じ構成であり、酸化剤供給管１２２は、前述の酸化剤供給管２２と同じ構成であるため、詳細な構成の説明は省略する。

本実施形態２のガス化炉では、パンチングプレート１３の下方の第二ガス化室を備えたため、第一ガス化室で炭化した原料（以下単に炭化物とも称す）が、パンチングプレート１３の孔から落ちて第二ガス化室内に堆積する。この第二ガス化室内に堆積した炭化物に酸化剤としての空気を供給しつつ乾留することで、ＣＯ等のガスを発生させる。

このように本実施形態２によれば、第一ガス化室から排出された炭化物を再利用して更なるガス化を行い、ガス化の効率を向上させることができる。

なお、本実施形態２では、酸化剤供給管１２２及び上部スクレーパー１２３を設けたが上部スクレーパー１２３を省略しても良い。また、酸化剤供給管１２２及び上部スクレー
パー１２３に加えて下部スクレーパーを備えても良い。

また、第二ガス化室において酸化剤供給管１２２から酸化剤を供給する構成としたが、上部スクレーパー１２３や下部スクレーパーに酸化剤流路を内包させ、上部スクレーパー１２３や下部スクレーパーから酸化剤を供給する構成としても良い。

〈実施形態３〉
図１２は、実施形態３に係るガス化炉の説明図である。本実施形態３のガス化炉は、前述の実施形態２と比べて、冷媒の流路と酸化剤供給路を第一ガス化室と第二ガス化室とで独立にした構成が異なり、他の構成は同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略している。

本実施形態３では、図１２に示すように、収容部１９内のパンチングプレート１３よりも上の領域が第一ガス化室、パンチングプレート１３よりも下の領域が第二ガス化室である。

本実施形態３では、第二ガス化室の冷媒の流路及び酸化剤供給路を第一ガス化室と異ならせ、シャフト３の下端から第二ガス化室用の酸化剤と冷却水を供給させる構成である。図１２に示すように酸化剤供給部１０６は、第二ガス化室用の空気を送風機１６１で送風し、ダクト１６２、連結管１６３、及びシャフト３を介して酸化剤供給管１２２に空気を供給し、当該空気を酸化剤供給管１２２から炭化物に供給する。

このように本実施形態３によれば、第二ガス化室の冷媒の流路及び酸化剤供給路を第一ガス化室と異ならせたため、冷媒及び酸化剤の供給条件を第一ガス化室と第二ガス化室とでそれぞれ適切に設定することができる。

〈実施形態４〉
図１３は、実施形態４に係るガス化炉の説明図である。本実施形態４のガス化炉は、前述の実施形態３と比べて、第一ガス化室と第二ガス化室とでシャフトを独立にした構成が異なり、他の構成は同じであるため、同一の要素には同符号を付す等して再度の説明を省略している。

本実施形態４では、図１３に示すように、第一ガス化室のシャフト３とは別に、第二ガス化室にシャフト１０３を設け、シャフト１０３に上部スクレーパー１２３及び酸化剤供給管１２２が接続されている。また、駆動部１０５は、駆動源としての電気モータ１５１、及び電気モータ１５１の駆動力をシャフト１０３へ伝達するギヤ等の連結機構１５２を備え、鉛直方向を回転軸としてシャフト１０３を回転駆動させる。

このように本実施形態４によれば、第二ガス化室のシャフト１０３を第一ガス化室と別体に設けたため、第一ガス化室と第二ガス化室とを容易に分離することができ、メンテナンス性が向上する。シャフトの回転速度や回転を開始させるタイミングなどの回転条件を第一ガス化室と第二ガス化室とでそれぞれ適切に設定することができる。

１炉本体
３シャフト
４原料投入部
５駆動部
６酸化剤供給部
１２送風機
１３パンチングプレート
１９収容部
２１下部スクレーパー
２２酸化剤供給管
２３上部スクレーパー
３１下部シャフト
３３上部シャフト
３５接続管
６１送風機
６２ダクト
６３接続部

Claims

バイオマス資源を収容する円筒状の収容部を有する炉本体と、前記炉本体内へ酸化剤を供給する酸化剤供給部とを備えるガス化炉であって、
前記収容部内の鉛直方向に延設され、前記酸化剤を通す酸化剤供給路及び冷媒を流通させる冷媒流路を内包するシャフトと、
前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した管状の部材であって、前記収容部内の前記バイオマス資源と接する外面に開口した前記酸化剤の供給口と前記シャフトの前記酸化剤供給路とを連通する酸化剤流路を内包すると共に、前記シャフトの前記冷媒流路と連通して、冷媒を前記管状の部材の長手方向に沿って基端から先端側へ送る往き管と、前記往き管の先端と連通して、前記冷媒を先端から基端側へ還流させる還り管とを備え、前記シャフトから放射状に延設された複数の酸化剤供給管と、
前記収容部内の鉛直方向を回転軸として前記シャフトを回転させることにより、前記酸化剤供給管を前記収容部内で旋回させる駆動部と、
を備え、前記シャフトが、前記冷媒流路のうち、シャフト側往き管と前記複数の酸化剤供給管の往き管とを連通させる往き管連通部と、前記冷媒流路のうち、シャフト側還り管と前記複数の酸化剤供給管の還り管とを連通させる還り管連通部とを備えるガス化炉。
前記収容部の上部から前記バイオマス資源を投入し、目標の高さまで堆積させる場合の前記目標に合わせた高さで、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した上部スクレーパーを備える請求項１に記載のガス化炉。
前記収容部を上下に仕切り、上下方向に貫通する複数の開口を有する仕切部を備え、前記仕切部の上面と接した状態又は近接した状態で、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した下部スクレーパーを備える請求項１又は２に記載のガス化炉。
前記収容部を上下に仕切り、上下方向に貫通する複数の開口を有する仕切部を備え、前記仕切部より上方の収容部を第一ガス化室とし、前記仕切部より下方の収容部内に第二ガス化室を備えた請求項１又は２に記載のガス化炉。
前記シャフト及び前記酸化剤供給管が、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室のそれぞれに設けられている請求項４に記載のガス化炉。
前記シャフトが、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室とに渡って設けられ、前記酸化剤供給管が、前記第一ガス化室と前記第二ガス化室のそれぞれに設けられている請求項４に記載のガス化炉。
前記シャフトが、上部から前記第一ガス化室内の前記酸化剤供給管へ酸化剤を供給する第一の酸化剤供給路と、下部から前記第二ガス化室内の前記酸化剤供給管へ酸化剤を供給する第二の酸化剤供給路とを備える請求項６に記載のガス化炉。
前記仕切部の上面と接した状態又は近接した状態で、前記シャフトから前記収容部の内壁へ向かって突出した下部スクレーパーを備える請求項４〜７の何れか1項に記載のガ
ス化炉。