JP7437679B2 - ガス化装置 - Google Patents

Description

この発明は、木質チップをガス化するガス化装置に関する。

近年、環境問題が大きく取り上げられる中、石油や石炭といった化石燃料を用いた発電の代わりに、例えば、自然由来の木質チップや半炭化処理された木質チップなどのバイオマス燃料から発生した燃焼物質を用いた発電装置などの研究が進められている。

このような燃焼物質をバイオマス燃料から発生させるガス化装置の一例として、反応塔の底部に備えられたガス化剤供給口から空気や水蒸気などのガス化剤を供給しながら、反応塔の上部に設けた投入口からバイオマス燃料を投入して加熱し、バイオマス燃料をガス化させるガス化装置が特許文献１に開示されている。

このガス化装置は、反応塔の上方側部に、バイオマス燃料から発生する生成ガスを放出する放出口が設けられた、いわゆるアップドラフト式のガス化装置であり、底部にはガス化されなかったバイオマスの灰などを除去するアッシュ排出部が備えられている。

この特許文献１に開示されているガス化装置によると、上部から投入させたバイオマス燃料を反応塔内部でガス化させるとともに、完全にガス化されずに落下したバイオマス燃料（燃焼残渣）を安定して排除できるとされている。

しかしながら、反応塔に投入されるバイオマスの大きさは様々であり、十分にガス化されずに落下してきた燃焼残渣は排除される。このため、これらの燃焼残渣を有効活用できずに、バイオマスに対するガス化の効率が低減するといった問題があった。

特開２００８－１０１２１５号公報

この発明は、上述の問題を鑑み、半炭化処理された木質チップを効率よくガス化させることができるガス化装置を提供することを目的とする。

この発明は、半炭化処理された木質チップを投入する投入機構と、前記木質チップをガス化する反応塔とで構成された、前記木質チップをガス化するガス化装置であって、前記投入機構は、前記反応塔の底部から内部に前記木質チップを搬送する、垂直方向に沿った管状の縦方向搬送路を備え、前記反応塔には、前記木質チップからガス化された気体を放出する放出管が上方に設けられ、前記縦方向搬送路は、上下方向に沿って立設するとともに、前記反応塔の底部に設けられた挿通孔と連結された管状の縦方向搬送管と、前記縦方向搬送管に内装され、垂直方向に沿って螺旋状に形成されるとともに、垂直方向に沿った軸を回転軸として回転可能な縦方向スクリュー羽根とが備えられ、前記縦方向スクリュー羽根が、ガス化されずに前記反応塔の底部に落下した前記木質チップを循環するように、前記縦方向搬送管よりも上方に向けて突出するとともに、前記反応塔の底部よりも上方に露出したことを特徴とする。

前記半炭化処理とは、酸素の供給量を制限し、または遮断した状態において、所定の温度（約２００～３５０度）で加熱して木質チップなどを炭素成分の多い物質にする炭化物生成処理をさす。これにより、エネルギー密度の高い固形燃料を得ることができる。
前記縦方向搬送路は、必ずしも垂直方向に完全一致する必要はなく、例えば垂直方向に対して４５度より小さい角度で交差する方向であればよい。

この発明によると、半炭化処理された木質チップを効率よくガス化させることができる。
詳述すると、反応塔における高温層に半炭化処理された木質チップを下方から上方に向けて搬送できるとともに、縦方向スクリュー羽根の上端部分で高温層においてガス化されずに落下した木質チップを、反応塔に新たに投入される木質チップとともに反応塔における高温層に再度搬送することができる。

これにより、十分にガス化されなかった木質チップを、新たな木質チップとともにガス化させることができる。すなわち、反応塔の内部においてガス化されなかった木質チップを循環させて再利用することができ、エネルギー密度の高い木質チップを効率よくガス化させることができる。

また、底部に落下してきた木質チップを縦方向スクリュー羽根により再度上方に搬送できるため、上方から落下して積み重なった木質チップ層を崩すことができる。これにより、積み重ねられた木質チップが崩れ、木質チップが形成するブリッジを解消できる。したがって、高温層において木質チップを安定してガス化させることができる。

この発明の態様として、前記投入機構は、一端側に前記木質チップが投入される投入口が設けられるとともに、他端側に前記縦方向搬送路に対して交差する交差方向に連結する管状の上流側搬送路が備えられ、前記上流側搬送路は、管内に、螺旋状に形成されるとともに、回転により前記縦方向搬送路に向けて前記木質チップを搬送する上流側スクリュー羽根が備えられてもよい。

この発明により、上流側搬送路から縦方向搬送路に木質チップを搬送する際に、木質チップを細分化することができる。これにより、所望の大きさに細分化された木質チップを反応塔に搬送することができるため、効率よく木質チップをガス化することができる。

詳述すると、上流側搬送路から上流側スクリュー羽根で搬出された木質チップは、縦方向スクリュー羽根で縦方向搬送路に取り込まれて搬送されるが、上流側スクリュー羽根の搬送量と縦方向スクリュー羽根の搬送量とを調整することで縦方向搬送路と上流側搬送路との間で木質チップを圧密させて細分化し、所望の大きさとすることができる。このように、木質チップが所望の大きさで細分化されることで、反応塔に搬送された木質チップがブリッジを形成することを防止できるとともに、細分化された木質チップは表面積が拡大し、効率よくガス化させることができる。

また、上流側スクリュー羽根と縦方向スクリュー羽根の回転速度を個別に調整することにより、搬送する新たな木質チップの細分化サイズを調整、新たな木質チップの搬送量を制限して反応塔の底部に貯まった木質チップの再利用、あるいは新たな木質チップの搬送量を増加させることができる。すなわち、反応塔の状況に合わせてより効率よく木質チップをガス化させることができる。

またこの発明の態様として、前記反応塔には、ガス化剤を注入する注入部が設けられてもよい。
この発明により、ガス化剤により木質チップのガス化が促進されるため、より効率よく半炭化処理された木質チップをガス化させることができる。

ここで、前記ガス化剤とは、木質チップのガス化を促進する促進剤であり、例えば、空気、酸素、水蒸気などである。なお、ガス化剤は前述の気体などに限定されず、木質チップのガス化を促進できれば、前述の気体の以外の気体や、紛体、液体などであってもよい。

またこの発明の態様として、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御し、前記反応塔に搬送する前記木質チップの搬送量を調整する搬送量制御部が備えられてもよい。

前記搬送量制御部は、例えば、反応塔の内部に投入された木質チップの蓄積量や密度、反応塔内部の温度や放出されるガスの成分などに基づいて、またはこれらの組み合わせにより半炭化処理された木質チップの搬送量を制御してもよい。

この発明により、反応塔の内部状況に応じて半炭化処理された木質チップの搬送量を調整でき、エネルギー密度の高い木質チップをより効率よくガス化させることができる。
例えば、反応塔の内部に搬送された半炭化処理された木質チップが過多である場合には、反応塔の内部への木質チップの搬送量を減少させ、内部に蓄積されている木質チップが熱分解などするように調整し、ガス化させることができる。これに対して、反応塔の内部に半炭化処理された木質チップが過少である場合には、反応塔の内部への半炭化処理された木質チップの搬送量を増大させて、ガス化の材料を増加させ、ガス化を促進させることができる。

またこの発明の態様として、前記反応塔は、前記反応塔の内部に蓄積された前記木質チップの量を検知する蓄積量検知部が備えられ、前記搬送量制御部は、前記蓄積量検知部で検知された前記木質チップの量に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御してもよい。

この発明により、前記蓄積量検知部の検知結果に基づき、半炭化処理された木質チップの搬送量を調整できる。すなわち、反応塔の内部に蓄積された木質チップの量に応じて、木質チップを反応塔に搬送し、反応塔の内部に適量の木質チップを蓄積させることができる。これにより、より効率よく木質チップをガス化させることができる。

またこの発明の態様として、前記反応塔は、内部の温度を検知する温度検知部が備えられ、前記搬送量制御部は、前記温度検知部で検知された温度に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御してもよい。

この発明により、前記温度検知部の検知結果に基づき、半炭化処理された木質チップの搬送量を調整できる。すなわち、反応塔の内部の温度に応じて、木質チップを反応塔に搬送し、反応塔の内部に適量の木質チップを蓄積させることができる。これにより、より効率よく木質チップをガス化させることができる。

例えば、所望の温度と比べて反応塔の内部温度が上昇していると検知した場合には、縦方向スクリュー羽根の回転速度を上げ、反応塔の内部に多くの木質チップを搬送することができる。一方で、所望の温度と比べて反応塔の内部温度が下降していると検知した場合には、縦方向スクリュー羽根の回転速度を下げ、反応塔の内部に搬送する木質チップの量を減少させ、内部に蓄積した木質チップをガス化させることができる。このため、より効率よく木質チップをガス化させることができる。

またこの発明の態様として、前記気体の成分を分析する分析部が備えられ、搬送量制御部は、前記気体の成分に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御してもよい。
この発明により、前記分析部の検知結果に基づき、半炭化処理された木質チップの搬送量を調整し、より効率よく木質チップをガス化させることができる。

詳述すると、反応塔から放出される気体の成分は、反応塔の内部温度や、ガス化剤の比率などによって変化する。このことから、放出される気体の成分に基づいて、半炭化処理された木質チップの搬送量を調整することで、反応塔の内部温度や、ガス化剤の比率を調整でき、安定した気体の供給を図ることができる。これにより、反応塔の内部におけるガス化の状態に応じで、木質チップの搬送量を調整でき、適量の木質チップを反応塔の内部に蓄積させ、より効率よく木質チップをガス化させることができる。

またこの発明の態様として、前記放出管は、先端側が負圧となるように構成されてもよい。
この発明により、反応塔の内部でガス化された気体を放出管に吸引することができるため、ガス化された気体を放出管から確実に放出することができる。

またこの発明の態様として、前記放出管は、基端側に比べて先端が細径となる細径部が設けられてもよい。
この発明によると、放出管の先端側が細径となるため、細径部を流れる生成ガスや木質チップなどの流速が放出管の基端側と比べて速くなる。これにより、流速が速くなった箇所の温度が上昇するため、完全にガス化されていない木質チップの残渣を放出管内でガス化させることができる。

またこの発明の態様として、前記反応塔の底部には、前記底部に蓄積した前記木質チップを排出するアッシュ排出部が設けられてもよい。
この発明により、反応塔の底部に蓄積し、縦方向スクリュー羽根によって再度上方に搬送されない位置に蓄積した木質チップなどを底部から排出することができる。

この発明によれば、半炭化処理された木質チップを効率よくガス化させることができるガス化装置を提供することができる。

ガス化システムの概略図。 搬送装置及びガス化反応装置の概略図。 ガス化のフローチャート。 木質チップの細分化の概略図。 反応塔の内部における木質チップの動き概略図。

この発明の一実施態を以下図面とともに説明する。
図１はガス化システム１の概略図を示し、図２はガス化反応装置１０及び搬送装置２０の概略図を示し、図３はガス化システム１によるガス化のフローチャートを示し、図４はサージ槽３０に貯蓄した半炭化木質チップＳの搬送を表す概略図を示し、図５は反応塔１１の内部での半炭化木質チップＳの動きを表した概念図である。

ガス化システム１は、半炭化処理された木質チップ（以下、『半炭化木質チップＳ』とする。）を熱分解・燃焼・還元させてガス化し、発生した生成ガスＧを上方から回収するアップドラフト方式のガス化システムである。

詳しくは、ガス化システム１は、半炭化木質チップＳを略円筒の縦型容器である反応塔１１の底部から上方に向けて搬送した後に、内部温度を上げた反応塔１１で半炭化木質チップＳをガス化する。このようにガス化されて発生した生成ガスＧ（一酸化炭素及び水素）は、反応塔１１の上方に設けられた放出管１２から放出されてガス貯蓄部６０に貯蓄されている。

以下、ガス化システム１の構造及びガス化システム１を用いた半炭化木質チップＳのガス化について説明する。
ガス化システム１は、図１に示すように、半炭化木質チップＳをガス化させるガス化反応装置１０と、ガス化の原料である半炭化木質チップＳをガス化反応装置１０に搬送する搬送装置２０と、ガス化反応装置１０で発生した生成ガスＧを貯蓄するガス貯蓄部６０とで構成されている。

ガス化反応装置１０は、半炭化木質チップＳをガス化させる反応塔１１と、反応塔１１で発生した生成ガスＧを放出する放出管１２と、反応塔１１に底部からガス化剤Ｈを供給するガス化剤供給管１３とで構成されている。また、反応塔１１の内部には、反応塔１１の内部温度を上昇させるヒータ１４と、反応塔１１の内部温度を検知する温度センサー１５と、反応塔１１の内部に貯蓄された半炭化木質チップＳの貯蓄量を検知する貯蓄量検知センサー１６とが備えられている。

反応塔１１は、略円筒状の縦型容器であり、底面部分は下方に向かって先細りする円錐形状で構成されている。この円錐の頂点部分には、後述する縦方向搬送管５１と連結するための挿通孔が設けられている。また、反応塔１１の底部には、半炭化木質チップＳが完全にガス化されずに残った残渣を外部に掻き出すためのアッシュ排出部１７が設けられている。

なお、半炭化木質チップＳをガス化させる際に、この反応塔１１の内部には、図１に示すように、半炭化木質チップＳを熱分解させる熱分解帯Ｔ１と、熱分解された半炭化木質チップＳを燃焼させる燃焼帯Ｔ２と、生成ガスＧ（一酸化炭素や水素）が発生する還元帯Ｔ３の３つの層が下方から上方に向かってこの順に形成される。

放出管１２は、反応塔１１の内部で発生した生成ガスＧを外部に放出するための管であり、反応塔１１の上部に設けられている。この放出管１２は、図２に示すように、反応塔１１の側壁と連結している基端側放出管１２ａと、先端側に向かうにつれて内径が小さくなる縮径部１２ｂと、縮径部１２ｂと連結する先端側放出管１２ｃとで一体構成されている。なお、先端側放出管１２ｃは基端側放出管１２ａと比べて縮径している。

先端側放出管１２ｃの先端には、生成ガスＧを貯蓄するガス貯蓄部６０と生成ガスＧを吸引するための吸引器７１が備えられている。また先端側放出管１２ｃの一部は分岐され、生成ガスＧの成分を分析するためのガス分析器７２が取り付けられている。

この吸引器７１により、放出管１２は負圧となり、生成ガスＧをガス貯蓄部６０に導くことができる。

ガス貯蓄部６０の手前に設けられたガス分析器７２は、反応塔１１で生成された生成ガスＧの成分分析結果を収集し、その分析結果を回転制御部７３に送信している。
回転制御部７３は、後述するロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度をそれぞれ制御し、反応塔１１に搬送される半炭化木質チップＳの搬送量を制御している。

ガス化剤供給管１３は、基端側に接続されたガス化剤供給装置１８から供給されるガス化剤Ｈ（空気及び水蒸気）を反応塔１１の内部に供給する。このガス化剤供給管１３は、反応塔１１の底部に連結する第一供給管１３ａと、反応塔１１の中央部分の側方と連結する第二供給管１３ｂとで構成されている。

第一供給管１３ａは、後述する縦方向搬送管５１に内装された縦方向スクリュー羽根５２の回転軸の中央部分に設けられており、縦方向搬送管５１の長手方向に沿って上方にガス化剤Ｈを供給することができる。

なお、第一供給管１３ａは反応塔１１の底部から上方に向けてガス化剤Ｈを供給できればよく、その位置や個数は限定されない。例えば、縦方向搬送管５１の外周面に沿って配置されていてもよいし、反応塔１１の底部の他の箇所に配置されていてもよい。

第二供給管１３ｂは、反応塔１１の中央部分の側面に連結され、反応塔１１の側方から内部にガス化剤Ｈを供給することができる。より具体的には、反応塔１１の還元帯Ｔ３に対応する位置に配置されている。

ヒータ１４は、半炭化木質チップＳをガス化する初期状態において、反応塔１１の内部を高温状態とするための加熱装置である。また、温度センサー１５による温度検知結果に基づいて、生成ガスＧを生成する際の反応塔１１の内部温度を上げるために使用されることもある。

温度センサー１５は、反応塔１１の内部温度を検知する。なお、温度センサー１５で検知した検知結果は、回転制御部７３に送信される。

貯蓄量検知センサー１６は、反応塔１１の内部に蓄積された半炭化木質チップＳの量を検知する。具体的には、反応塔１１の内部において、蓄積された半炭化木質チップＳが所望の高さよりも低いまたは高いかを検出している。この貯蓄量検知センサー１６で検知した温度検知結果は、回転制御部７３に送信される。回転制御部７３は、送信された結果情報に基づいて、ロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度をそれぞれ制御する。

搬送装置２０は、ガス化反応装置１０に搬送する半炭化木質チップＳを貯留するサージ槽３０と、サージ槽３０から半炭化木質チップＳをガス化反応装置１０に搬送する上流側搬送路４０と、反応塔１１に半炭化木質チップＳを搬送する縦方向搬送路５０とで構成され、上端に回転用モータが取り付けられた外付スクリューフィダーＦが備えられている。

サージ槽３０は、半炭化木質チップＳを貯留するサージ槽本体３１と、サージ槽本体３１の下端に接続されている供給管３２と、サージ槽本体３１と供給管３２との間に取り付けられているロータリ弁３３とで構成されている。

供給管３２は、管状の搬送路であり、一端側がロータリ弁３３を介して先細りしたサージ槽本体３１の下端に設けられた燃料投入口３１ａと連結し、他端が上流側搬送路４０と連結している。
ロータリ弁３３は、ロータリ弁用モータ３４により回転自在に構成され、サージ槽本体３１に貯留された半炭化木質チップＳを供給管３２に投入することができる。なお、ロータリ弁用モータ３４は上述のように回転制御部７３により制御されている。また、外付スクリューフィダーＦを備えることにより、サージ槽本体３１の内での半炭化木質チップＳのブリッジ現象を防止でき、より確実に供給管３２に半炭化木質チップＳを供給することができる。

なお、サージ槽本体３１に貯留されている半炭化木質チップＳは、木質チップなどの木質バイオマスを無酸素条件下で２００度～３５０度の高温により熱分解して得られた、炭素成分の多い炭化物である。この半炭化木質チップＳは、重量当たりのエネルギー密度が高く、粉砕性能が良好である。

上流側搬送路４０は、図１及び図２に示すように、管状に構成された上流側搬送管４１と、上流側搬送管４１の下端からガス化反応装置１０側に湾曲した中間搬送管４２と、上流側搬送管４１の内装された上流側スクリュー羽根４３と、上流側スクリュー羽根４３を回転駆動させる回転モータ４４とで構成されている。

上流側搬送管４１は、上下方向に沿って立設する管状体であり、側方には、供給管３２の先端が連結する投入口が設けられている。また、上流側搬送管４１の上端には上流側スクリュー羽根４３を回転駆動させる回転モータ４４が設けられている。

中間搬送管４２は、中心軸に対して直交する直交断面の形状が、上流側搬送管４１における直交断面と同形状で構成された管状体であり、図２に示すように、円弧状に曲がっている。また、この中間搬送管４２の基端が上流側搬送管４１と、先端が縦方向搬送路５０を構成する縦方向搬送管５１と連結している。

上流側スクリュー羽根４３は、螺旋状に形成されるとともに、曲がりながら回転可能な、いわゆるバネコンベアに用いる羽根であり、上流側搬送管４１及び中間搬送管４２に沿って、上流側搬送管４１の上端から中間搬送管４２の先端まで伸びている。

この上流側スクリュー羽根４３は、上端が回転モータ４４と連結しており、上流側搬送管４１及び中間搬送管４２の内部で自在に回転することができる。これにより、投入口より投入された半炭化木質チップＳを中間搬送管４２の先端まで搬送することができる。
なお、回転モータ４４は回転制御部７３と連結され、回転制御部７３によって上流側スクリュー羽根４３の回転速度を制御している。

縦方向搬送路５０は、管状の縦方向搬送管５１と、縦方向搬送管５１の内装された縦方向スクリュー羽根５２と、縦方向スクリュー羽根５２を回転駆動させる回転モータ５３とで構成されている。
縦方向搬送管５１は、上下方向に沿って立設する管状体であり、反応塔１１の下方に配置されている。この縦方向搬送管５１は中央部分の側方には、上流側搬送管４１の下端から連結している中間搬送管４２と直交するように連結される連結部が設けられている。

縦方向搬送管５１に内装された縦方向スクリュー羽根５２は、上下方向に沿って螺旋状に形成されるとともに、上下方向に沿った軸を回転軸として回転可能な、いわゆるスクリューフィダーである。この縦方向スクリュー羽根５２の下端は、縦方向搬送管５１の下端に設けられた回転モータ５３と連結されており、縦方向搬送管５１の内部で自在に回転することができる。

また、縦方向スクリュー羽根５２は縦方向搬送管５１よりも長く構成されている。このため、縦方向スクリュー羽根５２の上方部分には、縦方向搬送管５１の上端よりも突出した露出部５２ａが形成されている。
なお、回転モータ５３は回転制御部７３に連結されており、回転制御部７３により縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御している。

このように構成された縦方向搬送路５０は、反応塔１１の下方に配置され、縦方向搬送管５１の上端が挿通孔と連結している。このため、縦方向スクリュー羽根５２の上端部分である露出部５２ａは、挿通孔、すなわち、反応塔１１の底部よりも上方に突出している。

次に、搬送装置２０を用いて半炭化木質チップＳを反応塔１１に搬送する方法及び反応塔１１でのガス化について、図３に基づいて簡単に説明する。
ガス化システム１を稼働させる前段階として、原料となる半炭化木質チップＳをサージ槽本体３１に貯留させておく（ステップｓ０）。このサージ槽本体３１に貯留する段階での半炭化木質チップＳは半炭化処理がされているため、その質量は半炭化処理する前の木質チップの質量と比べ、約４５～６８％まで減少している。

まず、半炭化木質チップＳを反応塔１１に搬送するため、ロータリ弁３３、中間搬送管４２、縦方向スクリュー羽根５２をそれぞれ回転させる（ステップｓ１）。これにより、サージ槽本体３１に貯留されている半炭化木質チップＳはロータリ弁３３で粉砕されながら供給管３２に搬送され、そのまま上流側搬送管４１に投入される。また、上流側搬送管４１に投入された半炭化木質チップＳは、上流側スクリュー羽根４３の回転により、上流側搬送管４１及び中間搬送管４２に沿って下方に搬送される。

ここで、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を上流側スクリュー羽根４３の回転速度よりも遅く設定することで、半炭化木質チップＳは中間搬送管４２で圧密される。中間搬送管４２において圧密された半炭化木質チップＳは、縦方向搬送管５１に投入される際に、縦方向搬送管５１の内部で回転する縦方向スクリュー羽根５２で細分化されながら縦方向搬送管５１に投入されることとなる。
このように縦方向搬送管５１に投入された半炭化木質チップＳは、縦方向スクリュー羽根５２の回転により縦方向搬送管５１に沿って反応塔１１の内部に搬送される。

このようにして反応塔１１の内部に投入された半炭化木質チップＳは、サージ槽本体３１に貯留された半炭化木質チップＳの２分の１から３分の１程度の大きさにまで細分化されている。このため、半炭化木質チップＳは反応塔１１の内部において、ブリッジを形成することなく蓄積される（図４参照）。

このように反応塔１１に搬送される半炭化木質チップＳは、図５に示すように、縦方向スクリュー羽根５２による半炭化木質チップＳの搬送によって中央部分が重力に打ち勝って盛り上がってくる。一方で、反応塔１１の径方向外側部分は、中心部分の盛り上がりによって下方側に押し付けられることとなるため、下方側に移動した半炭化木質チップＳは、上方の積み重なる半炭化木質チップＳによって圧密されて、粉砕される。

また、反応塔１１の底部が円錐状に構成されていることにより、下方に押し付けられた半炭化木質チップＳは、円錐形状に沿って中央部分に集まることとなる。このように中央部分に集まった半炭化木質チップＳは、縦方向スクリュー羽根５２に巻き込まれ、再度上方に持ち上げられることとなる。したがって、完全にガス化されなかった半炭化木質チップＳ（半炭化木質チップＳの燃焼残渣）が、反応塔１１の底部に蓄積することを防止できる。

また、半炭化木質チップＳが内部に蓄積される反応塔１１は、ガス化システム１の起動開始時に半炭化木質チップＳのガス化に好適な温度となるようにヒータ１４で高温化させる。そして、半炭化木質チップＳのガス化（熱分解、燃焼、還元）が開始されるとヒータ１４を停止させる。以後は、基本的に半炭化木質チップＳのガス化の燃焼により、反応塔１１の内部温度は管理される。

半炭化木質チップＳのガス化が開始されると、反応塔１１の内部で生成ガスＧ（一酸化炭素・水素）が発生し、この生成ガスＧは上部に設け、先端側が負圧とした放出管１２に引き込まれる。これにより、ガス貯蓄部６０に生成ガスＧを貯めることができる。

また、放出管１２の先端側が負圧となっているため、縦方向スクリュー羽根５２の回転軸の中央部分に設けられた第一供給管１３ａ及び第二供給管１３ｂにより、反応塔１１の内部にガス化剤Ｈが供給される。このように、反応塔１１に供給されたガス化剤Ｈは放出管１２により上昇気流となるため、反応塔１１の内部での半炭化木質チップＳのガス化を促進できるとともに、細分化された半炭化木質チップＳを上昇させることができる。

これにより、細分化された半炭化木質チップＳのガス化の促進に合わせて、完全にガス化されなかった半炭化木質チップＳが反応塔１１の底部に蓄積することをより防止できる。さらには、完全にガス化されなかった半炭化木質チップＳの燃焼残渣を放出管１２に引き込ませることを手助けすることができる。

ここで、放出管１２は、基端側放出管１２ａと先端側放出管１２ｃが縮径部１２ｂにより連結されているため、放出管１２の内部を流れる半炭化木質チップＳの流速が縮径部１２ｂ及び先端側放出管１２ｃの箇所で速くなる。これにより、完全にガス化されなかった半炭化木質チップＳの燃焼残渣の温度が上昇するため、半炭化木質チップＳの燃焼残渣を完全にガス化させることができる。
これにより、反応塔１１の底部に半炭化木質チップＳの燃焼残渣が残ることを防止することができる。

反応塔１１の内部には、温度センサー１５を備えられており、反応塔１１の内部温度を検知している（ステップｓ２）。この温度センサー１５で検出された温度検知結果は、回転制御部７３に送信され、回転制御部７３は、送信された検知結果情報に基づいて、ロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御し、半炭化木質チップＳの搬送量を調整している（ステップｓ６）。

同様に、貯蓄量検知センサー１６による反応塔１１の内部に蓄積された半炭化木質チップＳの蓄積量も検知しており（ステップｓ３）、その検知結果を回転制御部７３に送信されている。そして、回転制御部７３は送信された検知結果情報に基づいてロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御し、半炭化木質チップＳの搬送量を調整している（ステップｓ６）。

さらにまた、ガス貯蓄部６０の手前に取り付けられているガス分析器７２により、反応塔１１から発生する生成ガスＧの成分を分析されている（ステップｓ４）。この分析結果も、回転制御部７３に送信されており、回転制御部７３は送信された分析結果情報に基づいてロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御し、半炭化木質チップＳの搬送量を調整している（ステップｓ６）。

例えば、反応塔１１の内部温度が適温と比べて低いと温度センサー１５で検知した場合には（ステップｓ２：Ｎｏ）、反応塔１１に搬送されている半炭化木質チップＳは効率よくガス化できない。この場合、温度検知結果を受信した回転制御部７３により、ロータリ弁用モータ３４を制御し、ロータリ弁３３の回転速度を早くして、供給管３２に搬送される半炭化木質チップＳを多くすることができる。

また、回転制御部７３により、回転モータ４４と回転モータ５３を制御し、上流側スクリュー羽根４３と縦方向スクリュー羽根５２の回転数を調整することで、中間搬送管４２における半炭化木質チップＳをより圧密させて、半炭化木質チップＳを細分化することができる。具体的には、上流側スクリュー羽根４３の回転速度を縦方向スクリュー羽根５２の回転速度よりも早くすることで（ステップｓ６）、サージ槽３０から多く搬送された半炭化木質チップＳが中間搬送管４２で多く詰まることとなり、より圧密される。このようにより圧密された半炭化木質チップＳを縦方向スクリュー羽根５２によって反応塔１１に搬送することとなるため、半炭化木質チップＳをより細分化することができる。
これにより、反応塔１１に搬送される半炭化木質チップＳが効率よくガス化され、反応塔１１の内部温度を上昇させることができる。

同様に、反応塔１１の内部の半炭化木質チップＳの量が低下している場合には、貯蓄量検知センサー１６が半炭化木質チップＳの低下を検知して（ステップｓ３：Ｎｏ）、その情報を回転制御部７３に送信する。この情報に基づいて、回転制御部７３が回転モータ４４を制御して上流側スクリュー羽根４３の回転速度を増加させるとともに、回転制御部７３が回転モータ５３を制御して縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を増加させ（ステップｓ６）、反応塔１１に搬送される半炭化木質チップＳの搬送量を増加させ、半炭化木質チップＳのガス化を促進できる。

逆に、反応塔１１の内部に蓄積された半炭化木質チップＳの量が増加している場合には、貯蓄量検知センサー１６が半炭化木質チップＳの増加を検知し（ステップｓ３：Ｎｏ）、その情報を回転制御部７３に送信する。この情報に基づいて、回転制御部７３が縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を低下させ（ステップｓ６）、中間搬送管４２において半炭化木質チップＳをより圧密させる。これにより、縦方向スクリュー羽根５２によって、より細分化された半炭化木質チップＳが反応塔１１に搬送することができる。
したがって、半炭化木質チップＳの搬送量を低下させながらも、半炭化木質チップＳを細分化できるため、半炭化木質チップＳの表面積が拡大し、効率よくガス化させることができる。

同様に、ガス分析器７２により検出される生成ガスＧの成分が、所望の割合でない場合には（ステップｓ４：Ｎｏ）、この情報に基づいて、回転制御部７３がロータリ弁用モータ３４、回転モータ４４、回転モータ５３を制御して、それぞれの回転速度を調整する（ステップｓ６）。これにより、反応塔１１への半炭化木質チップＳの搬送量及びサイズ、密度が調整され、生成ガスＧの成分が適正な割合となる。

このように、所定量の生成ガスＧが得られまで（ステップｓ５）、反応塔１１の内部状況に応じて、ロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度の調整を繰り返し、所望の状態で半炭化木質チップＳのガス化が行われる。そして所定量の生成ガスＧを得られたのちに、ロータリ弁３３、上流側スクリュー羽根４３、縦方向スクリュー羽根５２の回転を停止し、ガス化を終了する。

なお、回転制御部７３でガス化剤供給装置１８を制御することにより、第一供給管１３ａ及び第二供給管１３ｂから供給されるガス化剤Ｈの供給量を制御し、反応塔１１の内部でのガス化を調整することもできる。

このように構成されたガス化システム１は、半炭化木質チップＳを投入する搬送装置２０と、半炭化木質チップＳをガス化する反応塔１１とで構成されており、搬送装置２０は、反応塔１１の底部から内部に半炭化木質チップＳを垂直方向（上下方向）に沿って搬送する縦方向搬送路５０を備え、反応塔１１には、半炭化木質チップＳからガス化された生成ガスＧを放出する放出管１２が上方に設けられ、縦方向搬送路５０は、垂直方向に沿って管状に構成され、管内に、垂直方向に沿って螺旋状に形成されるとともに、垂直方向に沿った軸を回転軸として回転可能な縦方向スクリュー羽根５２が備えられ、縦方向スクリュー羽根５２の上端部分（露出部５２ａ）が、反応塔１１の底部よりも上方において露出されている。

これにより、反応塔１１における高温層に半炭化木質チップＳを下方から上方に向けて搬送できるとともに、露出部５２ａで還元帯Ｔ３においてガス化されずに落下した半炭化木質チップＳを、反応塔１１に新たに投入される半炭化木質チップＳとともに反応塔１１における還元帯Ｔ３に再度搬送することができる。

これにより、十分にガス化されなかった半炭化木質チップＳを、新たな半炭化木質チップＳとともにガス化させることができる。すなわち、反応塔１１の内部においてガス化されなかった半炭化木質チップＳを循環させて再利用することができ、エネルギー密度の高い半炭化木質チップＳを効率よくガス化させることができる。

また、底部に落下してきた半炭化木質チップＳを露出部５２ａで再度上方に搬送できるため、上方から落下して積み重なった半炭化木質チップＳを崩すことができる。これにより、積み重ねられた半炭化木質チップＳが崩れ、半炭化木質チップＳが形成するブリッジを解消できる。したがって、高温層において半炭化木質チップＳを安定してガス化させることができる。

また、搬送装置２０は、一端側に半炭化木質チップＳが投入される投入口が設けられるとともに、他端側に縦方向搬送路５０に対して交差する交差方向に連結する管状の上流側搬送路４０が備えられ、上流側搬送路４０は、管内に、螺旋状に形成されるとともに、回転により縦方向搬送路５０に向けて半炭化木質チップＳを搬送する上流側スクリュー羽根４３が備えられている。

これにより、上流側搬送路４０から縦方向搬送路５０に半炭化木質チップＳを搬送する際に、半炭化木質チップＳを細分化することができる。これにより、所望の大きさの半炭化木質チップＳを反応塔１１に搬送することができるため、エネルギー密度の高い半炭化木質チップＳを効率よくガス化することができる。

詳述すると、上流側搬送路４０から上流側スクリュー羽根４３で搬出された半炭化木質チップＳは、縦方向スクリュー羽根５２で縦方向搬送路５０に取り込まれて搬送されるが、上流側スクリュー羽根４３の搬送量と縦方向スクリュー羽根５２の搬送量とを調整することで縦方向搬送路５０と上流側搬送路４０との間で半炭化木質チップＳを圧密させて細分化し、所望の大きさとすることができる。このように、半炭化木質チップＳが細分化されることで、反応塔１１に搬送された半炭化木質チップＳがブリッジを形成することを確実に防止できるとともに、細分化された半炭化木質チップＳは表面積が拡大し、効率よくガス化させることができる。

また、上流側スクリュー羽根４３と縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を個別に調整することにより、搬送する新たな半炭化木質チップＳの細分化サイズを調整、新たな半炭化木質チップＳの搬送量を制限して反応塔１１の底部に貯まった半炭化木質チップＳの再利用、あるいは新たな半炭化木質チップＳの搬送量を増加させることができる。すなわち、反応塔１１の状況に合わせてより効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

さらにまた、反応塔１１には、ガス化剤Ｈを注入するガス化剤供給管１３が設けられているため、ガス化剤Ｈにより半炭化木質チップＳのガス化が促進され、エネルギー密度の高い半炭化木質チップＳをより効率よくガス化させることができる。

また、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御し、反応塔１１に搬送する半炭化木質チップＳの搬送量を調整する回転制御部７３が備えられていることにより、反応塔１１の内部状況に応じて半炭化木質チップＳの搬送量を調整でき、半炭化木質チップＳをより効率よくガス化させることができる。

例えば、反応塔１１の内部に搬送された半炭化木質チップＳが過多である場合には、反応塔１１の内部への半炭化木質チップＳの搬送量を減少させ、内部に蓄積されている半炭化木質チップＳが熱分解などするように調整し、ガス化させることができる。これに対して、反応塔１１の内部に半炭化木質チップＳが過少である場合には、反応塔１１の内部への半炭化木質チップＳの搬送量を増大させて、ガス化の材料を増加させ、ガス化を促進させることができる。

また、反応塔１１は、反応塔１１の内部に蓄積された半炭化木質チップＳの量を検知する貯蓄量検知センサー１６が備えられ、回転制御部７３は、貯蓄量検知センサー１６で検知された半炭化木質チップＳの量に基づいて、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御していることにより、貯蓄量検知センサー１６の検知結果に基づき半炭化木質チップＳの搬送量を調整できる。

すなわち、反応塔１１の内部に蓄積された半炭化木質チップＳの量に応じて、半炭化木質チップＳを反応塔１１に搬送し、反応塔１１の内部に適量の半炭化木質チップＳを蓄積させることができる。このため、より効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

また、反応塔１１は、内部の温度を検知する温度センサー１５が備えられ、回転制御部７３は、温度センサー１５で検知された温度に基づいて、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御していることにより、温度センサー１５の検知結果に基づき、半炭化木質チップＳの搬送量を調整できる。

すなわち、反応塔１１の内部の温度に応じて、半炭化木質チップＳを反応塔１１に搬送し、反応塔１１の内部に適量の半炭化木質チップＳを蓄積させることができる。このため、より効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

例えば、所望の温度と比べて反応塔１１の内部温度が上昇していると検知した場合には、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を上げ、反応塔１１の内部に多くの半炭化木質チップＳを搬送し、反応塔１１の内部温度を下げることができる。一方で、所望の温度と比べて反応塔１１の内部温度が下降していると検知した場合には、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を下げ、反応塔１１の内部に搬送する半炭化木質チップＳの量を減少させることで、内部に蓄積した半炭化木質チップＳの反応効率を上げ、より効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

さらにまた、気体の成分を分析するガス分析器７２が備えられ、回転制御部７３は、気体の成分に基づいて、縦方向スクリュー羽根５２の回転速度を制御していることにより、ガス分析器７２の検知結果に基づき、半炭化木質チップＳの搬送量を調整し、より効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

詳述すると、反応塔１１から放出される気体の成分は、反応塔１１の内部温度や、ガス化剤Ｈの比率などによって変化する。このことから、放出される気体の成分に基づいて、半炭化木質チップＳの搬送量を調整することで、反応塔１１の内部温度や、ガス化剤Ｈの比率を調整でき、安定した気体の供給を図ることができる。これにより、反応塔１１の内部におけるガス化の状態に応じで、半炭化木質チップＳの搬送量を調整でき、適量の半炭化木質チップＳを反応塔１１の内部に蓄積させ、より効率よく半炭化木質チップＳをガス化させることができる。

また、放出管１２は、先端側が負圧となるように構成されていることにより、反応塔１１の内部でガス化された気体を放出管１２に吸引することができるため、ガス化された気体を放出管１２から確実に放出することができる。

さらに、ガス化剤供給管１３から供給されるガス化剤Ｈを反応塔１１の内部に引き込み上昇気流を起こすことができるため、縦方向スクリュー羽根５２により搬送される半炭化木質チップＳを、還元帯Ｔ３ができている上方に持ち上げやすくなる。さらには、完全にガス化しきっていない半炭化木質チップＳを放出管１２に引き込むことができる。

さらにまた、放出管１２は、基端側に比べて先端が細径となる先端側放出管１２ｃが設けられていることにより、放出管１２の先端側を細径となる。これにより、縮径部１２ｂ及び先端側放出管１２ｃを流れる生成ガスＧや半炭化木質チップＳなどの流速が速くなり、流速が速くなった箇所の温度が上昇し、完全にガス化されていない半炭化木質チップＳの燃焼残渣を放出管１２内でガス化させることができる。

また、反応塔１１の底部には、底部に蓄積した半炭化木質チップＳを排出するアッシュ排出部１７が設けられていることにより、反応塔１１の底部に蓄積し、縦方向スクリュー羽根５２によって再度上方に搬送されないような位置に蓄積した半炭化木質チップＳなどを底部から排出することができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
木質チップは、半炭化木質チップＳに対応し、同様に、
投入機構は、搬送装置２０に対応し、
反応塔は、反応塔１１に対応し、
ガス化装置は、ガス化システム１に対応し、
縦方向搬送路は、縦方向搬送路５０に対応し、
放出管は、放出管１２に対応し、
縦方向スクリュー羽根は、縦方向スクリュー羽根５２に対応し、
上流側搬送路は、上流側搬送管４１に対応し、
上流側スクリュー羽根は、上流側スクリュー羽根４３に対応し、
注入部は、ガス化剤供給管１３に対応し、
搬送量制御部は、回転制御部７３に対応し、
蓄積量検知部は、貯蓄量検知センサー１６に対応し、
温度検知部は、温度センサー１５に対応し、
分析部は、ガス分析器７２に対応し、
細径部は、先端側放出管１２ｃに対応し、
アッシュ排出部は、アッシュ排出部１７に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施形態を得ることができる。

例えば、本実施形態において、縦方向搬送路５０は、反応塔１１に対して垂直方向（上下方向）に立設させているが、垂直方向に完全一致する必要はない。例えば、縦方向搬送路５０は垂直方向に対して±３０度程度傾いていてもよい。

また、本実施形態において、中間搬送管４２と縦方向搬送管５１とが連結部分において直交しているが、必ずしも直交する必要はなく、中間搬送管４２と縦方向搬送管５１とが交差していればよい。また、上流側搬送管４１が上下方向と交差する方向、例えば水平方向に沿って配置してもよく、さらには上流側搬送管４１と縦方向搬送管５１とが直接連結する構成としてもよい。

また、反応塔１１の下方に蓄積された半炭化木質チップＳを縦方向スクリュー羽根５２が上方に搬送できれば、縦方向搬送路５０はどのような構成でもよい。例えば、縦方向搬送路５０は、反応塔１１の内部において、上方に延びる縦方向搬送管５１に部分的な開口が形成され、この開口部分から縦方向スクリュー羽根５２が部分的に露出されていてもよい。

また、ガス化剤として、本実施形態では、空気及び水蒸気を用いているが、ガス化剤は半炭化木質チップＳのガス化を促進すれば、特に限定はされない。そのため、例えば、酸素などの気体の他、別の気体や、紛体、液体などであってもよい。

さらにまた、回転制御部７３は、例えば、反応塔１１の内部に投入された半炭化木質チップＳの蓄積量や密度、反応塔１１内部の温度や放出されるガスの成分などに基づいて、またはこれらの組み合わせにより半炭化木質チップＳの搬送量を制御してもよい。

さらにまた、上流側スクリュー羽根４３を上流側搬送管４１及び中間搬送管４２に沿って、上流側搬送管４１の上端から中間搬送管４２の先端まで伸びた構成としている。しかしながら、この構成に限定されず、例えば、上流側搬送管４１の内部には、上下方向に沿った軸を回転軸として回転可能な、いわゆるスクリューフィダーとし、湾曲した中間搬送管４２の内部には、上流側搬送管４１の内部に設けたスクリューフィダーの回転を伝達できる、上流側スクリュー羽根４３のようないわゆるバネコンベア羽根としてもよい。

１ ガス化システム
１１ 反応塔
１２ 放出管
１２ｃ 先端側放出管
１３ ガス化剤供給管
１５ 温度センサー
１６ 貯蓄量検知センサー
１７ アッシュ排出部
２０ 搬送装置
４０ 上流側搬送路
４３ 上流側スクリュー羽根
５０ 縦方向搬送路
５２ 縦方向スクリュー羽根
７２ ガス分析器
７３ 回転制御部
Ｓ 半炭化木質チップ

Claims (10)

1. 半炭化処理された木質チップを投入する投入機構と、前記木質チップをガス化する反応塔とで構成された、前記木質チップをガス化するガス化装置であって、
   前記投入機構は、
   前記反応塔の底部から内部に前記木質チップを搬送する、垂直方向に沿った管状の縦方向搬送路を備え、
   前記反応塔には、
   前記木質チップからガス化された気体を放出する放出管が上方に設けられ、
   前記縦方向搬送路は、
   上下方向に沿って立設するとともに、前記反応塔の底部に設けられた挿通孔と連結された管状の縦方向搬送管と、
   前記縦方向搬送管に内装され、垂直方向に沿って螺旋状に形成されるとともに、垂直方向に沿った軸を回転軸として回転可能な縦方向スクリュー羽根とが備えられ、
   前記縦方向スクリュー羽根が、
   ガス化されずに前記反応塔の底部に落下した前記木質チップを循環するように、前記縦方向搬送管よりも上方に向けて突出するとともに、前記反応塔の底部よりも上方に露出した
   ガス化装置。
2. 前記投入機構は、
   一端側に前記木質チップが投入される投入口が設けられるとともに、他端側に前記縦方向搬送路に対して交差する交差方向に連結する管状の上流側搬送路が備えられ、
   前記上流側搬送路は、
   管内に、螺旋状に形成されるとともに、回転により前記縦方向搬送路に向けて前記木質チップを搬送する上流側スクリュー羽根が備えられた
   請求項１に記載のガス化装置。
3. 前記反応塔には、ガス化剤を注入する注入部が設けられた
   請求項１または請求項２に記載のガス化装置。
4. 前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御し、前記反応塔に搬送する前記木質チップの搬送量を調整する搬送量制御部が備えられた
   請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載のガス化装置。
5. 前記反応塔は、
   前記反応塔の内部に蓄積された前記木質チップの量を検知する蓄積量検知部が備えられ、
   前記搬送量制御部は、
   前記蓄積量検知部で検知された前記木質チップの量に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御する
   請求項４に記載のガス化装置。
6. 前記反応塔は、
   内部の温度を検知する温度検知部が備えられ、
   前記搬送量制御部は、
   前記温度検知部で検知された温度に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御する
   請求項４または請求項５に記載のガス化装置。
7. 前記気体の成分を分析する分析部が備えられ、
   搬送量制御部は、
   前記気体の成分に基づいて、前記縦方向スクリュー羽根の回転速度を制御する
   請求項４乃至請求項６のうちのいずれかに記載のガス化装置。
8. 前記放出管は、先端側が負圧となるように構成された
   請求項１乃至請求項７のうちのいずれかに記載のガス化装置。
9. 前記放出管は、基端側に比べて先端が細径となる細径部が設けられた
   請求項１乃至請求項８のうちのいずれかに記載のガス化装置。
10. 前記反応塔の底部には、前記底部に蓄積した前記木質チップを排出するアッシュ排出部が設けられた
    請求項１乃至請求項９のうちのいずれかに記載のガス化装置。
    

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