WO2006059496A1 - ガス化処理方法とその装置 - Google Patents

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Masamichi Kuramoto
Yoshihiko Asano
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Definitions

  • the present invention relates to a gasification method and apparatus therefor, and in particular, suppresses burnable gas in a low pressure port generated at the time of waste treatment such as wood chips etc., and burns highly calories. It relates to a method and apparatus for producing gas.
  • the gasification furnace is also referred to as a carbonization furnace, and such as in Patent Documents 1 and 2 are known.
  • Patent Document 1 in order to shorten the dry distillation time, the supply opening for the dry distillate to be supplied from the hopper and the inside of the dry distillation column are shut off, and the dry distillate is dry-distilled through the burner to generate generation gas.
  • the suction of the Patent Document 2 describes that the apparatus is configured in the longitudinal direction in order to miniaturize the processing apparatus including the gasification furnace and the combustion furnace.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-28077, which is a published patent of Japan
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-233048, which is a published patent of Japan
  • the gasification furnace is used for heat utilization due to combustion, etc.
  • the collected gas of the dry distillation combustible gas produced (generated) in the waste treatment process has a low level of about 4 to 6 MJ. It is not suitable for use as a fuel for internal combustion engines such as gas engines because of its low calorie property, and it is difficult to drive the generator with the internal combustion engine as a prime mover and convert it into electricity. If there is no hope of diversification, there will be a problem.
  • the causes of high-calorie combustible gas and the generation of low-calorie combustible gas are as follows.
  • FIG. 6 is a "relationship between heating temperature and gas composition" diagram described in ⁇ ⁇ 109 of the above-mentioned reference, showing the composition of thermal decomposition gas by instantaneous heating on a logarithmic scale.
  • a processing temperature of 400 ° C 60% is occupied by C02.
  • C ⁇ ⁇ , C02, H2 concentration of combustible gases
  • the present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a gasification treatment method and apparatus that enable production of high-calorie combustible gas.
  • a screw rotatably provided in a vertical type gasification furnace main body is disposed, and a flammable raw material is charged into the gasification furnace main body and the side surface thereof.
  • a gasification processing method which supplies air in the inside of a gasification furnace main part, and generates a high calorie combustible gas.
  • the heating of the gasification furnace body is a gasification treatment method in which the side surface of the gasification furnace is overheated to burn the combustible raw material and rapidly heat it.
  • the heating of the gasification furnace main body is a gasification treatment method in which the amount of oxygen supplied is in the range of 2% to 10%.
  • a gasification treatment method in which the air supply into the gasification furnace main body is performed through an axial hole provided in the screw shaft.
  • the air delivered into the gasification furnace main body is dispersed by a stirring blade provided to the screw.
  • a screw provided rotatably in a vertical type gasification furnace main body is disposed, and a flammable raw material is charged into the gasification furnace main body and the side surface thereof. In those that heat more and collect the obtained gas,
  • the screw shaft is provided with a hole whose one end is in communication with the air supply means and the other end is in the gasification furnace main body, and the air is supplied into the gasification furnace main body through the air supply means and the screw. Gasification treatment device.
  • a gasification treatment is provided such that a heating furnace is disposed so as to enclose the gasification furnace body, and the side surface of the gasification furnace body is heated via the heating furnace. It is a device.
  • the screw axial hole communicating with the inside of the gasification furnace main body is a position where the released air is dispersed by the stirring blade of the screw in the gasification furnace main body. It is a gasification processing device provided by having constituted.
  • the gasification furnace is provided with a hole for supplying air in the lower side surface of the gasification furnace body, and the gasification configured to supply air into the gasification furnace body through the hole. It is a processing unit.
  • conveyors are respectively provided on the raw material inlet side and the carbide outlet side of the gasification furnace main body, and each conveyor or each conveyor is mounted. It is a gasification processing unit configured to block the entry and exit of air from the inlet and outlet sides by objects.
  • the operation stop of each of the conveyors is a gasification processing device controlled by an output signal of a sensor installed in a gasification furnace main body.
  • the side heating unit of the gasification furnace body is provided with a chamber, and the generated gas is captured through the chamber and the gas induction pipe continuously connected to the chamber. It is a gasification processing device to collect.
  • a gasification treatment apparatus which utilizes the generated gas collected through the chamber 1 and the gas induction tube for combustion of an internal combustion engine.
  • a gasification processing apparatus wherein the generated gas collected through the chamber 1 and the gas induction pipe is used as a fuel for heating a gasification furnace main body. It is.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially longitudinal front view of the gasification furnace of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of measurement of combustible gas components produced by the gasification treatment apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration produced by the gasification treatment apparatus of the present invention and the total calorific value.
  • FIG. 6 It is a related figure of known heating temperature and gas composition.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of the gasification furnace of the present invention
  • FIG. 2 is a specific partial block diagram.
  • 1 is a vertical type gasification furnace main body made of a heat-resistant metal or the like having high heat transfer efficiency, and is formed in a cylindrical shape.
  • 2 is a cylindrically formed heating furnace, and the gasification furnace main body 1 is disposed so as to penetrate the heating furnace 2, and A combustion chamber 3 is provided at the bottom.
  • a combustion burner 4 and a blower 15 are disposed in the combustion chamber 3 and fueled with propane gas or the like. The air required during combustion is pressure-fed from the blower 15.
  • the heating unit 6 is constituted by these 2 to 5 to produce a high-calorie combustible gas.
  • the high-calorie combustible gas produced is high temperature (800 to 1000 ° C) after combustion, it can be used as a heat source for general-purpose external combustion engines (such as Stirling engines) that can be converted to electricity to generate electricity. it can.
  • general-purpose external combustion engines such as Stirling engines
  • a cyclone having a capacity suitable for the fuel consumption of the internal combustion engine is provided, and the dust is removed by this cyclone and delivered as a fuel to the internal combustion engine (not shown) via the exchanger and a negative mass filter.
  • FIG. 2 shows the case of the self-combustion type, and the biogas generated in the gasification furnace main body 1 is attracted to the cyclone 20 via the chamber 11 and the gas induction pipe 12 and collected. Dust in the gas is removed.
  • the gas stored in the cyclone 20 is removed from the dust and the like, sent to the exchanger 21 and cooled to remove vinegar and tar, and the dust is removed again by the mass filter 22 and the fuel is removed. It is supplied to the combustion chamber 3 to
  • the system configuration from the cyclone force to the combustion chamber is appropriately designed according to the type and properties of the raw material to be treated.
  • 24 is an exhaust part, through which the smokeless exhaust is released to the outside.
  • the middle part of the gasifier body 1 becomes a reducing layer and the lower part becomes an oxide layer at the time of combustion treatment. Also, the gasifying gas body 1 recovers combustible gas generated in the vicinity of the oxide layer and the reducing layer.
  • a gas retention chamber 11 and a gas induction pipe 12 are provided at optimum positions, and the gas induction pipe penetrates the inside of the heating furnace to prevent formation of tar and the like due to temperature decrease.
  • Reference numeral 7 denotes a vertical discharge screw, which is disposed in the lower part of the gasifier main body 1 so as to vertically penetrate the inside of the furnace main body, and is configured to always rotate by a drive source such as a motor (not shown). Be done. Further, the discharge screw 7 has a stirring blade 8 and a pointed portion 7a is formed at the tip of the screw to prevent solidification of carbides, and air for screw cooling flows in the shaft of the screw. An axial hole 7b is bored, and a hole 7c communicating with the chamber of the gasifier body 1 is provided at the upper position thereof.
  • Reference numeral 9 denotes a hole which is penetrated to the side wall of the gasification furnace body 1 and is drilled with an appropriate diameter.
  • the hole 9 and the shaft hole 7b of the screw are separately connected to a pipe branched on the way from the air supply pipe 10a from the blower 10 respectively. It is used to supply the air used for the internal combustion of the gasifier body 1 and plays an important role in controlling the amount of air.
  • the flow route of the air used for internal combustion is the route of the axial hole 7b hole 7c provided on the screw shaft and the two route of the hole 9 provided on the side of the gasification furnace main body.
  • the route of the shaft hole 7b and the hole 7c is advantageous for the ease of controlling the amount of air supplied from the blower 1 and for the cooling of the screw 7.
  • the mechanism has a hole 9 so that an appropriate amount of air is supplied according to the particle diameter and the like. Therefore, the shape and size of the discharge screw 7 , the stirring blade 8 and the hole 9, the rotation speed, etc. are appropriately designed according to the type and properties of the raw material to be treated.
  • a raw material feed hopper 13, a raw material feed conveyor 14 and a slide type sensor 19 are provided in the upper part of the gasification furnace body 1, and the raw material WB fed to the hopper 13 is gasified by the conveyor 14. It is carried into the furnace body 1.
  • the conveyor 14 is, for example, inclined by 10 degrees or more to perform air shutoff by the raw material by the reverse rotation (return of raw material) function at the time of stop.
  • a rotor blade type sensor 15 is installed in the raw material feeding hopper 13, and when the raw material supplied to the gasification furnace main body 1 decreases and the rotary blades start rotational motion, for example, wood biomass WB as a raw material The mechanism is to feed the hopper 13 into the hopper 13.
  • the raw material feed conveyor 14 is controlled by the slide sensor 19, and the slide type sensor 19 reacts to operate the raw material feed conveyor 14 for a fixed period when the amount of processed raw material in the furnace becomes lower than a fixed amount.
  • a carbide discharge hopper 16 In the lower part of the gasification furnace, a carbide discharge hopper 16, a carbide discharge conveyor 17 and a rotor type sensor 23 are installed, and the rotary wing type sensor 1 23 rotors stop (filled with carbide) and the carbide discharge
  • the conveyor 17 is operated to discharge the carbides. Further, since the carbides to be discharged are at a high temperature, the water cooling jacket 18 is installed at the lower part of the gasifier body 1 and the carbide discharge conveyor 17 in consideration of safety, and the cooling water C ⁇ is supplied.
  • the method of treating waste is used as the flow of raw material Explain along.
  • the raw material is continuously fed to the gasification furnace main body L by the raw material feeding conveyor 14 .
  • the gasification furnace body 1 is filled with the raw material charged into the gasification furnace body 1, the combustion burner 4 installed in the heating furnace 2 is ignited to start thermal decomposition by external heating. At this time, the rotation of the discharge screw 7 is stopped until it is steam-baked. In this state, in the furnace of the gasification furnace body 1, as the thermal decomposition reaction proceeds, an oxidation layer OX and a reduction layer RE are formed.
  • the temperature in the furnace is 800 ° C. in the oxide layer and 700 ° C. in the reduction layer, and the rotation of the discharge screw 7 is started when the appropriate elapsed time before reaching this temperature is reached.
  • internal combustion also starts.
  • the air released from the holes 7c of the screw 7 and the holes 9 can be uniformly supplied to the inside of the gasification furnace while cooling the screw itself as the screw rotates. This air can be used to internally burn a part of the treated raw material, and the generated high temperature gas can be convected into the gasification furnace, enabling uniform heat diffusion.
  • the high temperature gas generated from the processed raw material in the steamed state is responsible for removing (dehydrating) water contained in the raw material at the top of the gasification furnace at the time of charging.
  • the temperature in the combustion chamber is about 1000 ° C
  • the lower temperature of the heating part is about 900 ° C
  • the upper temperature is about 600 ° C.
  • the temperature rising rate of the new raw material introduced in this state is 1 l on average Rapid heating (thermal decomposition) can be performed in ° C / sec.
  • the pyrolyzed raw material forms a carbide or chip and is discharged out of the furnace by a carbide discharge conveyor 17.
  • the generated high-calorie combustible gas is recovered by the gas retention chamber 11 and the gas induction tube 12.
  • the recovered combustible gas is used as a fuel for power generation using an appropriate internal and external combustion engine.
  • the combustion burner 4 using fossil fuel 4 or the heat generated by the combustion of the combustible gas generated from the treated raw material is used for indirect treatment.
  • the heat is used as a high-temperature gas as a gasification furnace by combining the external heating system that applies heat to the science material and the internal heating system that burns part of the treated material and uses the combustion heat for decomposition.
  • a vertical discharge screw 7 is provided at the lower part of the gasification furnace main body as a means for preventing solidification of the discharged matter (carbide) after pyrolysis, and rotation of this screw causes rotation after pyrolysis. It can prevent the solidification of carbides.
  • the tip of the screw to the oxidized layer OX where the carbide solidifies, it is prevented in advance that the carbide becomes large solid.
  • the tip of the screw 7 since the tip of the screw 7 has a pointed shape so as to prevent the carbide from solidifying, the solidifying phenomenon of carbide is prevented.
  • the screw 7 has a hollow structure as a hollow structure. Air is supplied to the cavity from 10-10. That is, through holes 7b and 7c for supplying air are provided on the screw shaft, and the air released from 7c uniformly supplies air into the gasification furnace while cooling the screw itself by the effect of the rotation action of the screw. Can be This air can be used to internally burn a part of the treated raw material, and the generated high temperature gas can be convected into the gasification furnace, enabling uniform heat diffusion.
  • the effect is further enhanced by additionally providing a structure that supplies air to the lower side wall of the gasification furnace besides the screw. There is.
  • the produced combustible gas has high calories, it is possible to contribute to the reduction of fuel cost and carbon dioxide by additionally guiding a part to the combustion chamber and using it as a fuel.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are measurement results of the component of the high calorific one flammable gas produced (generated) by the gasification treatment apparatus according to the present invention.
  • the components of the combustible gas generated as a result of air quantity (oxygen) control from the blower 1 were compared using wood chips (1 to 20 mm ⁇ ), which are woody biomass WB, as raw materials.
  • Figure 5 shows the concentration of oxygen supplied on the horizontal axis and the calorific value on the vertical axis.
  • the air content (oxygen 1) By controlling the air content (oxygen 1) to 10% to 2%, the total calorific value (calories) can be calculated. It was found to rise to 8-23 MJ.
  • there is a difference in the concentration of methane (CH4) gas which is the main component of the combustible gas. According to this result, 13
  • FIG. 3 shows another embodiment.
  • the same or corresponding parts as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
  • the biogas BG generated by the heating furnace (gasification furnace) 6 is collected by the cyclone 20 to remove dust and the like, and then sent to the heat exchanger 21.
  • cooling water CO flows around the outer periphery thereof, and the vinegar and tar are removed while cooling the biogas BG, and they are recovered outside.
  • the removed biogas BG such as vinegar is sent to the bio filter 22 to further remove dust and the like, and then sent to the heater 25.
  • the smokeless exhaust EX is introduced to the heater 25 through the exhaust unit 24 and the NO gas BG is heated by the high temperature smokeless exhaust EX, is induced by the induction blower 26 and is supplied to the combustion chamber 3 And used as fuel for gasifiers.
  • the smokeless exhaust EX supplied to heat the biomass gas BG in the heater 25 is discharged to the outside through the exhaust fan 27 or the like.
  • the air for control is supplied to the gasifier main body 1 through the blower 10 in the same manner as in FIG. 1 to make it possible to generate a high-calorie combustible gas. . Therefore, according to this embodiment, the same effect as that of FIG. 1 is obtained, and furthermore, as in the case of FIG. 2, it greatly contributes to the reduction of fuel cost and carbon dioxide.
  • the generation of high-calorie combustible gas has made it possible to use the fuel for external combustion ⁇ internal combustion engine power generation, and its applications have expanded and diversified. Is what you want.
  • high-calorie combustible gas can be generated, it can be used as an external heating fuel, and it has the effect of being able to construct a recycling mechanism that can process itself with the energy produced by the treated raw material itself.

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Abstract

【課題】ガス化炉本体内に可燃性原料を投入・加熱して得られたガスは低カロリーの可燃性ガスのため、そのガスの用途は限られたものとなっている。 【解決手段】ガス化炉本体内に生成するガスを高カロリー可燃性ガスとするために、ガス化炉本体内に空気を供給する。また、この空気供給手段として、ガス化炉本体内に配置されスクリュー軸を貫通するように孔を設け、空気供給手段及びスクリューの孔を介してガス化炉本体内に空気を供給するよう構成したものである。

Description

明 細 書
ガス化処理方法とその装置
技術分野
[0001] 本発明は、本発明は、ガス化処理方法とその装置に係り、特に木質チップ等のよう なゴミ処理時に発生する低力口リーの可燃性ガスを抑制して高カロリーの可燃性ガス を生産する方法と装置に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、木質チップ等のゴミを焼却処理することで発生する二酸化炭素やダイォキシ ンが地球環境破壊につながることから、ゴミを焼却しなレ、で 800°C以上の高温で熱分 解処理するガス化炉が注目されてレ、る。
ガス化炉は炭化炉とも呼称され、特許文献 1、 2のようなものが公知となっている。特 許文献 1には、乾留時間を短縮することを目的として、ホッパーより供給される被乾留 物の供給口と乾留塔内とを遮断してバーナーを介して被乾留物を乾留させて発生ガ スを吸引することが記載されている。特許文献 2には、ガス化炉と燃焼炉よりなる処理 装置を小型化するために、装置を縦方向に構成したことが記載されてレ、る。
[0003] 特許文献 1 :日本国の公開特許公報である特開平 1一 28077号公報
特許文献 2 :日本国の公開特許公報である特開 2004— 233048号公報
[0004] しかし、ガス化炉は、ゴミ処理過程で生産 (発生する)される乾留の可燃性ガスの力 口リーが 4〜6MJ程度と低 採集されたガスは燃焼による熱利用等に用途が限られ 、その低カロリー性からガスエンジン等の内燃機関の燃料として利用するには不向き であり、内燃機関を原動機として発電機を駆動し、電気に転換することは難しい状態 となってレ、て、多様化が望めないとレ、う問題を有してレ、る。
なお、高カロリー可燃性ガスの発生要因及び低カロリー可燃性ガスの発生は次の理 由による。
[0005] (1)高カロリー可燃性ガスを生産するためには、外部から供給するガス化剤である 処理原料の燃焼用空気量を適切に制御することが必要となる力 ガス化炉は原料の 供給、排出工程において外部の空気が混入する可能性が高ぐ空気の遮断やコント ロールが難しレ、。このため、外部から混入する過多の空気により燃焼反応が促進され て可燃性ガスが低カロリーとなる。このときのガス化反応において、タール、すす、チ ヤーの発生がない場合、生成されるガスの主要組成を簡易的な化学反応で示すと次 のようになる。
[0006] CnHmOp+a02+bH20→cCO+dC02+eH2+CxHy
[0007] ここで、 800°C以上の理論的な化学平衡としては CxHyの発生ばかりでなぐ単に CO, C〇2, H2 のクリーンガスのみとなる。高温かつ長時間反応では平衡ガス組成 に近い組成となる。ただし、ガス化剤が極端に少ない場合には化学平衡計算からも C H4と Cの発生が認められる。 (参照文献:社団法人日本エネルギー学会編 バイオ マスハンドブック ρ· 93)
[0008] (2)高カロリーの可燃性ガスを生産するには、処理原料を急速に熱分解する方法 が有効であるが、処理原料が固体であるため、外部から熱を加える方式のみでは、 装置内にて急速に均一な高温の反応場が形成できず原料処理に偏りが生じる。これ により、ガス化炉から生産される可燃性ガスのカロリー不均一性 (低カロリーィ匕)ゃガ ス発生量 (体積)の増減がみられる。
[0009] 図 6は、同上参照文献の ρ· 109に記載されている「加熱温度とガス組成の関係」図 で、瞬間過熱による熱分解ガスの組成を対数目盛りで示したものである。 400°Cの処 理温度では 60%が C〇2で占められる。高温では C〇2濃度が下がり、可燃性ガス(C 〇, C02, H2)の濃度が高くなることがわかる。したがって、 4〜6MJ程度の低カロリ 一可燃性ガスの発生を抑制し、 13MJ以上の高カロリー可燃性ガスの生産が可能で あれば、このガスを利用したコージェネレーションシステムの構築等に用途が広がつ て多様化が望め、未活用のエネルギーの有効利用が図れる。
発明の概要
[0010] 本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは高カロリー 可燃性ガスの生産を可能としたガス化処理方法とその装置を提供することにある。
[0011] 本発明の一つの観点によれば、縦型のガス化炉本体内に回転自在に設けられたス クリューを配設し、ガス化炉本体内に可燃性原料を投入してその側面より加熱し、得 られたガスを捕集するものにおいて、 前記ガス化炉本体内に空気を供給して高カロリー可燃性ガスを生成するガス化処理 方法である。
[0012] 本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体の加熱は、ガス化炉側面を過熱し て前記可燃性原料を燃焼させ、急速加熱するガス化処理方法である。
[0013] 本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体の加熱は、酸素量 2%〜: 10%の 範囲の空気供給量としたガス化処理方法である。
[0014] また、本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体内への空気供給は、前記ス クリュー軸に設けられた軸孔を介して供給するガス化処理方法である。
[0015] さらに、本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体内に送出された空気は、 前記スクリューに設けられた攪拌羽根によって分散されることを特徴としたものである
[0016] 本発明の他の観点によれば、縦型のガス化炉本体内に回転自在に設けられたスク リューを配設し、ガス化炉本体内に可燃性原料を投入してその側面より加熱し、得ら れたガスを捕集するものにおいて、
前記スクリュー軸に、一端が空気供給手段と連通し他端がガス化炉本体内に連通す る孔を設け、空気供給手段及びスクリューを介してガス化炉本体内に空気を供給す るよう構成したガス化処理装置である。
[0017] 本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体を包み込むように加熱炉を配設し 、この加熱炉を介してガス化炉本体の側面を加熱するよう構成したガス化処理装置 である。
[0018] また、本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体内に連通するスクリュー軸孔 は、放出された空気がガス化炉本体内でスクリューの攪拌羽根によって分散される位 置に設けて構成したガス化処理装置である。
[0019] 本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体の下部側面に空気供給用の孔を 設け、この孔を介してガス化炉本体内に空気を供給するよう構成したガス化処理装 置である。
[0020] さらに、本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体の原料投入口側と炭化物 の出口側にそれぞれコンベヤーを設け、各コンベヤー若しくは各コンベヤーの搭載 物によって投入口及び出口側よりの空気の入出を遮断するよう構成したガス化処理 装置である。
[0021] さらにまた、本発明の別の観点によれば、前記各コンベヤーの駆動停止は、ガス化 炉本体に設置されたセンサーの出力信号によって制御されるガス化処理装置である
[0022] カロえて、本発明の別の観点によれば、前記ガス化炉本体の側面加熱部にチャンバ 一を設け、このチャンバ一及びチャンバ一に連設されたガス誘引管を通して生成ガス を捕集するガス化処理装置である。
[0023] カロえてまた、本発明の別の観点によれば、前記チャンバ一及びガス誘引管を通し て捕集された生成ガスを、内燃機関の燃焼に利用するガス化処理装置である。
[0024] さらに加えて、本発明の別の観点によれば、前記チャンバ一及びガス誘引管を通し て捕集された生成ガスを、ガス化炉本体の加熱用の燃料としたガス化処理装置であ る。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明の第 1の実施形態を示す概略の構成図である。
[図 2]本発明のガス化炉の一部縦断正面図である。
[図 3]本発明の他の実施例を示す概略の構成図である。
[図 4]本発明のガス化処理装置によって生産された可燃性ガス成分測定結果図であ る。
[図 5]本発明のガス化処理装置によって生産された酸素濃度と総発熱量の関係図で ある。
[図 6]知られている加熱温度とガス組成の関係図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[0027] 図 1は本発明のガス化炉の概略構成図を、また、図 2は具体的な部分構成図を示し たものである。各図において、 1は熱伝導効率の良い耐熱金属などにより構成される 縦型のガス化炉本体で、円筒状に形成されている。 2は筒状に形成された加熱炉で 、この加熱炉 2を貫通するようにしてガス化炉本体 1が配設され、且つこの加熱炉の 下部には燃焼室 3を備えている。燃焼室 3には、プロパンガス等を燃料とする燃焼バ ーナー 4とブロワ一 5が配置されて、燃焼時には必要とする空気はこのブロワ一 5から 圧送される。そして、これら 2〜5によって加熱部 6が構成されて高カロリー可燃性ガス が生産される。生産された高カロリー可燃性ガスは燃焼後高温(800〜: 1000°C)とな るため、電気に転換できる外燃機関全般 (スターリングエンジンなど)の熱源として利 用され、発電を行うことができる。内燃機関全般 (ガスエンジンなど)に燃料として利用 するためには、可燃性ガスを冷却する必要がある。そのために内燃機関の燃料消費 量に適した容量のサイクロンが設けられ、このサイクロンにて徐塵して交換器、及び ノくィォマスフィルタを介し図示省略の内燃機関へ燃料として送出される。
[0028] なお、図 2は自燃方式の場合を示したもので、ガス化炉本体 1で生成されたバイオ ガスは、チャンバ一 11、ガス誘引管 12を介してサイクロン 20に誘引され、採取された ガス中の粉塵が除去れる。サイクロン 20にて貯留されたガスは、粉塵等が除去された 後に交換器 21に送られ冷却されて酢液やタールが除去され、ノくィォマスフィルタ 22 で再度の粉塵等の除去が施されて燃料とすべく燃焼室 3に供給される。サイクロン力 ら燃焼室までのシステム構成は処理原料の種類,性状により適宜設計される。 24は 排気部で、この排気部を通って無煙排気が外部に放出される。燃焼処理時にはガス 化炉本体 1の中位部は還元層となり、また、下部は酸化層となる力 ガス化炉本体 1 には酸化層及び還元層付近に発生した可燃性ガスを回収するための最適な位置に ガス滞留用チャンバ一 1 1、ガス誘引管 12が設けられ、このガス誘引管が加熱炉内を 貫通することによって温度低下によるタールなどの形成を防いでいる。
[0029] 7は縦型の排出スクリューで、ガス化炉本体 1の下部において炉本体内部を垂直に 貫くように配設され、図示省略されたモータ等の駆動源によって常時回動するよう構 成される。また、この排出スクリュー 7は攪拌羽根 8を有すると共に、スクリュー先端に は炭化物の固化を防ぐために尖状部 7a形が形成され、且つスクリュウの軸内部には スクリュー冷却用の空気が流通するような軸孔 7bが穿設されており、その上部位置に おいてガス化炉本体 1の室内と連通した孔部 7cを有している。 9はガス化炉本体 1の 側壁に貫通された孔で、適切な口径にて穿設されている。この孔 9とスクリューの軸孔 7bとは、ブロワ一 10からの空気供給管 10aより途中にて分岐した管に各別に接続さ れてガス化炉本体 1の内部燃焼に使われる空気を供給するのに利用され、空気量の コントロールのために重要な役割を果たす。
[0030] なお、図 2では内部燃焼に使用される空気の流通ルートは、スクリュー軸に設けら れた軸孔 7b穴部 7cのルートとガス化炉本体の側面に設けた孔 9の 2ルートとなって いる力 本来は、軸孔 7b穴部 7cのルートのみの方がブロワ一 10よりの供給空気量の 制御の容易さや、スクリュー 7の冷却に有利となる。しかし、軸孔 7b穴部 7cのルートの みでは、処理原料の種類、粒子径などによっては空気が十分にガス化炉内に供給で きないことも考えられるので、図 2では処理原料の種類、粒子径などに応じた適量の 空気が供給されるように孔 9を設けた機構となっている。したがって、これら排出スクリ ユー 7、攪拌羽根 8及び孔 9の形状や大きさ、回転数等は処理原料の種類、性状に 応じて適切に設計される。
[0031] ガス化炉本体 1の上部には原料投入ホッパー 13、原料供給コンベヤー 14及びスラ イド式のセンサー 19が設けられており、ホッパー 13に投入された原料 WBはこのコン ベヤー 14によってガス化炉本体 1内に運ばれる。コンベヤー 14は例えば 10度以上 の傾斜を付けることによって、停止時の逆回転 (原料の戻し)機能により、原料による 空気遮断を行っている。さらに、原料投入ホッパー 13内には回転翼方式のセンサー 15が設置されており、ガス化炉本体 1へ供給した原料が減少して回転翼が回転運動 を始めると、原料である例えば木質バイオマス WBをホッパー 13へ投入する機構とな つている。
[0032] 原料供給コンベヤー 14は、スライド式センサー 19により制御されており、炉内の処 理原料量が一定以下になるとスライド式センサー 19が反応して原料供給コンベヤー 14を一定期間運転する。ガス化炉下部には、炭化物排出ホッパー 16、炭化物排出 コンベヤー 17および回転翼方式のセンサー 23が設置されており、回転翼式センサ 一 23の回転翼が停止する(炭化物で充満する)と炭化物排出コンベヤー 17が運転さ れ、炭化物が排出される。また、排出される炭化物は高温であるため、安全性を考慮 して水冷ジャケット 18がガス化炉本体 1の下部および炭化物排出コンベヤー 17に設 置されて冷却水 C〇が供給される。
[0033] 上記のように構成された本発明において、ゴミ (原料)の処理方法を原料の流れに 沿って説明する。
[0034] まず、原料 WBを原料投入ホッパー 13から適量投入すると、その原料は原料供給コ ンべヤー 14によりガス化炉本体: Lに連続投入される。ガス化炉本体 1に投入された原 料によってガス化炉本体 1が充満されたところで加熱炉 2に設置された燃焼バーナー 4を点火し、外部加熱による熱分解を開始する。この時、排出スクリュー 7は、蒸し焼き 状態となるまでその回転は停止しておく。この状態で、ガス化炉本体 1の炉内では熱 分解反応が進行するにつれて酸化層 OX、還元層 REが形成される。
[0035] 炉内温度は酸化層で 800°C、還元層で 700°C近辺となる力 この温度に達する前 の適切な経過時間となったときに排出スクリュー 7の回転を開始して炭化物の排出と 、ブロワ一 10による空気の供給を行うと共に、内部燃焼も開始する。このとき、スクリュ 一 7の孔部 7c及び孔 9より放出される空気はスクリューの回転作用に伴レ、、スクリュー 自体を冷却しながらガス化炉内へ均一に空気供給することができる。この空気を利用 して処理原料の一部を内部燃焼させ、発生した高温ガスをガス化炉内に対流させる ことができて均一な熱拡散が可能となる。
[0036] 蒸し焼き状態の処理原料から発生する高温ガスは、ガス化炉上部では投入時に原 料に含まれる水分を除去 (脱水)する作用を担う。燃焼室内の温度は 1000°C程度、 加熱部の下部温度は 900°C程度、上部温度は 600°C程度近辺となり、この状態で投 入された新たな処理原料の昇温速度は平均 1 l°C/secで急速な加熱 (熱分解)がで きる。熱分解処理された原料は炭化物またはチヤ一となつて炭化物排出コンベヤー 1 7にて炉外に排出される。発生した高カロリー可燃性ガスは、ガス滞留用チャンバ一 1 1およびガス誘引管 12にて回収される。回収された可燃性ガスは適切な内 ·外燃焼 機関を用いて発電用燃料として使われる。
[0037] 以上のような本発明によれば、次のような効果が生じるものである。
[0038] (1)処理原料を急速に熱分解する方法として、化石燃料を用いた燃焼バーナー 4ま たは処理原料より発生する可燃性ガスの燃焼で発生する熱を利用して間接的に処 理原料に熱を加える外部加熱方式と、処理原料の一部を燃焼させ、その燃焼熱を分 解に利用する内部加熱方式を併用する構造としたことにより、熱は高温ガスとしてガ ス化炉の内外に対流することで、処理原料からくまなく可燃性ガスを取り出すことがで きる。
[0039] (2)処理原料に均一かつ容易に高温ガスを接触させるために、高温ガスをガス化炉 下部から上部に誘導できる縦型構造とした。また、この構造により処理原料と高温ガ スの接触反応に伴って発生する可燃性ガスも容易にガス化炉の上部力 捕集するこ とができる。さらに、可燃性ガス誘引管を加熱炉内に配置することで発生する可燃性 ガスを高温に保つことができ、温度低下によるタールの形成、付着を防ぐことができる
[0040] (3)熱分解後の排出物 (炭化物)の固化を防ぐ手段として、ガス化炉本体下部に縦 型排出スクリュー 7を装備しており、このスクリューが回転することで熱分解後の炭化 物の固化を防ぐことができる。また、スクリューの先端を炭化物が固化する酸化層 OX まで伸ばすことで炭化物が大きな固まりとなるのを未然に防いでいる。更に、スクリュ 一 7の先端を尖状とすることで炭化物を固化させない作用を持たせているので、炭化 物固化現象は防止される。
[0041] (4)内部加熱 (燃焼)に利用され、高カロリーの可燃性ガスを生産するために最も重 要な酸化剤である空気量を制御するために、スクリュー 7内部を空洞構造としてプロ ヮー 10から空洞内に空気を供給する構成としている。すなわち、スクリュー軸に空気 供給のための流通孔 7b, 7cを設け、 7cより放出される空気がスクリューの回転作用 に伴う効果によって、スクリュー自体を冷却しながらガス化炉内へ均一に空気供給す ることができる。この空気を利用して処理原料の一部を内部燃焼させ、発生した高温 ガスをガス化炉内に対流させることができて均一な熱拡散が可能となる。
[0042] また、空気の供給ルートをスクリュー経由に限定することでブロワ一の風量調整の みで空気供給量のコントロールが容易に可能となる。ただし、処理原料の粒径によつ ては空気が十分供給されないため、図 2のように、スクリュー以外にガス化炉の下部 側壁力 空気を供給する構造を併設することでより効果を高めている。
[0043] さらに、生産された可燃性ガスが高カロリーであることから、一部を燃焼室に導き、 燃料として利用する構造も併設することで、燃料費および二酸化炭素の削減に寄与 できる。
[0044] (5)スクリュー以外からの空気混入を防ぐためにガス化炉の原料入口および出口に は空気遮断 (シール)機構として、原料供給コンベヤーを装備している。コンベヤーの 設置によりガス化炉内が直接外気にさらされることが防止され、さらに、コンベヤーに 10°以上の傾斜を設けることでコンベヤー停止時には数秒間の逆回転機能を持たせ て処理原料を利用した空気遮断を実現した。これによりガス化炉内への不均一、過 多の空気混入を防ぎ、高カロリー可燃性ガスの生産を促進している。また、原料投入 及び排出口には回転翼式のセンサーを装備して、上記コンベヤーとの連係を取るこ とで、シール性を高めている。ただし、センサーは本方式に限定されるものではなぐ 適切な方式が採用できる。
[0045] (6)ガス化炉に投入 ·排出する原料はガス化炉の内容量に適した一定量に制御し ないと供給空気量を頻繁に制御する必要性が生じる。この実施例においては、投入 原料の妥当性を検知するスライド式センサーを炉上部に装備し、その検出信号を利 用することによって容易に対応することで、ガス化炉からの低カロリー可燃性ガスの発 生を抑制し、高カロリーガスの生産の実現を可能とした。
[0046] 図 4及び図 5は、本発明によるガス化処理装置によって生産 (発生)された高カロリ 一可燃性ガスの成分測定結果図である。この例では木質バイオマス WBであるウッド チップ(l〜20mm φ )を原料としてブロワ一 10からの空気量(酸素)制御の結果とし て発生した可燃性ガスの成分を比較した。図 5は、横軸に供給した酸素濃度、縦軸 に発熱量を示したもので、空気量(酸素 1)を 10%〜2%までコントロールすることによ つて、総発熱量 (カロリー)が 8〜23MJまで上昇することが明らかになった。とくに可 燃性ガスの主成分となるメタン (CH4)ガス濃度に差が見られる。この結果により、 13
MJ以上の高カロリー可燃性ガスを生産することが可能となって発電システムの用途 に適用でき、本発明の有効性が明らかである。
[0047] 図 3は他の実施例を示したものである。図 1、図 2と同一部分若しくは相当部分には 同符号を付してある。加熱炉 (ガス化炉) 6にて生成されたバイオガス BGはサイクロン 20に回収されて粉塵等を除去した後、熱交換器 21に送出される。熱交換器 21には 、その外周には冷却水 COが流通していてバイオガス BGを冷却しながら酢液やター ル分を除去しそれらを外部で回収する。酢液等の除去されたバイオガス BGはバイオ フィルター 22に送られて更に粉塵等が除去され、その後、加温器 25に送られる。加 温器 25には、排気部 24を介して無煙排気 EXが導入されており、ノィォガス BGは高 温状態の無煙排気 EXによって加温され、誘引ブロワ一 26により誘引されて燃焼室 3 に供給されてガス化炉の燃料として使用される。一方、加温器 25においてバイオマ スガス BGの加温に供された無煙排気 EXは、排気ファン 27等を通して外部に放出さ れる。
[0048] 勿論、この実施例の場合にも、図 1と同様にブロワ一 10を介してコントロール用の空 気がガス化炉本体 1に供給され、高カロリー可燃性ガスの生成を可能としている。した がって、この実施例によれば、図 1と同様の効果を有するとともに、更に、図 2と同様 に燃料費及び二酸化炭素の削減に大きく寄与するものである。
[0049] 以上のとおり、本発明によれば、高カロリー可燃性ガスの生成が可能となったことに より、その燃料を外燃 ·内燃機関の発電に利用でき、その用途が広がって多様化が 望めるものである。また、高カロリー可燃性ガスの生成が可能となったことにより外部 加熱方式の燃料として利用でき、処理原料自らが生産するエネルギーで、 自らを処 理できるリサイクル機構が構築できる等の効果を有する。

Claims

請求の範囲
[1] 縦型のガス化炉本体内に回転自在に設けられたスクリューを配設し、ガス化炉本体 内に可燃性原料を投入してその側面より加熱し、得られたガスを捕集するものにおい て、
前記ガス化炉本体内に空気を供給して高カロリー可燃性ガスを生成することを特徴と したガス化処理方法。
[2] 前記ガス化炉本体の加熱は、ガス化炉側面を過熱して前記可燃性原料を燃焼させ、 急速加熱することを特徴とする請求項 1記載のガス化処理方法。
[3] 前記ガス化炉本体の加熱は、酸素量 2%〜: 10%の範囲の空気供給量としたことを特 徴とした請求項 1又は 2記載のガス化処理方法。
[4] 前記ガス化炉本体内への空気供給は、前記スクリュー軸に設けられた軸孔を介して 供給することを特徴とした請求項 1乃至 3記載のガス化処理方法。
[5] 前記ガス化炉本体内に送出された空気は、前記スクリューに設けられた攪拌羽根に よって分散されることを特徴とした請求項 1乃至 4記載のガス化処理方法。
[6] 縦型のガス化炉本体内に回転自在に設けられたスクリューを配設し、ガス化炉本体 内に可燃性原料を投入してその側面より加熱し、得られたガスを捕集するものにおい て、
前記スクリュー軸に、一端が空気供給手段と連通し他端がガス化炉本体内に連通す る孔を設け、空気供給手段及びスクリューを介してガス化炉本体内に空気を供給す るよう構成したことを特徴としたガス化処理装置。 -
[7] 前記ガス化炉本体を包み込むように加熱炉を配設し、この加熱炉を介してガス化炉 本体の側面を加熱するよう構成したことを特徴とした請求項 6記載のガス化処理装置
[8] 前記ガス化炉本体内に連通するスクリュー軸孔は、放出された空気がガス化炉本体 内でスクリューの攪拌羽根によって分散される位置に設けられたことを特徴とした請 求項 6又は 7記載のガス化処理装置。
[9] 前記ガス化炉本体の下部側面に空気供給用の孔を設け、この孔を介してガス化炉 本体内に空気を供給するよう構成したことを特徴とした請求項 6乃至 8の何れかであ ることを特徴としたガス化処理装置。
[10] 前記ガス化炉本体の原料投入口側と炭化物の出口側にそれぞれコンベヤーを設け
、各コンベヤー若しくは各コンベヤーの搭載物によって投入口及び出口側よりの空 気の入出を遮断するよう構成したことを特徴とした請求項 6乃至 9の何れかに記載し たガス化処理装置。
[11] 前記各コンベヤーの駆動停止は、ガス化炉本体に設置されたセンサーの出力信号 によって制御されることを特徴とした請求項 6乃至 10の何れかに記載したガス化処理 装置
[12] 前記ガス化炉本体の側面加熱部にチャンバ一を設け、このチャンバ一及びチャンバ 一に連設されたガス誘引管を通して生成ガスを捕集することを特徴とした請求項 6乃 至 11の何れかに記載したガス化処理装置。
[13] 前記チャンバ一及びガス誘引管を通して捕集された生成ガスを、内燃機関の燃焼に 利用することを特徴とした請求項 6乃至 12の何れかに記載したガス化処理装置。
[14] 前記チャンバ一及びガス誘引管を通して捕集された生成ガスを、ガス化炉本体の加 熱用の燃料としたことを特徴とした請求項 6乃至 13の何れかに記載したガス化処理 装置。
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