WO2016063399A1 - 超臨界流体によるガス化装置、及びガス化方法 - Google Patents

超臨界流体によるガス化装置、及びガス化方法 Download PDF

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slurry
radical scavenger
scavenger
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幸彦 松村
泰孝 和田
晴仁 久保田
昭史 中村
圭二 尾山
良文 川井
琢史 野口
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中国電力株式会社
国立大学法人広島大学
中電プラント株式会社
株式会社東洋高圧
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/78—High-pressure apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the present invention is a gasification apparatus for producing a raw material slurry from a gasified raw material, heating and pressurizing water contained in the produced raw material slurry to a supercritical state, and decomposing the gasified raw material to obtain a fuel gas, And a gasification method.
  • Patent Document 1 discloses that a biomass slurry containing a nonmetallic catalyst is hydrothermally treated under conditions of a temperature of 374 ° C. or higher and a pressure of 22.1 MPa or higher, and the generated fuel gas is used for a power generator.
  • a biomass gasification power generation system that generates power and heats a slurry body using exhaust heat from a power generation device is described.
  • JP 2008-246343 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-3457
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to suppress the generation of tar in a high temperature range when a gasification raw material containing a polymer compound is used.
  • the present invention produces a raw material slurry from a gasification raw material containing a polymer compound, and heats and pressurizes water containing the gasification raw material to bring it into a supercritical state.
  • a gasification apparatus for decomposing a raw material to obtain a fuel gas the scavenger addition unit for adding a radical scavenger to the raw slurry, and the gasification raw material in the raw slurry to which the radical scavenger is added It has a gasification processing part which heats and pressurizes the water which contains to a supercritical state, It is characterized by the above-mentioned.
  • the scavenger addition unit preferably uses carboxylic acid as the radical scavenger.
  • a heat exchanger for exchanging heat between the processed fluid sent from the gasification processing section and the gasification raw material and heating the gasification raw material is provided upstream of the gasification processing section. It is preferable that the scavenger addition part is provided on the side and the radical scavenger is added to the heated gasification raw material sent from the heat exchanger.
  • the heat exchanger is preferably a spiral heat exchanger.
  • the present invention produces a raw material slurry from a gasification raw material containing a polymer compound, decomposes the gasification raw material by heating and pressurizing water containing the gasification raw material into a supercritical state
  • a gasification method for obtaining a fuel gas comprising adding a radical scavenger to the raw slurry, and heating and adding water containing the gasified raw material in the raw slurry to which the radical scavenger is added to a supercritical state. It is characterized by pressing.
  • A is a cross-sectional view of a spiral heat exchanger.
  • B is a longitudinal cross-sectional view of a spiral heat exchanger.
  • guaiacol is a compound that generates tar by a radical reaction, and was selected as a model of lignin.
  • Formic acid is a kind of radical scavenger having a radical scavenging effect and is a kind of carboxylic acid.
  • guaiacol is dissolved in a solvent so that the concentration is 0.25 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, and formic acid is 0.5 wt%.
  • concentration 0.25 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, and formic acid is 0.5 wt%.
  • Fig. 1 shows the result of the confirmation test.
  • the horizontal axis represents the concentration of guaiacol.
  • the vertical axis represents the amount of char generated.
  • generation amount of char was shown by the black rhombus. Further, for the sample of the comparative example, the amount of char generated is shown by a white square.
  • the amount of char produced in the comparative sample was about 0.1 [-]
  • the amount of char produced in the sample to which the radical scavenger was added was about 0.00 [- ]Met.
  • the supercritical gasifier in the present embodiment includes a raw material adjustment unit 10, a raw material supply unit 20, a heat exchange unit 30, a gasification processing unit 40, and a fuel gas recovery unit 50. .
  • the raw material slurry adjusted by the raw material adjusting unit 10 is sent by the raw material supply unit 20 to the heat exchanger 31 included in the heat exchanging unit 30. Then, a radical scavenger is added to the raw material slurry heated by the heat exchanger 31 and introduced into the gasification processing unit 40. In the gasification processing unit 40, the introduced raw material slurry is further heated to bring the water containing the gasified raw material in the raw material slurry into a supercritical state. Thereby, the gasification raw material is decomposed. The treated fluid containing water in a supercritical state is introduced into the heat exchanger 31 and heat exchanged with the raw slurry.
  • the water contained in the processed fluid becomes a subcritical state, and the processed fluid changes into a gas-liquid two-phase flow.
  • the gas phase portion contains fuel gas such as hydrogen, carbon monoxide, and methane produced by the decomposition process.
  • the fuel gas recovery unit 50 gas-liquid separates the processed fluid sent from the heat exchange unit 30 and stores the gas part in the gas tank 52 as fuel gas.
  • the fuel gas stored in the gas tank 52 is used as fuel in the gasification processing unit 40 or used as fuel for other devices.
  • the raw material adjustment unit 10 is a part that adjusts the raw material slurry from the gasification raw material and the like, and includes an adjustment tank 11 and a crusher 12.
  • the adjustment tank 11 is a container for preparing a suspension by mixing gasification raw materials, activated carbon, water, and the like, and is provided with a stirring blade (not shown).
  • gasification raw material for example, materials containing polymer compounds such as lignin, protein, and fat can be used, such as plants, shochu residue, and hen droppings.
  • Activated carbon functions as a nonmetallic catalyst, and porous particles having an average particle diameter of 200 ⁇ m or less can be used.
  • the crusher 12 is a device for crushing the solid content (mainly gasification raw material) contained in the suspension mixed in the adjustment tank 11 to obtain a uniform size. In this embodiment, crushing is performed so that the average particle size of the solid content is 500 ⁇ m or less. Due to crushing by the crusher 12, the suspension becomes a raw slurry.
  • the raw material supply unit 20 is a part that feeds the raw material slurry at a high pressure, and includes a supply pump 21 and a high pressure pump 22.
  • the supply pump 21 is a device for supplying the raw slurry sent from the crusher 12 toward the high-pressure pump 22.
  • the high-pressure pump 22 is a device for sending the raw slurry at high pressure.
  • the high-pressure pump 22 pressurizes the raw material slurry to about 25 MPa.
  • the heat exchange unit 30 heats the raw material slurry by causing heat exchange between the raw material slurry supplied from the raw material supply unit 20 and the processed fluid after being decomposed by the gasification processing unit 40. At the same time, it is a part that cools the processed fluid.
  • the heat exchanging unit 30 includes a heat exchanger 31, a decompression mechanism 32, and a cooler 33.
  • the heat exchanger 31 is a device that exchanges heat between the raw slurry and the processed fluid, and a spiral heat exchanger 31 is used. As shown in FIGS. 3A and 3B, the heat exchanger 31 has a columnar appearance, and a high temperature side channel 31a and a low temperature side channel 31b are provided therein. The high temperature side channel 31a and the low temperature side channel 31b are wound in a spiral shape, and are alternately arranged from the center toward the radial direction.
  • the high temperature side flow path 31a and the low temperature side flow path 31b are alternately arranged and spirally wound, so that the raw material slurry flowing through the low temperature side flow path 31b is raised in a short time. Can be warmed.
  • tar for convenience, referred to as low temperature tar
  • saccharide polymerization is actively performed in a temperature range of about 200 to 350 ° C. That is, by using a spiral type as the heat exchanger 31, the raw slurry is heated to about 450 ° C. in a short time, so that the period during which saccharide polymerization becomes active is short. Thereby, generation
  • the decompression mechanism 32 is a device that decompresses the processed fluid discharged from the heat exchanger 31, and the cooler 33 is a device that cools the treated fluid discharged from the decompression mechanism 32. .
  • the treated fluid a mixture of waste water, activated carbon, and ash
  • cooler 33 is a device that cools the treated fluid discharged from the decompression mechanism 32.
  • the gasification processing unit 40 heats and pressurizes the raw material slurry heated by the heat exchanger 31, thereby bringing the water containing the gasification raw material into a supercritical state and decomposing the gasification raw material (organic matter) contained in the raw material slurry.
  • the scavenger addition part 41 is a part for adding a radical scavenger to the raw slurry heated by the heat exchanger 31, and has a scavenger tank 41a and a scavenger pump 41b.
  • the scavenger tank 41a is a container for storing a radical scavenger.
  • solution-form formic acid is stored as a radical scavenger.
  • the scavenger pump 41b is configured to add the radical scavenger stored in the scavenger tank 41a to a raw material slurry at a high pressure.
  • the raw material slurry is pressurized to 25 MPa. For this reason, the scavenger pump 41b adds the radical scavenger pressure to the raw material slurry at a pressure higher than 25 MPa.
  • the preheater 42 is a device that preheats the raw slurry to which the radical scavenger is added.
  • the raw slurry introduced at about 450 ° C. is heated to about 600 ° C.
  • the gasification reactor 43 is an apparatus that maintains water containing the gasification raw material in a supercritical state and decomposes the gasification raw material (organic matter) contained in the raw material slurry.
  • the temperature is set to 600 ° C. and the pressure is set to 25 MPa, and the gasification raw material is decomposed for 1 to 2 minutes.
  • the radical scavenger is added to the raw material slurry, as explained in the confirmation test, the radical reaction hardly occurs during the decomposition treatment of the gasification raw material, and the generation of char is suppressed. be able to.
  • generation of tar referred to as high temperature tar for convenience
  • the fuel gas recovery unit 50 is a part that recovers fuel gas from the processed fluid, and includes a gas-liquid separator 51 and a gas tank 52.
  • the gas-liquid separator 51 is a part that separates the treated fluid discharged from the cooler 33 of the heat exchange unit 30 into fuel gas (gas), drainage, activated carbon, and ash (slurry). Then, the separated fuel gas is sent to the gas tank 52.
  • the gas tank 52 is a container that stores the fuel gas separated by the gas-liquid separator 51.
  • the fuel gas stored in the gas tank 52 is supplied as fuel for the preheater 42 and the gasification reactor 43 included in the gasification processing unit 40.
  • the fuel gas stored in the gas tank 52 is also used as fuel for other devices.
  • the radical scavenger is added to the raw slurry, the generation of char and high temperature tar during the decomposition treatment of the raw slurry (gasification raw material) Can be suppressed.
  • the spiral type is used as the heat exchanger 31, generation of low-temperature tar can be suppressed.
  • radical scavenger formic acid is exemplified in the above-described embodiment, but it is not limited to formic acid.
  • acetic acid acetic acid for disposal
  • an amino acid or wood vinegar may be used.
  • a carboxylic acid compound compound having a carboxyl group
  • compounds other than carboxylic acid compounds can be used as radical scavengers as long as they can suppress the radical reaction of the polymer compound at a high temperature of about 400 to 650 ° C.
  • the scavenger addition unit 41 in the above-described embodiment, a configuration in which a radical scavenger is added between the heat exchanger 31 and the preheater 42 is exemplified. However, it is not limited to this configuration.
  • the scavenger addition unit 41 may be configured to add a radical scavenger between the preheater 42 and the gasification reactor 43. Further, the scavenger addition unit 41 may be configured to directly add a radical scavenger to the preheater 42 and the gasification reactor 43.
  • the spiral heat exchanger 31 is illustrated in the above-described embodiment, but is not limited thereto.
  • a double tube type may be used, or another type of heat exchanger may be used.
  • the heat exchanger 31 and the preheater 42 may be eliminated, and the gasification raw material and the radical scavenger may be directly introduced into the gasification reactor 43.
  • the post-treatment fluid discharged from the gasification reactor 43 is preferably used for heating the gasification reactor 43.

Abstract

　本発明の課題は、ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とし、このガス化原料を分解処理して燃料ガスを得るに際し、高温域でのタールの生成を抑制することにある。　本発明は、高分子化合物を含むガス化原料から原料スラリーを作製し、前記ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とすることで前記ガス化原料を分解処理し、燃料ガスを得るガス化装置であって、原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加する捕捉剤添加部４１と、ラジカル捕捉剤が添加された原料スラリーにおけるガス化原料を含む水を、超臨界状態まで加熱及び加圧するガス化処理部４０とを有することを特徴とする。

Description

超臨界流体によるガス化装置、及びガス化方法
　本発明は、ガス化原料から原料スラリーを作製し、作製した原料スラリーに含まれる水を加熱及び加圧して超臨界状態とし、このガス化原料を分解処理して燃料ガスを得るガス化装置、及びガス化方法に関する。
　超臨界状態でガス化原料を分解処理して燃料ガスを得るガス化装置が知られている。例えば、特許文献１には、非金属系触媒を含んだバイオマスのスラリー体を温度３７４℃以上、圧力２２．１ＭＰａ以上の条件下で水熱処理し、生成された燃料ガスを利用して発電装置で発電し、発電装置からの排熱を利用してスラリー体を加熱するバイオマスガス化発電システムが記載されている。
　ガス化原料に含まれている有機物は、ガス化に際しチャーやタールの発生源となる。これらのチャーやタールが発生してしまうと、配管に目詰まりが生じる等の問題が生じる。生成された燃料ガスを内燃機関で燃焼させた際に、この内燃機関に対して悪影響を及ぼす恐れもある。このため、チャーやタールはできるだけ生成されないことが望ましい。
　ここで、石炭やプラスチックをガス化原料とするガス化装置では、例えば、特許文献２に記載されているように、水素供与性溶剤からの水素ラジカルを用い、重縮合によるチャーの生成を抑制することが行われている。
特開２００８－２４６３４３号公報 特開平９－３４５７号公報
　しかしながら、植物、焼酎残渣、及び採卵鶏糞等をガス化原料とする場合、リグニン、タンパク質、及び脂肪といった高分子化合物を含むことから、高分子化合物が重合する４００℃から６５０℃程度の高温域において、高分子化合物を起源とするタールが生成される。このため、高温域でのタールの生成を抑制することが求められる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高分子化合物を含むガス化原料を用いた場合において、高温域でのタールの生成を抑制することにある。
　前述の目的を達成するため、本発明は、高分子化合物を含むガス化原料から原料スラリーを作製し、前記ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とすることで前記ガス化原料を分解処理し、燃料ガスを得るガス化装置であって、前記原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加する捕捉剤添加部と、前記ラジカル捕捉剤が添加された前記原料スラリーにおける前記ガス化原料を含む水を、超臨界状態まで加熱及び加圧するガス化処理部とを有することを特徴とする。
　前述のガス化装置において、前記捕捉剤添加部は、前記ラジカル捕捉剤としてカルボン酸を用いることが好ましい。
　前述のガス化装置において、前記ガス化処理部から送出された処理後流体と前記ガス化原料とを熱交換し、前記ガス化原料を加熱する熱交換器を、前記ガス化処理部よりも上流側に設け、前記捕捉剤添加部は、前記熱交換器から送出された加熱後の前記ガス化原料に前記ラジカル捕捉剤を添加することが好ましい。
　前述のガス化装置において、前記熱交換器は、スパイラル式熱交換器であることが好ましい。
　また、本発明は、高分子化合物を含むガス化原料から原料スラリーを作製し、前記ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とすることで前記ガス化原料を分解処理し、燃料ガスを得るガス化方法であって、前記原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加し、前記ラジカル捕捉剤が添加された前記原料スラリーにおける前記ガス化原料を含む水を、超臨界状態まで加熱及び加圧することを特徴とする。
　本発明によれば、高分子化合物を含むガス化原料を用いて燃料ガスを生成しても、高温域でのタールの生成を抑制できる。
確認試験の結果を説明する図である。 超臨界ガス化装置の構成を説明する図である。 （ａ）は、スパイラル式熱交換器の横断面図である。（ｂ）は、スパイラル式熱交換器の縦断面図である。
　超臨界ガス化装置の説明に先立って、ラジカル捕捉剤の効果を確認するための確認試験について説明する。この確認試験では、グアヤコールにギ酸を添加したサンプルと、ギ酸を添加しないサンプルを用い、チャーの生成量を比較した。ここで、グアヤコールは、ラジカル反応によってタールを生成する化合物であり、リグニンのモデルとして選定した。ギ酸は、ラジカルの捕捉効果を有するラジカル捕捉剤の一種であり、カルボン酸の一種である。
　この確認試験では、グアヤコールを、濃度が０．２５重量％、０．５重量％、１重量％となるように、かつ、ギ酸を、濃度が０．５重量％となるように溶媒に溶解することで、ラジカル捕捉剤を添加した３種類のサンプルを作製した。同様に、グアヤコールを、濃度が０．２５重量％、０．５重量％、１重量％となるように溶媒に溶解することで、比較例となる３種類のサンプルを作製した。そして、これら６種類のサンプルについて、チャーの生成量を比較した。
　図１は、確認試験の結果である。図１において、横軸はグアヤコールの濃度である。また、縦軸はチャーの生成量である。そして、ラジカル捕捉剤を添加したサンプルについては、チャーの生成量を黒塗りの菱形で示した。また、比較例のサンプルについては、チャーの生成量を白塗りの正方形で示した。
　グアヤコール濃度０．２５重量％において、比較例のサンプルではチャーの生成量が約０．０８［－］であったのに対し、ラジカル捕捉剤を添加したサンプルではチャーの生成量が約０．００［－］であった。グアヤコール濃度０．５重量％において、比較例のサンプルではチャーの生成量が約０．０２［－］であったのに対し、ラジカル捕捉剤を添加したサンプルではチャーの生成量が約０．００［－］であった。グアヤコール濃度１重量％において、比較例のサンプルではチャーの生成量が約０．１［－］であったのに対し、ラジカル捕捉剤を添加したサンプルではチャーの生成量が約０．００［－］であった。
　このように、今回の確認試験では、グアヤコール溶液にラジカル捕捉剤としてのギ酸を添加することにより、チャーの生成を抑制できることが確認された。これは、グアヤコールからのチャーの生成が、ラジカル反応によって行われるためと考えられる。すなわち、グアヤコールのラジカルがギ酸によって捕捉され、ラジカル反応が抑制された結果、チャーの生成量が大きく減少されたと考えられる。
　以上の確認試験の結果を踏まえ、改良が施された超臨界ガス化装置について説明する。図２に示すように、本実施形態における超臨界ガス化装置は、原料調整部１０、原料供給部２０、熱交換部３０、ガス化処理部４０、及び燃料ガス回収部５０を有している。
　この超臨界ガス化装置では、原料調整部１０で調整された原料スラリーを、原料供給部２０により、熱交換部３０が有する熱交換器３１に送出する。そして、熱交換器３１で加熱された原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加し、ガス化処理部４０に導入する。ガス化処理部４０では、導入された原料スラリーをさらに加熱し、原料スラリーにおけるガス化原料を含んだ水を超臨界状態にする。これにより、ガス化原料が分解処理される。超臨界状態の水を含んだ処理後流体は、熱交換器３１に導入され、原料スラリーとの間で熱交換される。この熱交換によって処理後流体に含まれる水が亜臨界状態になり、処理後流体は気液二相流へと変化する。そして、気相部分には、分解処理で生成された水素、一酸化炭素、メタン等の燃料ガスが含まれる。燃料ガス回収部５０では、熱交換部３０から送出された処理後流体を気液分離し、気体部分を燃料ガスとしてガスタンク５２に貯留する。ガスタンク５２に貯留された燃料ガスは、ガス化処理部４０での燃料として使用されたり、他の装置の燃料として使用されたりする。
　以下、超臨界ガス化装置の各部について説明する。
　原料調整部１０は、ガス化原料等から原料スラリーを調整する部分であり、調整タンク１１と破砕機１２とを有している。
　調整タンク１１は、ガス化原料、活性炭、水などを混合して懸濁液を作製する容器であり、図示しない攪拌翼が設けられている。ガス化原料としては、例えば、植物、焼酎残渣、及び採卵鶏糞といったように、リグニン、タンパク質、及び脂肪といった高分子化合物を含む資材を用いることができる。活性炭は、非金属系触媒として機能するものであり、平均粒径２００μｍ以下の多孔質の粒子を用いることができる。
　破砕機１２は、調整タンク１１で混合された懸濁液に含まれる固形分（主にガス化原料）を破砕し、均一な大きさにするための装置である。本実施形態では、固形分の平均粒径が５００μｍ以下になるように破砕を行っている。破砕機１２による破砕により、懸濁液は原料スラリーになる。
　原料供給部２０は、原料スラリーを高圧で送出する部分であり、供給ポンプ２１と高圧ポンプ２２とを有している。供給ポンプ２１は、破砕機１２から送出された原料スラリーを、高圧ポンプ２２に向けて供給するための装置である。高圧ポンプ２２は、原料スラリーを高圧で送出するための装置である。この高圧ポンプ２２により、原料スラリーは２５ＭＰａ程度まで加圧される。
　熱交換部３０は、原料供給部２０から供給された原料スラリーと、ガス化処理部４０で分解処理された後の処理後流体との間で熱交換を行わせることで、原料スラリーを加熱するとともに処理後流体を冷却する部分である。この熱交換部３０は、熱交換器３１と、減圧機構３２と、クーラー３３とを有している。
　熱交換器３１は、原料スラリーと処理後流体との間で熱交換を行わせる装置であり、スパイラル式の熱交換器３１が用いられている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、この熱交換器３１は円柱状の外観を呈しており、内部には高温側流路３１ａ及び低温側流路３１ｂが設けられている。これらの高温側流路３１ａ及び低温側流路３１ｂは渦巻き状に巻かれており、中心から半径方向に向かって交互に配置されている。
　スパイラル式の熱交換器３１では、高温側流路３１ａと低温側流路３１ｂが、交互に配置され渦巻き状に巻かれていることから、低温側流路３１ｂを流れる原料スラリーを短時間で昇温させることができる。これにより、グルコースなどの糖類の重合によって生じるタール（便宜上、低温タールという）を効果的に抑制できる。これは、糖類の重合が２００～３５０℃程度の温度域で活発に行われることによる。すなわち、熱交換器３１としてスパイラル式のものを用いることにより、原料スラリーが４５０℃程度まで短時間で加熱されるため、糖類の重合が活発になる期間が短時間で済む。これにより、低温タールの発生を効果的に抑制できる。
　図２に示すように、減圧機構３２は、熱交換器３１から排出された処理後流体を減圧する装置であり、クーラー３３は、減圧機構３２から排出された処理後流体を冷却する装置である。これらの減圧機構３２とクーラー３３により、クーラー３３から排出される処理後流体（排水、活性炭、及び灰分の混合物）は、常圧常温程度まで減圧及び冷却される。
　ガス化処理部４０は、熱交換器３１で加熱された原料スラリーを加熱及び加圧することで、ガス化原料を含む水を超臨界状態とし、原料スラリーに含まれるガス化原料（有機物）を分解する部分であり、捕捉剤添加部４１と、予熱器４２と、ガス化反応器４３を有している。
　捕捉剤添加部４１は、熱交換器３１で加熱された原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加する部分であり、捕捉剤タンク４１ａと、捕捉剤ポンプ４１ｂとを有している。捕捉剤タンク４１ａは、ラジカル捕捉剤を貯留する容器である。本実施形態では、ラジカル捕捉剤として溶液状のギ酸が貯留されている。捕捉剤ポンプ４１ｂは、捕捉剤タンク４１ａに貯留されたラジカル捕捉剤を高圧にして原料スラリーへ添加するものである。本実施形態では、原料スラリーが２５ＭＰａまで加圧されている。このため、捕捉剤ポンプ４１ｂは、ラジカル捕捉剤の圧力を２５ＭＰａよりも高くして原料スラリーへ添加している。
　予熱器４２は、ラジカル捕捉剤が添加された原料スラリーを予熱する装置である。本実施形態では約４５０℃で導入された原料スラリーを約６００℃まで加熱している。ガス化反応器４３は、ガス化原料を含む水を超臨界状態に維持し、原料スラリーに含まれるガス化原料（有機物）を分解させる装置である。本実施形態では温度を６００℃、圧力を２５ＭＰａに定め、１～２分間に亘ってガス化原料の分解処理を行っている。ここで、本実施形態では、原料スラリーにラジカル捕捉剤が添加されているので、確認試験で説明したように、ガス化原料の分解処理時において、ラジカル反応が生じ難くなり、チャーの発生を抑えることができる。また、ラジカル反応が生じ難くなることから、タール（便宜上、高温タールという）の発生を効果的に抑制できる。
　燃料ガス回収部５０は、処理後流体から燃料ガスを回収する部分であり、気液分離器５１、及び、ガスタンク５２を有している。気液分離器５１は、熱交換部３０のクーラー３３から排出された処理後流体を燃料ガス（気体）と排水、活性炭、灰分（スラリー）に分離する部分である。そして、分離後の燃料ガスについては、ガスタンク５２に送られる。ガスタンク５２は、気液分離器５１で分離された燃料ガスを貯留する容器である。そして、ガスタンク５２に貯留された燃料ガスは、ガス化処理部４０が有する予熱器４２やガス化反応器４３の燃料として供給される。また、ガスタンク５２に貯留された燃料ガスは、他の装置の燃料にも使用される。
　以上説明したように、本実施形態の超臨界ガス化装置によれば、ラジカル捕捉剤を原料スラリーに添加しているので、原料スラリー（ガス化原料）の分解処理時におけるチャーの発生や高温タールの発生を抑制できる。また、熱交換器３１としてスパイラル式のものを用いているので、低温タールの発生も抑制できる。
　以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
　ラジカル捕捉剤に関し、前述の実施形態ではギ酸を例示したが、ギ酸に限定されるものではない。例えば、ラジカル捕捉剤として、酢酸（廃棄用の酢酸）を用いてもよいし、アミノ酸や木酢液を用いてもよい。要するに、ラジカル捕捉剤としては、カルボン酸系の化合物（カルボキシル基を有する化合物）が好適に用いられる。なお、カルボン酸系の化合物以外であっても、４００～６５０℃程度の高温下において、高分子化合物のラジカル反応を抑制できる物質であれば、ラジカル捕捉剤として使用できる。
　捕捉剤添加部４１に関し、前述の実施形態では、熱交換器３１と予熱器４２の間にて、ラジカル捕捉剤を添加するように構成したものを例示した。しかしながら、この構成に限定されるものではない。例えば、捕捉剤添加部４１を、予熱器４２とガス化反応器４３の間にラジカル捕捉剤を添加する構成にしてもよい。また、捕捉剤添加部４１を、予熱器４２やガス化反応器４３に対してラジカル捕捉剤を直接添加する構成にしてもよい。
　熱交換器３１に関し、前述の実施形態では、スパイラル式熱交換器３１を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、二重管式のものを用いてもよいし、他の形式の熱交換器を用いてもよい。
　そして、二重管式の熱交換器を用いた場合、この熱交換器における原料スラリーが通る低温側流路の途中に、捕捉剤添加部４１によってラジカル捕捉剤を添加する構成にしてもよい。
　また、熱交換器３１及び予熱器４２をなくし、ガス化原料とラジカル捕捉剤をガス化反応器４３へ直接導入してもよい。この場合、ガス化反応器４３から排出される処理後流体に関しては、ガス化反応器４３の加熱に利用することが好ましい。
１０…原料調整部，１１…調整タンク，１２…破砕機，２０…原料供給部，２１…供給ポンプ，２２…高圧ポンプ，３０…熱交換部，３１…熱交換器（スパイラル式熱交換器），３１ａ…高温側流路，３１ｂ…低温側流路，３２…減圧機構，３３…クーラー，４０…ガス化処理部，４１…捕捉剤添加部，４１ａ…捕捉剤タンク，４１ｂ…捕捉剤ポンプ，４２…予熱器，４３…ガス化反応器，５０…燃料ガス回収部，５１…気液分離器，５２…ガスタンク

Claims (5)

  1. 　高分子化合物を含むガス化原料から原料スラリーを作製し、前記ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とすることで前記ガス化原料を分解処理し、燃料ガスを得るガス化装置であって、
    　前記原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加する捕捉剤添加部と、
    　前記ラジカル捕捉剤が添加された前記原料スラリーにおける前記ガス化原料を含む水を、超臨界状態まで加熱及び加圧するガス化処理部とを有することを特徴とするガス化装置。
  2. 　前記捕捉剤添加部は、前記ラジカル捕捉剤としてカルボン酸を用いることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
  3. 　前記ガス化処理部から送出された処理後流体と前記ガス化原料とを熱交換し、前記ガス化原料を加熱する熱交換器を、前記ガス化処理部よりも上流側に設け、
    　前記捕捉剤添加部は、前記熱交換器から送出された加熱後の前記ガス化原料に前記ラジカル捕捉剤を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス化装置。
  4. 　前記熱交換器は、スパイラル式熱交換器であることを特徴とする請求項３に記載のガス化装置。
  5. 　高分子化合物を含むガス化原料から原料スラリーを作製し、前記ガス化原料を含む水を加熱及び加圧して超臨界状態とすることで前記ガス化原料を分解処理し、燃料ガスを得るガス化方法であって、
    　前記原料スラリーにラジカル捕捉剤を添加し、
    　　前記ラジカル捕捉剤が添加された前記原料スラリーにおける前記ガス化原料を含む水を、超臨界状態まで加熱及び加圧することを特徴とするガス化方法。
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