WO2016185635A1 - バイオマスガス化装置 - Google Patents

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WO2016185635A1
WO2016185635A1 PCT/JP2015/085309 JP2015085309W WO2016185635A1 WO 2016185635 A1 WO2016185635 A1 WO 2016185635A1 JP 2015085309 W JP2015085309 W JP 2015085309W WO 2016185635 A1 WO2016185635 A1 WO 2016185635A1
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gasifying agent
cylindrical body
screw conveyor
supply port
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君典 高橋
山本　貴士
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テスナエナジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a biomass gasifier that generates water gas after carbonizing biomass.
  • Patent Document 1 discloses a carbonization furnace including a substantially cylindrical main body and a cylindrical body accommodated in the main body. Yes.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances. That is, the present invention is a biomass gasification apparatus that generates water gas after carbonizing biomass, and can quickly and uniformly stabilize the temperature of the pyrolysis and gasification furnace with little thermal loss. And it aims at providing the biomass gasification apparatus which prevented that the reaction residue after making it pyrolyze and gasify adheres to the inside of an apparatus.
  • a biomass gasifier includes a cylindrical main body, a first cylindrical body housed in the main body and having heat storage properties, and an abbreviated portion provided in a lower portion of the first cylindrical body.
  • a first screw conveyor having a first blade portion extending spirally around the first shaft portion, a second cylinder having a heat storage property provided at a lower portion of the first screw conveyor, and a second cylinder
  • a substantially disc-shaped second cutting member provided at the lower portion of the first cylinder, a second cylinder communicating with the first cylinder on the side surface of the first cylinder, and a second shaft portion and a second shaft provided coaxially within the second cylinder.
  • a second screw conveyor having a second blade portion
  • the first screw conveyor includes a first gasifying agent inlet provided in the first shaft portion and a first gasifying agent provided in the first shaft portion.
  • a second gas conveyor having a first gasifying agent passage that communicates the supply port, the first gasifying agent introduction port, and the first gasifying agent supply port; The second gasifying agent supply port, the second gasifying agent supply port provided in the second shaft portion, and the second gasifying agent passage for communicating the second gasifying agent introducing port and the second gasifying agent supply port.
  • the second cylindrical body is characterized in that the inside communicates with the first gasifying agent passage and has a third gasifying agent supply port on the side surface.
  • the first gasifying agent supply port is provided close to the upper first blade portion among the two first blade portions adjacent to each other in the vertical direction.
  • the first gasifying agent supply port is provided on the lower surface of the first blade portion.
  • the second blade part is a ribbon type.
  • the first blade portion is provided in a distributed manner at a plurality of locations in the axial direction of the first shaft portion.
  • the present invention is a biomass gasification apparatus that generates water gas after carbonizing biomass, and can quickly and uniformly stabilize the temperature of the pyrolysis and gasification furnace with little thermal loss, And the biomass gasification apparatus which prevented that the reaction residue after carrying out thermal decomposition and gasification adheres to the inside of an apparatus can be provided.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a biomass gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the first cylindrical body 114 and the first cutout member 115 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view showing the first screw conveyor 122 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the first screw conveyor 122 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the second cylindrical body 123 and the second cutout member 124 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the second cylindrical body 123 and the second cutout member 124 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a biomass gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the first cylindrical body 114 and the first cutout member 115 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second cylindrical body 123 and a second cutout member 124 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a front view showing the second screw conveyor 120 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second screw conveyor 120 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a front view showing a first screw conveyor 122 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a biomass gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the first cylindrical body 114 and the first cutout member 115 according to an embodiment of the present invention.
  • the biomass gasification apparatus 100 includes a main body 110, a first cylindrical body 114, and a first cutout member 115.
  • the main body 110 is a main body of the biomass gasification apparatus 100 and is erected by a support member 180.
  • the shape of the main body 110 is not particularly limited, but is more preferably a cylindrical shape.
  • the cylindrical shape here refers to a substantially cylindrical shape.
  • the size of the main body 110 is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the amount of organic waste to be processed and the amount of carbide to be generated.
  • the material constituting the main body 110 is not particularly limited, and a known material such as stainless steel can be used.
  • the main body 110 includes an organic waste input port 150, an air supply port 152, an air supply port 154, an exhaust port 141, a discharge port 156, and a burner (not shown).
  • Organic waste is introduced into the main body 110 from the inlet 150.
  • the insertion port 150 may be configured by a cylindrical member 111.
  • a belt conveyor mechanism for transporting the organic waste into the main body 110 may be provided inside the cylindrical member 111.
  • Organic waste is waste containing carbon. Specifically, food waste, building waste, shredder dust, livestock waste, thinned wood, pruned branches, sawdust, wood and wood waste such as bamboo and cut grass, sludge, rice straw, and household waste General waste is listed. In order to increase the efficiency of carbonization and the yield of carbides, it is preferable that the organic waste is appropriately adjusted in water content after being dried in advance with a dryer or the like.
  • the air used when burning organic waste is supplied into the main body 110 from the air supply port 152 and the air supply port 154.
  • Specific sizes and shapes of the air supply port 152 and the air supply port 154 are not particularly limited.
  • the air supply port 152 and the air supply port 154 may be configured by the cylindrical member 112 and the cylindrical member 113, respectively, and may include a blower for sending air into the main body 110, respectively.
  • the pyrolysis gas (mixed gas) generated when the organic waste is burned is secondarily burned and then exhausted to the outside of the main body 110 from the exhaust port 141 provided near the upper end of the main body 110.
  • the heat obtained by the secondary combustion is used as a heat source for heating the first cylinder 126, and can be used for generating steam after being supplied to a superheated steam generator, for example.
  • the burner is for igniting the organic waste thrown into the main body 110.
  • the burner may be provided at any position as long as it can ignite organic waste, but is preferably provided below the input port 115.
  • the biomass gasification apparatus 100 includes a first cylindrical body 114 having heat storage properties inside the main body 110.
  • the first cylindrical body 114 is a substantially columnar member having a cylindrical shaft portion denoted by reference numeral 200 in FIG. 2, and functions as a so-called roasted ball when organic waste is carbonized inside the main body 110. To do.
  • the first cylindrical body 114 promotes carbonization by applying radiant heat to the carbides present in the vicinity.
  • the first cylindrical body 114 may be provided with a heating device for heating itself, but the heat generated by burning organic waste and the heat obtained by secondary combustion of pyrolysis gas. Heating is preferred.
  • the first cylindrical body 114 is rotatable about a vertical passing through the bottom surface of the first cylindrical body 114 and the center of the ceiling surface. By rotating the first cylindrical body 114, the periphery of the first cylindrical body 114 is uniformly heated, so that the carbonization efficiency is improved and the purity of the carbide is improved.
  • the means for rotating the first cylindrical body 114 is not particularly limited.
  • a shaft member that extends downward from the center of the bottom surface of the first cylindrical body 114 along the rotation axis is provided, and the shaft member is well known. It may be rotated by means.
  • the lower part of the 1st cylindrical body 114 is provided with the 1st cutting member 115 which can be rotated by the substantially disc shape provided with the cylindrical axial part shown by the code
  • the first cutout member 115 is a receiving plate that receives the carbide generated inside the main body 110, and the outer peripheral portion thereof is provided so as to provide a gap between the inner surface of the main body 110. As the first cutting member 115 rotates, the carbide received on the upper surface thereof is dropped downward from the gap between the inner surface of the main body 110. In the case where the carbide is a lump, the carbide is preferably crushed in the gap between the inner surface of the main body 110 and the like.
  • the first cutting member 115 may rotate together with the first cylindrical body 114 after being integrally connected to the first cylindrical body 114, or may rotate independently of the first cylindrical body 114.
  • the carbide that has dropped from the first cutout member 115 is discharged to the outside of the main body 110 through the discharge port 156, and is charged into the second cylinder 118 from the input port 161.
  • a scraper-like member that rotates together with the first cutting member 115 and scrapes the carbide may be provided below the first cutting member 115.
  • the interior of the main body 110 can be conceptually divided into a combustion region 130A, a carbonization region 130B, a scouring region 130C, and a fire extinguishing region 130D.
  • the combustion region 130A is roughly the region from the ceiling surface inside the main body 110 to the height of the air supply port 152
  • the carbonization region 130B is roughly from the height of the air supply port 152 to the upper end of the first cylindrical body 114.
  • the scouring area 130C indicates the area from the height of the upper surface of the first cylinder 114 to the intermediate height of the first cylinder 114
  • the fire extinguishing area 130D is approximately the first cylinder.
  • the region from the intermediate height of the body 114 to the height of the bottom surface of the first cylindrical body 114 is indicated.
  • the combustion region 130A is a pyrolysis gas (H (hydrogen), CO (carbon monoxide), CO2 (carbon dioxide), S (sulfur), N (nitrogen), etc.) generated when organic waste is burned. This is a region where gas mixture is accumulated and a region where the pyrolysis gas is secondarily burned.
  • the air supply port 152 is preferably provided at a position lower than the upper end of the main body 110.
  • the carbonization region 130B is a region in which the organic waste charged into the main body 110 through the charging port 150 is brought into contact with the combustion gas to be burned and carbonized.
  • the organic waste is combusted and carbonized here, and a solid content rich in carbide and a pyrolysis gas are generated.
  • the scouring region 130C moves the heat generated when the organic waste is burned and the radiant heat generated from the first cylindrical body 114 heated by the secondary combustion of the pyrolysis gas from the carbonization region 130B. This is a region where impurities are removed by burning the pyrolysis gas present in the carbide, and maintaining the carbide in a high temperature state while supplying air, so that the carbonization proceeds. It is an area.
  • the air supply port 154 is preferably provided at a height from the ceiling surface of the first cylindrical body 114 to the middle of the first cylindrical body 114.
  • the fire extinguishing area 130D is an area in which the carbide moving from the scouring area 130C is extinguished by the blocked air.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a biomass gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view showing the first screw conveyor 122 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the first screw conveyor 122 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the second cylindrical body 123 and the second cutout member 124 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the second cylindrical body 123 and the second cutout member 124 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second cylindrical body 123 and a second cutout member 124 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a front view showing the second screw conveyor 120 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second screw conveyor 120 according to an embodiment of the present invention.
  • the biomass gasification apparatus 100 includes a first cylinder 126, a first screw conveyor 122 that can rotate inside the first cylinder 126, a second cylindrical body 123, a second cutting member 124, a second cylinder 118, A second screw conveyor 120 that is rotatable inside the second cylinder 118 is provided.
  • the first cylinder 126 has a cylindrical shape, and is provided so as to penetrate the main body 110, the first cylindrical body 114, and the first cutting member 115 in the axial direction. Since the first cylinder 126 as the pyrolysis / gasification furnace is provided in this way, the first cylinder 126 generates secondary heat and pyrolysis gas generated when organic waste is burned in the main body 110. It is heated quickly and uniformly by the heat obtained by burning. In addition, since the first cylinder 126 as a pyrolysis / gasification furnace is provided in this way, the first cylinder 126 can generate heat and pyrolysis gas generated when organic waste is burned in the main body 110. Is directly heated with little thermal loss by the heat obtained by secondary combustion.
  • the first cylindrical body 114 as the pyrolysis / gasification furnace is provided in this way, the first cylindrical body 114 having heat storage properties is so-called when carbonizing organic waste in the main body 110. It functions as a roasted ball, and not only applies radiant heat to the surrounding carbides to promote carbonization, but also heats and maintains the temperature of the first cylinder 126 as a pyrolysis and gasification furnace. Also functions as a heating and heat retaining member.
  • the upper end of the first cylinder 126 is closed and the lower end is opened with a discharge port 163.
  • the discharge port 163 is for discharging a water gas and ash which is a reaction residue generated when the carbide is pyrolyzed and gasified in the first cylinder 126.
  • the first screw conveyor (reaction stirring screw conveyor) 122 is provided coaxially inside the first cylinder 126.
  • the first screw conveyor 122 includes a first shaft portion 300 and a first blade portion 301 that extends spirally around the first shaft portion 300.
  • the carbide that has reached the inside of the first cylinder 126 from the communicating portion with the second cylinder 118 moves in the direction of the second cylinder 123 inside the first cylinder 126 as the first screw conveyor 122 rotates.
  • the first blade portion 301 acts so as to scrape carbides and reaction residues, so that the carbides and reaction residues are not fixed inside the first cylinder 126.
  • the first shaft portion 300 is provided with a first gasifying agent supply port 190 for supplying a gasifying agent to the carbide moving inside the first cylinder 126.
  • the number of the first gasifying agent supply ports 190 is not particularly limited, but a plurality of gasifying agents may be provided at appropriate intervals in order to sufficiently supply the gasifying agent to the carbide moving inside the first cylinder 126. preferable.
  • the position at which the first gasifying agent supply port 190 is provided is not particularly limited, but the carbide moves while being rubbed against the inner surface of the first cylinder 126 as the first screw conveyor 122 rotates, and the In consideration of sliding while moving on the upper surface of the one blade portion 301, the first gasifying agent supply port 190 has two first blade portions 301 which are adjacent to each other in the vertical direction as indicated by reference numeral 302 in FIG. Of these, it is more preferable to be provided close to the upper blade portion.
  • the position where the first gasifying agent supply port 190 is provided will be described in detail with reference to FIG. 3. It is preferable that the portion 301L is provided at a position close to the first blade portion 301U that is the upper blade portion, that is, a position indicated by reference numeral 302A. By providing the first gasifying agent supply port 190 at such a position, the first gasifying agent supply port 190 is more effectively prevented from being clogged by the carbide moving inside the first cylinder 126. .
  • the first screw conveyor 122 includes a first gasifying agent introduction port 400 for introducing a gasifying agent into the first screw conveyor 122 at the upper end.
  • the first screw conveyor 122 includes a first gasifying agent passage 402 for moving the gasifying agent introduced from the first gasifying agent introduction port 400 to the first gasifying agent supply port 190.
  • the lower end of the first screw conveyor 122 is provided with an opening 401, and the first gasifying agent passage 402 communicates with the inside of the second cylindrical body 123 provided below the first screw conveyor 122. It is configured as follows.
  • the diameter of the first gasifying agent passage 402 is not particularly limited, and the amount of the gasifying agent supplied to the carbide moving inside the first cylinder 126 and the gasifying agent delivered to the inside of the second cylindrical body 123. You may select suitably according to the quantity.
  • the size of the first screw conveyor 122 is not particularly limited, it is preferable to provide a gap in consideration of expansion due to heat between the inner surface of the first cylinder 122.
  • the material of the first screw conveyor 122 is not particularly limited, and a known material such as stainless steel such as SUS310S can be used.
  • the lower part of the 1st screw conveyor 122 is provided with the 2nd cylindrical body (stagnation reaction cylinder) 123 which has heat storage property.
  • the second cylindrical body 123 is a substantially columnar member, and is configured so that the carbide easily flows when passing through the side surface of the second cylindrical body 123 by narrowing the cross-sectional area of the first cylinder 126. .
  • the second cylindrical body 123 functions as a so-called roasted ball when the carbide is pyrolyzed and gasified inside the first cylinder 126, and also applies radiant heat to the surrounding carbide to perform pyrolysis and gasification. Promote.
  • the second cylindrical body 123 may be provided with a heating device for heating itself. However, the second cylindrical body 123 may be subjected to secondary combustion of heat and pyrolysis gas generated when the organic waste is burned inside the main body 110. It is preferable to be heated by the obtained heat.
  • the second cylindrical body 123 is rotatable about a vertical passing through the bottom surface of the second cylindrical body 123 and the center of the ceiling surface. By rotating the second cylindrical body 123, the periphery of the second cylindrical body 123 is uniformly heated, so that the thermal decomposition and gasification efficiency is improved.
  • the second cylindrical body may be rotated together with the first screw conveyor 122 after being integrally connected to the first screw conveyor 122, or may be rotated independently of the first screw conveyor 122.
  • an opening 500 corresponding to the opening 401 provided in the first screw conveyor 122 is provided on the upper surface of the second cylindrical body 123.
  • a third gasifying agent supply port 192 is provided on the side surface of the second cylindrical body 123 to supply a gasifying agent to the carbides present in the surroundings.
  • the number of the third gasifying agent supply ports 192 and the position where the third gasifying agent supply ports 192 are provided are not particularly limited, but in order to sufficiently supply the gasifying agent to the carbides present around, the second cylinder It is preferable that a plurality are provided over the entire circumference of the side surface of the body 123.
  • the second cylindrical body 123 includes an internal space 600 that communicates with the first gasifying agent passage 402 through the opening 401 and the opening 500.
  • the gasifying agent introduced from the first gasifying agent introduction port 400 and sent to the internal space 600 through the first gasifying agent passage 402 passes through the third gasifying agent supply port 192 and passes through the second cylindrical body.
  • 123 is supplied to carbides present around 123.
  • a second cutout member 124 that is rotatable in a substantially disk shape is provided at the lower portion of the second cylindrical body 123.
  • the second cutting member 124 is a receiving plate that receives ash (reaction residue) generated when the carbide is pyrolyzed and gasified inside the first cylinder 126, and the outer peripheral portion thereof is connected to the inner surface of the first cylinder 126. A gap is provided between them.
  • the second cutting member 124 rotates, the ash received on the upper surface of the second cutting member 124 drops downward from the gap between the inner surface of the first cylinder 126. When the ash is a lump, the ash may be crushed in the gap between the inner surface of the first cylinder 126.
  • the second cutting member 124 may rotate together with the second cylindrical body 123 after being integrally connected to the second cylindrical body 123, or may rotate independently of the second cylindrical body 123.
  • the ash dropped from the second cutting member 124 is discharged to the outside of the first cylinder 126 through the discharge port 163.
  • a scraper-like member that rotates together with the second cutting member 163 and scrapes off ash may be provided below the second cutting member 124.
  • the second cutout member 124 may be configured to be solid, or may be configured to be hollow with an internal space 700 as shown in FIG.
  • the amount of the gasifying agent introduced from the first gasifying agent introduction port 400 can be increased by communicating the internal space 700 with the internal space 600.
  • the second cylinder (carbide carrier cylinder) 118 is formed in a cylindrical shape. One end of the second cylinder 118 communicates with the first cylinder 126 in the vicinity of the upper end of the first cylinder 126, and the carbide discharged from the discharge port 156 is introduced into the second cylinder 118 in the vicinity of the other end. An input port 161 is provided.
  • the second screw conveyor (crushing screw conveyor) 120 is provided coaxially inside the second cylinder 118.
  • the second screw conveyor 120 includes a second shaft portion 800 and a second blade portion 801 extending spirally around the second shaft portion 800.
  • the carbide introduced from the introduction port 161 moves in the second cylinder 118 in the direction of the communication portion with the first cylinder 126.
  • the second blade portion 801 acts to scrape carbides and reaction residues with the rotation of the second screw conveyor 120, the carbides and reaction residues are not fixed inside the second cylinder 118.
  • the second shaft portion 801 is provided with a second gasifying agent supply port 191 for supplying a gasifying agent to the carbide moving inside the second cylinder 118.
  • the number of second gasifying agent supply ports 191 is not particularly limited, but a plurality of gasifying agents may be provided at appropriate intervals in order to sufficiently supply the gasifying agent to the carbide moving inside the second cylinder 118. preferable.
  • the position where the second gasifying agent supply port 191 is provided is not particularly limited, and may be appropriately selected.
  • the second screw conveyor 120 is preferably moved while crushing the carbide charged from the charging port 161 in the direction of the communicating portion with the first cylinder 126.
  • wing part 801 is what is called a ribbon screw comprised by the ribbon type.
  • the second blade portion 801 may be supported by the support member 802.
  • the size, shape, and material of the support member 802 are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the degree of pulverization, required strength, and the like.
  • the second screw conveyor 120 includes a second gasifying agent introduction port 900 for introducing a gasifying agent into the second screw conveyor 120 at one end.
  • the second screw conveyor 120 also includes a second gasifying agent passage 902 for moving the gasifying agent introduced from the second gasifying agent introduction port 900 to the second gasifying agent supply port 191.
  • the diameter of the second gasifying agent passage 902 is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the amount of the gasifying agent supplied to the carbide moving inside the second cylinder 118.
  • the other end of the second screw conveyor 120 may be configured to have an opening 901 to open.
  • the biomass gasification apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention operate
  • Step of introducing organic waste Organic waste is introduced into the main body 110 from the inlet 150.
  • the organic waste charged into the main body 110 from the inlet 150 is combusted / carbonized in the carbonization region 130B.
  • the organic waste is ignited by a burner or the like, and air is supplied from the air supply port 152 to the inside of the main body 110 to burn the organic waste.
  • solids and pyrolysis gas containing a large amount of carbides are generated.
  • the solid content containing a large amount of carbide moves to the scouring region 130C, and the pyrolysis gas moves to the combustion region 130A and undergoes secondary combustion.
  • the heat obtained by the secondary combustion heats the first cylinder body 114 and heats the first cylinder 126 quickly and uniformly with little thermal loss.
  • the temperature in the vicinity of the inlet 150 and the combustion region 130A is preferably 800 ° C. to 1000 ° C.
  • the temperature of the scouring region 130C is preferably about 600 ° C. to 800 ° C. If the residence time of the pyrolysis gas in the combustion region 130A is 2 seconds or longer, the generation of dioxins can be reduced.
  • Step of charging the discharged carbide The carbide discharged from the discharge port 156 to the outside of the main body 110 is charged from the input port 161 to the inside of the second cylinder 118.
  • the means for conveying the carbide from the discharge port 156 to the input port 161 is not particularly limited, and a known means such as a bucket conveyor may be used.
  • the inside of the second cylinder 118 is at the same high temperature as the inside of the first cylinder 126. Further, water vapor as a gasifying agent is introduced into the second screw conveyor 120 from the second gasifying agent introduction port 900 and ejected from the second gasifying agent supply port 191 through the second gasifying agent passage 902. And supplied to the carbide moving in the second cylinder 118.
  • Step of pyrolyzing and gasifying the crushed carbides The carbides that have reached the inside of the first cylinder 126 by the rotation of the second screw conveyor 120 are the inside of the first cylinder 126 by the rotation of the first screw conveyor 122. In the direction of the second cylinder 123, during which water gasification reaction (C + H 2 O ⁇ CO + H 2 ⁇ 28.36 kcal / mol) and water gas shift reaction (CO + H 2 O ⁇ CO 2 + H 2 +9.85 kcal / mol). ) Proceeds continuously.
  • the carbide moves while being rubbed against the inner surface of the first cylinder 126 as the first screw conveyor 122 rotates, the carbide is directly heated by the first cylinder 126 to promote thermal decomposition and gasification. Is done.
  • the first cylinder 126 is heated by heat generated when the organic waste is burned inside the main body 110 and heat obtained by secondary combustion of the pyrolysis gas.
  • the carbide moves so as to slide on the upper surface of the first blade portion 301 as the first screw conveyor 122 rotates, the carbide is directly heated by the first blade portion 301 to promote thermal decomposition and gasification. Is done.
  • the first blade portion 301 is formed by heat generated when the organic waste is burned in the main body 110, heat obtained by secondary combustion of the pyrolysis gas, and radiant heat generated from the first cylinder 126. It is heated.
  • Water vapor as the gasifying agent is introduced into the first screw conveyor 122 from the first gasifying agent introduction port 400, and is ejected from the first gasifying agent supply port 190 through the first gasifying agent passage 402. It is supplied to the carbide moving inside the first cylinder 126.
  • a pyrolysis gas water gas
  • a low temperature 750 ° C.
  • the water gas shift reaction which is an exothermic reaction, is promoted, and high calorie carbon monoxide is consumed and low calorie hydrogen is generated.
  • a small amount of hydrogen-rich pyrolysis gas is produced.
  • a pyrolytic gas rich in carbon monoxide is generated.
  • the larger the supply amount of water vapor as the gasifying agent the higher the H 2 / CO ratio in the pyrolysis gas.
  • the carbide that has reached the vicinity of the second cylindrical body 123 is further promoted in thermal decomposition and gasification by the radiant heat emitted from the second cylindrical body 123 and the water vapor ejected from the third gasifying agent supply port 192. At this time, when the second cylindrical body 123 rotates, the periphery of the second cylindrical body 123 is heated uniformly, and thermal decomposition and gasification are promoted uniformly.
  • Step of discharging generated water gas / reaction residue Water gas obtained by pyrolyzing and gasifying carbide in the first cylinder 126 is taken out from the discharge port 163. Further, the ash (reaction residue) generated after pyrolyzing and gasifying the carbide inside the first cylinder 126 is a gap provided between the outer periphery of the second cutting member 124 and the inner surface of the first cylinder 126. From the discharge port 163 to the outside of the first cylinder 126.
  • the aqueous gas that is a gas and the reaction residue that is a solid may be separated by, for example, a cyclone.
  • FIG. 10 is a front view showing a first screw conveyor 122 according to another embodiment of the present invention.
  • the first blade part 301 provided in the first screw conveyor 122 is distributed and provided at a plurality of locations in the axial direction of the first shaft part 300. Since the first blade portion 300 is provided in a plurality of locations in this manner, the carbide quickly moves in the first cylinder 126 in a range where the first blade portion 300 is not provided. . Therefore, by providing the first blade portion 301 as being appropriately dispersed at a plurality of locations in the axial direction of the first shaft portion 300, the time during which the carbide moves inside the first cylinder 126, that is, the carbide is pyrolyzed and gasified.
  • the portion where the carbide is pyrolyzed and gasified while being rubbed against the inner surface of the first cylinder 126 is a portion where the first blade portion 300 is provided. For this reason, by preparing a plurality of first screw conveyors 122 where the first blade portions 301 are not overlapped with each other, the first screw conveyors 122 are rotated at regular intervals and used. Can be prevented from concentrating on a specific part of the inner surface of the first cylinder 126 while being rubbed against the inner surface of the first cylinder 126, thereby extending the life of the first cylinder 126. Is possible.
  • the first gasifying agent supply port 190 provided in the first screw conveyor 122 may be provided on the lower surface (back surface) of the first blade portion 301.
  • the carbide moving inside the first cylinder 126 moves while being rubbed against the inner surface of the first cylinder 126 as the first screw conveyor 122 rotates, and also moves while sliding on the upper surface of the first blade portion 301. Therefore, by providing the first gasifying agent supply port 190 on the lower surface (back surface) of the first blade portion 301, clogging by the carbide moving inside the first cylinder 126 is more effectively prevented. .

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Abstract

バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置である。バイオマスガス化装置は、本体と、第一円筒体と、第一切り出し部材と、第一シリンダーと、第一スクリューコンベアと、第二円筒体と、第二切り出し部材と、第二シリンダーと、第二スクリューコンベアとを備える。第一シリンダーは、本体、第一円筒体及び第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられ、第一スクリューコンベア、第二スクリューコンベア及び第二円筒体は、それぞれガス化剤供給口を備える。

Description

バイオマスガス化装置
　本発明は、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置に関する。
　近年、再生可能エネルギーの利活用に対する関心が高まる中、再生可能エネルギーの一つであるバイオマスのエネルギー利用が注目されている。
　バイオマスのエネルギー利用は種々の形態が存在するが、その一つとして、バイオマスから水性ガスを生成して発電から熱供給までを行うことが提案されている。
　バイオマスから水性ガスを生成するためには、まずバイオマスを炭化する必要があるところ、例えば特許文献１には、略円筒形の本体と本体に収容された円筒体とを含む炭化炉が開示されている。
　また、炭化したバイオマスから水性ガスを生成するためには、熱分解によって熱分解・ガス化する必要があるところ、例えば特許文献２には、筒状の外筒と、内筒と、ターンテーブルと、蓄熱性突起とを備える熱分解ガス化装置が開示されている。
　上述のように、バイオマスから水性ガスを生成するためには、大きく分けてバイオマスを炭化させる工程と炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させる工程の２つの工程があり、従来はそれぞれの工程に応じて、上述のような装置が別々に提案されていた。
　しかしながら、バイオマスを炭化させる工程と炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させる工程とに応じて装置が別々となっていることにより、大きな熱的損失が生じていた他、バイオマスを炭化させる工程で生じた熱によって熱分解・ガス化炉の温度を上昇させる場合においてその温度を安定させるまでに長い時間を要し、また、熱分解・ガス化炉の温度分布を均一とすることが困難であった。
　さらに、炭化したバイオマスを熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止する技術が求められていた。
特開２００９－２７００５０号公報 特開２０１３－１８５０９３号公報
　本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置を提供することを目的とする。
　以上の課題を解決するために、本発明に係るバイオマスガス化装置は、筒状の本体と、本体に収容され、蓄熱性を有する第一円筒体と、第一円筒体の下部に設けられる略円盤状の第一切り出し部材と、本体、第一円筒体及び第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられる第一シリンダーと、第一シリンダーの内部に同軸に設けられ、第一軸部と第一軸部の周りに螺旋状に延びる第一羽根部とを有する第一スクリューコンベアと、第一スクリューコンベアの下部に設けられ、蓄熱性を有する第二円筒体と、第二円筒体の下部に設けられる略円盤状の第二切り出し部材と、第一シリンダーの側面において第一シリンダーと連通する第二シリンダーと、第二シリンダーの内部に同軸に設けられ、第二軸部と第二軸部の周りに螺旋状に延びる第二羽根部とを有する第二スクリューコンベアとを備え、第一スクリューコンベアは、第一軸部に設けられる第一ガス化剤導入口と、第一軸部に設けられる第一ガス化剤供給口と、第一ガス化剤導入口と第一ガス化剤供給口とを連通させる第一ガス化剤通路とを有し、第二スクリューコンベアは、第二軸部に設けられる第二ガス化剤導入口と、第二軸部に設けられる第二ガス化剤供給口と、第二ガス化剤導入口と第二ガス化剤供給口とを連通させる第二ガス化剤通路とを有し、第二円筒体は、内部が第一ガス化剤通路と連通し、側面に第三ガス化剤供給口を有することを特徴とする。
　また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一ガス化剤供給口が、上下に対向して隣接する二つの第一羽根部のうち、上側の第一羽根部に近接して設けられる。
　また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一ガス化剤供給口が、第一羽根部の下面に設けられる。
　また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第二羽根部がリボン型である。
　また、本発明に係るバイオマスガス化装置は、第一羽根部が、第一軸部の軸方向における複数の箇所に分散して設けられる。
　本発明によれば、バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、少ない熱的損失で熱分解・ガス化炉の温度を迅速・均一に安定化することができ、且つ、熱分解・ガス化させた後の反応残渣が装置の内部に固着することを防止したバイオマスガス化装置を提供できる。
図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を示した斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。 図７は、本発明の他の実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した正面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した断面図である。 図１０は、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。
　以下、本発明に係るバイオマスガス化装置の一実施形態を詳細に説明する。
　まず、有機廃棄物を炭化させて炭化物を得るための構成について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を示した斜視図である。
　バイオマスガス化装置１００は、本体１１０と、第一円筒体１１４と、第一切り出し部材１１５とを備えている。
　本体１１０は、バイオマスガス化装置１００の本体であり、支持部材１８０によって立設されている。本体１１０の形状は特に限定されないが、筒状であるとより好ましい。ここでいう筒状とは、略円筒形を指す。
　本体１１０の大きさについては特に限定されず、処理する有機廃棄物の量や生成する炭化物の量に応じて適宜選択して良い。本体１１０を構成する材料についても特に限定されず、公知の材料、例えば、ステンレスを用いることができる。
　本体１１０は、有機廃棄物の投入口１５０と、空気供給口１５２と、空気供給口１５４と、排気口１４１と、排出口１５６と、バーナー（図示せず）とを備えている。
　有機廃棄物は、投入口１５０から本体１１０の内部へ投入される。投入口１５０は、図１に示されるように、筒状部材１１１によって構成されても良い。また、有機廃棄物を本体１１０の内部へ安定的に投入するため、例えば、有機廃棄物を本体１１０の内部へ搬送するためのベルトコンベア機構を筒状部材１１１の内部に設けても良い。
　有機廃棄物（バイオマス）とは、炭素を含む廃棄物である。具体的には、食品廃棄物、建築廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材、剪定枝、製材くず、竹、刈り草のような樹木製の廃材、汚泥、稲藁、家庭から排出される一般廃棄物が挙げられる。有機廃棄物は、炭化の効率や炭化物の収率を高くするため、あらかじめ乾燥機などで乾燥させた上でその含水率が適切に調整されていることが好ましい。
　有機廃棄物を燃焼させる際に用いられる空気は、空気供給口１５２及び空気供給口１５４から本体１１０の内部へ供給される。空気供給口１５２及び空気供給口１５４の具体的な大きさ及び形状については特に限定されない。また、空気供給口１５２及び空気供給口１５４は、それぞれ筒状部材１１２及び筒状部材１１３によって構成されても良く、また、それぞれ本体１１０の内部へ空気を送り込むための送風機を備えても良い。
　有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱分解ガス（混合ガス）は、二次燃焼された上で、本体１１０の上端近傍に設けられている排気口１４１から本体１１０の外部へ排気される。この二次燃焼によって得られた熱は、第一シリンダー１２６を加熱するための熱源として用いられる他、例えば、過熱蒸気発生装置へ供給した上で水蒸気を生成するために用いることができる。
　バーナーは、本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物に着火するためのものである。バーナーは、有機廃棄物に着火することができればどの位置に設けられても良いが、投入口１１５より下方に設けられていることが好ましい。
　バイオマスガス化装置１００は、蓄熱性を有する第一円筒体１１４を本体１１０の内部に備えている。第一円筒体１１４は、図２において符号２００で示される筒状の軸部を備えている略円柱状の部材であり、本体１１０の内部において有機廃棄物を炭化させる際、いわゆる焼き玉として機能する。また、第一円筒体１１４は、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて炭化を促進させる。第一円筒体１１４は、それ自体を加熱するための加熱装置を備えていても良いが、有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されることが好ましい。
　第一円筒体１１４は、第一円筒体１１４の底面及び天井面の中心を通る垂直を軸として回転可能であることが好ましい。第一円筒体１１４が回転することにより、第一円筒体１１４の周囲が均一に加熱されるため、炭化効率が向上する他、炭化物の純度が向上する。第一円筒体１１４を回転させるための手段は特に限定されず、例えば、第一円筒体１１４の底面中心から下方へ回転軸に沿って延伸するような軸部材を設け、その軸部材を公知の手段によって回転させて良い。
　第一円筒体１１４の下部には、図２において符号２００で示される筒状の軸部を備えている略円盤状で回転可能な第一切り出し部材１１５が設けられている。第一切り出し部材１１５は、本体１１０の内部で生成された炭化物を受ける受盤であり、その外周部が本体１１０の内面との間に隙間を設けるようにして設けられている。第一切り出し部材１１５が回転することにより、その上面において受けた炭化物を本体１１０の内面との間の隙間から下方へ落下させる。炭化物が塊となっている場合等は、本体１１０の内面との間の隙間において炭化物を破砕することが好ましい。第一切り出し部材１１５は、第一円筒体１１４と一体的に連結された上で第一円筒体１１４とともに回転しても良く、第一円筒体１１４とは別に独立して回転しても良い。
　第一切り出し部材１１５から落下した炭化物は、排出口１５６を通って本体１１０の外部へ排出され、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入される。なお、炭化物を排出口１５６から効率良く排出するため、例えば、第一切り出し部材１１５とともに回転して炭化物を掻き出すスクレーパー状部材を第一切り出し部材１１５の下部に設けても良い。
　本体１１０の内部は、概念的に、燃焼領域１３０Ａと、炭化領域１３０Ｂと、精練領域１３０Ｃと、消火領域１３０Ｄとに区分けすることができる。燃焼領域１３０Ａは大よそ、本体１１０の内部における天井面から空気供給口１５２の高さまでの領域を指し、炭化領域１３０Ｂは大よそ、空気供給口１５２の高さから第一円筒体１１４の上端の高さまでの領域を指し、精練領域１３０Ｃは大よそ、第一円筒体１１４の上面の高さから第一円筒体１１４の中間の高さまでの領域を指し、消火領域１３０Ｄは大よそ、第一円筒体１１４の中間の高さから第一円筒体１１４の底面の高さまでの領域を指す。
　燃焼領域１３０Ａは、有機廃棄物が燃焼した際に発生する、Ｈ（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）等を含む熱分解ガス（混合ガス）を溜める領域であり、また、熱分解ガスを二次燃焼させる領域である。なお、この燃焼領域１３０Ａを形成するため、空気供給口１５２は、本体１１０の上端よりも低い位置に設けられることが好ましい。
　炭化領域１３０Ｂは、投入口１５０から本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物を燃焼ガスに接触させて燃焼・炭化させる領域である。有機廃棄物はここで燃焼・炭化され、炭化物を多く含む固形分と熱分解ガスとが生成される。
　精練領域１３０Ｃは、有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱された第一円筒体１１４から発せられる輻射熱を炭化領域１３０Ｂから移動してきた炭化物に対して与え、炭化物の中に存在している熱分解ガスを燃焼させて不純物を除去する領域であり、また、空気を供給しつつ炭化物を高温の状態で維持して炭化を進行させる領域である。なお、この精練領域１３０Ｃを形成するため、空気供給口１５４は、第一円筒体１１４の天井面から第一円筒体１１４の中間までの高さに設けられることが好ましい。
　消火領域１３０Ｄは、精練領域１３０Ｃから移動してきた炭化物を遮断された空気によって消火する領域である。
　次に、炭化物を熱分解・ガス化させて水性ガスを生成するための構成について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００を示した部分断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した断面図である。図５は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図７は、本発明の他の実施形態に係る第二円筒体１２３及び第二切り出し部材１２４を示した断面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した正面図である。図９は、本発明の一実施形態に係る第二スクリューコンベア１２０を示した断面図である。
　バイオマスガス化装置１００は、第一シリンダー１２６と、第一シリンダー１２６の内部において回転可能な第一スクリューコンベア１２２と、第二円筒体１２３と、第二切り出し部材１２４と、第二シリンダー１１８と、第二シリンダー１１８の内部において回転可能な第二スクリューコンベア１２０とを備えている。
　第一シリンダー１２６は筒状に構成されており、本体１１０、第一円筒体１１４及び第一切り出し部材１１５を軸方向に貫通するようにして設けられている。熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、第一シリンダー１２６は本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって迅速且つ均一に加熱される。また、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、第一シリンダー１２６は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって少ない熱的損失で直接的に加熱される。さらに、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６がこのように設けられていることにより、蓄熱性を有する第一円筒体１１４は、本体１１０の内部において有機廃棄物を炭化させる際にいわゆる焼き玉として機能し、また、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて炭化を促進させるだけでなく、熱分解・ガス化炉としての第一シリンダー１２６を加熱させて且つその温度を保持する加熱・保温部材としても機能する。
　第一シリンダー１２６の上端は閉止しており、下端は排出口１６３を備えて開口している。排出口１６３は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物が熱分解・ガス化された際に生じる水性ガスと反応残渣である灰分とを排出するためのものである。
　第一スクリューコンベア（反応撹拌スクリューコンベア）１２２は、第一シリンダー１２６の内部に同軸に設けられている。
　図３に示されるように、第一スクリューコンベア１２２は、第一軸部３００と、第一軸部３００の周りに螺旋状に延びる第一羽根部３０１を備えている。第二シリンダー１１８との連通部から第一シリンダー１２６の内部へ到達した炭化物は、第一スクリューコンベア１２２が回転することにより、第一シリンダー１２６の内部を第二円筒体１２３の方向へ移動する。ここで、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って第一羽根部３０１が炭化物及び反応残渣を掻き出すように作用するため、炭化物及び反応残渣が第一シリンダー１２６の内部において固着することがない。第一軸部３００には、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を供給する第一ガス化剤供給口１９０が設けられている。第一ガス化剤供給口１９０の数は特に限定されないが、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、適宜間隔をあけて複数個設けられることが好ましい。第一ガス化剤供給口１９０を設ける位置についても特に限定されないが、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動すること、また、炭化物が第一羽根部３０１の上面を滑りながら移動することを考慮すると、第一ガス化剤供給口１９０は図３において符号３０２で示されるように、上下に対向して隣接する二つの第一羽根部３０１のうち上側の羽根部に近接して設けられることがより好ましい。
　第一ガス化剤供給口１９０を設ける位置について図３を参照しながら具体的に説明すると、第一ガス化剤供給口１９０Ａは、上下に対向して隣接する第一羽根部３０１Ｕ及び第一羽根部３０１Ｌのうち、上側の羽根部である第一羽根部３０１Ｕに近接する位置、つまり、符号３０２Ａで示される位置に設けられることが好ましい。第一ガス化剤供給口１９０をこのような位置に設けることにより、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物によって第一ガス化剤供給口１９０が目詰まりすることがより効果的に防止される。
　図４に示されるように、第一スクリューコンベア１２２は、第一スクリューコンベア１２２の内部にガス化剤を導入する第一ガス化剤導入口４００を上端に備えている。また、第一スクリューコンベア１２２は、第一ガス化剤導入口４００から導入されたガス化剤を第一ガス化剤供給口１９０へ移動させるための第一ガス化剤通路４０２を備えている。さらに、第一スクリューコンベア１２２は、下端が開口４０１を備えて開口しており、第一ガス化剤通路４０２と第一スクリューコンベア１２２の下部に設けられる第二円筒体１２３の内部とが連通するように構成されている。第一ガス化剤通路４０２の直径については特に限定されず、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物に対して供給するガス化剤の量や第二円筒体１２３の内部に送出するガス化剤の量に応じて適宜選択して良い。
　第一スクリューコンベア１２２の大きさについては特に限定されないが、第一シリンダー１２２の内面との間には、熱による膨張を考慮した隙間を設けることが好ましい。第一スクリューコンベア１２２の材料についても特に限定されず、公知の材料、例えば、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレスを用いることができる。
　第一スクリューコンベア１２２の下部には、蓄熱性を有する第二円筒体（滞流反応シリンダー）１２３が設けられている。第二円筒体１２３は略円柱状の部材であり、第一シリンダー１２６の断面積を狭めることによって、炭化物が第二円筒体１２３の側面を通過する際に滞流しやすくなるように構成されている。第二円筒体１２３は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化させる際にいわゆる焼き玉として機能する他、周囲に存在する炭化物に対して輻射熱を与えて熱分解・ガス化を促進させる。第二円筒体１２３は、それ自体を加熱するための加熱装置を備えていても良いが、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されることが好ましい。
　第二円筒体１２３は、第二円筒体１２３の底面及び天井面の中心を通る垂直を軸として回転可能であることが好ましい。第二円筒体１２３が回転することにより、第二円筒体１２３の周囲が均一に加熱されるため、熱分解・ガス化効率が向上する。第二円筒体は、第一スクリューコンベア１２２と一体的に連結された上で第一スクリューコンベア１２２とともに回転しても良く、第一スクリューコンベア１２２とは別に独立して回転しても良い。
　図５に示されるように、第二円筒体１２３の上面には、第一スクリューコンベア１２２が備える開口４０１に対応する開口５００が設けられている。また、第二円筒体１２３の側面には、周囲に存在する炭化物に対してガス化剤を供給する第三ガス化剤供給口１９２が設けられている。第三ガス化剤供給口１９２の数及び第三ガス化剤供給口１９２を設ける位置については特に限定されないが、周囲に存在する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、第二円筒体１２３の側面の全周に亘って複数個設けられることが好ましい。
　図６に示されるように、第二円筒体１２３は、開口４０１及び開口５００を介して第一ガス化剤通路４０２と連通する内部空間６００を備えている。第一ガス化剤導入口４００から導入され、第一ガス化剤通路４０２を介して内部空間６００へ送出されたガス化剤は、第三ガス化剤供給口１９２を通って、第二円筒体１２３の周囲に存在する炭化物へ供給される。
　第二円筒体１２３の下部には、略円盤状で回転可能な第二切り出し部材１２４が設けられている。第二切り出し部材１２４は、第一シリンダー１２６の内部において炭化物が熱分解・ガス化された際に生じる灰分（反応残渣）を受ける受盤であり、その外周部が第一シリンダー１２６の内面との間に隙間を設けるようにして設けられている。第二切り出し部材１２４が回転することにより、その上面において受けた灰分を第一シリンダー１２６の内面との間の隙間から下方へ落下させる。灰分が塊となっている場合等は、第一シリンダー１２６の内面との間の隙間において灰分を破砕しても良い。第二切り出し部材１２４は、第二円筒体１２３と一体的に連結された上で第二円筒体１２３とともに回転しても良く、第二円筒体１２３とは別に独立して回転しても良い。
　第二切り出し部材１２４から落下した灰分は、排出口１６３を通って第一シリンダー１２６の外部へ排出される。なお、配分を排出口１６３から効率良く排出するため、例えば、第二切り出し部材１６３とともに回転して灰分を掻き出すスクレーパー状部材を第二切り出し部材１２４の下部に設けても良い。
　第二切り出し部材１２４は、中実に構成されても良く、図７に示されるように内部空間７００を備えて中空に構成されても良い。第二切り出し部材１２４が内部空間７００を備える場合、内部空間７００を内部空間６００に連通させることにより、第一ガス化剤導入口４００から導入されるガス化剤の量を増加させることができる。
　第二シリンダー（炭化物搬送シリンダー）１１８は筒状に構成されている。第二シリンダー１１８は、一端が第一シリンダー１２６の上端近傍において第一シリンダー１２６と連通しており、他端の近傍には、排出口１５６から排出された炭化物を第二シリンダー１１８の内部へ投入する投入口１６１が設けられている。
　第二スクリューコンベア（破砕スクリューコンベア）１２０は、第二シリンダー１１８の内部において同軸に設けられている。
　図８に示されるように、第二スクリューコンベア１２０は、第二軸部８００と、第二軸部８００の回りに螺旋状に延びる第二羽根部８０１を備えている。第二スクリューコンベア１２０が回転することにより、投入口１６１から投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ第二シリンダー１１８の内部を移動する。ここで、第二スクリューコンベア１２０の回転に伴って第二羽根部８０１が炭化物及び反応残渣を掻き出すように作用するため、炭化物及び反応残渣が第二シリンダー１１８の内部において固着することがない。第二軸部８０１には、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を供給する第二ガス化剤供給口１９１が設けられている。第二ガス化剤供給口１９１の数は特に限定されないが、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対してガス化剤を十分に供給するため、適宜間隔をあけて複数個設けられることが好ましい。第二ガス化剤供給口１９１を設ける位置についても特に限定されず、適宜選択して良い。
　ここで、第一シリンダー１２６の内部において炭化物をより効率的に熱分解・ガス化させるためには、炭化物を十分に破砕してその表面積を大きくしておくことが好ましい。そのため、第二スクリューコンベア１２０は、投入口１６１から投入された炭化物を第一シリンダー１２６との連通部の方向へ破砕しながら移動させることが好ましい。この場合、第二羽根部８０１は、リボン型に構成されたいわゆるリボンスクリューであることが好ましい。第二羽根部８０１は、支持部材８０２によって支持されて良い。支持部材８０２の大きさ、形状及び材料については特に限定されず、粉砕の度合いや必要となる強度等に応じて適宜選択して良い。
　図９に示されるように、第二スクリューコンベア１２０は、第二スクリューコンベア１２０の内部にガス化剤を導入する第二ガス化剤導入口９００を一端に備えている。また、第二スクリューコンベア１２０は、第二ガス化剤導入口９００から導入されたガス化剤を第二ガス化剤供給口１９１へ移動させるための第二ガス化剤通路９０２を備えている。第二ガス化剤通路９０２の直径については特に限定されず、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物に対して供給するガス化剤の量に応じて適宜選択して良い。なお、第二スクリューコンベア１２０の他端は、開口９０１を備えて開口するように構成されても良い。
　以上説明した本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００の動作について、以下、説明する。
　本発明の一実施形態に係るバイオマスガス化装置１００は、以下の工程に基づいて動作する。
　（１）有機廃棄物を投入する工程
　（２）有機廃棄物を燃焼・炭化させる工程
　（３）炭化した有機廃棄物を消火する工程
　（４）消火した炭化物を排出する工程
　（５）排出した炭化物を投入する工程
　（６）投入した炭化物を破砕する工程
　（７）破砕した炭化物を熱分解・ガス化させる工程
　（８）生成した水性ガス・反応残渣を排出する工程
　（１）有機廃棄物を投入する工程
　有機廃棄物を投入口１５０から本体１１０の内部へ投入する。
　（２）有機廃棄物を燃焼・炭化させる工程
　投入口１５０から本体１１０の内部へ投入された有機廃棄物を炭化領域１３０Ｂにおいて燃焼・炭化させる。具体的には、バーナー等によって有機廃棄物に着火するとともに空気供給口１５２から本体１１０の内部へ空気を供給して有機廃棄物を燃焼させる。有機廃棄物を燃焼させると、炭化物を多く含む固形分と熱分解ガスとが生成される。炭化物を多く含む固形分は精練領域１３０Ｃへ移動し、熱分解ガスは燃焼領域１３０Ａへ移動して二次燃焼される。この二次燃焼によって得られた熱は、第一円筒体１１４を加熱する他、少ない熱的損失で第一シリンダー１２６を迅速且つ均一に加熱する。精練領域１３０Ｃへ移動した炭化物を多く含む固形分の内部には熱分解ガスが存在しているため、このまま消火されると、炭化物に含まれる不純物が多くなり、また、炭化物の収量が低下するおそれがある。そこで、本工程では、空気供給口１５４から空気を供給するとともに第一円筒体１１４から輻射熱を与えることによって、炭化物を多く含む固形分の内部に存在している熱分解ガスの燃焼を促進させて炭化を促進させる。これにより、炭化物を多く含む固形分の内部に存在している熱分解ガスを除去することができる。このとき、第一円筒体１１４が回転することにより、第一円筒体１１４の周囲が均一に加熱され、炭化が均一に促進される。本工程では、投入口１５０付近及び燃焼領域１３０Ａの温度を８００℃から１０００℃とすることが好ましく、精練領域１３０Ｃの温度を６００℃から８００℃程度とすることが好ましい。なお、燃焼領域１３０Ａでの熱分解ガスの滞留時間を２秒以上とすると、ダイオキシンの発生を低減できる。
　（３）炭化した有機廃棄物を消火する工程
　精練領域１３０Ｃにおいて炭化物を多く含む固形分を十分に炭化させて得られた炭化物は、消火領域１３０Ｄへ移動する。この消火領域１３０Ｄは低酸素雰囲気であるため、消火領域１３０Ｄへ移動した炭化物は消火される。
　（４）消火した炭化物を排出する工程
　消火領域１３０Ｄにおいて消火された炭化物は、第一切り出し部材１１５の外周部と本体１１０の内面との間に設けられている隙間から下方へ落下し、排出口１５６から本体１１０の外部へ排出される。
　（５）排出した炭化物を投入する工程
　排出口１５６から本体１１０の外部へ排出された炭化物を、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入する。ここで、排出口１５６から投入口１６１へ炭化物を搬送する手段は特に限定されず、バケットコンベア等、公知の手段を用いて良い。
　（６）投入した炭化物を破砕する工程
　投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第二スクリューコンベア１２０が回転することによって第一シリンダー１２６との連通部の方向へ移動される。このとき、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ破砕されながら移動されることが好ましい。また、投入口１６１から第二シリンダー１１８の内部へ投入された炭化物は、第一シリンダー１２６との連通部の方向へ移動される間も、後述する水性ガス化反応及び水性ガスシフト反応が進行することが好ましい。ここで、第二シリンダー１１８は第一シリンダー１２６と連通しているため、第二シリンダー１１８の内部は、第一シリンダー１２６の内部と同様の高温となっている。また、ガス化剤としての水蒸気は、第二ガス化剤導入口９００から第二スクリューコンベア１２０の内部へ導入され、第二ガス化剤通路９０２を通って第二ガス化剤供給口１９１から噴出し、第二シリンダー１１８の内部を移動する炭化物へ供給される。
　（７）破砕した炭化物を熱分解・ガス化させる工程
　第二スクリューコンベア１２０の回転によって第一シリンダー１２６の内部に到達した炭化物は、第一スクリューコンベア１２２が回転することによって第一シリンダー１２６の内部を第二円筒体１２３の方向へ移動し、その間、水性ガス化反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２－２８．３６ｋｃａｌ／ｍｏｌ）及び水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２＋９．８５ｋｃａｌ／ｍｏｌ）が連続して進行する。このとき、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動するため、第一シリンダー１２６によって炭化物が直接的に加熱され、熱分解・ガス化が促進される。ここで、第一シリンダー１２６は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱及び熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱によって加熱されている。また、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って炭化物が第一羽根部３０１の上面を滑るように移動するため、第一羽根部３０１によって炭化物が直接的に加熱され、熱分解・ガス化が促進される。ここで、第一羽根部３０１は、本体１１０の内部において有機廃棄物を燃焼させる際に生じる熱、熱分解ガスを二次燃焼することで得られた熱及び第一シリンダー１２６から発せられる輻射熱によって加熱されている。ガス化剤としての水蒸気は、第一ガス化剤導入口４００から第一スクリューコンベア１２２の内部へ導入され、第一ガス化剤通路４０２を通って第一ガス化剤供給口１９０から噴出し、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物へ供給される。その結果、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）の成分を含む熱分解ガス（水性ガス）が生成される。一般的に、低温（７５０℃から８００℃）では、発熱反応である水性ガスシフト反応が促進され、高カロリーの一酸化炭素が消費されて低カロリーの水素が生成されるので、単位体積当たりの発熱量が小さい水素リッチな熱分解ガスが生成される。また、一般的に、高温（９００℃から９５０℃）では、一酸化炭素リッチな熱分解ガスが生成される。さらに、ガス化剤としての水蒸気の供給量が多いほど、熱分解ガス中のＨ２／ＣＯ比が高くなる。第二円筒体１２３の付近に到達した炭化物は、第二円筒体１２３から発せられる輻射熱及び第三ガス化剤供給口１９２から噴出する水蒸気によって熱分解・ガス化がさらに促進される。このとき、第二円筒体１２３が回転することにより、第二円筒体１２３の周囲が均一に加熱され、熱分解・ガス化が均一に促進される。
　（８）生成した水性ガス・反応残渣を排出する工程
　第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化することで得られた水性ガスは、排出口１６３から取り出される。また、第一シリンダー１２６の内部において炭化物を熱分解・ガス化した後に生じる灰分（反応残渣）は、第二切り出し部材１２４の外周部と第一シリンダー１２６の内面との間に設けられている隙間から下方へ落下し、排出口１６３から第一シリンダー１２６の外部へ排出される。気体である水性ガスと固体である反応残渣とは、例えば、サイクロンによって分離されて良い。
　次に、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２について説明する。
　図１０は、本発明の他の実施形態に係る第一スクリューコンベア１２２を示した正面図である。図示されるように、第一スクリューコンベア１２２が備える第一羽根部３０１は、第一軸部３００の軸方向における複数の箇所に分散して設けられている。第一羽根部３００がこのように複数の箇所に分散して設けられていることにより、第一羽根部３００が設けられていない範囲においては、炭化物が第一シリンダー１２６の内部を迅速に移動する。そのため、第一羽根部３０１を第一軸部３００の軸方向における複数の箇所に適宜分散して設けることにより、炭化物が第一シリンダー１２６の内部を移動する時間、即ち、炭化物を熱分解・ガス化させる時間を適宜調節することができる。また、炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら熱分解・ガス化される箇所は、第一羽根部３００が設けられている箇所である。そのため、第一羽根部３０１が設けられている箇所が互いに重複しない複数の第一スクリューコンベア１２２を用意した上でそれらの第一スクリューコンベア１２２を一定期間毎にローテーションして使用することにより、炭化物が第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら熱分解・ガス化される箇所が第一シリンダー１２６の内面における特定の箇所に集中することを防ぐことができ、ひいては第一シリンダー１２６のロングライフ化が可能となる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。
　例えば、第一スクリューコンベア１２２が備える第一ガス化剤供給口１９０は、第一羽根部３０１の下面（裏面）に設けても良い。第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物は、第一スクリューコンベア１２２の回転に伴って第一シリンダー１２６の内面に擦りつけられながら移動し、また、第一羽根部３０１の上面を滑りながら移動することから、第一ガス化剤供給口１９０を第一羽根部３０１の下面（裏面）に設けることにより、第一シリンダー１２６の内部を移動する炭化物によって目詰まりすることがより効果的に防止される。
　１００　　バイオマスガス化装置
　１１０　　本体
　１１１　　筒状部材
　１１２　　筒状部材
　１１３　　筒状部材
　１１４　　第一円筒体
　１１５　　第一切り出し部材
　１１８　　第二シリンダー
　１２０　　第二スクリューコンベア
　１２２　　第一スクリューコンベア
　１２３　　第二円筒体
　１２４　　第二切り出し部材
　１２６　　第一シリンダー
　１３０Ａ　燃焼領域
　１３０Ｂ　炭化領域
　１３０Ｃ　精練領域
　１３０Ｄ　消火領域
　１４１　　排気口
　１５０　　投入口
　１５２　　空気供給口
　１５４　　空気供給口
　１５６　　排出口
　１６１　　投入口
　１６３　　排出口
　１８０　　支持部材
　１９０　　第一ガス化剤供給口
　１９０Ａ　第一ガス化剤供給口
　１９１　　第二ガス化剤供給口
　１９２　　第三ガス化剤供給口
　２００　　軸部
　３００　　第一軸部
　３０１　　第一羽根部
　３０１Ｕ　第一羽根部
　３０１Ｌ　第一羽根部
　４００　　第一ガス化剤導入口
　４０１　　開口
　４０２　　第一ガス化剤通路
　５００　　開口
　６００　　内部空間
　７００　　内部空間
　８００　　第二軸部
　８０１　　第二羽根部
　８０２　　支持部材
　９００　　第二ガス化剤導入口
　９０１　　開口
　９０２　　第二ガス化剤通路

Claims (5)

  1. 　バイオマスを炭化した上で水性ガスを生成するバイオマスガス化装置であって、該装置は、
    　筒状の本体と、
    　前記本体に収容され、蓄熱性を有する第一円筒体と、
    　前記第一円筒体の下部に設けられる略円盤状の第一切り出し部材と、
    　前記本体、前記第一円筒体及び前記第一切り出し部材を軸方向に貫通するようにして設けられる第一シリンダーと、
    　前記第一シリンダーの内部に同軸に設けられ、第一軸部と前記第一軸部の周りに螺旋状に延びる第一羽根部とを有する第一スクリューコンベアと、
    　前記第一スクリューコンベアの下部に設けられ、蓄熱性を有する第二円筒体と、
    　前記第二円筒体の下部に設けられる略円盤状の第二切り出し部材と、
    　前記第一シリンダーの側面において前記第一シリンダーと連通する第二シリンダーと、
    　前記第二シリンダーの内部に同軸に設けられ、第二軸部と前記第二軸部の周りに螺旋状に延びる第二羽根部とを有する第二スクリューコンベアとを備え、
    　前記第一スクリューコンベアは、前記第一軸部に設けられる第一ガス化剤導入口と、前記第一軸部に設けられる第一ガス化剤供給口と、前記第一ガス化剤導入口と前記第一ガス化剤供給口とを連通させる第一ガス化剤通路とを有し、
    　前記第二スクリューコンベアは、前記第二軸部に設けられる第二ガス化剤導入口と、前記第二軸部に設けられる第二ガス化剤供給口と、前記第二ガス化剤導入口と前記第二ガス化剤供給口とを連通させる第二ガス化剤通路とを有し、
    　前記第二円筒体は、内部が前記第一ガス化剤通路と連通し、側面に第三ガス化剤供給口を有することを特徴とするバイオマスガス化装置。
  2. 　前記第一ガス化剤供給口が、上下に対向して隣接する二つの前記第一羽根部のうち、上側の前記第一羽根部に近接して設けられている請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
  3. 　前記第一ガス化剤供給口が、前記第一羽根部の下面にさらに設けられる請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
  4. 　前記第二羽根部がリボン型である請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
  5. 　前記第一羽根部が、前記第一軸部の軸方向における複数の箇所に分散して設けられている請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
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