ガス化装置、ガス化方法およびエタノール製造設備
【課題】被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、生成したガスを洗浄する洗浄装置を備えたガス化装置において、洗浄装置による洗浄工程で、該装置外部から空気が漏れ込むことを防止し、酸素漏れ込みのないガスを得ることができるガス化装置を提供すること。前記ガスからエタノールを製造するエタノール製造設備を提供すること。
【解決手段】被ガス化原料５を供給するための開口部３を備え、該開口部３からガス化剤Ａが入り、被ガス化原料５をガス化してガスＧを生成するガス化炉２と、ガス化炉２の下流位置に設けられ、前記ガスＧを洗浄する洗浄装置１２と、前記開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路内を吸引し、前記ガスＧを他の装置に送る誘引送風手段１３と、ガス化炉の開口部３を大気と区画する区画室１５と、区画室１５内に大気圧以上でガス化剤Ａを送り込むガス化剤供給手段１６と、を備えたガス化装置１。
【解決手段】被ガス化原料５を供給するための開口部３を備え、該開口部３からガス化剤Ａが入り、被ガス化原料５をガス化してガスＧを生成するガス化炉２と、ガス化炉２の下流位置に設けられ、前記ガスＧを洗浄する洗浄装置１２と、前記開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路内を吸引し、前記ガスＧを他の装置に送る誘引送風手段１３と、ガス化炉の開口部３を大気と区画する区画室１５と、区画室１５内に大気圧以上でガス化剤Ａを送り込むガス化剤供給手段１６と、を備えたガス化装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス等の被ガス化原料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等のガスにガス化するガス化装置およびガス化方法に関するものである。また、バイオマス等の被ガス化原料をガス化したガスからエタノールを製造するエタノール製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
畜産由来の廃棄物、エネルギー作物などのバイオマスや、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物、一般廃棄物、産業廃棄物等の被ガス化原料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、および水蒸気等のガスにガス化し、エネルギーとして利用することは、風力発電、太陽光発電などと並び、リサイクルエネルギー資源の一つとして今後の普及が期待されている。また、被ガス化原料をガス化して得られた前記ガスを原料として、エタノールやメタノール等のバイオ液体燃料を製造することも検討されている。
【０００３】
ここで、被ガス化原料をガス化するガス化装置のガス化炉としては、固定床式、流動床式、噴流床式、ロータリーキルン式などがあるが、我々は、比較的小規模で被ガス化原料をガス化することができる固定床式ダウンドラフト炉を用いたガス化装置に着目した。
【０００４】
前記固定床式ダウンドラフト炉としては、ガス化炉の上部に開口を有し、その開口部からバイオマス等の被ガス化原料を供給する、いわゆるオープントップ型ダウンドラフト炉が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
図５は、オープントップ型ダウンドラフト炉を用い、被ガス化原料をガス化するガス化装置５１の例である。
被ガス化原料５５が原料ホッパー５７に受け入れられ、ガス化炉５２の上部の開口部５３からガス化炉５２内に投入される。前記ガス化炉５２内には被ガス化原料５５が積層され、該被ガス化原料５５が所定の高さまで充填される。
【０００６】
そして、ガス化炉５２内にガス化剤Ａとしての空気が導入され、前記被ガス化原料５５が不完全燃焼することによりガス化される。前記ガス化炉５２内への空気の導入は、該ガス化炉５２の下流側に設けられた、後述する誘引送風機６３により、ガス化炉５２の上部の前記開口部５３から外部の空気（外気）を取り込むことによって行う。
【０００７】
被ガス化原料５５のガス化はガス化炉５２の下方に向かって進む。ガス化炉５２の下部には、反応後のバイオマス等の残渣Ｕを炉外へ排出するためのスクリューコンベア等の残渣排出装置５６および残渣排出口５８と、前記ガスを取り出すためのガス排出口５９が設けられている。
【０００８】
ガス化炉５２の下流側には、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等を用いたガスの洗浄装置６２が設けられている。更にその下流側に誘引送風機６３が設けられ、生成したガスＧはガス化炉５２から排出され、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等を用いたガスＧの洗浄装置６２へと送られる。前記誘引送風機６３は、前記ガス化炉５２の開口部５３から該ガス化炉５２内、およびその下流に続く洗浄装置６２までの流路内を吸引し、ガス化炉５２の開口部５３から空気を取り込むとともに、洗浄装置６２において洗浄されたガスＧを、他の装置６４に送るように構成されている。
【０００９】
また、前記ガス化炉５２は、前記開口部５３よりも下流側に、該ガス化炉５２外の大気と連通するガス化剤取入口５４を備えており、被ガス化原料５５のガス化反応効率を高めるためのガス化剤Ａとして、ガス化炉５２外の空気を取り込むように構成されている。
【００１０】
前記ガス化剤取入口５４は、前記ガス化炉５２での被ガス化原料５５のガス化が効率よく行われるように、該ガス化炉５２の大きさや内部形状とのバランスを取った位置に設けられ、前記開口部５３から取り入れられるガス化剤Ａ（空気）の量と、該ガス化剤取入口５４から取り入れられるガス化剤Ａ（空気）の量が、前記被ガス化原料５５のガス化に適した配分となるように設定されている。尚、このガス化剤Ａとしての空気も、前述の誘引送風機６３による吸引により取り込まれる構成である。
【００１１】
したがって、ガス化装置５１内の圧力は、図６に示すような圧力勾配を形成する。図６は、縦軸に圧力、横軸にガス化装置５１およびその下流側に続く他の装置６４の流路をとり、前記ガス化装置５１およびその下流側に続く他の装置６４内の圧力の変化を表した図である。すなわち、大気圧である外部と連通したガス化炉５２の上部の開口部５３から、該ガス化炉５２内部を通り、その下部に設けられたガス排出口５８を経て、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等の洗浄装置６２を通って誘引送風機６３に至るまで、連続的な負圧を形成し、該誘引送風機６３の下流側へ続く他の装置６４には正圧でガスＧを送風する。
【００１２】
このようなガス化装置５１では、前記誘引送風機６３より上流側の流路内を負圧下で運転するので、当該ガス化装置５１内に外部から空気が漏れ込むことが考えられる。
ガス化炉５２内へ空気が漏れ込んだ場合には、その空気はガス化反応に用いられて消費されるので、その影響はほとんどないが、ガス化炉５２のガス排出口５９から洗浄装置６２の出口までの流路において、ガス化装置５１外部から漏れ込んだ空気は、そのままガスＧ中に残ってしまう。このようなガス化装置５１によって生成されたガス中には１％前後の酸素が存在することが確認された。
【００１３】
ここで、バイオマス等の被ガス化原料から生成されたガスを利用するにあたって、その利用用途によってはガス中に含まれる酸素が問題になる場合がある。例えば、ガスを原料として、嫌気性微生物を利用し、メタノール、エタノール等の有用物質の生産を行う場合には、該ガス中に含まれる酸素が嫌気性微生物を死滅させたり、その生育を阻害したりするため、生産効率が落ちてしまうなどの問題が生じる。したがって、酸素含有量の少ないガスの供給が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的は、被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、該ガスを洗浄する洗浄装置を備えたガス化装置において、前記洗浄装置による洗浄工程で、該装置外部から空気が漏れ込むことを防止し、酸素漏れ込みのないガスを得ることができるガス化装置及びガス化方法を提供することにある。また、被ガス化原料をガス化して生成した前記ガスからエタノールを製造するエタノール製造設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るガス化装置は、被ガス化原料を供給するための開口部を備え、該開口部からガス化剤が入り、前記被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流位置に設けられ、前記ガスを洗浄する洗浄装置と、前記開口部から前記洗浄装置の出口までの流路内を吸引し、前記ガスを他の装置に送る誘引送風手段と、前記ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室と、前記区画室内に大気圧以上でガス化剤を送り込むガス化剤供給手段と、を備えたものである。
【００１６】
本態様によれば、ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室に大気圧以上でガス化剤を送り込むことができるので、前記誘引送風手段より上流側の流路、すなわち、被ガス化原料を供給する開口部から洗浄装置の出口までの圧力［図４−Ｉ］が、従来のようにガス化炉の開口部が大気圧であった場合［図４−III］よりも、正圧側にシフトした状態となり、負圧条件下となる流路を少なくすることができる。
【００１７】
正圧条件となる流路においては、ガス化装置外からの空気の漏れ込みは無い。誘引送風手段に近づくと負圧になる流路も存在するので、前記誘引送風手段のすぐ上流側に設けられた洗浄装置の一部の流路、または全ての流路が負圧となるが、前述のとおり正圧側にシフトしたことによって、より大気圧に近い負圧となるので、ガス化装置外からの空気の漏れ込みは少なくなる。
【００１８】
このことによって、洗浄装置による洗浄工程において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞を少なくすることができる。以って、酸素漏れ込みの少ないガスを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【００１９】
本発明の第２の態様に係るガス化装置は、第１の態様において、前記誘引送風手段は、該誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで微正圧とは、ほぼ大気圧に近い正圧を意味するものである。
本態様によれば、第１の態様と同様の作用効果に加え、前記誘引送風手段より上流側の流路はすべて正圧条件下におかれることとなるので（図４−II）、ガス化炉のガス排出口から洗浄装置の出口までの流路においても、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞がほとんどない。このことによって、酸素漏れ込みのほとんどないガスを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【００２１】
また、前記誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されているので、必要最低限の正圧条件によってガス化装置外からの空気の漏れ込みを防止することができる。
【００２２】
本発明の第３の態様に係るガス化装置は、第１の態様又は第２の態様において、前記ガス化炉は、前記開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
本態様によれば、第１の態様または第２の態様と同様の作用効果に加え、ガス化炉の開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えているので、該連通路を通して前記区画室から前記ガス化炉内にガス化剤を取り入れ、被ガス化原料のガス化反応効率を高めることができる。前記連通路は、前記区画室内と連通するので、該区画室内に送り込まれたガス化剤を連通路からガス化炉内に、前記誘引送風手段による誘引により取り込むことができ、ガス化炉の途中でガス化剤を導入する構成を簡単にすることができる。
【００２４】
本発明の第４の態様に係るガス化装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記区画室外から被ガス化原料を該区画室内に導入し、前記開口部へ供給する被ガス化原料供給手段を備え、前記被ガス化原料供給手段は、該被ガス化原料供給手段内の被ガス化原料のマテリアルシール機能によって、前記区画室外の大気と該区画室内とをシールするように構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本態様によれば、区画室外に貯留された被ガス化原料を、連続的にガス化炉に供給し、前記被ガス化原料のガス化を行うことが可能である。
【００２６】
本発明の第５の態様に係るガス化方法は、ガス化炉に設けられた開口部から、被ガス化原料を供給する原料供給工程と、前記開口部からガス化剤を取り入れ、前記ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、ガスを生成するガス化工程と、前記ガスを洗浄装置によって洗浄する洗浄工程と、を含み、前記開口部から前記洗浄装置の出口までの一連の流路内は、前記開口部の圧力ＰＨが最も高く、前記洗浄装置の出口の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとり、且つ、前記ＰＬは微正圧に設定して行われることを特徴とするものである。
【００２７】
本態様によれば、前記原料供給工程と、前記ガス化工程と、前記洗浄工程と、を含む一連の工程を微正圧以上の正圧下で行うので、前記洗浄工程における、ガス化装置外部のからの空気の漏れ込みの虞がほとんど無い。このことによって、酸素漏れ込みのないガスを得ることができる。
【００２８】
本発明の第６の態様に係るエタノール製造設備は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様のガス化装置と、前記ガス化装置で生成されたガスを原料としてエタノールを製造するエタノール製造装置と、を備え、前記エタノール製造装置は、嫌気性微生物を用いて前記ガスからエタノールを製造するものであることを特徴とするものである。
【００２９】
嫌気性微生物は、酸素を多く含む条件では死滅したり、生育が阻害されたり、目的とする生産物を生産しない場合がある。そのため、酸素含有量の多いガスを嫌気性微生物に供給する場合には、当該ガス中の酸素を除去する酸素除去工程が必要である。
【００３０】
本態様によれば、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様と同様の作用効果を奏し、酸素漏れ込みの少ない、或いは酸素漏れ込みのほとんどないガスを嫌気性微生物に供給することができるので、酸素除去工程を小規模なものにする、または酸素除去工程を省略することができ、設備コストを低減するとともに効率よくエタノールの製造を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ガス化炉のガス排出口から洗浄装置の出口までの流路において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞をほとんど無くすることができる。このことによって、ガスの洗浄工程における、ガス化装置外からの空気の漏れ込みが防止され、酸素漏れ込みのほとんどないガスを得ることができ、前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエタノール製造設備を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係るガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【図５】従来のガス化装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】従来のガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
本発明に係るガス化装置の一実施形態を図１および図４に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置１を示す概略構成図である。図４は、本発明に係るガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【００３４】
［実施例１］
ガス化装置１は、被ガス化原料５をガス化してガスＧを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２において生成したガスＧを洗浄する洗浄装置１２とを備え、該ガス化炉２と洗浄装置１２の下流側に、誘引送風ファン等の誘引送風手段１３が設けられている。
【００３５】
前記ガス化炉２は、被ガス化原料５を供給するための開口部３を備えている。該開口部３は、後述する被ガス化原料５のガス化行うガス化剤Ａの供給口としても用いられる。また、前記ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室１５が設けられ、該区画室１５内には、被ガス化原料５をガス化炉２の開口部３に投入する、原料供給手段７が備えられている。
【００３６】
前記ガス化剤Ａは、被ガス化原料５のガス化を促すものであり、空気、酸素、酸素富化空気等が用いられる。前記区画室１５内に大気圧以上で該ガス化剤Ａを送り込むため、押し込みファン等のガス化剤供給手段１６が備えられている。前記区画室１５内の圧力を圧力計１７で測定し、区画室１５に送り込むガス化剤Ａの圧力を調整するように構成されていることが望ましい。
【００３７】
ここで、前記ガス化剤供給手段１６は、前記区画室１５内に大気圧以上で前記ガス化剤Ａを送り込むもの、すなわち、ガス化装置１の最も上流側からガス化剤Ａを押し込むものである。また、前記誘引送風手段１３は前記洗浄装置１２の下流側に設けられ、ガス化装置１の最も下流側からガス化装置１内のガス（生成したガスやガス化剤）を誘引するものである。
【００３８】
したがって、ガス化装置１において、ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨが最も高く、該ガス化装置１の下流側にいくに従って圧力は低くなり、前記洗浄装置１２の出口（前記誘引送風手段１３の直前）の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとる［図４−ＩまたはII］。
尚、図４は、説明を分かりやすくするために略一定の割合で圧力が減少している図となっているが、実際は、ガス化炉２の形状や被ガス化原料５の形状に由来する圧力損失や、ガス化反応によるガス生成量の増加等の要因によって圧力勾配は一定ではないが、全体としてはガス化装置１の下流側に進むに従って圧力が低くなっていく。
【００３９】
前記ガス化炉２の開口部３は、前述の通り、ガス化剤Ａの供給口としても用いられる。前記区画室１５に送り込まれたガス化剤Ａが、前記開口部３からガス化炉２内に供給され、前記被ガス化原料５が不完全燃焼されてガス化が行われる。前記ガス化剤Ａは、前記ガス化装置１内の圧力勾配によって、前記開口部から吸い込まれて供給され、ガス化装置１の下流側へ導かれる。
【００４０】
前記ガス化炉２の下部には、反応後の残渣（灰、チャー、不燃物、未反応物、炭等）をガス化炉２外へ排出するためのスクリューコンベアなどの残渣排出装置６と残渣排出口８と、ガス化炉２において生成したガスＧを取り出すためのガス排出口９が設けられている。
【００４１】
更に、前記ガス化炉２は、前記開口部３よりも下流側に、被ガス化原料５のガス化反応効率を高めるためのガス化剤Ａを入れるガス化剤取入口を備えている。
該ガス化剤取入口は、前記ガス化炉２内と前記区画室１５内とを連通する連通路４として設けることが望ましい。このことによって、該区画室１５内のガス化剤Ａを、前記ガス化装置１内の圧力勾配によって、前記連通路４から取り入れることができ、ガス化炉２の途中でガス化剤Ａを導入する構成を簡単にすることができる。
【００４２】
また、図５のような従来のガス化装置５１において、ガス化剤取入口５４は、ガス化炉５２の形状等とのバランスを取った位置に、該ガス化炉５２の開口部５３から取り入れられるガス化剤Ａの量との配分を考慮した量の、ガス化剤Ａを供給できるように設定されている。本実施例のように、前記ガス化剤取入口を、ガス化炉２内と区画室１５内とを連通する連通路４として設ける構成とすることによって、従来のガス化剤取入口５４の前記設定を変更する必要がない。
尚、前記ガス化剤取入口から前記ガス化剤Ａを供給するためのガス化剤供給手段を別途設置すれば、該ガス化剤取入口を前記区画室１５外に設けることも可能である。
【００４３】
前記ガス化炉２の下流側には、前記ガスＧを洗浄する洗浄装置１２が設けられている。ガスＧの洗浄装置１２としては、除塵を目的とするサイクロン１０や、タール等を除く湿式洗浄装置１１等が挙げられる。
【００４４】
ガス化炉２において生成したガスＧは、前述のガス化剤Ａの場合と同様、前記ガス化炉２内の圧力勾配によって下流側に送られ、ガス化炉２のガス排出口９から排出されて洗浄装置１２へと送られる。
【００４５】
前記誘引送風手段１３は、前記ガス化炉２の開口部３から該ガス化炉２内、およびその下流に続く洗浄装置１２の出口までの流路内を吸引し、ガス化炉２の開口部３からガス化剤Ａを取り込むとともに、洗浄装置１２において洗浄されたガスＧを他の装置１４に送るように構成されている。
更に、前記誘引送風手段１３の上流側の直近における圧力を圧力計１８で測定し、該誘引送風手段１３の誘引力および送風力を調整するように構成されていることが望ましい。
【００４６】
次に、本実施形態に係るガス化装置１を用いたガス化方法について説明する。
まず、前記ガス化炉２に設けられた開口部３から、被ガス化原料５を供給する原料供給工程を行う。前記区画室１５内に設けられた原料ホッパーに貯留された被ガス化原料５は、前記開口部３からガス化炉２内に投入され、ガス化炉２内に被ガス化原料５を積層して、所定の高さまで充填される。尚、本実施例では、ベルトコンベア等の搬送手段を備えた原料ホッパー等の原料投入手段７によって、被ガス化原料５を開口部３へ供給するように構成されているが、ガス化炉２に所定量の被ガス化原料５を投入した後、区画室１５によって前記開口部３を大気と区画し、バッチ単位でガス化を行うことも可能である。
【００４７】
次に、前記ガス化炉２において被ガス化原料５を不完全燃焼状態でガス化し、ガスＧを生成するガス化工程を行う。
被ガス化原料５としては、バイオマスや、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物、一般廃棄物、産業廃棄物、畜産由来廃棄物等が挙げられる。前記バイオマスの種類としては、製材所の残材、間伐材（杉、檜、松、ブナ、ゴム等）、街路樹剪定材、建築廃材、廃電柱、バーク、ダム流木、籾殻、稲わら、麦わら、竹、笹、パーム椰子空果房、パーム椰子の幹、バガス等サトウキビ由来の廃材等の草本系バイオマス、杉木材、松木材、ラワン木材、イチジク木材等の木質系バイオマス、牛糞、鶏糞等の畜産由来のバイオマス、食品残渣、黒液、海草等が挙げられる。
【００４８】
前記被ガス化原料５をガス化炉２に充填後、前記ガス化剤供給手段１６によって、前記区画室１５内に大気圧以上でガス化剤Ａが送り込まれる。また、同時に、該ガス化炉２および洗浄装置１２の下流側に設けられた前記誘引送風手段１３によって、ガス化装置１内のガス（生成したガスやガス化剤）が誘引される。
【００４９】
したがって、前記区画室１５内が、前記ガス化剤Ａによる正圧状態となり、ガス化装置１内は、ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨが最も高く、該ガス化装置１の下流側にいくに従って圧力は低くなり、前記洗浄装置１２の出口（前記誘引送風手段１３の直前）の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとる［図４−ＩまたはII］。特に、図４−IIのように前記ＰＬが微正圧に設定されることが望ましく、このことによって、ガス化炉２の開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路をすべて正圧下におくことができる。
【００５０】
前記圧力勾配によって、前記開口部３から該ガス化剤Ａが該ガス化炉２内に吸い込まれて供給され、被ガス化原料５のガス化が行われる。また、生成したガスＧの流れも、前述の圧力勾配によってガス化装置１の下流側へ導かれる。
【００５１】
前記区画室１５内に送り込むガス化剤Ａの圧力は、圧力計１７によって測定し、用いる被ガス化原料のガス化に適した圧力勾配となるように、前記誘引送風手段１３の誘引力とのバランスを考慮して調整することが望ましい。
尚、ガス化炉内のガス化温度は、被ガス化原料５の種類やガス化炉２の大きさ、および前記圧力勾配の条件等によって変わってくるが、通常、９００℃〜１１００℃の範囲である。
【００５２】
また、前記ガス化炉２の開口部３よりも下流側に、前記ガス化炉２内と前記区画室１５内を連通する連通路４は、被ガス化原料５のガス化反応効率を高めるガス化剤取入口として機能する。前記連通路４の区画室側の開口部における圧力は、前記ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨと同じである。したがって、前記連通路４の区画室側の開口部と、該連通路４の前記ガス化炉２側の開口部との間にも圧力差が生じ、この圧力差によってガス化炉２内にガス化剤Ａが入るようになっている。
【００５３】
被ガス化原料５のガス化はガス化炉２の下方に向かって進む。生成したガスＧは、ガス排出口９から排出され、次に説明する洗浄工程を行う洗浄装置１２に送られる。ガス化反応後の残渣Ｕ（灰、チャー、不燃物、未反応物、炭等）は、スクリューコンベア等の残渣排出装置６によって残渣排出口８からガス化炉外へ排出される。
【００５４】
本実施の形態に係るガス化装置１では、洗浄工程として、チャーや灰等のガスＧ中に含まれる固体物を取り除くサイクロン１０と、タール等を除く湿式洗浄装置１１を用いた洗浄装置１２による洗浄が行われる。前記洗浄装置１２によって洗浄されたガスＧは、該洗浄装置１２の下流側に備えられた誘引送風手段１３によって誘引され、同時に他の装置１４に正圧で送風される。
【００５５】
このように本実施形態に係るガス化装置１を用いて被ガス化原料のガス化を行うことによって、次に示す作用効果が得られる。
すなわち、ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室１５に大気圧以上でガス化剤Ａを送り込むことができるので、前記誘引送風手段１３より上流側の流路（被ガス化原料５を供給する開口部３から洗浄装置１２の出口まで）の圧力［図４−Ｉ］が、従来のようにガス化炉２の開口部３が大気圧であった場合［図４−III］よりも、正圧側にシフトした状態となり、負圧条件下となる流路を少なくすることができる。
【００５６】
正圧条件となる流路においては、ガス化装置１外からの空気の漏れ込みは無い。誘引送風手段１３に近づくと負圧になる流路も存在するので、前記誘引送風手段１３のすぐ上流側に設けられた洗浄装置１２の一部の流路、または洗浄装置１２の全ての流路が負圧となる場合があるが、前述のとおり正圧側にシフトしたことによって、より大気圧に近い負圧となるので、ガス化装置１外からの空気の漏れ込みは少なくなる。
【００５７】
このことによって、洗浄装置１２による洗浄工程において、ガス化装置１外から空気が漏れ込む虞を少なくすることができる。以って、酸素漏れ込みの少ないガスＧを前記誘引送風手段１３の下流側に続く他の装置１４に送り出すことができる。
【００５８】
特に、図４−IIのように洗浄装置１２の出口の圧力ＰＬが微正圧に設定すると、図４−IIに示すように、ガス化炉２の開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路をすべて正圧条件下におくことができ、原料供給工程、ガス化工程、洗浄工程の一連の工程すべてを正圧条件で行うことができる。このことによって、前記洗浄工程において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞がほとんどない。したがって、酸素漏れ込みのほとんどないガスＧを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
また、前記洗浄装置１２の出口、すなわち誘引送風手段の上流側の直近における圧力ＰＬが、圧力計１８によって微正圧となるように設定されているので、必要最低限の正圧条件によってガス化装置１外からの空気の漏れ込みを防止することができる。
【００５９】
前記誘引送風手段１３の下流側に続く他の装置１４が、嫌気的（還元的）条件下で運転される装置である場合、前記ガスＧ中に酸素が多く含まれていると、該他の装置１４の上流側に当該ガスＧ中の酸素を除去する装置を設ける必要があるが、本ガス化装置１を用いれば、その酸素除去装置を小規模なものにしたり、省略したりすることができる。
【００６０】
［実施例２］
次に、本発明に係るガス化装置の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係るガス化装置２１を示す概略構成図である。
実施例２のガス化装置２１は、実施例１のガス化装置１における区画室１５の構成が異なるだけでその他の構成は共通であるので、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
本実施例に係るガス化装置２１は、ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室２５を備えている。更に、前記ガス化装置２１は、前記区画室２５外から被ガス化原料５を該区画室２５内に導入し、前記開口部３へ供給する第一被ガス化原料供給手段２４を備え、前記第一被ガス化原料供給手段２４は、該第一被ガス化原料供給手段２４内の被ガス化原料５のマテリアルシール機能によって、前記区画室２５外の大気と該区画室２５内とをシールするように構成されている。
【００６２】
前記第一被ガス化原料供給手段２４は、例えば、被ガス化原料５を貯留する原料ホッパー２２と、該原料ホッパー２２の下部から被ガス化原料５を送り出すスクリューコンベア２３とから構成されている。原料ホッパー２２に被ガス化原料５が投入され、スクリューコンベア２３を稼働させると、該スクリューコンベア２３の内部は、圧密された被ガス化原料５によってシールされた状態、すなわちマテリアルシールが形成された状態となる。
【００６３】
このことによって、前記区画室２５外に貯留された被ガス化原料５を、連続的にガス化炉２に供給し、被ガス化原料５のガス化を行うことが可能となる。
【００６４】
本実施例では、区画室２５内に第二被ガス化原料供給手段としての原料ホッパー７を設け、該原料ホッパー７が第一被ガス化原料供給手段２４のスクリューコンベア２３から被ガス化原料５を受け入れ、ガス化炉２の開口部３に供給する構成であるが、前記第一被ガス化原料供給手段２４のスクリューコンベア２３から、直接ガス化炉２の開口部３に被ガス化原料５を供給する構成とすることも可能である。
【００６５】
また、区画室２５外から被ガス化原料を導入する被ガス化原料供給手段を備えたガス化炉２１において、前記区画室２５外の大気と該区画室内とをシールする構成は、被ガス化原料供給手段２４内の被ガス化原料５のマテリアルシール機能を利用したものに限られない。例えば、スクリューコンベア２３の出口と区画室２５の間に中間室を設け、該中間室内の圧力を切り換えることによって行う例が挙げられる。
【００６６】
［実施例３］
次に、本発明に係るエタノール製造設備の一実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るエタノール製造設備３１を示す概略構成図である。
実施例３のエタノール製造設備３１は、被ガス化原料からガスＧを生成するガス化装置として実施例２のガス化装置２１を備えている。ガス化装置２１の構成は実施例２と同じであるので同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
前記ガス化装置２１の誘引送風手段１３の下流側には、嫌気性微生物を用いて前記ガスＧからエタノールを製造するエタノール製造装置３３を備えている。前記ガス化装置２１において生成したガスＧは、誘引送風手段１３の送風力によって、前記ガス化装置２１内から当該エタノール製造装置３３へ送られる。
【００６８】
尚、前記ガス化装置２１の誘引送風手段１３と前記エタノール製造装置３３との間に、他の装置を介する構成とすることもできる。本実施例では、前記ガス化装置２１の洗浄装置１２で洗浄されたガスＧを精製する、精製装置３２が備えられている。前記精製装置３２は、例えば、微粒子、タール等の除去を目的としたフィルターなどであり、本実施例では２つのフィルターを切り替えて用いるように構成されている。
【００６９】
ここで、前記嫌気性微生物は、酸素を多く含む条件下では死滅したり、生育が阻害されたり、目的とする生産物を生産しない場合がある。そのため、酸素含有量の多いガスＧを嫌気性微生物に供給する場合には、当該ガスＧ中の酸素を除去する工程が必要である。
【００７０】
本実施例によれば、ガス化装置２１によって酸素漏れ込みのほとんどないガスＧが得られるので、酸素を除去する工程を省略することができる。または、酸素を除去する工程を小規模なものにすることができる。したがって、設備コストを低減することができるとともに、嫌気性微生物を用いた前記ガスＧからのエタノール製造を効率よく行うことができる。
尚、本実施例に用いるガス化装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明に係るいずれかの態様のガス化装置を用いることができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、被ガス化原料を一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等のガスにガス化するガス化装置、ガス化方法、および前記ガスからエタノールを製造するエタノール製造設備に利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ガス化装置、 ２ ガス化炉、 ３ 開口部、
４ 連通路（ガス化剤取入口）、 ５ 被ガス化原料、
９ ガス排出口、 １２ 洗浄装置、 １３ 誘引送風手段、
１５ 区画室、 １６ ガス化剤供給手段、
２１ ガス化装置、 ２２ 原料ホッパー、２３ スクリューコンベア、
２４ 第一被ガス化原料供給手段、 ２５ 区画室、
３１ エタノール製造設備、 ３３ エタノール製造装置、
５１ ガス化装置、 ５２ ガス化炉、 ５３ 開口部、
５４ ガス化剤取入口、 ５５ 被ガス化原料、 ５９ ガス排出口、
６２ 洗浄装置、 ６３ 誘引送風機、
Ａ ガス化剤、 Ｇ ガス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７３】
【特許文献１】特開２００３−２５３２７１号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス等の被ガス化原料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等のガスにガス化するガス化装置およびガス化方法に関するものである。また、バイオマス等の被ガス化原料をガス化したガスからエタノールを製造するエタノール製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
畜産由来の廃棄物、エネルギー作物などのバイオマスや、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物、一般廃棄物、産業廃棄物等の被ガス化原料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、および水蒸気等のガスにガス化し、エネルギーとして利用することは、風力発電、太陽光発電などと並び、リサイクルエネルギー資源の一つとして今後の普及が期待されている。また、被ガス化原料をガス化して得られた前記ガスを原料として、エタノールやメタノール等のバイオ液体燃料を製造することも検討されている。
【０００３】
ここで、被ガス化原料をガス化するガス化装置のガス化炉としては、固定床式、流動床式、噴流床式、ロータリーキルン式などがあるが、我々は、比較的小規模で被ガス化原料をガス化することができる固定床式ダウンドラフト炉を用いたガス化装置に着目した。
【０００４】
前記固定床式ダウンドラフト炉としては、ガス化炉の上部に開口を有し、その開口部からバイオマス等の被ガス化原料を供給する、いわゆるオープントップ型ダウンドラフト炉が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
図５は、オープントップ型ダウンドラフト炉を用い、被ガス化原料をガス化するガス化装置５１の例である。
被ガス化原料５５が原料ホッパー５７に受け入れられ、ガス化炉５２の上部の開口部５３からガス化炉５２内に投入される。前記ガス化炉５２内には被ガス化原料５５が積層され、該被ガス化原料５５が所定の高さまで充填される。
【０００６】
そして、ガス化炉５２内にガス化剤Ａとしての空気が導入され、前記被ガス化原料５５が不完全燃焼することによりガス化される。前記ガス化炉５２内への空気の導入は、該ガス化炉５２の下流側に設けられた、後述する誘引送風機６３により、ガス化炉５２の上部の前記開口部５３から外部の空気（外気）を取り込むことによって行う。
【０００７】
被ガス化原料５５のガス化はガス化炉５２の下方に向かって進む。ガス化炉５２の下部には、反応後のバイオマス等の残渣Ｕを炉外へ排出するためのスクリューコンベア等の残渣排出装置５６および残渣排出口５８と、前記ガスを取り出すためのガス排出口５９が設けられている。
【０００８】
ガス化炉５２の下流側には、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等を用いたガスの洗浄装置６２が設けられている。更にその下流側に誘引送風機６３が設けられ、生成したガスＧはガス化炉５２から排出され、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等を用いたガスＧの洗浄装置６２へと送られる。前記誘引送風機６３は、前記ガス化炉５２の開口部５３から該ガス化炉５２内、およびその下流に続く洗浄装置６２までの流路内を吸引し、ガス化炉５２の開口部５３から空気を取り込むとともに、洗浄装置６２において洗浄されたガスＧを、他の装置６４に送るように構成されている。
【０００９】
また、前記ガス化炉５２は、前記開口部５３よりも下流側に、該ガス化炉５２外の大気と連通するガス化剤取入口５４を備えており、被ガス化原料５５のガス化反応効率を高めるためのガス化剤Ａとして、ガス化炉５２外の空気を取り込むように構成されている。
【００１０】
前記ガス化剤取入口５４は、前記ガス化炉５２での被ガス化原料５５のガス化が効率よく行われるように、該ガス化炉５２の大きさや内部形状とのバランスを取った位置に設けられ、前記開口部５３から取り入れられるガス化剤Ａ（空気）の量と、該ガス化剤取入口５４から取り入れられるガス化剤Ａ（空気）の量が、前記被ガス化原料５５のガス化に適した配分となるように設定されている。尚、このガス化剤Ａとしての空気も、前述の誘引送風機６３による吸引により取り込まれる構成である。
【００１１】
したがって、ガス化装置５１内の圧力は、図６に示すような圧力勾配を形成する。図６は、縦軸に圧力、横軸にガス化装置５１およびその下流側に続く他の装置６４の流路をとり、前記ガス化装置５１およびその下流側に続く他の装置６４内の圧力の変化を表した図である。すなわち、大気圧である外部と連通したガス化炉５２の上部の開口部５３から、該ガス化炉５２内部を通り、その下部に設けられたガス排出口５８を経て、サイクロン６０、湿式洗浄装置６１等の洗浄装置６２を通って誘引送風機６３に至るまで、連続的な負圧を形成し、該誘引送風機６３の下流側へ続く他の装置６４には正圧でガスＧを送風する。
【００１２】
このようなガス化装置５１では、前記誘引送風機６３より上流側の流路内を負圧下で運転するので、当該ガス化装置５１内に外部から空気が漏れ込むことが考えられる。
ガス化炉５２内へ空気が漏れ込んだ場合には、その空気はガス化反応に用いられて消費されるので、その影響はほとんどないが、ガス化炉５２のガス排出口５９から洗浄装置６２の出口までの流路において、ガス化装置５１外部から漏れ込んだ空気は、そのままガスＧ中に残ってしまう。このようなガス化装置５１によって生成されたガス中には１％前後の酸素が存在することが確認された。
【００１３】
ここで、バイオマス等の被ガス化原料から生成されたガスを利用するにあたって、その利用用途によってはガス中に含まれる酸素が問題になる場合がある。例えば、ガスを原料として、嫌気性微生物を利用し、メタノール、エタノール等の有用物質の生産を行う場合には、該ガス中に含まれる酸素が嫌気性微生物を死滅させたり、その生育を阻害したりするため、生産効率が落ちてしまうなどの問題が生じる。したがって、酸素含有量の少ないガスの供給が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的は、被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、該ガスを洗浄する洗浄装置を備えたガス化装置において、前記洗浄装置による洗浄工程で、該装置外部から空気が漏れ込むことを防止し、酸素漏れ込みのないガスを得ることができるガス化装置及びガス化方法を提供することにある。また、被ガス化原料をガス化して生成した前記ガスからエタノールを製造するエタノール製造設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るガス化装置は、被ガス化原料を供給するための開口部を備え、該開口部からガス化剤が入り、前記被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流位置に設けられ、前記ガスを洗浄する洗浄装置と、前記開口部から前記洗浄装置の出口までの流路内を吸引し、前記ガスを他の装置に送る誘引送風手段と、前記ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室と、前記区画室内に大気圧以上でガス化剤を送り込むガス化剤供給手段と、を備えたものである。
【００１６】
本態様によれば、ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室に大気圧以上でガス化剤を送り込むことができるので、前記誘引送風手段より上流側の流路、すなわち、被ガス化原料を供給する開口部から洗浄装置の出口までの圧力［図４−Ｉ］が、従来のようにガス化炉の開口部が大気圧であった場合［図４−III］よりも、正圧側にシフトした状態となり、負圧条件下となる流路を少なくすることができる。
【００１７】
正圧条件となる流路においては、ガス化装置外からの空気の漏れ込みは無い。誘引送風手段に近づくと負圧になる流路も存在するので、前記誘引送風手段のすぐ上流側に設けられた洗浄装置の一部の流路、または全ての流路が負圧となるが、前述のとおり正圧側にシフトしたことによって、より大気圧に近い負圧となるので、ガス化装置外からの空気の漏れ込みは少なくなる。
【００１８】
このことによって、洗浄装置による洗浄工程において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞を少なくすることができる。以って、酸素漏れ込みの少ないガスを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【００１９】
本発明の第２の態様に係るガス化装置は、第１の態様において、前記誘引送風手段は、該誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで微正圧とは、ほぼ大気圧に近い正圧を意味するものである。
本態様によれば、第１の態様と同様の作用効果に加え、前記誘引送風手段より上流側の流路はすべて正圧条件下におかれることとなるので（図４−II）、ガス化炉のガス排出口から洗浄装置の出口までの流路においても、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞がほとんどない。このことによって、酸素漏れ込みのほとんどないガスを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【００２１】
また、前記誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されているので、必要最低限の正圧条件によってガス化装置外からの空気の漏れ込みを防止することができる。
【００２２】
本発明の第３の態様に係るガス化装置は、第１の態様又は第２の態様において、前記ガス化炉は、前記開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
本態様によれば、第１の態様または第２の態様と同様の作用効果に加え、ガス化炉の開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えているので、該連通路を通して前記区画室から前記ガス化炉内にガス化剤を取り入れ、被ガス化原料のガス化反応効率を高めることができる。前記連通路は、前記区画室内と連通するので、該区画室内に送り込まれたガス化剤を連通路からガス化炉内に、前記誘引送風手段による誘引により取り込むことができ、ガス化炉の途中でガス化剤を導入する構成を簡単にすることができる。
【００２４】
本発明の第４の態様に係るガス化装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記区画室外から被ガス化原料を該区画室内に導入し、前記開口部へ供給する被ガス化原料供給手段を備え、前記被ガス化原料供給手段は、該被ガス化原料供給手段内の被ガス化原料のマテリアルシール機能によって、前記区画室外の大気と該区画室内とをシールするように構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本態様によれば、区画室外に貯留された被ガス化原料を、連続的にガス化炉に供給し、前記被ガス化原料のガス化を行うことが可能である。
【００２６】
本発明の第５の態様に係るガス化方法は、ガス化炉に設けられた開口部から、被ガス化原料を供給する原料供給工程と、前記開口部からガス化剤を取り入れ、前記ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、ガスを生成するガス化工程と、前記ガスを洗浄装置によって洗浄する洗浄工程と、を含み、前記開口部から前記洗浄装置の出口までの一連の流路内は、前記開口部の圧力ＰＨが最も高く、前記洗浄装置の出口の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとり、且つ、前記ＰＬは微正圧に設定して行われることを特徴とするものである。
【００２７】
本態様によれば、前記原料供給工程と、前記ガス化工程と、前記洗浄工程と、を含む一連の工程を微正圧以上の正圧下で行うので、前記洗浄工程における、ガス化装置外部のからの空気の漏れ込みの虞がほとんど無い。このことによって、酸素漏れ込みのないガスを得ることができる。
【００２８】
本発明の第６の態様に係るエタノール製造設備は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様のガス化装置と、前記ガス化装置で生成されたガスを原料としてエタノールを製造するエタノール製造装置と、を備え、前記エタノール製造装置は、嫌気性微生物を用いて前記ガスからエタノールを製造するものであることを特徴とするものである。
【００２９】
嫌気性微生物は、酸素を多く含む条件では死滅したり、生育が阻害されたり、目的とする生産物を生産しない場合がある。そのため、酸素含有量の多いガスを嫌気性微生物に供給する場合には、当該ガス中の酸素を除去する酸素除去工程が必要である。
【００３０】
本態様によれば、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様と同様の作用効果を奏し、酸素漏れ込みの少ない、或いは酸素漏れ込みのほとんどないガスを嫌気性微生物に供給することができるので、酸素除去工程を小規模なものにする、または酸素除去工程を省略することができ、設備コストを低減するとともに効率よくエタノールの製造を行うことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ガス化炉のガス排出口から洗浄装置の出口までの流路において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞をほとんど無くすることができる。このことによって、ガスの洗浄工程における、ガス化装置外からの空気の漏れ込みが防止され、酸素漏れ込みのほとんどないガスを得ることができ、前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るガス化装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエタノール製造設備を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係るガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【図５】従来のガス化装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】従来のガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
本発明に係るガス化装置の一実施形態を図１および図４に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置１を示す概略構成図である。図４は、本発明に係るガス化装置およびその下流側に続く他の装置内の圧力の変化を示す図である。
【００３４】
［実施例１］
ガス化装置１は、被ガス化原料５をガス化してガスＧを生成するガス化炉２と、該ガス化炉２において生成したガスＧを洗浄する洗浄装置１２とを備え、該ガス化炉２と洗浄装置１２の下流側に、誘引送風ファン等の誘引送風手段１３が設けられている。
【００３５】
前記ガス化炉２は、被ガス化原料５を供給するための開口部３を備えている。該開口部３は、後述する被ガス化原料５のガス化行うガス化剤Ａの供給口としても用いられる。また、前記ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室１５が設けられ、該区画室１５内には、被ガス化原料５をガス化炉２の開口部３に投入する、原料供給手段７が備えられている。
【００３６】
前記ガス化剤Ａは、被ガス化原料５のガス化を促すものであり、空気、酸素、酸素富化空気等が用いられる。前記区画室１５内に大気圧以上で該ガス化剤Ａを送り込むため、押し込みファン等のガス化剤供給手段１６が備えられている。前記区画室１５内の圧力を圧力計１７で測定し、区画室１５に送り込むガス化剤Ａの圧力を調整するように構成されていることが望ましい。
【００３７】
ここで、前記ガス化剤供給手段１６は、前記区画室１５内に大気圧以上で前記ガス化剤Ａを送り込むもの、すなわち、ガス化装置１の最も上流側からガス化剤Ａを押し込むものである。また、前記誘引送風手段１３は前記洗浄装置１２の下流側に設けられ、ガス化装置１の最も下流側からガス化装置１内のガス（生成したガスやガス化剤）を誘引するものである。
【００３８】
したがって、ガス化装置１において、ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨが最も高く、該ガス化装置１の下流側にいくに従って圧力は低くなり、前記洗浄装置１２の出口（前記誘引送風手段１３の直前）の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとる［図４−ＩまたはII］。
尚、図４は、説明を分かりやすくするために略一定の割合で圧力が減少している図となっているが、実際は、ガス化炉２の形状や被ガス化原料５の形状に由来する圧力損失や、ガス化反応によるガス生成量の増加等の要因によって圧力勾配は一定ではないが、全体としてはガス化装置１の下流側に進むに従って圧力が低くなっていく。
【００３９】
前記ガス化炉２の開口部３は、前述の通り、ガス化剤Ａの供給口としても用いられる。前記区画室１５に送り込まれたガス化剤Ａが、前記開口部３からガス化炉２内に供給され、前記被ガス化原料５が不完全燃焼されてガス化が行われる。前記ガス化剤Ａは、前記ガス化装置１内の圧力勾配によって、前記開口部から吸い込まれて供給され、ガス化装置１の下流側へ導かれる。
【００４０】
前記ガス化炉２の下部には、反応後の残渣（灰、チャー、不燃物、未反応物、炭等）をガス化炉２外へ排出するためのスクリューコンベアなどの残渣排出装置６と残渣排出口８と、ガス化炉２において生成したガスＧを取り出すためのガス排出口９が設けられている。
【００４１】
更に、前記ガス化炉２は、前記開口部３よりも下流側に、被ガス化原料５のガス化反応効率を高めるためのガス化剤Ａを入れるガス化剤取入口を備えている。
該ガス化剤取入口は、前記ガス化炉２内と前記区画室１５内とを連通する連通路４として設けることが望ましい。このことによって、該区画室１５内のガス化剤Ａを、前記ガス化装置１内の圧力勾配によって、前記連通路４から取り入れることができ、ガス化炉２の途中でガス化剤Ａを導入する構成を簡単にすることができる。
【００４２】
また、図５のような従来のガス化装置５１において、ガス化剤取入口５４は、ガス化炉５２の形状等とのバランスを取った位置に、該ガス化炉５２の開口部５３から取り入れられるガス化剤Ａの量との配分を考慮した量の、ガス化剤Ａを供給できるように設定されている。本実施例のように、前記ガス化剤取入口を、ガス化炉２内と区画室１５内とを連通する連通路４として設ける構成とすることによって、従来のガス化剤取入口５４の前記設定を変更する必要がない。
尚、前記ガス化剤取入口から前記ガス化剤Ａを供給するためのガス化剤供給手段を別途設置すれば、該ガス化剤取入口を前記区画室１５外に設けることも可能である。
【００４３】
前記ガス化炉２の下流側には、前記ガスＧを洗浄する洗浄装置１２が設けられている。ガスＧの洗浄装置１２としては、除塵を目的とするサイクロン１０や、タール等を除く湿式洗浄装置１１等が挙げられる。
【００４４】
ガス化炉２において生成したガスＧは、前述のガス化剤Ａの場合と同様、前記ガス化炉２内の圧力勾配によって下流側に送られ、ガス化炉２のガス排出口９から排出されて洗浄装置１２へと送られる。
【００４５】
前記誘引送風手段１３は、前記ガス化炉２の開口部３から該ガス化炉２内、およびその下流に続く洗浄装置１２の出口までの流路内を吸引し、ガス化炉２の開口部３からガス化剤Ａを取り込むとともに、洗浄装置１２において洗浄されたガスＧを他の装置１４に送るように構成されている。
更に、前記誘引送風手段１３の上流側の直近における圧力を圧力計１８で測定し、該誘引送風手段１３の誘引力および送風力を調整するように構成されていることが望ましい。
【００４６】
次に、本実施形態に係るガス化装置１を用いたガス化方法について説明する。
まず、前記ガス化炉２に設けられた開口部３から、被ガス化原料５を供給する原料供給工程を行う。前記区画室１５内に設けられた原料ホッパーに貯留された被ガス化原料５は、前記開口部３からガス化炉２内に投入され、ガス化炉２内に被ガス化原料５を積層して、所定の高さまで充填される。尚、本実施例では、ベルトコンベア等の搬送手段を備えた原料ホッパー等の原料投入手段７によって、被ガス化原料５を開口部３へ供給するように構成されているが、ガス化炉２に所定量の被ガス化原料５を投入した後、区画室１５によって前記開口部３を大気と区画し、バッチ単位でガス化を行うことも可能である。
【００４７】
次に、前記ガス化炉２において被ガス化原料５を不完全燃焼状態でガス化し、ガスＧを生成するガス化工程を行う。
被ガス化原料５としては、バイオマスや、プラスチック、ゴムなどの有機廃棄物、一般廃棄物、産業廃棄物、畜産由来廃棄物等が挙げられる。前記バイオマスの種類としては、製材所の残材、間伐材（杉、檜、松、ブナ、ゴム等）、街路樹剪定材、建築廃材、廃電柱、バーク、ダム流木、籾殻、稲わら、麦わら、竹、笹、パーム椰子空果房、パーム椰子の幹、バガス等サトウキビ由来の廃材等の草本系バイオマス、杉木材、松木材、ラワン木材、イチジク木材等の木質系バイオマス、牛糞、鶏糞等の畜産由来のバイオマス、食品残渣、黒液、海草等が挙げられる。
【００４８】
前記被ガス化原料５をガス化炉２に充填後、前記ガス化剤供給手段１６によって、前記区画室１５内に大気圧以上でガス化剤Ａが送り込まれる。また、同時に、該ガス化炉２および洗浄装置１２の下流側に設けられた前記誘引送風手段１３によって、ガス化装置１内のガス（生成したガスやガス化剤）が誘引される。
【００４９】
したがって、前記区画室１５内が、前記ガス化剤Ａによる正圧状態となり、ガス化装置１内は、ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨが最も高く、該ガス化装置１の下流側にいくに従って圧力は低くなり、前記洗浄装置１２の出口（前記誘引送風手段１３の直前）の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとる［図４−ＩまたはII］。特に、図４−IIのように前記ＰＬが微正圧に設定されることが望ましく、このことによって、ガス化炉２の開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路をすべて正圧下におくことができる。
【００５０】
前記圧力勾配によって、前記開口部３から該ガス化剤Ａが該ガス化炉２内に吸い込まれて供給され、被ガス化原料５のガス化が行われる。また、生成したガスＧの流れも、前述の圧力勾配によってガス化装置１の下流側へ導かれる。
【００５１】
前記区画室１５内に送り込むガス化剤Ａの圧力は、圧力計１７によって測定し、用いる被ガス化原料のガス化に適した圧力勾配となるように、前記誘引送風手段１３の誘引力とのバランスを考慮して調整することが望ましい。
尚、ガス化炉内のガス化温度は、被ガス化原料５の種類やガス化炉２の大きさ、および前記圧力勾配の条件等によって変わってくるが、通常、９００℃〜１１００℃の範囲である。
【００５２】
また、前記ガス化炉２の開口部３よりも下流側に、前記ガス化炉２内と前記区画室１５内を連通する連通路４は、被ガス化原料５のガス化反応効率を高めるガス化剤取入口として機能する。前記連通路４の区画室側の開口部における圧力は、前記ガス化炉２の開口部３の圧力ＰＨと同じである。したがって、前記連通路４の区画室側の開口部と、該連通路４の前記ガス化炉２側の開口部との間にも圧力差が生じ、この圧力差によってガス化炉２内にガス化剤Ａが入るようになっている。
【００５３】
被ガス化原料５のガス化はガス化炉２の下方に向かって進む。生成したガスＧは、ガス排出口９から排出され、次に説明する洗浄工程を行う洗浄装置１２に送られる。ガス化反応後の残渣Ｕ（灰、チャー、不燃物、未反応物、炭等）は、スクリューコンベア等の残渣排出装置６によって残渣排出口８からガス化炉外へ排出される。
【００５４】
本実施の形態に係るガス化装置１では、洗浄工程として、チャーや灰等のガスＧ中に含まれる固体物を取り除くサイクロン１０と、タール等を除く湿式洗浄装置１１を用いた洗浄装置１２による洗浄が行われる。前記洗浄装置１２によって洗浄されたガスＧは、該洗浄装置１２の下流側に備えられた誘引送風手段１３によって誘引され、同時に他の装置１４に正圧で送風される。
【００５５】
このように本実施形態に係るガス化装置１を用いて被ガス化原料のガス化を行うことによって、次に示す作用効果が得られる。
すなわち、ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室１５に大気圧以上でガス化剤Ａを送り込むことができるので、前記誘引送風手段１３より上流側の流路（被ガス化原料５を供給する開口部３から洗浄装置１２の出口まで）の圧力［図４−Ｉ］が、従来のようにガス化炉２の開口部３が大気圧であった場合［図４−III］よりも、正圧側にシフトした状態となり、負圧条件下となる流路を少なくすることができる。
【００５６】
正圧条件となる流路においては、ガス化装置１外からの空気の漏れ込みは無い。誘引送風手段１３に近づくと負圧になる流路も存在するので、前記誘引送風手段１３のすぐ上流側に設けられた洗浄装置１２の一部の流路、または洗浄装置１２の全ての流路が負圧となる場合があるが、前述のとおり正圧側にシフトしたことによって、より大気圧に近い負圧となるので、ガス化装置１外からの空気の漏れ込みは少なくなる。
【００５７】
このことによって、洗浄装置１２による洗浄工程において、ガス化装置１外から空気が漏れ込む虞を少なくすることができる。以って、酸素漏れ込みの少ないガスＧを前記誘引送風手段１３の下流側に続く他の装置１４に送り出すことができる。
【００５８】
特に、図４−IIのように洗浄装置１２の出口の圧力ＰＬが微正圧に設定すると、図４−IIに示すように、ガス化炉２の開口部３から前記洗浄装置１２の出口までの流路をすべて正圧条件下におくことができ、原料供給工程、ガス化工程、洗浄工程の一連の工程すべてを正圧条件で行うことができる。このことによって、前記洗浄工程において、ガス化装置外から空気が漏れ込む虞がほとんどない。したがって、酸素漏れ込みのほとんどないガスＧを前記誘引送風手段の下流側に続く他の装置に送り出すことができる。
また、前記洗浄装置１２の出口、すなわち誘引送風手段の上流側の直近における圧力ＰＬが、圧力計１８によって微正圧となるように設定されているので、必要最低限の正圧条件によってガス化装置１外からの空気の漏れ込みを防止することができる。
【００５９】
前記誘引送風手段１３の下流側に続く他の装置１４が、嫌気的（還元的）条件下で運転される装置である場合、前記ガスＧ中に酸素が多く含まれていると、該他の装置１４の上流側に当該ガスＧ中の酸素を除去する装置を設ける必要があるが、本ガス化装置１を用いれば、その酸素除去装置を小規模なものにしたり、省略したりすることができる。
【００６０】
［実施例２］
次に、本発明に係るガス化装置の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係るガス化装置２１を示す概略構成図である。
実施例２のガス化装置２１は、実施例１のガス化装置１における区画室１５の構成が異なるだけでその他の構成は共通であるので、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６１】
本実施例に係るガス化装置２１は、ガス化炉２の開口部３を大気と区画する区画室２５を備えている。更に、前記ガス化装置２１は、前記区画室２５外から被ガス化原料５を該区画室２５内に導入し、前記開口部３へ供給する第一被ガス化原料供給手段２４を備え、前記第一被ガス化原料供給手段２４は、該第一被ガス化原料供給手段２４内の被ガス化原料５のマテリアルシール機能によって、前記区画室２５外の大気と該区画室２５内とをシールするように構成されている。
【００６２】
前記第一被ガス化原料供給手段２４は、例えば、被ガス化原料５を貯留する原料ホッパー２２と、該原料ホッパー２２の下部から被ガス化原料５を送り出すスクリューコンベア２３とから構成されている。原料ホッパー２２に被ガス化原料５が投入され、スクリューコンベア２３を稼働させると、該スクリューコンベア２３の内部は、圧密された被ガス化原料５によってシールされた状態、すなわちマテリアルシールが形成された状態となる。
【００６３】
このことによって、前記区画室２５外に貯留された被ガス化原料５を、連続的にガス化炉２に供給し、被ガス化原料５のガス化を行うことが可能となる。
【００６４】
本実施例では、区画室２５内に第二被ガス化原料供給手段としての原料ホッパー７を設け、該原料ホッパー７が第一被ガス化原料供給手段２４のスクリューコンベア２３から被ガス化原料５を受け入れ、ガス化炉２の開口部３に供給する構成であるが、前記第一被ガス化原料供給手段２４のスクリューコンベア２３から、直接ガス化炉２の開口部３に被ガス化原料５を供給する構成とすることも可能である。
【００６５】
また、区画室２５外から被ガス化原料を導入する被ガス化原料供給手段を備えたガス化炉２１において、前記区画室２５外の大気と該区画室内とをシールする構成は、被ガス化原料供給手段２４内の被ガス化原料５のマテリアルシール機能を利用したものに限られない。例えば、スクリューコンベア２３の出口と区画室２５の間に中間室を設け、該中間室内の圧力を切り換えることによって行う例が挙げられる。
【００６６】
［実施例３］
次に、本発明に係るエタノール製造設備の一実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るエタノール製造設備３１を示す概略構成図である。
実施例３のエタノール製造設備３１は、被ガス化原料からガスＧを生成するガス化装置として実施例２のガス化装置２１を備えている。ガス化装置２１の構成は実施例２と同じであるので同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
前記ガス化装置２１の誘引送風手段１３の下流側には、嫌気性微生物を用いて前記ガスＧからエタノールを製造するエタノール製造装置３３を備えている。前記ガス化装置２１において生成したガスＧは、誘引送風手段１３の送風力によって、前記ガス化装置２１内から当該エタノール製造装置３３へ送られる。
【００６８】
尚、前記ガス化装置２１の誘引送風手段１３と前記エタノール製造装置３３との間に、他の装置を介する構成とすることもできる。本実施例では、前記ガス化装置２１の洗浄装置１２で洗浄されたガスＧを精製する、精製装置３２が備えられている。前記精製装置３２は、例えば、微粒子、タール等の除去を目的としたフィルターなどであり、本実施例では２つのフィルターを切り替えて用いるように構成されている。
【００６９】
ここで、前記嫌気性微生物は、酸素を多く含む条件下では死滅したり、生育が阻害されたり、目的とする生産物を生産しない場合がある。そのため、酸素含有量の多いガスＧを嫌気性微生物に供給する場合には、当該ガスＧ中の酸素を除去する工程が必要である。
【００７０】
本実施例によれば、ガス化装置２１によって酸素漏れ込みのほとんどないガスＧが得られるので、酸素を除去する工程を省略することができる。または、酸素を除去する工程を小規模なものにすることができる。したがって、設備コストを低減することができるとともに、嫌気性微生物を用いた前記ガスＧからのエタノール製造を効率よく行うことができる。
尚、本実施例に用いるガス化装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明に係るいずれかの態様のガス化装置を用いることができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、被ガス化原料を一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気等のガスにガス化するガス化装置、ガス化方法、および前記ガスからエタノールを製造するエタノール製造設備に利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ガス化装置、 ２ ガス化炉、 ３ 開口部、
４ 連通路（ガス化剤取入口）、 ５ 被ガス化原料、
９ ガス排出口、 １２ 洗浄装置、 １３ 誘引送風手段、
１５ 区画室、 １６ ガス化剤供給手段、
２１ ガス化装置、 ２２ 原料ホッパー、２３ スクリューコンベア、
２４ 第一被ガス化原料供給手段、 ２５ 区画室、
３１ エタノール製造設備、 ３３ エタノール製造装置、
５１ ガス化装置、 ５２ ガス化炉、 ５３ 開口部、
５４ ガス化剤取入口、 ５５ 被ガス化原料、 ５９ ガス排出口、
６２ 洗浄装置、 ６３ 誘引送風機、
Ａ ガス化剤、 Ｇ ガス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７３】
【特許文献１】特開２００３−２５３２７１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ガス化原料を供給するための開口部を備え、該開口部からガス化剤が入り、前記被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉の下流位置に設けられ、前記ガスを洗浄する洗浄装置と、
前記開口部から前記洗浄装置の出口までの流路内を吸引し、前記ガスを他の装置に送る誘引送風手段と、
前記ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室と、
前記区画室内に大気圧以上でガス化剤を送り込むガス化剤供給手段と、を備えたガス化装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたガス化装置において、前記誘引送風手段は、該誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されることを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたガス化装置において、前記ガス化炉は、前記開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えていることを特徴とするガス化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたガス化装置において、前記区画室外から被ガス化原料を該区画室内に導入し、前記開口部へ供給する被ガス化原料供給手段を備え、
前記被ガス化原料供給手段は、該被ガス化原料供給手段内の被ガス化原料のマテリアルシール機能によって、前記区画室外の大気と該区画室内とをシールするように構成されていることを特徴とするガス化装置。
【請求項５】
ガス化炉に設けられた開口部から、被ガス化原料を供給する原料供給工程と、
前記開口部からガス化剤を取り入れ、前記ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、ガスを生成するガス化工程と、
前記ガスを洗浄装置によって洗浄する洗浄工程と、を含み、
前記開口部から前記洗浄装置の出口までの一連の流路内は、前記開口部の圧力ＰＨが最も高く、前記洗浄装置の出口の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとり、且つ、前記ＰＬは微正圧に設定して行われることを特徴とするガス化方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたガス化装置と、
前記ガス化装置で生成されたガスを原料としてエタノールを製造するエタノール製造装置と、を備え、
前記エタノール製造装置は、嫌気性微生物を用いて前記ガスからエタノールを製造するものであることを特徴とするエタノール製造設備。
【請求項１】
被ガス化原料を供給するための開口部を備え、該開口部からガス化剤が入り、前記被ガス化原料をガス化してガスを生成するガス化炉と、
前記ガス化炉の下流位置に設けられ、前記ガスを洗浄する洗浄装置と、
前記開口部から前記洗浄装置の出口までの流路内を吸引し、前記ガスを他の装置に送る誘引送風手段と、
前記ガス化炉の開口部を大気と区画する区画室と、
前記区画室内に大気圧以上でガス化剤を送り込むガス化剤供給手段と、を備えたガス化装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたガス化装置において、前記誘引送風手段は、該誘引送風手段の上流側の直近において微正圧となるように設定されることを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたガス化装置において、前記ガス化炉は、前記開口部よりも下流側の位置に、該ガス化炉内と、前記区画室内を連通する連通路を備えていることを特徴とするガス化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたガス化装置において、前記区画室外から被ガス化原料を該区画室内に導入し、前記開口部へ供給する被ガス化原料供給手段を備え、
前記被ガス化原料供給手段は、該被ガス化原料供給手段内の被ガス化原料のマテリアルシール機能によって、前記区画室外の大気と該区画室内とをシールするように構成されていることを特徴とするガス化装置。
【請求項５】
ガス化炉に設けられた開口部から、被ガス化原料を供給する原料供給工程と、
前記開口部からガス化剤を取り入れ、前記ガス化炉において被ガス化原料をガス化し、ガスを生成するガス化工程と、
前記ガスを洗浄装置によって洗浄する洗浄工程と、を含み、
前記開口部から前記洗浄装置の出口までの一連の流路内は、前記開口部の圧力ＰＨが最も高く、前記洗浄装置の出口の圧力ＰＬが最も低くなる圧力勾配をとり、且つ、前記ＰＬは微正圧に設定して行われることを特徴とするガス化方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたガス化装置と、
前記ガス化装置で生成されたガスを原料としてエタノールを製造するエタノール製造装置と、を備え、
前記エタノール製造装置は、嫌気性微生物を用いて前記ガスからエタノールを製造するものであることを特徴とするエタノール製造設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２３５８９８（Ｐ２０１０−２３５８９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８２３７（Ｐ２００９−８８２３７）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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