ガス化装置
【課題】ガス化反応炉内での灰の融着を防止しつつ、タールを低減した生成ガスを生成することを可能にしたガス化装置を提供する。
【解決手段】ガス化反応炉１と、ガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給するガス化剤供給手段３と、バイオマス供給口１５からバイオマス４を供給するバイオマス供給手段５と、バイオマス４とともにバイオマス供給口１５から水蒸気６を供給する水蒸気供給手段７とを備える。また、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する制御手段８を備える。
【解決手段】ガス化反応炉１と、ガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給するガス化剤供給手段３と、バイオマス供給口１５からバイオマス４を供給するバイオマス供給手段５と、バイオマス４とともにバイオマス供給口１５から水蒸気６を供給する水蒸気供給手段７とを備える。また、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する制御手段８を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスをガス化するためのガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば草木や紙ごみなどの再生可能なバイオマスをガス化し、生成ガス成分の一酸化炭素と水素を合成して液体燃料を製造し、これを石油の代替エネルギーとして用いることが、循環型エネルギーサイクルを確立、有機物系廃棄物の資源化・発生量減少を実現するために、提案、実用化されている。
【０００３】
また、バイオマスから液体燃料のメタノールを製造する際には、乾燥して粉砕したバイオマスの粉粒体をガス化装置でガス化し、生成ガス（バイオマスガス）を生成する。そして、触媒により、１５０〜３００℃程度の高温且つ１００気圧程度の高圧下で生成ガス中の一酸化炭素と水素の合成反応を生じさせ、メタノールガスを生成し、このメタノールガスを冷却して液体燃料のメタノールを製造する。
【０００４】
一方、バイオマスをガス化するガス化装置は、例えば、略円筒状に形成されたガス化反応炉と、水蒸気と酸素を含むガス化剤をガス化剤供給口からガス化反応炉の内部に供給するガス化剤供給手段と、バイオマスの粉粒体をバイオマス供給口からガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給手段とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。また、水蒸気供給手段を備え、バイオマスとともにバイオマス供給口からガス化反応炉の内部に水蒸気を供給するように構成したものもある。
【０００５】
さらに、ガス化反応炉は、軸線方向一端側を高温燃焼部、他端側をガス化反応部とし、ガス化剤供給口とバイオマス供給口を高温燃焼部に配設し、ガス化反応炉内で生成された生成ガスを排出する生成ガス排出口をガス化反応部に配設して形成されている。また、ガス化反応炉は、バイオマスをガス化する際に、高温燃焼部を９００〜１４００℃、ガス化反応部を９００〜１２００℃の温度で維持できるように構成されている。このとき、ガス化反応部の温度は、生成ガス排出口付近が９００℃程度となるように維持される。
【０００６】
このように構成したガス化装置では、ガス化反応炉の一端側のガス化剤供給口から供給したガス化剤がガス化反応炉の他端側のガス排出口に向けて流通する。そして、バイオマス供給口から投入したバイオマスの粉粒体が、高温燃焼部で燃焼し、ガス化反応部に搬送されるとともにガス化反応によってガス化する。バイオマスがガス化反応炉の内部でガス化することにより、一酸化炭素と水素を含む生成ガスが生成され、この生成ガスが生成ガス排出口から順次排出される。そして、ガス化装置で生成した生成ガスに対し、熱交換器、湿式洗浄装置（スクラバー）による冷却、水分除去や、触媒による一酸化炭素と水素の合成などの処理を施し、液体燃料が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、バイオマスをガス化装置でガス化する際にタールが発生し、このタールを含んだ生成ガスが生成される。しかしながら、タールは液体燃料合成触媒被毒物質であり、触媒によって一酸化炭素と水素の合成反応を好適に生じさせて液体燃料を製造するためには、生成ガス中のタールを極力少なくすることが求められる。このため、従来、活性炭などの吸着剤を用い、ガス化装置で生成した生成ガスからタールを除去するようにしており、このタール除去に多大な時間、コストを要するという問題があった。
【０００９】
さらに、生成ガス中にタールが存在すると、ガス化反応炉から排出した後、生成ガスが冷却されるとともにタールが析出する。そして、生成ガスを冷却する熱交換器など、各機器内にタールが析出、付着することで、各機器の性能低下が生じる。このため、生成ガス中にタールが存在することによって、高頻度で機器のメンテナンスを行なうことが必要になり、この結果として、装置の運転を停止する頻度が増し、すなわち長時間運転の妨げとなって、生成ガス、液体燃料の製造効率の低下、製造コストの増大を招くという問題があった。
【００１０】
ここで、ガス化反応炉の温度をより高温にし、生成ガスが排出される生成ガス排出口までの間でタールを熱分解させることで、タールが少ない生成ガスを生成することも考えられる。しかしながら、従来のガス化装置では、ガス化反応炉の生成ガス排出口の温度ひいてはガス化反応部の温度を高温化すると、高温燃焼部も同時に高温化することになる。そして、生成ガス排出口付近を高温化するために高温燃焼部が高温化すると、高温燃焼部の温度がバイオマスの灰の融点以上の温度になってしまい、ガス化反応炉の壁面に灰が融着するという不都合が生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、ガス化反応炉内での灰の融着を防止しつつ、タールを低減した生成ガスを生成することを可能にしたガス化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１３】
本発明のガス化装置は、バイオマスをガス化して生成ガスを生成するためのガス化装置であって、ガス化剤供給口とバイオマス供給口と生成ガス排出口を備えて形成されたガス化反応炉と、前記ガス化剤供給口から前記ガス化反応炉の内部に、酸素と水蒸気を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に前記バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記バイオマスとともに前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備え、前記ガス化反応炉が、前記ガス化剤供給口から前記生成ガス排出口に向かう前記ガス化剤の流通方向の前記ガス化剤供給口と前記生成ガス排出口の間に前記バイオマス供給口を配設して形成されるとともに、前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度が１０００℃以上となるように、且つ前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度が前記バイオマスの灰の融点以下となるように、前記ガス化反応炉の内部温度を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、バイオマス供給手段によってバイオマスをガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給口（バイオマスの供給位置）よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００１５】
また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度がバイオマスの灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止でき、ガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００１６】
また、本発明のガス化装置においては、前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記ガス化剤供給手段を制御し、前記ガス化剤供給口から供給する水蒸気の量を制御するように構成されていることが望ましい。
【００１７】
この発明においては、ガス化反応領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりもガス化剤供給口側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、ガス化剤供給手段によってガス化剤供給口から供給する水蒸気量を制御する。
【００１８】
そして、このように供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、確実に、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００１９】
また、供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度をバイオマスの灰の融点以下となるように制御することができ、確実に、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止できるとともにガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００２０】
また、本発明のガス化装置においては、前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記水蒸気供給手段を制御し、前記バイオマス供給口から前記バイオマスとともに供給する水蒸気の量を制御するように構成されていてもよい。
【００２１】
この発明においては、ガス化反応領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりもガス化剤供給口側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、水蒸気供給手段によってバイオマス供給口から供給する水蒸気量を制御する。
【００２２】
そして、このように水蒸気供給手段によって供給する水蒸気量を調整することによっても、バイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度をバイオマスの灰の融点以下となるように制御することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のガス化装置においては、バイオマス供給手段によってバイオマスをガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度がバイオマスの灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止でき、ガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００２４】
そして、このように、ガス化装置によってタールが少ない生成ガスを生成することができることで、生成ガス中からタールを吸着剤で除去する処理が不要になり、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。また、生成ガスをガス冷却過程で冷却する際に、従来のようにタールが各機器で析出して付着することがなく、メンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガスを生成することが可能になる。よって、効率的に生成ガスひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００２５】
また、ガス化反応炉の内部で灰が融着することを防止できるため、この点からもメンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガスを生成することができ、より効率的に生成ガスひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るであるガス化装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るガス化装置について説明する。ここで、本実施形態は、バイオマスをガス化し、一酸化炭素と水素を含む生成ガスを生成するためのガス化装置に関するものである。
【００２８】
本実施形態のガス化装置Ａは、図１に示すように、略円筒状に形成されたガス化反応炉１と、ガス化反応炉１の内部に、水蒸気と酸素（又は空気）を含むガス化剤２を供給するガス化剤供給手段３と、ガス化反応炉１の内部にバイオマス（バイオマスの粉粒体）４を供給するバイオマス供給手段５と、ガス化反応炉１の内部に水蒸気６を供給する水蒸気供給手段７と、ガス化反応炉１の内部温度を制御するための制御手段８とを備えて構成されている。
【００２９】
本実施形態のガス化反応炉１は、軸線Ｏ１方向を上下方向に向けて配設されている。また、このガス化反応炉１は、軸線Ｏ１方向略中央に下方に向かうに従い漸次縮径する第１テーパー部１ａが設けられ、本実施形態では、この第１テーパー部１ａよりも上方部分がガス化反応部１０、第１テーパー部１ａを含めた下方部分が高温燃焼部１１とされている。また、ガス化反応炉１の下端側、すなわち高温燃焼部１１の下端側に、軸線Ｏ１方向下方に向かうに従い漸次縮径する第２テーパー部１ｂが設けられている。そして、ガス化反応炉１内で発生した煤などの残渣やバイオマスの粗粒体を受ける受けホッパ１２が、この第２テーパー部１ｂに接続して配設されている。
【００３０】
さらに、ガス化反応炉１には、上端側（軸線Ｏ１方向他端側）に、すなわちガス化反応部１０の上部に、生成ガス排出口１３が設けられ、この生成ガス排出口１３に熱交換器などの機器に繋がる排出管が接続されている。また、下端側（軸線Ｏ１方向一端側）の高温燃焼部１１の第２テーパー部１ｂに、ガス化剤供給手段３が接続されてガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給するためのガス化剤供給口１４が設けられている。さらに、高温燃焼部１１に、且つガス化剤供給口１４よりも上方に、バイオマス供給手段５及び水蒸気供給手段７が接続されてガス化反応炉１の内部にバイオマス４、水蒸気６を供給するためのバイオマス供給口１５が設けられている。
【００３１】
すなわち、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応炉１の下端側に設けられたガス化剤供給口１４から内部にガス化剤２が供給され、供給したガス化剤２がガス化反応炉１の内部を上端側の生成ガス排出口１３に向けて流通する。そして、ガス化反応炉１は、ガス化剤の流通方向Ｔのガス化剤供給口１４と生成ガス排出口１３の間にバイオマス供給口１５を配設して形成されている。
【００３２】
次に、本実施形態のバイオマス供給手段５は、乾燥し、粉砕設備で粉砕したバイオマスの粉粒体４を貯留するバイオマス受入ホッパ１６と、バイオマス受入ホッパ１６にロータリーバルブなどを介して接続した供給管１７と、モータに接続して供給管１７の内部に配設されたスクリュ１８とを備えて構成されている。さらに、バイオマス供給手段５は、供給管１７がその一端をガス化反応炉１のバイオマス供給口１５に接続し、スクリュ１８がその先端をバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に配して設けられている。
【００３３】
そして、このバイオマス供給手段５は、モータを駆動してスクリュ１８を回転させるとともに、バイオマス受入ホッパ１６に貯留したバイオマスの粉粒体４を順次ガス化反応炉１に向けて搬送し、ガス化反応炉１のバイオマス供給口１５（投入部、バイオマスの供給位置）から内部に定常的に押し出して供給する。
【００３４】
次に、本実施形態の水蒸気供給手段７は、水蒸気生成装置２０で生成した水蒸気６の一部をバイオマス４とともにバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給するためのものである。そして、本実施形態において、この水蒸気供給手段７は、水蒸気生成装置２０と、バイオマス供給手段５の供給管１７を挿入して内包するように配設されるとともに、一端をガス化反応炉１のバイオマス供給口１５に接続して配設され、供給管１７との間に水蒸気供給路２１を形成する外管２２とを備えて構成されている。また、外管２２（水蒸気供給路２１）に水蒸気生成装置２０に繋がる配管が接続され、水蒸気生成装置２０から水蒸気供給路２１、バイオマス供給口１５を通じてガス化反応炉１の内部に水蒸気６を供給できるように構成されている。ここで、この水蒸気供給手段７から供給する水蒸気６は、バイオマス供給手段５によってガス化反応炉１のバイオマス供給口１５から供給するバイオマス４を吹き飛ばし、ガス化反応炉１の内部で分散させて投入する役割を果す。また、このバイオマス４とともに供給する水蒸気６は、高温燃焼部１１に接続したバイオマス供給手段５のスクリュ１８や供給管１７の先端部分などをある程度低温化する役割も果す。
【００３５】
次に、本実施形態のガス化剤供給手段３は、水蒸気生成装置２０で生成した水蒸気６と酸素（又は空気）２３を混合し、水蒸気６と酸素２３を含むガス化剤２をガス化剤供給口１４からガス化反応炉の内部に供給するとともに、ガス化剤供給口１４から生成ガス排出口１３に向けてガス化剤２を流通させる。
【００３６】
そして、上記のように構成したガス化装置Ａでは、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給して流通させるとともに、バイオマス供給手段５によってバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部にバイオマス４を供給する。また、バイオマス供給手段５から供給したバイオマス４は、水蒸気供給手段７によって水蒸気６とともに供給されることで、ガス化反応炉１の内部で好適に分散し、高温燃焼部１１で燃焼し、ガス化反応部１０に搬送されるとともにガス化反応によってガス化する。バイオマス４がガス化反応炉１の内部でガス化することにより、一酸化炭素と水素を含む生成ガス２５が生成され、生成ガス排出口１３から順次排出される。
【００３７】
より具体的に、バイオマス（ＣＨ２Ｏ）４は、ガス化反応炉１の高温燃焼部１１内で下記の化学式（１）、（２）に示すような反応を主に生じた後、ガス化反応部１０内に送給されて、下記の化学式（３）に示すような反応を主に生じて生成ガス（ＣＯ，Ｈ２）２５となる。
【００３８】
ＣＨ２Ｏ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ・・・（１）
ＣＨ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２・・・（２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２・・・（３）
【００３９】
そして、ガス化装置Ａで生成した生成ガス２５に対し、熱交換器、湿式洗浄装置（スクラバー）による冷却、水分等の除去、触媒による一酸化炭素と水素の合成などの処理を施し、液体燃料が製造される。
【００４０】
一方、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、図１に示すように、まず、ガス化反応炉１のバイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間（２６）の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段３０と、バイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間（２７）の温度を検出する燃焼領域温度検出手段３１とを備えている。
【００４１】
さらに、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１は、制御手段８に接続されている。そして、制御手段８は、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１でそれぞれ検出した両温度の検出結果に基づいて、ガス化剤の流通方向Ｔのバイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つガス化剤の流通方向Ｔのバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する。
【００４２】
このとき、本実施形態では、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１で検出した制御手段８が、ガス化剤供給手段３を制御し、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。あるいは、前記両温度に基づいて、制御手段８が、水蒸気供給手段７を制御し、バイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。あるいは、前記両温度に基づいて、制御手段８が、ガス化剤供給手段３と水蒸気供給手段７を制御し、ガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量、及びバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。
【００４３】
すなわち、本実施形態のガス化装置Ａでは、上記のように制御手段８でガス化反応炉１に供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する。
【００４４】
また、このとき、バイオマス４は、表１に示す通り、その種類によって灰の融点が異なるため、使用するバイオマス４の種類に応じて、バイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるようにガス化反応炉１の内部温度を制御することになる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
さらに、このとき、ガス化剤供給手段３と水蒸気供給手段７とによってガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の総供給量がＨ２Ｏ／Ｃ（投入バイオマス粉粒体中のＣ（炭素）量）＝１〜３の条件を満たすように、制御手段８によって水蒸気６の量を制御することが好ましい。すなわち、水蒸気６の供給量が少ないほど、生成ガス２５を製造する際のエネルギー効率は高くなるが、水素収率を増加させるためには、水蒸気６を一定量以上供給することが必要になる。一方、必要以上に水蒸気６を供給してしまうと、ガス化温度を維持するための部分燃焼量（酸素の投入量；Ｏ２／Ｃ）を増加させる必要が生じ、エネルギー効率の低下を招いてしまう。このため、水蒸気６の総供給量がＨ２Ｏ／Ｃ＝１〜３の条件を満たすように、制御手段８によって水蒸気６の量を制御することで、水素の収率、エネルギー効率ともに好適な状態で生成ガス２５を生成することができる。
【００４７】
そして、上記のように供給する水蒸気量を調整し、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように（最も低温化しやすい生成ガス排出口１３の周辺温度が１０００℃以上となるように）、ガス化反応炉１の内部温度を制御すると、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成される生成ガス２５中のタールが大幅に低減する。
【００４８】
ここで、表２は、水蒸気量を制御し、ガス化反応領域（バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６）の温度を９００℃から段階的に１２５０℃まで上げ、温度の違いによる生成ガス２５中のタール濃度を確認した結果を示している。この結果から、ガス化反応領域２６の温度が９００℃では、１０ｇ／Ｎｍ３ものタールが発生するが、１０００℃以上にすると、１／１０〜１／２０以下に生成ガス２５中のタールが著しく減少することが確認された。また、１１００℃以上にすると、より効果的にタールが減少することが確認された。
【００４９】
【表２】
【００５０】
これにより、例えばガス化反応炉１の生成ガス排出口１３から排出された生成ガス２５を冷却する熱交換器などの機器にタールが付着し、このタールを除去するためにガス化装置Ａの運転を停止する必要がなく、またはその頻度が低くなり、生成ガス２５ひいては液体燃料の製造効率が大幅に改善されることになる。また、液体燃料合成時に触媒被毒物質となるタールが低減することで、触媒被毒防止のため、タールの除去処理に必要であった吸着剤の消費量も大幅に低減する。よって、本実施形態のガス化装置Ａを用いて生成ガス２５を生成することにより、ガス化装置Ａのランニングコスト、ひいては生成ガス２５、液体燃料の製造コストの大幅な低減が図れることになる。
【００５１】
したがって、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、バイオマス供給手段５によってバイオマス４をガス化反応炉１の内部に供給するバイオマス供給口１５（バイオマス４の供給位置）よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成する生成ガス２５中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００５２】
また、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段５によってガス化反応炉１の内部に供給したバイオマス４が溶融することを防止でき、ガス化反応炉１の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００５３】
そして、このように、ガス化装置Ａによってタールが少ない生成ガス２５を生成できることで、生成ガス２５中からタールを吸着剤で除去する処理が不要になり、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。また、生成ガス２５をガス冷却過程で冷却する際に、従来のようにタールが各機器で析出して付着することがなく、メンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガス２５を生成することが可能になる。よって、効率的に生成ガス２５ひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００５４】
また、ガス化反応炉１の内部で灰が融着することを防止できるため、この点からもメンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガス２５を生成することができ、より効率的に生成ガス２５ひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応領域温度検出手段３０によってバイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段３１によってバイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４から供給する水蒸気量を制御する。
【００５６】
そして、このように供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、確実に、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成する生成ガス２５中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００５７】
また、供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度をバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することができ、確実に、ガス化反応炉１の内部に供給したバイオマス４が溶融することを防止できるとともにガス化反応炉１の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００５８】
また、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応領域温度検出手段３０によってバイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段３１によってバイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、水蒸気供給手段７によってバイオマス供給口１５から供給する水蒸気量を制御する。
【００５９】
そして、このように水蒸気供給手段７によって供給する水蒸気量を調整することによっても、バイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、また、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度をバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することが可能である。
【００６０】
以上、本発明に係るガス化装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６１】
例えば、図１に示すようにガス化反応炉１に設けられた監視窓３２から、作業者が直接、あるいは監視カメラ３３を用いて、ガス化反応炉１の内部の状態を監視し、バイオマス４の灰の溶融の有無など、ガス化反応炉１の内部の状態に応じて、ガス化反応炉１に供給する水蒸気量を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ ガス化反応炉
１ａ 第１テーパー部
１ｂ 第２テーパー部
２ ガス化剤
３ ガス化剤供給手段
４ バイオマス（粉粒体）
５ バイオマス供給手段
６ 水蒸気
７ 水蒸気供給手段
８ 制御手段
１０ ガス化反応部
１１ 高温燃焼部
１２ 受けホッパ
１３ 生成ガス排出口
１４ ガス化剤供給口
１５ バイオマス供給口
１６ バイオマス受入ホッパ
１７ 供給管
１８ スクリュ
２０ 水蒸気生成装置
２１ 水蒸気供給路
２２ 外管
２３ 酸素（又は空気）
２５ 生成ガス
３０ ガス化反応領域温度検出手段
３１ 燃焼領域温度検出手段
３２ 監視窓
３３ 監視カメラ
Ａ ガス化装置
Ｏ１ 軸線
Ｔ 流通方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスをガス化するためのガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば草木や紙ごみなどの再生可能なバイオマスをガス化し、生成ガス成分の一酸化炭素と水素を合成して液体燃料を製造し、これを石油の代替エネルギーとして用いることが、循環型エネルギーサイクルを確立、有機物系廃棄物の資源化・発生量減少を実現するために、提案、実用化されている。
【０００３】
また、バイオマスから液体燃料のメタノールを製造する際には、乾燥して粉砕したバイオマスの粉粒体をガス化装置でガス化し、生成ガス（バイオマスガス）を生成する。そして、触媒により、１５０〜３００℃程度の高温且つ１００気圧程度の高圧下で生成ガス中の一酸化炭素と水素の合成反応を生じさせ、メタノールガスを生成し、このメタノールガスを冷却して液体燃料のメタノールを製造する。
【０００４】
一方、バイオマスをガス化するガス化装置は、例えば、略円筒状に形成されたガス化反応炉と、水蒸気と酸素を含むガス化剤をガス化剤供給口からガス化反応炉の内部に供給するガス化剤供給手段と、バイオマスの粉粒体をバイオマス供給口からガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給手段とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。また、水蒸気供給手段を備え、バイオマスとともにバイオマス供給口からガス化反応炉の内部に水蒸気を供給するように構成したものもある。
【０００５】
さらに、ガス化反応炉は、軸線方向一端側を高温燃焼部、他端側をガス化反応部とし、ガス化剤供給口とバイオマス供給口を高温燃焼部に配設し、ガス化反応炉内で生成された生成ガスを排出する生成ガス排出口をガス化反応部に配設して形成されている。また、ガス化反応炉は、バイオマスをガス化する際に、高温燃焼部を９００〜１４００℃、ガス化反応部を９００〜１２００℃の温度で維持できるように構成されている。このとき、ガス化反応部の温度は、生成ガス排出口付近が９００℃程度となるように維持される。
【０００６】
このように構成したガス化装置では、ガス化反応炉の一端側のガス化剤供給口から供給したガス化剤がガス化反応炉の他端側のガス排出口に向けて流通する。そして、バイオマス供給口から投入したバイオマスの粉粒体が、高温燃焼部で燃焼し、ガス化反応部に搬送されるとともにガス化反応によってガス化する。バイオマスがガス化反応炉の内部でガス化することにより、一酸化炭素と水素を含む生成ガスが生成され、この生成ガスが生成ガス排出口から順次排出される。そして、ガス化装置で生成した生成ガスに対し、熱交換器、湿式洗浄装置（スクラバー）による冷却、水分除去や、触媒による一酸化炭素と水素の合成などの処理を施し、液体燃料が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、バイオマスをガス化装置でガス化する際にタールが発生し、このタールを含んだ生成ガスが生成される。しかしながら、タールは液体燃料合成触媒被毒物質であり、触媒によって一酸化炭素と水素の合成反応を好適に生じさせて液体燃料を製造するためには、生成ガス中のタールを極力少なくすることが求められる。このため、従来、活性炭などの吸着剤を用い、ガス化装置で生成した生成ガスからタールを除去するようにしており、このタール除去に多大な時間、コストを要するという問題があった。
【０００９】
さらに、生成ガス中にタールが存在すると、ガス化反応炉から排出した後、生成ガスが冷却されるとともにタールが析出する。そして、生成ガスを冷却する熱交換器など、各機器内にタールが析出、付着することで、各機器の性能低下が生じる。このため、生成ガス中にタールが存在することによって、高頻度で機器のメンテナンスを行なうことが必要になり、この結果として、装置の運転を停止する頻度が増し、すなわち長時間運転の妨げとなって、生成ガス、液体燃料の製造効率の低下、製造コストの増大を招くという問題があった。
【００１０】
ここで、ガス化反応炉の温度をより高温にし、生成ガスが排出される生成ガス排出口までの間でタールを熱分解させることで、タールが少ない生成ガスを生成することも考えられる。しかしながら、従来のガス化装置では、ガス化反応炉の生成ガス排出口の温度ひいてはガス化反応部の温度を高温化すると、高温燃焼部も同時に高温化することになる。そして、生成ガス排出口付近を高温化するために高温燃焼部が高温化すると、高温燃焼部の温度がバイオマスの灰の融点以上の温度になってしまい、ガス化反応炉の壁面に灰が融着するという不都合が生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、ガス化反応炉内での灰の融着を防止しつつ、タールを低減した生成ガスを生成することを可能にしたガス化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１３】
本発明のガス化装置は、バイオマスをガス化して生成ガスを生成するためのガス化装置であって、ガス化剤供給口とバイオマス供給口と生成ガス排出口を備えて形成されたガス化反応炉と、前記ガス化剤供給口から前記ガス化反応炉の内部に、酸素と水蒸気を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に前記バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記バイオマスとともに前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備え、前記ガス化反応炉が、前記ガス化剤供給口から前記生成ガス排出口に向かう前記ガス化剤の流通方向の前記ガス化剤供給口と前記生成ガス排出口の間に前記バイオマス供給口を配設して形成されるとともに、前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度が１０００℃以上となるように、且つ前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度が前記バイオマスの灰の融点以下となるように、前記ガス化反応炉の内部温度を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、バイオマス供給手段によってバイオマスをガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給口（バイオマスの供給位置）よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００１５】
また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度がバイオマスの灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止でき、ガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００１６】
また、本発明のガス化装置においては、前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記ガス化剤供給手段を制御し、前記ガス化剤供給口から供給する水蒸気の量を制御するように構成されていることが望ましい。
【００１７】
この発明においては、ガス化反応領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりもガス化剤供給口側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、ガス化剤供給手段によってガス化剤供給口から供給する水蒸気量を制御する。
【００１８】
そして、このように供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、確実に、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００１９】
また、供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度をバイオマスの灰の融点以下となるように制御することができ、確実に、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止できるとともにガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００２０】
また、本発明のガス化装置においては、前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記水蒸気供給手段を制御し、前記バイオマス供給口から前記バイオマスとともに供給する水蒸気の量を制御するように構成されていてもよい。
【００２１】
この発明においては、ガス化反応領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段によってバイオマス供給口よりもガス化剤供給口側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、水蒸気供給手段によってバイオマス供給口から供給する水蒸気量を制御する。
【００２２】
そして、このように水蒸気供給手段によって供給する水蒸気量を調整することによっても、バイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度をバイオマスの灰の融点以下となるように制御することが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のガス化装置においては、バイオマス供給手段によってバイオマスをガス化反応炉の内部に供給するバイオマス供給口よりも生成ガス排出口側のガス化反応炉の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置でバイオマスをガス化して生成する生成ガス中のタールを大幅に低減することが可能になる。また、バイオマス供給口よりもガス化剤供給口側のガス化反応炉の内部温度がバイオマスの灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段によってガス化反応炉の内部に供給したバイオマスが溶融することを防止でき、ガス化反応炉の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００２４】
そして、このように、ガス化装置によってタールが少ない生成ガスを生成することができることで、生成ガス中からタールを吸着剤で除去する処理が不要になり、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。また、生成ガスをガス冷却過程で冷却する際に、従来のようにタールが各機器で析出して付着することがなく、メンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガスを生成することが可能になる。よって、効率的に生成ガスひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００２５】
また、ガス化反応炉の内部で灰が融着することを防止できるため、この点からもメンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガスを生成することができ、より効率的に生成ガスひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るであるガス化装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るガス化装置について説明する。ここで、本実施形態は、バイオマスをガス化し、一酸化炭素と水素を含む生成ガスを生成するためのガス化装置に関するものである。
【００２８】
本実施形態のガス化装置Ａは、図１に示すように、略円筒状に形成されたガス化反応炉１と、ガス化反応炉１の内部に、水蒸気と酸素（又は空気）を含むガス化剤２を供給するガス化剤供給手段３と、ガス化反応炉１の内部にバイオマス（バイオマスの粉粒体）４を供給するバイオマス供給手段５と、ガス化反応炉１の内部に水蒸気６を供給する水蒸気供給手段７と、ガス化反応炉１の内部温度を制御するための制御手段８とを備えて構成されている。
【００２９】
本実施形態のガス化反応炉１は、軸線Ｏ１方向を上下方向に向けて配設されている。また、このガス化反応炉１は、軸線Ｏ１方向略中央に下方に向かうに従い漸次縮径する第１テーパー部１ａが設けられ、本実施形態では、この第１テーパー部１ａよりも上方部分がガス化反応部１０、第１テーパー部１ａを含めた下方部分が高温燃焼部１１とされている。また、ガス化反応炉１の下端側、すなわち高温燃焼部１１の下端側に、軸線Ｏ１方向下方に向かうに従い漸次縮径する第２テーパー部１ｂが設けられている。そして、ガス化反応炉１内で発生した煤などの残渣やバイオマスの粗粒体を受ける受けホッパ１２が、この第２テーパー部１ｂに接続して配設されている。
【００３０】
さらに、ガス化反応炉１には、上端側（軸線Ｏ１方向他端側）に、すなわちガス化反応部１０の上部に、生成ガス排出口１３が設けられ、この生成ガス排出口１３に熱交換器などの機器に繋がる排出管が接続されている。また、下端側（軸線Ｏ１方向一端側）の高温燃焼部１１の第２テーパー部１ｂに、ガス化剤供給手段３が接続されてガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給するためのガス化剤供給口１４が設けられている。さらに、高温燃焼部１１に、且つガス化剤供給口１４よりも上方に、バイオマス供給手段５及び水蒸気供給手段７が接続されてガス化反応炉１の内部にバイオマス４、水蒸気６を供給するためのバイオマス供給口１５が設けられている。
【００３１】
すなわち、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応炉１の下端側に設けられたガス化剤供給口１４から内部にガス化剤２が供給され、供給したガス化剤２がガス化反応炉１の内部を上端側の生成ガス排出口１３に向けて流通する。そして、ガス化反応炉１は、ガス化剤の流通方向Ｔのガス化剤供給口１４と生成ガス排出口１３の間にバイオマス供給口１５を配設して形成されている。
【００３２】
次に、本実施形態のバイオマス供給手段５は、乾燥し、粉砕設備で粉砕したバイオマスの粉粒体４を貯留するバイオマス受入ホッパ１６と、バイオマス受入ホッパ１６にロータリーバルブなどを介して接続した供給管１７と、モータに接続して供給管１７の内部に配設されたスクリュ１８とを備えて構成されている。さらに、バイオマス供給手段５は、供給管１７がその一端をガス化反応炉１のバイオマス供給口１５に接続し、スクリュ１８がその先端をバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に配して設けられている。
【００３３】
そして、このバイオマス供給手段５は、モータを駆動してスクリュ１８を回転させるとともに、バイオマス受入ホッパ１６に貯留したバイオマスの粉粒体４を順次ガス化反応炉１に向けて搬送し、ガス化反応炉１のバイオマス供給口１５（投入部、バイオマスの供給位置）から内部に定常的に押し出して供給する。
【００３４】
次に、本実施形態の水蒸気供給手段７は、水蒸気生成装置２０で生成した水蒸気６の一部をバイオマス４とともにバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給するためのものである。そして、本実施形態において、この水蒸気供給手段７は、水蒸気生成装置２０と、バイオマス供給手段５の供給管１７を挿入して内包するように配設されるとともに、一端をガス化反応炉１のバイオマス供給口１５に接続して配設され、供給管１７との間に水蒸気供給路２１を形成する外管２２とを備えて構成されている。また、外管２２（水蒸気供給路２１）に水蒸気生成装置２０に繋がる配管が接続され、水蒸気生成装置２０から水蒸気供給路２１、バイオマス供給口１５を通じてガス化反応炉１の内部に水蒸気６を供給できるように構成されている。ここで、この水蒸気供給手段７から供給する水蒸気６は、バイオマス供給手段５によってガス化反応炉１のバイオマス供給口１５から供給するバイオマス４を吹き飛ばし、ガス化反応炉１の内部で分散させて投入する役割を果す。また、このバイオマス４とともに供給する水蒸気６は、高温燃焼部１１に接続したバイオマス供給手段５のスクリュ１８や供給管１７の先端部分などをある程度低温化する役割も果す。
【００３５】
次に、本実施形態のガス化剤供給手段３は、水蒸気生成装置２０で生成した水蒸気６と酸素（又は空気）２３を混合し、水蒸気６と酸素２３を含むガス化剤２をガス化剤供給口１４からガス化反応炉の内部に供給するとともに、ガス化剤供給口１４から生成ガス排出口１３に向けてガス化剤２を流通させる。
【００３６】
そして、上記のように構成したガス化装置Ａでは、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部にガス化剤２を供給して流通させるとともに、バイオマス供給手段５によってバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部にバイオマス４を供給する。また、バイオマス供給手段５から供給したバイオマス４は、水蒸気供給手段７によって水蒸気６とともに供給されることで、ガス化反応炉１の内部で好適に分散し、高温燃焼部１１で燃焼し、ガス化反応部１０に搬送されるとともにガス化反応によってガス化する。バイオマス４がガス化反応炉１の内部でガス化することにより、一酸化炭素と水素を含む生成ガス２５が生成され、生成ガス排出口１３から順次排出される。
【００３７】
より具体的に、バイオマス（ＣＨ２Ｏ）４は、ガス化反応炉１の高温燃焼部１１内で下記の化学式（１）、（２）に示すような反応を主に生じた後、ガス化反応部１０内に送給されて、下記の化学式（３）に示すような反応を主に生じて生成ガス（ＣＯ，Ｈ２）２５となる。
【００３８】
ＣＨ２Ｏ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ・・・（１）
ＣＨ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２・・・（２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２・・・（３）
【００３９】
そして、ガス化装置Ａで生成した生成ガス２５に対し、熱交換器、湿式洗浄装置（スクラバー）による冷却、水分等の除去、触媒による一酸化炭素と水素の合成などの処理を施し、液体燃料が製造される。
【００４０】
一方、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、図１に示すように、まず、ガス化反応炉１のバイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間（２６）の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段３０と、バイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間（２７）の温度を検出する燃焼領域温度検出手段３１とを備えている。
【００４１】
さらに、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１は、制御手段８に接続されている。そして、制御手段８は、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１でそれぞれ検出した両温度の検出結果に基づいて、ガス化剤の流通方向Ｔのバイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つガス化剤の流通方向Ｔのバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する。
【００４２】
このとき、本実施形態では、ガス化反応領域温度検出手段３０と燃焼領域温度検出手段３１で検出した制御手段８が、ガス化剤供給手段３を制御し、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。あるいは、前記両温度に基づいて、制御手段８が、水蒸気供給手段７を制御し、バイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。あるいは、前記両温度に基づいて、制御手段８が、ガス化剤供給手段３と水蒸気供給手段７を制御し、ガス化剤供給口１４からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量、及びバイオマス供給口１５からガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の量を調整する。
【００４３】
すなわち、本実施形態のガス化装置Ａでは、上記のように制御手段８でガス化反応炉１に供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように、且つバイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように、ガス化反応炉１の内部温度を制御する。
【００４４】
また、このとき、バイオマス４は、表１に示す通り、その種類によって灰の融点が異なるため、使用するバイオマス４の種類に応じて、バイオマス供給口１５からガス化剤供給口１４の間２７の温度がバイオマス４の灰の融点以下となるようにガス化反応炉１の内部温度を制御することになる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
さらに、このとき、ガス化剤供給手段３と水蒸気供給手段７とによってガス化反応炉１の内部に供給する水蒸気６の総供給量がＨ２Ｏ／Ｃ（投入バイオマス粉粒体中のＣ（炭素）量）＝１〜３の条件を満たすように、制御手段８によって水蒸気６の量を制御することが好ましい。すなわち、水蒸気６の供給量が少ないほど、生成ガス２５を製造する際のエネルギー効率は高くなるが、水素収率を増加させるためには、水蒸気６を一定量以上供給することが必要になる。一方、必要以上に水蒸気６を供給してしまうと、ガス化温度を維持するための部分燃焼量（酸素の投入量；Ｏ２／Ｃ）を増加させる必要が生じ、エネルギー効率の低下を招いてしまう。このため、水蒸気６の総供給量がＨ２Ｏ／Ｃ＝１〜３の条件を満たすように、制御手段８によって水蒸気６の量を制御することで、水素の収率、エネルギー効率ともに好適な状態で生成ガス２５を生成することができる。
【００４７】
そして、上記のように供給する水蒸気量を調整し、バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６の温度が１０００℃以上となるように（最も低温化しやすい生成ガス排出口１３の周辺温度が１０００℃以上となるように）、ガス化反応炉１の内部温度を制御すると、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成される生成ガス２５中のタールが大幅に低減する。
【００４８】
ここで、表２は、水蒸気量を制御し、ガス化反応領域（バイオマス供給口１５から生成ガス排出口１３の間２６）の温度を９００℃から段階的に１２５０℃まで上げ、温度の違いによる生成ガス２５中のタール濃度を確認した結果を示している。この結果から、ガス化反応領域２６の温度が９００℃では、１０ｇ／Ｎｍ３ものタールが発生するが、１０００℃以上にすると、１／１０〜１／２０以下に生成ガス２５中のタールが著しく減少することが確認された。また、１１００℃以上にすると、より効果的にタールが減少することが確認された。
【００４９】
【表２】
【００５０】
これにより、例えばガス化反応炉１の生成ガス排出口１３から排出された生成ガス２５を冷却する熱交換器などの機器にタールが付着し、このタールを除去するためにガス化装置Ａの運転を停止する必要がなく、またはその頻度が低くなり、生成ガス２５ひいては液体燃料の製造効率が大幅に改善されることになる。また、液体燃料合成時に触媒被毒物質となるタールが低減することで、触媒被毒防止のため、タールの除去処理に必要であった吸着剤の消費量も大幅に低減する。よって、本実施形態のガス化装置Ａを用いて生成ガス２５を生成することにより、ガス化装置Ａのランニングコスト、ひいては生成ガス２５、液体燃料の製造コストの大幅な低減が図れることになる。
【００５１】
したがって、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、バイオマス供給手段５によってバイオマス４をガス化反応炉１の内部に供給するバイオマス供給口１５（バイオマス４の供給位置）よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度が１０００℃以上となるように制御することで、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成する生成ガス２５中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００５２】
また、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度がバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することで、バイオマス供給手段５によってガス化反応炉１の内部に供給したバイオマス４が溶融することを防止でき、ガス化反応炉１の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００５３】
そして、このように、ガス化装置Ａによってタールが少ない生成ガス２５を生成できることで、生成ガス２５中からタールを吸着剤で除去する処理が不要になり、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。また、生成ガス２５をガス冷却過程で冷却する際に、従来のようにタールが各機器で析出して付着することがなく、メンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガス２５を生成することが可能になる。よって、効率的に生成ガス２５ひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００５４】
また、ガス化反応炉１の内部で灰が融着することを防止できるため、この点からもメンテナンスの頻度を下げ、長時間運転して生成ガス２５を生成することができ、より効率的に生成ガス２５ひいては液体燃料を製造することが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応領域温度検出手段３０によってバイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段３１によってバイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、ガス化剤供給手段３によってガス化剤供給口１４から供給する水蒸気量を制御する。
【００５６】
そして、このように供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、確実に、ガス化装置Ａでバイオマス４をガス化して生成する生成ガス２５中のタールを大幅に低減することが可能になる。
【００５７】
また、供給する水蒸気量を調整することによって、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度をバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することができ、確実に、ガス化反応炉１の内部に供給したバイオマス４が溶融することを防止できるとともにガス化反応炉１の内壁に灰が融着することを防止できる。
【００５８】
また、本実施形態のガス化装置Ａにおいては、ガス化反応領域温度検出手段３０によってバイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を検出し、燃焼領域温度検出手段３１によってバイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側の温度を検出し、これら検出温度に基づいて、水蒸気供給手段７によってバイオマス供給口１５から供給する水蒸気量を制御する。
【００５９】
そして、このように水蒸気供給手段７によって供給する水蒸気量を調整することによっても、バイオマス供給口１５よりも生成ガス排出口１３側のガス化反応炉１の内部温度を１０００℃以上となるように制御することができ、また、バイオマス供給口１５よりもガス化剤供給口１４側のガス化反応炉１の内部温度をバイオマス４の灰の融点以下となるように制御することが可能である。
【００６０】
以上、本発明に係るガス化装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６１】
例えば、図１に示すようにガス化反応炉１に設けられた監視窓３２から、作業者が直接、あるいは監視カメラ３３を用いて、ガス化反応炉１の内部の状態を監視し、バイオマス４の灰の溶融の有無など、ガス化反応炉１の内部の状態に応じて、ガス化反応炉１に供給する水蒸気量を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ ガス化反応炉
１ａ 第１テーパー部
１ｂ 第２テーパー部
２ ガス化剤
３ ガス化剤供給手段
４ バイオマス（粉粒体）
５ バイオマス供給手段
６ 水蒸気
７ 水蒸気供給手段
８ 制御手段
１０ ガス化反応部
１１ 高温燃焼部
１２ 受けホッパ
１３ 生成ガス排出口
１４ ガス化剤供給口
１５ バイオマス供給口
１６ バイオマス受入ホッパ
１７ 供給管
１８ スクリュ
２０ 水蒸気生成装置
２１ 水蒸気供給路
２２ 外管
２３ 酸素（又は空気）
２５ 生成ガス
３０ ガス化反応領域温度検出手段
３１ 燃焼領域温度検出手段
３２ 監視窓
３３ 監視カメラ
Ａ ガス化装置
Ｏ１ 軸線
Ｔ 流通方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスをガス化して生成ガスを生成するためのガス化装置であって、
ガス化剤供給口とバイオマス供給口と生成ガス排出口を備えて形成されたガス化反応炉と、
前記ガス化剤供給口から前記ガス化反応炉の内部に、酸素と水蒸気を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、
前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に前記バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、
前記バイオマスとともに前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備え、
前記ガス化反応炉が、前記ガス化剤供給口から前記生成ガス排出口に向かう前記ガス化剤の流通方向の前記ガス化剤供給口と前記生成ガス排出口の間に前記バイオマス供給口を配設して形成されるとともに、
前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度が１０００℃以上となるように、且つ前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度が前記バイオマスの灰の融点以下となるように、前記ガス化反応炉の内部温度を制御する制御手段を備えていることを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
請求項１記載のガス化装置において、
前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、
前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記ガス化剤供給手段を制御し、前記ガス化剤供給口から供給する水蒸気の量を制御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３】
請求項１または請求項２に記載のガス化装置において、
前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、
前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記水蒸気供給手段を制御し、前記バイオマス供給口から前記バイオマスとともに供給する水蒸気の量を制御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１】
バイオマスをガス化して生成ガスを生成するためのガス化装置であって、
ガス化剤供給口とバイオマス供給口と生成ガス排出口を備えて形成されたガス化反応炉と、
前記ガス化剤供給口から前記ガス化反応炉の内部に、酸素と水蒸気を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、
前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に前記バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、
前記バイオマスとともに前記バイオマス供給口から前記ガス化反応炉の内部に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備え、
前記ガス化反応炉が、前記ガス化剤供給口から前記生成ガス排出口に向かう前記ガス化剤の流通方向の前記ガス化剤供給口と前記生成ガス排出口の間に前記バイオマス供給口を配設して形成されるとともに、
前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度が１０００℃以上となるように、且つ前記ガス化剤の流通方向の前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度が前記バイオマスの灰の融点以下となるように、前記ガス化反応炉の内部温度を制御する制御手段を備えていることを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
請求項１記載のガス化装置において、
前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、
前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記ガス化剤供給手段を制御し、前記ガス化剤供給口から供給する水蒸気の量を制御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３】
請求項１または請求項２に記載のガス化装置において、
前記ガス化反応炉の前記バイオマス供給口から前記生成ガス排出口の間の温度を検出するガス化反応領域温度検出手段と、前記バイオマス供給口から前記ガス化剤供給口の間の温度を検出する燃焼領域温度検出手段とを備え、
前記ガス化反応領域温度検出手段と前記燃焼領域温度検出手段で検出した両温度に基づいて、前記制御手段が前記水蒸気供給手段を制御し、前記バイオマス供給口から前記バイオマスとともに供給する水蒸気の量を制御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。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０３９６５（Ｐ２０１３−１０３９６５Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７６８８（Ｐ２０１１−２４７６８８）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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