バイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法
【課題】第一に、連続的に生成ガスを製造することができ、第二に、窒素の混入を低減させてよりクリーンで高カロリーの生成ガスを製造できるバイオマスのガス化装置を提供する。
【解決手段】バイオマスＳ３をガス化するバイオマスのガス化装置Ｂであって、水蒸気が流通する反応管７に第１供給管２０ａを介して連結されるとともに、反応管７に供給するバイオマスＳ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク２０ｂと、このバイオマス投入用タンク２０ｂに第２供給管２０ｃを介して連結されるとともに、バイオマス投入用タンク２０ｂに供給するバイオマスＳ３を一時的に貯留するホッパ２０ｄとを備え、第２供給管２０ｃには、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを連通させることなくホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマスＳ３を供給するバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられている。
【解決手段】バイオマスＳ３をガス化するバイオマスのガス化装置Ｂであって、水蒸気が流通する反応管７に第１供給管２０ａを介して連結されるとともに、反応管７に供給するバイオマスＳ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク２０ｂと、このバイオマス投入用タンク２０ｂに第２供給管２０ｃを介して連結されるとともに、バイオマス投入用タンク２０ｂに供給するバイオマスＳ３を一時的に貯留するホッパ２０ｄとを備え、第２供給管２０ｃには、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを連通させることなくホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマスＳ３を供給するバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられている。
【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してクリーンな高カロリーガスを生成するバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば発電効率の高い発電用ガスエンジンの燃料などに用いるクリーンな高カロリーガス（生成ガス）を、バイオマスをガス化して生成するバイオマスのガス化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、この種のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ａには、例えば、図３に示すように、バイオマスをガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、ガス化反応設備１にバイオマスを供給するバイオマス供給設備３と、ガス化反応設備１で生成したバイオマスガス（含水生成ガス）Ｇ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成したものがある。
【０００３】
また、ガス化反応設備１は、加熱チャンバ６と反応管７とを備えて構成され、加熱チャンバ６は、粉砕設備８で乾燥状態のバイオマス原料Ｓ１を粉砕して生成したバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れてこれを燃焼させる熱ガス発生炉２に繋がり、この熱ガス発生炉２から内部に導入した高温の熱ガスＨによって加熱される。また、反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃの逆Ｕ字状管７ｂと連結していないそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅを加熱チャンバ６の外側に延出させた状態で加熱チャンバ６内に設けられている。そして、このように設けられた反応管７は、加熱チャンバ６内に導入した熱ガスＨによって例えば８００℃を超える高温で加熱される。また、加熱チャンバ６内の反応管７は、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。
【０００４】
一方、バイオマス供給設備３は、粉砕設備８で粉砕して生成したバイオマス微粉Ｓ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク３ａと、バイオマス投入用タンク３ａと反応管７の１次ガス化部１０に連結した供給管３ｂと、供給管３ｂを通じてバイオマス投入用タンク３ａから所定量のバイオマス微粉Ｓ３を反応管７に供給するバイオマス供給装置３ｃとを備えて構成されている。
【０００５】
そして、上記のように構成したガス化装置Ａにおいては、第１Ｕ字管７ａの加熱チャンバ６の外側に延出した一方の直管部７ｄから反応水Ｗを供給すると、この反応水Ｗが反応水蒸発部９を流通するとともに蒸発し、水蒸気が１次ガス化部１０に供給される。また、このとき、バイオマス投入用タンク３ａに貯留したバイオマス微粉Ｓ３が、バイオマス供給装置３ｃの駆動によって供給管３ｂから反応管７の１次ガス化部１０に供給される。供給したバイオマス微粉Ｓ３は、１次ガス化部１０で水蒸気気流中に浮遊しつつほぼ瞬時に熱分解してガス化し、このガス化によって生成されたバイオマスガスは、２次ガス化部１１を流通するとともにガス中に含まれるタール・煤が分解される。そして、このようにして生成（製造）した含水生成ガスＧ１は、脱水装置４に送られ水分などが除去されてクリーンで高カロリーの生成ガスＧ２となり、ガスタンク５に貯留される。
【０００６】
一方、上記のようにバイオマスＳ１から生成ガスＧ２を生成する際には、反応管７の下部（例えば第２Ｕ字状管７ｃの下部）に灰などの残渣が溜まる。このため、ガス化装置Ａには、２次ガス化部１１の下部に一端が繋がり、加熱チャンバ６の外側に延出した残渣排出管１２が設けられ、反応管７に溜まった残渣を適宜この残渣排出管１２を通じて外部に排出するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−５１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のガス化装置Ａにおいては、反応水蒸発部９から１次ガス化部１０に流通した水蒸気がバイオマス供給設備３の供給管３ｂを通じてバイオマス投入用タンク３ａ側に流れ、貯留したバイオマス微粉Ｓ３が湿って反応管７に好適にバイオマス微粉Ｓ３を供給できなくなるおそれがある。
【０００８】
このため、上記従来のガス化装置Ａでは、バイオマス投入用タンク３ａに空気や窒素ガスを別途供給し、バイオマス投入用タンク３ａからバイオマス微粉Ｓ３と一緒に空気や窒素ガスを反応管７に向けて流通させるように供給管３ｂに供給して、この空気や窒素ガスの流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク３ａ側に流れることを防止している。
【０００９】
しかしながら、このように空気や窒素ガスを供給してバイオマス投入用タンク３ａ側への水蒸気の流入を防止する場合には、バイオマス投入用タンク３ａを気密状態で保持する必要が生じる。このため、生成ガスＧ２の生成をバイオマス投入用タンク３ａのバッチ処理で行なうことになり、長時間の連続運転ができなくなって、生成ガスＧ２の生産効率の低下を招くという問題があった。
【００１０】
また、反応管７にバイオマス微粉Ｓ３とともに空気や窒素ガスが供給されることで、生成ガスＧ２中に窒素が多く含まれることになるため、生成ガスＧ２の単位量当たりの発熱量が低くなってしまう。すなわち、バイオマス投入用タンク３ａへの水蒸気の流入を防止するために供給した空気や窒素ガスによって、生成ガスＧ２のカロリー低下を招くという問題があった。そして、この窒素が多く混入した生成ガスＧ２を発電用ガスエンジンＥの燃料に用いる際には、ガスエンジンＥでＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）との混焼などが必要になるという不都合が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑み、第一に、連続的に生成ガスの生成を行うことができるバイオマスのガス化装置、第二に、窒素の混入量を低減させてよりクリーンで高カロリーの生成ガスを生成できるバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法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】
本発明のバイオマスのガス化装置は、水蒸気が流通する反応管にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、前記反応管に第１供給管を介して連結されるとともに、前記反応管に供給する前記バイオマスを一時的に貯留するバイオマス投入用タンクと、該バイオマス投入用タンクに第２供給管を介して連結されるとともに、前記バイオマス投入用タンクに供給する前記バイオマスを一時的に貯留するホッパとを備え、前記第２供給管には、前記ホッパと前記バイオマス投入用タンクを連通させることなく前記ホッパから前記バイオマス投入用タンクに前記バイオマスを供給するバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、ホッパとバイオマス投入用タンクを繋ぐ第２供給管にバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることによって、このフィーダバルブを駆動することでホッパからバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができる。また、このとき、ホッパとバイオマス投入用タンクが連通することがないため、バイオマス投入用タンクの気密性を確保した状態で、ホッパからバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができ、連続的にバイオマス供給用フィーダバルブを駆動することで、連続的にバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができる。
【００１５】
また、本発明のバイオマスのガス化装置においては、前記反応管に一端が連結され、前記バイオマスのガス化によって前記反応管に溜まった残渣を外部に排出するための残渣排出管を備え、該残渣排出管には、前記反応管と外部を連通させることなく前記反応管から前記残渣を排出させる残渣排出用フィーダバルブが設けられていることが望ましい。
【００１６】
この発明においては、残渣排出用フィーダバルブを駆動することで、反応管に溜まった残渣を外部に排出することができる。そして、このとき、反応管と外部が連通することがなく、連続的に残渣排出用フィーダバルブを駆動して連続的に残渣を外部に排出することができるため、ガス化装置の運転を停止することなく、反応管に溜まった残渣を排出することができる。
【００１７】
さらに、本発明のバイオマスのガス化装置においては、前記反応管で前記バイオマスをガス化して生成された生成ガスを貯留するガスタンクと、該ガスタンクに貯留した前記生成ガスを前記バイオマス投入用タンクに供給する生成ガス返送手段とを備えることがより望ましい。
【００１８】
この発明においては、生成ガス返送手段によってバイオマス投入用タンクに生成ガスを供給することで、第１供給管を通じて、バイオマス投入用タンクに貯留したバイオマスを生成ガスとともに反応管に供給することができ、生成ガスの流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク側に流れることを防止できる。これにより、従来のように空気や窒素ガスを用いることなくバイオマスを好適に反応管に供給することができるため、窒素の混入量が少ない生成ガスを生成することが可能になる。
【００１９】
本発明のバイオマスのガス化方法は、バイオマスのガス化装置が備える反応管に、水蒸気を流通させるとともに前記反応管に繋がる供給管を通じてバイオマスを供給し、前記バイオマスをガス化する方法であって、前記ガス化装置で前記バイオマスをガス化して生成した生成ガスを、前記バイオマスとともに前記反応管に向けて流通させるように、前記供給管に供給することを特徴とする。
【００２０】
この発明においては、ガス化装置で先行して生成した生成ガスを、供給管を通じてバイオマスとともに反応管に供給することによって、水蒸気が反応管から供給管に流れることを防止することができる。また、従来の空気や窒素ガスに換えて生成ガスを用いることによって、窒素の混入量が少ない生成ガスを生成することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のバイオマスのガス化装置によれば、従来のガス化装置のように生成ガスの生成をバイオマス投入用タンクのバッチ処理で行う必要がなく、長時間の連続運転を行って生成ガスを生成することができ、生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００２２】
また、本発明のバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法によれば、従来のガス化装置と比較し生成ガスの窒素の混入量が少ないクリーンで高カロリーな生成ガスを確実に生成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置について説明する。本実施形態は、バイオマスからクリーンで高カロリーの生成ガスを効率的に生成可能なバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関するものである。
【００２４】
本実施形態のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ｂは、図１に示すように、バイオマス原料Ｓ１を粉砕する粉砕設備８と、バイオマス（バイオマス微粉Ｓ３）をガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、粉砕設備８で粉砕したバイオマス微粉Ｓ３を受け入れてガス化反応設備１に供給するバイオマス供給設備２０と、ガス化反応設備１で生成した含水生成ガスＧ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成されている。
【００２５】
粉砕設備８は、例えば破砕機とインパクトミルとを備え、例えば含水率が３０％以下となるように予め乾燥処理したバイオマス原料Ｓ１を受け入れてこれを粉砕するとともに、例えば平均粒径３ｍｍを超えるバイオマス粗粉Ｓ２と平均粒径３ｍｍ以下のバイオマス微粉Ｓ３とに分別可能に構成されている。
【００２６】
熱ガス発生炉２は、粉砕設備８からバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れ、空気などの支燃剤によりバイオマス粗粉Ｓ２を例えば９００〜１２００℃の高温で燃焼させ、高温の熱ガス（バイオマス燃焼高温ガス）Ｈを生成する。そして、生成した熱ガスＨをガス化反応設備１に供給し、このガス化反応設備１を加熱させる。
【００２７】
また、ガス化反応設備１は、図３に示した従来のガス化装置Ａと同様に、加熱チャンバ６と反応管７とを備え、加熱チャンバ６には、熱ガス発生炉２で生成した熱ガスＨを導入する導入口６ａと、加熱チャンバ６内を流通した熱ガスＨを外部に排出する排出口６ｂとが設けられている。なお、排出口６ｂから排出した熱ガスＨは、例えば煙突などに送られて放出される。
【００２８】
反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、加熱チャンバ６の内部に配設されている。また、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃのそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅが加熱チャンバ６の外側に延出して設けられている。そして、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。
【００２９】
一方、バイオマス供給設備２０は、反応管７の逆Ｕ字状管７ｂに第１供給管（供給管）２０ａを介して連結され（繋げられ）、第１供給管２０ａを通じて１次ガス化部１０に供給するバイオマス微粉Ｓ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク２０ｂと、このバイオマス投入用タンク２０ｂに第２供給管２０ｃを介して連結され、粉砕設備８からバイオマス微粉Ｓ３を受け入れて、これを一時的に貯留するホッパ２０ｄと、第１供給管２０ａに設けられ、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂに供給したバイオマス微粉Ｓ３を、バイオマス投入用タンク２０ｂから所定量で１次ガス化部１０（反応管７）に供給するバイオマス供給装置２０ｅとを備えて構成されている。
【００３０】
また、本実施形態のバイオマス供給設備２０には、第２供給管２０ｃに、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給するためのバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられている。本実施形態のバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、いわゆるボールフィーダであり、図２（ａ）に示すように、筒状に形成されるとともに、軸線Ｏ１方向中央部に内面（球面座）２２ａが断面円形状に形成されたボール収容部２２ｂを備えたフィーダ本体部２２と、フィーダ本体部２２のボール収容部２２ｂに回転可能に収容されたボール２３とで構成されている。また、ボール２３は、中空構造の球状に形成されるとともに、外面から内面に貫通し中空部２３ａと外部を連通させる開口部２３ｂを備えて形成されている。さらに、ボール２３は、その外面をフィーダ本体部２２の球面座２２ａに密着させた状態でボール収容部２２ｂに収容され、図２（ａ）に示す一方向（回転方向Ｔ）に外面を球面座２２ａに摺接させつつ回転可能に設けられている。
【００３１】
そして、上記のように構成したバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、フィーダ本体部２２の上端側に、ホッパ２０ｄに繋がる上方の第２供給管２０ｆ（２０ｃ）の下端部が嵌合し、フィーダ本体２２の下端側に、バイオマス投入用タンク２０ｂに繋がる下方の第２供給管２０ｇ（２０ｃ）の上端部が嵌合して、第２供給管２０ｃに設けられている。また、このように設けられたバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、上方の第２供給管２０ｆと下方の第２供給管２０ｇを、ひいてはホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを、ボール２３によって常時連通させることがないように設けられている。これにより、第１供給管２０ａを通じて反応管７に繋がるバイオマス投入用タンク２０ｂは、バイオマス供給用フィーダバルブ２１によって気密性が確保されている。
【００３２】
また、図１に示す脱水装置４は、内部に冷却伝熱面を備え、反応管７から塔内に導入された含水生成ガスＧ１中の水分及び硫黄化合物など高沸点物を凝縮して除去するように構成されている。また、この脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５は、水封式のガスタンクであり、脱水装置４に配管を介して連結されている。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、このガスタンク５に貯留した生成ガスＧ２を、バイオマス供給設備２０のバイオマス投入用タンク２０ｂに供給するための生成ガス返送手段２５が設けられている。この生成ガス返送手段２５は、一端がガスタンク５に、他端がバイオマス投入用タンク２０ｂに繋がる返送管２５ａと、ブロアなどの送気手段２５ｂとを備えて構成されている。そして、送気手段２５ｂの駆動によって、返送管２５ａ内を、ガスタンク５に貯留した生成ガスＧ２がバイオマス投入用タンク２０ｂに向けて流通し、生成ガスＧ２がバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。なお、送気手段２５ｂは、駆動停止時においても、バイオマス投入用タンク２０ｂ側の気体がガスタンク５側に逆流することがないように構成されている。
【００３４】
また、反応管７の２次ガス化部１１（第２Ｕ字管７ｃ）の下部に一端が連結し加熱チャンバ６の外側に延び、バイオマスＳ３のガス化によって反応管７に溜まった灰などの残渣を外部に排出するための残渣排出管１２が設けられている。さらに、残渣排出管１２には、残渣排出用フィーダバルブ２６が設けられている。本実施形態の残渣排出用フィーダバルブ２６は、いわゆるボールフィーダであり、バイオマス供給設備２０のバイオマス供給用フィーダバルブ２１と同様に構成されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、筒状に形成され、軸線Ｏ１方向中央部にボール収容部２２ｂを備えるフィーダ本体部２２と、フィーダ本体部２２のボール収容部２２ｂに回転可能に収容され、中空部２３ａと外部を連通させる開口部２３ｂを備えたボール２３とで構成されている。
【００３５】
そして、この残渣排出用フィーダバルブ２６は、フィーダ本体部２２の上端側に、反応管７に繋がる上方の残渣排出管１２ａ（１２）の下端部が嵌合し、フィーダ本体２２の下端側に、外部に延出した下方の残渣排出管１２ｂ（１２）の上端部が嵌合して、残渣排出管１２に設けられている。また、このように設けられた残渣排出用フィーダバルブ２６は、上方の残渣排出管１２ａと下方の残渣排出管１２ｂを、ボール２３によって常時閉塞し、反応管７と外部を連通させることがないように設けられている。
【００３６】
ついで、上記の構成からなるバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する方法（バイオマスをガス化する方法）について説明し、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法の作用及び効果について説明する。
【００３７】
本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する際には、粉砕設備８でバイオマス原料Ｓ１を粉砕し分別したバイオマス粗粉Ｓ２を熱ガス発生炉２に供給する。そして、この熱ガス発生炉２でバイオマス微粉Ｓ２を燃焼させ、熱ガスＨを加熱チャンバ６の導入口６ａから供給して加熱チャンバ６及び反応管７を加熱する。このように反応管７を加熱した段階で、反応管７の第１Ｕ字状管７ａ（一方の直管部７ｄ）に反応水Ｗを供給し、反応水蒸発部９で蒸発した水蒸気を１次ガス化部１０に流通させる。これとともに、バイオマス供給設備２０から１次ガス化部１０にバイオマス微粉Ｓ３を供給する。
【００３８】
ここで、本実施形態においては、粉砕設備８で粉砕したバイオマス微粉Ｓ３を反応管７の１次ガス化部１０に供給する際に、まず、粉砕設備８で分別したバイオマス微粉Ｓ３がバイオマス供給設備２０のホッパ２０ｄに供給されるとともに、図２（ａ）に示すように、ホッパ２０ｄに貯留したバイオマス微粉Ｓ３が上方の第２供給管２０ｆ（２０ｃ）内に供給される。そして、バイオマス供給用フィーダバルブ２１のボール２３を回転駆動させ、このボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｂ）に示すように上方を向いてこの開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと上方の第２供給管２０ｆが連通するとともに、バイオマス微粉Ｓ３が中空部２３ａ内に落下して充填される。
【００３９】
このように中空部２３ａにバイオマス微粉Ｓ３が充填されたボール２３がさらに回転すると、図２（ｃ）に示すように、中空部２３ａと上方の第２供給管２０ｆの連通が解除される。そして、ボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｄ）に示すように下方を向くとともに、この開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと下方の第２供給管２０ｇ（２０ｃ）が連通し、これとともに中空部２３ａ内のバイオマス微粉Ｓ３が下方の第２供給管２０ｇに供給され、この下方の第２供給管２０ｇを通じてバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。このように、ボール２３が回転して順次開口部２３ｂの位置が変わることによって、ホッパ２０ｄに貯留したバイオマス微粉Ｓ３がバイオマス投入用タンク２０ｂに供給され、ボール２３を連続的に回転駆動させることによって、バイオマス投入用タンク２０ｂに連続的に供給されてゆく。
【００４０】
また、このとき、ボール２３の外面がフィーダ本体部２２の球面座２２ａに摺接（密着）した状態でボール２３が回転し、上方の第２供給管２０ｆと下方の第２供給管２０ｇ、ひいてはホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂが連通することがなく、バイオマス投入用タンク２０ｂの気密性を常時確保した状態でバイオマス微粉Ｓ３の供給が行われる。
【００４１】
そして、上記のようにバイオマス投入用タンク２０ｂに供給して貯留されたバイオマス微粉Ｓ３は、バイオマス供給装置２０ｅの駆動とともに、第１供給管２０ａを通じて１次ガス化部１０に所定量ずつ供給される。このとき、本実施形態においては、先行して生成されガスタンク５に貯留されている生成ガスＧ２が、生成ガス返送手段２５の送気手段２５ｂの駆動とともにガスタンク５からバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。このため、バイオマス投入用タンク２０ｂから１次ガス化部１０にバイオマス微粉Ｓ３を供給する際には、バイオマス微粉Ｓ３とともに生成ガスＧ２が第１供給管２０ａに供給され、この生成ガスＧ２が、第１供給管２０ａをバイオマス微粉Ｓ３とともに１次ガス化部１０（反応管７）に向けて流通することによって、反応管７を流通する水蒸気がバイオマス投入用タンク２０ｂに流れることが防止される。
【００４２】
そして、このように１次ガス化部１０に生成ガスＧ２とともに供給したバイオマス微粉Ｓ３は、１次ガス化部１０を流通する水蒸気気流中に浮遊し、この水蒸気によって例えば０．２秒以下の瞬時にガス化される。バイオマス微粉Ｓ３をガス化して生成された含水状態のバイオマスガス（含水生成ガスＧ１）は、２次ガス化部１１を流通するとともに、少量の副生したタール・煤が分解され、且つ固形有機物及び炭素が全て分解され、脱水装置４に送られる。この脱水装置４で含水生成ガスＧ１から水分と硫黄分と塩素分などが除去され、生成ガスＧ２がガスタンク５に貯留される。
【００４３】
ここで、本実施形態においては、反応管７へのバイオマス微粉Ｓ３の供給時に、バイオマス微粉Ｓ３とともに空気や窒素ガスを供給する従来のガス化装置Ａと異なり、生成ガス返送手段２５でバイオマス投入用タンク２０ｂに供給した生成ガスＧ２とともにバイオマス微粉Ｓ３を供給するため、含水生成ガスＧ１ひいては生成ガスＧ２に窒素が多く含まれることがなく、クリーンで高カロリーの生成ガスＧ２が生成（製造）される。
【００４４】
一方、このようにバイオマス微粉Ｓ３をガス化することによって、反応管７の２次ガス化部１１の下部に灰などの残渣が溜まってゆくが、本実施形態においては、残渣排出用フィーダバルブ２６を回転駆動することによって、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく残渣が外部に排出される。すなわち、図２（ａ）に示すように、反応管７に残渣Ｐが溜まるとともにこの残渣Ｐが上方の残渣排出管１２ａ（１２）内に落下する。そして、残渣排出用フィーダバルブ２６のボール２３を回転駆動させ、このボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｂ）に示すように上方を向いてこの開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと上方の残渣排出管１２ａが連通するとともに、残渣Ｐが中空部２３ａ内に落下して充填される。
【００４５】
中空部２３ａに残渣Ｐが充填されたボール２３がさらに回転すると、図２（ｃ）に示すように、中空部２３ａと上方の残渣排出管１２ａの連通が解除され、さらなるボール２３の回転によって、開口部２３ｂが、図２（ｄ）に示すように下方を向くとともに、この開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと下方の残渣排出管１２ｂ（１２）が連通し、これとともに中空部２３ａ内の残渣Ｐが下方の残渣排出管１２ｂを通じて外部に排出される。このように、ボール２３が回転して順次開口部２３ｂの位置が変わることによって、反応管７に溜まった残渣Ｐが外部に排出され、ボール２３を連続的に回転駆動させることによって連続的に残渣Ｐが排出されてゆく。
【００４６】
また、このとき、ボール２３の外面がフィーダ本体部２２の球面座２２ａに摺接（密着）した状態でボール２３が回転し、上方の残渣排出管１２ａと下方の残渣排出管１２ｂ、ひいては反応管７と外部が連通することがなく、すなわち反応管７の気密状態を損なうことなく残渣Ｐの排出が行われる。
【００４７】
したがって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂにおいては、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを繋ぐ第２供給管２０ｃにバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられていることによって、このフィーダバルブ２１を駆動することでホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク１０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給することができる。また、このとき、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂが連通することがないため、バイオマス投入用タンク２０ｂの気密性を確保した状態で、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給することができ、連続的にバイオマス供給用フィーダバルブ２１を駆動することで、バイオマス投入用タンク２０ｂに気密性を確保しつつバイオマス微粉Ｓ３を連続的に供給することができる。
【００４８】
また、バイオマスＳ３のガス化によって反応管７に溜まった残渣Ｐを外部に排出するための残渣排出管１２に残渣排出用フィーダバルブ２６が設けられていることによって、この残渣排出用フィーダバルブ２６の駆動とともに残渣Ｐを外部に排出することができる。そして、この残渣Ｐの排出時においても、反応管７と外部が連通することがなく、連続的に残渣Ｐを外部に排出することができるため、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく、残渣Ｐを排出することができる。
【００４９】
よって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂによれば、従来のガス化装置Ａのように生成ガスＧ２の製造をバイオマス投入用タンク２０ｂのバッチ処理で行う必要がなく、また、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく連続的に残渣Ｐを外部に排出することができるため、長時間の連続運転を行って生成ガスＧ２を製造することができ、生成ガスＧ２の生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００５０】
また、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法においては、生成ガス返送手段２５によってバイオマス投入用タンク２０ｂひいては第１供給管（供給管）２０ａに生成ガスＧ２を供給することで、バイオマス投入用タンク２０ｂに貯留したバイオマス微粉Ｓ３を生成ガスＧ２とともに反応管７に供給することができ、この生成ガスＧ２の流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク２０ｂ側に流れることを防止できる。これにより、従来のように空気や窒素ガスを用いることなくバイオマスＳ３を好適に反応管７に供給することができるため、従来のガス化装置Ａと比較し生成ガスＧ２の窒素の混入量を低減でき、クリーンで高カロリーな生成ガスＧ２を確実に製造することが可能になる。
【００５１】
以上、本発明に係るバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法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。例えば、本実施形態では、バイオマス供給用フィーダバルブ２１と残渣排出用フィーダバルブ２６が、ボールフィーダであるものとしたが、バイオマス供給用フィーダバルブ２１は、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを連通させることなくバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマスＳ３を供給することができればよく、また、残渣排出用フィーダバルブ２６は、反応管７と外部を連通させることなく反応管７から残渣Ｐを排出させることができればよく、各フィーダバルブ２１、２６は、例えばドラムフィーダであってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、反応管７に反応水Ｗを供給し、この反応水Ｗを反応水蒸発部９で蒸発させて反応管７に水蒸気を流通させるものとしたが、水蒸気を直接反応管７に供給して流通させるようにしてもよい。このため、本実施形態では、反応管７が第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成されているものとしたが、特に反応管７の構成を限定する必要はない。また、これに関連して、１つの残渣排出管１２が２次ガス化部１１の下部に連結されているものとしたが、残渣排出管１２は、バイオマスＳ３のガス化に伴って反応管７に溜まる残渣Ｐを排出できれば、特に反応管７に対する連結位置を限定する必要はなく、さらに、複数の残渣排出管１２を設けて残渣Ｐを排出するようにしてもよい。
【００５３】
さらに、本実施形態では、生成ガス返送手段２５を設けて、ガスタンク５から生成ガスＧ２をバイオマス投入用タンク２０ｂに供給するものとしたが、従来のバイオマスのガス化装置Ａに本実施形態に示したバイオマス供給設備２０を適用し、長時間の連続運転を行える効果のみを付与するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイオマス供給用フィーダバルブ（残渣排出用フィーダバルブ）を示す図である。
【図３】従来のバイオマスのガス化装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガス化反応設備
２ 熱ガス発生炉
３ 従来のバイオマス供給設備
４ 脱水装置
５ ガスタンク
６ 加熱チャンバ
７ 反応管
８ 粉砕設備
９ 反応水蒸発部
１０ １次ガス化部
１１ ２次ガス化部
１２ 残渣排出管
２０ バイオマス供給設備
２０ａ 第１供給管（供給管）
２０ｂ バイオマス投入用タンク
２０ｃ 第２供給管
２０ｄ ホッパ
２０ｅ バイオマス供給装置
２１ バイオマス供給用フィーダバルブ
２５ 生成ガス返送手段
２５ａ 返送管
２５ｂ 送気手段
２６ 残渣排出用フィーダバルブ
Ａ 従来のバイオマスのガス化装置
Ｂ バイオマスのガス化装置
Ｅ 発電用ガスエンジン
Ｇ１ 含水生成ガス
Ｇ２ 生成ガス
Ｈ 熱ガス
Ｓ１ バイオマス原料
Ｓ２ バイオマス粗粉
Ｓ３ バイオマス微粉（バイオマス）
Ｐ 残渣
Ｗ 反応水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスをガス化してクリーンな高カロリーガスを生成するバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば発電効率の高い発電用ガスエンジンの燃料などに用いるクリーンな高カロリーガス（生成ガス）を、バイオマスをガス化して生成するバイオマスのガス化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、この種のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ａには、例えば、図３に示すように、バイオマスをガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、ガス化反応設備１にバイオマスを供給するバイオマス供給設備３と、ガス化反応設備１で生成したバイオマスガス（含水生成ガス）Ｇ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成したものがある。
【０００３】
また、ガス化反応設備１は、加熱チャンバ６と反応管７とを備えて構成され、加熱チャンバ６は、粉砕設備８で乾燥状態のバイオマス原料Ｓ１を粉砕して生成したバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れてこれを燃焼させる熱ガス発生炉２に繋がり、この熱ガス発生炉２から内部に導入した高温の熱ガスＨによって加熱される。また、反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃの逆Ｕ字状管７ｂと連結していないそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅを加熱チャンバ６の外側に延出させた状態で加熱チャンバ６内に設けられている。そして、このように設けられた反応管７は、加熱チャンバ６内に導入した熱ガスＨによって例えば８００℃を超える高温で加熱される。また、加熱チャンバ６内の反応管７は、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。
【０００４】
一方、バイオマス供給設備３は、粉砕設備８で粉砕して生成したバイオマス微粉Ｓ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク３ａと、バイオマス投入用タンク３ａと反応管７の１次ガス化部１０に連結した供給管３ｂと、供給管３ｂを通じてバイオマス投入用タンク３ａから所定量のバイオマス微粉Ｓ３を反応管７に供給するバイオマス供給装置３ｃとを備えて構成されている。
【０００５】
そして、上記のように構成したガス化装置Ａにおいては、第１Ｕ字管７ａの加熱チャンバ６の外側に延出した一方の直管部７ｄから反応水Ｗを供給すると、この反応水Ｗが反応水蒸発部９を流通するとともに蒸発し、水蒸気が１次ガス化部１０に供給される。また、このとき、バイオマス投入用タンク３ａに貯留したバイオマス微粉Ｓ３が、バイオマス供給装置３ｃの駆動によって供給管３ｂから反応管７の１次ガス化部１０に供給される。供給したバイオマス微粉Ｓ３は、１次ガス化部１０で水蒸気気流中に浮遊しつつほぼ瞬時に熱分解してガス化し、このガス化によって生成されたバイオマスガスは、２次ガス化部１１を流通するとともにガス中に含まれるタール・煤が分解される。そして、このようにして生成（製造）した含水生成ガスＧ１は、脱水装置４に送られ水分などが除去されてクリーンで高カロリーの生成ガスＧ２となり、ガスタンク５に貯留される。
【０００６】
一方、上記のようにバイオマスＳ１から生成ガスＧ２を生成する際には、反応管７の下部（例えば第２Ｕ字状管７ｃの下部）に灰などの残渣が溜まる。このため、ガス化装置Ａには、２次ガス化部１１の下部に一端が繋がり、加熱チャンバ６の外側に延出した残渣排出管１２が設けられ、反応管７に溜まった残渣を適宜この残渣排出管１２を通じて外部に排出するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−５１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のガス化装置Ａにおいては、反応水蒸発部９から１次ガス化部１０に流通した水蒸気がバイオマス供給設備３の供給管３ｂを通じてバイオマス投入用タンク３ａ側に流れ、貯留したバイオマス微粉Ｓ３が湿って反応管７に好適にバイオマス微粉Ｓ３を供給できなくなるおそれがある。
【０００８】
このため、上記従来のガス化装置Ａでは、バイオマス投入用タンク３ａに空気や窒素ガスを別途供給し、バイオマス投入用タンク３ａからバイオマス微粉Ｓ３と一緒に空気や窒素ガスを反応管７に向けて流通させるように供給管３ｂに供給して、この空気や窒素ガスの流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク３ａ側に流れることを防止している。
【０００９】
しかしながら、このように空気や窒素ガスを供給してバイオマス投入用タンク３ａ側への水蒸気の流入を防止する場合には、バイオマス投入用タンク３ａを気密状態で保持する必要が生じる。このため、生成ガスＧ２の生成をバイオマス投入用タンク３ａのバッチ処理で行なうことになり、長時間の連続運転ができなくなって、生成ガスＧ２の生産効率の低下を招くという問題があった。
【００１０】
また、反応管７にバイオマス微粉Ｓ３とともに空気や窒素ガスが供給されることで、生成ガスＧ２中に窒素が多く含まれることになるため、生成ガスＧ２の単位量当たりの発熱量が低くなってしまう。すなわち、バイオマス投入用タンク３ａへの水蒸気の流入を防止するために供給した空気や窒素ガスによって、生成ガスＧ２のカロリー低下を招くという問題があった。そして、この窒素が多く混入した生成ガスＧ２を発電用ガスエンジンＥの燃料に用いる際には、ガスエンジンＥでＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）との混焼などが必要になるという不都合が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑み、第一に、連続的に生成ガスの生成を行うことができるバイオマスのガス化装置、第二に、窒素の混入量を低減させてよりクリーンで高カロリーの生成ガスを生成できるバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法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】
本発明のバイオマスのガス化装置は、水蒸気が流通する反応管にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、前記反応管に第１供給管を介して連結されるとともに、前記反応管に供給する前記バイオマスを一時的に貯留するバイオマス投入用タンクと、該バイオマス投入用タンクに第２供給管を介して連結されるとともに、前記バイオマス投入用タンクに供給する前記バイオマスを一時的に貯留するホッパとを備え、前記第２供給管には、前記ホッパと前記バイオマス投入用タンクを連通させることなく前記ホッパから前記バイオマス投入用タンクに前記バイオマスを供給するバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明においては、ホッパとバイオマス投入用タンクを繋ぐ第２供給管にバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることによって、このフィーダバルブを駆動することでホッパからバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができる。また、このとき、ホッパとバイオマス投入用タンクが連通することがないため、バイオマス投入用タンクの気密性を確保した状態で、ホッパからバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができ、連続的にバイオマス供給用フィーダバルブを駆動することで、連続的にバイオマス投入用タンクにバイオマスを供給することができる。
【００１５】
また、本発明のバイオマスのガス化装置においては、前記反応管に一端が連結され、前記バイオマスのガス化によって前記反応管に溜まった残渣を外部に排出するための残渣排出管を備え、該残渣排出管には、前記反応管と外部を連通させることなく前記反応管から前記残渣を排出させる残渣排出用フィーダバルブが設けられていることが望ましい。
【００１６】
この発明においては、残渣排出用フィーダバルブを駆動することで、反応管に溜まった残渣を外部に排出することができる。そして、このとき、反応管と外部が連通することがなく、連続的に残渣排出用フィーダバルブを駆動して連続的に残渣を外部に排出することができるため、ガス化装置の運転を停止することなく、反応管に溜まった残渣を排出することができる。
【００１７】
さらに、本発明のバイオマスのガス化装置においては、前記反応管で前記バイオマスをガス化して生成された生成ガスを貯留するガスタンクと、該ガスタンクに貯留した前記生成ガスを前記バイオマス投入用タンクに供給する生成ガス返送手段とを備えることがより望ましい。
【００１８】
この発明においては、生成ガス返送手段によってバイオマス投入用タンクに生成ガスを供給することで、第１供給管を通じて、バイオマス投入用タンクに貯留したバイオマスを生成ガスとともに反応管に供給することができ、生成ガスの流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク側に流れることを防止できる。これにより、従来のように空気や窒素ガスを用いることなくバイオマスを好適に反応管に供給することができるため、窒素の混入量が少ない生成ガスを生成することが可能になる。
【００１９】
本発明のバイオマスのガス化方法は、バイオマスのガス化装置が備える反応管に、水蒸気を流通させるとともに前記反応管に繋がる供給管を通じてバイオマスを供給し、前記バイオマスをガス化する方法であって、前記ガス化装置で前記バイオマスをガス化して生成した生成ガスを、前記バイオマスとともに前記反応管に向けて流通させるように、前記供給管に供給することを特徴とする。
【００２０】
この発明においては、ガス化装置で先行して生成した生成ガスを、供給管を通じてバイオマスとともに反応管に供給することによって、水蒸気が反応管から供給管に流れることを防止することができる。また、従来の空気や窒素ガスに換えて生成ガスを用いることによって、窒素の混入量が少ない生成ガスを生成することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のバイオマスのガス化装置によれば、従来のガス化装置のように生成ガスの生成をバイオマス投入用タンクのバッチ処理で行う必要がなく、長時間の連続運転を行って生成ガスを生成することができ、生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００２２】
また、本発明のバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法によれば、従来のガス化装置と比較し生成ガスの窒素の混入量が少ないクリーンで高カロリーな生成ガスを確実に生成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置について説明する。本実施形態は、バイオマスからクリーンで高カロリーの生成ガスを効率的に生成可能なバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法に関するものである。
【００２４】
本実施形態のバイオマスのガス化装置（ガス化装置）Ｂは、図１に示すように、バイオマス原料Ｓ１を粉砕する粉砕設備８と、バイオマス（バイオマス微粉Ｓ３）をガス化するガス化反応設備１と、ガス化反応設備１を加熱するための熱ガス発生炉２と、粉砕設備８で粉砕したバイオマス微粉Ｓ３を受け入れてガス化反応設備１に供給するバイオマス供給設備２０と、ガス化反応設備１で生成した含水生成ガスＧ１から水分などを除去する脱水装置４と、脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５とを備えて構成されている。
【００２５】
粉砕設備８は、例えば破砕機とインパクトミルとを備え、例えば含水率が３０％以下となるように予め乾燥処理したバイオマス原料Ｓ１を受け入れてこれを粉砕するとともに、例えば平均粒径３ｍｍを超えるバイオマス粗粉Ｓ２と平均粒径３ｍｍ以下のバイオマス微粉Ｓ３とに分別可能に構成されている。
【００２６】
熱ガス発生炉２は、粉砕設備８からバイオマス粗粉Ｓ２を受け入れ、空気などの支燃剤によりバイオマス粗粉Ｓ２を例えば９００〜１２００℃の高温で燃焼させ、高温の熱ガス（バイオマス燃焼高温ガス）Ｈを生成する。そして、生成した熱ガスＨをガス化反応設備１に供給し、このガス化反応設備１を加熱させる。
【００２７】
また、ガス化反応設備１は、図３に示した従来のガス化装置Ａと同様に、加熱チャンバ６と反応管７とを備え、加熱チャンバ６には、熱ガス発生炉２で生成した熱ガスＨを導入する導入口６ａと、加熱チャンバ６内を流通した熱ガスＨを外部に排出する排出口６ｂとが設けられている。なお、排出口６ｂから排出した熱ガスＨは、例えば煙突などに送られて放出される。
【００２８】
反応管７は、第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成され、加熱チャンバ６の内部に配設されている。また、第１Ｕ字状管７ａ及び第２Ｕ字状管７ｃのそれぞれの一方の直管部７ｄ、７ｅが加熱チャンバ６の外側に延出して設けられている。そして、第１Ｕ字状管７ａの一方の直管部７ｄが反応水蒸発部９、第１Ｕ字状管７ａの他方の直管部及びこの他方の直管部と連結する逆Ｕ字状管７ｂの一方の直管部が１次ガス化部１０、逆Ｕ字状管７ｂの他方の直管部及び第２Ｕ字状管７ｃが２次ガス化部１１を構成している。
【００２９】
一方、バイオマス供給設備２０は、反応管７の逆Ｕ字状管７ｂに第１供給管（供給管）２０ａを介して連結され（繋げられ）、第１供給管２０ａを通じて１次ガス化部１０に供給するバイオマス微粉Ｓ３を一時的に貯留するバイオマス投入用タンク２０ｂと、このバイオマス投入用タンク２０ｂに第２供給管２０ｃを介して連結され、粉砕設備８からバイオマス微粉Ｓ３を受け入れて、これを一時的に貯留するホッパ２０ｄと、第１供給管２０ａに設けられ、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂに供給したバイオマス微粉Ｓ３を、バイオマス投入用タンク２０ｂから所定量で１次ガス化部１０（反応管７）に供給するバイオマス供給装置２０ｅとを備えて構成されている。
【００３０】
また、本実施形態のバイオマス供給設備２０には、第２供給管２０ｃに、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給するためのバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられている。本実施形態のバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、いわゆるボールフィーダであり、図２（ａ）に示すように、筒状に形成されるとともに、軸線Ｏ１方向中央部に内面（球面座）２２ａが断面円形状に形成されたボール収容部２２ｂを備えたフィーダ本体部２２と、フィーダ本体部２２のボール収容部２２ｂに回転可能に収容されたボール２３とで構成されている。また、ボール２３は、中空構造の球状に形成されるとともに、外面から内面に貫通し中空部２３ａと外部を連通させる開口部２３ｂを備えて形成されている。さらに、ボール２３は、その外面をフィーダ本体部２２の球面座２２ａに密着させた状態でボール収容部２２ｂに収容され、図２（ａ）に示す一方向（回転方向Ｔ）に外面を球面座２２ａに摺接させつつ回転可能に設けられている。
【００３１】
そして、上記のように構成したバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、フィーダ本体部２２の上端側に、ホッパ２０ｄに繋がる上方の第２供給管２０ｆ（２０ｃ）の下端部が嵌合し、フィーダ本体２２の下端側に、バイオマス投入用タンク２０ｂに繋がる下方の第２供給管２０ｇ（２０ｃ）の上端部が嵌合して、第２供給管２０ｃに設けられている。また、このように設けられたバイオマス供給用フィーダバルブ２１は、上方の第２供給管２０ｆと下方の第２供給管２０ｇを、ひいてはホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを、ボール２３によって常時連通させることがないように設けられている。これにより、第１供給管２０ａを通じて反応管７に繋がるバイオマス投入用タンク２０ｂは、バイオマス供給用フィーダバルブ２１によって気密性が確保されている。
【００３２】
また、図１に示す脱水装置４は、内部に冷却伝熱面を備え、反応管７から塔内に導入された含水生成ガスＧ１中の水分及び硫黄化合物など高沸点物を凝縮して除去するように構成されている。また、この脱水装置４で処理した生成ガスＧ２を貯留するガスタンク５は、水封式のガスタンクであり、脱水装置４に配管を介して連結されている。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、このガスタンク５に貯留した生成ガスＧ２を、バイオマス供給設備２０のバイオマス投入用タンク２０ｂに供給するための生成ガス返送手段２５が設けられている。この生成ガス返送手段２５は、一端がガスタンク５に、他端がバイオマス投入用タンク２０ｂに繋がる返送管２５ａと、ブロアなどの送気手段２５ｂとを備えて構成されている。そして、送気手段２５ｂの駆動によって、返送管２５ａ内を、ガスタンク５に貯留した生成ガスＧ２がバイオマス投入用タンク２０ｂに向けて流通し、生成ガスＧ２がバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。なお、送気手段２５ｂは、駆動停止時においても、バイオマス投入用タンク２０ｂ側の気体がガスタンク５側に逆流することがないように構成されている。
【００３４】
また、反応管７の２次ガス化部１１（第２Ｕ字管７ｃ）の下部に一端が連結し加熱チャンバ６の外側に延び、バイオマスＳ３のガス化によって反応管７に溜まった灰などの残渣を外部に排出するための残渣排出管１２が設けられている。さらに、残渣排出管１２には、残渣排出用フィーダバルブ２６が設けられている。本実施形態の残渣排出用フィーダバルブ２６は、いわゆるボールフィーダであり、バイオマス供給設備２０のバイオマス供給用フィーダバルブ２１と同様に構成されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、筒状に形成され、軸線Ｏ１方向中央部にボール収容部２２ｂを備えるフィーダ本体部２２と、フィーダ本体部２２のボール収容部２２ｂに回転可能に収容され、中空部２３ａと外部を連通させる開口部２３ｂを備えたボール２３とで構成されている。
【００３５】
そして、この残渣排出用フィーダバルブ２６は、フィーダ本体部２２の上端側に、反応管７に繋がる上方の残渣排出管１２ａ（１２）の下端部が嵌合し、フィーダ本体２２の下端側に、外部に延出した下方の残渣排出管１２ｂ（１２）の上端部が嵌合して、残渣排出管１２に設けられている。また、このように設けられた残渣排出用フィーダバルブ２６は、上方の残渣排出管１２ａと下方の残渣排出管１２ｂを、ボール２３によって常時閉塞し、反応管７と外部を連通させることがないように設けられている。
【００３６】
ついで、上記の構成からなるバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する方法（バイオマスをガス化する方法）について説明し、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法の作用及び効果について説明する。
【００３７】
本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂを用いて生成ガスＧ２を製造する際には、粉砕設備８でバイオマス原料Ｓ１を粉砕し分別したバイオマス粗粉Ｓ２を熱ガス発生炉２に供給する。そして、この熱ガス発生炉２でバイオマス微粉Ｓ２を燃焼させ、熱ガスＨを加熱チャンバ６の導入口６ａから供給して加熱チャンバ６及び反応管７を加熱する。このように反応管７を加熱した段階で、反応管７の第１Ｕ字状管７ａ（一方の直管部７ｄ）に反応水Ｗを供給し、反応水蒸発部９で蒸発した水蒸気を１次ガス化部１０に流通させる。これとともに、バイオマス供給設備２０から１次ガス化部１０にバイオマス微粉Ｓ３を供給する。
【００３８】
ここで、本実施形態においては、粉砕設備８で粉砕したバイオマス微粉Ｓ３を反応管７の１次ガス化部１０に供給する際に、まず、粉砕設備８で分別したバイオマス微粉Ｓ３がバイオマス供給設備２０のホッパ２０ｄに供給されるとともに、図２（ａ）に示すように、ホッパ２０ｄに貯留したバイオマス微粉Ｓ３が上方の第２供給管２０ｆ（２０ｃ）内に供給される。そして、バイオマス供給用フィーダバルブ２１のボール２３を回転駆動させ、このボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｂ）に示すように上方を向いてこの開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと上方の第２供給管２０ｆが連通するとともに、バイオマス微粉Ｓ３が中空部２３ａ内に落下して充填される。
【００３９】
このように中空部２３ａにバイオマス微粉Ｓ３が充填されたボール２３がさらに回転すると、図２（ｃ）に示すように、中空部２３ａと上方の第２供給管２０ｆの連通が解除される。そして、ボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｄ）に示すように下方を向くとともに、この開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと下方の第２供給管２０ｇ（２０ｃ）が連通し、これとともに中空部２３ａ内のバイオマス微粉Ｓ３が下方の第２供給管２０ｇに供給され、この下方の第２供給管２０ｇを通じてバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。このように、ボール２３が回転して順次開口部２３ｂの位置が変わることによって、ホッパ２０ｄに貯留したバイオマス微粉Ｓ３がバイオマス投入用タンク２０ｂに供給され、ボール２３を連続的に回転駆動させることによって、バイオマス投入用タンク２０ｂに連続的に供給されてゆく。
【００４０】
また、このとき、ボール２３の外面がフィーダ本体部２２の球面座２２ａに摺接（密着）した状態でボール２３が回転し、上方の第２供給管２０ｆと下方の第２供給管２０ｇ、ひいてはホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂが連通することがなく、バイオマス投入用タンク２０ｂの気密性を常時確保した状態でバイオマス微粉Ｓ３の供給が行われる。
【００４１】
そして、上記のようにバイオマス投入用タンク２０ｂに供給して貯留されたバイオマス微粉Ｓ３は、バイオマス供給装置２０ｅの駆動とともに、第１供給管２０ａを通じて１次ガス化部１０に所定量ずつ供給される。このとき、本実施形態においては、先行して生成されガスタンク５に貯留されている生成ガスＧ２が、生成ガス返送手段２５の送気手段２５ｂの駆動とともにガスタンク５からバイオマス投入用タンク２０ｂに供給される。このため、バイオマス投入用タンク２０ｂから１次ガス化部１０にバイオマス微粉Ｓ３を供給する際には、バイオマス微粉Ｓ３とともに生成ガスＧ２が第１供給管２０ａに供給され、この生成ガスＧ２が、第１供給管２０ａをバイオマス微粉Ｓ３とともに１次ガス化部１０（反応管７）に向けて流通することによって、反応管７を流通する水蒸気がバイオマス投入用タンク２０ｂに流れることが防止される。
【００４２】
そして、このように１次ガス化部１０に生成ガスＧ２とともに供給したバイオマス微粉Ｓ３は、１次ガス化部１０を流通する水蒸気気流中に浮遊し、この水蒸気によって例えば０．２秒以下の瞬時にガス化される。バイオマス微粉Ｓ３をガス化して生成された含水状態のバイオマスガス（含水生成ガスＧ１）は、２次ガス化部１１を流通するとともに、少量の副生したタール・煤が分解され、且つ固形有機物及び炭素が全て分解され、脱水装置４に送られる。この脱水装置４で含水生成ガスＧ１から水分と硫黄分と塩素分などが除去され、生成ガスＧ２がガスタンク５に貯留される。
【００４３】
ここで、本実施形態においては、反応管７へのバイオマス微粉Ｓ３の供給時に、バイオマス微粉Ｓ３とともに空気や窒素ガスを供給する従来のガス化装置Ａと異なり、生成ガス返送手段２５でバイオマス投入用タンク２０ｂに供給した生成ガスＧ２とともにバイオマス微粉Ｓ３を供給するため、含水生成ガスＧ１ひいては生成ガスＧ２に窒素が多く含まれることがなく、クリーンで高カロリーの生成ガスＧ２が生成（製造）される。
【００４４】
一方、このようにバイオマス微粉Ｓ３をガス化することによって、反応管７の２次ガス化部１１の下部に灰などの残渣が溜まってゆくが、本実施形態においては、残渣排出用フィーダバルブ２６を回転駆動することによって、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく残渣が外部に排出される。すなわち、図２（ａ）に示すように、反応管７に残渣Ｐが溜まるとともにこの残渣Ｐが上方の残渣排出管１２ａ（１２）内に落下する。そして、残渣排出用フィーダバルブ２６のボール２３を回転駆動させ、このボール２３の開口部２３ｂが、図２（ｂ）に示すように上方を向いてこの開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと上方の残渣排出管１２ａが連通するとともに、残渣Ｐが中空部２３ａ内に落下して充填される。
【００４５】
中空部２３ａに残渣Ｐが充填されたボール２３がさらに回転すると、図２（ｃ）に示すように、中空部２３ａと上方の残渣排出管１２ａの連通が解除され、さらなるボール２３の回転によって、開口部２３ｂが、図２（ｄ）に示すように下方を向くとともに、この開口部２３ｂを通じて中空部２３ａと下方の残渣排出管１２ｂ（１２）が連通し、これとともに中空部２３ａ内の残渣Ｐが下方の残渣排出管１２ｂを通じて外部に排出される。このように、ボール２３が回転して順次開口部２３ｂの位置が変わることによって、反応管７に溜まった残渣Ｐが外部に排出され、ボール２３を連続的に回転駆動させることによって連続的に残渣Ｐが排出されてゆく。
【００４６】
また、このとき、ボール２３の外面がフィーダ本体部２２の球面座２２ａに摺接（密着）した状態でボール２３が回転し、上方の残渣排出管１２ａと下方の残渣排出管１２ｂ、ひいては反応管７と外部が連通することがなく、すなわち反応管７の気密状態を損なうことなく残渣Ｐの排出が行われる。
【００４７】
したがって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂにおいては、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを繋ぐ第２供給管２０ｃにバイオマス供給用フィーダバルブ２１が設けられていることによって、このフィーダバルブ２１を駆動することでホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク１０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給することができる。また、このとき、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂが連通することがないため、バイオマス投入用タンク２０ｂの気密性を確保した状態で、ホッパ２０ｄからバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマス微粉Ｓ３を供給することができ、連続的にバイオマス供給用フィーダバルブ２１を駆動することで、バイオマス投入用タンク２０ｂに気密性を確保しつつバイオマス微粉Ｓ３を連続的に供給することができる。
【００４８】
また、バイオマスＳ３のガス化によって反応管７に溜まった残渣Ｐを外部に排出するための残渣排出管１２に残渣排出用フィーダバルブ２６が設けられていることによって、この残渣排出用フィーダバルブ２６の駆動とともに残渣Ｐを外部に排出することができる。そして、この残渣Ｐの排出時においても、反応管７と外部が連通することがなく、連続的に残渣Ｐを外部に排出することができるため、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく、残渣Ｐを排出することができる。
【００４９】
よって、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂによれば、従来のガス化装置Ａのように生成ガスＧ２の製造をバイオマス投入用タンク２０ｂのバッチ処理で行う必要がなく、また、ガス化装置Ｂの運転を停止することなく連続的に残渣Ｐを外部に排出することができるため、長時間の連続運転を行って生成ガスＧ２を製造することができ、生成ガスＧ２の生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００５０】
また、本実施形態のバイオマスのガス化装置Ｂ及びバイオマスのガス化方法においては、生成ガス返送手段２５によってバイオマス投入用タンク２０ｂひいては第１供給管（供給管）２０ａに生成ガスＧ２を供給することで、バイオマス投入用タンク２０ｂに貯留したバイオマス微粉Ｓ３を生成ガスＧ２とともに反応管７に供給することができ、この生成ガスＧ２の流れによって水蒸気がバイオマス投入用タンク２０ｂ側に流れることを防止できる。これにより、従来のように空気や窒素ガスを用いることなくバイオマスＳ３を好適に反応管７に供給することができるため、従来のガス化装置Ａと比較し生成ガスＧ２の窒素の混入量を低減でき、クリーンで高カロリーな生成ガスＧ２を確実に製造することが可能になる。
【００５１】
以上、本発明に係るバイオマスのガス化装置及びバイオマスのガス化方法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。例えば、本実施形態では、バイオマス供給用フィーダバルブ２１と残渣排出用フィーダバルブ２６が、ボールフィーダであるものとしたが、バイオマス供給用フィーダバルブ２１は、ホッパ２０ｄとバイオマス投入用タンク２０ｂを連通させることなくバイオマス投入用タンク２０ｂにバイオマスＳ３を供給することができればよく、また、残渣排出用フィーダバルブ２６は、反応管７と外部を連通させることなく反応管７から残渣Ｐを排出させることができればよく、各フィーダバルブ２１、２６は、例えばドラムフィーダであってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、反応管７に反応水Ｗを供給し、この反応水Ｗを反応水蒸発部９で蒸発させて反応管７に水蒸気を流通させるものとしたが、水蒸気を直接反応管７に供給して流通させるようにしてもよい。このため、本実施形態では、反応管７が第１Ｕ字状管７ａと逆Ｕ字状管７ｂと第２Ｕ字状管７ｃを連結して形成されているものとしたが、特に反応管７の構成を限定する必要はない。また、これに関連して、１つの残渣排出管１２が２次ガス化部１１の下部に連結されているものとしたが、残渣排出管１２は、バイオマスＳ３のガス化に伴って反応管７に溜まる残渣Ｐを排出できれば、特に反応管７に対する連結位置を限定する必要はなく、さらに、複数の残渣排出管１２を設けて残渣Ｐを排出するようにしてもよい。
【００５３】
さらに、本実施形態では、生成ガス返送手段２５を設けて、ガスタンク５から生成ガスＧ２をバイオマス投入用タンク２０ｂに供給するものとしたが、従来のバイオマスのガス化装置Ａに本実施形態に示したバイオマス供給設備２０を適用し、長時間の連続運転を行える効果のみを付与するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイオマスのガス化装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバイオマス供給用フィーダバルブ（残渣排出用フィーダバルブ）を示す図である。
【図３】従来のバイオマスのガス化装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ガス化反応設備
２ 熱ガス発生炉
３ 従来のバイオマス供給設備
４ 脱水装置
５ ガスタンク
６ 加熱チャンバ
７ 反応管
８ 粉砕設備
９ 反応水蒸発部
１０ １次ガス化部
１１ ２次ガス化部
１２ 残渣排出管
２０ バイオマス供給設備
２０ａ 第１供給管（供給管）
２０ｂ バイオマス投入用タンク
２０ｃ 第２供給管
２０ｄ ホッパ
２０ｅ バイオマス供給装置
２１ バイオマス供給用フィーダバルブ
２５ 生成ガス返送手段
２５ａ 返送管
２５ｂ 送気手段
２６ 残渣排出用フィーダバルブ
Ａ 従来のバイオマスのガス化装置
Ｂ バイオマスのガス化装置
Ｅ 発電用ガスエンジン
Ｇ１ 含水生成ガス
Ｇ２ 生成ガス
Ｈ 熱ガス
Ｓ１ バイオマス原料
Ｓ２ バイオマス粗粉
Ｓ３ バイオマス微粉（バイオマス）
Ｐ 残渣
Ｗ 反応水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気が流通する反応管にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、
前記反応管に第１供給管を介して連結されるとともに、前記反応管に供給する前記バイオマスを一時的に貯留するバイオマス投入用タンクと、該バイオマス投入用タンクに第２供給管を介して連結されるとともに、前記バイオマス投入用タンクに供給する前記バイオマスを一時的に貯留するホッパとを備え、
前記第２供給管には、前記ホッパと前記バイオマス投入用タンクを連通させることなく前記ホッパから前記バイオマス投入用タンクに前記バイオマスを供給するバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項２】
請求項１記載のバイオマスのガス化装置において、
前記反応管に一端が連結され、前記バイオマスのガス化によって前記反応管に溜まった残渣を外部に排出するための残渣排出管を備え、
該残渣排出管には、前記反応管と外部を連通させることなく前記反応管から前記残渣を排出させる残渣排出用フィーダバルブが設けられていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバイオマスのガス化装置において、
前記反応管で前記バイオマスをガス化して生成された生成ガスを貯留するガスタンクと、該ガスタンクに貯留した前記生成ガスを前記バイオマス投入用タンクに供給する生成ガス返送手段とを備えることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項４】
バイオマスのガス化装置が備える反応管に、水蒸気を流通させるとともに前記反応管に繋がる供給管を通じてバイオマスを供給し、前記バイオマスをガス化する方法であって、
前記ガス化装置で前記バイオマスをガス化して生成した生成ガスを、前記バイオマスとともに前記反応管に向けて流通させるように、前記供給管に供給することを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項１】
水蒸気が流通する反応管にバイオマスを供給して該バイオマスをガス化するバイオマスのガス化装置であって、
前記反応管に第１供給管を介して連結されるとともに、前記反応管に供給する前記バイオマスを一時的に貯留するバイオマス投入用タンクと、該バイオマス投入用タンクに第２供給管を介して連結されるとともに、前記バイオマス投入用タンクに供給する前記バイオマスを一時的に貯留するホッパとを備え、
前記第２供給管には、前記ホッパと前記バイオマス投入用タンクを連通させることなく前記ホッパから前記バイオマス投入用タンクに前記バイオマスを供給するバイオマス供給用フィーダバルブが設けられていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項２】
請求項１記載のバイオマスのガス化装置において、
前記反応管に一端が連結され、前記バイオマスのガス化によって前記反応管に溜まった残渣を外部に排出するための残渣排出管を備え、
該残渣排出管には、前記反応管と外部を連通させることなく前記反応管から前記残渣を排出させる残渣排出用フィーダバルブが設けられていることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバイオマスのガス化装置において、
前記反応管で前記バイオマスをガス化して生成された生成ガスを貯留するガスタンクと、該ガスタンクに貯留した前記生成ガスを前記バイオマス投入用タンクに供給する生成ガス返送手段とを備えることを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項４】
バイオマスのガス化装置が備える反応管に、水蒸気を流通させるとともに前記反応管に繋がる供給管を通じてバイオマスを供給し、前記バイオマスをガス化する方法であって、
前記ガス化装置で前記バイオマスをガス化して生成した生成ガスを、前記バイオマスとともに前記反応管に向けて流通させるように、前記供給管に供給することを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−７４７４（Ｐ２００９−７４７４Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７０２９５（Ｐ２００７−１７０２９５）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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