固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置
【課題】 ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図り、高いガス化効率且つクリーンな合成ガスの生産を実現可能な固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置を提供する。
【解決手段】 ガス化の過程を熱分解とガス化を行うガス化炉(10)（熱分解ガス化フェーズ、第一工程）、チャーを燃焼させ焼成した活性ケミカルを得る燃焼炉(20)（チャー燃焼フェーズ、第二工程）及びガス化ガスを精製するガス精製炉(30)（ガス化ガス精製フェーズ、第三工程）の３つの過程（フェーズ）に分け、流動熱媒体やケミカルによる熱伝達により、また該ケミカルが各フェーズで行う化学反応の調和により、独立にして、ガス化炉(10)をＣＯ２の吸収ができるガス化に必要な低中温（７７３〜１０７３Ｋ）に制御し、ガス精製炉(30)をガス精製に必要な高温（１０７３Ｋ以上）に制御する。
【解決手段】 ガス化の過程を熱分解とガス化を行うガス化炉(10)（熱分解ガス化フェーズ、第一工程）、チャーを燃焼させ焼成した活性ケミカルを得る燃焼炉(20)（チャー燃焼フェーズ、第二工程）及びガス化ガスを精製するガス精製炉(30)（ガス化ガス精製フェーズ、第三工程）の３つの過程（フェーズ）に分け、流動熱媒体やケミカルによる熱伝達により、また該ケミカルが各フェーズで行う化学反応の調和により、独立にして、ガス化炉(10)をＣＯ２の吸収ができるガス化に必要な低中温（７７３〜１０７３Ｋ）に制御し、ガス精製炉(30)をガス精製に必要な高温（１０７３Ｋ以上）に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置に係り、詳しくは固体燃料を高効率且つクリーンにガス化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス化炉における一般的な石炭、バイオマス、各種廃棄物等の固体燃料のガス化は、十分な反応速度及び反応への十分な熱供給を得るため、１１２３Ｋ近傍或いはそれ以上の高温環境下で行われている。ガス化炉内でこのような１１２３Ｋ近傍或いはそれ以上の高温環境を得るためには固体燃料自身を一部燃焼させる必要がある。
しかしながら、このように固体燃料自身を燃焼させてしまうと燃料のガス化効率が低下するという問題があり、燃料の燃焼とガス化とを同じ反応空間（即ち、ガス化炉内）で行うと、生成したガス化ガス中に大量のＣＯ２及びＮ２等の不活性ガスが巻き混じることを回避できず、製品ガスの純度とカロリーを低下してしまう。
【０００３】
また、高温下で生成したガス化ガス中には、ＣＯやＣＯ２の含有量が多い一方でＨ２の含有量が少なく、例えばＧＴＬ（Gas to Liquid）の合成プロセスに必要なＨ２富化合成ガスを生産するためには、高温のガス化ガスを冷却して独立にＣＯシフト反応やＣＯ２の除去を行う必要がある。
固体燃料のガス化に伴うＣＯ２の同時除去としては、ＣaＯベースの酸化物等のケミカルを用いてガス化炉においてガス化ガス中のＣＯ２を吸収する方法が従来より知られているが、１１２３Ｋ以上の高温環境下では、ＣＯ２の吸収を起こさせるために化学平衡の関係からガス化炉を２０気圧またはこれ以上の高圧環境に置かなければならないという制約がある（特許文献１、２等参照）。
【０００４】
現実には、このような高圧下でのガス化技術は、コスト制限等により、数百ＭＷの大型のエネルギー、燃料生産システムでしか利用できず、様々な他の低容量のシステム、例えば分散型水素燃料電池発電及び合成システムでは、低圧望ましくは常圧でのガス化によるＨ２富化合成ガスの生産が要求されている。
これより、上記ＧＴＬを含む様々なエネルギー規模のエネルギー、燃料生産システムへ応用したり、或いは次世代の高効率な発電システムを構築するためには、低中温と低圧で高効率化できるガス化方法が不可欠と考えられる。
【０００５】
即ち、低中温でのガス化を実現できれば、固体燃料自身を燃焼させなくても、例えばガス化の熱源として様々な工業廃熱（例えば、ガスタービン機からの排出ガスの熱等）を利用でき、ガス化の高効率化を期待できる。また高圧環境下に置かなくても、例えば常圧下であっても、低中温であればＣaＯ等の酸化物ケミカルによってガス化ガス中のＣＯ２が良好に吸収される。
【０００６】
一方、固体燃料自身を燃焼させて燃料をガス化する方法（通常の部分酸化法：他のガス化剤を使用しない場合、またはAuto-thermalガス化法：他のガス化剤、例えばスチーム或いはＣＯ２を使用する場合）においては、燃焼により生成したＣＯ２と燃焼用空気の供給により供給されたＮ２等の不活性ガスのガス化ガスへの巻き混じを回避するため、固体燃料のガス化をガス化炉で行い、ガス化後のチャーをガス化炉と分離した燃焼炉で燃焼させ、これらガス化炉と燃焼炉間に熱流動媒体を循環させることで熱を燃焼炉からガス化炉へ輸送する循環型の流動層二塔式ガス化手法が知られている（特許文献３、４等参照）。
【０００７】
そして、このような燃料ガス化とチャー燃焼とを分離したガス化方法において、さらにガス化ガス中のＣＯ２を吸収しＨ２富化合成ガスを生産することを目的として、燃焼炉とガス化炉との間を循環する熱媒体にＣaＯケミカルを添加するＡＥＲ（Absorption Enhanced Reforming）と呼ばれるガス化方法が近年ヨーロッパで開発されている（非特許文献１参照）。当該ＡＥＲ法では、循環流動層を用い、ダウンカマー側に設置するガス化炉において８７３〜９７３Ｋ且つ常圧の環境下でバイオマスのガス化を行い、ＣaＯケミカルでＣＯ２を吸収して高Ｈ２含有量のガス化ガスを得るとともにガス化反応を促進させるようにし、これにより生成されたＣａＣＯ３をライザ燃焼炉においてＣaＯに再生し、流動熱媒体とともに再びガス化炉に循環させるようにしている。
【特許文献１】ＵＳ４２３１７６０号公報
【特許文献２】特開２００４−５９８１６号公報
【特許文献３】ＵＳ４５６８３６２号公報
【特許文献４】ＡＴ４０５９３７Ｂ号公報
【非特許文献１】http://www.aer-gas.de
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃焼（チャー）とガス化（燃料）を分離した上記現存のガス化方法は、ガス化反応の温度が１１２３Ｋ以上の高温（特許文献３、４）か９７３Ｋ程度の低中温（ＡＥＲ）のいずれかのものである。
しかしながら、低中温でガス化を行う場合、タールが多く発生するという問題を避けられず、上記のＡＥＲではＣaＯを触媒として機能させてタールを改質するように図っているものの、ＣaＯがタールに対して触媒機能を十分に発揮するには実に１１２３Ｋ以上の高温が必要であることが一般的に知られており、ＡＥＲのような８７３〜９７３Ｋの低温環境では、タールが十分に改質されず、即ちガス化ガスが十分に精製されないという問題がある。これより、上記のＡＥＲ法により得られるガス化ガス中には実際には多くのタールを含んでいると予測される。
【０００９】
一方、ガス化反応温度が１１２３Ｋ以上である場合には、ガス化ガス中のタール改質に対してはＣaＯベースのケミカルの触媒機能を十分に発揮できるものの、このような高温ではＣaＯによるＣＯ２の吸収を十分に行うことができず、上述したように、ＣＯ２の吸収を起こさせるためにはガス化炉の操作圧力を２０気圧以上の高圧に設置しなければならず、高圧環境でのガス化はコストがかかり、ガス化技術の応用範囲にも制限が生じるという問題がある。
【００１０】
このように、ＣaＯのようなケミカルによるガス化ガス中のタールを改質する触媒作用とガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用とは両立しないのが現実である。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図り、高いガス化効率且つクリーンな生成ガスの生産を実現可能な固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成するために、請求項１の固体燃料のガス化方法は、固体燃料とガス化剤とを熱分解ガス化フェーズ反応器に供給し、該熱分解ガス化フェーズ反応器内において、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化し、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定該フェーズの反応温度下で活性ケミカルにより吸収する第一工程と、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルをチャー燃焼フェーズ反応器に供給し、該チャー燃焼フェーズ反応器内において、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化する第二工程と、前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスをガス化ガス精製フェーズ反応器に供給し、該ガス化ガス精製フェーズ反応器内において、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定該フェーズの反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させる第三工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内において熱媒体が加熱されるとともに不活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルが焼成されて活性ケミカルが生成されると（第二工程）、これら高温化した熱媒体及び活性ケミカルがガス化ガス精製フェーズ反応器に供給され、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定該フェーズの高温の反応温度のもと、ガス化ガス中のタールが活性ケミカルを触媒として良好に改質されるとともにガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlが活性ケミカルに良好に吸収される（第三工程）。そして、熱媒体とタールを改質しＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収したケミカルはＣＯ２の吸収活性を保持したまま熱分解ガス化フェーズ反応器に循環され、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定該フェーズの低中温の反応温度のもと、固体燃料の熱分解、ガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２が当該ケミカルによって良好に吸収される（第一工程）。
【００１３】
請求項２の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第一工程では、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする。
これより、熱分解ガス化フェーズ反応器内での所定該フェーズの反応温度が、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持され、熱分解ガス化フェーズ反応器内がほぼ常圧であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２が活性ケミカルにより確実に吸収される。
【００１４】
請求項３の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第二工程では、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする。
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内での反応温度が、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等と調和することで１０７３Ｋ以上の高温に維持され、熱媒体と活性ケミカルとが十分に高温化されるとともに十分に活性化した活性ケミカルが生起される。
【００１５】
請求項４の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第三工程では、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度よりも高く制御されることを特徴とする。
【００１６】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器内での所定該フェーズの反応温度が、活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持され、活性ケミカルによってガス化ガスの中のタールが確実に改質され、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去される。この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度より高くなっている。
【００１７】
請求項５の固体燃料のガス化方法は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする。
このように未活性ケミカルが金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であると、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）は、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定該フェーズの低中温の反応温度のもと、ガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収可能であり、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定該フェーズの高温の反応温度のもと、好適に触媒として機能してガス化ガス中のタールを十分に改質可能である。
【００１８】
請求項６の固体燃料のガス化装置は、固体燃料とガス化剤とを供給し、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化するとともに、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定熱分解ガス化の反応温度下で活性ケミカルにより吸収する熱分解ガス化フェーズ反応器と、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを供給し、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化するチャー燃焼フェーズ反応器と、前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスを供給し、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定タール改質の反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させるガス化ガス精製フェーズ反応器とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内において熱媒体が加熱されるとともに不活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルが焼成されて活性ケミカルが生成されると、これら高温化した熱媒体及び活性ケミカルがガス化ガス精製フェーズ反応器に供給され、当該ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質に必要な所定タール改質の高温の反応温度のもと、ガス化ガス中のタールが活性ケミカルを触媒として良好に改質されるとともにガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlが活性ケミカルに良好に吸収される。そして、熱媒体とタールを改質しＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収したケミカルはＣＯ２の吸収活性を保持したまま熱分解ガス化フェーズ反応器に循環され、当該熱分解ガス化フェーズ反応器内では、ＣＯ２の吸収に必要な所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもと、固体燃料の熱分解、ガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２が当該ケミカルによって良好に吸収される。
【００２０】
請求項７の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする。
これより、熱分解ガス化フェーズ反応器内での所定熱分解ガス化の反応温度が、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持され、熱分解ガス化フェーズ反応器内がほぼ常圧であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２が活性ケミカルにより確実に吸収される。
【００２１】
請求項８の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする。
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内での反応温度が、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等と調和することで１０７３Ｋ以上に維持され、熱媒体と活性ケミカルとが十分に高温化されるとともに十分に活性化した活性ケミカルが生起される。
【００２２】
請求項９の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における前記所定タール改質の反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度よりも高く制御されることを特徴とする。
【００２３】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器内での所定タール改質の反応温度が、活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持され、活性ケミカルによってガス化ガスの中のタールが確実に改質され、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去される。この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度より高くなっている。
【００２４】
請求項１０の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至９のいずれかにおいて、前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする。
このように未活性ケミカルが金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であると、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）は、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもと、ガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収可能であり、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定タール改質の高温の反応温度のもと、好適に触媒として機能してガス化ガス中のタールを十分に改質可能である。
【００２５】
請求項１１の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至１０のいずれかにおいて、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器は前記熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいことを特徴とする。
これより、ガス化ガスがガス化ガス精製フェーズ反応器内に滞留する時間が長くなり、ガス化ガスが十分に精製される。
【００２６】
請求項１２の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至１１のいずれかにおいて、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器と前記熱分解ガス化フェーズ反応器とは一体に設けられ、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器から前記熱分解ガス化フェーズ反応器に前記熱媒体と前記活性ケミカルとを循環させるための粒子通路が、前記一体をなす前記ガス化ガス精製フェーズ反応器及び前記熱分解ガス化フェーズ反応器の内部または外部に配設されていることを特徴とする。
【００２７】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器と熱分解ガス化フェーズ反応器とが一体に設けられていることで装置全体がコンパクトになり、また、ガス化ガス精製フェーズ反応器から熱分解ガス化フェーズ反応器への粒子通路を内部または外部に配置することで、熱媒体及び活性ケミカルの循環の安定化が図られる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の固体燃料のガス化方法によれば、固体燃料のガス化に係る全過程を熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の三つのフェーズに分け、固体燃料の熱分解ガス化により生成されるガス化ガス中のタールをガス化ガス精製フェーズにおいて所定該フェーズの高温の反応温度のもとで活性ケミカルにより改質し、当該タールの改質に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに熱分解ガス化フェーズに循環させ、当該熱分解ガス化フェーズにおいて所定該フェーズの低中温の反応温度のもとでガス化ガス中のＣＯ２を同じ活性ケミカルにより吸収するようにし、さらにチャー燃焼フェーズにおいて熱媒体を加熱するとともに低活性化したケミカル、即ち低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを焼成により活性化させるようにしているので、活性ケミカルを循環させながら、当該活性ケミカルによって、熱分解ガス化フェーズではガス化ガス中のＣＯ２を適正な反応温度のもとで十分に吸収でき、且つ、ガス化ガス精製フェーズではガス化ガス中のタールを適正な反応温度のもとで十分に改質するようにでき、さらにチャー燃焼フェーズではタールの改質に寄与する前に低活性及び未活性ケミカルを十分に活性化した状態にすることができる。
【００２９】
即ち、熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の各フェーズ毎に反応温度を独立に最大の反応パフォーマンスが実現されるようにでき、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、固体燃料のガス化を高効率にしてクリーンに実現でき、高品質のガス化ガスを得ることができる。
【００３０】
請求項２の固体燃料のガス化方法によれば、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等との調和により、所定該フェーズの反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持するようにするので、熱分解ガス化フェーズ反応器内を高圧とせずにほぼ常圧とした場合であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２を活性ケミカルによって確実に吸収することができる。
【００３１】
請求項３の固体燃料のガス化方法によれば、チャー燃焼フェーズ反応器内では、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等との調和により、反応温度を１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、熱媒体と活性ケミカルとを十分に高温化させるとともに活性ケミカルを十分に活性化させることができる。
請求項４の固体燃料のガス化方法によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質反応に対する活性ケミカルの触媒機能の発揮等との調和により、所定該フェーズの反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、ガス化ガスの中のタールを活性ケミカルによって確実に改質することができ、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去することができる。なお、この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、当該反応温度については確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度よりも高くできる。
【００３２】
請求項５の固体燃料のガス化方法によれば、未活性ケミカルは金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であるので、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）により、熱分解ガス化フェーズ反応器内では所定該フェーズの低中温の反応温度のもとにガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収することができ、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では所定該フェーズの高温の反応温度のもとにガス化ガス中のタールを十分に改質することができる。
【００３３】
請求項６の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項１と同様に、固体燃料のガス化に係る全過程を熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の三つのフェーズに分け、活性ケミカルを循環させながら、当該活性ケミカルによって、熱分解ガス化フェーズではガス化ガス中のＣＯ２を適正な反応温度のもとで十分に吸収でき、ガス化ガス精製フェーズではガス化ガス中のタールを適正な反応温度のもとで十分に改質するようにでき、さらにチャー燃焼フェーズではタールの改質に寄与する前に低活性及び未活性ケミカルを十分に活性化した状態にすることができる。
【００３４】
即ち、熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の各フェーズ毎に反応温度を独立に最大の反応パフォーマンスが実現されるようにでき、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、固体燃料のガス化を高効率にしてクリーンに実現でき、高品質のガス化ガスを得ることができる。
【００３５】
請求項７の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項２と同様に、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等との調和により、所定熱分解ガス化の反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持するようにするので、熱分解ガス化フェーズ反応器内を高圧とせずにほぼ常圧とした場合であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２を活性ケミカルによって確実に吸収することができる。
【００３６】
請求項８の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項３と同様に、チャー燃焼フェーズ反応器内では、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等との調和により、反応温度を１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、熱媒体と活性ケミカルとを十分に高温化させるとともに活性ケミカルを十分に活性化させることができる。
【００３７】
請求項９の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項４と同様に、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質反応に対する活性ケミカルの触媒機能の発揮等との調和により、所定タール改質の反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、ガス化ガスの中のタールを活性ケミカルによって確実に改質することができ、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去することができる。なお、この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちそこで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、当該反応温度については確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度よりも高くできる。
【００３８】
請求項１０の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項５と同様に、未活性ケミカルは金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であるので、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）により、熱分解ガス化フェーズ反応器内では所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもとにガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収することができ、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では所定タール改質の高温の反応温度のもとにガス化ガス中のタールを十分に改質することができる。
【００３９】
請求項１１の固体燃料のガス化装置によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器は熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいので、ガス化ガスがガス化ガス精製フェーズ反応器内に滞留する時間を長くでき、ガス化ガスを十分に精製することができる。
請求項１２の固体燃料のガス化装置によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器と熱分解ガス化フェーズ反応器とが一体に設けられていることで装置全体をコンパクトにでき、また、ガス化ガス精製フェーズ反応器から熱分解ガス化フェーズ反応器への粒子通路を内部または外部に配置することで、熱媒体及び活性ケミカルの循環の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図１に基づき説明する。
本発明に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置は、外部循環型の流動層を有したシステムとして構成され、図１に示すように、ガス化炉（熱分解ガス化フェーズ反応器）１０と燃焼炉（チャー燃焼フェーズ反応器）２０とガス精製炉（ガス化ガス精製フェーズ反応器）３０とが別体に設けられ、流動熱媒体（砂等のベッド材）とともに固形成分がガス化炉１０、燃焼炉２０及びガス精製炉３０内を循環するように構成されている。
【００４１】
ガス化炉１０は、流動層１２に固体燃料（石炭、バイオマス、廃棄物等）を供給するとともにガス化剤（スチーマ、ＣＯ２等）を供給して後述の如く加熱され高温化された流動熱媒体の熱により固体燃料のガス化（燃料熱分解を含む）を行う装置である。当該ガス化炉１０の上部はガス精製炉３０に連通しており、これより、ガス化炉１０でガス化された合成ガス（生成ガス、ガス化ガス）はガス精製炉３０に供給される。
【００４２】
ガス化炉１０の側面中央部分は粒子分級装置４０を介して燃焼炉２０の下部に連通している。粒子分級装置４０は固体燃料の灰と後述の低活性ケミカルの一部、ガス化により生成されたチャー及び低温化した流動熱媒体とを分離するものであり、固体燃料の灰（燃焼炉２０におけるチャーの燃焼により生成した灰）及び後述の部分低活性ケミカルを排出して廃棄するとともに、チャー、低活性ケミカルの一部及び流動熱媒体を燃焼炉２０の下部に供給する機能を有している。
【００４３】
燃焼炉２０は、流動層２２に下方から酸化剤（空気またはＯ２）を供給することでガス化炉１０から供給されたチャーを燃焼させ且つ流動熱媒体を加熱して高温化する装置であり、当該燃焼炉２０の上部はサイクロン５０に連通している。サイクロン５０は固形成分とガス成分とを分離する装置であり、燃焼炉２０で生成された排ガスを大気中に排出する一方、高温化した流動熱媒体や排ガス中の固体成分をガス精製炉３０へ供給する機能を有している。
【００４４】
また、上記燃焼炉２０には、石灰石（ＣaＣＯ３）等の未活性状態のケミカル（未活性ケミカル、化学剤）を流動層２２に供給するケミカル供給管２０ａが設けられている。
ガス精製炉３０は、ガス化炉１０から供給された合成ガスを精製する装置であり、合成ガス中のタールを改質するとともに、合成ガス中のＨ２ＳやＨＣl等を吸収し除去可能に構成されている。
【００４５】
当該ガス精製炉３０の上部はサイクロン５５に連通している。サイクロン５５は上記サイクロン５０と同様に固形成分とガス成分とを分離する遠心分離装置であり、ガス精製炉３０で精製された合成ガスを、例えば燃料としてガスタービン等へ供給する一方、その合成ガス流中に含まれる固体成分をガス化炉１０へ戻す機能を有している。
ガス精製炉３０の側面中央部分からは粒子輸送管１５がガス化炉１０内に向けて延びており、これにより主として流動熱媒体等の粒子が当該粒子輸送管１５を介してガス化炉１０に供給される。
【００４６】
以下、このように構成された本発明に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の作用及び固体燃料のガス化方法について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る固体燃料のガス化方法の作用図が概略的に示されており、以下同図をも参照しながら説明する。なお、図２中には実線矢印でガス、流動熱媒体、ケミカル等の物質の循環（物質環）を、破線で熱の循環（熱環）を概念的に示してある。
【００４７】
上述したように、燃焼炉２０にはガス化炉１０から供給されたチャーとともに酸化剤が供給され、チャーの燃焼が行われる。このとき、燃焼炉２０内の流動層２２には石灰石（ＣaＣＯ３）等のケミカルが供給され、ＣaＣＯ３等が流動熱媒体とともにチャーの燃焼熱によって加熱される。詳しくは、チャーの燃焼ではガス化炉１０での固体燃料のガス化のような吸熱反応がないため、燃焼炉２０内の温度は下記表１に示す（１６）のＣaＣＯ３分解化学反応との調和により、所定の高温Ｔ1（例えば、１０７３Ｋ以上）にまで良好に加熱される。なお、表１中のΔＨ0はプラス（＋）が吸熱量を示し、マイナス（−）が放熱量を示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
また、チャーの燃焼は固体燃料のガス化と別にしているため、ガス化ガス中のＣＯ２含有量が通常の燃焼とガス化の共存するガス化炉より低く、故に燃焼炉２０内のＣＯ２の濃度は、一般のガス化炉では２０mol％以上であるのに対し、例えば１０〜１５mol％程度の低い値に抑えられる。
【００５０】
これより、燃焼炉２０では、高温且つ低ＣＯ２の下、ＣaＣＯ３等が表１の化学反応式（１６）のように良好に熱分解され、ＣaＯ等の活性ケミカルが良好に焼成される（第二工程）。
図３を参照すると、低ＣＯ２濃度で温度が変化した場合のＣaＣＯ３のＴＧ焼成における重量変化（ＴＧ重量変化）が図示されており、同図より、ＣＯ２濃度が低ければ（例えば、１５mol％）、１０５０Ｋ程度の温度でＣaＣＯ３の焼成が開始され、化学反応式（１６）の如くＣaＯが良好に焼成されることが分かる。ここに、ＣＯ２濃度が１５mol％、１０５０Ｋ及びこれ以上の温度の反応条件は、まさに燃焼炉２０内の雰囲気である。
【００５１】
このように焼成されたＣaＯ等の活性ケミカルは、高温化した流動熱媒体とともにサイクロン５０を経てガス精製炉３０に供給される。また、ガス精製炉３０にはガス化炉１０においてガス化された合成ガスも供給される。
ガス精製炉３０内では、ガス化炉１０においてガス化された合成ガスが上記ＣaＯ等の活性ケミカルの触媒作用によって精製される。
【００５２】
詳しくは、ガス精製炉３０内では、流動熱媒体やＣaＯ等の活性ケミカルの熱により上記表１に示す（１２）〜（１４）のようなガス精製化学反応が進行する。ここでは、反応熱が少ないために流動層３２における所定の反応温度（所定該フェーズの反応温度、所定タール改質の反応温度）Ｔ2がサイクロン５０からの粒子の温度と略同等の１０７３Ｋ以上の高温となり、タール改質反応（１２）に対するＣaＯ等の活性ケミカルの触媒機能が十分に発揮される。なお、タール改質反応（１２）の多少吸熱はガス精製炉３０を通る粒子の温度を多少低下させるため、実際には反応温度Ｔ2は上記燃焼炉２０における上記Ｔ1より多少低い温度である。
【００５３】
これより、合成ガス中にはタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等が含まれているところ、ガス精製炉３０の流動層３２は、活性ケミカルのタール改質反応（１２）に対する触媒機能の発揮等と調和して当該触媒機能を十分に発揮するのに必要な高温（＞１０７３Ｋ）に維持され、ＣaＯ等はタールや煤塵に対しては良好に触媒機能を発揮し（タールの改質）、或いは付着機能を発揮して（タールと煤塵の付着）これらを浄化可能である。また、ＣaＯ等はＨ２ＳやＨＣl等に対しては酸化剤として酸化機能を発揮し、これらを吸収可能である。故に、ガス精製炉３０では、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等がＣaＯ等によって十分に除去され、合成ガスが良好に精製される（第三工程）。
【００５４】
そして、合成ガスの精製に使用された精製反応後のＣaＯ等は、流動熱媒体とともに粒子輸送管１５を介してガス化炉１０に循環される。なお、合成ガスとともにガス精製炉３０を飛び出したＣaＯ等についてもサイクロン５５によって固気分離されてガス化炉１０に送られる。
ガス化炉１０内では、流動熱媒体やＣaＯ等の熱存在のもと、ＣaＯ等のケミカルのＣＯ２吸収活性を介入して上記表１に示す（１）〜（１１）のような化学反応が進行し、（１）〜（３）の強吸熱反応である燃料熱分解とチャーガス化により上記のガス精製炉３０からの固形分（粒子）温度が上記反応温度Ｔ2よりさらに低下する。そして、１〜５atmの低い反応圧のもと、ＣＯ２の吸収反応（５）との調和により、例えば燃料処理量の調整等を行うことで、流動層１２における反応温度が所定の反応温度Ｔ3（例えば、７７３〜１０７３Ｋ、好ましくは８７３〜１０２３Ｋ）（所定該フェーズの反応温度、熱分解ガス化の反応温度）、即ちＣＯ２の吸収化学反応に必要な低中温に制御される。
【００５５】
これより、ガス化炉１０内では、所定の低圧及び必要な低中温Ｔ3の環境のもと、固体燃料のガス化が行われるとともにＣaＯ等がＣＯ２と反応してＣＯ２が良好に吸収される。
つまり、ＣaＯとＣＯ２との化学反応においては、圧力と温度とに基づき図４に示すような化学平衡が存在しているのであるが、ガス化炉１０内が所定の低圧（例えば、１〜５atm）であれば、例え常圧（１atm）であっても、ガス化炉１０内の温度が低中温Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）に維持されることでＣaＯはＣＯ２を良好に吸収可能であり、表１の化学反応式（５）の反応を良好に生起可能である。
【００５６】
図５を参照すると、常圧且つ１０mol％のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１０００Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯの重量変化（ＴＧ重量変化）が図示され、図６を参照すると、比較例として常圧且つ２５mol％のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１１３０Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯの重量変化（ＴＧ重量変化）が図示されているが、これらの図より、高ＣＯ２分圧があっても高温の１１３０Ｋ近傍では変化しないＣaＯの重量が、より低いＣＯ２分圧の場合の低中温の１０００Ｋ近傍では大きく増加しており、ＣaＯが後の温度条件で良好にＣaＣＯ３に変換されていることがわかる。
【００５７】
このように、ガス化炉１０では、ＣaＯ等の活性ケミカルは合成ガス中のＣＯ２と良好に反応してＣＯ２を吸収し、ＣaＣＯ３等の不活性ケミカル、即ち元のケミカルに戻される。
そして、このように合成ガスからＣＯ２が除去されると、合成ガスの有する燃焼カロリーが高められ、合成ガス中のＨ２濃度が高められる（Ｈ２富化）。さらに、ＣaＯ等によるＣＯ２の吸収は放熱反応であるためにガス化反応速度の促進が図られる。また、このようにガス化炉１０の流動層１２が温度制御されることになると、ガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給の安定化も図られる（第一工程）。
【００５８】
ＣaＯ等の活性ケミカルがＣＯ２と反応してＣaＣＯ３等の低活性ケミカルになると、再生可能な一部のＣaＣＯ３等はチャー及び燃料ガス化反応によって低温化した流動熱媒体とともに再び燃焼炉２０に送られ、上述のようにして再度活性化されてＣaＯ等に再生される。
一方、ＣaＯ等がＨ２Ｓ等の酸化に使用されるとＣaＳ等が生成されるが、当該ＣaＳ等、或いはガス化炉１０内で反応した部分低活性ケミカルは、粒子分級装置４０において分離され、灰とともに排出されて廃棄される。
【００５９】
なお、このようにＣaＳ等や部分低活性ケミカルが廃棄されると、ＣaＯ等が不足することになるが、当該不足分に相当するＣaＣＯ３等は鉱物（例えば、石灰石）の状態でケミカル供給管２０ａから燃焼炉２０の流動層２２に補充され（新添加の未活性ケミカル）、故にＣaＯ等は継続して良好に生成され続ける。
以上説明したように、本発明に係る固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置では、ガス化の全過程を燃料熱分解及びガス化を行うガス化炉１０（熱分解ガス化フェーズ、第一工程）、ガス化後のチャーを燃焼させＣaＣＯ３等のケミカルを焼成してＣaＯ等の活性ケミカルを得る燃焼炉２０（チャー燃焼フェーズ、第二工程）及び合成ガスを精製するガス精製炉３０（ガス化ガス精製フェーズ、第三工程）の３つの過程（フェーズ）に分けるようにしている。
【００６０】
従って、各炉の温度を独立にして容易に制御可能であり、特に、ガス精製炉３０では、燃焼炉２０から循環される高温の流動熱媒体やＣaＯ等の活性ケミカルの熱により、また活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等との調和により、流動層３２を所定の反応温度Ｔ2（例えば、１０７３Ｋ以上）、即ち活性ＣaＯ等がタール改質反応に対し触媒機能を十分に発揮するのに必要な高温に温度制御することができ、ガス化炉１０では、ガス精製炉３０から循環される流動熱媒体やＣaＯ等の有する熱存在のもと、ガス化炉１０へ供給する燃料量の調整等を行うことで、流動層１２をＣaＯ等によるＣＯ２の吸収化学反応との調和により所定の反応温度Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）、即ちＣＯ２の吸収化学反応に必要な低中温に温度制御することができる。
【００６１】
これより、燃焼炉２０内の流動層２２において流動熱媒体が加熱されるとともにＣaＣＯ３等のケミカルが焼成されてＣaＯ等の活性ケミカルが生成されると、これら流動熱媒体及びＣaＯ等がガス精製炉３０に供給されるが、ガス精製炉３０内の流動層３２では、所定の反応温度Ｔ2のもと、ＣaＯ等を触媒として合成ガスを良好に精製でき、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等を良好に除去することができる。また、ガス化炉１０内の流動層１２では、所定の反応温度Ｔ3且つ所定の低圧（１〜５atm）のもと、ガス化により生成された合成ガス中のＣＯ２をＣaＯ等の活性ケミカルにより良好に吸収することができ、合成ガスの有する燃焼カロリーを高め且つ合成ガス中のＨ２濃度を高めることができるとともに（Ｈ２富化）、ガス化反応速度の促進を図ることができ、さらにはガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給を安定したものにできる。
【００６２】
即ち、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応（燃料熱分解を含む）を促進する作用と当該ガス化反応により生成された合成ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、全体としてガス化効率を高めながら、利用価値の高いクリーンで高品質な合成ガスを得ることができる。
【００６３】
なお、図１中にオプションとして示すように、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよく、このようにすれば、合成ガスの熱を用いてガス化炉１０内の温度を制御するようにでき、ガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給をより安定したものにできる。
また、ガス化炉１０内の温度が低中温である所定の反応温度Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）に維持されることになると、ガス化（燃料熱分解を含む）のための安定した熱源として様々な工業廃熱（例えば、ガスタービン機からの排出ガスの熱等）を利用でき、高効率なシステムを構築することが可能である。
【００６４】
次に、第２実施例について説明する。
図７を参照すると、本発明の第２実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図７に基づき説明する。なお、ここでは、上記第１実施例との共通部分については説明を省略する。
当該第２実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが上下方向で連結されて一体に設けられ、焼成されたＣaＯ等の活性ケミカルと流動熱媒体とがガス精製炉３０及びガス化炉１０の内部に設けられた粒子輸送管（粒子通路）１５’を介してガス化炉１０に通されるよう構成されている。
【００６５】
このようにガス化炉１０とガス精製炉３０とを一体に構成すると、装置を全体としてコンパクトなものにできるとともに、流動熱媒体及びＣaＯ等の活性ケミカルのガス化炉１０への移動の安定化を図り、ガス化のための熱供給をさらに安定したものにできる。
なお、図７中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
【００６６】
次に、第３実施例について説明する。
図８を参照すると、本発明の第３実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図８に基づき説明する。なお、ここでは、上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
当該第３実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが一体に設けられるとともに、ガス精製炉３０の水平断面積がガス化炉１０よりも大きくなるように構成されている。
【００６７】
このようにガス精製炉３０の水平断面積がガス化炉１０よりも大きくなるように構成されると、ガス化炉１０内で生成された合成ガスがガス精製炉３０の流動層３２に滞留する時間が長くなり、合成ガスがガス精製炉３０を通過する際においてより一層良好に精製される。
これにより、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等を上記第２実施例の場合よりも一層確実に除去することができ、合成ガスの精製効果のさらなる向上を図ることができる。
【００６８】
なお、図８中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
次に、第４実施例について説明する。
図９を参照すると、本発明の第４実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図９に基づき説明する。なお、ここでは、やはり上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００６９】
当該第４実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが一体に設けられるとともに、ガス精製炉３０とガス化炉１０との間に外部通路として粒子輸送管（粒子通路）１５”を備えて構成されている。
このようにガス精製炉３０とガス化炉１０とが外部通路である粒子輸送管１５”で連通されていると、ＣaＯ等の活性ケミカルと流動熱媒体とがガス精製炉３０から粒子輸送管１５”を介してガス化炉１０に供給される。このとき、これら流動熱媒体や活性ケミカルとともに精製した合成ガスの一部が粒子輸送管１５”に送られ、流動熱媒体や活性ケミカル等の粒子のガス精製炉３０からガス化炉１０への供給が強化される。
【００７０】
これにより、上記第２実施例の場合よりも流動熱媒体及びＣaＯ等の活性ケミカルのガス化炉１０への移動の安定化を図るようにでき、ガス化のための熱供給をより安定したものにできる。
なお、図９中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
【００７１】
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。
例えば、上記実施形態では、ケミカルを石灰石（ＣaＣＯ３）とし、活性ケミカルをＣaＯとして説明したが、ケミカルはドロマイト（ＣaＣＯ３・ＭgＣＯ３）その他の金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であってもよく、活性ケミカルについてはＭgＯ、ＣaＯ・ＭgＯ等であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、外部循環型の流動層を有したシステムについて説明したが、本発明は移動層を有したシステムについても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体燃料のガス化方法の作用原理図である。
【図３】低ＣＯ２濃度で温度が変化した場合のＣaＣＯ３のＴＧ重量変化を示す図である。
【図４】ＣaＯとＣＯ２との化学反応における圧力と温度とに基づく化学平衡を示す図である。
【図５】常圧且つより低い濃度のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１０００Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯのＴＧ重量変化を示す図である。
【図６】常圧且つより高い濃度のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１１３０Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯのＴＧ重量変化を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ ガス化炉
１２ 流動層
１５、１５’、１５” 粒子輸送管（粒子通路）
２０ 燃焼炉
２０ａ ケミカル供給管
２２ 流動層
３０ ガス精製炉
３２ 流動層
４０ 粒子分級装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置に係り、詳しくは固体燃料を高効率且つクリーンにガス化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス化炉における一般的な石炭、バイオマス、各種廃棄物等の固体燃料のガス化は、十分な反応速度及び反応への十分な熱供給を得るため、１１２３Ｋ近傍或いはそれ以上の高温環境下で行われている。ガス化炉内でこのような１１２３Ｋ近傍或いはそれ以上の高温環境を得るためには固体燃料自身を一部燃焼させる必要がある。
しかしながら、このように固体燃料自身を燃焼させてしまうと燃料のガス化効率が低下するという問題があり、燃料の燃焼とガス化とを同じ反応空間（即ち、ガス化炉内）で行うと、生成したガス化ガス中に大量のＣＯ２及びＮ２等の不活性ガスが巻き混じることを回避できず、製品ガスの純度とカロリーを低下してしまう。
【０００３】
また、高温下で生成したガス化ガス中には、ＣＯやＣＯ２の含有量が多い一方でＨ２の含有量が少なく、例えばＧＴＬ（Gas to Liquid）の合成プロセスに必要なＨ２富化合成ガスを生産するためには、高温のガス化ガスを冷却して独立にＣＯシフト反応やＣＯ２の除去を行う必要がある。
固体燃料のガス化に伴うＣＯ２の同時除去としては、ＣaＯベースの酸化物等のケミカルを用いてガス化炉においてガス化ガス中のＣＯ２を吸収する方法が従来より知られているが、１１２３Ｋ以上の高温環境下では、ＣＯ２の吸収を起こさせるために化学平衡の関係からガス化炉を２０気圧またはこれ以上の高圧環境に置かなければならないという制約がある（特許文献１、２等参照）。
【０００４】
現実には、このような高圧下でのガス化技術は、コスト制限等により、数百ＭＷの大型のエネルギー、燃料生産システムでしか利用できず、様々な他の低容量のシステム、例えば分散型水素燃料電池発電及び合成システムでは、低圧望ましくは常圧でのガス化によるＨ２富化合成ガスの生産が要求されている。
これより、上記ＧＴＬを含む様々なエネルギー規模のエネルギー、燃料生産システムへ応用したり、或いは次世代の高効率な発電システムを構築するためには、低中温と低圧で高効率化できるガス化方法が不可欠と考えられる。
【０００５】
即ち、低中温でのガス化を実現できれば、固体燃料自身を燃焼させなくても、例えばガス化の熱源として様々な工業廃熱（例えば、ガスタービン機からの排出ガスの熱等）を利用でき、ガス化の高効率化を期待できる。また高圧環境下に置かなくても、例えば常圧下であっても、低中温であればＣaＯ等の酸化物ケミカルによってガス化ガス中のＣＯ２が良好に吸収される。
【０００６】
一方、固体燃料自身を燃焼させて燃料をガス化する方法（通常の部分酸化法：他のガス化剤を使用しない場合、またはAuto-thermalガス化法：他のガス化剤、例えばスチーム或いはＣＯ２を使用する場合）においては、燃焼により生成したＣＯ２と燃焼用空気の供給により供給されたＮ２等の不活性ガスのガス化ガスへの巻き混じを回避するため、固体燃料のガス化をガス化炉で行い、ガス化後のチャーをガス化炉と分離した燃焼炉で燃焼させ、これらガス化炉と燃焼炉間に熱流動媒体を循環させることで熱を燃焼炉からガス化炉へ輸送する循環型の流動層二塔式ガス化手法が知られている（特許文献３、４等参照）。
【０００７】
そして、このような燃料ガス化とチャー燃焼とを分離したガス化方法において、さらにガス化ガス中のＣＯ２を吸収しＨ２富化合成ガスを生産することを目的として、燃焼炉とガス化炉との間を循環する熱媒体にＣaＯケミカルを添加するＡＥＲ（Absorption Enhanced Reforming）と呼ばれるガス化方法が近年ヨーロッパで開発されている（非特許文献１参照）。当該ＡＥＲ法では、循環流動層を用い、ダウンカマー側に設置するガス化炉において８７３〜９７３Ｋ且つ常圧の環境下でバイオマスのガス化を行い、ＣaＯケミカルでＣＯ２を吸収して高Ｈ２含有量のガス化ガスを得るとともにガス化反応を促進させるようにし、これにより生成されたＣａＣＯ３をライザ燃焼炉においてＣaＯに再生し、流動熱媒体とともに再びガス化炉に循環させるようにしている。
【特許文献１】ＵＳ４２３１７６０号公報
【特許文献２】特開２００４−５９８１６号公報
【特許文献３】ＵＳ４５６８３６２号公報
【特許文献４】ＡＴ４０５９３７Ｂ号公報
【非特許文献１】http://www.aer-gas.de
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃焼（チャー）とガス化（燃料）を分離した上記現存のガス化方法は、ガス化反応の温度が１１２３Ｋ以上の高温（特許文献３、４）か９７３Ｋ程度の低中温（ＡＥＲ）のいずれかのものである。
しかしながら、低中温でガス化を行う場合、タールが多く発生するという問題を避けられず、上記のＡＥＲではＣaＯを触媒として機能させてタールを改質するように図っているものの、ＣaＯがタールに対して触媒機能を十分に発揮するには実に１１２３Ｋ以上の高温が必要であることが一般的に知られており、ＡＥＲのような８７３〜９７３Ｋの低温環境では、タールが十分に改質されず、即ちガス化ガスが十分に精製されないという問題がある。これより、上記のＡＥＲ法により得られるガス化ガス中には実際には多くのタールを含んでいると予測される。
【０００９】
一方、ガス化反応温度が１１２３Ｋ以上である場合には、ガス化ガス中のタール改質に対してはＣaＯベースのケミカルの触媒機能を十分に発揮できるものの、このような高温ではＣaＯによるＣＯ２の吸収を十分に行うことができず、上述したように、ＣＯ２の吸収を起こさせるためにはガス化炉の操作圧力を２０気圧以上の高圧に設置しなければならず、高圧環境でのガス化はコストがかかり、ガス化技術の応用範囲にも制限が生じるという問題がある。
【００１０】
このように、ＣaＯのようなケミカルによるガス化ガス中のタールを改質する触媒作用とガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用とは両立しないのが現実である。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図り、高いガス化効率且つクリーンな生成ガスの生産を実現可能な固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成するために、請求項１の固体燃料のガス化方法は、固体燃料とガス化剤とを熱分解ガス化フェーズ反応器に供給し、該熱分解ガス化フェーズ反応器内において、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化し、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定該フェーズの反応温度下で活性ケミカルにより吸収する第一工程と、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルをチャー燃焼フェーズ反応器に供給し、該チャー燃焼フェーズ反応器内において、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化する第二工程と、前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスをガス化ガス精製フェーズ反応器に供給し、該ガス化ガス精製フェーズ反応器内において、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定該フェーズの反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させる第三工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内において熱媒体が加熱されるとともに不活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルが焼成されて活性ケミカルが生成されると（第二工程）、これら高温化した熱媒体及び活性ケミカルがガス化ガス精製フェーズ反応器に供給され、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定該フェーズの高温の反応温度のもと、ガス化ガス中のタールが活性ケミカルを触媒として良好に改質されるとともにガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlが活性ケミカルに良好に吸収される（第三工程）。そして、熱媒体とタールを改質しＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収したケミカルはＣＯ２の吸収活性を保持したまま熱分解ガス化フェーズ反応器に循環され、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定該フェーズの低中温の反応温度のもと、固体燃料の熱分解、ガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２が当該ケミカルによって良好に吸収される（第一工程）。
【００１３】
請求項２の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第一工程では、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする。
これより、熱分解ガス化フェーズ反応器内での所定該フェーズの反応温度が、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持され、熱分解ガス化フェーズ反応器内がほぼ常圧であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２が活性ケミカルにより確実に吸収される。
【００１４】
請求項３の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第二工程では、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする。
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内での反応温度が、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等と調和することで１０７３Ｋ以上の高温に維持され、熱媒体と活性ケミカルとが十分に高温化されるとともに十分に活性化した活性ケミカルが生起される。
【００１５】
請求項４の固体燃料のガス化方法は、請求項１において、前記第三工程では、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度よりも高く制御されることを特徴とする。
【００１６】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器内での所定該フェーズの反応温度が、活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持され、活性ケミカルによってガス化ガスの中のタールが確実に改質され、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去される。この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度より高くなっている。
【００１７】
請求項５の固体燃料のガス化方法は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする。
このように未活性ケミカルが金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であると、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）は、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定該フェーズの低中温の反応温度のもと、ガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収可能であり、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定該フェーズの高温の反応温度のもと、好適に触媒として機能してガス化ガス中のタールを十分に改質可能である。
【００１８】
請求項６の固体燃料のガス化装置は、固体燃料とガス化剤とを供給し、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化するとともに、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定熱分解ガス化の反応温度下で活性ケミカルにより吸収する熱分解ガス化フェーズ反応器と、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを供給し、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化するチャー燃焼フェーズ反応器と、前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスを供給し、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定タール改質の反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させるガス化ガス精製フェーズ反応器とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内において熱媒体が加熱されるとともに不活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルが焼成されて活性ケミカルが生成されると、これら高温化した熱媒体及び活性ケミカルがガス化ガス精製フェーズ反応器に供給され、当該ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質に必要な所定タール改質の高温の反応温度のもと、ガス化ガス中のタールが活性ケミカルを触媒として良好に改質されるとともにガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlが活性ケミカルに良好に吸収される。そして、熱媒体とタールを改質しＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収したケミカルはＣＯ２の吸収活性を保持したまま熱分解ガス化フェーズ反応器に循環され、当該熱分解ガス化フェーズ反応器内では、ＣＯ２の吸収に必要な所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもと、固体燃料の熱分解、ガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２が当該ケミカルによって良好に吸収される。
【００２０】
請求項７の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする。
これより、熱分解ガス化フェーズ反応器内での所定熱分解ガス化の反応温度が、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持され、熱分解ガス化フェーズ反応器内がほぼ常圧であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２が活性ケミカルにより確実に吸収される。
【００２１】
請求項８の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする。
これより、チャー燃焼フェーズ反応器内での反応温度が、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等と調和することで１０７３Ｋ以上に維持され、熱媒体と活性ケミカルとが十分に高温化されるとともに十分に活性化した活性ケミカルが生起される。
【００２２】
請求項９の固体燃料のガス化装置は、請求項６において、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における前記所定タール改質の反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度よりも高く制御されることを特徴とする。
【００２３】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器内での所定タール改質の反応温度が、活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等と調和することで、活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持され、活性ケミカルによってガス化ガスの中のタールが確実に改質され、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去される。この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度より高くなっている。
【００２４】
請求項１０の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至９のいずれかにおいて、前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする。
このように未活性ケミカルが金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であると、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）は、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもと、ガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収可能であり、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、所定タール改質の高温の反応温度のもと、好適に触媒として機能してガス化ガス中のタールを十分に改質可能である。
【００２５】
請求項１１の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至１０のいずれかにおいて、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器は前記熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいことを特徴とする。
これより、ガス化ガスがガス化ガス精製フェーズ反応器内に滞留する時間が長くなり、ガス化ガスが十分に精製される。
【００２６】
請求項１２の固体燃料のガス化装置は、請求項６乃至１１のいずれかにおいて、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器と前記熱分解ガス化フェーズ反応器とは一体に設けられ、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器から前記熱分解ガス化フェーズ反応器に前記熱媒体と前記活性ケミカルとを循環させるための粒子通路が、前記一体をなす前記ガス化ガス精製フェーズ反応器及び前記熱分解ガス化フェーズ反応器の内部または外部に配設されていることを特徴とする。
【００２７】
これより、ガス化ガス精製フェーズ反応器と熱分解ガス化フェーズ反応器とが一体に設けられていることで装置全体がコンパクトになり、また、ガス化ガス精製フェーズ反応器から熱分解ガス化フェーズ反応器への粒子通路を内部または外部に配置することで、熱媒体及び活性ケミカルの循環の安定化が図られる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の固体燃料のガス化方法によれば、固体燃料のガス化に係る全過程を熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の三つのフェーズに分け、固体燃料の熱分解ガス化により生成されるガス化ガス中のタールをガス化ガス精製フェーズにおいて所定該フェーズの高温の反応温度のもとで活性ケミカルにより改質し、当該タールの改質に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに熱分解ガス化フェーズに循環させ、当該熱分解ガス化フェーズにおいて所定該フェーズの低中温の反応温度のもとでガス化ガス中のＣＯ２を同じ活性ケミカルにより吸収するようにし、さらにチャー燃焼フェーズにおいて熱媒体を加熱するとともに低活性化したケミカル、即ち低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを焼成により活性化させるようにしているので、活性ケミカルを循環させながら、当該活性ケミカルによって、熱分解ガス化フェーズではガス化ガス中のＣＯ２を適正な反応温度のもとで十分に吸収でき、且つ、ガス化ガス精製フェーズではガス化ガス中のタールを適正な反応温度のもとで十分に改質するようにでき、さらにチャー燃焼フェーズではタールの改質に寄与する前に低活性及び未活性ケミカルを十分に活性化した状態にすることができる。
【００２９】
即ち、熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の各フェーズ毎に反応温度を独立に最大の反応パフォーマンスが実現されるようにでき、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、固体燃料のガス化を高効率にしてクリーンに実現でき、高品質のガス化ガスを得ることができる。
【００３０】
請求項２の固体燃料のガス化方法によれば、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等との調和により、所定該フェーズの反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持するようにするので、熱分解ガス化フェーズ反応器内を高圧とせずにほぼ常圧とした場合であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２を活性ケミカルによって確実に吸収することができる。
【００３１】
請求項３の固体燃料のガス化方法によれば、チャー燃焼フェーズ反応器内では、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等との調和により、反応温度を１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、熱媒体と活性ケミカルとを十分に高温化させるとともに活性ケミカルを十分に活性化させることができる。
請求項４の固体燃料のガス化方法によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質反応に対する活性ケミカルの触媒機能の発揮等との調和により、所定該フェーズの反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、ガス化ガスの中のタールを活性ケミカルによって確実に改質することができ、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去することができる。なお、この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちチャー燃焼フェーズで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、当該反応温度については確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度よりも高くできる。
【００３２】
請求項５の固体燃料のガス化方法によれば、未活性ケミカルは金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であるので、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）により、熱分解ガス化フェーズ反応器内では所定該フェーズの低中温の反応温度のもとにガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収することができ、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では所定該フェーズの高温の反応温度のもとにガス化ガス中のタールを十分に改質することができる。
【００３３】
請求項６の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項１と同様に、固体燃料のガス化に係る全過程を熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の三つのフェーズに分け、活性ケミカルを循環させながら、当該活性ケミカルによって、熱分解ガス化フェーズではガス化ガス中のＣＯ２を適正な反応温度のもとで十分に吸収でき、ガス化ガス精製フェーズではガス化ガス中のタールを適正な反応温度のもとで十分に改質するようにでき、さらにチャー燃焼フェーズではタールの改質に寄与する前に低活性及び未活性ケミカルを十分に活性化した状態にすることができる。
【００３４】
即ち、熱分解ガス化、チャー燃焼及びガス化ガス精製の各フェーズ毎に反応温度を独立に最大の反応パフォーマンスが実現されるようにでき、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応を促進する作用と当該ガス化反応により生成されたガス化ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、固体燃料のガス化を高効率にしてクリーンに実現でき、高品質のガス化ガスを得ることができる。
【００３５】
請求項７の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項２と同様に、熱分解ガス化フェーズ反応器内では、活性ケミカルによるガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応等との調和により、所定熱分解ガス化の反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のＣＯ２を良好に吸収可能な７７３〜１０７３Ｋの低中温に維持するようにするので、熱分解ガス化フェーズ反応器内を高圧とせずにほぼ常圧とした場合であっても、ガス化により生成されたガス化ガス中のＣＯ２を活性ケミカルによって確実に吸収することができる。
【００３６】
請求項８の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項３と同様に、チャー燃焼フェーズ反応器内では、低活性ケミカルの再活性化反応及び未活性ケミカルの活性化反応等との調和により、反応温度を１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、熱媒体と活性ケミカルとを十分に高温化させるとともに活性ケミカルを十分に活性化させることができる。
【００３７】
請求項９の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項４と同様に、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では、タール改質反応に対する活性ケミカルの触媒機能の発揮等との調和により、所定タール改質の反応温度を活性ケミカルがガス化ガス中のタールを良好に改質可能な１０７３Ｋ以上の高温に維持するようにするので、ガス化ガスの中のタールを活性ケミカルによって確実に改質することができ、同時にＨ２Ｓ、ＨＣl等も良好に除去することができる。なお、この場合、当該フェーズにおけるタール改質反応の多少吸熱によって所定該フェーズの高温の反応温度はチャー燃焼フェーズにおける反応温度、即ちそこで加熱された粒子及び活性ケミカルの温度より少し低くなるが、当該反応温度については確実に熱分解ガス化フェーズ反応器におけるそのフェーズの低中温の反応温度よりも高くできる。
【００３８】
請求項１０の固体燃料のガス化装置によれば、上記請求項５と同様に、未活性ケミカルは金属炭酸塩（ＣaＣＯ３等）または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であるので、活性化した活性ケミカル（ＣaＯ等）により、熱分解ガス化フェーズ反応器内では所定熱分解ガス化の低中温の反応温度のもとにガス化ガス中のＣＯ２を十分に吸収することができ、ガス化ガス精製フェーズ反応器内では所定タール改質の高温の反応温度のもとにガス化ガス中のタールを十分に改質することができる。
【００３９】
請求項１１の固体燃料のガス化装置によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器は熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいので、ガス化ガスがガス化ガス精製フェーズ反応器内に滞留する時間を長くでき、ガス化ガスを十分に精製することができる。
請求項１２の固体燃料のガス化装置によれば、ガス化ガス精製フェーズ反応器と熱分解ガス化フェーズ反応器とが一体に設けられていることで装置全体をコンパクトにでき、また、ガス化ガス精製フェーズ反応器から熱分解ガス化フェーズ反応器への粒子通路を内部または外部に配置することで、熱媒体及び活性ケミカルの循環の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図１に基づき説明する。
本発明に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置は、外部循環型の流動層を有したシステムとして構成され、図１に示すように、ガス化炉（熱分解ガス化フェーズ反応器）１０と燃焼炉（チャー燃焼フェーズ反応器）２０とガス精製炉（ガス化ガス精製フェーズ反応器）３０とが別体に設けられ、流動熱媒体（砂等のベッド材）とともに固形成分がガス化炉１０、燃焼炉２０及びガス精製炉３０内を循環するように構成されている。
【００４１】
ガス化炉１０は、流動層１２に固体燃料（石炭、バイオマス、廃棄物等）を供給するとともにガス化剤（スチーマ、ＣＯ２等）を供給して後述の如く加熱され高温化された流動熱媒体の熱により固体燃料のガス化（燃料熱分解を含む）を行う装置である。当該ガス化炉１０の上部はガス精製炉３０に連通しており、これより、ガス化炉１０でガス化された合成ガス（生成ガス、ガス化ガス）はガス精製炉３０に供給される。
【００４２】
ガス化炉１０の側面中央部分は粒子分級装置４０を介して燃焼炉２０の下部に連通している。粒子分級装置４０は固体燃料の灰と後述の低活性ケミカルの一部、ガス化により生成されたチャー及び低温化した流動熱媒体とを分離するものであり、固体燃料の灰（燃焼炉２０におけるチャーの燃焼により生成した灰）及び後述の部分低活性ケミカルを排出して廃棄するとともに、チャー、低活性ケミカルの一部及び流動熱媒体を燃焼炉２０の下部に供給する機能を有している。
【００４３】
燃焼炉２０は、流動層２２に下方から酸化剤（空気またはＯ２）を供給することでガス化炉１０から供給されたチャーを燃焼させ且つ流動熱媒体を加熱して高温化する装置であり、当該燃焼炉２０の上部はサイクロン５０に連通している。サイクロン５０は固形成分とガス成分とを分離する装置であり、燃焼炉２０で生成された排ガスを大気中に排出する一方、高温化した流動熱媒体や排ガス中の固体成分をガス精製炉３０へ供給する機能を有している。
【００４４】
また、上記燃焼炉２０には、石灰石（ＣaＣＯ３）等の未活性状態のケミカル（未活性ケミカル、化学剤）を流動層２２に供給するケミカル供給管２０ａが設けられている。
ガス精製炉３０は、ガス化炉１０から供給された合成ガスを精製する装置であり、合成ガス中のタールを改質するとともに、合成ガス中のＨ２ＳやＨＣl等を吸収し除去可能に構成されている。
【００４５】
当該ガス精製炉３０の上部はサイクロン５５に連通している。サイクロン５５は上記サイクロン５０と同様に固形成分とガス成分とを分離する遠心分離装置であり、ガス精製炉３０で精製された合成ガスを、例えば燃料としてガスタービン等へ供給する一方、その合成ガス流中に含まれる固体成分をガス化炉１０へ戻す機能を有している。
ガス精製炉３０の側面中央部分からは粒子輸送管１５がガス化炉１０内に向けて延びており、これにより主として流動熱媒体等の粒子が当該粒子輸送管１５を介してガス化炉１０に供給される。
【００４６】
以下、このように構成された本発明に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の作用及び固体燃料のガス化方法について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る固体燃料のガス化方法の作用図が概略的に示されており、以下同図をも参照しながら説明する。なお、図２中には実線矢印でガス、流動熱媒体、ケミカル等の物質の循環（物質環）を、破線で熱の循環（熱環）を概念的に示してある。
【００４７】
上述したように、燃焼炉２０にはガス化炉１０から供給されたチャーとともに酸化剤が供給され、チャーの燃焼が行われる。このとき、燃焼炉２０内の流動層２２には石灰石（ＣaＣＯ３）等のケミカルが供給され、ＣaＣＯ３等が流動熱媒体とともにチャーの燃焼熱によって加熱される。詳しくは、チャーの燃焼ではガス化炉１０での固体燃料のガス化のような吸熱反応がないため、燃焼炉２０内の温度は下記表１に示す（１６）のＣaＣＯ３分解化学反応との調和により、所定の高温Ｔ1（例えば、１０７３Ｋ以上）にまで良好に加熱される。なお、表１中のΔＨ0はプラス（＋）が吸熱量を示し、マイナス（−）が放熱量を示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
また、チャーの燃焼は固体燃料のガス化と別にしているため、ガス化ガス中のＣＯ２含有量が通常の燃焼とガス化の共存するガス化炉より低く、故に燃焼炉２０内のＣＯ２の濃度は、一般のガス化炉では２０mol％以上であるのに対し、例えば１０〜１５mol％程度の低い値に抑えられる。
【００５０】
これより、燃焼炉２０では、高温且つ低ＣＯ２の下、ＣaＣＯ３等が表１の化学反応式（１６）のように良好に熱分解され、ＣaＯ等の活性ケミカルが良好に焼成される（第二工程）。
図３を参照すると、低ＣＯ２濃度で温度が変化した場合のＣaＣＯ３のＴＧ焼成における重量変化（ＴＧ重量変化）が図示されており、同図より、ＣＯ２濃度が低ければ（例えば、１５mol％）、１０５０Ｋ程度の温度でＣaＣＯ３の焼成が開始され、化学反応式（１６）の如くＣaＯが良好に焼成されることが分かる。ここに、ＣＯ２濃度が１５mol％、１０５０Ｋ及びこれ以上の温度の反応条件は、まさに燃焼炉２０内の雰囲気である。
【００５１】
このように焼成されたＣaＯ等の活性ケミカルは、高温化した流動熱媒体とともにサイクロン５０を経てガス精製炉３０に供給される。また、ガス精製炉３０にはガス化炉１０においてガス化された合成ガスも供給される。
ガス精製炉３０内では、ガス化炉１０においてガス化された合成ガスが上記ＣaＯ等の活性ケミカルの触媒作用によって精製される。
【００５２】
詳しくは、ガス精製炉３０内では、流動熱媒体やＣaＯ等の活性ケミカルの熱により上記表１に示す（１２）〜（１４）のようなガス精製化学反応が進行する。ここでは、反応熱が少ないために流動層３２における所定の反応温度（所定該フェーズの反応温度、所定タール改質の反応温度）Ｔ2がサイクロン５０からの粒子の温度と略同等の１０７３Ｋ以上の高温となり、タール改質反応（１２）に対するＣaＯ等の活性ケミカルの触媒機能が十分に発揮される。なお、タール改質反応（１２）の多少吸熱はガス精製炉３０を通る粒子の温度を多少低下させるため、実際には反応温度Ｔ2は上記燃焼炉２０における上記Ｔ1より多少低い温度である。
【００５３】
これより、合成ガス中にはタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等が含まれているところ、ガス精製炉３０の流動層３２は、活性ケミカルのタール改質反応（１２）に対する触媒機能の発揮等と調和して当該触媒機能を十分に発揮するのに必要な高温（＞１０７３Ｋ）に維持され、ＣaＯ等はタールや煤塵に対しては良好に触媒機能を発揮し（タールの改質）、或いは付着機能を発揮して（タールと煤塵の付着）これらを浄化可能である。また、ＣaＯ等はＨ２ＳやＨＣl等に対しては酸化剤として酸化機能を発揮し、これらを吸収可能である。故に、ガス精製炉３０では、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等がＣaＯ等によって十分に除去され、合成ガスが良好に精製される（第三工程）。
【００５４】
そして、合成ガスの精製に使用された精製反応後のＣaＯ等は、流動熱媒体とともに粒子輸送管１５を介してガス化炉１０に循環される。なお、合成ガスとともにガス精製炉３０を飛び出したＣaＯ等についてもサイクロン５５によって固気分離されてガス化炉１０に送られる。
ガス化炉１０内では、流動熱媒体やＣaＯ等の熱存在のもと、ＣaＯ等のケミカルのＣＯ２吸収活性を介入して上記表１に示す（１）〜（１１）のような化学反応が進行し、（１）〜（３）の強吸熱反応である燃料熱分解とチャーガス化により上記のガス精製炉３０からの固形分（粒子）温度が上記反応温度Ｔ2よりさらに低下する。そして、１〜５atmの低い反応圧のもと、ＣＯ２の吸収反応（５）との調和により、例えば燃料処理量の調整等を行うことで、流動層１２における反応温度が所定の反応温度Ｔ3（例えば、７７３〜１０７３Ｋ、好ましくは８７３〜１０２３Ｋ）（所定該フェーズの反応温度、熱分解ガス化の反応温度）、即ちＣＯ２の吸収化学反応に必要な低中温に制御される。
【００５５】
これより、ガス化炉１０内では、所定の低圧及び必要な低中温Ｔ3の環境のもと、固体燃料のガス化が行われるとともにＣaＯ等がＣＯ２と反応してＣＯ２が良好に吸収される。
つまり、ＣaＯとＣＯ２との化学反応においては、圧力と温度とに基づき図４に示すような化学平衡が存在しているのであるが、ガス化炉１０内が所定の低圧（例えば、１〜５atm）であれば、例え常圧（１atm）であっても、ガス化炉１０内の温度が低中温Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）に維持されることでＣaＯはＣＯ２を良好に吸収可能であり、表１の化学反応式（５）の反応を良好に生起可能である。
【００５６】
図５を参照すると、常圧且つ１０mol％のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１０００Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯの重量変化（ＴＧ重量変化）が図示され、図６を参照すると、比較例として常圧且つ２５mol％のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１１３０Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯの重量変化（ＴＧ重量変化）が図示されているが、これらの図より、高ＣＯ２分圧があっても高温の１１３０Ｋ近傍では変化しないＣaＯの重量が、より低いＣＯ２分圧の場合の低中温の１０００Ｋ近傍では大きく増加しており、ＣaＯが後の温度条件で良好にＣaＣＯ３に変換されていることがわかる。
【００５７】
このように、ガス化炉１０では、ＣaＯ等の活性ケミカルは合成ガス中のＣＯ２と良好に反応してＣＯ２を吸収し、ＣaＣＯ３等の不活性ケミカル、即ち元のケミカルに戻される。
そして、このように合成ガスからＣＯ２が除去されると、合成ガスの有する燃焼カロリーが高められ、合成ガス中のＨ２濃度が高められる（Ｈ２富化）。さらに、ＣaＯ等によるＣＯ２の吸収は放熱反応であるためにガス化反応速度の促進が図られる。また、このようにガス化炉１０の流動層１２が温度制御されることになると、ガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給の安定化も図られる（第一工程）。
【００５８】
ＣaＯ等の活性ケミカルがＣＯ２と反応してＣaＣＯ３等の低活性ケミカルになると、再生可能な一部のＣaＣＯ３等はチャー及び燃料ガス化反応によって低温化した流動熱媒体とともに再び燃焼炉２０に送られ、上述のようにして再度活性化されてＣaＯ等に再生される。
一方、ＣaＯ等がＨ２Ｓ等の酸化に使用されるとＣaＳ等が生成されるが、当該ＣaＳ等、或いはガス化炉１０内で反応した部分低活性ケミカルは、粒子分級装置４０において分離され、灰とともに排出されて廃棄される。
【００５９】
なお、このようにＣaＳ等や部分低活性ケミカルが廃棄されると、ＣaＯ等が不足することになるが、当該不足分に相当するＣaＣＯ３等は鉱物（例えば、石灰石）の状態でケミカル供給管２０ａから燃焼炉２０の流動層２２に補充され（新添加の未活性ケミカル）、故にＣaＯ等は継続して良好に生成され続ける。
以上説明したように、本発明に係る固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置では、ガス化の全過程を燃料熱分解及びガス化を行うガス化炉１０（熱分解ガス化フェーズ、第一工程）、ガス化後のチャーを燃焼させＣaＣＯ３等のケミカルを焼成してＣaＯ等の活性ケミカルを得る燃焼炉２０（チャー燃焼フェーズ、第二工程）及び合成ガスを精製するガス精製炉３０（ガス化ガス精製フェーズ、第三工程）の３つの過程（フェーズ）に分けるようにしている。
【００６０】
従って、各炉の温度を独立にして容易に制御可能であり、特に、ガス精製炉３０では、燃焼炉２０から循環される高温の流動熱媒体やＣaＯ等の活性ケミカルの熱により、また活性ケミカルのタール改質反応に対する触媒機能の発揮等との調和により、流動層３２を所定の反応温度Ｔ2（例えば、１０７３Ｋ以上）、即ち活性ＣaＯ等がタール改質反応に対し触媒機能を十分に発揮するのに必要な高温に温度制御することができ、ガス化炉１０では、ガス精製炉３０から循環される流動熱媒体やＣaＯ等の有する熱存在のもと、ガス化炉１０へ供給する燃料量の調整等を行うことで、流動層１２をＣaＯ等によるＣＯ２の吸収化学反応との調和により所定の反応温度Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）、即ちＣＯ２の吸収化学反応に必要な低中温に温度制御することができる。
【００６１】
これより、燃焼炉２０内の流動層２２において流動熱媒体が加熱されるとともにＣaＣＯ３等のケミカルが焼成されてＣaＯ等の活性ケミカルが生成されると、これら流動熱媒体及びＣaＯ等がガス精製炉３０に供給されるが、ガス精製炉３０内の流動層３２では、所定の反応温度Ｔ2のもと、ＣaＯ等を触媒として合成ガスを良好に精製でき、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等を良好に除去することができる。また、ガス化炉１０内の流動層１２では、所定の反応温度Ｔ3且つ所定の低圧（１〜５atm）のもと、ガス化により生成された合成ガス中のＣＯ２をＣaＯ等の活性ケミカルにより良好に吸収することができ、合成ガスの有する燃焼カロリーを高め且つ合成ガス中のＨ２濃度を高めることができるとともに（Ｈ２富化）、ガス化反応速度の促進を図ることができ、さらにはガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給を安定したものにできる。
【００６２】
即ち、ケミカルによってガス中のＣＯ２を吸収してガス化反応（燃料熱分解を含む）を促進する作用と当該ガス化反応により生成された合成ガス中のタールを改質する触媒作用との両立を図ることができる。
これにより、全体としてガス化効率を高めながら、利用価値の高いクリーンで高品質な合成ガスを得ることができる。
【００６３】
なお、図１中にオプションとして示すように、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよく、このようにすれば、合成ガスの熱を用いてガス化炉１０内の温度を制御するようにでき、ガス化（燃料熱分解を含む）のための熱供給をより安定したものにできる。
また、ガス化炉１０内の温度が低中温である所定の反応温度Ｔ3（例えば、８７３〜１０２３Ｋ）に維持されることになると、ガス化（燃料熱分解を含む）のための安定した熱源として様々な工業廃熱（例えば、ガスタービン機からの排出ガスの熱等）を利用でき、高効率なシステムを構築することが可能である。
【００６４】
次に、第２実施例について説明する。
図７を参照すると、本発明の第２実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図７に基づき説明する。なお、ここでは、上記第１実施例との共通部分については説明を省略する。
当該第２実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが上下方向で連結されて一体に設けられ、焼成されたＣaＯ等の活性ケミカルと流動熱媒体とがガス精製炉３０及びガス化炉１０の内部に設けられた粒子輸送管（粒子通路）１５’を介してガス化炉１０に通されるよう構成されている。
【００６５】
このようにガス化炉１０とガス精製炉３０とを一体に構成すると、装置を全体としてコンパクトなものにできるとともに、流動熱媒体及びＣaＯ等の活性ケミカルのガス化炉１０への移動の安定化を図り、ガス化のための熱供給をさらに安定したものにできる。
なお、図７中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
【００６６】
次に、第３実施例について説明する。
図８を参照すると、本発明の第３実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図８に基づき説明する。なお、ここでは、上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
当該第３実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが一体に設けられるとともに、ガス精製炉３０の水平断面積がガス化炉１０よりも大きくなるように構成されている。
【００６７】
このようにガス精製炉３０の水平断面積がガス化炉１０よりも大きくなるように構成されると、ガス化炉１０内で生成された合成ガスがガス精製炉３０の流動層３２に滞留する時間が長くなり、合成ガスがガス精製炉３０を通過する際においてより一層良好に精製される。
これにより、合成ガス中のタール、煤塵やＨ２Ｓ、ＨＣl等を上記第２実施例の場合よりも一層確実に除去することができ、合成ガスの精製効果のさらなる向上を図ることができる。
【００６８】
なお、図８中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
次に、第４実施例について説明する。
図９を参照すると、本発明の第４実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図が示されており、以下図９に基づき説明する。なお、ここでは、やはり上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００６９】
当該第４実施例では、装置は、ガス化炉１０とガス精製炉３０とが一体に設けられるとともに、ガス精製炉３０とガス化炉１０との間に外部通路として粒子輸送管（粒子通路）１５”を備えて構成されている。
このようにガス精製炉３０とガス化炉１０とが外部通路である粒子輸送管１５”で連通されていると、ＣaＯ等の活性ケミカルと流動熱媒体とがガス精製炉３０から粒子輸送管１５”を介してガス化炉１０に供給される。このとき、これら流動熱媒体や活性ケミカルとともに精製した合成ガスの一部が粒子輸送管１５”に送られ、流動熱媒体や活性ケミカル等の粒子のガス精製炉３０からガス化炉１０への供給が強化される。
【００７０】
これにより、上記第２実施例の場合よりも流動熱媒体及びＣaＯ等の活性ケミカルのガス化炉１０への移動の安定化を図るようにでき、ガス化のための熱供給をより安定したものにできる。
なお、図９中にオプションとして示すように、上記同様、精製した合成ガスの一部をガス化剤とともにガス化炉１０に還流させるようにしてもよい。
【００７１】
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。
例えば、上記実施形態では、ケミカルを石灰石（ＣaＣＯ３）とし、活性ケミカルをＣaＯとして説明したが、ケミカルはドロマイト（ＣaＣＯ３・ＭgＣＯ３）その他の金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物（Ｃa（ＯＨ）２等）であってもよく、活性ケミカルについてはＭgＯ、ＣaＯ・ＭgＯ等であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、外部循環型の流動層を有したシステムについて説明したが、本発明は移動層を有したシステムについても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体燃料のガス化方法の作用原理図である。
【図３】低ＣＯ２濃度で温度が変化した場合のＣaＣＯ３のＴＧ重量変化を示す図である。
【図４】ＣaＯとＣＯ２との化学反応における圧力と温度とに基づく化学平衡を示す図である。
【図５】常圧且つより低い濃度のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１０００Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯのＴＧ重量変化を示す図である。
【図６】常圧且つより高い濃度のＣＯ２の存在下で雰囲気温度を１１３０Ｋ近傍まで上昇させた場合のＣaＯのＴＧ重量変化を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る固体燃料のガス化方法を用いたガス化装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ ガス化炉
１２ 流動層
１５、１５’、１５” 粒子輸送管（粒子通路）
２０ 燃焼炉
２０ａ ケミカル供給管
２２ 流動層
３０ ガス精製炉
３２ 流動層
４０ 粒子分級装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料とガス化剤とを熱分解ガス化フェーズ反応器に供給し、該熱分解ガス化フェーズ反応器内において、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化し、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定該フェーズの反応温度下で活性ケミカルにより吸収する第一工程と、
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルをチャー燃焼フェーズ反応器に供給し、該チャー燃焼フェーズ反応器内において、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化する第二工程と、
前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスをガス化ガス精製フェーズ反応器に供給し、該ガス化ガス精製フェーズ反応器内において、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定該フェーズの反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させる第三工程と、
からなることを特徴とする固体燃料のガス化方法。
【請求項２】
前記第一工程では、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項３】
前記第二工程では、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項４】
前記第三工程では、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度よりも高く制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項５】
前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項６】
固体燃料とガス化剤とを供給し、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化するとともに、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定熱分解ガス化の反応温度下で活性ケミカルにより吸収する熱分解ガス化フェーズ反応器と、
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを供給し、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化するチャー燃焼フェーズ反応器と、
前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスを供給し、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定タール改質の反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させるガス化ガス精製フェーズ反応器と、
を備えたことを特徴とする固体燃料のガス化装置。
【請求項７】
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項８】
前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項９】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における前記所定タール改質の反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度よりも高く制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１０】
前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１１】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器は前記熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいことを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１２】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器と前記熱分解ガス化フェーズ反応器とは一体に設けられ、
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器から前記熱分解ガス化フェーズ反応器に前記熱媒体と前記活性ケミカルとを循環させるための粒子通路が、前記一体をなす前記ガス化ガス精製フェーズ反応器及び前記熱分解ガス化フェーズ反応器の内部または外部に配設されていることを特徴とする、請求項６乃至１１のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１】
固体燃料とガス化剤とを熱分解ガス化フェーズ反応器に供給し、該熱分解ガス化フェーズ反応器内において、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化し、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定該フェーズの反応温度下で活性ケミカルにより吸収する第一工程と、
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルをチャー燃焼フェーズ反応器に供給し、該チャー燃焼フェーズ反応器内において、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化する第二工程と、
前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスをガス化ガス精製フェーズ反応器に供給し、該ガス化ガス精製フェーズ反応器内において、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定該フェーズの反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させる第三工程と、
からなることを特徴とする固体燃料のガス化方法。
【請求項２】
前記第一工程では、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項３】
前記第二工程では、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項４】
前記第三工程では、前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における所定該フェーズの反応温度よりも高く制御されることを特徴とする、請求項１記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項５】
前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の固体燃料のガス化方法。
【請求項６】
固体燃料とガス化剤とを供給し、熱媒体との接触により前記固体燃料を熱分解して生成したチャーを前記ガス化剤によりガス化するとともに、該熱分解とガス化により生成されるガス化ガス中のＣＯ２を所定熱分解ガス化の反応温度下で活性ケミカルにより吸収する熱分解ガス化フェーズ反応器と、
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内でガス化し切れず残留したチャー、前記固体燃料の熱分解とガス化に寄与して低温化した熱媒体、前記ＣＯ２と反応して低活性化した低活性ケミカル及び新添加の未活性ケミカルを供給し、酸化剤により前記チャーを燃焼させ、該燃焼熱で前記低温化した熱媒体を加熱するとともに、前記低活性ケミカルを焼成して再活性化し且つ前記未活性ケミカルを焼成して活性化するチャー燃焼フェーズ反応器と、
前記チャー燃焼フェーズ反応器内で加熱された熱媒体と活性化した活性ケミカルとともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器から前記ガス化ガスを供給し、前記活性ケミカルを触媒として機能させて前記ガス化ガス中のタールを所定タール改質の反応温度下で改質するとともに前記ガス化ガス中のＨ２Ｓ、ＨＣlを吸収して前記ガス化ガスを精製し、該ガス化ガスの精製に主に触媒として寄与した活性ケミカルを熱媒体とともに前記熱分解ガス化フェーズ反応器に循環させるガス化ガス精製フェーズ反応器と、
を備えたことを特徴とする固体燃料のガス化装置。
【請求項７】
前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度は、少なくとも前記活性ケミカルによる前記ガス化ガス中のＣＯ２の吸収反応と調和して７７３〜１０７３Ｋに制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項８】
前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度は、少なくとも前記低活性ケミカルの再活性化反応及び前記未活性ケミカルの活性化反応と調和して１０７３Ｋ以上に制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項９】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器内における前記所定タール改質の反応温度は、少なくとも前記タールの改質反応に対する前記活性ケミカルの触媒機能の十分な発揮と調和して１０７３Ｋ以上、且つ、前記チャー燃焼フェーズ反応器内における反応温度よりも低く、前記熱分解ガス化フェーズ反応器内における前記所定熱分解ガス化の反応温度よりも高く制御されることを特徴とする、請求項６記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１０】
前記未活性ケミカルは金属炭酸塩または水酸化塩をベースとする鉱物であることを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１１】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器は前記熱分解ガス化フェーズ反応器よりも水平断面積が大きいことを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【請求項１２】
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器と前記熱分解ガス化フェーズ反応器とは一体に設けられ、
前記ガス化ガス精製フェーズ反応器から前記熱分解ガス化フェーズ反応器に前記熱媒体と前記活性ケミカルとを循環させるための粒子通路が、前記一体をなす前記ガス化ガス精製フェーズ反応器及び前記熱分解ガス化フェーズ反応器の内部または外部に配設されていることを特徴とする、請求項６乃至１１のいずれか記載の固体燃料のガス化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１６０６１（Ｐ２００７−１６０６１Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９５９４５（Ｐ２００５−１９５９４５）
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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