有機化合物のガス化方法およびガス化装置
【課題】有機化合物が保有するエネルギーを高効率で回収できるガス化方法およびガス化装置を提供する。
【解決手段】有機化合物１０１を加熱して発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気１０３の過熱、残りの揮発成分１０４、熱分解ガス１０５の分解、改質あるいは熱分解残渣１０６の過熱水蒸気１０９による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物１０１から効率よくエネルギーを回収できる。
【解決手段】有機化合物１０１を加熱して発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気１０３の過熱、残りの揮発成分１０４、熱分解ガス１０５の分解、改質あるいは熱分解残渣１０６の過熱水蒸気１０９による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物１０１から効率よくエネルギーを回収できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物や有機廃棄物を熱分解あるいはガス化して、原料がもつエネルギーを回収し、有効利用するシステム等に利用可能な有機化合物のガス化方法およびガス化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化合物や有機廃棄物を熱分解あるいはガス化して、原料がもつエネルギーを回収し、有効利用するシステムの研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
このようなシステムで重要なことは、原料がもつエネルギーを最大限に回収することと、エネルギー回収のためにシステムが消費するエネルギーを最小限にすることである。
【０００４】
前者の指標としては、回収したガス発熱量を原料発熱量で除した冷ガス効率（回収したガス発熱量／原料発熱量）がある。
【０００５】
また、後者の指標は、定義や、実測が困難であり、明確な指標や検討例などの報告はほとんど見当たらない。
【０００６】
有機化合物のガス化では、生成物として熱分解ガス、タールなどの揮発成分、チャー、灰分などの残渣がある。前記冷ガス効率を向上させるためには、揮発成分、残渣をうまくガスに転換することが必要である。また、揮発成分は低温部で凝縮することにより、長時間運転した場合など排気管の閉塞などの原因となるため、非凝縮性ガスになるまで低分子化することが好ましい。
【０００７】
揮発成分をガス化する一つの方法として、分解触媒がある。ここでいう揮発成分とは、高分子の炭化水素が主成分であるので、石油精製プロセスで使用されるニッケルなどが効果があると期待されている。また、ニッケルより高性能な触媒としてはルテニウムなどがある。
【０００８】
また、生成した揮発成分を多孔質粒子で一時的に捕捉し、その後酸素や空気により燃焼する方法がある。この場合、燃焼熱をシステム内で利用することにより、システムのエネルギー消費量を低減できる。
【０００９】
例えば、媒体粒子を循環させることにより、媒体粒子中に捕集されたチャーの燃焼熱を原料の熱分解に利用する循環流動床がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図３は、上記特許文献１に記載された従来の統合型循環流動床ガス化炉の基本的構成図である。図３に示すように、統合型循環流動床ガス化炉は、ガス化室１、捕集装置２、燃焼室３を併せ持つことにより構成されている。ガス化室１には原料ａが供給され、ガス化室１において原料ａの熱分解ガス化、および生成ガスの分解、改質が行われる。ガス化室１内で生成されたチャーや生成ガスは、流動媒体とともに捕集装置２に流入する。捕集装置２では、飛散粒子ｅの捕集と可燃ガスｃの分離回収を行い、燃焼室３では、飛散粒子中におけるチャー等の可燃分の燃焼を行う。また、ガス化室１の下部には、濃厚流動層または高速流動層が形成されている。
【００１１】
そして、ガス化室１の下部が濃厚流動層である場合には、該濃厚流動層上部から蒸気または窒素などのガスを流動化ガスｂ２として供給することにより、ガス化室１の上部を高速流動層とする。ガス化室１では、熱分解ガス化により生成したガスを分解、改質することを目的として、高速流動層を高温化するために酸素を含むガスを流動化ガスｂ１、ｂ２として供給してもよく、生成したガスの一部を燃焼させてもよい。酸素を含むガスは、流動化ガスｂ１、ｂ２のいずれか一方もしくは双方に供給する。そして、燃焼室３でチャー等を燃焼した飛散粒子ｅは、再度ガス化室１に戻される。
【００１２】
このことにより、上記従来のシステムは、有機化合物の熱分解ガス化プロセスにおいて発生するタールなどを分解、改質し、さらにチャーを燃焼した燃焼熱を再度熱分解に利用することにより、ガス転換率を向上させるとともに、システムの消費エネルギーを低減できる。
【特許文献１】特開２００３−１７６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の構成は、熱分解ガス化で生成したガスを蒸気または窒素を外部から供給することにより分解、改質しており、蒸気を供給する場合には別途ボイラなど、窒素を供給する場合にも加熱器や熱交換器などが必要であり、システム全体が大型化するという課題があった。
【００１４】
また、原料の含水量が多い場合、熱分解ガス化の初期における乾燥過程で発生した水蒸気は、捕集装置２から排ガスとして排気されるため、水蒸気が保有するエネルギーをシステム系外に廃棄しており、その結果、システムの消費エネルギーが増大し、高含水原料の熱分解ガス化には適さないという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、有機化合物の熱分解ガス化で生成する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用して、原料の乾燥、そして蒸発した水蒸気を過熱して余分な揮発成分、熱分解ガスまたはチャーの分解、改質剤として利用することにより、高含水の有機化合物からエネルギー的に効率よくガスを回収するガス化方法と、さらに小型のガス化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の有機化合物のガス化方法は、有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて揮発成分または熱分解ガスの一部を捕捉し、捕捉材層で捕捉される揮発成分または熱分解ガスを燃焼させて燃焼熱を得、燃焼熱を有機化合物を加熱する第１の加熱源、有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源、揮発成分または熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源、有機化合物の熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源のうち、少なくとも二つ以上の加熱源とするものであり、前記有機化合物の熱分解で発生する揮発成分または熱分解ガスの一部の燃焼熱を、ガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーが低減できる。
【００１７】
また、本発明の有機化合物のガス化装置は、有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、第１の加熱室と第２の加熱室は、第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、第１の加熱室と第３の加熱室は、第１の加熱室底部と第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、第２の加熱室と第３の加熱室は、第２の加熱室は、第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、排出口に空気または水蒸気の供給管を備えているものであり、有機化合物を加熱して発生する水蒸気、揮発成分、熱分解ガス、熱分解残渣のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分や熱分解ガスの一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気の過熱、残りの揮発成分、熱分解ガスの分解、改質あるいは熱分解残渣の過熱水蒸気による改質などの熱源として利用するため、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物から効率よくエネルギーが回収できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、有機化合物から燃料ガスを高効率で発生させることにより、大規模なガス化プラントではなく小型ガス化装置を提供できるので、回収エネルギーをエネルギー消費地で生産可能となる。そのため、エネルギー搬送等の設備も簡略化され、従来の化石燃料の代替となる新しく、環境負荷の小さいエネルギー供給システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を捕捉し、前記捕捉材層で捕捉される前記揮発成分または前記熱分解ガスを燃焼させて発生した燃焼熱を利用し、さらに、前記有機化合物を加熱する第１の加熱源と、前記有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源と、前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源と、前記有機化合物の熱分解残渣を前記過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源の少なくとも二つ以上の加熱源を用いたものである。
【００２０】
したがって、有機化合物の熱分解で発生する揮発成分または熱分解ガスの一部の燃焼熱をガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーが低減できる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる水分量を、前記有機化合物に含まれる炭素モル量の少なくとも２倍以上の水分子モル量としたものである。
【００２２】
したがって、過熱水蒸気をガス化剤とする有機化合物のガス化システムにおいて、有機化合物の乾燥過程で発生する水蒸気でガス化に必要な過熱水蒸気量を賄えるので、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システムの消費エネルギーが低減できることに加えて、外部から過熱水蒸気を供給するボイラなどの設備が不要となり、システム全体を小型化できる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記捕捉材層を、耐熱性の多孔質粒子が充填された構成とし、燃焼熱を一時的に蓄熱するものである。
【００２４】
したがって、揮発成分または熱分解ガスの燃焼によって得られる燃焼熱を、有機化合物の加熱、有機化合物から発生する水蒸気の過熱、揮発成分または熱分解ガスの分解、改質、熱分解残渣のガス化に消費し、余った熱をシステム外へ排出することなく適宜利用できるので、システムの消費エネルギーがさらに低減できる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる灰分を、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれているものである。
【００２６】
したがって、灰分の大部分は熱分解残渣に含まれるものであり、熱分解残渣を過熱水蒸気を利用して分解、改質するときにアルカリ金属またはアルカリ土類金属類の触媒作用により反応が促進されるため、ガスの回収量が向上することにより多量のエネルギーを回収できるので、システムの消費エネルギーを低減し、さらにシステムの小型化もできる。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、前記有機化合物を、動植物を起源としたものである。
【００２８】
したがって、原料には水分、揮発成分、灰分が含まれており、原料から発生する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用し、原料の含有水から過熱水蒸気を生成して熱分解残渣を分解、改質してガスを回収するので、一般的に含水量の多い有機化合物原料でも、効率よくエネルギー回収できるのでシステムの消費エネルギーを低減でき、システム全体が小型化できる。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、前記第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、前記第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、前記第１の加熱室と前記第２の加熱室は、前記第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、前記第１の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第１の加熱室底部と前記第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、前記第２の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第２の加熱室が前記第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、さらに、前記排出口に空気または水蒸気の供給管を備えたものである。
【００３０】
かかる構成とすることにより、前記有機化合物を加熱して発生する水蒸気、揮発成分、熱分解ガス、熱分解残渣のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分や熱分解ガスの一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気の過熱に、残りの揮発成分を、熱分解ガスの分解、改質あるいは熱分解残渣の過熱水蒸気による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物から効率よくエネルギーを回収できる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、前記第１の加熱室を、前記第２の加熱室内に設けられた二重管構造としたもので、前記第２の加熱室で得られる熱は、壁面のみを介して第１の加熱室に熱搬送可能であり、ガス化装置全体を小型化できる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記第２の加熱室に、耐熱性の多孔質粒子お充填し、燃焼熱を一時的に蓄熱するようにしたものである。
【００３３】
したがって、揮発成分または熱分解ガスの燃焼によって得られる燃焼熱を、有機化合物の加熱、有機化合物から発生する水蒸気の過熱、揮発成分または熱分解ガスの分解、改質、熱分解残渣のガス化に消費し、余った熱をシステム外へ排出することなく適宜利用できるので、システムの消費エネルギーをさらに低減できる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる灰分を、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれているものである。
【００３５】
したがって、熱分解残渣を、過熱水蒸気を利用して分解、改質するときに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属類の触媒作用により反応が促進されるため、ガスの回収量が向上することにより多量のエネルギーを回収でき、システムの消費エネルギーを低減し、さらにシステムの小型化もできる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記有機化合物を、動植物を起源としたものである。
【００３７】
したがって、原料には水分、揮発成分、灰分が含まれており、原料から発生する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用して、原料の含有水から過熱水蒸気を生成して熱分解残渣を分解、改質してガスを回収するので、一般的に含水量の多い有機化合物原料でも、効率よくエネルギー回収できるのでシステムの消費エネルギーを低減でき、システム全体を小型化できる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における有機化合物のガス化方法のフロー図である。
【００４０】
図１において、有機化合物１０１は、動植物由来の燃料であるバイオマスを想定しており、代表例として家庭や事業所等からの廃棄物、製材所などからの木屑、畜産業者などからの家畜糞尿などがある。
【００４１】
まず、第１の加熱源１０２によって有機化合物１０１が加熱される。このとき、有機化合物１０１からは、水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６が発生する。水蒸気１０３の量は、有機化合物１０１の含水率に依存するが、有機化合物１０１に含まれる炭素を、全て水蒸気１０３をガス化剤としてガス化すると仮定すると、含有炭素モル量の２倍以上であるモル量の水蒸気１０３があればよい。
【００４２】
揮発成分１０４は、タールなどの高分子炭化水素が主成分であり、アルミナなどの多孔質粒子である捕捉材１０７の充填層を通過するときに、捕捉材１０７表面で捕捉される。さらに、この捕捉材１０７の充填層に空気１０８を供給することにより、揮発成分１０４が燃焼し、発熱する。また、熱分解ガス１０５は、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などで構成される可燃性と不燃性の混合ガスであり、可燃成分の一部は、空気１０８と反応して燃焼し、発熱する。
【００４３】
この燃焼熱は、有機化合物１０１の加熱源である第１の加熱源１０２と、水蒸気１０３を加熱して過熱水蒸気１０９を生成する第２の加熱源１１０と、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の分解、改質に必要な熱を供給する第３の加熱源１１１と、熱分解残渣１０６のガス化に必要な熱を供給する第４の加熱源１１２に移動する。また、余分な燃焼熱は、捕捉材１０７に蓄熱され、必要に応じて利用される。
【００４４】
有機化合物１０１から発生した水蒸気１０３が過熱水蒸気１０９となると、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６を低分子化（またはガス化）する改質剤となる。その結果、燃料ガス１１３として水素、メタン、エチレン、一酸化炭素に分解、改質される。また、熱分解残渣１０６には、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属元素やマグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素が含有されており、これらが揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６などの低分子化を促進する触媒として作用する。
【００４５】
このようにして得られる燃料ガス１１３は、ガスエンジン、ガスタービンあるいは燃料電池などに供給することで電力を供給できる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、有機化合物１０１を加熱し、これによって発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を、捕捉材１０７層に流通させて揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部を捕捉し、捕捉材１０７層で捕捉される揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を燃焼させて燃焼熱を得る。そして、その燃焼熱を、有機化合物１０１を加熱する第１の加熱源１０２、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３を過熱して過熱水蒸気１０９にする第２の加熱源１１０、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源１１１、有機化合物１０１の熱分解残渣１０６を過熱水蒸気１０９によりガス化するために加熱する第４の加熱源１１２のうち、少なくとも二つ以上の加熱源とする。
【００４７】
したがって、有機化合物１０１の熱分解で発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部の燃焼熱を、ガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物１０１から発生する揮発成分１０４であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーを低減できる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における有機化合物のガス化装置の構成図である。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同じものについては、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
図２において、第１の加熱室２０１は、上方からホッパー２０２を介して供給される有機化合物１０１を収納し、加熱する金属製の加熱容器で構成され、耐熱性及び耐食性に優れた材料であるステンレス３１６、インコネル、ハステロイなどで製作することが好ましい。さらに、耐熱性、耐食性能を向上させるために、耐火煉瓦などの無機材料を使用したり、表面を耐熱、耐食塗料などでコーティングするとさらに耐食性は向上する。
【００５０】
第１の加熱室２０１壁面上部には、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５を排気する流通口２０３を設けている。また、第１の加熱室２０１の下部はホッパー形状になっており、底部には熱分解残渣１０６を排出する排出口２０４を設けている。さらに、排出口２０４内には細管２０５を配置しているため、熱分解残渣１０６が排出口２０４でブリッジを形成して閉塞したときに、この細管２０５より空気、または水蒸気を供給してブリッジを破壊して落下させることができる。
【００５１】
第１の加熱室２０１は、第２の加熱室２０６内に設けられており、二重管構造となっている。第２の加熱室２０６には、多孔板２０７で上部と下部に分割され、上部にはアルミナ性多孔質粒子の捕捉材１０７が充填されている。また、捕捉材１０７充填層付近には、燃焼用空気供給管２０８から空気が供給される。
【００５２】
また、第１の加熱室２０１の排出口２０４下方には、排出口２０４から排出される熱分解残渣１０６を貯留し、さらに加熱してガス化する第３の加熱室２０９が配置されている。第３の加熱室２０９は、下部がホッパー形状になっており、その先端には未反応チャーや灰分などを排出する排出管２１０が備えられ、さらに排出管２１０は分岐された燃料ガス回収管２１１から燃料ガスのみを回収する。また、第３の加熱室２０９は、側面の導入口２１２を介して第２の加熱室２０６の下部と連通している。
【００５３】
さらに第１の加熱室２０１、第２の加熱室２０６、第３の加熱室２０９は、シリカ粉末などの高温断熱材２１３で形成された筺体内に配置されている。
【００５４】
以上のように構成された有機化合物のガス化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５５】
まず、ホッパー２０２に投入された有機化合物１０１は、少量ずつ下方の第１の加熱室２０１に供給される。有機化合物１０１が木屑などの如く流動性が良好なものであれば、自然落下により供給可能であるが、食品残渣や剪定枝など流動性が悪い場合には、事前に適宜粉砕機で粉砕することにより流動性を向上したり、スクリューフィーダーなどを設置して強制的に供給することが望ましい。
【００５６】
また、第１の加熱室２０１は、壁面が定常状態で約２００〜８００℃に保持されており、壁面からの伝導熱、対流熱、放射熱により供給された有機化合物１０１が加熱される外熱式のものである。前記壁面からの伝熱により加熱された有機化合物１０１は、初期段階において含有水分の蒸発が開始する。例えば、食品残渣には、一般的に約７０〜８０重量％の水分が含有されている。水分蒸発終了後、さらに昇温した有機化合物１０１からはタールなどの揮発成分１０４または水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などの熱分解ガス１０５が発生する。
【００５７】
このようにして有機化合物１０１の加熱により発生した水蒸気１０３、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５は、流通口２０３を通過して第２の加熱室２０６に流入する。第２の加熱室２０６では、捕捉材１０７充填層で揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部が捕捉される。さらに捕捉材１０７充填層には、燃焼用空気供給管２０８から空気が供給されるので、捕捉された揮発成分１０４または熱分解ガス１０５が燃焼して発熱する。また、捕捉されなかった揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部も燃焼する。
【００５８】
このようにして得られる燃焼熱は、第２の加熱室２０６の内壁を介して第１の加熱室２０１の加熱源となる。また、水蒸気１０３を過熱して過熱水蒸気１１０にする加熱源にもなる。さらに、この過熱水蒸気１１０を改質剤として、燃焼しなかった揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を分解、改質して低分子化するための加熱源にもなる。さらに、第３の加熱室２０９の加熱源としても利用される。
【００５９】
以上のように、有機化合物１０１の加熱により発生した熱を主に加熱源として利用し、さらに余った熱は、捕捉材１０７に蓄熱され、必要なときに利用できる。
【００６０】
また、第１の加熱室２０１から排出される有機化合物１０１の熱分解残渣１０６は、排出口２０４を介して第３の加熱室２０９に導入される。排出口２０４は、第１の加熱室２０１の内径よりも小さく設計されており、熱分解残渣１０６がブリッジを形成して閉塞する場合もある。かかる現象が発生すると、熱分解残渣１０６充填層における圧力損失が大きくなるため、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５は圧力損失の少ない流通口２０３から第２の加熱室２０６に流入する。さらに、第１の加熱室２０１に溜まる熱分解残渣１０６量が多かったり、第３の加熱室２０９に溜まる熱分解残渣１０６量が少なかったりすると、適宜細管２０５から空気または水蒸気を供給してブリッジを破壊し、落下させる。なお、ブリッジはリボンスクリューなどを利用して、機械的に破壊しても差し支えない。
【００６１】
さらに、第３の加熱室２０９では、熱分解残渣１０６と第２の加熱室２０６から導入口２０９を介して導入される過熱水蒸気１１０が反応し、熱分解残渣１０６中の固定炭素成分がガス化する。また、第２の加熱室２０６で分解、改質しきれなかった未反応の揮発成分１０４、熱分解ガス１０５の一部は、熱分解残渣１０６により捕捉され、同時に過熱水蒸気１１０により分解、改質される。さらに、熱分解残渣１０６中には、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属元素やマグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素が含有されており、これらが揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６などの低分子化を促進する触媒として作用する。
【００６２】
このように、第１の加熱室２０１、第２の加熱室２０６、第３の加熱室２０９で発生した水素、メタン、エチレンなどの燃料ガスは、燃料ガス回収管２１１から燃料ガスのみを回収する。また、排出管２１０から未反応チャーや灰分などを排出する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態では、有機化合物１０１を収納し、加熱する第１の加熱室２０１と、第１の加熱室２０１から発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を流通させて一部を燃焼する第２の加熱室２０６と、第１の加熱室２０１から排出される熱分解残渣１０６を過熱水蒸気１０９によりガス化する第３の加熱室２０９とを備え、第１の加熱室２０１と第２の加熱室２０６は、第１の加熱室２０１壁面上部に設けられる流通口２０３を介して連通し、また、第１の加熱室２０１と第３の加熱室２０９は、第１の加熱室２０１底部と第３の加熱室２０９上部を接続する排出口２０４を介して連通し、第２の加熱室２０６と第３の加熱室２０９は、第３の加熱室２０９壁面に設けられた導入口２１２を介して連通し、排出口２０４に空気または水蒸気の供給管２０５を備えているものであり、有機化合物１０１を加熱して発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気１０３の過熱、残りの揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の分解、改質あるいは、熱分解残渣１０６の過熱水蒸気１０９による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物１０１から効率よくエネルギーを回収できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかる有機化合物のガス化方法およびガス化装置は、有機化合物を加熱したときに発生する揮発成分または熱分解ガスの一部を燃焼させて発熱し、この燃焼熱を熱源として、有機化合物の乾燥とそれに伴い発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気とし、この過熱水蒸気を利用して残りの揮発成分、熱分解ガスあるいは熱分解残渣の分解、改質を行うことにより、有機化合物のエネルギー化システムの高効率化が可能となるので、システム全体を小型化でき、設置面積が限られる小店舗、家庭など有機系廃棄物が排出されるその場所において、ガスエンジン、ガスタービンあるいは燃料電池などの小型発電機を使用することにより、オンサイト発電も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１における有機化合物のガス化方法のフロー図
【図２】本発明の実施の形態２における有機化合物のガス化装置の構成図
【図３】従来例を示す統合型循環流動床ガス化炉の基本的構成図
【符号の説明】
【００６６】
１０１ 有機化合物（動植物）
１０２ 第１の加熱源
１０３ 水蒸気
１０４ 揮発成分
１０５ 熱分解ガス
１０６ 熱分解残渣
１０７ 捕捉材（多孔質粒子）
１０８ 空気
１０９ 過熱水蒸気
１１０ 第２の加熱源
１１１ 第３の加熱源
１１２ 第４の加熱源
２０１ 第１の加熱室
２０３ 流通口
２０４ 排出口
２０６ 第２の加熱室
２０９ 第３の加熱室
２１１ 供給管
２１２ 導入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物や有機廃棄物を熱分解あるいはガス化して、原料がもつエネルギーを回収し、有効利用するシステム等に利用可能な有機化合物のガス化方法およびガス化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化合物や有機廃棄物を熱分解あるいはガス化して、原料がもつエネルギーを回収し、有効利用するシステムの研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
このようなシステムで重要なことは、原料がもつエネルギーを最大限に回収することと、エネルギー回収のためにシステムが消費するエネルギーを最小限にすることである。
【０００４】
前者の指標としては、回収したガス発熱量を原料発熱量で除した冷ガス効率（回収したガス発熱量／原料発熱量）がある。
【０００５】
また、後者の指標は、定義や、実測が困難であり、明確な指標や検討例などの報告はほとんど見当たらない。
【０００６】
有機化合物のガス化では、生成物として熱分解ガス、タールなどの揮発成分、チャー、灰分などの残渣がある。前記冷ガス効率を向上させるためには、揮発成分、残渣をうまくガスに転換することが必要である。また、揮発成分は低温部で凝縮することにより、長時間運転した場合など排気管の閉塞などの原因となるため、非凝縮性ガスになるまで低分子化することが好ましい。
【０００７】
揮発成分をガス化する一つの方法として、分解触媒がある。ここでいう揮発成分とは、高分子の炭化水素が主成分であるので、石油精製プロセスで使用されるニッケルなどが効果があると期待されている。また、ニッケルより高性能な触媒としてはルテニウムなどがある。
【０００８】
また、生成した揮発成分を多孔質粒子で一時的に捕捉し、その後酸素や空気により燃焼する方法がある。この場合、燃焼熱をシステム内で利用することにより、システムのエネルギー消費量を低減できる。
【０００９】
例えば、媒体粒子を循環させることにより、媒体粒子中に捕集されたチャーの燃焼熱を原料の熱分解に利用する循環流動床がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図３は、上記特許文献１に記載された従来の統合型循環流動床ガス化炉の基本的構成図である。図３に示すように、統合型循環流動床ガス化炉は、ガス化室１、捕集装置２、燃焼室３を併せ持つことにより構成されている。ガス化室１には原料ａが供給され、ガス化室１において原料ａの熱分解ガス化、および生成ガスの分解、改質が行われる。ガス化室１内で生成されたチャーや生成ガスは、流動媒体とともに捕集装置２に流入する。捕集装置２では、飛散粒子ｅの捕集と可燃ガスｃの分離回収を行い、燃焼室３では、飛散粒子中におけるチャー等の可燃分の燃焼を行う。また、ガス化室１の下部には、濃厚流動層または高速流動層が形成されている。
【００１１】
そして、ガス化室１の下部が濃厚流動層である場合には、該濃厚流動層上部から蒸気または窒素などのガスを流動化ガスｂ２として供給することにより、ガス化室１の上部を高速流動層とする。ガス化室１では、熱分解ガス化により生成したガスを分解、改質することを目的として、高速流動層を高温化するために酸素を含むガスを流動化ガスｂ１、ｂ２として供給してもよく、生成したガスの一部を燃焼させてもよい。酸素を含むガスは、流動化ガスｂ１、ｂ２のいずれか一方もしくは双方に供給する。そして、燃焼室３でチャー等を燃焼した飛散粒子ｅは、再度ガス化室１に戻される。
【００１２】
このことにより、上記従来のシステムは、有機化合物の熱分解ガス化プロセスにおいて発生するタールなどを分解、改質し、さらにチャーを燃焼した燃焼熱を再度熱分解に利用することにより、ガス転換率を向上させるとともに、システムの消費エネルギーを低減できる。
【特許文献１】特開２００３−１７６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の構成は、熱分解ガス化で生成したガスを蒸気または窒素を外部から供給することにより分解、改質しており、蒸気を供給する場合には別途ボイラなど、窒素を供給する場合にも加熱器や熱交換器などが必要であり、システム全体が大型化するという課題があった。
【００１４】
また、原料の含水量が多い場合、熱分解ガス化の初期における乾燥過程で発生した水蒸気は、捕集装置２から排ガスとして排気されるため、水蒸気が保有するエネルギーをシステム系外に廃棄しており、その結果、システムの消費エネルギーが増大し、高含水原料の熱分解ガス化には適さないという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、有機化合物の熱分解ガス化で生成する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用して、原料の乾燥、そして蒸発した水蒸気を過熱して余分な揮発成分、熱分解ガスまたはチャーの分解、改質剤として利用することにより、高含水の有機化合物からエネルギー的に効率よくガスを回収するガス化方法と、さらに小型のガス化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の有機化合物のガス化方法は、有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて揮発成分または熱分解ガスの一部を捕捉し、捕捉材層で捕捉される揮発成分または熱分解ガスを燃焼させて燃焼熱を得、燃焼熱を有機化合物を加熱する第１の加熱源、有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源、揮発成分または熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源、有機化合物の熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源のうち、少なくとも二つ以上の加熱源とするものであり、前記有機化合物の熱分解で発生する揮発成分または熱分解ガスの一部の燃焼熱を、ガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーが低減できる。
【００１７】
また、本発明の有機化合物のガス化装置は、有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、第１の加熱室と第２の加熱室は、第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、第１の加熱室と第３の加熱室は、第１の加熱室底部と第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、第２の加熱室と第３の加熱室は、第２の加熱室は、第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、排出口に空気または水蒸気の供給管を備えているものであり、有機化合物を加熱して発生する水蒸気、揮発成分、熱分解ガス、熱分解残渣のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分や熱分解ガスの一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気の過熱、残りの揮発成分、熱分解ガスの分解、改質あるいは熱分解残渣の過熱水蒸気による改質などの熱源として利用するため、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物から効率よくエネルギーが回収できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、有機化合物から燃料ガスを高効率で発生させることにより、大規模なガス化プラントではなく小型ガス化装置を提供できるので、回収エネルギーをエネルギー消費地で生産可能となる。そのため、エネルギー搬送等の設備も簡略化され、従来の化石燃料の代替となる新しく、環境負荷の小さいエネルギー供給システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を捕捉し、前記捕捉材層で捕捉される前記揮発成分または前記熱分解ガスを燃焼させて発生した燃焼熱を利用し、さらに、前記有機化合物を加熱する第１の加熱源と、前記有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源と、前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源と、前記有機化合物の熱分解残渣を前記過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源の少なくとも二つ以上の加熱源を用いたものである。
【００２０】
したがって、有機化合物の熱分解で発生する揮発成分または熱分解ガスの一部の燃焼熱をガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーが低減できる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる水分量を、前記有機化合物に含まれる炭素モル量の少なくとも２倍以上の水分子モル量としたものである。
【００２２】
したがって、過熱水蒸気をガス化剤とする有機化合物のガス化システムにおいて、有機化合物の乾燥過程で発生する水蒸気でガス化に必要な過熱水蒸気量を賄えるので、有機化合物から発生する揮発成分であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システムの消費エネルギーが低減できることに加えて、外部から過熱水蒸気を供給するボイラなどの設備が不要となり、システム全体を小型化できる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記捕捉材層を、耐熱性の多孔質粒子が充填された構成とし、燃焼熱を一時的に蓄熱するものである。
【００２４】
したがって、揮発成分または熱分解ガスの燃焼によって得られる燃焼熱を、有機化合物の加熱、有機化合物から発生する水蒸気の過熱、揮発成分または熱分解ガスの分解、改質、熱分解残渣のガス化に消費し、余った熱をシステム外へ排出することなく適宜利用できるので、システムの消費エネルギーがさらに低減できる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる灰分を、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれているものである。
【００２６】
したがって、灰分の大部分は熱分解残渣に含まれるものであり、熱分解残渣を過熱水蒸気を利用して分解、改質するときにアルカリ金属またはアルカリ土類金属類の触媒作用により反応が促進されるため、ガスの回収量が向上することにより多量のエネルギーを回収できるので、システムの消費エネルギーを低減し、さらにシステムの小型化もできる。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、前記有機化合物を、動植物を起源としたものである。
【００２８】
したがって、原料には水分、揮発成分、灰分が含まれており、原料から発生する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用し、原料の含有水から過熱水蒸気を生成して熱分解残渣を分解、改質してガスを回収するので、一般的に含水量の多い有機化合物原料でも、効率よくエネルギー回収できるのでシステムの消費エネルギーを低減でき、システム全体が小型化できる。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、前記第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、前記第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、前記第１の加熱室と前記第２の加熱室は、前記第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、前記第１の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第１の加熱室底部と前記第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、前記第２の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第２の加熱室が前記第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、さらに、前記排出口に空気または水蒸気の供給管を備えたものである。
【００３０】
かかる構成とすることにより、前記有機化合物を加熱して発生する水蒸気、揮発成分、熱分解ガス、熱分解残渣のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分や熱分解ガスの一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気の過熱に、残りの揮発成分を、熱分解ガスの分解、改質あるいは熱分解残渣の過熱水蒸気による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物から効率よくエネルギーを回収できる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、前記第１の加熱室を、前記第２の加熱室内に設けられた二重管構造としたもので、前記第２の加熱室で得られる熱は、壁面のみを介して第１の加熱室に熱搬送可能であり、ガス化装置全体を小型化できる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記第２の加熱室に、耐熱性の多孔質粒子お充填し、燃焼熱を一時的に蓄熱するようにしたものである。
【００３３】
したがって、揮発成分または熱分解ガスの燃焼によって得られる燃焼熱を、有機化合物の加熱、有機化合物から発生する水蒸気の過熱、揮発成分または熱分解ガスの分解、改質、熱分解残渣のガス化に消費し、余った熱をシステム外へ排出することなく適宜利用できるので、システムの消費エネルギーをさらに低減できる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、前記有機化合物に含まれる灰分を、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれているものである。
【００３５】
したがって、熱分解残渣を、過熱水蒸気を利用して分解、改質するときに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属類の触媒作用により反応が促進されるため、ガスの回収量が向上することにより多量のエネルギーを回収でき、システムの消費エネルギーを低減し、さらにシステムの小型化もできる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記有機化合物を、動植物を起源としたものである。
【００３７】
したがって、原料には水分、揮発成分、灰分が含まれており、原料から発生する揮発成分または熱分解ガスの燃焼熱を利用して、原料の含有水から過熱水蒸気を生成して熱分解残渣を分解、改質してガスを回収するので、一般的に含水量の多い有機化合物原料でも、効率よくエネルギー回収できるのでシステムの消費エネルギーを低減でき、システム全体を小型化できる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における有機化合物のガス化方法のフロー図である。
【００４０】
図１において、有機化合物１０１は、動植物由来の燃料であるバイオマスを想定しており、代表例として家庭や事業所等からの廃棄物、製材所などからの木屑、畜産業者などからの家畜糞尿などがある。
【００４１】
まず、第１の加熱源１０２によって有機化合物１０１が加熱される。このとき、有機化合物１０１からは、水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６が発生する。水蒸気１０３の量は、有機化合物１０１の含水率に依存するが、有機化合物１０１に含まれる炭素を、全て水蒸気１０３をガス化剤としてガス化すると仮定すると、含有炭素モル量の２倍以上であるモル量の水蒸気１０３があればよい。
【００４２】
揮発成分１０４は、タールなどの高分子炭化水素が主成分であり、アルミナなどの多孔質粒子である捕捉材１０７の充填層を通過するときに、捕捉材１０７表面で捕捉される。さらに、この捕捉材１０７の充填層に空気１０８を供給することにより、揮発成分１０４が燃焼し、発熱する。また、熱分解ガス１０５は、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などで構成される可燃性と不燃性の混合ガスであり、可燃成分の一部は、空気１０８と反応して燃焼し、発熱する。
【００４３】
この燃焼熱は、有機化合物１０１の加熱源である第１の加熱源１０２と、水蒸気１０３を加熱して過熱水蒸気１０９を生成する第２の加熱源１１０と、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の分解、改質に必要な熱を供給する第３の加熱源１１１と、熱分解残渣１０６のガス化に必要な熱を供給する第４の加熱源１１２に移動する。また、余分な燃焼熱は、捕捉材１０７に蓄熱され、必要に応じて利用される。
【００４４】
有機化合物１０１から発生した水蒸気１０３が過熱水蒸気１０９となると、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６を低分子化（またはガス化）する改質剤となる。その結果、燃料ガス１１３として水素、メタン、エチレン、一酸化炭素に分解、改質される。また、熱分解残渣１０６には、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属元素やマグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素が含有されており、これらが揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６などの低分子化を促進する触媒として作用する。
【００４５】
このようにして得られる燃料ガス１１３は、ガスエンジン、ガスタービンあるいは燃料電池などに供給することで電力を供給できる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、有機化合物１０１を加熱し、これによって発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を、捕捉材１０７層に流通させて揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部を捕捉し、捕捉材１０７層で捕捉される揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を燃焼させて燃焼熱を得る。そして、その燃焼熱を、有機化合物１０１を加熱する第１の加熱源１０２、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３を過熱して過熱水蒸気１０９にする第２の加熱源１１０、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源１１１、有機化合物１０１の熱分解残渣１０６を過熱水蒸気１０９によりガス化するために加熱する第４の加熱源１１２のうち、少なくとも二つ以上の加熱源とする。
【００４７】
したがって、有機化合物１０１の熱分解で発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部の燃焼熱を、ガス化プロセス全体で消費する熱源とするため、有機化合物１０１から発生する揮発成分１０４であるタールなどの有するエネルギーを回収し、システム内で利用するためにシステムの消費エネルギーを低減できる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における有機化合物のガス化装置の構成図である。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同じものについては、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
図２において、第１の加熱室２０１は、上方からホッパー２０２を介して供給される有機化合物１０１を収納し、加熱する金属製の加熱容器で構成され、耐熱性及び耐食性に優れた材料であるステンレス３１６、インコネル、ハステロイなどで製作することが好ましい。さらに、耐熱性、耐食性能を向上させるために、耐火煉瓦などの無機材料を使用したり、表面を耐熱、耐食塗料などでコーティングするとさらに耐食性は向上する。
【００５０】
第１の加熱室２０１壁面上部には、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５を排気する流通口２０３を設けている。また、第１の加熱室２０１の下部はホッパー形状になっており、底部には熱分解残渣１０６を排出する排出口２０４を設けている。さらに、排出口２０４内には細管２０５を配置しているため、熱分解残渣１０６が排出口２０４でブリッジを形成して閉塞したときに、この細管２０５より空気、または水蒸気を供給してブリッジを破壊して落下させることができる。
【００５１】
第１の加熱室２０１は、第２の加熱室２０６内に設けられており、二重管構造となっている。第２の加熱室２０６には、多孔板２０７で上部と下部に分割され、上部にはアルミナ性多孔質粒子の捕捉材１０７が充填されている。また、捕捉材１０７充填層付近には、燃焼用空気供給管２０８から空気が供給される。
【００５２】
また、第１の加熱室２０１の排出口２０４下方には、排出口２０４から排出される熱分解残渣１０６を貯留し、さらに加熱してガス化する第３の加熱室２０９が配置されている。第３の加熱室２０９は、下部がホッパー形状になっており、その先端には未反応チャーや灰分などを排出する排出管２１０が備えられ、さらに排出管２１０は分岐された燃料ガス回収管２１１から燃料ガスのみを回収する。また、第３の加熱室２０９は、側面の導入口２１２を介して第２の加熱室２０６の下部と連通している。
【００５３】
さらに第１の加熱室２０１、第２の加熱室２０６、第３の加熱室２０９は、シリカ粉末などの高温断熱材２１３で形成された筺体内に配置されている。
【００５４】
以上のように構成された有機化合物のガス化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００５５】
まず、ホッパー２０２に投入された有機化合物１０１は、少量ずつ下方の第１の加熱室２０１に供給される。有機化合物１０１が木屑などの如く流動性が良好なものであれば、自然落下により供給可能であるが、食品残渣や剪定枝など流動性が悪い場合には、事前に適宜粉砕機で粉砕することにより流動性を向上したり、スクリューフィーダーなどを設置して強制的に供給することが望ましい。
【００５６】
また、第１の加熱室２０１は、壁面が定常状態で約２００〜８００℃に保持されており、壁面からの伝導熱、対流熱、放射熱により供給された有機化合物１０１が加熱される外熱式のものである。前記壁面からの伝熱により加熱された有機化合物１０１は、初期段階において含有水分の蒸発が開始する。例えば、食品残渣には、一般的に約７０〜８０重量％の水分が含有されている。水分蒸発終了後、さらに昇温した有機化合物１０１からはタールなどの揮発成分１０４または水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などの熱分解ガス１０５が発生する。
【００５７】
このようにして有機化合物１０１の加熱により発生した水蒸気１０３、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５は、流通口２０３を通過して第２の加熱室２０６に流入する。第２の加熱室２０６では、捕捉材１０７充填層で揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部が捕捉される。さらに捕捉材１０７充填層には、燃焼用空気供給管２０８から空気が供給されるので、捕捉された揮発成分１０４または熱分解ガス１０５が燃焼して発熱する。また、捕捉されなかった揮発成分１０４または熱分解ガス１０５の一部も燃焼する。
【００５８】
このようにして得られる燃焼熱は、第２の加熱室２０６の内壁を介して第１の加熱室２０１の加熱源となる。また、水蒸気１０３を過熱して過熱水蒸気１１０にする加熱源にもなる。さらに、この過熱水蒸気１１０を改質剤として、燃焼しなかった揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を分解、改質して低分子化するための加熱源にもなる。さらに、第３の加熱室２０９の加熱源としても利用される。
【００５９】
以上のように、有機化合物１０１の加熱により発生した熱を主に加熱源として利用し、さらに余った熱は、捕捉材１０７に蓄熱され、必要なときに利用できる。
【００６０】
また、第１の加熱室２０１から排出される有機化合物１０１の熱分解残渣１０６は、排出口２０４を介して第３の加熱室２０９に導入される。排出口２０４は、第１の加熱室２０１の内径よりも小さく設計されており、熱分解残渣１０６がブリッジを形成して閉塞する場合もある。かかる現象が発生すると、熱分解残渣１０６充填層における圧力損失が大きくなるため、有機化合物１０１から発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４または熱分解ガス１０５は圧力損失の少ない流通口２０３から第２の加熱室２０６に流入する。さらに、第１の加熱室２０１に溜まる熱分解残渣１０６量が多かったり、第３の加熱室２０９に溜まる熱分解残渣１０６量が少なかったりすると、適宜細管２０５から空気または水蒸気を供給してブリッジを破壊し、落下させる。なお、ブリッジはリボンスクリューなどを利用して、機械的に破壊しても差し支えない。
【００６１】
さらに、第３の加熱室２０９では、熱分解残渣１０６と第２の加熱室２０６から導入口２０９を介して導入される過熱水蒸気１１０が反応し、熱分解残渣１０６中の固定炭素成分がガス化する。また、第２の加熱室２０６で分解、改質しきれなかった未反応の揮発成分１０４、熱分解ガス１０５の一部は、熱分解残渣１０６により捕捉され、同時に過熱水蒸気１１０により分解、改質される。さらに、熱分解残渣１０６中には、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属元素やマグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素が含有されており、これらが揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６などの低分子化を促進する触媒として作用する。
【００６２】
このように、第１の加熱室２０１、第２の加熱室２０６、第３の加熱室２０９で発生した水素、メタン、エチレンなどの燃料ガスは、燃料ガス回収管２１１から燃料ガスのみを回収する。また、排出管２１０から未反応チャーや灰分などを排出する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態では、有機化合物１０１を収納し、加熱する第１の加熱室２０１と、第１の加熱室２０１から発生する揮発成分１０４または熱分解ガス１０５を流通させて一部を燃焼する第２の加熱室２０６と、第１の加熱室２０１から排出される熱分解残渣１０６を過熱水蒸気１０９によりガス化する第３の加熱室２０９とを備え、第１の加熱室２０１と第２の加熱室２０６は、第１の加熱室２０１壁面上部に設けられる流通口２０３を介して連通し、また、第１の加熱室２０１と第３の加熱室２０９は、第１の加熱室２０１底部と第３の加熱室２０９上部を接続する排出口２０４を介して連通し、第２の加熱室２０６と第３の加熱室２０９は、第３の加熱室２０９壁面に設けられた導入口２１２を介して連通し、排出口２０４に空気または水蒸気の供給管２０５を備えているものであり、有機化合物１０１を加熱して発生する水蒸気１０３、揮発成分１０４、熱分解ガス１０５、熱分解残渣１０６のうち、エネルギー回収が困難である揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の一部を燃焼して燃焼熱を得、この燃焼熱を水蒸気１０３の過熱、残りの揮発成分１０４や熱分解ガス１０５の分解、改質あるいは、熱分解残渣１０６の過熱水蒸気１０９による改質などの熱源として利用するために、余分な付帯設備を少なくしてシステム全体を小型化し、有機化合物１０１から効率よくエネルギーを回収できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかる有機化合物のガス化方法およびガス化装置は、有機化合物を加熱したときに発生する揮発成分または熱分解ガスの一部を燃焼させて発熱し、この燃焼熱を熱源として、有機化合物の乾燥とそれに伴い発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気とし、この過熱水蒸気を利用して残りの揮発成分、熱分解ガスあるいは熱分解残渣の分解、改質を行うことにより、有機化合物のエネルギー化システムの高効率化が可能となるので、システム全体を小型化でき、設置面積が限られる小店舗、家庭など有機系廃棄物が排出されるその場所において、ガスエンジン、ガスタービンあるいは燃料電池などの小型発電機を使用することにより、オンサイト発電も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１における有機化合物のガス化方法のフロー図
【図２】本発明の実施の形態２における有機化合物のガス化装置の構成図
【図３】従来例を示す統合型循環流動床ガス化炉の基本的構成図
【符号の説明】
【００６６】
１０１ 有機化合物（動植物）
１０２ 第１の加熱源
１０３ 水蒸気
１０４ 揮発成分
１０５ 熱分解ガス
１０６ 熱分解残渣
１０７ 捕捉材（多孔質粒子）
１０８ 空気
１０９ 過熱水蒸気
１１０ 第２の加熱源
１１１ 第３の加熱源
１１２ 第４の加熱源
２０１ 第１の加熱室
２０３ 流通口
２０４ 排出口
２０６ 第２の加熱室
２０９ 第３の加熱室
２１１ 供給管
２１２ 導入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を捕捉し、前記捕捉材層で捕捉される前記揮発成分または前記熱分解ガスを燃焼させて発生した燃焼熱を利用し、さらに、前記有機化合物を加熱する第１の加熱源と、前記有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源と、前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源と、前記有機化合物の熱分解残渣を前記過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源の少なくとも二つ以上の加熱源を用いた有機化合物のガス化方法。
【請求項２】
前記有機化合物に含まれる水分量を、前記有機化合物に含まれる炭素モル量の少なくとも２倍以上の水分子モル量とした請求項１に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項３】
前記捕捉材層を、耐熱性の多孔質粒子が充填された構成とし、燃焼熱を一時的に蓄熱する請求項１または２に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項４】
前記有機化合物に含まれる灰分は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれている請求項１から３のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項５】
前記有機化合物は動植物を起源とする請求項１から４のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項６】
有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、前記第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、前記第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、前記第１の加熱室と前記第２の加熱室は、前記第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、前記第１の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第１の加熱室底部と前記第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、前記第２の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第２の加熱室が前記第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、さらに、前記排出口に空気または水蒸気の供給管を備えた有機化合物のガス化装置。
【請求項７】
前記第１の加熱室は、前記第２の加熱室内に設けられた二重管構造である請求項６に記載の有機化合物の加熱装置。
【請求項８】
前記第２の加熱室には、耐熱性の多孔質粒子が充填されており、燃焼熱を一時的に蓄熱する請求項６または７に記載の有機化合物のガス化装置。
【請求項９】
前記有機化合物に含まれる灰分は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物が主成分であり、前記灰分の大部分は熱分解残渣に含まれている請求項６から８のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化装置。
【請求項１０】
前記有機化合物は、動植物を起源とする請求項６から９のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化装置。
【請求項１】
有機化合物を加熱し、発生する揮発成分または熱分解ガスを捕捉材層に流通させて前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を捕捉し、前記捕捉材層で捕捉される前記揮発成分または前記熱分解ガスを燃焼させて発生した燃焼熱を利用し、さらに、前記有機化合物を加熱する第１の加熱源と、前記有機化合物から発生する水蒸気を過熱して過熱水蒸気にする第２の加熱源と、前記揮発成分または前記熱分解ガスの一部を分解して低分子化するために加熱する第３の加熱源と、前記有機化合物の熱分解残渣を前記過熱水蒸気によりガス化するために加熱する第４の加熱源の少なくとも二つ以上の加熱源を用いた有機化合物のガス化方法。
【請求項２】
前記有機化合物に含まれる水分量を、前記有機化合物に含まれる炭素モル量の少なくとも２倍以上の水分子モル量とした請求項１に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項３】
前記捕捉材層を、耐熱性の多孔質粒子が充填された構成とし、燃焼熱を一時的に蓄熱する請求項１または２に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項４】
前記有機化合物に含まれる灰分は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物を主成分とし、前記灰分の大部分が熱分解残渣に含まれている請求項１から３のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項５】
前記有機化合物は動植物を起源とする請求項１から４のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化方法。
【請求項６】
有機化合物を収納し加熱する第１の加熱室と、前記第１の加熱室から発生する揮発成分または熱分解ガスを流通させて一部を燃焼する第２の加熱室と、前記第１の加熱室から排出される熱分解残渣を過熱水蒸気によりガス化する第３の加熱室とを備え、前記第１の加熱室と前記第２の加熱室は、前記第１の加熱室壁面上部に設けられる流通口を介して連通し、前記第１の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第１の加熱室底部と前記第３の加熱室上部を接続する排出口を介して連通し、前記第２の加熱室と前記第３の加熱室は、前記第２の加熱室が前記第３の加熱室壁面に設けられた導入口を介して連通し、さらに、前記排出口に空気または水蒸気の供給管を備えた有機化合物のガス化装置。
【請求項７】
前記第１の加熱室は、前記第２の加熱室内に設けられた二重管構造である請求項６に記載の有機化合物の加熱装置。
【請求項８】
前記第２の加熱室には、耐熱性の多孔質粒子が充填されており、燃焼熱を一時的に蓄熱する請求項６または７に記載の有機化合物のガス化装置。
【請求項９】
前記有機化合物に含まれる灰分は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む化合物が主成分であり、前記灰分の大部分は熱分解残渣に含まれている請求項６から８のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化装置。
【請求項１０】
前記有機化合物は、動植物を起源とする請求項６から９のいずれか一項に記載の有機化合物のガス化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２０６７３６（Ｐ２００６−２０６７３６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０７３８（Ｐ２００５−２０７３８）
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]