炭化・ガス化方法並びにシステム
【課題】炭化・ガス化方法並びにシステムにおいて、ガス化性能を向上させる。また、バイオマスを連続して安定的にガス化することを可能とする。
【解決手段】バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成すると共にバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に送り込み、炭化物４を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８に供給して燃焼とガス化とを行う共にガス改質部９に送り込まれた可燃性熱分解ガス３を改質して可燃性ガス１１を生成するようにした。
【解決手段】バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成すると共にバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に送り込み、炭化物４を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８に供給して燃焼とガス化とを行う共にガス改質部９に送り込まれた可燃性熱分解ガス３を改質して可燃性ガス１１を生成するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化・ガス化方法並びにシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、ガスエンジン等で発電する技術と組み合わせて用いて好適であって、木質系バイオマスや都市ゴミ等の廃棄物系バイオマス並びにこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を熱分解して炭化し更にガス化するバイオマスの炭化・ガス化方法並びにシステムに関する。
【０００２】
本明細書において、バイオマス燃料とは、農林資源とその残渣物及び建築廃材等の木質系バイオマス、畜産・水産資源とその残渣物及び食品廃棄物や汚泥等の廃棄物系バイオマス、並びにこれらの混合バイオマスを意味するものとして用いている。また、炭化・ガス化方法並びにシステムとは、バイオマス燃料を炭化装置を用いて熱分解して炭化し、さらにガス化炉を用いてガス化する方法並びにシステムを意味するものとして用いている。
【背景技術】
【０００３】
バイオマスや有機性廃棄物に対して適用可能な従来の炭化・ガス化方法に関する技術としては、例えば、バイオマス又は有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して得た炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入し、水性ガス化反応により可燃性ガスを得る熱分解ガス化装置がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５８３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の熱分解ガス化装置では、炭化物を部分燃焼させて水性ガス化反応により可燃性ガスを得るために炭化物をガス化炉内に投入する際に、炭化装置による炭化処理で得られた炭化物をそのままガス化炉内に投入するので、ガス化炉に投入される炭化物の大きさにばらつきがあり、ガス化炉内での燃焼や反応にばらつきが生じる。このため、ガス発熱量が大きいなど品質が高水準の可燃性ガスを継続的に生成するというガス化性能を発揮することが保証されているとは言い難い。
【０００６】
また、例えばガスエンジンを用いた発電設備など連続運転が要求される設備や施設に対して可燃性ガスを供給する場合には、ガス発熱量など品質が高水準且つ一定に保たれている可燃性ガスを連続して安定的に供給することが必要とされる。
【０００７】
そこで、本発明は、ガス化性能を向上させることができる炭化・ガス化方法並びにシステムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、バイオマスを連続して安定的にガス化することができる炭化・ガス化方法並びにシステム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】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共にバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込み、炭化物を二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給して燃焼とガス化とを行うと共にガス改質部に送り込まれた可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成するようにしている。
【０００９】
さらに、請求項９記載の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、炭化物の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部及びバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部を有する二段式のガス化炉と、可燃性熱分解ガスを炭化装置から二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部のそれぞれに送り込む分岐管を備えたガス供給配管とを有するようにしている。
【００１０】
したがって、この炭化・ガス化方法並びにシステムによると、可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス改質部のみならずガス化・燃焼部（高温ガス化部とも呼ばれる）にも供給するようにしているので、ガス化・燃焼部内に十分な熱量が投入される。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の炭化・ガス化方法において、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成し、この微粉状炭化物を噴出して二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給するようにしている。
【００１２】
さらに、請求項３記載の炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共にバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスをガス化炉に送り込み、さらに、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成すると共にこの微粉状炭化物を噴出してガス化炉に供給し、可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成するようにしている。
【００１３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の炭化・ガス化システムにおいて、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、微粉状炭化物を噴出して二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給する粉体噴出手段とを更に有するようにしている。
【００１４】
請求項１１記載の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス化炉と、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、微粉状炭化物を噴出してガス化炉に供給する粉体噴出手段とを有するようにしている。
【００１５】
この場合には、炭化物を微粉体に粉砕してからガス化炉に供給するようにしているので、原料のバイオマス燃料の種類によっては生成された炭化物の燃焼速度が遅い場合であっても、炭化物がガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内で燃え残ることなく十分に燃焼される。さらに、炭化装置から排出される炭化物をそのままガス化炉に供給する場合と比べ、炭化物の大きさが細かく且つ炭化物が噴出して供給されるのでガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内全体に炭化物が拡散されると共に、炭化物の大きさが細かく且つ一定に保たれるのでガス化炉内全体に亘って炭化物が均一に拡散される。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、バイオマス燃料の炭化処理を炭化装置を複数用いて行うと共にこれら複数の炭化装置による炭化処理が交互に終了するようにしている。
【００１７】
請求項１２記載の発明は、請求項９から１１のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料の炭化処理が交互に終了するように設定された炭化装置を複数有するようにしている。
【００１８】
この場合には、複数の炭化装置の間で炭化処理が所定の間隔で交互に終了するように設定されているので、ガス化炉に炭化物が途切れることなく連続して供給される。さらに、バイオマス燃料の炭化処理を複数の炭化装置で行い、複数の炭化装置からガス化炉に炭化物を供給するようにしているので、一台の炭化装置における一回当たりの炭化処理後の炭化物の量のばらつきが緩和されて一定量の炭化物が連続して安定的にガス化炉に供給される。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する可燃性熱分解ガスはガス化炉に供給しないようにしている。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、請求項９から１２のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する可燃性熱分解ガスを燃焼処理するフレアースタックを更に有するようにしている。
【００２１】
この場合には、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生し水分を多く含んで燃焼性能が低い可燃性熱分解ガスがガス化炉内に送り込まれることが防止される。
【００２２】
また、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、炭化処理を行う前にバイオマス燃料を乾燥させるようにしている。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、請求項９から１３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料を乾燥させる乾燥機構を更に有するようにしている。
【００２４】
この場合には、バイオマス燃料中の水分が予め低減されるので、バイオマス燃料の炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガスに含まれる水分が低減される。
【００２５】
また、請求項７並びに１５記載の発明は、請求項１から６のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法並びに請求項９から１４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いるようにしている。この場合には、ガス化炉内において酸素富化運転が行われる。
【００２６】
また、請求項８並びに１６記載の発明は、請求項１から７のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法並びに請求項９から１５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させるようにしている。この場合には、ガス化炉内の温度の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１並びに９記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス改質部のみならずガス化・燃焼部にも供給するようにしているので、ガス化・燃焼部内に十分な熱量を投入することが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、請求項２及び３並びに１０及び１１記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、生成された炭化物の燃焼速度が遅い場合でも炭化物をガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内で十分に燃焼させることが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。また、ガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内全体に炭化物を拡散させると共にガス化炉内全体に亘って炭化物を均一に拡散させることが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、請求項４並びに１２記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉に炭化物を途切れることなく連続して供給することが可能であり、可燃性ガスの連続的且つ安定的な生成を行うことができる。また、一定量の炭化物を連続して安定的にガス化炉に供給することが可能であり、可燃性ガスの連続的且つ安定的な生成を行うことができる。
【００３０】
さらに、請求項５並びに１３記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、水分を多く含んで燃焼性能が低い可燃性熱分解ガスがガス化炉内に送り込まれることを防止することが可能であり、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られると共に、ガス化生成ガス（可燃性ガス）中の水分の低減が図られることから、水分の多い燃料の利用が可能になる。
【００３１】
さらに、請求項６並びに１４記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、バイオマス燃料の炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガスに含まれる水分を低減することが可能であり、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られると共に、ガス化生成ガス（可燃性ガス）中の水分の低減が図られる。また、炭化機投入前に水分を除去することで一回の炭化処理において生成される炭化物並びに熱分解ガスの量が増加するため、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られ、水分の多い燃料の利用が可能になる。
【００３２】
さらに、請求項７並びに１５記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉内で酸素富化運転を行ってガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【００３３】
さらに、請求項８並びに１６記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉内の温度の低下を防ぐことができるのでガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１及び図２に、本発明の炭化・ガス化方法並びにシステムの実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、ガス化炉として、下部のガス化・燃焼部と上部のガス改質部とを有する二段式ガス化炉を用いる場合を例に挙げて説明する。この炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成すると共にバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に送り込み、炭化物４を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８に供給して燃焼とガス化とを行う共にガス改質部９に送り込まれた可燃性熱分解ガス３を改質して可燃性ガス１１を生成するようにしている。
【００３６】
上記炭化・ガス化方法は、本発明の炭化・ガス化システムとして装置化される。本実施形態の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成する炭化装置２と、炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’を生成する粉砕機６と、微粉状炭化物４’の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部８及びバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３の改質を行うガス改質部９を有する二段式ガス化炉７と、可燃性熱分解ガス３を炭化装置２から二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９のそれぞれに送り込む分岐管１２ａ及び１２ｂを備えたガス供給配管１２とを備える。
【００３７】
なお、二段式ガス化炉（以下、単にガス化炉と呼ぶ）７で生成される可燃性ガス１１は、例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等（以下、生成ガス利用装置と呼ぶ；図示省略）に供給されて発電等に利用される。
【００３８】
炭化装置２は、バイオマス燃料１をバイオマス燃料１中の水分及び揮発分を含んだ可燃性熱分解ガス３と固定炭素や灰分を主成分とした炭化物４とに分離して炭化処理を行うものである。具体的には、バイオマス燃料１を加熱し、外気から遮断された無酸素状態の中で水分の蒸発と有機物の熱分解反応とにより炭化処理を行う。本発明で用いられる炭化装置は特に限定されるものではなく、上述のような炭化処理が可能であればどのような炭化装置であっても良い（炭化装置については例えば株式会社オカドラ製カーボナイザー等）。なお、本実施形態では、炭化装置２としてバッチ式の炭化装置を用いているが、本発明で用いられる炭化装置はバッチ式のものに限られない。
【００３９】
ここで、バイオマス燃料１の種類によっては含水率が高い場合があり、その場合には炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガス３に水分が多く含まれることになる。そして、水分が多く含まれる可燃性熱分解ガス３がガス化炉７に送り込まれると、ガス化炉７内の温度が低下し、発熱量が低減するなど可燃性ガス１１の品質が悪化してしまうおそれがある。
【００４０】
そこで、含水率が高いバイオマス燃料を原料として用いる場合には、炭化装置２に投入する前に乾燥機（図示省略）を用いてバイオマス燃料１を予め乾燥させるようにしても良い。具体的には、好ましくは４０Ｗ％を下回るまで、更に好ましくは２０Ｗ％（以下、含水率基準値という）を下回るまで乾燥させる。
【００４１】
ここで、炭化装置２を、バイオマス燃料１を熱分解させて炭化させる内側部分とこの内側部分を囲繞する外側のジャケット部とからなる二層構造とすると共に、生成ガス利用装置から排出される例えば６００℃程度の高温の排ガスをジャケット部に送り込んでバイオマス燃料１を加熱するようにしても良い。このように、ガス化炉７で生成される可燃性ガス１１を利用して稼働する生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスを利用してバイオマス燃料１の炭化処理を行う構成とすることにより、生成ガス利用装置まで含めたシステム全体としてエネルギーの有効活用を図ることができる。
【００４２】
ガス化炉７は、二室二段の噴流床方式のガス化炉である。ガス化炉７は、炭化装置２で生成される炭化物を下段のガス化・燃焼部８で燃焼させて１５００℃程度の高温ガス１０にして上段のガス改質部９に送り出すと共に、ガス改質部９において高温ガス１０と炭化装置２における炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３とを接触させる。そして、シフト反応（具体的には、ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２）を主とした改質反応並びに可燃性熱分解ガス３中のタールの分解により一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とを主成分とした可燃性ガス１１を生成する。なお、可燃性熱分解ガス３中のタールを分解するために、ガス化炉７上段のガス改質部９に送り込まれて可燃性熱分解ガス３と接触した段階でガス改質部９内のガス温度は１１００℃以上であることが必要とされる。すなわち、ガス化炉７が良好なガス化性能を発揮するためには、ガス化・燃焼部８に十分な熱量が投入される必要がある。
【００４３】
ガス化炉７のガス化・燃焼部８には、ガス化剤供給手段１４によってガス化剤５が送り込まれて燃焼反応が起こされる。ガス化剤５としては例えば空気又は酸素を適量混ぜた空気が用いられる。空気に酸素を適量混ぜてガス化剤５として用いる場合、空気に混ぜる酸素の量は特に限定されるものではなく、生成ガス利用装置によって決定される可燃性ガス１１の必要カロリーや可燃性ガス１１中のガス性状等に応じて適宜設定される。具体的には例えば、ガス化剤５中の酸素濃度が２５〜５０ｖｏｌ％になるように設定されることが考えられる。ガス化剤５としての空気に酸素を適量混ぜることによりガス化・燃焼部８内では酸素富化運転が行われ、ガス化・燃焼部８内の温度を上昇させてガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【００４４】
また、ガス化剤５の温度を予め上昇させてからガス化・燃焼部８内に送り込むようにしても良い。この場合のガス化剤５の温度は、特に限定されるものではなく、炭化・ガス化システムを構成する配管等の耐熱性能の範囲で高ければ高いほど良い。具体的には例えば、ガス化剤５の温度を３００℃〜４００℃程度に上昇させることが考えられる。これにより、ガス化性能の向上を図ることができる。そして、ガス化剤５の温度を上昇させる場合、本発明の炭化・ガス化システム並びに生成ガス利用装置まで含めたシステム内の余剰熱を用いることによりエネルギーの有効活用を図ることができる。システム全体のうちのいずれの構成の余剰熱を利用するかは特に限定されるものではないが、本実施形態の場合には、生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスであって炭化装置２による炭化処理の熱源として利用された高温ガスを用いてガス化剤５の温度を上昇させる。
【００４５】
ガス化剤供給手段１４は、具体的には、空気等を送り込む送気装置や配管などから構成される。
【００４６】
炭化装置２とガス化炉７との間にはガス供給配管１２が設けられる。ガス供給配管１２は、一端が炭化装置２の上部に接続され、炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込む。なお、ガス供給配管１２内周面へのタールの付着を防ぐため、必要な場合には、ガス供給配管１２を保温材で覆ったりヒータやシステム中の余剰熱を利用して温めるなどの処置が適宜施される。
【００４７】
本発明では、ガス供給配管１２のガス化炉７側が分岐管１２ａと分岐管１２ｂとの二つに分岐し、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に供給可能な構成となっている。このように、従来はガス改質部９のみに供給されていた可燃性熱分解ガス３をガス化・燃焼部８にも供給可能とすることにより、従来の場合と比べてガス化・燃焼部８の温度を十分に上昇させてガス化・燃焼部８に供給される炭化物４を完全に燃焼させることが可能となり、ガス化炉７のガス化性能を向上させることができる。なお、可燃性熱分解ガス３のガス化・燃焼部８への供給は常時でなくても良く、ガス改質部９のみに供給することを基本としつつ、例えばガス化・燃焼部８内の温度が低下した場合など所定の場合にはガス化・燃焼部８にも供給するようにしても良い。
【００４８】
ここで、バイオマス燃料１の種類によっては、炭化装置２による炭化処理の初期段階に発生する可燃性熱分解ガス３に水分が多く含まれている場合がある。そして、水分が多く含まれる可燃性熱分解ガス３がガス化炉７に送り込まれると、ガス化炉７内の温度が低下し、発熱量が低減するなど可燃性ガス１１の品質が悪化してしまうおそれがある。
【００４９】
そこで、本実施形態の炭化・ガス化システムは、炭化処理の初期段階に発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送り込まずに別途処理する仕組みを有する。具体的には、炭化装置２とガス化炉７との間に設けられたガス供給配管１２の中間にバルブ２６を有すると共に、バルブ２５ａを備える導管２５ｂがガス供給配管１２のバルブ２６の炭化装置２側に連接されたフレアースタック２５を備える。
【００５０】
なお、炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込むか否かの判断の方法は特に限定されるものではなく、使用する炭化装置２の特性や用いるバイオマス燃料１の特性などを考慮して適宜設定される。例えば、炭化装置２による炭化処理の開始から一定の時間は発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込まないようにすることが考えられる。この場合には、実際に使用される炭化装置２とバイオマス燃料１との組み合わせで炭化処理を試験的に予め行い、排出される可燃性熱分解ガス３に含まれる水分量を経時的に計測し、この計測結果に基づいて可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにする一定の時間を決定しても良い。
【００５１】
または、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込むか否かの判断方法として、炭化装置２から排出される可燃性熱分解ガス３に含まれる水分の計測を継続して行い、含有水分量が一定量を超えた場合には可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにすることが考えられる。さらにまた、バイオマス燃料１を投入すると炭化装置２内の温度が急激に低下し、その後水分の蒸発が終了すると上昇に転じるので、バイオマス燃料１を投入した時から炭化装置２内の温度が上昇に転じるまでは可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにすることが考えられる。
【００５２】
また、本実施形態の炭化・ガス化システムは、炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’を生成する粉砕機６を有する。粉砕機６は、炭化装置２から投入された炭化物４をミクロンオーダーに粉砕するものである。本発明で用いられる粉砕機は特に限定されるものではなく、炭化物をミクロンオーダーに粉砕可能であればどのような粉砕機であっても良い。本実施形態では、粉砕機６として、ピン状の衝撃柱が２〜３周列放射状に取り付けられた回転盤とこれに噛み合うように取り付けられた固定盤とから構成されるものが用いられる。そして、粉砕機６は、回転盤と固定盤との中心部から炭化物４を取り込み、空気の流れと共に拡散させて衝撃柱と固定柱とによって衝撃を与えると共に外周部に装着されたスクリーンで整粒した後、微粉状炭化物４’として排出する。
【００５３】
炭化装置２と粉砕機６との間には炭化物供給手段１３が設けられる。炭化物供給手段１３は、一端が炭化装置２の底部に接続され、炭化処理によって生成され炭化装置２の底部に残る炭化物４を取り出して搬送するものである。炭化物供給手段１３としては、具体的には例えば、スクリューフィーダが用いられる。
【００５４】
ここで、図１では、システム全体構成の説明の簡単のためにバイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統を一系統で示しているが、これらの処理系統は、一系統には限られず、複数の系統によって構成しても良い。
【００５５】
本実施形態では、図２に示すように、バイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬を複数の系統で行うようにしている。
【００５６】
具体的には、まず、原料受入ホッパ３０に投入され溜められたバイオマス燃料１を原料受入ホッパ３０から取り出す原料取出手段３１と、原料取出手段３１によって取り出されたバイオマス燃料１を二系統に分配する分配手段３２と、分配されたバイオマス燃料１を定量供給ホッパ２９まで運搬する移送手段３３とを有する。なお、原料取出手段３１としては例えば原料受入ホッパ３０の底部に設けられたスクリューフィーダとバケットコンベアとからなる機構が用いられ、分配手段３２としては例えば分配スクリューコンベアが用いられ、移送手段３３としては例えばスクリューコンベアが用いられる。
【００５７】
そして、定量供給ホッパ２９は、溜められたバイオマス燃料１を二系統に分配しつつ炭化装置２の処理能力等を踏まえて予め設定された量のバイオマス燃料１を排出する。
【００５８】
本実施形態の炭化・ガス化システムは、定量供給ホッパ２９から分配され排出されたバイオマス燃料１を炭化装置２に供給する燃料供給手段２０を有する。燃料供給手段２０としては例えばスクリューフィーダが用いられる。
【００５９】
以上より、本実施形態は、原料受入ホッパ３０に溜められたバイオマス燃料１をまず二系統に分配し、それぞれの系統を更に二系統に分配しているので、合計四機の炭化装置２を用いて炭化処理を行う構成となっている。
【００６０】
なお、炭化装置２を複数用いて炭化処理を行う場合には、各炭化装置２にガス供給配管１２が設けられると共にこのガス供給配管それぞれにバルブ２６が設けられる。これにより、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送るかフレアースタック２５に送るかの制御が炭化装置２毎に行われる。そして、炭化装置２を複数用いて炭化処理が行われると共に可燃性熱分解ガス３の送る先の制御が個別に行われることによって、ガス化炉７に対して可燃性熱分解ガス３が連続して送られる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、これら四機の炭化装置２による炭化処理開始のタイミングをずらし、四機の炭化装置２が交互に炭化処理を終了するように調整される。具体的には、炭化装置２各機は、一回当たりの処理量や出力を調整することによって一回の炭化処理が例えば３０分や４０分など一時間以内に終了するように調整される。さらに、四機の炭化装置２が、一時間の間に１５分ずつずれて炭化処理が終了するように調整される。これにより、システム全体では、１５分間隔で途切れることなく連続して炭化物４の生成が行われる。
【００６２】
そして、炭化物供給手段１３は、炭化装置２二機分の炭化物４をまとめて粉砕機供給ホッパ２８（図１においては図示省略）まで運搬する。そして、粉砕機供給ホッパ２８に溜められた炭化物４は、炭化物供給手段１３によって粉砕機６に供給されて微粉状炭化物４’に加工される。
【００６３】
このように、炭化装置２二機分の炭化物４を一旦まとめて溜めてから粉砕機６に供給する構成にすることによって、炭化装置２単機による一回当たりの炭化処理によって生成される炭化物４の量にばらつきがあった場合でも、粉砕機６には連続して安定的に一定量の炭化物４を供給することができる。すなわち、ガス化炉７に対して一定量の微粉状炭化物４’の供給を継続して行うことが可能であり、バイオマス燃料１を連続的且つ安定的にガス化して安定した量の可燃性ガス１１を生成することができる。
【００６４】
そして、本実施形態の炭化・ガス化システムは、粉砕機６により生成される微粉状炭化物４’を気流搬送するための気流搬送機構２１を有する。気流搬送機構２１は、サイクロン１７及びバグフィルタ１８と各種配管２２，２３，２４とからなる。
【００６５】
サイクロン１７及びバグフィルタ１８は、気流搬送される微粉状炭化物４’を気流中から回収するものである。
【００６６】
気流搬送配管２２は、粉砕機６とサイクロン１７との間に設けられ、粉砕機６から排出される微粉状炭化物４’を気流搬送するものである。なお、微粉状炭化物４’は、酸化反応を防止するために窒素１９を用いて気流搬送される。
【００６７】
気流配管２３は、サイクロン１７とバグフィルタ１８との間に設けられ、サイクロン１７で回収できなかった微粉状炭化物４’をバグフィルタ１８に送り込むものである。
【００６８】
窒素配管２４は、バグフィルタ１８と粉砕機６との間に設けられ、サイクロン１７とバグフィルタ１８とによって微粉状炭化物４’が回収されて窒素１９のみとなった気流を粉砕機６に送り込むものである。
【００６９】
気流搬送機構２１において、窒素１９は、粉砕機６と気流搬送配管２２とサイクロン１７と気流配管２３とバグフィルタ１８と窒素配管２４との間を循環する。また、気流搬送配管２２中及び気流配管２３中の気流には微粉状炭化物４’と窒素１９とが含まれ、窒素配管２４中の気流は窒素１９のみとなっている。
【００７０】
さらに、本実施形態の炭化・ガス化システムは、ガス化炉７のガス化・燃焼部８に微粉状炭化物４’を供給する仕組みとして、ガス化炉供給ホッパ１６と粉体噴出手段１５とを有する。
【００７１】
ガス化炉供給ホッパ１６は、サイクロン１７及びバグフィルタ１８によって回収された微粉状炭化物４’を溜めるものである。なお、サイクロン１７及びバグフィルタ１８によって回収された微粉状炭化物４’は、例えば、重力によって落下させられてサイクロン１７及びバグフィルタ１８の直下に設置されたガス化炉供給ホッパ１６に集められるようにしても良いし、サイクロン１７及びバグフィルタ１８からスクリューフィーダによってガス化炉供給ホッパ１６に集められるようにしても良い。
【００７２】
粉体噴出手段１５は、ガス化炉供給ホッパ１６に溜められる微粉状炭化物４’をガス化炉７のガス化・燃焼部８内にガス化剤等の気体と共に噴出するものである。粉体噴出手段１５としては、具体的には例えば、粉体バーナが用いられる。本実施形態の粉体バーナ１５は、中心にＬＰガスのパイロット火炎が形成されると共にその周囲にＬＰガスの燃焼火炎が形成される。そして、ガス化・燃焼部８への微粉状炭化物４’の供給が開始されると周囲のＬＰガス燃焼火炎は消火され、その後、微粉状炭化物４’が安定して供給される場合には中心のパイロット火炎も消火される。なお、微粉状炭化物４’は粉体バーナ１５でガス化剤と予め混合され、粉体バーナ１５の先端で火炎を形成する。
【００７３】
上述した本実施形態の炭化・ガス化システムの動作を以下に説明する。
【００７４】
まず、バイオマス燃料１の含水率が高い場合には、含水率が含水率基準値を下回るまで乾燥機（図示省略）によるバイオマス燃料１の乾燥処理を行う。乾燥処理を行った場合にはその後、乾燥処理を行わない場合にはそのまま、バイオマス燃料１が原料受入ホッパ３０に溜められる。
【００７５】
原料取出手段３１が原料受入ホッパ３０からバイオマス燃料１を取り出して分配手段３２に送り、分配手段３２が二系統の移送手段３３にバイオマス燃料１を分配する。
【００７６】
続いて、移送手段３３がバイオマス燃料１を定量供給ホッパ２９まで運搬し、定量供給ホッパ２９が二系統の燃料供給手段２０にバイオマス燃料１を分配する。
【００７７】
そして、炭化装置２が、例えば６００℃程度の温度で十分に時間を費やし、燃料供給手段２０によって供給されたバイオマス燃料１の熱分解と共に炭化処理を行う。
【００７８】
炭化装置２は、バイオマス燃料１の炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３をガス供給配管１２へと排出する。
【００７９】
炭化装置２による炭化処理の初期段階において、可燃性熱分解ガス３が水分を多く含む場合には、ガス供給配管１２のバルブ２６は閉じられ、フレアースタック２５の導管２５ｂに設けられたバルブ２５ａが開かれる。これにより、可燃性熱分解ガス３はフレアースタック２５に供給される。
【００８０】
炭化装置２による炭化処理が進み、可燃性熱分解ガス３に含まれる水分が減少したところで、フレアースタック２５のバルブ２５ａは閉じられ、ガス供給配管１２のバルブ２６が開かれる。
【００８１】
可燃性熱分解ガス３は、ガス供給配管１２が分岐した分岐管１２ｂを通じてガス改質部９へと送り込まれる。そして、ガス化・燃焼部８内の温度が低温になった場合、具体的には例えばガス改質部９の温度がタールの分解温度の目安である１１００℃を下回る場合には分岐管１２ａを通じて可燃性熱分解ガス３がガス化・燃焼部８にも送り込まれる。
【００８２】
また、炭化装置２が、炭化処理により、固定炭素、灰及び若干の揮発分を含んだ炭化物４を生成する。
【００８３】
そして、炭化物供給手段１３が、炭化装置２で生成された炭化物４を取り出して粉砕機供給ホッパ２８に運搬する。
【００８４】
続いて、粉砕機供給ホッパ２８と粉砕機６との間の炭化物供給手段１３が、粉砕機供給ホッパ２８に一旦溜められた炭化物４を粉砕機６へと供給する。
【００８５】
粉砕機６が、供給された炭化物４をミクロンオーダーまで粉砕して微粉状炭化物４’を生成する。
【００８６】
気流搬送機構２１が粉砕機６により生成された微粉状炭化物４’を気流搬送し、気流搬送機構２１のサイクロン１７及びバグフィルタ１８が気流中から微粉状炭化物４’を回収する。そして、回収された微粉状炭化物４’はガス化炉供給ホッパ１６に集められ溜められる。
【００８７】
粉体噴出手段１５が、ガス化炉供給ホッパ１６に溜められた微粉状炭化物４’をガス化炉７下段のガス化・燃焼部８内に噴出する。
【００８８】
また、ガス化剤供給手段１４が、ガス化剤５として、高温にされると共に酸素が適量混ぜられた空気をガス化・燃焼部８内に送り込む。
【００８９】
ガス化・燃焼部８は、供給された微粉状炭化物４’を燃料とすると共に送り込まれた高温にされ酸素が適量混ぜられた空気をガス化剤５として燃焼とガス化とを行い、１５００℃程度の高温ガス１０を発生させる。
【００９０】
そして、ガス化炉７上段のガス改質部９が、ガス化・燃焼部８から供給される高温ガス１０を熱源とし、炭化装置２から送り込まれた可燃性熱分解ガス３中に含まれるタール分を分解してガス改質を行う。
【００９１】
このとき、微粉状炭化物４’の供給量に対してガス改質部９に送り込まれるおよそ４００〜６００℃程度の可燃性熱分解ガス３の流量が極めて多い場合には、ガス化・燃焼部８から供給される１５００℃程度の高温ガス１０の温度がガス改質部９において急減に低下し、タール分解温度である１１００℃よりも低くなる場合がある。しかしながら、本発明では、可燃性熱分解ガス３をガス化・燃焼部８にも送り込んで燃焼させるようにしているので、ガス化・燃焼部８に十分な熱量が投入され、ガス改質部９の温度がタールを分解可能な１１００℃以上に保たれる。
【００９２】
ここで、ガス化炉７における反応の様子を化学式を用いて表すと以下のようになる。ガス化・燃焼部８における燃焼反応として化学式１から３で示す反応が生じる。
（化１）Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
（化２）Ｃ＋１／２Ｏ２→ＣＯ
（化３）Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００９３】
さらに、ガス化反応として化学式４及び５で示す反応が生じる。
（化４）Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
（化５）Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
【００９４】
燃焼反応及びガス化反応の後、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、固定炭素、灰分がガス化・燃焼部８からガス改質部９へと移動する。その後、ガス改質部９において化学式６で示すシフト反応が生じる。
（化６）ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２
【００９５】
なお、ガス化・燃焼部８における燃焼反応及びガス化反応の結果生じる灰分は、灰の融点がガス化・燃焼部８内の温度よりも低い場合には溶融スラグとなってガス化炉７の底部から取り出される。
【００９６】
ガス化炉７は、生成した可燃性ガス１１をガス改質部９から排出する。
【００９７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００９８】
例えば、本実施形態では、ガス化炉が二段式ガス化炉である場合について主に説明したが、バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込む点を除いては、本実施形態のガス化炉の形態に限られることなく本発明は適用可能であることは言うまでもない。
【００９９】
また、本実施形態では、二段式ガス化炉として下部のガス化・燃焼部と上部のガス改質部とを有する形式の二段式ガス化炉を用いる場合について説明したが、二段式ガス化炉の形式はこれに限られるものではなく、ガス化・燃焼部とガス改質部とが横方向に連接する形式のものであっても良いし、ガス化・燃焼部とガス改質部とが分離して構成されたものであっても良い。
【０１００】
また、本実施形態では、粉砕機６を用いて炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’としてからガス化炉７に供給するようにしているが、これに限られず、粉砕機６を用いない構成としても良い。
【０１０１】
また、本実施形態では、フレアースタック２５を用いて水分を多く含む可燃性熱分解ガス３を燃焼処理するようにしているが、これに限られず、フレアースタック２５を用いない構成としても良い。例えば、環境上等の問題がない場合には、大気中に単に放出するようにしても良い。さらに、炭化装置２から排出される可燃性熱分解ガス３をフレアースタックに送るようにしたり大気中に放出するようにしたりするための切り替え機構を有さない構成としても良い。
【０１０２】
また、本実施形態では、含水率が高いバイオマス燃料を原料として用いる場合に、炭化装置２に投入する前に乾燥機を用いてバイオマス燃料１を予め乾燥させるようにしているが、バイオマス燃料１を乾燥させる仕組みはこれに限られるものではなく、バイオマス燃料１を溜める原料受入ホッパ３０自体を加熱して乾燥させたり、バイオマス燃料１を原料受入ホッパ３０から炭化装置２まで運搬する設備によって加熱して乾燥させるようにしても良い。さらに、バイオマス燃料１を予め乾燥させる仕組みを有さない構成としても良い。
【０１０３】
また、本実施形態では、ガス化炉７に送り込むガス化剤５としての空気に酸素を混ぜるようにしているが、酸素を混ぜることなくそのままガス化炉７に送り込むようにしても良い。
【０１０４】
また、本実施形態では、生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスであって炭化装置２による炭化処理の熱源として利用された高温ガスを用いてガス化剤５の温度を上昇させるようにしているが、ガス化剤５の温度を上昇させる方法はこれに限られるものではなく、例えば、ガス化炉７の出口の可燃性ガス１１を用いても良いし、ガス化炉７から排出された可燃性ガス１１を精製するガス生成装置（図示省略）の熱を利用しても良い。さらに、ガス化剤５の温度を予め上昇させる仕組みを有さない構成としても良い。
【０１０５】
また、本実施形態では、バイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統について、原料受入ホッパ３０に溜められたバイオマス燃料１をまず二系統に分配すると共にそれぞれの系統を更に二系統に分配して四機の炭化装置２によって炭化処理を行うようにしているが、バイオマス燃料１の供給系統数や炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統数はこれに限られず、炭化・ガス化システムの規模に応じてこれより少なくても良いし多くても良い。
【０１０６】
さらに、本実施形態では、四機の炭化装置を用い、一回の炭化処理が一時間以内に終了するように調整されると共に１５分ずつずれて炭化処理が終了するように調整され、これによりシステム全体では途切れることなく連続して炭化物の生成が行われるようにしているが、用いる炭化装置の数並びに一回の炭化処理時間や炭化処理終了の間隔はこれらに限られるものではない。具体的には例えば、三機の炭化装置を用いて一回の炭化処理時間を３０分以内に調整すると共に炭化処理終了の間隔を１０分に調整するようにしても良いし、六機の炭化装置を用いて一回の炭化処理時間を二時間以内に調整すると共に炭化処理終了の間隔を２０分に調整するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の炭化・ガス化方法を装置化した場合の炭化・ガス化装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態の炭化・ガス化装置の燃料供給並びに炭化物等の生成及び運搬処理系統の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ バイオマス燃料
２ 炭化装置
３ 可燃性熱分解ガス
４ 炭化物
４’ 微粉状炭化物
６ 粉砕機
７ 二段式ガス化炉
８ ガス化・燃焼部
９ ガス改質部
１１ 可燃性ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化・ガス化方法並びにシステムに関する。さらに詳述すると、本発明は、ガスエンジン等で発電する技術と組み合わせて用いて好適であって、木質系バイオマスや都市ゴミ等の廃棄物系バイオマス並びにこれらの混合バイオマス等のバイオマス燃料を熱分解して炭化し更にガス化するバイオマスの炭化・ガス化方法並びにシステムに関する。
【０００２】
本明細書において、バイオマス燃料とは、農林資源とその残渣物及び建築廃材等の木質系バイオマス、畜産・水産資源とその残渣物及び食品廃棄物や汚泥等の廃棄物系バイオマス、並びにこれらの混合バイオマスを意味するものとして用いている。また、炭化・ガス化方法並びにシステムとは、バイオマス燃料を炭化装置を用いて熱分解して炭化し、さらにガス化炉を用いてガス化する方法並びにシステムを意味するものとして用いている。
【背景技術】
【０００３】
バイオマスや有機性廃棄物に対して適用可能な従来の炭化・ガス化方法に関する技術としては、例えば、バイオマス又は有機性廃棄物を３００℃ないし８００℃で炭化処理して得た炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入し、水性ガス化反応により可燃性ガスを得る熱分解ガス化装置がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５８３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の熱分解ガス化装置では、炭化物を部分燃焼させて水性ガス化反応により可燃性ガスを得るために炭化物をガス化炉内に投入する際に、炭化装置による炭化処理で得られた炭化物をそのままガス化炉内に投入するので、ガス化炉に投入される炭化物の大きさにばらつきがあり、ガス化炉内での燃焼や反応にばらつきが生じる。このため、ガス発熱量が大きいなど品質が高水準の可燃性ガスを継続的に生成するというガス化性能を発揮することが保証されているとは言い難い。
【０００６】
また、例えばガスエンジンを用いた発電設備など連続運転が要求される設備や施設に対して可燃性ガスを供給する場合には、ガス発熱量など品質が高水準且つ一定に保たれている可燃性ガスを連続して安定的に供給することが必要とされる。
【０００７】
そこで、本発明は、ガス化性能を向上させることができる炭化・ガス化方法並びにシステムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、バイオマスを連続して安定的にガス化することができる炭化・ガス化方法並びにシステム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】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共にバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込み、炭化物を二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給して燃焼とガス化とを行うと共にガス改質部に送り込まれた可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成するようにしている。
【０００９】
さらに、請求項９記載の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、炭化物の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部及びバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部を有する二段式のガス化炉と、可燃性熱分解ガスを炭化装置から二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部のそれぞれに送り込む分岐管を備えたガス供給配管とを有するようにしている。
【００１０】
したがって、この炭化・ガス化方法並びにシステムによると、可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス改質部のみならずガス化・燃焼部（高温ガス化部とも呼ばれる）にも供給するようにしているので、ガス化・燃焼部内に十分な熱量が投入される。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の炭化・ガス化方法において、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成し、この微粉状炭化物を噴出して二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給するようにしている。
【００１２】
さらに、請求項３記載の炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共にバイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスをガス化炉に送り込み、さらに、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成すると共にこの微粉状炭化物を噴出してガス化炉に供給し、可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成するようにしている。
【００１３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の炭化・ガス化システムにおいて、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、微粉状炭化物を噴出して二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給する粉体噴出手段とを更に有するようにしている。
【００１４】
請求項１１記載の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス化炉と、炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、微粉状炭化物を噴出してガス化炉に供給する粉体噴出手段とを有するようにしている。
【００１５】
この場合には、炭化物を微粉体に粉砕してからガス化炉に供給するようにしているので、原料のバイオマス燃料の種類によっては生成された炭化物の燃焼速度が遅い場合であっても、炭化物がガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内で燃え残ることなく十分に燃焼される。さらに、炭化装置から排出される炭化物をそのままガス化炉に供給する場合と比べ、炭化物の大きさが細かく且つ炭化物が噴出して供給されるのでガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内全体に炭化物が拡散されると共に、炭化物の大きさが細かく且つ一定に保たれるのでガス化炉内全体に亘って炭化物が均一に拡散される。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、バイオマス燃料の炭化処理を炭化装置を複数用いて行うと共にこれら複数の炭化装置による炭化処理が交互に終了するようにしている。
【００１７】
請求項１２記載の発明は、請求項９から１１のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料の炭化処理が交互に終了するように設定された炭化装置を複数有するようにしている。
【００１８】
この場合には、複数の炭化装置の間で炭化処理が所定の間隔で交互に終了するように設定されているので、ガス化炉に炭化物が途切れることなく連続して供給される。さらに、バイオマス燃料の炭化処理を複数の炭化装置で行い、複数の炭化装置からガス化炉に炭化物を供給するようにしているので、一台の炭化装置における一回当たりの炭化処理後の炭化物の量のばらつきが緩和されて一定量の炭化物が連続して安定的にガス化炉に供給される。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する可燃性熱分解ガスはガス化炉に供給しないようにしている。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、請求項９から１２のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する可燃性熱分解ガスを燃焼処理するフレアースタックを更に有するようにしている。
【００２１】
この場合には、バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生し水分を多く含んで燃焼性能が低い可燃性熱分解ガスがガス化炉内に送り込まれることが防止される。
【００２２】
また、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法において、炭化処理を行う前にバイオマス燃料を乾燥させるようにしている。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、請求項９から１３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、バイオマス燃料を乾燥させる乾燥機構を更に有するようにしている。
【００２４】
この場合には、バイオマス燃料中の水分が予め低減されるので、バイオマス燃料の炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガスに含まれる水分が低減される。
【００２５】
また、請求項７並びに１５記載の発明は、請求項１から６のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法並びに請求項９から１４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いるようにしている。この場合には、ガス化炉内において酸素富化運転が行われる。
【００２６】
また、請求項８並びに１６記載の発明は、請求項１から７のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法並びに請求項９から１５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システムにおいて、ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させるようにしている。この場合には、ガス化炉内の温度の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１並びに９記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス改質部のみならずガス化・燃焼部にも供給するようにしているので、ガス化・燃焼部内に十分な熱量を投入することが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、請求項２及び３並びに１０及び１１記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、生成された炭化物の燃焼速度が遅い場合でも炭化物をガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内で十分に燃焼させることが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。また、ガス化炉（請求項２及び１０の場合は具体的には二段式ガス化炉のガス化・燃焼部）内全体に炭化物を拡散させると共にガス化炉内全体に亘って炭化物を均一に拡散させることが可能であり、ガス化性能の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、請求項４並びに１２記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉に炭化物を途切れることなく連続して供給することが可能であり、可燃性ガスの連続的且つ安定的な生成を行うことができる。また、一定量の炭化物を連続して安定的にガス化炉に供給することが可能であり、可燃性ガスの連続的且つ安定的な生成を行うことができる。
【００３０】
さらに、請求項５並びに１３記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、水分を多く含んで燃焼性能が低い可燃性熱分解ガスがガス化炉内に送り込まれることを防止することが可能であり、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られると共に、ガス化生成ガス（可燃性ガス）中の水分の低減が図られることから、水分の多い燃料の利用が可能になる。
【００３１】
さらに、請求項６並びに１４記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、バイオマス燃料の炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガスに含まれる水分を低減することが可能であり、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られると共に、ガス化生成ガス（可燃性ガス）中の水分の低減が図られる。また、炭化機投入前に水分を除去することで一回の炭化処理において生成される炭化物並びに熱分解ガスの量が増加するため、ガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られ、水分の多い燃料の利用が可能になる。
【００３２】
さらに、請求項７並びに１５記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉内で酸素富化運転を行ってガス化炉内の温度を高温に保つことができるのでガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【００３３】
さらに、請求項８並びに１６記載の炭化・ガス化方法並びにシステムによれば、ガス化炉内の温度の低下を防ぐことができるのでガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１及び図２に、本発明の炭化・ガス化方法並びにシステムの実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、ガス化炉として、下部のガス化・燃焼部と上部のガス改質部とを有する二段式ガス化炉を用いる場合を例に挙げて説明する。この炭化・ガス化方法は、バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成すると共にバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に送り込み、炭化物４を二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８に供給して燃焼とガス化とを行う共にガス改質部９に送り込まれた可燃性熱分解ガス３を改質して可燃性ガス１１を生成するようにしている。
【００３６】
上記炭化・ガス化方法は、本発明の炭化・ガス化システムとして装置化される。本実施形態の炭化・ガス化システムは、バイオマス燃料１を炭化処理して炭化物４を生成する炭化装置２と、炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’を生成する粉砕機６と、微粉状炭化物４’の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部８及びバイオマス燃料１の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３の改質を行うガス改質部９を有する二段式ガス化炉７と、可燃性熱分解ガス３を炭化装置２から二段式ガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９のそれぞれに送り込む分岐管１２ａ及び１２ｂを備えたガス供給配管１２とを備える。
【００３７】
なお、二段式ガス化炉（以下、単にガス化炉と呼ぶ）７で生成される可燃性ガス１１は、例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等（以下、生成ガス利用装置と呼ぶ；図示省略）に供給されて発電等に利用される。
【００３８】
炭化装置２は、バイオマス燃料１をバイオマス燃料１中の水分及び揮発分を含んだ可燃性熱分解ガス３と固定炭素や灰分を主成分とした炭化物４とに分離して炭化処理を行うものである。具体的には、バイオマス燃料１を加熱し、外気から遮断された無酸素状態の中で水分の蒸発と有機物の熱分解反応とにより炭化処理を行う。本発明で用いられる炭化装置は特に限定されるものではなく、上述のような炭化処理が可能であればどのような炭化装置であっても良い（炭化装置については例えば株式会社オカドラ製カーボナイザー等）。なお、本実施形態では、炭化装置２としてバッチ式の炭化装置を用いているが、本発明で用いられる炭化装置はバッチ式のものに限られない。
【００３９】
ここで、バイオマス燃料１の種類によっては含水率が高い場合があり、その場合には炭化処理中に発生する可燃性熱分解ガス３に水分が多く含まれることになる。そして、水分が多く含まれる可燃性熱分解ガス３がガス化炉７に送り込まれると、ガス化炉７内の温度が低下し、発熱量が低減するなど可燃性ガス１１の品質が悪化してしまうおそれがある。
【００４０】
そこで、含水率が高いバイオマス燃料を原料として用いる場合には、炭化装置２に投入する前に乾燥機（図示省略）を用いてバイオマス燃料１を予め乾燥させるようにしても良い。具体的には、好ましくは４０Ｗ％を下回るまで、更に好ましくは２０Ｗ％（以下、含水率基準値という）を下回るまで乾燥させる。
【００４１】
ここで、炭化装置２を、バイオマス燃料１を熱分解させて炭化させる内側部分とこの内側部分を囲繞する外側のジャケット部とからなる二層構造とすると共に、生成ガス利用装置から排出される例えば６００℃程度の高温の排ガスをジャケット部に送り込んでバイオマス燃料１を加熱するようにしても良い。このように、ガス化炉７で生成される可燃性ガス１１を利用して稼働する生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスを利用してバイオマス燃料１の炭化処理を行う構成とすることにより、生成ガス利用装置まで含めたシステム全体としてエネルギーの有効活用を図ることができる。
【００４２】
ガス化炉７は、二室二段の噴流床方式のガス化炉である。ガス化炉７は、炭化装置２で生成される炭化物を下段のガス化・燃焼部８で燃焼させて１５００℃程度の高温ガス１０にして上段のガス改質部９に送り出すと共に、ガス改質部９において高温ガス１０と炭化装置２における炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３とを接触させる。そして、シフト反応（具体的には、ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２）を主とした改質反応並びに可燃性熱分解ガス３中のタールの分解により一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とを主成分とした可燃性ガス１１を生成する。なお、可燃性熱分解ガス３中のタールを分解するために、ガス化炉７上段のガス改質部９に送り込まれて可燃性熱分解ガス３と接触した段階でガス改質部９内のガス温度は１１００℃以上であることが必要とされる。すなわち、ガス化炉７が良好なガス化性能を発揮するためには、ガス化・燃焼部８に十分な熱量が投入される必要がある。
【００４３】
ガス化炉７のガス化・燃焼部８には、ガス化剤供給手段１４によってガス化剤５が送り込まれて燃焼反応が起こされる。ガス化剤５としては例えば空気又は酸素を適量混ぜた空気が用いられる。空気に酸素を適量混ぜてガス化剤５として用いる場合、空気に混ぜる酸素の量は特に限定されるものではなく、生成ガス利用装置によって決定される可燃性ガス１１の必要カロリーや可燃性ガス１１中のガス性状等に応じて適宜設定される。具体的には例えば、ガス化剤５中の酸素濃度が２５〜５０ｖｏｌ％になるように設定されることが考えられる。ガス化剤５としての空気に酸素を適量混ぜることによりガス化・燃焼部８内では酸素富化運転が行われ、ガス化・燃焼部８内の温度を上昇させてガス化性能の向上が図られ、これにより発熱量の低い燃料や水分の多い燃料の利用を可能として燃料種の拡大を図ることができる。
【００４４】
また、ガス化剤５の温度を予め上昇させてからガス化・燃焼部８内に送り込むようにしても良い。この場合のガス化剤５の温度は、特に限定されるものではなく、炭化・ガス化システムを構成する配管等の耐熱性能の範囲で高ければ高いほど良い。具体的には例えば、ガス化剤５の温度を３００℃〜４００℃程度に上昇させることが考えられる。これにより、ガス化性能の向上を図ることができる。そして、ガス化剤５の温度を上昇させる場合、本発明の炭化・ガス化システム並びに生成ガス利用装置まで含めたシステム内の余剰熱を用いることによりエネルギーの有効活用を図ることができる。システム全体のうちのいずれの構成の余剰熱を利用するかは特に限定されるものではないが、本実施形態の場合には、生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスであって炭化装置２による炭化処理の熱源として利用された高温ガスを用いてガス化剤５の温度を上昇させる。
【００４５】
ガス化剤供給手段１４は、具体的には、空気等を送り込む送気装置や配管などから構成される。
【００４６】
炭化装置２とガス化炉７との間にはガス供給配管１２が設けられる。ガス供給配管１２は、一端が炭化装置２の上部に接続され、炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込む。なお、ガス供給配管１２内周面へのタールの付着を防ぐため、必要な場合には、ガス供給配管１２を保温材で覆ったりヒータやシステム中の余剰熱を利用して温めるなどの処置が適宜施される。
【００４７】
本発明では、ガス供給配管１２のガス化炉７側が分岐管１２ａと分岐管１２ｂとの二つに分岐し、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７のガス化・燃焼部８及びガス改質部９の両方に供給可能な構成となっている。このように、従来はガス改質部９のみに供給されていた可燃性熱分解ガス３をガス化・燃焼部８にも供給可能とすることにより、従来の場合と比べてガス化・燃焼部８の温度を十分に上昇させてガス化・燃焼部８に供給される炭化物４を完全に燃焼させることが可能となり、ガス化炉７のガス化性能を向上させることができる。なお、可燃性熱分解ガス３のガス化・燃焼部８への供給は常時でなくても良く、ガス改質部９のみに供給することを基本としつつ、例えばガス化・燃焼部８内の温度が低下した場合など所定の場合にはガス化・燃焼部８にも供給するようにしても良い。
【００４８】
ここで、バイオマス燃料１の種類によっては、炭化装置２による炭化処理の初期段階に発生する可燃性熱分解ガス３に水分が多く含まれている場合がある。そして、水分が多く含まれる可燃性熱分解ガス３がガス化炉７に送り込まれると、ガス化炉７内の温度が低下し、発熱量が低減するなど可燃性ガス１１の品質が悪化してしまうおそれがある。
【００４９】
そこで、本実施形態の炭化・ガス化システムは、炭化処理の初期段階に発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送り込まずに別途処理する仕組みを有する。具体的には、炭化装置２とガス化炉７との間に設けられたガス供給配管１２の中間にバルブ２６を有すると共に、バルブ２５ａを備える導管２５ｂがガス供給配管１２のバルブ２６の炭化装置２側に連接されたフレアースタック２５を備える。
【００５０】
なお、炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込むか否かの判断の方法は特に限定されるものではなく、使用する炭化装置２の特性や用いるバイオマス燃料１の特性などを考慮して適宜設定される。例えば、炭化装置２による炭化処理の開始から一定の時間は発生する可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込まないようにすることが考えられる。この場合には、実際に使用される炭化装置２とバイオマス燃料１との組み合わせで炭化処理を試験的に予め行い、排出される可燃性熱分解ガス３に含まれる水分量を経時的に計測し、この計測結果に基づいて可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにする一定の時間を決定しても良い。
【００５１】
または、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送り込むか否かの判断方法として、炭化装置２から排出される可燃性熱分解ガス３に含まれる水分の計測を継続して行い、含有水分量が一定量を超えた場合には可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにすることが考えられる。さらにまた、バイオマス燃料１を投入すると炭化装置２内の温度が急激に低下し、その後水分の蒸発が終了すると上昇に転じるので、バイオマス燃料１を投入した時から炭化装置２内の温度が上昇に転じるまでは可燃性熱分解ガス３をガス化炉７には送らないようにすることが考えられる。
【００５２】
また、本実施形態の炭化・ガス化システムは、炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’を生成する粉砕機６を有する。粉砕機６は、炭化装置２から投入された炭化物４をミクロンオーダーに粉砕するものである。本発明で用いられる粉砕機は特に限定されるものではなく、炭化物をミクロンオーダーに粉砕可能であればどのような粉砕機であっても良い。本実施形態では、粉砕機６として、ピン状の衝撃柱が２〜３周列放射状に取り付けられた回転盤とこれに噛み合うように取り付けられた固定盤とから構成されるものが用いられる。そして、粉砕機６は、回転盤と固定盤との中心部から炭化物４を取り込み、空気の流れと共に拡散させて衝撃柱と固定柱とによって衝撃を与えると共に外周部に装着されたスクリーンで整粒した後、微粉状炭化物４’として排出する。
【００５３】
炭化装置２と粉砕機６との間には炭化物供給手段１３が設けられる。炭化物供給手段１３は、一端が炭化装置２の底部に接続され、炭化処理によって生成され炭化装置２の底部に残る炭化物４を取り出して搬送するものである。炭化物供給手段１３としては、具体的には例えば、スクリューフィーダが用いられる。
【００５４】
ここで、図１では、システム全体構成の説明の簡単のためにバイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統を一系統で示しているが、これらの処理系統は、一系統には限られず、複数の系統によって構成しても良い。
【００５５】
本実施形態では、図２に示すように、バイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬を複数の系統で行うようにしている。
【００５６】
具体的には、まず、原料受入ホッパ３０に投入され溜められたバイオマス燃料１を原料受入ホッパ３０から取り出す原料取出手段３１と、原料取出手段３１によって取り出されたバイオマス燃料１を二系統に分配する分配手段３２と、分配されたバイオマス燃料１を定量供給ホッパ２９まで運搬する移送手段３３とを有する。なお、原料取出手段３１としては例えば原料受入ホッパ３０の底部に設けられたスクリューフィーダとバケットコンベアとからなる機構が用いられ、分配手段３２としては例えば分配スクリューコンベアが用いられ、移送手段３３としては例えばスクリューコンベアが用いられる。
【００５７】
そして、定量供給ホッパ２９は、溜められたバイオマス燃料１を二系統に分配しつつ炭化装置２の処理能力等を踏まえて予め設定された量のバイオマス燃料１を排出する。
【００５８】
本実施形態の炭化・ガス化システムは、定量供給ホッパ２９から分配され排出されたバイオマス燃料１を炭化装置２に供給する燃料供給手段２０を有する。燃料供給手段２０としては例えばスクリューフィーダが用いられる。
【００５９】
以上より、本実施形態は、原料受入ホッパ３０に溜められたバイオマス燃料１をまず二系統に分配し、それぞれの系統を更に二系統に分配しているので、合計四機の炭化装置２を用いて炭化処理を行う構成となっている。
【００６０】
なお、炭化装置２を複数用いて炭化処理を行う場合には、各炭化装置２にガス供給配管１２が設けられると共にこのガス供給配管それぞれにバルブ２６が設けられる。これにより、可燃性熱分解ガス３をガス化炉７に送るかフレアースタック２５に送るかの制御が炭化装置２毎に行われる。そして、炭化装置２を複数用いて炭化処理が行われると共に可燃性熱分解ガス３の送る先の制御が個別に行われることによって、ガス化炉７に対して可燃性熱分解ガス３が連続して送られる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、これら四機の炭化装置２による炭化処理開始のタイミングをずらし、四機の炭化装置２が交互に炭化処理を終了するように調整される。具体的には、炭化装置２各機は、一回当たりの処理量や出力を調整することによって一回の炭化処理が例えば３０分や４０分など一時間以内に終了するように調整される。さらに、四機の炭化装置２が、一時間の間に１５分ずつずれて炭化処理が終了するように調整される。これにより、システム全体では、１５分間隔で途切れることなく連続して炭化物４の生成が行われる。
【００６２】
そして、炭化物供給手段１３は、炭化装置２二機分の炭化物４をまとめて粉砕機供給ホッパ２８（図１においては図示省略）まで運搬する。そして、粉砕機供給ホッパ２８に溜められた炭化物４は、炭化物供給手段１３によって粉砕機６に供給されて微粉状炭化物４’に加工される。
【００６３】
このように、炭化装置２二機分の炭化物４を一旦まとめて溜めてから粉砕機６に供給する構成にすることによって、炭化装置２単機による一回当たりの炭化処理によって生成される炭化物４の量にばらつきがあった場合でも、粉砕機６には連続して安定的に一定量の炭化物４を供給することができる。すなわち、ガス化炉７に対して一定量の微粉状炭化物４’の供給を継続して行うことが可能であり、バイオマス燃料１を連続的且つ安定的にガス化して安定した量の可燃性ガス１１を生成することができる。
【００６４】
そして、本実施形態の炭化・ガス化システムは、粉砕機６により生成される微粉状炭化物４’を気流搬送するための気流搬送機構２１を有する。気流搬送機構２１は、サイクロン１７及びバグフィルタ１８と各種配管２２，２３，２４とからなる。
【００６５】
サイクロン１７及びバグフィルタ１８は、気流搬送される微粉状炭化物４’を気流中から回収するものである。
【００６６】
気流搬送配管２２は、粉砕機６とサイクロン１７との間に設けられ、粉砕機６から排出される微粉状炭化物４’を気流搬送するものである。なお、微粉状炭化物４’は、酸化反応を防止するために窒素１９を用いて気流搬送される。
【００６７】
気流配管２３は、サイクロン１７とバグフィルタ１８との間に設けられ、サイクロン１７で回収できなかった微粉状炭化物４’をバグフィルタ１８に送り込むものである。
【００６８】
窒素配管２４は、バグフィルタ１８と粉砕機６との間に設けられ、サイクロン１７とバグフィルタ１８とによって微粉状炭化物４’が回収されて窒素１９のみとなった気流を粉砕機６に送り込むものである。
【００６９】
気流搬送機構２１において、窒素１９は、粉砕機６と気流搬送配管２２とサイクロン１７と気流配管２３とバグフィルタ１８と窒素配管２４との間を循環する。また、気流搬送配管２２中及び気流配管２３中の気流には微粉状炭化物４’と窒素１９とが含まれ、窒素配管２４中の気流は窒素１９のみとなっている。
【００７０】
さらに、本実施形態の炭化・ガス化システムは、ガス化炉７のガス化・燃焼部８に微粉状炭化物４’を供給する仕組みとして、ガス化炉供給ホッパ１６と粉体噴出手段１５とを有する。
【００７１】
ガス化炉供給ホッパ１６は、サイクロン１７及びバグフィルタ１８によって回収された微粉状炭化物４’を溜めるものである。なお、サイクロン１７及びバグフィルタ１８によって回収された微粉状炭化物４’は、例えば、重力によって落下させられてサイクロン１７及びバグフィルタ１８の直下に設置されたガス化炉供給ホッパ１６に集められるようにしても良いし、サイクロン１７及びバグフィルタ１８からスクリューフィーダによってガス化炉供給ホッパ１６に集められるようにしても良い。
【００７２】
粉体噴出手段１５は、ガス化炉供給ホッパ１６に溜められる微粉状炭化物４’をガス化炉７のガス化・燃焼部８内にガス化剤等の気体と共に噴出するものである。粉体噴出手段１５としては、具体的には例えば、粉体バーナが用いられる。本実施形態の粉体バーナ１５は、中心にＬＰガスのパイロット火炎が形成されると共にその周囲にＬＰガスの燃焼火炎が形成される。そして、ガス化・燃焼部８への微粉状炭化物４’の供給が開始されると周囲のＬＰガス燃焼火炎は消火され、その後、微粉状炭化物４’が安定して供給される場合には中心のパイロット火炎も消火される。なお、微粉状炭化物４’は粉体バーナ１５でガス化剤と予め混合され、粉体バーナ１５の先端で火炎を形成する。
【００７３】
上述した本実施形態の炭化・ガス化システムの動作を以下に説明する。
【００７４】
まず、バイオマス燃料１の含水率が高い場合には、含水率が含水率基準値を下回るまで乾燥機（図示省略）によるバイオマス燃料１の乾燥処理を行う。乾燥処理を行った場合にはその後、乾燥処理を行わない場合にはそのまま、バイオマス燃料１が原料受入ホッパ３０に溜められる。
【００７５】
原料取出手段３１が原料受入ホッパ３０からバイオマス燃料１を取り出して分配手段３２に送り、分配手段３２が二系統の移送手段３３にバイオマス燃料１を分配する。
【００７６】
続いて、移送手段３３がバイオマス燃料１を定量供給ホッパ２９まで運搬し、定量供給ホッパ２９が二系統の燃料供給手段２０にバイオマス燃料１を分配する。
【００７７】
そして、炭化装置２が、例えば６００℃程度の温度で十分に時間を費やし、燃料供給手段２０によって供給されたバイオマス燃料１の熱分解と共に炭化処理を行う。
【００７８】
炭化装置２は、バイオマス燃料１の炭化処理で発生する可燃性熱分解ガス３をガス供給配管１２へと排出する。
【００７９】
炭化装置２による炭化処理の初期段階において、可燃性熱分解ガス３が水分を多く含む場合には、ガス供給配管１２のバルブ２６は閉じられ、フレアースタック２５の導管２５ｂに設けられたバルブ２５ａが開かれる。これにより、可燃性熱分解ガス３はフレアースタック２５に供給される。
【００８０】
炭化装置２による炭化処理が進み、可燃性熱分解ガス３に含まれる水分が減少したところで、フレアースタック２５のバルブ２５ａは閉じられ、ガス供給配管１２のバルブ２６が開かれる。
【００８１】
可燃性熱分解ガス３は、ガス供給配管１２が分岐した分岐管１２ｂを通じてガス改質部９へと送り込まれる。そして、ガス化・燃焼部８内の温度が低温になった場合、具体的には例えばガス改質部９の温度がタールの分解温度の目安である１１００℃を下回る場合には分岐管１２ａを通じて可燃性熱分解ガス３がガス化・燃焼部８にも送り込まれる。
【００８２】
また、炭化装置２が、炭化処理により、固定炭素、灰及び若干の揮発分を含んだ炭化物４を生成する。
【００８３】
そして、炭化物供給手段１３が、炭化装置２で生成された炭化物４を取り出して粉砕機供給ホッパ２８に運搬する。
【００８４】
続いて、粉砕機供給ホッパ２８と粉砕機６との間の炭化物供給手段１３が、粉砕機供給ホッパ２８に一旦溜められた炭化物４を粉砕機６へと供給する。
【００８５】
粉砕機６が、供給された炭化物４をミクロンオーダーまで粉砕して微粉状炭化物４’を生成する。
【００８６】
気流搬送機構２１が粉砕機６により生成された微粉状炭化物４’を気流搬送し、気流搬送機構２１のサイクロン１７及びバグフィルタ１８が気流中から微粉状炭化物４’を回収する。そして、回収された微粉状炭化物４’はガス化炉供給ホッパ１６に集められ溜められる。
【００８７】
粉体噴出手段１５が、ガス化炉供給ホッパ１６に溜められた微粉状炭化物４’をガス化炉７下段のガス化・燃焼部８内に噴出する。
【００８８】
また、ガス化剤供給手段１４が、ガス化剤５として、高温にされると共に酸素が適量混ぜられた空気をガス化・燃焼部８内に送り込む。
【００８９】
ガス化・燃焼部８は、供給された微粉状炭化物４’を燃料とすると共に送り込まれた高温にされ酸素が適量混ぜられた空気をガス化剤５として燃焼とガス化とを行い、１５００℃程度の高温ガス１０を発生させる。
【００９０】
そして、ガス化炉７上段のガス改質部９が、ガス化・燃焼部８から供給される高温ガス１０を熱源とし、炭化装置２から送り込まれた可燃性熱分解ガス３中に含まれるタール分を分解してガス改質を行う。
【００９１】
このとき、微粉状炭化物４’の供給量に対してガス改質部９に送り込まれるおよそ４００〜６００℃程度の可燃性熱分解ガス３の流量が極めて多い場合には、ガス化・燃焼部８から供給される１５００℃程度の高温ガス１０の温度がガス改質部９において急減に低下し、タール分解温度である１１００℃よりも低くなる場合がある。しかしながら、本発明では、可燃性熱分解ガス３をガス化・燃焼部８にも送り込んで燃焼させるようにしているので、ガス化・燃焼部８に十分な熱量が投入され、ガス改質部９の温度がタールを分解可能な１１００℃以上に保たれる。
【００９２】
ここで、ガス化炉７における反応の様子を化学式を用いて表すと以下のようになる。ガス化・燃焼部８における燃焼反応として化学式１から３で示す反応が生じる。
（化１）Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２
（化２）Ｃ＋１／２Ｏ２→ＣＯ
（化３）Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００９３】
さらに、ガス化反応として化学式４及び５で示す反応が生じる。
（化４）Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ
（化５）Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
【００９４】
燃焼反応及びガス化反応の後、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、固定炭素、灰分がガス化・燃焼部８からガス改質部９へと移動する。その後、ガス改質部９において化学式６で示すシフト反応が生じる。
（化６）ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２
【００９５】
なお、ガス化・燃焼部８における燃焼反応及びガス化反応の結果生じる灰分は、灰の融点がガス化・燃焼部８内の温度よりも低い場合には溶融スラグとなってガス化炉７の底部から取り出される。
【００９６】
ガス化炉７は、生成した可燃性ガス１１をガス改質部９から排出する。
【００９７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００９８】
例えば、本実施形態では、ガス化炉が二段式ガス化炉である場合について主に説明したが、バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式ガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込む点を除いては、本実施形態のガス化炉の形態に限られることなく本発明は適用可能であることは言うまでもない。
【００９９】
また、本実施形態では、二段式ガス化炉として下部のガス化・燃焼部と上部のガス改質部とを有する形式の二段式ガス化炉を用いる場合について説明したが、二段式ガス化炉の形式はこれに限られるものではなく、ガス化・燃焼部とガス改質部とが横方向に連接する形式のものであっても良いし、ガス化・燃焼部とガス改質部とが分離して構成されたものであっても良い。
【０１００】
また、本実施形態では、粉砕機６を用いて炭化物４を粉砕して微粉状炭化物４’としてからガス化炉７に供給するようにしているが、これに限られず、粉砕機６を用いない構成としても良い。
【０１０１】
また、本実施形態では、フレアースタック２５を用いて水分を多く含む可燃性熱分解ガス３を燃焼処理するようにしているが、これに限られず、フレアースタック２５を用いない構成としても良い。例えば、環境上等の問題がない場合には、大気中に単に放出するようにしても良い。さらに、炭化装置２から排出される可燃性熱分解ガス３をフレアースタックに送るようにしたり大気中に放出するようにしたりするための切り替え機構を有さない構成としても良い。
【０１０２】
また、本実施形態では、含水率が高いバイオマス燃料を原料として用いる場合に、炭化装置２に投入する前に乾燥機を用いてバイオマス燃料１を予め乾燥させるようにしているが、バイオマス燃料１を乾燥させる仕組みはこれに限られるものではなく、バイオマス燃料１を溜める原料受入ホッパ３０自体を加熱して乾燥させたり、バイオマス燃料１を原料受入ホッパ３０から炭化装置２まで運搬する設備によって加熱して乾燥させるようにしても良い。さらに、バイオマス燃料１を予め乾燥させる仕組みを有さない構成としても良い。
【０１０３】
また、本実施形態では、ガス化炉７に送り込むガス化剤５としての空気に酸素を混ぜるようにしているが、酸素を混ぜることなくそのままガス化炉７に送り込むようにしても良い。
【０１０４】
また、本実施形態では、生成ガス利用装置から排出される高温の排ガスであって炭化装置２による炭化処理の熱源として利用された高温ガスを用いてガス化剤５の温度を上昇させるようにしているが、ガス化剤５の温度を上昇させる方法はこれに限られるものではなく、例えば、ガス化炉７の出口の可燃性ガス１１を用いても良いし、ガス化炉７から排出された可燃性ガス１１を精製するガス生成装置（図示省略）の熱を利用しても良い。さらに、ガス化剤５の温度を予め上昇させる仕組みを有さない構成としても良い。
【０１０５】
また、本実施形態では、バイオマス燃料１の供給並びに炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統について、原料受入ホッパ３０に溜められたバイオマス燃料１をまず二系統に分配すると共にそれぞれの系統を更に二系統に分配して四機の炭化装置２によって炭化処理を行うようにしているが、バイオマス燃料１の供給系統数や炭化物４及び微粉状炭化物４’の生成及び運搬の処理系統数はこれに限られず、炭化・ガス化システムの規模に応じてこれより少なくても良いし多くても良い。
【０１０６】
さらに、本実施形態では、四機の炭化装置を用い、一回の炭化処理が一時間以内に終了するように調整されると共に１５分ずつずれて炭化処理が終了するように調整され、これによりシステム全体では途切れることなく連続して炭化物の生成が行われるようにしているが、用いる炭化装置の数並びに一回の炭化処理時間や炭化処理終了の間隔はこれらに限られるものではない。具体的には例えば、三機の炭化装置を用いて一回の炭化処理時間を３０分以内に調整すると共に炭化処理終了の間隔を１０分に調整するようにしても良いし、六機の炭化装置を用いて一回の炭化処理時間を二時間以内に調整すると共に炭化処理終了の間隔を２０分に調整するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の炭化・ガス化方法を装置化した場合の炭化・ガス化装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態の炭化・ガス化装置の燃料供給並びに炭化物等の生成及び運搬処理系統の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ バイオマス燃料
２ 炭化装置
３ 可燃性熱分解ガス
４ 炭化物
４’ 微粉状炭化物
６ 粉砕機
７ 二段式ガス化炉
８ ガス化・燃焼部
９ ガス改質部
１１ 可燃性ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共に前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込み、前記炭化物を前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給して燃焼とガス化とを行うと共に前記ガス改質部に送り込まれた前記可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成することを特徴とする炭化・ガス化方法。
【請求項２】
前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成し、該微粉状炭化物を噴出して前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給することを特徴とする請求項１記載の炭化・ガス化方法。
【請求項３】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共に前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスをガス化炉に送り込み、さらに、前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成すると共に該微粉状炭化物を噴出して前記ガス化炉に供給し、前記可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成することを特徴とする炭化・ガス化方法。
【請求項４】
前記バイオマス燃料の炭化処理を炭化装置を複数用いて行うと共にこれら複数の炭化装置による炭化処理が交互に終了することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項５】
前記バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する前記可燃性熱分解ガスは前記ガス化炉に供給しないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項６】
前記炭化処理を行う前に前記バイオマス燃料を乾燥させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項７】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項８】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項９】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、前記炭化物の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部及び前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部を有する二段式のガス化炉と、前記可燃性熱分解ガスを前記炭化装置から前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部のそれぞれに送り込む分岐管を備えたガス供給配管とを有することを特徴とする炭化・ガス化システム。
【請求項１０】
前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、前記微粉状炭化物を噴出して前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給する粉体噴出手段とを更に有することを特徴とする請求項９記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１１】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス化炉と、前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、前記微粉状炭化物を噴出して前記ガス化炉に供給する粉体噴出手段とを有することを特徴とする炭化・ガス化システム。
【請求項１２】
前記バイオマス燃料の炭化処理が交互に終了するように設定された前記炭化装置を複数有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１３】
前記バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する前記可燃性熱分解ガスを燃焼処理するフレアースタックを更に有することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１４】
前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥機構を更に有することを特徴とする請求項９から１３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１５】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いることを特徴とする請求項９から１４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１６】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させることを特徴とする請求項９から１５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共に前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスを二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部の両方に送り込み、前記炭化物を前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給して燃焼とガス化とを行うと共に前記ガス改質部に送り込まれた前記可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成することを特徴とする炭化・ガス化方法。
【請求項２】
前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成し、該微粉状炭化物を噴出して前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給することを特徴とする請求項１記載の炭化・ガス化方法。
【請求項３】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成すると共に前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスをガス化炉に送り込み、さらに、前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成すると共に該微粉状炭化物を噴出して前記ガス化炉に供給し、前記可燃性熱分解ガスを改質して可燃性ガスを生成することを特徴とする炭化・ガス化方法。
【請求項４】
前記バイオマス燃料の炭化処理を炭化装置を複数用いて行うと共にこれら複数の炭化装置による炭化処理が交互に終了することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項５】
前記バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する前記可燃性熱分解ガスは前記ガス化炉に供給しないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項６】
前記炭化処理を行う前に前記バイオマス燃料を乾燥させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項７】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項８】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の炭化・ガス化方法。
【請求項９】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、前記炭化物の燃焼とガス化とを行うガス化・燃焼部及び前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス改質部を有する二段式のガス化炉と、前記可燃性熱分解ガスを前記炭化装置から前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部及びガス改質部のそれぞれに送り込む分岐管を備えたガス供給配管とを有することを特徴とする炭化・ガス化システム。
【請求項１０】
前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、前記微粉状炭化物を噴出して前記二段式のガス化炉のガス化・燃焼部に供給する粉体噴出手段とを更に有することを特徴とする請求項９記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１１】
バイオマス燃料を炭化処理して炭化物を生成する炭化装置と、前記バイオマス燃料の炭化処理時に発生する可燃性熱分解ガスの改質を行うガス化炉と、前記炭化物を粉砕して微粉状炭化物を生成する粉砕機と、前記微粉状炭化物を噴出して前記ガス化炉に供給する粉体噴出手段とを有することを特徴とする炭化・ガス化システム。
【請求項１２】
前記バイオマス燃料の炭化処理が交互に終了するように設定された前記炭化装置を複数有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１３】
前記バイオマス燃料の炭化処理の初期に発生する前記可燃性熱分解ガスを燃焼処理するフレアースタックを更に有することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１４】
前記バイオマス燃料を乾燥させる乾燥機構を更に有することを特徴とする請求項９から１３のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１５】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤として酸素を混ぜた空気を用いることを特徴とする請求項９から１４のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【請求項１６】
前記ガス化炉に送り込むガス化剤の温度を予め上昇させることを特徴とする請求項９から１５のいずれか一つに記載の炭化・ガス化システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１３８０３１（Ｐ２００８−１３８０３１Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３６９５（Ｐ２００６−３２３６９５）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年６月 財団法人 電力中央研究所発行の「社団法人 国土緑化推進機構助成研究 中山間地域における森林資源のエネルギー利用システム開発に関する研究 平成１７年度 成果報告書」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年９月１５日 社団法人 日本機械学会発行の「２００６年度年次大会講演論文集Ｖｏｌ．３」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年１１月１５日 財団法人 電力中央研究所発行の「ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＯＮ ＣＬＥＡＮ ＣＯＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＦＵＥＬ ＣＥＬＬＳ」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（５０４１１３３２９）株式会社ＫＭコーポレーション (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年６月 財団法人 電力中央研究所発行の「社団法人 国土緑化推進機構助成研究 中山間地域における森林資源のエネルギー利用システム開発に関する研究 平成１７年度 成果報告書」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年９月１５日 社団法人 日本機械学会発行の「２００６年度年次大会講演論文集Ｖｏｌ．３」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年１１月１５日 財団法人 電力中央研究所発行の「ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＯＮ ＣＬＥＡＮ ＣＯＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＦＵＥＬ ＣＥＬＬＳ」に発表
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（５０４１１３３２９）株式会社ＫＭコーポレーション (4)
【Ｆターム（参考）】
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