炭素質原料のガス化装置およびガス化方法
【課題】炭素質原料をガス化しそのガスの熱を用いて、タールとダストを含むガス中のタールをガスに改質するプロセスにおいて、改質部下方のテーパー部に灰分が堆積付着することを防ぎつつ、ガス改質を効率よく行う。
【解決手段】炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、タール及びダストを含むガスを、前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続する直管部分を有する絞り部とを備え、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【解決手段】炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、タール及びダストを含むガスを、前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続する直管部分を有する絞り部とを備え、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素質原料を、酸素含有ガスを用いてガス化し、そのガス化ガスの熱を用いてタールおよびダストを含むガスを改質するプロセスにおける、ダスト由来の灰分付着を防止し、安定して前記タールおよびダストを含むガスの改質を行う装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タールおよびダストを含むガスを改質して燃料ガスを得る方法として、炭素質原料を空気や酸素でガス化し、発生したガス化ガスの熱を用いる方法がある。
例えば、木材やプラスチック等の炭素質原料を、炭化炉を用いて炭化して、炭化物にすると共にタールおよびダストを含むガスを生成し、炭化物は金属類を除いた後にガス化炉でガス化し、タールおよびダストを含むガスは、ガス化炉から発生したガス化ガスを用いて改質炉において加熱され、タール分をガスに改質することで、炭素質原料から燃料ガスを得る方法が特許文献１に示されている。この際、改質炉の下部は、下方から導入されるガス化ガスを改質炉内のガスと混合し、ガス化ガスを急冷、改質炉内のガスを昇温するためにテーパー部を有している。
【０００３】
特許文献１に示されたプロセスは、ガス化炉で炭素質原料をガス化した顕熱を利用してタールおよびダストを含むガスを改質炉内で加熱し、ガスの改質を行う効率的なプロセスであるが、ガス化の際に副生するスラグ分がガス化炉の出口に付着するという問題があった。一方、ガス化の際に発生するスラグの付着防止に関しては、特許文献２に示されたプロセスでは、石炭のガス化炉のガス出口の絞り部分に、常温のリサイクルガスをタンデンシャルに吹き込み、ガス化炉から飛散するスラグの付着を防ぐ方法が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４１８４８号公報
【特許文献２】特開平３−２３９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において提案されているプロセスは種々多様な炭素含有の廃棄物を効率よく燃料ガスに変換するプロセスである。
特許文献１では、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスの改質炉への入口の位置について特に規定はされていない。ガス化炉から改質炉に導入されるガスには少量の溶融した灰分が含まれ、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスには少量のダストが含まれる。改質炉では、ガス化ガスの熱で炭化炉からのタールおよびダストを含むガスを昇温し、タールおよびダストを含むガスを改質するが、改質温度が足りない場合が多く、改質炉に酸素含有ガスを投入してタールおよびダストを含むガスの一部を燃焼して改質炉内の温度を上昇させる。ガス化炉と改質炉の間はガス化炉の温度をスラグの溶融温度以上に保つため、流路が細くなっており（絞り部と呼ぶ）、改質炉では改質炉内のガス滞留時間を長くするために流路が広がった形状になる。
【０００６】
発明者らの調査の結果、タールおよびダストを含むガスの改質炉の入口位置が絞り部より上部に設置された場合、長時間操業を行うと炭化炉から改質炉に送られるタールおよびダストを含むガスに含まれるダストの一部が改質炉下方のテーパー部に堆積し、長時間滞留することでダストに含まれる炭素がガス化ガス中の水蒸気と反応してガスに転換されて残ったダスト中の灰分が改質炉内の熱を受けて固着するという問題点があることが判った。更に、タールおよびダストを含むガスを改質炉の下部に投入し、改質炉の温度維持のために酸素含有ガスを同箇所より投入すると、投入箇所近傍の温度が局部的に高くなりガス化ガスに含まれる灰分が溶融付着する問題があることも判った。
【０００７】
また、特許文献２においては、ガス化炉の上部に改質炉ではなく熱回収のためのボイラーが設置されているが、ガス化ガス出口の絞り部分でガス化ガスに含まれる灰分が付着し、閉塞トラブルとなるため生成ガスを絞り部に投入して灰分の付着を防止する方法が示されている。この方法では、絞り部に投入するガスは、ガス化炉から上昇して絞り部に付着したスラグを冷却するためと、壁面にスラグ分を除去したリサイクルガスを導入して壁面への溶融スラグの付着を防止するために用いられているもので、ガスを絞り部に投入するためのブロワ等の設備のエネルギーが必要になる上、絞り部に投入するリサイクルガスはガス化反応に何ら関与しない。また、特許文献２における装置では、絞り部分に直管部は存在せず、直管部の存在しない場合にはガス化炉から発生するガス化ガスに含まれるスラグ量が多くなり多量のガスを絞り部近傍に投入する必要がある。
そこで本発明の目的は、炭素質原料をガス化し、そのガス化ガスの熱を用いて、タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質するプロセスにおいて、改質部下方のテーパー部に灰分が堆積付着することを防ぎつつ、タールおよびダストを含むガスの改質を効率よく行う装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる問題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【０００９】
（２）投入される１の炭素質原料及び炭化物をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部と、投入される２の炭素質原料を炭化して、前記炭化物並びに前記タール及びダストを含むガスを生成する炭化炉とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【００１０】
（３）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記改質炉の周囲に複数設けられていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の炭素質原料のガス化装置。
（４）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
（５）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
【００１１】
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置を使用した炭素質原料のガス化方法であって、前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口から、前記タール及びダストを含むガスを投入することで、前記ダストの前記テーパー部への堆積を防ぎ、且つ、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口からタール及びダストを含むガスを投入すると共に、当該投入口又は当該投入口近傍から酸素含有ガスを投入することで、前記改質ガスの一部を燃焼させて、前記改質炉内の温度を所定温度に保持することを特徴とする炭素質原料のガス化方法。
【００１２】
本発明における炭素質原料とは、バイオマスやプラスチック、一般廃棄物ゴミ等を指し、具体的には、農業系バイオマス（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系バイオマス（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材等）、畜産系バイオマス（家畜廃棄物）、水産系バイオマス（水産加工残滓）、廃棄物系バイオマス（生ゴミ、ＲＤＦ：ゴミ固形化燃料：Refuse Derived Fuel、庭木、建設廃材、下水汚泥）、硬質プラスチック、軟質プラスチック、シュレッダーダスト等を指す。特に木材に関しては、製材廃材、建設廃材、木製電柱、木製枕木等、一度乾燥工程を経た、比較的水分が少ない（３〜２０質量％）ものを指し、草木、除間伐材に代表される生木類と区別される。また、一般ゴミとは産廃指定１９種類以外のゴミのことで、自治体単位で収集する家庭ゴミや事業者から出る紙類を多く含む事業系ゴミのことである。ただし、本発明は炭素質のエネルギー転換に関するものであるため、炭素質をほとんど含まないもの、すなわち分別された金属、ガラス類等は対象とはしない。また、広義の炭素質原料としては石炭等の炭素含有の燃料を含み、本特許方法におけるガス化炉の補助燃料として使用することもあり得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ガス化炉で炭素質原料をガス化したガス化ガスの顕熱を用いて、改質炉でタール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する際に、改質炉下方のテーパー部へのダストの堆積およびダストの堆積に由来する灰分付着を防ぎ、効率よく改質反応を行わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、本発明の第一の実施形態に係る炭素質原料のガス化装置の一例を示す。
装置は主に、ガス化炉１および改質炉２、ガス化炉１と改質炉２を接続する直管部分を有する絞り部１７より成る。ガス化炉１には炭素質原料１５を酸素含有ガス（酸素又は酸素富化空気）２９と共に投入して、炭素質原料１５を部分酸化させてガス化するガス化バーナー１８が設置され、炭素質原料１５に含まれる灰分を溶融スラグ３１として排出するスラグタップ１２があり、ガス化炉上部に接続された絞り部１７を通して、ガス化炉１で生成したガス化ガス３０が改質炉２に投入される。改質炉２は、下部（テーパー部２ａ）が絞り部１７と接続され、上方に改質ガス出口８、下方の改質炉２のテーパー部２ａ壁面に下部ガス投入口１３、そしてテーパー部２ａより上方の改質炉２壁面に上部ガス投入口１４および酸素投入口３５が設置されている。酸素投入口３５は上部ガス投入口１４と同じ投入口としても良いし、上部ガス投入口１４の近傍に別に投入口を設けても良い。
【００１５】
ガス化炉１より生成したガス化ガスは、絞り部１７を通して改質炉２に導入され、下部ガス投入口１３より投入されたタール及びダスト含有ガス（タール及びダストを含むガス）１１と混合され、ガス化ガス３０の顕熱により当該タール及びダスト含有ガス１１が改質される。そして、さらに上部ガス投入口１４より投入されるタール含有ガス１０と混合され改質反応が起こるが、改質炉２内部の温度が低下する場合には所定の温度になるように酸素含有ガス投入口３５より酸素含有ガス２８を投入し、当該タール及びダスト含有ガスの一部を燃焼させる。改質後のガスは改質ガス出口８より排出される。
改質されるタール及びダスト含有ガスは、タール分とダスト分を含むもので有れば良く、バイオマス等の熱分解により生成するガスの他、石炭を乾留して発生するガスでも改質は可能である。
【００１６】
タールおよびダストを含むガスの改質は、まず下部ガス投入口１３より投入されたタールおよびダストを含むガスがガス化炉１により発生したガス化ガスと混合されることでガス化ガスの顕熱より行われる。さらに、上部ガス投入口１４より投入されるタールおよびダストを含むガスと混合され、改質温度が不足の場合には酸素含有ガスを酸素含有ガス投入口３５より投入して改質炉内のガスの一部を燃焼させることにより改質温度を確保する。下部ガス投入口１３から投入するガス量が多いと下部ガス投入口１３近傍の温度が下がりすぎてガス化炉１からのガス化ガスとの混合後の温度が下がりすぎ、タールおよびダストを含むガスの改質が十分に行われず、当該部分の温度は改質反応が起き、かつガス化ガス中の灰分の付着を抑制する１０００〜１２００℃程度となるように調整することが好ましい。
【００１７】
ガス化ガス３０に含まれるスラグ分は微粒子となって同伴されており、絞り部１７に直管部を設けることで、スラグを絞り部１７の直管部に付着させ、ガス化ガス３０の温度をスラグの溶流点以上とすることで付着したスラグをガス化炉１に流下させることが可能となり、結果として改質炉２に入るガス化ガス３０に含まれるスラグ量を減少させることが可能となる。絞り部１７の直管部分は、付着したスラグを流下できれば良いものであるため、完全に鉛直な管に限定されるものではなく、多少の傾きやテーパーを有するものであっても許容される。
【００１８】
一方、改質炉２に投入されるタールおよびダストを含むガスに含まれるダストは改質炉２に投入されると大部分は改質炉２を流れるガス流れに同伴して下流側へ排出されるが、改質炉壁面近傍の流速の遅い部分ではダストはガス流れに乗り切らずに落下し、改質炉２下部のテーパ部２ａに堆積する。このままでは、堆積したダスト中の炭素はガス化ガス３０と反応し、その結果として灰分のみが同箇所に残ってしまい付着物生成の原因となる。
同箇所にタールおよびダストを含むガスを投入することにより改質部２下部のテーパ近傍のガス流れを乱し、堆積したダストを飛散させることが可能となる。
【００１９】
下部ガス投入口１３の位置は、主にダストの堆積する部分がテーパ部２ａであるために、このテーパー部２ａに設けることで、堆積したダストを吹き飛ばすことができる。また、テーパー部２ａの下部ガス投入口１３を改質炉２の周囲に複数個設けることが、効果的に堆積したダストを飛散させることから好ましい。更にまた、投入口１３が、前記テーパー部における上下方向に複数設けられていると、テーパー部上側の投入口１３でダストの落下を抑制すると共に、テーパー部下側の投入口１３でダストの堆積を抑制してダスト起因のスラグの融着を抑制することができるため、より好ましい。更に、投入口１３が、テーパー部の内面周方向を向くように設けられていると、ダストの飛散効果がよりいっそう向上することから好ましい。
【００２０】
図２に、本発明の第二の実施形態における炭素質原料のガス化装置の一例を示す。本実施形態は、炭化炉３で炭素質原料２１を炭化して炭化物２２とタール及びダストを含むガス２５を生成して、気流層のガス化炉１で別の炭素質原料１５と炭化物２４をガス化してガス化ガス３０を生成し、改質炉２においてガス化ガス３０を熱源として、タール及びダストを含むガス２５中のタールをガスに改質する形態である。
【００２１】
設備は、主にガス化炉１とガス化炉１の上部に設けられた改質炉２および炭化炉３により構成される。炭素質原料２１（２の炭素質原料とも記す）は原料投入装置４により炭化炉３に、また、炭素質原料１５（１の炭素質原料とも記す）はガス化炉１に投入される。炭化炉３には微粉砕が困難な一般ゴミ等の原料を、ガス化炉１には搬送可能な程度に微粉砕が容易な下水汚泥や硬質プラスチック等の原料を投入する。炭化炉３の形態として、シャフト炉やキルン、流動層などが使用可能である。炭素質原料２１は炭化炉３で加熱ガス１６により加熱され金属等の異物を含む炭化物２２となり、異物を含む炭化物２２は破砕・分離器５により異物２３と炭化物２４に分けられる。
【００２２】
炭化炉３の炉頂からは炉頂ガス２５が排出される。炉頂ガス２５は炭素質原料２１を熱分解したガスが含まれるため多量のダストおよびタール分が含まれており、そのままでは燃料ガスとして使用することはできず、改質炉２で加熱することによりタールを熱分解および水蒸気等と反応させて分解することにより改質することで得られる熱量を増加し、タールの付着トラブルが後段の設備で起きないようにする。
【００２３】
加熱ガス１６は炭化炉３内での加熱源となる高温ガスで、LNG等の燃料ガスの燃焼により、または改質ガス３３をガス精製装置７により精製して得られた燃料ガス３４の燃焼により得られる。
【００２４】
炉頂ガス２５は炭化炉３を出た後に固気分離器６によりダスト２７が分離される。固気分離器６の方式としては、サイクロンやセラミックフィルター、金属フィルターが挙げられるが、セラミックフィルターは破損しやすく、金属フィルターを含めてフィルター面が閉塞することが多いため、サイクロンが一般的に用いられる。
【００２５】
ダスト２７は炭化物２４とともにガス化炉１に導入され、酸素含有ガス２９で炭素質原料１５とともにガス化される。炭化物２４およびダスト２７および炭素質原料１５に含まれる灰分は溶融スラグ３１としてスラグタップ１２から排出され、水槽９で水砕されて水砕スラグ３２として排出される。
【００２６】
固気分離後ガス２６は二分割されて、改質炉上部投入ガス１０と改質炉下部投入ガス１１として改質炉に導入される。改質炉上部投入ガス１０は酸素含有ガス２８とともに改質炉２に送られ改質炉２内で燃焼を行うことで改質炉２内温度を所定温度に維持する。
固気分離後ガス２６は固気分離装置で回収しきれなかったダストを少量含んでいるため、改質炉内にガスのよどみがあると改質炉２内にダストが堆積する可能性があるが、改質炉下部投入ガス１１の改質炉２下部への投入口１３をガス化ガス３０入口近傍のテーパー部２ａに設置することで改質炉２下部でのガスのよどみを無くして、テーパー部２ａでのダストの堆積を防ぐことが可能になる。投入口１３の形態は、第一の実施形態と同様である。
【００２７】
このように、改質炉２へのタールおよびダストを含むガス（炭化炉３より発生するガス）を上下二段のガス投入口より投入することにより、全量を上部の投入口から入れるより、下部から入るガスの滞留時間が増加することおよび下部から入るガスは高温のガス化ガスにガス化炉１出口直後に触れることから改質炉２壁面からの放散熱の影響が小さくなりより高温の改質が可能となる。
【実施例】
【００２８】
（実施例）
図１と同様のガス化炉、改質炉構造を持ち、図２と同様の設備構成で、シャフト炉方式の炭化炉３に一般ゴミおよび廃木材を、気流層のガス化炉２に炭化炉３から発生する炭化物２４および粒径１mm以下の炭素質原料１５である木質チップを投入した場合の実施例を以下に示す。
気流層の改質炉２の全長は2.7ｍ、改質炉下部のテーパー部２ａの高さ０．６ｍ、ガス投入口１３は、改質炉２の下端（絞り部１７との接続部分）から0.3m（テーパ部分中央高さ位置）のテーパー部２ａに、対向して２カ所、上部ガス投入口１４は改質炉下端から1.0ｍの高さに１カ所設置した。
【００２９】
炭化炉３には一般ゴミ４００kg/h、廃木材４００kg/hを投入し、炭化炉３下部からはLPG６０Nm3/hを空気５００Nm3/hで燃焼させた１２００℃のガス８００Nm3/hを投入した。炭化炉３の上部からは、４００℃、４７kg/hのタールおよびダストを含むガスが約１４００Nm3/h発生し、改質炉２に導入された。改質炉２へのガスはまずサイクロンでダストが回収され、ダストはガス化炉１に送られる。ダスト除去後のガスは二分割されて約１０００Nm3/hを改質炉２下部のテーパ部２ａに設けたガス投入口１３より投入し、残りをより上部のガス投入口１４より改質炉２に投入し、上部の投入口１４では更に酸素を１２０Nm3/h投入することで、ガスを一部燃焼して改質炉２内温度を１１００℃に保持した。
【００３０】
ガス化炉１では炭化炉３から発生した炭化物１００kg/hおよび1mm以下に粉砕した木質チップ５０kg/hを酸素１８０Nm3/hでガス化した。ガス化炉１から改質炉２へ導入されたガス化ガス３０量は６７０Nm3/hとなった。スラグタップ１２の下部空間ではスラグタップ保熱用バーナーでメタンガス１０Nm3/hを酸素２０Nm3/hで燃焼させた。
【００３１】
改質炉２出口での改質ガス３３発生量は２４３０Nm3/h、発熱量は１７８０kcal/Nm3となった。改質ガス３３中に含まれるタール分は０．５g/Nm3となり、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質部２下部のテーパ部分２ａでのスラグ付着、堆積は、ガス投入口１３の周囲および近傍には認められなかったが、２本のガス投入口１３の中間部付近には僅かに（５mm程度）ダストの堆積が認められた。
【００３２】
そこで、別の実施例として、改質炉２におけるガス投入口１３の位置を変え、他の条件は上記実施例と同様の試験を行った。ガス投入口１３の位置は、改質炉２の下端から0.５mのテーパー部２ａに、対向して２カ所（上方の投入口）と、下端から0.１mのテーパー部２ａに、対向して２カ所（下方の投入口）の計４箇所とすると共に、上方の投入口と下方の投入口の周方向位置を９０度ずらして設置した。連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質部２下部のテーパー部分２ａでのスラグ付着、堆積は、認められなかった。
【００３３】
また、更に別の実施例として、改質炉２におけるガス投入口１３の向きを内周面方向とする以外は、上記最初の実施例と同様の試験を行ったところ、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質炉２下部のテーパ部分２ａでのスラグ付着、堆積は、認められなかった。
【００３４】
（比較例）
実施例と同様の操業を行い、炭化炉から発生したガスを二分割せず上部ガス投入口のみより投入した場合の例を以下に示す。
炭化炉３には一般ゴミ４００kg/h、廃木材４００kg/hを投入し、炭化炉３下部からはLPG６０Nm3/hを空気５００Nm3/hで燃焼させた１２００℃のガス８００Nm3/hを投入した。炭化炉３の上部からは、４００℃、４７kg/hのタールおよびダストを含むガスが約１４００Nm3/h発生し、改質炉２に導入された。ガス化炉１では炭化炉３から発生した炭化物１００kg/hおよび１mm以下に破砕した木質チップ５０kg/hを酸素１８０Nm3/hでガス化した。また、スラグタップ１２の下部空間ではスラグタップ保熱用バーナーでメタンガス１０Nm3/hを酸素２０Nm3/hで燃焼させた。ガス化炉１から改質炉２へ導入されたガス化ガス量は６７０Nm3/h、改質炉２では炭化炉３からのガスとガス化ガスが混合され、改質炉内温度が１１００℃になるように酸素を自動投入したところ酸素量は１２０Nm3/hとなり、改質ガスは２４００Nm3/h発生し、発熱量は１７４０kcal/Nm3となった。
【００３５】
改質炉３出口での改質ガスは２４００Nm3/h発生し、発熱量は１７４０kcal/Nm3となった。上部ガス投入口だけからのガス投入ではタールおよびダストを含むガスの改質炉内での滞留時間が短くなることから、改質反応が実施例に比べて進行せず、改質ガス中に含まれるタール分は１．２g/Nm3となった。また、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質炉２下部のテーパ部分２ａでダストの堆積（約20mm）および改質部下端部周辺でのダストの一部灰化、固着が確認された（固着量約10kg）。このままの状態で操業を継続した場合には、閉塞トラブルにより操業困難となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ ガス化炉
２ 改質炉
２ａ テーパ部
３ 炭化炉
４ 原料投入装置
５ 破砕・分離機
６ 固気分離器
７ ガス精製装置
８ 改質ガス出口
９ 水槽
１０ タール及びダストを含むガス
１１ タール及びダストを含むガス
１２ スラグタップ
１３ 下部ガス投入口
１４ 上部ガス投入口
１５ 炭素質原料
１６ 加熱ガス
１７ 絞り部
１８ ガス化バーナー
２１ 炭素質原料
２２ 異物を含む炭化物
２３ 異物
２４ 炭化物
２５ 炉頂ガス（タール及びダストを含むガス）
２６ 固気分離後ガス（タール及びダストを含むガス）
２７ ダスト
２８ 酸素含有ガス
２９ 酸素含有ガス
３０ ガス化ガス
３１ 溶融スラグ
３２ 水砕スラグ
３３ 改質ガス
３４ 燃料ガス
３５ 酸素含有ガス投入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素質原料を、酸素含有ガスを用いてガス化し、そのガス化ガスの熱を用いてタールおよびダストを含むガスを改質するプロセスにおける、ダスト由来の灰分付着を防止し、安定して前記タールおよびダストを含むガスの改質を行う装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タールおよびダストを含むガスを改質して燃料ガスを得る方法として、炭素質原料を空気や酸素でガス化し、発生したガス化ガスの熱を用いる方法がある。
例えば、木材やプラスチック等の炭素質原料を、炭化炉を用いて炭化して、炭化物にすると共にタールおよびダストを含むガスを生成し、炭化物は金属類を除いた後にガス化炉でガス化し、タールおよびダストを含むガスは、ガス化炉から発生したガス化ガスを用いて改質炉において加熱され、タール分をガスに改質することで、炭素質原料から燃料ガスを得る方法が特許文献１に示されている。この際、改質炉の下部は、下方から導入されるガス化ガスを改質炉内のガスと混合し、ガス化ガスを急冷、改質炉内のガスを昇温するためにテーパー部を有している。
【０００３】
特許文献１に示されたプロセスは、ガス化炉で炭素質原料をガス化した顕熱を利用してタールおよびダストを含むガスを改質炉内で加熱し、ガスの改質を行う効率的なプロセスであるが、ガス化の際に副生するスラグ分がガス化炉の出口に付着するという問題があった。一方、ガス化の際に発生するスラグの付着防止に関しては、特許文献２に示されたプロセスでは、石炭のガス化炉のガス出口の絞り部分に、常温のリサイクルガスをタンデンシャルに吹き込み、ガス化炉から飛散するスラグの付着を防ぐ方法が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４１８４８号公報
【特許文献２】特開平３−２３９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において提案されているプロセスは種々多様な炭素含有の廃棄物を効率よく燃料ガスに変換するプロセスである。
特許文献１では、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスの改質炉への入口の位置について特に規定はされていない。ガス化炉から改質炉に導入されるガスには少量の溶融した灰分が含まれ、炭化炉から改質炉に導入されるタールおよびダストを含むガスには少量のダストが含まれる。改質炉では、ガス化ガスの熱で炭化炉からのタールおよびダストを含むガスを昇温し、タールおよびダストを含むガスを改質するが、改質温度が足りない場合が多く、改質炉に酸素含有ガスを投入してタールおよびダストを含むガスの一部を燃焼して改質炉内の温度を上昇させる。ガス化炉と改質炉の間はガス化炉の温度をスラグの溶融温度以上に保つため、流路が細くなっており（絞り部と呼ぶ）、改質炉では改質炉内のガス滞留時間を長くするために流路が広がった形状になる。
【０００６】
発明者らの調査の結果、タールおよびダストを含むガスの改質炉の入口位置が絞り部より上部に設置された場合、長時間操業を行うと炭化炉から改質炉に送られるタールおよびダストを含むガスに含まれるダストの一部が改質炉下方のテーパー部に堆積し、長時間滞留することでダストに含まれる炭素がガス化ガス中の水蒸気と反応してガスに転換されて残ったダスト中の灰分が改質炉内の熱を受けて固着するという問題点があることが判った。更に、タールおよびダストを含むガスを改質炉の下部に投入し、改質炉の温度維持のために酸素含有ガスを同箇所より投入すると、投入箇所近傍の温度が局部的に高くなりガス化ガスに含まれる灰分が溶融付着する問題があることも判った。
【０００７】
また、特許文献２においては、ガス化炉の上部に改質炉ではなく熱回収のためのボイラーが設置されているが、ガス化ガス出口の絞り部分でガス化ガスに含まれる灰分が付着し、閉塞トラブルとなるため生成ガスを絞り部に投入して灰分の付着を防止する方法が示されている。この方法では、絞り部に投入するガスは、ガス化炉から上昇して絞り部に付着したスラグを冷却するためと、壁面にスラグ分を除去したリサイクルガスを導入して壁面への溶融スラグの付着を防止するために用いられているもので、ガスを絞り部に投入するためのブロワ等の設備のエネルギーが必要になる上、絞り部に投入するリサイクルガスはガス化反応に何ら関与しない。また、特許文献２における装置では、絞り部分に直管部は存在せず、直管部の存在しない場合にはガス化炉から発生するガス化ガスに含まれるスラグ量が多くなり多量のガスを絞り部近傍に投入する必要がある。
そこで本発明の目的は、炭素質原料をガス化し、そのガス化ガスの熱を用いて、タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質するプロセスにおいて、改質部下方のテーパー部に灰分が堆積付着することを防ぎつつ、タールおよびダストを含むガスの改質を効率よく行う装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる問題を解決するため、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【０００９】
（２）投入される１の炭素質原料及び炭化物をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部と、投入される２の炭素質原料を炭化して、前記炭化物並びに前記タール及びダストを含むガスを生成する炭化炉とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【００１０】
（３）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記改質炉の周囲に複数設けられていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の炭素質原料のガス化装置。
（４）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
（５）前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置。
【００１１】
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の炭素質原料のガス化装置を使用した炭素質原料のガス化方法であって、前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口から、前記タール及びダストを含むガスを投入することで、前記ダストの前記テーパー部への堆積を防ぎ、且つ、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口からタール及びダストを含むガスを投入すると共に、当該投入口又は当該投入口近傍から酸素含有ガスを投入することで、前記改質ガスの一部を燃焼させて、前記改質炉内の温度を所定温度に保持することを特徴とする炭素質原料のガス化方法。
【００１２】
本発明における炭素質原料とは、バイオマスやプラスチック、一般廃棄物ゴミ等を指し、具体的には、農業系バイオマス（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系バイオマス（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材等）、畜産系バイオマス（家畜廃棄物）、水産系バイオマス（水産加工残滓）、廃棄物系バイオマス（生ゴミ、ＲＤＦ：ゴミ固形化燃料：Refuse Derived Fuel、庭木、建設廃材、下水汚泥）、硬質プラスチック、軟質プラスチック、シュレッダーダスト等を指す。特に木材に関しては、製材廃材、建設廃材、木製電柱、木製枕木等、一度乾燥工程を経た、比較的水分が少ない（３〜２０質量％）ものを指し、草木、除間伐材に代表される生木類と区別される。また、一般ゴミとは産廃指定１９種類以外のゴミのことで、自治体単位で収集する家庭ゴミや事業者から出る紙類を多く含む事業系ゴミのことである。ただし、本発明は炭素質のエネルギー転換に関するものであるため、炭素質をほとんど含まないもの、すなわち分別された金属、ガラス類等は対象とはしない。また、広義の炭素質原料としては石炭等の炭素含有の燃料を含み、本特許方法におけるガス化炉の補助燃料として使用することもあり得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ガス化炉で炭素質原料をガス化したガス化ガスの顕熱を用いて、改質炉でタール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する際に、改質炉下方のテーパー部へのダストの堆積およびダストの堆積に由来する灰分付着を防ぎ、効率よく改質反応を行わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、本発明の第一の実施形態に係る炭素質原料のガス化装置の一例を示す。
装置は主に、ガス化炉１および改質炉２、ガス化炉１と改質炉２を接続する直管部分を有する絞り部１７より成る。ガス化炉１には炭素質原料１５を酸素含有ガス（酸素又は酸素富化空気）２９と共に投入して、炭素質原料１５を部分酸化させてガス化するガス化バーナー１８が設置され、炭素質原料１５に含まれる灰分を溶融スラグ３１として排出するスラグタップ１２があり、ガス化炉上部に接続された絞り部１７を通して、ガス化炉１で生成したガス化ガス３０が改質炉２に投入される。改質炉２は、下部（テーパー部２ａ）が絞り部１７と接続され、上方に改質ガス出口８、下方の改質炉２のテーパー部２ａ壁面に下部ガス投入口１３、そしてテーパー部２ａより上方の改質炉２壁面に上部ガス投入口１４および酸素投入口３５が設置されている。酸素投入口３５は上部ガス投入口１４と同じ投入口としても良いし、上部ガス投入口１４の近傍に別に投入口を設けても良い。
【００１５】
ガス化炉１より生成したガス化ガスは、絞り部１７を通して改質炉２に導入され、下部ガス投入口１３より投入されたタール及びダスト含有ガス（タール及びダストを含むガス）１１と混合され、ガス化ガス３０の顕熱により当該タール及びダスト含有ガス１１が改質される。そして、さらに上部ガス投入口１４より投入されるタール含有ガス１０と混合され改質反応が起こるが、改質炉２内部の温度が低下する場合には所定の温度になるように酸素含有ガス投入口３５より酸素含有ガス２８を投入し、当該タール及びダスト含有ガスの一部を燃焼させる。改質後のガスは改質ガス出口８より排出される。
改質されるタール及びダスト含有ガスは、タール分とダスト分を含むもので有れば良く、バイオマス等の熱分解により生成するガスの他、石炭を乾留して発生するガスでも改質は可能である。
【００１６】
タールおよびダストを含むガスの改質は、まず下部ガス投入口１３より投入されたタールおよびダストを含むガスがガス化炉１により発生したガス化ガスと混合されることでガス化ガスの顕熱より行われる。さらに、上部ガス投入口１４より投入されるタールおよびダストを含むガスと混合され、改質温度が不足の場合には酸素含有ガスを酸素含有ガス投入口３５より投入して改質炉内のガスの一部を燃焼させることにより改質温度を確保する。下部ガス投入口１３から投入するガス量が多いと下部ガス投入口１３近傍の温度が下がりすぎてガス化炉１からのガス化ガスとの混合後の温度が下がりすぎ、タールおよびダストを含むガスの改質が十分に行われず、当該部分の温度は改質反応が起き、かつガス化ガス中の灰分の付着を抑制する１０００〜１２００℃程度となるように調整することが好ましい。
【００１７】
ガス化ガス３０に含まれるスラグ分は微粒子となって同伴されており、絞り部１７に直管部を設けることで、スラグを絞り部１７の直管部に付着させ、ガス化ガス３０の温度をスラグの溶流点以上とすることで付着したスラグをガス化炉１に流下させることが可能となり、結果として改質炉２に入るガス化ガス３０に含まれるスラグ量を減少させることが可能となる。絞り部１７の直管部分は、付着したスラグを流下できれば良いものであるため、完全に鉛直な管に限定されるものではなく、多少の傾きやテーパーを有するものであっても許容される。
【００１８】
一方、改質炉２に投入されるタールおよびダストを含むガスに含まれるダストは改質炉２に投入されると大部分は改質炉２を流れるガス流れに同伴して下流側へ排出されるが、改質炉壁面近傍の流速の遅い部分ではダストはガス流れに乗り切らずに落下し、改質炉２下部のテーパ部２ａに堆積する。このままでは、堆積したダスト中の炭素はガス化ガス３０と反応し、その結果として灰分のみが同箇所に残ってしまい付着物生成の原因となる。
同箇所にタールおよびダストを含むガスを投入することにより改質部２下部のテーパ近傍のガス流れを乱し、堆積したダストを飛散させることが可能となる。
【００１９】
下部ガス投入口１３の位置は、主にダストの堆積する部分がテーパ部２ａであるために、このテーパー部２ａに設けることで、堆積したダストを吹き飛ばすことができる。また、テーパー部２ａの下部ガス投入口１３を改質炉２の周囲に複数個設けることが、効果的に堆積したダストを飛散させることから好ましい。更にまた、投入口１３が、前記テーパー部における上下方向に複数設けられていると、テーパー部上側の投入口１３でダストの落下を抑制すると共に、テーパー部下側の投入口１３でダストの堆積を抑制してダスト起因のスラグの融着を抑制することができるため、より好ましい。更に、投入口１３が、テーパー部の内面周方向を向くように設けられていると、ダストの飛散効果がよりいっそう向上することから好ましい。
【００２０】
図２に、本発明の第二の実施形態における炭素質原料のガス化装置の一例を示す。本実施形態は、炭化炉３で炭素質原料２１を炭化して炭化物２２とタール及びダストを含むガス２５を生成して、気流層のガス化炉１で別の炭素質原料１５と炭化物２４をガス化してガス化ガス３０を生成し、改質炉２においてガス化ガス３０を熱源として、タール及びダストを含むガス２５中のタールをガスに改質する形態である。
【００２１】
設備は、主にガス化炉１とガス化炉１の上部に設けられた改質炉２および炭化炉３により構成される。炭素質原料２１（２の炭素質原料とも記す）は原料投入装置４により炭化炉３に、また、炭素質原料１５（１の炭素質原料とも記す）はガス化炉１に投入される。炭化炉３には微粉砕が困難な一般ゴミ等の原料を、ガス化炉１には搬送可能な程度に微粉砕が容易な下水汚泥や硬質プラスチック等の原料を投入する。炭化炉３の形態として、シャフト炉やキルン、流動層などが使用可能である。炭素質原料２１は炭化炉３で加熱ガス１６により加熱され金属等の異物を含む炭化物２２となり、異物を含む炭化物２２は破砕・分離器５により異物２３と炭化物２４に分けられる。
【００２２】
炭化炉３の炉頂からは炉頂ガス２５が排出される。炉頂ガス２５は炭素質原料２１を熱分解したガスが含まれるため多量のダストおよびタール分が含まれており、そのままでは燃料ガスとして使用することはできず、改質炉２で加熱することによりタールを熱分解および水蒸気等と反応させて分解することにより改質することで得られる熱量を増加し、タールの付着トラブルが後段の設備で起きないようにする。
【００２３】
加熱ガス１６は炭化炉３内での加熱源となる高温ガスで、LNG等の燃料ガスの燃焼により、または改質ガス３３をガス精製装置７により精製して得られた燃料ガス３４の燃焼により得られる。
【００２４】
炉頂ガス２５は炭化炉３を出た後に固気分離器６によりダスト２７が分離される。固気分離器６の方式としては、サイクロンやセラミックフィルター、金属フィルターが挙げられるが、セラミックフィルターは破損しやすく、金属フィルターを含めてフィルター面が閉塞することが多いため、サイクロンが一般的に用いられる。
【００２５】
ダスト２７は炭化物２４とともにガス化炉１に導入され、酸素含有ガス２９で炭素質原料１５とともにガス化される。炭化物２４およびダスト２７および炭素質原料１５に含まれる灰分は溶融スラグ３１としてスラグタップ１２から排出され、水槽９で水砕されて水砕スラグ３２として排出される。
【００２６】
固気分離後ガス２６は二分割されて、改質炉上部投入ガス１０と改質炉下部投入ガス１１として改質炉に導入される。改質炉上部投入ガス１０は酸素含有ガス２８とともに改質炉２に送られ改質炉２内で燃焼を行うことで改質炉２内温度を所定温度に維持する。
固気分離後ガス２６は固気分離装置で回収しきれなかったダストを少量含んでいるため、改質炉内にガスのよどみがあると改質炉２内にダストが堆積する可能性があるが、改質炉下部投入ガス１１の改質炉２下部への投入口１３をガス化ガス３０入口近傍のテーパー部２ａに設置することで改質炉２下部でのガスのよどみを無くして、テーパー部２ａでのダストの堆積を防ぐことが可能になる。投入口１３の形態は、第一の実施形態と同様である。
【００２７】
このように、改質炉２へのタールおよびダストを含むガス（炭化炉３より発生するガス）を上下二段のガス投入口より投入することにより、全量を上部の投入口から入れるより、下部から入るガスの滞留時間が増加することおよび下部から入るガスは高温のガス化ガスにガス化炉１出口直後に触れることから改質炉２壁面からの放散熱の影響が小さくなりより高温の改質が可能となる。
【実施例】
【００２８】
（実施例）
図１と同様のガス化炉、改質炉構造を持ち、図２と同様の設備構成で、シャフト炉方式の炭化炉３に一般ゴミおよび廃木材を、気流層のガス化炉２に炭化炉３から発生する炭化物２４および粒径１mm以下の炭素質原料１５である木質チップを投入した場合の実施例を以下に示す。
気流層の改質炉２の全長は2.7ｍ、改質炉下部のテーパー部２ａの高さ０．６ｍ、ガス投入口１３は、改質炉２の下端（絞り部１７との接続部分）から0.3m（テーパ部分中央高さ位置）のテーパー部２ａに、対向して２カ所、上部ガス投入口１４は改質炉下端から1.0ｍの高さに１カ所設置した。
【００２９】
炭化炉３には一般ゴミ４００kg/h、廃木材４００kg/hを投入し、炭化炉３下部からはLPG６０Nm3/hを空気５００Nm3/hで燃焼させた１２００℃のガス８００Nm3/hを投入した。炭化炉３の上部からは、４００℃、４７kg/hのタールおよびダストを含むガスが約１４００Nm3/h発生し、改質炉２に導入された。改質炉２へのガスはまずサイクロンでダストが回収され、ダストはガス化炉１に送られる。ダスト除去後のガスは二分割されて約１０００Nm3/hを改質炉２下部のテーパ部２ａに設けたガス投入口１３より投入し、残りをより上部のガス投入口１４より改質炉２に投入し、上部の投入口１４では更に酸素を１２０Nm3/h投入することで、ガスを一部燃焼して改質炉２内温度を１１００℃に保持した。
【００３０】
ガス化炉１では炭化炉３から発生した炭化物１００kg/hおよび1mm以下に粉砕した木質チップ５０kg/hを酸素１８０Nm3/hでガス化した。ガス化炉１から改質炉２へ導入されたガス化ガス３０量は６７０Nm3/hとなった。スラグタップ１２の下部空間ではスラグタップ保熱用バーナーでメタンガス１０Nm3/hを酸素２０Nm3/hで燃焼させた。
【００３１】
改質炉２出口での改質ガス３３発生量は２４３０Nm3/h、発熱量は１７８０kcal/Nm3となった。改質ガス３３中に含まれるタール分は０．５g/Nm3となり、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質部２下部のテーパ部分２ａでのスラグ付着、堆積は、ガス投入口１３の周囲および近傍には認められなかったが、２本のガス投入口１３の中間部付近には僅かに（５mm程度）ダストの堆積が認められた。
【００３２】
そこで、別の実施例として、改質炉２におけるガス投入口１３の位置を変え、他の条件は上記実施例と同様の試験を行った。ガス投入口１３の位置は、改質炉２の下端から0.５mのテーパー部２ａに、対向して２カ所（上方の投入口）と、下端から0.１mのテーパー部２ａに、対向して２カ所（下方の投入口）の計４箇所とすると共に、上方の投入口と下方の投入口の周方向位置を９０度ずらして設置した。連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質部２下部のテーパー部分２ａでのスラグ付着、堆積は、認められなかった。
【００３３】
また、更に別の実施例として、改質炉２におけるガス投入口１３の向きを内周面方向とする以外は、上記最初の実施例と同様の試験を行ったところ、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質炉２下部のテーパ部分２ａでのスラグ付着、堆積は、認められなかった。
【００３４】
（比較例）
実施例と同様の操業を行い、炭化炉から発生したガスを二分割せず上部ガス投入口のみより投入した場合の例を以下に示す。
炭化炉３には一般ゴミ４００kg/h、廃木材４００kg/hを投入し、炭化炉３下部からはLPG６０Nm3/hを空気５００Nm3/hで燃焼させた１２００℃のガス８００Nm3/hを投入した。炭化炉３の上部からは、４００℃、４７kg/hのタールおよびダストを含むガスが約１４００Nm3/h発生し、改質炉２に導入された。ガス化炉１では炭化炉３から発生した炭化物１００kg/hおよび１mm以下に破砕した木質チップ５０kg/hを酸素１８０Nm3/hでガス化した。また、スラグタップ１２の下部空間ではスラグタップ保熱用バーナーでメタンガス１０Nm3/hを酸素２０Nm3/hで燃焼させた。ガス化炉１から改質炉２へ導入されたガス化ガス量は６７０Nm3/h、改質炉２では炭化炉３からのガスとガス化ガスが混合され、改質炉内温度が１１００℃になるように酸素を自動投入したところ酸素量は１２０Nm3/hとなり、改質ガスは２４００Nm3/h発生し、発熱量は１７４０kcal/Nm3となった。
【００３５】
改質炉３出口での改質ガスは２４００Nm3/h発生し、発熱量は１７４０kcal/Nm3となった。上部ガス投入口だけからのガス投入ではタールおよびダストを含むガスの改質炉内での滞留時間が短くなることから、改質反応が実施例に比べて進行せず、改質ガス中に含まれるタール分は１．２g/Nm3となった。また、連続２００時間操業後に開放点検を行った結果、改質炉２下部のテーパ部分２ａでダストの堆積（約20mm）および改質部下端部周辺でのダストの一部灰化、固着が確認された（固着量約10kg）。このままの状態で操業を継続した場合には、閉塞トラブルにより操業困難となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ ガス化炉
２ 改質炉
２ａ テーパ部
３ 炭化炉
４ 原料投入装置
５ 破砕・分離機
６ 固気分離器
７ ガス精製装置
８ 改質ガス出口
９ 水槽
１０ タール及びダストを含むガス
１１ タール及びダストを含むガス
１２ スラグタップ
１３ 下部ガス投入口
１４ 上部ガス投入口
１５ 炭素質原料
１６ 加熱ガス
１７ 絞り部
１８ ガス化バーナー
２１ 炭素質原料
２２ 異物を含む炭化物
２３ 異物
２４ 炭化物
２５ 炉頂ガス（タール及びダストを含むガス）
２６ 固気分離後ガス（タール及びダストを含むガス）
２７ ダスト
２８ 酸素含有ガス
２９ 酸素含有ガス
３０ ガス化ガス
３１ 溶融スラグ
３２ 水砕スラグ
３３ 改質ガス
３４ 燃料ガス
３５ 酸素含有ガス投入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【請求項２】
投入される１の炭素質原料及び炭化物をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、
その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部と、投入される２の炭素質原料を炭化して、前記炭化物並びに前記タール及びダストを含むガスを生成する炭化炉とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【請求項３】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記改質炉の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項４】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項５】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置を使用した炭素質原料のガス化方法であって、前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口から、前記タール及びダストを含むガスを投入することで、前記ダストの前記テーパー部への堆積を防ぎ、且つ、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口からタール及びダストを含むガスを投入すると共に、当該投入口又は当該投入口近傍から酸素含有ガスを投入することで、前記改質ガスの一部を燃焼させて、前記改質炉内の温度を所定温度に保持することを特徴とする炭素質原料のガス化方法。
【請求項１】
投入される炭素質原料をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【請求項２】
投入される１の炭素質原料及び炭化物をガス化してガス化ガスを生成するガス化炉と、
その上方に配置され、下部にテーパー部を有し、且つ、投入されるタール及びダストを含むガスを、下方から導入される前記ガス化ガスと混合し、前記ガス化ガスの顕熱を利用して、前記タール及びダストを含むガス中のタールをガスに改質する改質炉と、前記ガス化炉と前記改質炉とを接続すると共に、直管部分を有する絞り部と、投入される２の炭素質原料を炭化して、前記炭化物並びに前記タール及びダストを含むガスを生成する炭化炉とを備えた、炭素質原料のガス化装置であって、前記改質炉への前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部と前記テーパー部よりも上方の両方に設置され、更に、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口又は投入口近傍には、酸素含有ガスが投入できることを特徴とする炭素質原料のガス化装置。
【請求項３】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記改質炉の周囲に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項４】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の上下方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項５】
前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口が、前記テーパー部の内面周方向を向くように設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭素質原料のガス化装置を使用した炭素質原料のガス化方法であって、前記テーパー部に設置される前記タール及びダストを含むガスの投入口から、前記タール及びダストを含むガスを投入することで、前記ダストの前記テーパー部への堆積を防ぎ、且つ、前記テーパー部よりも上方に設置された投入口からタール及びダストを含むガスを投入すると共に、当該投入口又は当該投入口近傍から酸素含有ガスを投入することで、前記改質ガスの一部を燃焼させて、前記改質炉内の温度を所定温度に保持することを特徴とする炭素質原料のガス化方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１０８１８８（Ｐ２００９−１０８１８８Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８１７８１（Ｐ２００７−２８１７８１）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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