(57)【要約】【課題】小粒径粒子の固形分を除去する。【解決手段】ガス化システム１００は、流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させ、ガス化ガスを生成するガス化炉１４０と、流動媒体を加熱する燃焼炉１１０と、ガス化ガス中の固形分を除去するセラミックフィルタ２１０と、を備える。ガス化システム１００は、セラミックフィルタ２１０を備えることで、ガス化炉１４０で生成されたガス化ガス中の固形分のうち、小粒径粒子（例えば、１０μｍ程度）の固形分を除去することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させ、ガス化ガスを生成するガス化炉と、
前記流動媒体を加熱する燃焼炉と、
前記ガス化ガス中の固形分を除去するセラミックフィルタと、
を備えるガス化システム。
【請求項２】
前記セラミックフィルタは、セラミックファイバを押込成形したフィルタである請求項１に記載のガス化システム。
【請求項３】
逆洗ガスノズルと、
前記セラミックフィルタの一端側と他端側の差圧を検出する差圧検出部と、
前記差圧に基づいて、前記逆洗ガスノズルを制御するノズル制御部と、
を備える請求項１または２に記載のガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス化原料をガス化するガス化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガス化炉と、燃焼炉と、サイクロンとを備えたガス化システムについて開示がある。ガス化炉は、ガス化原料をガス化し、ガス化ガスを生成する。燃焼炉は、ガス化炉でガス化ガスを生成した後に残留したガス化原料の残渣（チャー）を燃焼させることで流動媒体を加熱する。サイクロンは、ガス化ガス中の固形分を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９３３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のガス化システムにおいて、サイクロンは、ガス化ガス中の固形分のうち、小粒径粒子（例えば、１０μｍ程度）の固形分を除去することが困難であった。
【０００５】
本開示は、このような課題に鑑み、小粒径粒子の固形分を除去することが可能なガス化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るガス化システムは、流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させ、ガス化ガスを生成するガス化炉と、流動媒体を加熱する燃焼炉と、ガス化ガス中の固形分を除去するセラミックフィルタと、を備える。
【０００７】
セラミックフィルタは、セラミックファイバを押込成形したフィルタであってもよい。
【０００８】
ガス化システムは、逆洗ガスノズルと、セラミックフィルタの一端側と他端側の差圧を検出する差圧検出部と、差圧に基づいて、逆洗ガスノズルを制御するノズル制御部と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、小粒径粒子の固形分を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態にかかるガス化システムの構成を説明するための図である。
【図２】図２は、本実施形態の脱塵装置の構成を説明するための図である。
【図３】図３は、焼結セラミックフィルタと押込成形セラミックフィルタの圧力損失を比較するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態にかかるガス化システム１００の構成を説明するための図である。図１中、気体、固体といった物質の流れを実線の矢印で示す。
【００１３】
図１に示すように、ガス化システム１００は、燃焼炉１１０と、媒体分離器１２０と、熱交換器１２２と、灰集塵機１２４と、入口シールプール１３０と、ガス化炉１４０と、脱塵装置１４２と、ガス化ガス精製装置１４４と、出口シールプール１５０とを備える。
【００１４】
ガス化システム１００は、循環流動層式ガス化システムであり、燃焼炉１１０と、媒体分離器１２０と、入口シールプール１３０と、ガス化炉１４０と、出口シールプール１５０とに、流動媒体を熱媒体として循環させている。流動媒体は、粒径が３００μｍ程度の珪砂、川砂、石灰石、ドロマイト等の固体粒子である。ガス化システム１００は、常圧条件下（大気圧条件下）で稼働される。
【００１５】
燃焼炉１１０は、後述するチャーを燃焼させることで流動媒体を９００℃〜１０００℃程度に加熱する。燃焼炉１１０では、チャーを燃焼させることにより、燃焼排ガスが生じる。燃焼炉１１０で加熱された流動媒体および燃焼排ガスは、燃焼炉１１０内を鉛直上方に移動（図１中下側から上側に向かって移動）し、燃焼炉１１０から媒体分離器１２０に導入される。燃焼炉１１０は、常圧条件下（大気圧条件下）で稼働される。
【００１６】
媒体分離器１２０は、流動媒体と燃焼排ガスとを分離する。媒体分離器１２０は、例えば、サイクロンである。媒体分離器１２０により分離された流動媒体は、入口シールプール１３０に導入される。媒体分離器１２０により分離された燃焼排ガスは、熱交換器１２２に導入される。
【００１７】
熱交換器１２２は、燃焼排ガスと冷媒（例えば、水）との間で熱交換し、燃焼排ガスを冷却する。熱交換器１２２は、例えば、ボイラである。熱交換器１２２で冷却された燃焼排ガスは、灰集塵機１２４に導入される。灰集塵機１２４は、燃焼排ガス中の灰分を除去する。灰集塵機１２４で灰分が除去された燃焼排ガスは、ガス化システム１００の外部（大気）に放出される。
【００１８】
入口シールプール１３０は、媒体分離器１２０で分離された燃焼排ガスが、ガス化炉１４０に流入することを抑制する。入口シールプール１３０は、ガス化炉１４０で生成されたガス化ガスが、媒体分離器１２０に流出することを抑制する。入口シールプール１３０に導入された流動媒体は、ガス化炉１４０に導入される。
【００１９】
ガス化炉１４０には、ガス化原料が導入される。ガス化原料は、例えば、石炭、褐炭、木質ペレットなどのバイオマス等の固体燃料である。
【００２０】
また、ガス化炉１４０は、風箱１４６を備え、風箱１４６から供給されるガス化剤（水蒸気、窒素、不活性ガス等）により流動媒体を流動層化させる。本実施形態では、ガス化剤は、水蒸気である。ガス化剤は、例えば、燃焼炉１１０の後段の排気系統に設置された熱交換器（ボイラ）１２２により生成された水蒸気、および、ガス化炉１４０の後段のガス化ガス系統に設置した熱交換器（不図示）により生成された水蒸気が使用される。
【００２１】
ガス化炉１４０に導入されたガス化原料は、流動媒体が有する４００℃以上１０００℃未満の熱によってガス化される。つまり、ガス化炉１４０は、流動媒体（熱媒体）の熱によりガス化原料をガス化させ、ガス化ガスを生成する。ガス化炉１４０は、常圧条件下（大気圧条件下）で稼働される。ガス化炉１４０で生成されたガス化ガスは、ガス化炉１４０内を鉛直上方に移動（図１中下側から上側に向かって移動）し、脱塵装置１４２に導入される。
【００２２】
脱塵装置１４２は、ガス化ガス中の固形分を除去する。脱塵装置１４２で固形分が除去されたガス化ガスは、ガス化ガス精製装置１４４に導入される。ガス化ガス精製装置１４４は、ガス化ガス中のタール、スラッジ等の不純物を除去し、ガス化ガスを精製する。ガス化ガス精製装置１４４により精製されたガス化ガスは、不図示の後段の設備に送出される。
【００２３】
ガス化炉１４０でガス化ガスを生成した後に残留したガス化原料の残渣（チャー）および流動媒体は、出口シールプール１５０に導入される。出口シールプール１５０は、ガス化炉１４０で生成されたガス化ガスが、燃焼炉１１０に流入することを抑制する。また、出口シールプール１５０は、燃焼炉１１０で生成された燃焼排ガスが、ガス化炉１４０に流出することを抑制する。出口シールプール１５０に導入された残渣（チャー）および流動媒体は、燃焼炉１１０に導入される。ガス化原料の残渣（チャー）は、燃焼炉１１０において流動媒体を加熱する燃料として利用される。
【００２４】
このように、ガス化システム１００において、流動媒体は、燃焼炉１１０、媒体分離器１２０、入口シールプール１３０、ガス化炉１４０、出口シールプール１５０を、この順に移動し、再度燃焼炉１１０に導入されることにより、これらを循環する。
【００２５】
ところで、従来、脱塵装置１４２として、一般的にはサイクロンが使用されていた。しかし、サイクロンは、ガス化ガス中の固形分のうち、小粒径粒子（例えば、１０μｍ程度）の固形分を除去することが困難である。ガス化ガス中の小粒径粒子が除去されないと、脱塵装置１４２より後段に配される機器（例えば、ガス化ガス精製装置１４４）が小粒径粒子により閉塞するおそれがある。したがって、脱塵装置１４２は、ガス化ガス中の小粒径粒子の固形分を除去する必要がある。
【００２６】
図２は、本実施形態の脱塵装置１４２の構成を説明するための図である。図２中、気体の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。図２に示すように、脱塵装置１４２は、本体部２０２と、ガス導入管２０４と、ガス排出管２０６と、仕切り板２０８と、セラミックフィルタ２１０と、逆洗ガスノズル２１２と、差圧検出部２１４と、ノズル制御部２１６とを備える。
【００２７】
本体部２０２は、仕切り板２０８と、セラミックフィルタ２１０と、逆洗ガスノズル２１２とを収容する容器である。ガス導入管２０４は、本体部２０２の側部に接続され、ガス化炉１４０（図１参照）で生成されたガス化ガスを本体部２０２（セラミックフィルタ２１０）内に導く。ガス排出管２０６は、本体部２０２の頂部に接続され、セラミックフィルタ２１０を通過したガス化ガスを本体部２０２から排出させる。仕切り板２０８は、ガス導入管２０４とガス排出管２０６との間を仕切る。したがって、ガス化ガスは、セラミックフィルタ２１０を介して、仕切り板２０８のガス導入管２０４側からガス排出管２０６側に移動する。
【００２８】
セラミックフィルタ２１０は、仕切り板２０８に設けられる。セラミックフィルタ２１０は、円柱形状であり、いわゆるキャンドルタイプのフィルタである。セラミックフィルタ２１０は、ガス化ガスを流通可能に構成される。セラミックフィルタ２１０は、８００℃以上の熱に耐えることができる高耐熱のフィルタである。セラミックフィルタ２１０は、ガス化ガス中の固形分のうち、小粒径粒子（例えば、１０μｍ程度）の固形分を除去（捕集）する。
【００２９】
本実施形態では、セラミックフィルタ２１０は、セラミックファイバを押込成形したフィルタである。押込成形されたセラミックファイバは、空孔（細孔）が大きく、空孔の数も多い。そのため、ガス化ガスが通過する際の圧力損失を小さくすることができる。このように、本実施形態のセラミックフィルタ２１０は、低圧損および高耐熱のフィルタである。
【００３０】
逆洗ガスノズル２１２は、仕切り板２０８のガス排出管２０６側に配される。逆洗ガスノズル２１２は、逆洗ガスをセラミックフィルタ２１０に向けて噴射する。逆洗ガスは、ガス排出管２０６側からガス導入管２０４側に向かって噴射される。つまり、逆洗ガスは、ガス導入管２０４側からガス排出管２０６側に向かってガス化ガスがセラミックフィルタ２１０を通過する方向に対して逆方向に噴射される。逆洗ガスノズル２１２は、逆洗ガスによりセラミックフィルタ２１０の外壁に付着した固形分（小粒径粒子）を払い落とす（以下、逆洗という）。
【００３１】
逆洗ガスは、例えば、ガス化ガス、または、水蒸気である。逆洗ガスとしてガス化ガスを使用する場合、逆洗ガスは、ガス化炉１４０により生成されたガス化ガス（例えば、脱塵装置１４２を通過した後のガス化ガス）を使用することができる。また、逆洗ガスとして水蒸気を使用する場合、逆洗ガスは、燃焼炉１１０の後段の排気系統に設置された熱交換器１２２およびガス化炉１４０の後段のガス化ガス系統に設置した熱交換器（不図示）により生成された水蒸気を使用することができる。ただし、これに限定されず、逆洗ガスは、窒素や二酸化炭素などの不活性ガスであってもよい。逆洗ガスとして窒素を使用する場合、逆洗ガスは、ガス化システム１００に配された不図示の酸素製造装置により酸素を製造する際に生成された窒素を使用することができる。また、逆洗ガスとして二酸化炭素を使用する場合、逆洗ガスは、脱塵装置１４２の後段に配された不図示の二酸化炭素回収装置により回収（分離）された二酸化炭素を使用することができる。このように、逆洗ガスは、いずれもガス化システム１００で生成（回収）されたガスを使用することができ、ガス化システム１００で流通するガスを有効利用することができる。
【００３２】
ここで、逆洗ガスとして空気を使用した場合は、空気中の酸素によりガス化ガス中の可燃性ガスが消費され、ガス化ガス中の可燃性ガスの量が減少するおそれがある。これに対し、逆洗ガスとして不活性ガスを使用した場合は、酸素による可燃性ガスの消費を抑制できることから、ガス化ガス中の可燃性ガスの量が低下することを抑制できる。したがって、逆洗ガスは、空気よりも不活性ガスを使用する方が好ましい。また、逆洗ガスとして水蒸気を使用した場合、ガス化ガスは、水蒸気の水分を除去したときに可燃性ガスの割合が低下しないことから、逆洗ガスは、不活性ガスよりも水蒸気を使用する方が好ましい。さらに、逆洗ガスとしてガス化ガスを使用した場合、ガス化ガスは、脱塵装置１４２内の雰囲気ガスと同じであり、ガス化ガス中の可燃性ガスの割合を低下させないことから、逆洗ガスは、水蒸気よりもガス化ガスを使用する方が好ましい。
【００３３】
差圧検出部２１４は、セラミックフィルタ２１０のガス導入管２０４側（一端側）とガス排出管２０６側（他端側）との差圧を検出する。ノズル制御部２１６は、差圧検出部２１４により検出される差圧に基づいて、逆洗ガスノズル２１２を制御する。例えば、ノズル制御部２１６は、差圧が所定値未満であるとき、セラミックフィルタ２１０に目詰まりが発生していないと判断し、逆洗ガスノズル２１２を駆動させない。ノズル制御部２１６は、差圧が所定値以上であるとき、セラミックフィルタ２１０に目詰まりが発生したと判断し、逆洗ガスノズル２１２を駆動させる。
【００３４】
ところで、セラミックフィルタ２１０として、仮に、焼結したセラミックフィルタ（以下、焼結セラミックフィルタという）を用いた場合、ガス化ガスが通過する際の圧力損失が大きくなる。これは、セラミックフィルタを焼結する過程で、セラミックフィルタ内部の空孔（細孔）が潰れて、空孔の大きさが小さくなり、空孔の数も少なくなるためである。圧力損失が大きくなると、大気圧条件下でのガス化システム１００の稼働が困難になる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、セラミックフィルタ２１０として、セラミックファイバを押込成形したフィルタ（以下、押込成形セラミックフィルタという）を用いる。押込成形セラミックフィルタは、焼結セラミックフィルタよりも空孔（細孔）の大きさが大きく、空孔の数も多い。押込成形セラミックフィルタは、焼結セラミックフィルタより、ガス化ガスが通過する際の圧力損失が小さい。
【００３６】
図３は、焼結セラミックフィルタと押込成形セラミックフィルタの圧力損失を比較するための図である。図３では、大気圧条件下でのガス化システム１００の稼働を可能とする、捕集時（すなわち、ガス化ガスがセラミックフィルタ２１０を通過する際）の圧力損失の許容値を一点鎖線で示す。図３に示すように、圧力損失の許容値は、例えば、５ｋＰａである。ここで、ガス化ガスが焼結セラミックフィルタを通過する際の圧力損失は、例えば、５０ｋＰａであり、許容値５ｋＰａ以上となる。一方、ガス化ガスが押込成形セラミックフィルタを通過する際の圧力損失は、例えば、２ｋＰａであり、許容値５ｋＰａ未満となる。
【００３７】
したがって、セラミックフィルタ２１０は、押込成形セラミックフィルタを用いた場合、焼結セラミックフィルタを用いた場合よりも、低圧損条件でガス化システム１００を稼働することができる。つまり、セラミックフィルタ２１０は、押込成形セラミックフィルタを用いることで、大気圧条件下でのガス化システム１００の稼働を容易にできる。
【００３８】
また、焼結セラミックフィルタは、一般的に粉末状の材料を基に成形されるため、内部の空隙率が小さく、熱衝撃に弱い。例えば、焼結セラミックフィルタは、８００℃のガス化ガスが導入された後、６００℃の逆洗ガスが導入されると、脆性破壊が生じるおそれがある。一方、押込成形セラミックフィルタは、繊維状の材料を基に成形されているため、内部の空隙率が大きく、焼結セラミックフィルタに比べて高い耐熱衝撃性を有する。例えば、押込成形セラミックフィルタは、８００℃のガス化ガスが導入された後、６００℃以下の逆洗ガス（仮に、常温の逆洗ガス）が導入された場合でも脆性破壊が生じ難い。
【００３９】
以上のように、ガス化システム１００は、セラミックフィルタ２１０を備えることで、ガス化ガス中の固形分のうち、小粒径粒子（例えば、１０μｍ程度）の固形分を除去することができる。また、セラミックフィルタ２１０として、押込成形セラミックフィルタを用いることで、高い耐熱衝撃性を備えると同時に、大気圧条件下でのガス化システム１００の稼働を容易にできる。また、ガス化システム１００は、逆洗ガスノズル２１２、差圧検出部２１４、ノズル制御部２１６を備えることで、セラミックフィルタ２１０の逆洗を容易に行うことができる。
【００４０】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４１】
上記実施形態では、セラミックフィルタ２１０が、押込成形セラミックフィルタである例を示した。しかし、これに限定されず、セラミックフィルタ２１０は、焼結セラミックフィルタであってもよい。
【００４２】
上記実施形態では、脱塵装置１４２が逆洗ガスノズル２１２、差圧検出部２１４、ノズル制御部２１６を備える例を示した。しかし、逆洗ガスノズル２１２、差圧検出部２１４、および、ノズル制御部２１６は、必須の構成ではない。したがって、脱塵装置１４２は、逆洗ガスノズル２１２、差圧検出部２１４、ノズル制御部２１６を備えなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本開示は、ガス化システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  ガス化システム
１１０  燃焼炉
１４０  ガス化炉
１４２  脱塵装置
２１０  セラミックフィルタ
２１２  逆洗ガスノズル
２１４  差圧検出部
２１６  ノズル制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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