(57)【要約】【課題】タールの付着により熱交換器が熱交換性能低下することを防止するタール除去装置及び方法を提供することを課題とする。【解決手段】ガス化炉１でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理装置において、ガス化炉１からガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換器３と、熱交換器３の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧装置４と、上記タール含有水と噴霧水が混入して熱交換器３から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測装置５と、水量計測装置５により計測された排出タール含有水の量を所定の範囲にするように水噴霧装置４により噴霧する噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理装置において、
ガス化炉からガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換器と、
熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧装置と、
上記タール含有水と噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測装置と、
水量計測装置により計測された排出タール含有水の量を所定の範囲にするように水噴霧装置により噴霧する噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置とを有することを特徴とする生成ガス中のタール除去処理装置。
【請求項２】
ガス化炉で含水率が２０％以下のバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理方法において、
ガス化炉から熱交換器に生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換工程と、
熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧工程と、
上記タール含有水に噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測工程と、
計測した排出タール含有水の量を所定の範囲にするように噴霧する水の量を制御する噴霧水量制御工程とを有することを特徴とするガス中のタール除去処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する生成ガス中のタール除去処理装置及び生成ガス中のタール除去処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製木材端材、樹皮、木くずなど林産資源に由来する木質系バイオマスをガス化し、生成ガスを、例えばガスエンジンの燃料として供給するガス化炉が非特許文献１に開示されている。このガス化炉ではバイオマス原料をガス化炉の上部から炉内へ供給し、炉内で充填層を形成する。この充填層は上部から湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を形成しており、ガス化反応の進行に応じてバイオマスは充填層の上部から下部へと下降する。炉下部からガス化剤として水蒸気と空気を供給し、炉内でガス流れは炉下部から炉上部へ充填層内を上昇し、ガス化により生成された生成ガスは炉上部の排出口から取り出される。
【０００３】
ガス化炉の上部から供給されたバイオマスは水分を含有しているため、水分濃度の高い湿潤層がまず充填層の最上部に形成される。湿潤層から下降したバイオマスは、生成されたガスの熱により乾燥されて乾燥領域を形成する。乾燥領域から下降したバイオマスは熱分解領域で熱分解され、ＣＨ４，ＣＯ，Ｈ２等の可燃性ガス、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，ガス状及びミスト状のタール、固定炭素が生成し、生成した可燃性ガスとＣＯ２，Ｈ２Ｏ，ガス状及びミスト状のタールを含む生成ガスは上昇し、固定炭素が下降する。熱分解領域から下降した固定炭素が還元領域で水蒸気とガス化反応してＣＯ，Ｈ２を生成する。還元領域の下方の酸化領域では残存する固定炭素、タール、未熱分解バイオマスが部分酸化・燃焼され、ガス化反応、熱分解、乾燥に必要な熱を発生し、燃焼ガスは熱を伴い上昇する。充填層の下部から燃焼灰が外部へ排出される。
【０００４】
このガス化炉からの生成ガス中にはガス状及びミスト状のタールが含まれており、生成ガスを燃料としてガスエンジンなどに利用する場合には運転に問題が生じることがあるためこのタールを除去する必要がある。非特許文献１では、ガス化炉から排出される生成ガスを熱媒体との熱交換により冷却する熱交換器（ガス冷却装置）に導き、生成ガス中のガス状及びミスト状のタールと水蒸気を凝縮及び凝集してタール含有水とすることによってこれを生成ガスから除去し、さらに後段に設けた湿式電気集塵器により生成ガス中のダストとともに残存するタールを除去している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＦＥエンジニアリング社カタログ（カタログ番号：ＣＡ３０４７）「JFE-フェルント式  木質バイオマス  ガス化発電システム」ＪＦＥエンジニアリング株式会社発行、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の生成ガス中のタール除去方法では、生成ガス中のガス状及びミスト状のタールと水蒸気を凝縮及び凝集してその混合物をタール含有水として熱交換器から排出している。ガス化炉に供給する木質バイオマスの含水率が３０〜５０％程度と高い場合には、バイオマスが乾燥されて蒸発した水蒸気が熱交換器で凝縮された凝縮水が充分に生成されるため、熱交換器の伝熱面（凝縮部）が凝縮水により洗浄され、伝熱面にタールが付着して熱交換性能が低下することを防止でき、またタール含有水の粘性が低く流動性が良好であるため、熱交換器から円滑に排出される。
【０００７】
これに対し、建築廃材や廃木材、その他の木質バイオマスの中には含水率が２０％以下の低いものもある。このような含水率が２０％以下のバイオマスをガス化した場合には、熱交換器において凝縮する水分量が少なくなる。水分量が少ないと、熱交換器の伝熱面（凝縮部）が凝縮水により洗浄されることが充分に行われず、伝熱面にタールが付着して熱交換性能が低下したり、タール含有水の流動性が低くガス流路やタール含有水排出部で閉塞が生じるなど円滑に熱交換やタール含有水の排出ができなくなり、ガス中のタールを除去できないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、含水率が２０％以下のバイオマスをガス化炉に供給して生成する生成ガスに含まれるタールを除去する際に、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題が生じることを防止できる生成ガス中のタール除去処理装置及び生成ガス中のタール除去処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガス化炉でバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理装置及び方法に関し、装置に関しては、ガス化炉からガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換器と、熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧装置と、上記タール含有水と噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測装置と、水量計測装置により計測された排出タール含有水の量を所定の範囲にするように水噴霧装置により噴霧する噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置とを有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、生成ガス中のタール除去処理方法に関しては、ガス化炉で含水率が２０％以下のバイオマスから生成した生成ガスに含まれるタールを除去する、生成ガス中のタール除去処理方法において、ガス化炉から熱交換器に生成ガスを受けて熱媒体との熱交換により生成ガスを冷却し該生成ガスに含まれる水蒸気とタールを凝縮して得られる凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成する熱交換工程と、熱交換器の生成ガス収容空間内に水を噴霧する水噴霧工程と、上記タール含有水に噴霧水が混入して熱交換器から排出される排出タール含有水の量を計測する水量計測工程と、計測した排出タール含有水の量を所定の範囲にするように噴霧する水の量を制御する噴霧水量制御工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
このような構成の本発明によると、例えば含水率が２０％以下の低含水率のバイオマスがガス化炉でガス化される場合、ガス化により生成された生成ガスは熱交換器に送り込まれると、該熱交換器の伝熱管内を流れる熱媒体との熱交換により冷却される。生成ガスは冷却されると生成ガス中の水蒸気とガス状及びミスト状のタールとが凝縮及び凝集されて、凝縮水と凝縮タールとを含むタール含有水を生成し上記熱交換器内を滴下する。本発明では、熱交換器内の生成ガスへ水を噴霧しており、その噴霧水は上記タール含有水に混入して排水タール含有水を形成し、熱交換器から排出される。
【００１２】
上記熱交換器内では、タール分が上記伝熱管の外面に付着することがあるが、熱交換器内では凝縮水と噴霧水が降下するので、その降下の際に上記伝熱管の外面を凝縮水と噴霧水とで洗浄することとなる。
【００１３】
熱交換器から排出された排出タール含有水は、水量計測装置によりその量が計測される。噴霧水量制御装置は、計測された水量計測値データを受信し、排出タール含有水量を予め定めた所定の範囲にするように、水噴霧装置を制御するようになっている。
【００１４】
上記予め定めた所定の範囲とは、噴霧水と凝縮水とにより熱交換器の伝熱面（凝縮面）が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止するために必要な噴霧水と凝縮水との合計水分量の好ましい範囲を予め求めておき、それに凝縮するタール量を加え、回収される排出タール含有水量の好ましい範囲として定めた範囲である。
前記排出タール含有水のうち、噴霧水の量は水噴霧装置にて既知であり、この噴霧水の量を計測された上記排出タール含有水から減ずると、凝縮水と凝縮タールの混合物たる噴霧水混入前のタール含有水の量を得る。
【００１５】
一方、噴霧水を要せずとも、伝熱管の洗浄に十分なタール含有水の量を得ることができる高含水率、例えば、既述の含水率３０〜５０％の木質バイオマスをガス化し、これを冷却したときに得られるタール含有水の量は既知であるので、同じバイオマス供給量のもとでは、含水率が２０％以下の低含水率のバイオマスがガス化炉でガス化され熱交換器から排出され計測された排出タール含有水から上記噴霧水量を減じて得られるタール含有水は、この高含水率のバイオマスから得られるタール含有水の量よりも少ないこととなる。
【００１６】
本発明では、高含水率のバイオマスをガス化した場合のタール含有水の量にもとづき所定の排出タール含有水の量の範囲を設定し、所定値範囲と計測値とを比較してタール含有水量の差分を検出し、その差分に相当する分量の噴霧水を供給して制御するようにしてもよい。すなわち、低含水率のバイオマスからの生成ガスが本発明装置に供給されたとき、噴霧水と凝縮水そして凝縮タールの総和である排出タール含有水の量が高含水率のバイオマスの場合のタール含有水の量にもとづいて設定された所定範囲内の値となるように上記噴霧水の量が制御されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、含水率が２０％以下の低含水率のバイオマスをガス化炉に供給して生成するガスに含まれるタールを除去する際に、熱交換器内へ水を噴霧して高含水率のバイオマスの場合と同程度の水分量（凝縮水及び噴霧水）を得て、熱交換器における熱媒体の伝熱管外面等を十分に洗浄可能とし、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題が生じることを防止できるガス中のタール除去処理装置及びガス中のタール除去処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【図２】図１装置の熱交換器の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１において、符号１はバイオマスをガス化するガス化炉であり、上部からバイオマスの供給を受け、下部からはガス化剤として水蒸気と空気の供給を受けている。このガス化炉１内では、供給されたバイオマスの充填層が形成され、この充填層内を上記ガス化剤が上昇する。バイオマスは、炉内で熱分解されて固定炭素と生成ガスを生じ、固定炭素は充填層を降下中に上記ガス化剤とガス化反応して生成ガスと燃焼灰を生じ、該生成ガスは炉上部からそして燃焼灰は炉下部から排出される。上記生成ガスには、ＣＨ４、ＣＯ，Ｈ２等の可燃性ガス、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，ガス状のタールが含まれている。
【００２１】
上記ガス化炉１は、後流側に、本実施形態のタール除去装置２が接続されている。このタール除去装置２は、上記ガス化炉１から生成ガスを受ける熱交換器３、該熱交換器３内の生成ガス受入空間へ水を噴霧する水噴霧装置４、熱交換器３下部から排出される排出タール含有水の量を計測するタール含有水量計測装置５、該タール含有水量計測装置５からの検出信号を受けて水噴霧装置４の噴霧水量を制御する噴霧水量制御装置６とを有している。このタール除去装置２の各装置３〜６については、再度後述する。
【００２２】
上記タール除去装置２の熱交換器３は、湿式電気集塵装置７、ガスエンジン８が順次接続されており、熱交換器３で冷却処理された処理ガスが湿式電気集塵装置７でのダスト等の除去後、可燃ガスとしてガスエンジン８に送られてガスエンジン８の駆動に供される。
【００２３】
上記タール除去装置２のタール含有水量計測装置５には、タール処理装置９が接続され、該タール処理装置９に気化器１０そして貯留器１１が接続されている。上記タール処理装置９は、例えば比重分離器であり、上記タール含有水計測装置５での計測後の排出タール含有水を受け、これを比重によって、水を含む軽質タールと重質タールとに分離する。水を含む軽質タールは気化器１０にて軽質タールと水とに分離され、重質タールは貯留器１１に貯留され、燃料として用いられる。
【００２４】
＜熱交換器＞
上記熱交換器３は、図２に見られるように、密閉空間を形成する容器３１の上部に生成ガスを導入する導入管３２と、この生成ガスを冷却処理した後これを処理ガスとして容器下部から取り出す導出管３３とを有している。さらに、上記容器３１内には、外部から熱媒体（例えば、冷却水）を受け入れて容器３１内を貫通させ容器３１外へ排出させる冷却管３４が配されている。さらに、上記容器３１の上部には、容器３１内へ水を下方に向け噴霧する水噴霧器３５が、そして容器３１の下部には排出タール含有水を排出する排出管３６が設けられている。
【００２５】
このような熱交換器３では、冷却用の熱媒体としての水等との熱交換によりガス化炉１から導入された生成ガスがタール及び水の凝縮温度以下（例えば３０℃以下）に冷却され、生成ガス中のガス状タールと水分の両方が凝縮されてタールと水との混合物（タール含有水）を生ずる。熱媒体を流通させる冷却管３４の伝熱面（外面）で凝縮したタールと水は混合した状態のタール含有水として容器３１内の下部に貯まる。
【００２６】
水噴霧装置３５により適正量の水が熱交換器３の容器３１内の生成ガス収容空間に噴霧されると、冷却管３４は滴下する噴霧水と凝縮水とにより伝熱面が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止し、上記冷却管３４の熱交換性能を維持することができる。また、上記凝縮タールと凝縮水との混合物であるタール含有水に噴霧水が加わった排出タール含有水の粘性は小さく流動性が高いため排出管３６から円滑に排出される状況にある。
【００２７】
＜水噴霧装置＞
水噴霧装置３５は、熱交換器３の容器３１外に設けられた水槽と送水ポンプ（いずれも図示せず）と、上記容器３１の上部に設けられた噴霧ノズルとを有している。水噴霧装置自体の構成は、これに限定されず、水を噴霧できること、噴霧水量が噴霧水量制御装置６からの指令信号を受けて、設定量に制御されるようになっていれば、適宜形態をとることができる。
【００２８】
＜タール含有水量計測装置＞
タール含有水量計測装置５は、熱交換器３で凝縮されたタールと水との混合物であるタール含有水に噴霧水が加わった状態で排出タール含有水量として計測し、計測された水量計測値データを噴霧水量制御装置６へ送信するようになっている。このタール含有水量計測装置６は周知の流量計測装置を用いることができ、例えば、体積式や電磁式の流量計が例示できる。
【００２９】
＜噴霧水量制御装置＞
噴霧水量制御装置６は、計測された水量計測値データを受信し、排出タール含有水量を予め定めた所定の範囲にするように、水噴霧装置４の送水ポンプ出力や、噴霧ノズルの開度等を調整する信号を発信するようになっている。
【００３０】
上記予め定めた所定の範囲とは、噴霧水と凝縮水とにより熱交換器の伝熱面（凝縮面）が洗浄され、凝縮したタールが伝熱面に付着することを防止するために必要な噴霧水と凝縮水との合計水分量の好ましい範囲を予め求めておき、それに凝縮するタール量を加え、回収される排出タール含有水量の好ましい範囲として定めていた範囲である。
【００３１】
含水率の高いバイオマスをガス化し、問題の生じないタール除去運転が行われている際の回収されるタール含有水量を計測しておき、その計測値を噴霧水量を含めた排出タール含有水量の予め定めた所定の範囲としてもよい。
【００３２】
さらには、熱交換器において円滑にタール除去できることが確認できた際のガス化炉から生成するガス中の水分濃度を計測しておき、このガス中の水分濃度の好ましい範囲に相当するような排出タール含有水量の範囲を所定の範囲としてもよい。
【００３３】
次に、このような構成の本実施形態装置によるタール除去の手順について説明する。
【００３４】
（１）先ず、バイオマスをガス化炉１へ供給する。本発明装置の特徴は低含水率のバイオマスの場合に、特に有効であり、上記ガス化炉１へ供給されたバイオマスが２０％以下の低含水率の場合について説明する。バイオマスは、ガス化炉１内で充填層を形成し、上部から湿潤層、乾燥領域、熱分解領域、還元領域、酸化領域を成している。ガス化炉１には、下部からガス化剤として水蒸気と空気が供給されており、充填層のバイオマスは、熱分解、ガス化反応により、最終的に、生成ガスと燃焼灰になる。生成ガスはＣＨ４，ＣＯ，Ｈ２等の可燃性ガスと、ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，ガス状及びミスト状のタールを含んでいる。ガス化炉１の上部から生成ガスがタール除去装置２の熱交換器３へ送られ、燃焼灰は炉下部から排出される。
【００３５】
（２）ガス化炉１からの生成ガスは導入管３２から熱交換器３の容器３１内へ導入される。該容器３１内には、冷却水を流通させる冷却管３４が配設されていて、生成ガスはこの冷却管３４の外面を伝熱面として、タール及び水の凝縮温度以下に冷却され、生成ガス中のタールと水が凝縮及び凝集され、それらの混合物がタール含有水となり容器３１内を滴下し容器３１下部に貯まる。この凝縮水は滴下の際、上記冷却管３４の外面を洗浄し、タールの付着を防止する。一方、容器３１内には、上方の水噴霧装置３５から噴霧水が噴霧されている。したがって、低含水率のバイオマスから生成された生成ガスが冷却されて得られる凝縮水の量が少ない場合に、上記冷却管３４は凝縮水とこの噴霧水とにより外面が洗浄される。このように冷却処理された生成ガスは、タール含有水が上記噴霧水と共に排出タール含有水として容器３１下部の排出管３６から排出され、また、可燃ガスとダストを含むガス体は処理ガスとして容器３１下部の導出管３３から導出される。
【００３６】
（３）排出タール含有水は、タール含有水量計測装置５でその量が計測された後、タール処理装置９へ送られる。上記排出タール含有水の水量計測値データは、噴霧水量制御装置６へ送られ、計測された排出タール含有水の量が、予め定められた所定の範囲にあるかどうか比較されて、その結果、該噴霧水量制御装置６は、差分、具体的には不足分をなくすように、水噴霧装置４へ指令信号を送る。水噴霧装置４は、上記不足分がなくなるような量の水を噴霧する。
【００３７】
（４）熱交換器３の導出管３３から導出された処理ガスは、湿式電気集塵装置７へ送られ、ここでダストが除塵され可燃ガスとなってガスエンジン８へ供給され、エンジン駆動に供される。
【００３８】
（５）一方、熱交換器３から排出された排出タール含有水は、タール含有水量計測装置５で計測された後、タール処理装置９へ送られる。このタール処理装置９は、例えば比重分離器であり、排出タール含有水を比重差にもとづいて、軽質タール及び水（混合物）と、重質タールとに分離する。軽質タールと水の混合物は、気化器１０にて、軽質タールと水とに分離される。重質タールは貯留器１１に貯留され、燃料として使用される。
【００３９】
以上のような本実施形態のタール除去処理装置及び方法を用いることにより、熱交換器内を洗浄してタールの付着を防止し、熱交換器の熱交換性能低下や閉塞等の問題を回避でき、円滑にタールを除去処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ガス中のタールを除去する産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ガス化炉
２  タール除去装置
３  熱交換器
４  水噴霧装置
５  （タール含有）水計測装置
６  噴霧水量制御装置
【図１】
2010229206.tif 000003
【図２】
2010229206.tif 000004