(57)【要約】【課題】高濃度タール雰囲気であっても付着による閉塞及び炭化物の生成を抑制し、タールを採取することができるタールの採取装置及び採取方法を提供する。【解決手段】ミスト状タールを含む熱分解ガス中のタールを採取するタール採取方法であって、前記熱分解ガスが流通する流路から、前記熱分解ガスを水冷によって内部を冷却可能な採取管に採取し、該採取管で採取した熱分解ガス中のタールを、冷却捕集、次いで有機溶剤による溶解捕集により捕集し、前記冷却捕集及び溶解捕集によってタールを捕集した後の熱分解ガス中の残タールをフィルタで捕集する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミスト状タールを含む熱分解ガス中のタールを採取するタール採取方法であって、
前記熱分解ガスが流通する流路から、前記熱分解ガスを水冷によって内部を冷却可能な採取管に採取し、
該採取管で採取した熱分解ガス中のタールを、冷却捕集、次いで有機溶剤による溶解捕集により捕集し、
前記冷却捕集及び溶解捕集によってタールを捕集した後の熱分解ガス中の残タールをフィルタで捕集することを特徴とするタール採取方法。
【請求項２】
前記採取管では、前記水冷に用いられた水の温度が８０℃以下となるように冷却し、
前記冷却捕集は、３０℃以下で行うことを特徴とする請求項１記載のタール採取方法。
【請求項３】
前記採取管内に、前記流路を流通する熱分解ガスを１〜１０ｌ／ｍｉｎの吸引速度で吸引採取することを特徴とする請求項１又は２記載のタール採取方法。
【請求項４】
ミスト状タールを含む熱分解ガス中のタールを採取するタール採取装置であって、
前記熱分解ガスが流通する流路から熱分解ガスを採取する採取管と、
該採取管で採取した熱分解ガス中のタールを捕集するタール捕集装置と、
該タール捕集装置でタールを捕集した後の熱分解ガス中の残タールを捕集するフィルタと、から構成され、
前記採取管は、一端側が前記流路内に挿入されてその先端が前記流路内の熱分解ガス流れと対向して配されるとともに、採取した熱分解ガスを水冷により冷却可能に構成されており、
前記タール捕集装置は、タールを冷却捕集する第１の捕集器と、タールを有機溶剤で溶解捕集する第２の捕集器とが直列に接続されて形成されていることを特徴とするタール採取装置。
【請求項５】
前記採取管は、外管と内管からなる二重管であって、前記内管と外管との間に形成される環状空間に連続的に水を供給及び排出できる手段を設けて、前記内管の内側空間を流通する前記採取した熱分解ガスを前記環状空間内の水により冷却可能に構成し、
前記採取管では前記環状空間から排出される水温が８０℃以下となるように前記熱分解ガスを冷却し、
前記第１の捕集器では３０℃以下で冷却捕集を行うように構成したことを特徴とする請求項４記載のタール採取装置。
【請求項６】
前記採取管内に、前記流路を流通する熱分解ガスを１〜１０ｌ／ｍｉｎの吸引速度で吸引採取する吸引手段を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載のタール採取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥炭化設備やバイオマス燃料炭化設備などで生成される熱分解ガス中に含まれるタールを採取するタール採取装置及び採取方法に関するものであり、特に熱分解ガス中に含まれるタールが高濃度であってもタールを採取することができるタール採取装置及び採取方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭ガス化炉においては、ガス化効率を向上し、最適な石炭ガス化炉の運転を行うために、石炭ガス中に含まれるタール量を計測することが行われていた。このタールは、高温域ではガスとして存在しているが、低温域では固体などに相変化する。前記タール量を計測するためには、前記石炭ガス中に含まれるタールを採取する必要があり、タールの採取方法は例えば特許文献１などに開示されている。
【０００３】
図２は、従来のタールの採取方法に用いられるタールサンプラーの説明図である。図２を参照して従来のタール採取方法について説明する。まず、タールサンプラー内を石炭ガス化炉で生成された石炭ガスが流通する配管５８の圧力と同じにするために、バルブ７１を開にして窒素ガス導入管７２から窒素ガスを導入し、圧力計６７により配管５８の圧力と同じになったことを確認する。次いで、ストップバルブ５７を開き、流量調整バルブ６８を流量計７０により調整し、配管５８よりガスを導入する。導入されたガスは、ヒータ５９により５００〜６００℃に保温されたホルダー５１内に導かれ、ダストはホルダー５１内の円筒ろ紙に捕集される。ホルダー５１でダストを捕集されたガスは、ホルダー５２に入り、ヒータ６０によって１５０〜２００℃に調整される。ホルダー５２内でガス中のタール成分のうち、比較的沸点の高いタールが沸点と濃度に応じて気相から析出して微小粒径で液体状態として浮遊している状態、即ちタールミストとなり、該タールミストがホルダー５２内の円筒ろ紙で捕集される。
【０００４】
ホルダー５１、５２を経たガスは、ホルダー５３を経て冷却器６１へ入る。冷却器６１内でガスは０℃付近まで冷却され、沸点と濃度に応じてタールミストとなる。該タールミストは、冷却器６１の内壁に付着するかホルダー５４内の円筒ろ紙により捕集される。その後、ガスは、冷却器６２へ入り冷却される。冷却器６２内でガスは冷却され、沸点と濃度に応じてタールミストとなり、該タールミストは冷却器６２の内壁に付着するかホルダー５５、５６内の円筒ろ紙により捕集される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来のタール採取方法では、加熱しながらガス中に共存するダストをホルダーで除塵後、該ホルダーの後流側で冷却し、タール捕集用フィルターや有機溶剤を用いて捕集しているが、ガス中のタール濃度が１０％以上と高濃度タール雰囲気である場合には、ダスト捕集用の円筒ろ紙にタールが付着し短時間で閉塞する可能性がある。
【０００７】
また、従来のタール採取方法では、加熱してタールをガス状にすることで、ホルダーでダストとタールの分離を可能としているが、高沸点のタールが存在する場合にはホルダー間などの配管中でタールが液化し、液化したタールが炭化してしまいタールとして回収できなくなる可能性がある。
【０００８】
さらに、加熱することで気化させたタールが、冷却する過程で重縮合を起こして炭化し、管内に固定物（炭化物）が付着することがある。炭化物が付着すると、管内をガスが流通しにくくなるとともに、炭化物はホルダーでダストとともに捕集されるため、タールの回収量の定量性に問題がある。
【０００９】
即ち、付着を発生させないように温度制御をすることは難しく、管内にタールが残存したり、加熱によって炭化物が生成しタールの回収量の定量性に問題がある。
【００１０】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、ダストの除塵及び加熱を行わないことにより、高濃度タール雰囲気であっても付着による閉塞及び炭化物の生成を抑制し、タールを採取することができるタールの採取装置及び採取方法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】
【００１１】
上記の課題を解決するため本発明においては、ミスト状タールを含む熱分解ガス中のタールを採取するタール採取方法であって、前記熱分解ガスが流通する流路から、前記熱分解ガスを水冷によって内部を冷却可能な採取管に採取し、該採取管で採取した熱分解ガス中のタールを、冷却捕集、次いで有機溶剤による溶解捕集により捕集し、前記冷却捕集及び溶解捕集によってタールを捕集した後の熱分解ガス中の残タールをフィルタで捕集することを特徴とする。
【００１２】
このようにして、タールの捕集前にダストの除塵及び加熱を行わず、冷却してタールを採取することにより、熱分解ガス中のタール濃度が１０％以上となるような高濃度タール雰囲気である場合であっても炭化物の生成を防止することができ、採取したタール量を精度よく求めることができ、熱分解ガス中のタール濃度を精度よく求めることができる。
熱分解ガス中のタール濃度を精度良く求めることで、前記熱分解ガスが発生するプラント、例えば下水汚泥炭化設備やバイオマス燃料炭化設備などの高濃度炭化水素が発生するプラントで、キルン回転数、炭化温度などの運転条件を最適に管理することが可能となり、プラントの運転効率が向上する。
【００１３】
また、前記採取管では、前記水冷に用いられた水の温度が８０℃以下となるように冷却し、前記冷却捕集は、３０℃以下で行うことを特徴とする。
これにより、ミスト状のタールを含む熱分解ガスが充分に冷却され、炭化物の生成をより確実に防止することができる。
【００１４】
また、前記採取管内に、前記流路を流通する熱分解ガスを１〜１０ｌ／ｍｉｎの吸引速度で吸引採取することを特徴とする。
吸引速度が１０ｌ／ｍｉｎを越えると熱分解ガスの流れが速すぎて前記冷却捕集及び溶解捕集でタールが捕集されないまま熱分解ガスが通過してしまう可能性があり、吸引速度が１ｌ／ｍｉｎより小さいと熱分解ガスの流れが遅すぎて液化したタールによる局所的な液溜ができ、熱分解ガスの流れが悪くなる可能性があるためである。そのため、熱分解ガスを１〜１０ｌ／ｍｉｎの吸引速度で吸引採取することで、熱分解ガスを安定して吸引し、且つ確実にタールを捕集することができる。
【００１５】
また、課題を解決するための装置発明として、ミスト状タールを含む熱分解ガス中のタールを採取するタール採取装置であって、前記熱分解ガスが流通する流路から熱分解ガスを採取する採取管と、該採取管で採取した熱分解ガス中のタールを捕集するタール捕集装置と、該タール捕集装置でタールを捕集した後の熱分解ガス中の残タールを捕集するフィルタと、から構成され、前記採取管は、一端側が前記流路内に挿入されてその先端が前記流路内の熱分解ガス流れと対向して配されるとともに、採取した熱分解ガスを水冷により冷却可能に構成されており、前記タール捕集装置は、タールを冷却捕集する第１の捕集器と、タールを有機溶剤で溶解捕集する第２の捕集器とが直列に接続されて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記採取管は、外管と内管からなる二重管であって、前記内管と外管との間に形成される環状空間に連続的に水を供給及び排出できる手段を設けて、前記内管の内側空間を流通する前記採取した熱分解ガスを前記環状空間内の水により冷却可能に構成し、前記採取管では前記環状空間から排出される水温が８０℃以下となるように前記熱分解ガスを冷却し、前記第１の捕集器では３０℃以下で冷却捕集を行うことを特徴とする。
【００１７】
前記採取管内に、前記流路を流通する熱分解ガスを１〜１０ｌ／ｍｉｎの吸引速度で吸引採取する吸引手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上記載のごとく本発明によれば、ダストの除塵及び加熱を行わないことにより、高濃度タール雰囲気であっても付着による閉塞及び炭化物の生成を抑制し、タールを採取することができるタールの採取装置及び採取方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施例に係るタールの採取装置の説明図である。
【図２】従来のタールの採取方法に用いられるタールサンプラーの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００２１】
（構成）
まず、本発明のタール採取に用いられるタール採取装置について図１を参照して説明する。
図１は、本実施例に係るタールの採取装置の説明図である。
本実施例に係るタール採取装置１は、採取管２、タール捕集装置４、バックアップフィルタ６、ポンプ８、湿式ガスメーター１０及びこれらを接続する配管から構成されている。
【００２２】
採取管２は、内管２２と外管２４とから構成されており、内管２２と外管２４との間には環状空間が形成されている。内管２２及び外管２４は取り扱いが容易であり耐熱性に優れたフッ素樹脂性のものとすることが好ましい。採取管２の一端側は、下水汚泥炭化設備やバイオマス燃料炭化設備（不図示）で生成される熱分解ガスが流通する配管１２内に挿入され、その先端は配管１２内のガス流れと対向して配される。前記ガス流れと対向して配される採取管２の先端部で、内管２２内の空間は開放されているとともに、内管２２と外管２４との間の環状空間は閉じられている。また、採取管２の他端側は後述するタール捕集器４を形成する第１の捕集器４２に接続されている。さらに、内管２２と外管２４との間の空間は、水道の蛇口（不図示）など水を連続的に供給できる設備と配管（不図示）などを介して接続されており、内部に水を連続的に供給可能に構成されるとともに、連続的に供給された水を連続的に排出可能に構成されている。
【００２３】
タール捕集装置４は、第１の捕集器４２と、第２の捕集器４４と、水槽４８とから主に構成されている。水槽４８内には冷媒として氷水４６が入れられている。
第１の捕集器４２は容量３リットルのガラス瓶である。第１の捕集器４２の下部は水槽４８内の氷水４６に浸漬されており、氷水４６によって内部が冷却されるように配されている。第１の捕集器４２の入口には前述の通り採取管２が接続されており、出口は後述する第２の捕集器４４の入口と配管４７を介して接続されている。
第２の捕集器４４は容量３リットルのガラス瓶であり、内部にはｎ−ヘキサンが３００ミリリットル以上入れられている。第２の捕集器４４の下部は水槽４８内の氷水４６に浸漬されており、氷水４６によって内部が冷却されるように配されている。第２の捕集器４４の入口は前述の通り配管４７を介して第１の捕集器４２と接続されており、出口は配管１４を介して後述するバックアップフィルター６と接続されている。
なお、本実施例においては、第１の捕集器４２及び第２の捕集器４４をガラス瓶としたが、下部を水槽４８中の氷水４６に浸漬することで内部を冷却することができる容器であれば特にガラス瓶に限定されるものではなく、例えばポリエチレン製の瓶やステンレス瓶を用いることもできる。
また、本実施例においては、第２の捕集器４４内にはｎ−ヘキサンを入れているが、後述するタールの溶解捕集が可能であれば他の有機溶剤を用いることもでき、例えばアセトン、トルエンなどを用いることもできる。
【００２４】
バックアップフィルター６は、タール捕集装置４で捕集し切れなかったタールを回収するものである。
【００２５】
ポンプ８は、吸引ポンプであって、駆動することにより配管１２内を流れるガスを採取管２内に吸引することができる。
【００２６】
湿式ガスメーター１０は、ポンプ８によるガスの吸引速度を測定し表示するものである。
【００２７】
（タールの採取）
以上のように構成されたタール採取装置１を使用したタールの採取方法について説明する。
まず、採取管２の内管２２と外管２４との間の空間に水を連続的に供給するとともに、供給された水を連続的に排出し、内管２２と外管２４との間の空間が水で満たされるとともに該水が連続的に入れ替わる状態とする。
【００２８】
次いでポンプ８を駆動させ、配管１２内の熱分解ガスを採取管２の内管２２内の空間に吸引する。このとき前記熱分解ガスの吸引速度は１〜１０ｌ／ｍｉｎの範囲となるように調整する。吸引速度が１０ｌ／ｍｉｎを越えるとタール採取装置１内での熱分解ガスの流れが速すぎてタール採取装置１でタールが捕集されないままタール採取装置を抜けてしまう可能性があり、吸引速度が１ｌ／ｍｉｎより小さいとタール採取装置１内での熱分解ガスの流れが遅すぎて液化したタールによる局所的な液溜ができ、タール採取装置１内での熱分解ガスの流れが悪くなる可能性があるためである。
ポンプ８を駆動させることにより、配管１２内の熱分解ガスの一部は採取管２の内管２２内の空間に吸引され、内管２２と外管２４との間に存在する水によって冷却される。該冷却により熱分解ガス中のタールの一部は液化し、液化したタールはポンプ８の吸引力により熱分解ガスとともにタール捕集装置４を構成する第１の捕集器４２内へ吸引される。
【００２９】
ポンプ８を駆動させ、配管１２内の熱分解ガスを吸引しはじめると、内管２２と外管２４との間の空間から連続的に排出される水の温度が８０℃以下となるように、内管２２と外管２４との間の空間に供給する水量を調節する。前記空間から連続的に排出される水の温度が８０℃を超えると、内管２２内の冷却が不十分となり、内管２２内でタールが重縮合を起こして炭化し、内管２２内に炭化物として付着する可能性があるが、前記水の温度が８０℃以下であれば、内管２２内の冷却により内管２２内でタールが重縮合を起こして炭化することを防止できるためである。
【００３０】
採取管２から捕集器４２内へ吸引された熱分解ガス中のタールの一部及び液化したタールは、水槽４８内の氷水４６によって３０℃以下で冷却捕集される。
【００３１】
一部のタールが冷却捕集された後の熱分解ガスは、ポンプ８の吸引力によって捕集器４４内に吸引され、該吸引された熱分解ガス中のタールは捕集器４４内のｎ−ヘキサンによって溶解捕集される。
このようにして、冷却捕集を行う第１の捕集器４２と、ｎ−ヘキサンによる溶解捕集を行う第２の捕集器４４を組み合わせることによって、熱分解ガス中のタールを略全量採取することができる。
なお、本実施例においては、冷却捕集を行う第１の捕集器４２は１つだけ設けたが、直列又は並列に２つ以上設けることもできる。同様に溶解捕集を行う第２の捕集器４４についても直列又は並列に２つ以上設けることができる。
【００３２】
第１の捕集器４２及び第２の捕集器４４で略全量のタールが採取された熱分解ガスは、ポンプ８の吸引力によりバックアップフィルター６に導かれ、微量のタールが熱分解ガス中に残存している場合にはバックアップフィルター６で捕集される。
【００３３】
バックアップフィルター６で微量のタールを捕集された熱分解ガスは、ポンプ８を経て湿式ガスメーター１０に導かれ、湿式ガスメーター１０でポンプ８による吸引流量を計測してから放出される。
【００３４】
タール採取装置１で採取したタール量を測定する場合、第１の捕集器４２及び第２の捕集器４４で捕集したタールを別途用意したジクロロメタンで全量溶解した液と、採取管２、第１の捕集器４２、第２の捕集器４４、バックアップフィルター６及びこれらを接続する配管を取り外してジクロロメタンで洗浄した液とを混合してろ過する。ろ過後のろ液を蒸発乾固することで、タールが析出する。該析出したタールを秤量することで、採取したタール量が求まる。求められたタール量と、ポンプ８を駆動していた時間から、配管１２中を流れるタール濃度を求めることができる。
【００３５】
さらに、前記ろ過した残渣は、前記熱分解ガス中に含まれるダストであるので、前記残渣を乾燥して秤量することでダスト量及びダスト濃度も参考的に求めることができる。
【００３６】
このようにして、タールの捕集前にダストの除塵及び加熱を行わず、冷却してタールを採取することにより、ガス中のタール濃度が１０％以上と高濃度タール雰囲気である場合であってもタール採取装置１内での炭化物の生成を防止することができ、管内等にタールが付着してもジクロロメタン等の溶剤で洗浄することで容易に回収することができる。従って採取したタール量を精度よく求めることができ、ガス中のタール濃度を精度よく求めることができる。
【００３７】
図１を用いて説明した本実施例におけるタール採取方法と、図２を用いて説明した従来法におけるタール採取方法とを用いて、同条件の熱分解ガス中のタール濃度を測定した。その結果、本実施例におけるタール採取方法を用いて求めたタール濃度は７００ｇ／ｍ３であったのに対し、従来法におけるタール採取方法を用いて求めたタール濃度は２００ｇ／ｍ３であった。この結果から、従来よりもタールの採取ロスを大幅に低減しているといえる。
【００３８】
ガス中のタール濃度を精度良く求めることで、前記下水汚泥炭化設備やバイオマス燃料炭化設備などの高濃度炭化水素が発生するプラントで、キルン回転数、炭化温度などの運転条件を最適に管理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
高濃度タール雰囲気であっても付着による閉塞及び炭化物の生成を抑制し、タールを採取することができるタールの採取装置及び採取方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  タール採取装置
２  採取管
４  タール捕集装置
６  バックアップフィルター
８  ポンプ
１０  湿式ガスメーター
１２  配管（流路）
２２  内管
２４  外管
４２  第１の捕集器
４４  第２の捕集器
４６  氷水
４８  水槽
【図１】
2010195873.tif 000003
【図２】
2010195873.tif 000004