(57)【要約】【課題】タールの液収率の高いバイオマス熱分解装置を提供することを課題とする。【解決手段】チャー又はチャーと可燃ガスの供給を受けてこれを燃焼し高温の燃焼ガスを発生する燃焼炉１と、供給されるバイオマス７を気流層で熱分解し可燃ガス、タール、チャーを生成する気流層熱分解器２とを有し、熱分解により生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と可燃ガスの一部が上記燃焼炉１へ供給されるバイオマス熱分解装置において、気流層熱分解器２は、バイオマス供給口とガス供給口とを有し、該ガス供給口は上記気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして受けるようになっており、該ガス供給口から供給される循環ガスが上記燃焼炉から供給される高温の燃焼ガスにより昇温されて該燃焼ガスと共に気流層を形成し、上記バイオマス供給口から供給されるバイオマス７を該気流層で熱分解する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャー又はチャーと可燃ガスの供給を受けてこれを燃焼し高温の燃焼ガスを発生する燃焼炉と、供給されるバイオマスを気流層で熱分解し可燃ガス、タール、チャーを生成する気流層熱分解器とを有し、熱分解により生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と可燃ガスの一部が上記燃焼炉へ供給されるバイオマス熱分解装置において、気流層熱分解器は、バイオマス供給口とガス供給口とを有し、該ガス供給口は上記気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして受けるようになっており、該ガス供給口から供給される循環ガスが上記燃焼炉から供給される高温の燃焼ガスにより昇温されて該燃焼ガスと共に気流層を形成し、上記バイオマス供給口から供給されるバイオマスを該気流層で熱分解することを特徴とするバイオマス熱分解装置。
【請求項２】
燃焼炉は、流動媒体中にチャーを投入して流動させながら燃焼させる流動層炉、もしくは、チャーを炉内へ気流搬送して気流中で燃焼させる噴流層炉であることとする請求項１に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項３】
気流層熱分解器は、バイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４５０〜５５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満となるように設定されていることとする請求項１又は２に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項４】
気流層熱分解器は、バイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４００〜５００℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下となるように設定されていることとする請求項１又は２に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項５】
気流層熱分解器は、燃焼ガスにより昇温され、バイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５５０〜７５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満となるように設定されていることとする請求項１又は２に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項６】
気流層熱分解器は、燃焼ガスにより昇温され、バイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５００〜７５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下となるように設定されていることとする請求項１又は２に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項７】
気流層熱分解器は、バイオマス供給口よりも下流位置に、酸素を含む６００〜７５０℃の高温ガスを該気流層熱分解器へ供給する高温ガス供給装置を有していることとする請求項１から６のいずれか一項に記載のバイオマス熱分解装置。
【請求項８】
高温ガス供給装置は、気流層熱分解器で生成されたチャーの少なくとも一部と、該気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部のうちの少なくとも一方を燃焼して高温ガスとして該気流層熱分解器に供給するようになっていることとする請求項７に記載のバイオマス熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを急速熱分解してタールを得るバイオマス熱分解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。バイオマスエネルギーの中でも植物由来のバイオマスエネルギーは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない、いわゆる、カーボンニュートラルという性質をもつ。
【０００３】
化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。バイオマスは太陽エネルギーを使い、水と二酸化炭素から生物が生成するものなので、持続的に再生可能な資源である。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。バイオマスは林業系（木屑、製材廃棄物、間伐材、製紙廃棄物等）、農業系（稲わら、麦わら、サトウキビ糠、米糠、草木等）、畜産系（家畜廃棄物等）、水産系（水産加工残滓等）、廃棄物系（生ごみ、庭木、建築廃材、下水汚泥等）等に分類される。
【０００４】
近年、地球温暖化問題に関連してバイオマスエネルギーの役割が強調されている。バイオマスからのエネルギー回収、転換として、バイオマスを熱分解してガス燃料などを製造することが開発検討されている。
【０００５】
特許文献１には、バイオマスを熱分解原料とし、気流層または噴流層で、８００℃以上の高温ガスを熱源として用いて急速熱分解反応によって、ガス、タール（常温で液体となる成分）、チャー（固形分）の生成物を得るバイオマスの熱分解方法が開示されている。熱分解反応の熱源として用いる高温ガスは、バイオマスを酸素あるいは酸素と水蒸気でガス化して得られるガスを用いるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バイオマスの急速熱分解反応によって、重油代替物として使用できる液状生成物（タール）を他の生成物（ガス、チャー）より多く得ることのできる技術について、いまだ十分な開発がなされていない。
【０００８】
タールはバイオマスが熱分解されてガス、チャーに変化する反応の中間生成物と考えることができ、進行中の熱分解反応を適切な反応度の状態で終了させることにより収量を最大化できる。熱分解反応が進行しにくい条件ではチャーが多く生成し、熱分解反応がさかんに行われる条件ではガスが多く生成し、いずれの場合も液（タール）収率（バイオマス原料乾重量に対する液生成物（タール）の生成重量の比率、ｗｔ％）は低くなる。この液収率を最大化させる条件は、多くの既存技術が知られるバイオマスを熱分解してガスの収量を最大化する条件とは全く異なったものとなり、特許文献１においても、タールの液収率を高くすることについては、言及されていない。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、バイオマスの急速熱分解反応によって、液状生成物（タール）を高い収率で得ることのできる技術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】
【００１０】
本発明に係るバイオマス熱分解装置は、チャー又はチャーと可燃ガスの供給を受けてこれを燃焼し高温の燃焼ガスを発生する燃焼炉と、供給されるバイオマスを気流層で可燃ガス、タール、チャーに熱分解する気流層熱分解器とを有し、熱分解により生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と可燃ガスの一部が上記燃焼炉へ供給される。
【００１１】
かかるバイオマス熱分解装置において、本発明では、気流層熱分解器は、バイオマス供給口とガス供給口とを有し、該ガス供給口は上記気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして受けるようになっており、該ガス供給口から供給される循環ガスが上記燃焼炉から供給される高温の燃焼ガスにより昇温されて該燃焼ガスと共に気流層を形成し、上記バイオマス供給口から供給されるバイオマスを該気流層で熱分解することを特徴としている。
【００１２】
このような構成の本発明装置によると、気流層熱分解器を用いて、バイオマス粒子を気流層中で急速熱分解して、可燃ガス、タール、チャーを生成し、該気流層熱分解器で生成されたガスからタールとチャーを除去した該生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして気流層熱分解器に循環し、この循環ガスに燃焼炉からの燃焼ガスを混合して、昇温した循環ガスを気流層形成ガスとして用いる。そして、この気流層熱分解器で生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と可燃ガスの一部を燃焼炉で燃焼し高温の燃焼ガスを発生させる。
【００１３】
本発明において、燃焼炉は、流動媒体中にチャーを投入して流動させながら燃焼させる流動層炉、もしくは、チャーを炉内へ気流搬送して気流中で燃焼させる噴流層炉とすることができる。
【００１４】
チャーを燃焼するとともに可燃ガスの一部を燃焼する際には、流動層炉の場合は流動層内部または上部に可燃ガスを供給して燃焼させ、噴流層炉の場合は可燃ガスをチャーと共に炉内へ供給するかあるいはチャーと別に炉内に供給して燃焼させる。
【００１５】
また、本発明において、気流層熱分解器は、バイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４５０〜５５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満となるように設定されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明において、気流層熱分解器は、バイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４００〜５００℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下となるように設定されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明において、気流層熱分解器は、燃焼ガスにより昇温され、バイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５５０〜７５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満となるように設定されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明において、気流層熱分解器は、燃焼ガスにより昇温され、バイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５００〜７５０℃に、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下となるように設定されていることが好ましい。
【００１９】
ここで、本発明に用いられる気流層熱分解器、該気流層熱分解器における反応温度と反応時間、そして燃焼炉について詳述する。
【００２０】
＜気流層熱分解器＞
気流層熱分解器は、本発明の場合、燃焼炉からの高温の燃焼ガスを受け、ここに、該気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部が循環ガスとして供給されて、燃焼ガスにより昇温された循環ガスが燃焼ガスと共に気流層を形成し、この気流層へ外部からバイオマスが供給されて熱分解され、可燃ガス、タール、チャーを生成する。
【００２１】
バイオマスを不活性ガス雰囲気で一定温度まで急速に昇温して短時間加熱して熱分解反応させると、可燃ガス、ガス状タール、チャーが生成される。生成したガス状のタールは冷却により液化するが、この液状タールを分離回収したものが重油代替の燃料として使用できる製品となる。タールはバイオマスがガスとチャーに熱分解される反応の中間生成物と考えることができる。このようなバイオマスの急速熱分解プロセスとして、ガスを媒体としガスの顕熱により粒子状バイオマスの急速熱分解を行うのには、気流層熱分解プロセスを用いることが、熱分解反応の反応温度と反応時間を制御するのに容易であることから好ましい。
【００２２】
バイオマスの熱分解反応を行う雰囲気ガス（気流層形成ガス）中に遊離酸素が多く含まれていると、バイオマスの燃焼が生じ局所的な高温部が発生し、バイオマスのガス化反応が進行しその結果タールの生成量が少なくなり液収率が低下するため好ましくない。したがって雰囲気ガス（気流層熱分解器におけるプロセスの気流層ガス）の酸素濃度は１ｖｏｌ％以下とすることが望ましい。
【００２３】
発明者らは、気流層熱分解器で生成されるガスからタールとチャーを除去した生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして気流層熱分解器へ循環して、この循環ガスを気流層熱分解器の酸素濃度１ｖｏｌ％以下の雰囲気ガス（気流層形成ガス）とすることを試み、良好な特性を有することを見出した。循環ガスの主な成分はＣＯ、Ｈ２、炭化水素、Ｎ２である。
【００２４】
＜反応温度と反応時間＞
バイオマスの急速熱分解による熱分解生成物の組成は熱分解反応温度と反応時間により大きく変化する。反応時間は、バイオマス粒子が反応を行う雰囲気ガス中に滞留する時間に相当する。
【００２５】
タールはバイオマスがガス、チャーに熱分解される反応の中間生成物と考えることができ、進行中の熱分解反応を適切な反応進行度の状態で終了させることによりタール液収率を最大化できる。
【００２６】
発明者らは、バイオマスの急速熱分解反応によって、液状生成物（タール）を高い収率で得ることのできる条件として、熱分解反応温度と反応時間との適切な範囲を見出した。
【００２７】
熱分解反応温度は気流層熱分解器においてバイオマスを熱分解する熱分解部の雰囲気温度であり気流層温度である。気流層熱分解器の気流層にバイオマスを供給すると、供給箇所では雰囲気温度が、バイオマスと混合する直前の気流層ガス温度から大幅に温度低下する。また、気流層熱分解器の下流にガス状タールを液化するために設けられた冷却装置に入るまで、気流中のバイオマスは反応温度を維持した雰囲気にある。バイオマスを熱分解する熱分解部は、気流層熱分解器のバイオマス供給箇所から冷却装置に到るまでの範囲であり、熱分解部の温度はこの範囲の温度である。
【００２８】
また、反応時間は気流層熱分解器の気流層にバイオマスが滞留する滞留時間とほぼ同じなので、簡易的に気流層熱分解器のガスの滞留時間を反応時間とみなすことができる。なお、この滞留時間には、バイオマスが気流層熱分解器の下流の冷却装置に入るまでの、バイオマスが反応温度を維持した雰囲気にある時間も含める。
【００２９】
気流層熱分解器によりバイオマスの急速熱分解を行い、液状生成物（タール）を高い収率で得ることのできる熱分解反応温度（熱分解部の温度）と反応時間（熱分解部に滞留する滞留時間）との適切な範囲を以下に挙げる。  
【００３０】
（ａ）気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４５０〜５５０℃であり、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満である範囲である。
（ｂ）気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４００〜５００℃であり、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下である範囲である。
【００３１】
気流層熱分解器によりバイオマスの急速熱分解を行い、液状生成物（タール）を高い収率で得ることのできる熱分解反応温度と反応時間との適切な範囲は上記のとおりであるが、熱分解反応温度を上記の範囲にするために、熱分解部に供給され気流層を形成する循環ガスの温度と反応時間との適切な範囲を以下に挙げる。
【００３２】
（イ）燃焼ガスにより昇温され、気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５５０〜７５０℃であり、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満である範囲である。
(ロ) 燃焼ガスにより昇温され、気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５００〜７５０℃であり、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下である範囲である。
【００３３】
先ず、熱分解反応温度に関しては、熱分解部の温度が下限値より低いと熱分解反応の進行が不十分であり、また、上限値より高いと熱分解反応が進みすぎてガス生成が多くなりガス収率が増加し、いずれの場合もタールの液収率が減少する。
【００３４】
次に、反応時間に関しては、気流層熱分解器におけるバイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が下限値より短いと熱分解反応の進行が不十分であり、また、上限値より長いと熱分解反応が進みすぎてガス生成が多くなりガス収率が増加し、いずれの場合も液収率が減少する。
【００３５】
＜燃焼炉＞（流動層炉又は噴流層炉）
気流層熱分解器でバイオマスの熱分解により生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と生成した可燃ガスの一部を燃焼炉で燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼炉としては、該流動層炉あるいは噴流層炉が好適である。
【００３６】
流動層炉は流動媒体（砂等）中にチャーを投入して流動させながら燃焼させる燃焼炉である。また、噴流層炉はチャーを炉内へ気流搬送し気流中で燃焼させる燃焼炉である。噴流層炉にチャーを搬送し噴流層を形成する搬送ガスには、上記循環ガスの一部を用いることができる。
【００３７】
チャーを燃焼するとともに可燃ガスの一部を燃焼する際には、流動層炉の場合は流動層内部または上部に可燃ガスを供給して燃焼させ、噴流層炉の場合は可燃ガスをチャーと共に炉内へ供給するかあるいはチャーと別に炉内に供給して燃焼させる。
【００３８】
気流層熱分解器の気流層形成ガスとして用いる循環ガスを加熱するための熱源として、本発明では、バイオマスの急速熱分解により生成したチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と生成した可燃ガスの一部を燃焼した燃焼ガスを用いる。チャーは気流層熱分解器へ投入されるバイオマス重量の１０〜２０％程度相当のものが回収されるが、循環ガス加熱に必要な熱量は回収されたチャーの少なくとも一部又はチャーの少なくとも一部と可燃ガスの一部を燃焼させることにより賄うことができる。熱効率、および気流層形成に必要なガス量と熱容量の確保から、循環ガスの加熱は間接加熱ではなく、燃焼ガスとの直接混合とするのがよい。
【００３９】
燃焼炉におけるチャー、可燃ガスの燃焼は空気比１の当量燃焼とすることにより、チャー、可燃ガスのもつ発熱量を最大限顕熱化することができるとともに、循環ガスに燃焼ガスを混合した雰囲気ガス中の遊離酸素濃度を１ｖｏｌ％以下とすることができる。
【００４０】
チャーを燃焼するための燃焼炉としては、上記の流動層炉や噴流層炉以外に他形式の燃焼炉を使用することも可能である。
【００４１】
＜高温ガス供給装置＞
本発明において、気流層熱分解器は、バイオマス供給口よりも下流位置に、酸素を含む６００〜７５０℃の高温ガスを該気流層熱分解器へ供給する高温ガス供給口を有しているようにすることができる。
【００４２】
この場合、上記高温ガス供給装置は、気流層熱分解器で生成されたチャーの少なくとも一部と該気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部のうちの少なくとも一方を燃焼して高温ガスとして該気流層熱分解器に供給するようになっていることが好ましい。
【００４３】
ここで、上記高温ガス供給装置から気流層熱分解器内へ供給される高温ガスについて、詳述する。
【００４４】
気流層熱分解器におけるバイオマスの急速熱分解では、気流中に３００ｇ／Ｎｍ３程度に相当するバイオマス粒子を投入すると、１００〜２００℃程度の温度低下が生じる。気流温度は、バイオマス供給口で急激に温度低下が生じ、下流側に移行するに従い緩やかな温度低下になる。雰囲気温度が低下すると熱分解が進まなくなるため、気流層熱分解器内の雰囲気温度を上昇させて４００℃以上に維持することが必要である。そのため、バイオマス投入量を増加させる場合、バイオマス供給口から気流流れの下流側に遊離酸素を含む高温ガスを上記投入バイオマスの増加量に応じて供給して、高温ガスの顕熱による昇温と、遊離酸素によりバイオマスの熱分解ガスの一部を燃焼させて昇温することにより、雰囲気温度を所定温度に維持することができ、バイオマスの熱分解を適切に行わせることができるようになり、バイオマス供給量を増加させることが可能となる。
【００４５】
この場合、上記気流層熱分解器へ供給する高温ガスの温度は６００〜７５０℃の高温であることが好ましく、高温ガスの温度を６００℃以上とすることにより高温ガスの顕熱により気流層熱分解器の気流層における雰囲気温度を４００℃以上に維持することができる。高温ガスの温度が７５０℃より高いと気流層熱分解器の気流層における反応温度が高くなりすぎガス化反応が進みタール収率が低下するので、好ましくない。
【００４６】
また、上記気流層熱分解器へ供給する高温ガスの遊離酸素濃度は１０ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。高温ガスの遊離酸素はバイオマスの熱分解ガスの一部を燃焼するために消費されるため、供給する高温ガスに遊離酸素が含まれていても、遊離酸素濃度を１０ｖｏｌ％以下とすれば、気流層熱分解器の雰囲気ガス中の酸素濃度を上述の１ｖｏｌ％以下とすることができる。供給時の遊離酸素濃度が１０ｖｏｌ％より高い高温ガスを気流層熱分解器に供給すると、熱分解ガスの急激な燃焼により局所的高温領域（ホットスポット）が形成され、生成したタールが熱分解され、タールの液収率が低下する。
【００４７】
供給時の高温ガスの遊離酸素濃度を１０ｖｏｌ％以下とすることにより、顕著なホットスポットを形成させることなく、気流層中のバイオマスの熱分解ガス（水素および一酸化炭素）との酸化反応（燃焼）によって緩やかな昇温を行い、気流層における反応温度を４００℃以上に維持することができる。
【００４８】
また、高温ガスの遊離酸素濃度を１０ｖｏｌ％以下とすることにより、遊離酸素は気流層熱分解器内で熱分解ガスの燃焼に消費されて雰囲気ガスは１ｖｏｌ％以下の酸素濃度となり気流層熱分解器出口で遊離酸素が残存することを防止することができ、気流層熱分解器より下流側で可燃ガスと遊離酸素が共存することを防ぎ、爆発の危険性を回避することができる。また、供給高温ガスの遊離酸素濃度を１０ｖｏｌ％以下とすることにより、顕著なホットスポットを形成させることがないので、タールの分解が促進され液収率を大きく低下させることがない。
【００４９】
なお、供給高温ガスの遊離酸素濃度の下限値は５ｖｏｌ％以上であり、この下限値より低いとバイオマスの熱分解ガスの一部を燃焼させて昇温することが困難となり、気流層熱分解器の反応温度を維持することができない。
【００５０】
ここで、高温ガスの供給位置は、バイオマス供給部から気流層の流れの下流側であって、バイオマスを供給してから気流層熱分解器での該バイオマスの滞留時間が０．５秒以下に相当する位置とすることが好ましい。この高温ガスの供給位置の範囲はバイオマスの熱分解反応による温度の急速な低下の生ずる領域であり、高温ガス供給により温度低下の抑制に効果的な領域範囲である。高温ガス供給位置がこの領域範囲より下流では、液収率の向上に対する気流層熱分解器内温度を上昇させる効果は小さくなる。高温ガスの供給は１箇所または複数箇所から行う。
【００５１】
また、気流層熱分解器でのバイオマス滞留時間は高温ガスの追加供給がある場合も、熱分解部の温度を４５０〜５５０℃とする場合には滞留時間を０．３秒以上１．０秒未満とし、熱分解部の温度を４００〜５００℃とする場合には滞留時間を１．０秒以上２．０秒以下とすることが好ましい。
【００５２】
高温ガス供給装置で供給される高温ガスは、高温ガス供給装置の副燃焼炉で、気流層熱分解器で生成され回収したチャーの少なくとも一部と気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部のうちの少なくとも一方を空気過剰燃焼して製造する。また、副燃焼炉から排出した燃焼ガスに必要に応じて水蒸気を混合して温度調整する。
【００５３】
このように、高温ガスをバイオマス供給口から気流層の流れの下流側で供給することにより、気流層熱分解器内温度の低下を抑制し、液収率を向上させることが可能になり、またバイオマス投入量を増加させ装置の処理量を増やすことが可能になる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明は、以上のように、バイオマスの気流層熱分解器で生成された生成ガスの少なくとも一部を循環ガスとして気流層熱分解器に供給し、循環ガスと気流層熱分解器で生成されたチャーの一部を燃焼して得られた燃焼ガスとで形成された気流層でバイオマスを熱分解することとしたので、バイオマスの熱分解反応を行う雰囲気ガス中の遊離酸素を抑制しつつ、バイオマスの燃焼による局所的な高温部の発生を防止し、また、ガス化反応の進行による液収率の低下を防止して、他の不活性ガス中での液収率と同等の液収率でタールを得ることができる。
【００５５】
また、本発明では、バイオマスの急速熱分解では、通常、液収量を最大化する条件においても、バイオマス原料重量の２０〜３０％程度のガスが発生し、この発生ガスの主成分は水素、一酸化炭素、メタン等であり燃料として発熱量をもつことから、プロセス内の熱源燃料として有効に利用できる。その際、気流層熱分解器から排出されるガスは、バイオマス原料からの熱分解による生成ガスと、気流層を形成させる急速熱分解の雰囲気ガスと混合されたものとして得られる。急速熱分解の雰囲気ガスとして窒素や二酸化炭素などの不活性ガスを使用した場合、また窒素と二酸化炭素を主成分とする燃焼ガスを使用した場合、回収したガスの単位体積当たりの発熱量（水素、一酸化炭素、メタン等可燃ガスの含有率に対応する）は窒素や二酸化炭素を含むため低くなり、燃焼バーナー等の燃料として利用することが困難になることが多い。これに対し、本発明では、雰囲気ガスとして上記生成ガスの一部を循環する循環ガスを用いるので、不活性ガス成分が少なく、回収したガスの発熱量を燃料として有用なレベルにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一実施形態を示す装置の概略図である。
【図２】本発明の第二実施形態を示す装置の概略図である。
【図３】本発明の第三実施形態を示す装置の概略図である。
【図４】本発明の第四実施形態を示す装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
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。
【００５８】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態装置の概要構成を示す。図１において、燃焼炉としての流動層炉１の上方に、該流動層炉１に接続されて気流層熱分解器２が配設されている。
【００５９】
上記気流層熱分解器２は、その上部にて、高温サイクロン３が接続されている。該高温サイクロン３は、気流層熱分解器２から生成したガス、タールおよびチャーを受けて、チャーを他と分離するものであり、上部取出口３Ａそして下部取出口３Ｂとを有している。上部取出口３Ａからは、ガス状タールとガスが、そして下部取出口３Ｂからはチャー８が取り出される。該下部取出口３Ｂには、チャー取出しのための取出管３Ｃが接続されている。この取出管３Ｃには、系外へチャーを取り出すチャー取出管３Ｃ−１が接続され、また分岐管３Ｃ−２が取出管３Ｃから分岐して設けられていて該分岐管３Ｃ−２がループシール４に接続されている。
【００６０】
上記ループシール４は、その下方位置で、上述の流動層炉１の上部に接続されている。
【００６１】
該流動層炉１は、上記ループシール４からのチャー８を受けて、チャー８を炉内で燃焼するための、空気５そして後述の循環ガス６をそれぞれ炉の下部から受けるようになっている。該流動層炉１内には、流動媒体としての砂１１が流動層を形成している。該流動層炉１の上方で該流動層炉１に連通している気流層熱分解器２は、その下部位置に後述の循環ガス供給管が、そして循環ガス供給管の接続位置の上方位置、すなわち器内の上昇気流における循環ガス供給管の接続位置の下流位置にバイオマス供給管が接続されていて、それぞれ、循環ガス６、バイオマス７の供給を受けるようになっている。このように、気流層熱分解器２で生成された生成ガスの一部は、帰還して上記流動層炉１と気流層熱分解器２の両方に供給される。
【００６２】
高温サイクロン３の上部取出口３Ａには熱交換器１２が接続されており、その下流側に、冷却器１３、気液分離装置１４が順次接続されている。冷却器１３では、高温サイクロン３の上部取出口３Ａから送られてくるガス状タール、ガスを冷却し、タールを凝縮させ、気液分離装置１４で液状のタールとガスとに分離され、タール１５、生成ガス９が抜き出される。生成ガスの抜出口１４Ａは分岐管１４Ｂとブロワ１６を経て上記熱交換器１２に接続されていて、抜出された生成ガス９の一部が循環ガス６として該熱交換器１２にもたらされて、上記サイクロン３の上部取出口３Ａからのガスとの熱交換により昇温されて、上記燃焼炉としての流動層炉１１の下部へ、そして気流層熱分解器２のバイオマス７の供給位置よりも上流位置で該気流層熱分解器２へ気流層形成ガスとして供給されるようになっている。
【００６３】
このような第一実施形態装置では、次の要領でバイオマスからタールを生成する。
【００６４】
本実施形態装置では、気流層熱分解器２において、バイオマス粒子を気流層中で急速熱分解して、ガス、タール、チャーを生成し、該気流層熱分解器２で生成したガスからタールとチャーを除去して得られる生成ガスの少なくとも一部を循環ガス６として気流層熱分解器２に循環し、この循環ガス６に燃焼炉でチャー８を燃焼して生成する燃焼ガス１０を混合して、昇温した循環ガス６を気流層形成ガスとして用いる。上記燃焼炉１では気流層熱分解器２で生成したチャー８の少なくとも一部を受けて、これを燃焼し発生した燃焼ガス１０を上記循環ガス６に混合する。
【００６５】
以下、各部位での工程について、その作動を説明する。
【００６６】
（１）燃焼炉
流動層炉１内では流動媒体１１（例えば砂）の流動層が形成されており、上記気流層熱分解器２で生成されたチャー８の一部がループシール４を経て上記流動媒体中に投入される。また、気流層熱分解器２で生成された生成ガス９の一部が循環ガス６として分岐管１４Ｂを経て熱交換器１２に至り、該熱交換器１２で昇温された後、流動層炉床の分散板を経て空気５と共に流動層炉１内へ供給される。上記空気５は空気比１の当量燃焼となるように空気供給量を調整されて供給され流動層炉１内のチャーを燃焼する。
【００６７】
その際、流動層（砂層）温度をチャーや燃焼残渣の融着が生じない１０００℃程度より低い温度に制御するように循環ガス６の供給量を調整して供給すると良い。
【００６８】
流動層炉１でチャー８を燃焼して生成する燃焼ガス１０は、上昇して上記気流層熱分解器２へ流入するが、その流入時には酸素濃度が１ｖｏｌ％以下とするように流動層炉１に供給する上記空気の供給量と、燃焼温度を制御する。
【００６９】
流動層炉１でチャー９を燃焼するとともにバイオマスの急速熱分解により生成した可燃ガスの一部を流動層内部または上部に供給して燃焼し、水蒸気加熱に必要な燃焼ガスの熱量を補うようにしてもよい。
【００７０】
（２）気流層熱分解器
上記流動層炉１でチャーを燃焼して得られた高温の燃焼ガス１０は上昇して気流層熱分解器２へ流入する。この気流層熱分解器２へは、循環ガス供給口から生成ガス９の一部が循環ガス６として供給され、また、循環ガス供給口の下流位置では、バイオマス供給口からバイオマス７が供給されている。
【００７１】
上記循環ガス供給口から供給された循環ガス６は、流動層炉１から上昇する高温の燃焼ガスにより昇温されて高温の気流層を形成し、上記バイオマス供給口から供給されたバイオマス７の粒子を該気流層中で急速熱分解して、ガス、ガス状タール、チャーを生成する。
【００７２】
気流層熱分解器２で生成されたガス、ガス状タール、チャーを含むガスが、高温サイクロン３に導かれ、チャーが他から分離される。かくして、気流層熱分解器２で生成されたガス、ガス状タールは上記高温サイクロン３の上部取出口３Ａから取り出され、熱交換器１２を経て冷却器１３にもたらされて冷却された後、気液分離装置１４で液状タール１５と生成ガス９とに分離される。気液分離装置１４から液状タール１５と生成ガス９がそれぞれ抜き出される。生成ガス９の一部は、分岐管１４Ｂを経てブロワ１６により熱交換器１２にもたらされ、高温サイクロン３の上部取出口３Ａから取り出されたガスとの熱交換により昇温され、既述のように、上記流動層炉１そして気流層熱分解器２へ循環ガス６として供給される。
【００７３】
上記高温サイクロン３で、ガスから分離されたチャー８は下部取出口３Ｂから取出管３Ｃを経て取り出される。このチャー８の一部はループシール４にもたらされ、そこから流動層炉１に燃料として供給されて燃焼され、燃焼ガス１０が生成する。気流層熱分解器２で循環ガス６にこの燃焼ガス１０が混合されて、循環ガス６が昇温され気流層形成ガス２０として用いられる。
【００７４】
かかる気流層熱分解器２での熱分解の状況を、さらに具体的に説明すると、次のごとくである。
【００７５】
気流層熱分解器におけるバイオマスの熱分解反応温度と反応時間とを下記（ｉ）または（ii）のように設定する。
（ｉ）気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部の温度を４５０〜５５０℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間を０．３秒以上１．０秒未満とする。
（ii）気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部の温度が４００〜５００℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間を１．０秒以上２．０秒以下とする。
【００７６】
気流層熱分解器によりバイオマスの急速熱分解を行い、液状生成物（タール）を高い収率で得ることのできる熱分解反応温度と反応時間との適切な範囲は上記のとおりであるが、熱分解反応温度を上記の範囲にするために、熱分解部に供給され気流層を形成する循環ガスの温度と反応時間とを下記（iii）または（iv）のように設定する。
【００７７】
（iii）燃焼ガスにより昇温され、気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５５０〜７５０℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が０．３秒以上１．０秒未満とする。
(iv) 燃焼ガスにより昇温され、気流層熱分解器におけるバイオマスを熱分解する熱分解部に供給される循環ガスの温度が５００〜７５０℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が１．０秒以上２．０秒以下とする。
【００７８】
先ず、熱分解反応温度に関しては、熱分解部の温度が下限値より低いと熱分解反応の進行が不十分であり、また、上限値より高いと熱分解反応が進みすぎてガス生成が多くなりガス収率が増加し、いずれの場合もタールの液収率が減少する。
【００７９】
次に、反応時間に関しては、気流層熱分解器におけるバイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が下限値より短いと熱分解反応の進行が不十分であり、また、上限値より長いと熱分解反応が進みすぎてガス生成が多くなりガス収率が増加し、いずれの場合も液収率が減少する。
【００８０】
気流層熱分解器２の循環ガス供給口から供給された循環ガス６に流動層炉１からの燃焼ガス１０を混合し、上記（iii）または（iv）の設定温度に昇温して気流層形成ガス２０とする。循環ガス６を昇温するには高温燃焼ガス１０との直接混合が望ましいが、熱交換器による間接加熱でもよい。このように昇温した循環ガスを気流層熱分解器２に気流形成ガス２０として供給することで、気流層を形成させる。
【００８１】
上記気流層における気流は望ましくは乱流、または遷移域流を形成する流速となるよう、あらかじめ気流層熱分解器２の水平断面積に応じた循環ガス流量を設定しておく。気流の方向は上向きが適当であるがこれに限定されず、横向きでも下向きでも良い。
【００８２】
上記気流の中にバイオマス粒子を供給するが、気流の方向が上向きの場合、バイオマスの粒子径は終末速度が気流の速度より小さくなるよう調整しておき、落下する粒子がないようにする。バイオマス粒子の供給方法としては重力による自然落下やスクリューフィーダーでの投入などを用いることもできるが、気流搬送で投入することが望ましい。この搬送ガスには、窒素、または気流層熱分解器２から排出される生成ガスを用いることができる。バイオマス粒子を気流層熱分解器２の気流に投入すると熱分解反応が進行し、気流層熱分解器内の温度が下流になる程、反応が低下していく。バイオマス粒子の投入量は気流層熱分解器２内の温度が４００℃以下にならないように調整する。
【００８３】
気流層熱分解器２中でのバイオマス粒子の熱分解反応時間を上記（ｉ）または（ii）の設定時間とするようにする。この反応時間は気流層熱分解器２の気流層にバイオマスが滞留する滞留時間とほぼ同じなので、簡易的に気流層熱分解器ガスの滞留時間を反応時間とみなすことができる。なお、この滞留時間には、気流層熱分解器２の下流の冷却装置に入るまでの、バイオマス粒子が反応温度を維持した雰囲気にある時間も含める。
【００８４】
気流層熱分解器におけるバイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間が下限値より短いと熱分解反応の進行が不十分であり、また、上限値より長いと熱分解反応が進みすぎてガス生成が多くなりガス収率が増加し、いずれの場合も液収率が減少する。
【００８５】
（３）気流層熱分解器で生成した生成物の処理
気流層熱分解器２から排出されるガス中には、バイオマス粒子の急速熱分解により生成したガス、ガス状タール、チャーが含まれている。
【００８６】
気流層熱分解器２から排出されるガスを高温サイクロン３に導入し固形物を分離する。分離回収された固形物はバイオマス粒子の熱分解により生成したチャーである。チャーの一部をループシール４を介して流動層炉１に供給し、高温燃焼ガスを発生させるための燃料として用いる。残りのチャーはチャー取出管３Ｃ−１から系外に排出する。
【００８７】
高温サイクロン３から排出されるガスと、気流層熱分解器２へ循環させる循環ガスとを熱交換器１２により熱交換し、循環ガスを加熱する。高温サイクロン３からのガスは熱交換器１２での熱交換で降温した後、湿式スクラバーなどの冷却器１３で冷却され、ガス状タールと水蒸気が凝縮されて、気液分離器１４でガスと液に分離される。液には、タールの他に、気流層熱分解器１２中で発生した水蒸気が含まれている。回収した液を比重分離器により水層と非水溶性タール層に分け、水層は加熱して濃縮し水溶性タールを得る。この加熱により発生した水蒸気は、酢酸などの有機成分を含んでいる。回収したタールは、用途に合わせて精製などの処理を行ない、燃料や化学原料として利用される。
【００８８】
気液分離器１４で液と分離され回収された生成ガスの少なくとも一部を抜き出し、これをファン又はブロワ１６により昇圧し、気流層熱分解器２へ循環させる循環ガス６として用いる。循環ガス６は熱交換器１２により、高温サイクロン３から排出されるガスと熱交換されて加熱され、気流層熱分解器２に循環され、気流層熱分解器２で流動層炉１の燃焼ガス１０との混合により昇温され気流層形成ガスとして用いられる。また、循環ガス６の一部が流動層炉１へ供給され、チャーとともに燃料として燃焼され、高温の燃焼ガスを生成する。
【００８９】
気液分離器１４から排出した生成ガスから循環ガス６を抜き出した残りの生成ガス９は、比較的高い発熱量を有しているため燃料として有用であり、ガスエンジンで発電を行ったり、燃焼後ボイラーで熱回収を行うこと等が可能である。またこの回収した生成ガスを、気流層熱分解器にバイオマス粒子を投入するためや流動層炉にチャーを投入するための気流搬送用のガスとして使用したり、後述する気流層熱分解器のバイオマス投入口の下流側に供給する高温ガスを生成する燃焼装置の燃料として使用することもできる。
【００９０】
＜第二実施形態＞
図１の第一実施形態では燃焼炉が流動層炉であったが、図２に示される第二実施形態では、燃焼炉として噴流層炉が用いられている。図２装置の説明において、図１装置と共通する部位には同一符号を付してその説明を省略する。以降の他の実施形態でも同様とする。
【００９１】
図２において、燃焼炉たる噴流層炉１７が気流層熱分解器２の下部に連続して配設されている。この噴流層炉１７には、気流層熱分解器２で生成され回収されたチャー８の一部を空気５とともに噴流層炉１７内に噴出させ、噴流層炉１７内で燃焼させるバーナ２５が設けられている。
【００９２】
上記バーナ２５には、送入管２４の一端が接続されている。この送入管２４の他端は混合器２３に接続されている。この混合器２３は、上方に位置するループシール４に接続されていてチャー８の供給を受けると共に、気流層熱分解器２で生成され熱交換器１２で昇温した循環ガス６の一部を受けて、上記チャー８を循環ガス６によりバーナ２５へ気流搬送するようになっている。
【００９３】
このような本実施形態では、気流層熱分解器２で生成し回収されたチャーの一部がループシール４を経て混合器２３に供給される。気流層熱分解器２の下端に配設された噴流層炉１７に設置したバーナ２５に、チャーが混合器２３から送入管２４を介して循環ガス６の気流搬送により供給され、バーナ２５に供給される空気５と共に噴流層炉１７内に噴出され、噴流層炉１７の中で燃焼される。
【００９４】
噴流層炉１７内でのチャーの燃焼は空気比１の当量燃焼で行われるように、上記混合器２３へ供給する空気量を調整して、噴流層炉１７出口での燃焼ガス１０の酸素濃度を１ｖｏｌ％以下とする。また、循環ガスを気流層熱分解器２に供給して、噴流層炉１７から排出される燃焼ガス１０と混合し、第一実施形態と同様に５５０〜７５０℃または５００〜７５０℃に昇温して気流層熱分解器２の気流層形成ガスとして用いる。循環ガスの昇温は燃焼ガスとの直接混合が望ましいが、間接加熱してもよい。
【００９５】
噴流層炉１２でチャー８を燃焼するとともにバイオマスの急速熱分解により生成した可燃ガスの一部をチャー８と共に噴流層炉１２内へ供給するかあるいはチャー８と別に噴流層炉１２内に供給して燃焼し、循環ガス６加熱に必要な燃焼ガスの熱量を補うようにしてもよい。
【００９６】
＜第三、四実施形態＞
図３に示される第三実施形態は、図１の第一実施形態の装置に、高温ガス供給装置を付加した点に特徴がある。
【００９７】
この高温ガス供給装置は、副燃焼炉２６を有し、バイオマス供給位置よりも下流位置で、副燃焼炉からの高温ガス２９を気流層熱分解器２内に送入することとしている。
【００９８】
上記副燃焼炉２６は、燃料として気流層熱分解器２で生成されたチャー８の一部あるいは循環ガス６の一部の供給を受け、空気過剰となる空気比で空気５の供給を受け、燃焼により発生した遊離酸素濃度が１０ｖｏｌ％以下の高温燃焼ガスを発生させる。この高温燃焼ガスに必要に応じて水蒸気２８を混入して温度を６００〜７５０℃に調整して高温ガス２９として気流層熱分解器２内に送入する。
【００９９】
次に、図４に示される第四実施形態では、図２の第二実施形態の装置に、第三実施形態の高温ガス供給装置を付加した点に特徴がある。
【０１００】
これらの第三そして第四実施形態では、バイオマス投入量を増加させる場合、気流層熱分解器２におけるバイオマスの熱分解反応による温度低下に対し、バイオマス供給位置よりも下流側の１箇所または複数箇所で、遊離酸素を含む高温ガス２９を投入バイオマスの増加量に応じて供給して、高温ガスの顕熱による昇温と、バイオマスの熱分解ガスの一部を燃焼させて昇温することにより、気流層熱分解器２内の雰囲気温度すなわち反応温度を４００℃以上に維持することができ、バイオマス供給量を増加させ、タールの収量を増加させることが可能となる。
【０１０１】
気流層熱分解器２のバイオマス供給位置よりも下流側に設けた高温ガス供給口から供給される高温ガス２９の供給時の遊離酸素濃度は１０ｖｏｌ％以下とすることが望ましく、かつ６００〜７５０℃の高温で供給することが好ましい。こうすると高温ガス２９の遊離酸素は気流層熱分解器２内でバイオマスの熱分解ガスの燃焼に消費され、気流層内での雰囲気酸素濃度は１ｖｏｌ％以下となる。この高温ガスの供給時の遊離酸素濃度とガス温度の好ましい範囲は、高温ガス供給部付近でホットスポットが形成されず、かつ気流層熱分解器の排出ガス中に遊離酸素が含まれないようにするための値である。
【０１０２】
供給する高温ガスのガス量は、気流層熱分解器２の上部出口でのガス流量に対し、標準状態での流量換算で２０％以下程度が適当である。このように供給する高温ガスのガス量の上限を定めるのは、高温ガス２９の供給によりタールの収量は増加するが、バイオマス粒子供給量に対するタール収量の割合、すなわちタールの液収率がやや低下し、高温ガスの供給量の増加に伴いこの液収率の低下が大きくなるためである。
【０１０３】
高温ガスを供給する位置は、バイオマスの熱分解反応による温度の急速な低下の生ずる領域である、バイオマスを供給してから滞留時間が０．５秒以下に相当する位置とすることが望ましい。気流層熱分解器でのバイオマス滞留時間は高温ガスの追加供給がある場合も、熱分解部の温度を４５０〜５５０℃とする場合には滞留時間を０．３秒以上１．０秒未満とし、熱分解部の温度を４００〜５００℃とする場合には滞留時間を１．０秒以上２．０秒以下とすることが好ましい。
【０１０４】
このように高温ガス２９を供給して気流層熱分解器２内の温度低下を抑制することにより、より多くのバイオマス粒子の投入が可能となり、得られるタールの収量を増加させることができる。
【実施例】
【０１０５】
第１図に示す装置で試験を実施した。
【０１０６】
（試験方法）
気流層熱分解器へ供給された循環ガスを流動層炉で発生させた燃焼ガスと混合して昇温し、内径１００ｍｍの気流層熱分解器の下部から投入し、上昇気流を形成させた。気流層熱分解器の外側には環状電気ヒーターを設置し、放熱を補償した。気流層熱分解器の上昇気流が安定した位置に、バイオマスとして２ｍｍ径以下に粉砕したスギ木屑を連続的に投入した。この投入位置は複数の高さ位置から一つを選択できるようになっている。スギ木屑粒子の終末速度よりも気流層熱分解器中の気流の上昇速度が大きくなる条件に設定して、スギ木屑を気流と共に上昇させ熱分解させた。
【０１０７】
気流層熱分解器の上部取出口には、高温サイクロン３を設置し、チャーを分離しチャー生成量を測定した。高温サイクロンからガス流として出たガス状タールとガスの生成物は、一部をサンプリングしタール生成量を測定し、湿式スクラバーで冷却してタールを除去し、さらに湿式スクラバーから排出されたガスの流量と組成の測定を行った。
【０１０８】
チャーは、抜き出しチャーとして外部に抜き出す量を調整することにより、流動層炉１への供給量を制御した。流動層炉には、下部に設置した分散器から予熱した空気と循環ガスの一部を個別に供給し、流動媒体砂中でチャーの燃焼を行った。流動層炉で発生させた燃焼ガス中の残留酸素濃度を１ｖｏｌ％以下とするために、流動層炉におけるチャーの燃焼に供給する空気の空気比は、やや燃料過剰となる０．９から１．０の間で制御した。
【０１０９】
チャー燃焼ガスを混合した循環ガスの気流層熱分解器に供給する供給量と、スギ木屑投入量を変化させて、またスギ木屑投入位置を切り替え、スギ木屑の気流層熱分解器での滞留時間を変化させた。さらに、気流層ガスの温度を変化させ、気流層熱分解器に供給する供給ガス（燃焼ガスを混合した循環ガス）の温度、バイオマスの熱分解部の温度及び気流層熱分解器出口ガスの温度を測定した。
【０１１０】
チャー、タール、ガスの生成量の測定結果から、供給したスギ木屑の乾重量に対する収率（ｗｔ％）を求め、分配率として評価した。
【０１１１】
（結果）
スギ木屑投入量、気流層熱分解器の気流層への供給ガスの温度、熱分解部の温度、出口ガスの温度、滞留時間、分配率を表１に示す。
【０１１２】
【表１】
2010116537.tif 000003
【０１１３】
実施例１〜６は、滞留時間を０.３秒以上１.０秒未満としたものであって、実施例１は気流層熱分解器への供給ガスの温度を７５０℃、熱分解部の温度を５５０℃、滞留時間を０．３秒としたもの、実施例２は供給ガスの温度を７３０℃、熱分解部の温度を５３０℃、滞留時間を０．４秒としたもの、実施例３は供給ガスの温度を６８０℃、熱分解部の温度を５００℃、滞留時間を０．６秒としたもの、実施例４は供給ガスの温度を６００℃、熱分解部の温度を４８０℃、滞留時間を０．７秒としたもの、実施例５は供給ガスの温度を７４０℃、熱分解部の温度を５２０℃、滞留時間を０．８秒としたもの、実施例６は供給ガスの温度を５５０℃、熱分解部の温度を４５０℃、滞留時間を０．９秒としたものであり、いずれも投入した木屑乾重量の５０ｗｔ％以上という高い収率でタールを得ることができた。
【０１１４】
実施例１〜６に示すように、循環ガスを流動層炉で発生させた燃焼ガスと混合して昇温し、気流層熱分解器へ供給する循環ガスの温度を５５０〜７５０℃とし、熱分解部の温度を４５０〜５５０℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間を０.３秒以上１.０秒未満とすることにより、高い収率でタールを得ることができることを確認できた。
【０１１５】
実施例７〜１５は、滞留時間を１．０秒以上２.０秒以下としたものであって、実施例７は気流層熱分解器への供給ガスの温度を６５０℃、熱分解部の温度を５００℃、滞留時間を１．１秒としたもの、実施例８は供給ガスの温度を６１０℃、熱分解部の温度を４４０℃、滞留時間を１．２秒としたもの、実施例９は供給ガスの温度を６３０℃、熱分解部の温度を４７０℃、滞留時間を１．４秒としたもの、実施例１０は供給ガスの温度を５５０℃、熱分解部の温度を４１０℃、滞留時間を１．５秒としたもの、実施例１１は供給ガスの温度を５７０℃、熱分解部の温度を４２０℃、滞留時間を１．７秒としたもの、実施例１２は供給ガスの温度を６００℃、熱分解部の温度を４５０℃、滞留時間を１．９秒としたもの、実施例１３は供給ガスの温度を６５０℃、熱分解部の温度を４７０℃、滞留時間を２．０秒としたもの、実施例１４は供給ガスの温度を７５０℃、熱分解部の温度を５００℃、滞留時間を１．２秒としたもの、実施例１５は供給ガスの温度を５００℃、熱分解部の温度を４００℃、滞留時間を１．３秒としたものであり、いずれも投入した木屑乾重量の５０ｗｔ％以上という高い収率でタールを得ることができた。
【０１１６】
実施例７〜１５に示すように、循環ガスを流動層炉で発生させた燃焼ガスと混合して昇温し、気流層熱分解器へ供給する循環ガスの温度を５００〜７５０℃とし、熱分解部の温度を４００〜５００℃とし、バイオマスが熱分解部に滞留する滞留時間を１．０秒以上２.０秒以下とすることにより、高い収率でタールを得ることができることを確認できた。
【０１１７】
比較例１は供給ガスの温度を８１０℃、熱分解部の温度を５７０℃、滞留時間を０．８秒としたものであるが、熱分解部の温度が５５０℃より高いためガス化が促進され、タールの収率は４２ｗｔ％と低くなった。
【０１１８】
比較例２は供給ガスの温度を７４０℃、熱分解部の温度を５１０℃、滞留時間を２．１秒としたものであるが、滞留時間が２．０秒より長いためガス化が促進され、タールの収率は３５ｗｔ％と低くなった。
【０１１９】
比較例３は供給ガスの温度を４８０℃、熱分解部の温度を４１０℃、滞留時間を０．９秒としたものであるが、熱分解部の温度が４５０℃より低いため熱分解反応が十分に進行せず、チャーが多く生成され、タールの収率は３８ｗｔ％と低くなった。
【０１２０】
比較例４は供給ガスの温度を７４０℃、熱分解部の温度を５００℃、滞留時間を０．２秒としたものであるが、滞留時間が０．３秒より短いため熱分解反応が十分に進行せず、チャーが多く生成され、タールの収率は４５ｗｔ％と低くなった。
【０１２１】
次に、気流層熱分解器への供給ガスとして循環ガスの代わりに窒素を供給する試験を行った。比較例５では同一の装置で気流層への供給ガスとして循環ガスの代わりに窒素を供給し、他の条件は実施例５と同様にした場合を比較例５として試験を行い、気流層熱分解器で生成されチャーとタールを分離して回収されたガスの組成を分析し、ガス発熱量を求めた。表２に実施例５と比較例５の結果を示す。
【０１２２】
気流層熱分解器への供給ガスとして窒素を用いた比較例５では、タール収率は実施例５と同程度であるが、ガス発熱量は１．２ＭＪ／Ｎｍ３と実施例５の循環ガスを用いた場合の３．２ＭＪ／Ｎｍ３に比べて、窒素により希釈されることにより低くなっていた。このような発熱量が２ＭＪ／Ｎｍ３以下のガスは、通常の燃焼装置での利用は困難である。
【０１２３】
【表２】
2010116537.tif 000004
【０１２４】
次に、気流層熱分解器に高温ガスを供給し、バイオマス供給量を増加してタール収量の増大をはかる試験を行った。実施例１６では、図３に示す装置を用い、気流層熱分解器で生成したガスの一部を副燃焼炉に供給して燃焼により酸素濃度８．１％、７００℃の高温ガスを製造し、４．４Ｎｍ３／ｈの流量で気流層熱分解器のバイオマス投入位置の下流側に供給した。この酸素を含む高温ガスの流量は、高温ガスを供給する前の気流層熱分解器内ガス流量の８ｍｏｌ％に相当し、供給位置はバイオマス投入位置からのガス滞留時間が０．２〜０．３秒の位置に相当する位置である。
【０１２５】
実施例１６はスギ木屑投入量を１９．６ｋｇ／ｈと実施例５の１５ｋｇ／ｈより３０％程度増加させ、他の条件は実施例５と同様にして試験を行った。生成したタール収量を計測し、表３に実施例５と実施例１６の結果を示す。
【０１２６】
実施例１６のように、気流層熱分解器のバイオマス投入位置の下流側に酸素を含む高温ガスを供給することにより、スギ木屑の投入量を増加させても、気流層熱分解器内の気流層温度の低下が抑制されるため、タール収率を同程度に保ち、タール収量を２５％以上増加させることができた。
【０１２７】
【表３】
2010116537.tif 000005
【符号の説明】
【０１２８】
１  流動層炉
２  気流層熱分解器
３  高温サイクロン
４  ループシール
７  バイオマス
８  チャー
１２  熱交換器
１３  冷却器
１４  気液分離装置
１７  噴流層炉
２６  副燃焼炉（高温ガス供給装置）
【図１】
2010116537.tif 000006
【図２】
2010116537.tif 000007
【図３】
2010116537.tif 000008
【図４】
2010116537.tif 000009