(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温熱分解および高温ガス化によりバイオマスから合成ガスを生成する方法であって、該方法は過熱水蒸気を酸化剤およびエネルギキャリアとして使用して、バイオマスの熱分解およびガス化を異なる温度で行い、最終的にクリーンな合成ガスを生成するものであり、
１）前記バイオマスを粉砕し、該バイオマスを熱分解炉へ送り込む一方で、低温過熱水蒸気を前記熱分解炉へ噴霧し、前記熱分解炉を５００〜８００℃の作動温度に制御し、熱分解反応のために前記バイオマスを前記低温過熱水蒸気と接触させて、粗合成ガスおよびコークスを含む灰を生成する工程と、
２）前記灰を冷却して、前記コークスを前記灰から分離する工程と、
３）前記粗合成ガスおよび前記コークスをガス化炉へ搬送し、高温過熱水蒸気を前記ガス化炉へ噴霧し、該ガス化炉を１２００〜１６００℃の作動温度に制御し、ガス化反応を行うために前記粗合成ガスおよび前記コークスを前記高温過熱水蒸気と接触させて一次合成ガスを生成する工程と、
４）クリーンな合成ガスを得るために、前記一次合成ガスに冷却、除塵、脱酸、および乾燥を行う工程と
を含む方法。
【請求項２】
工程１の粉砕されたバイオマスは、粒子寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍ以下であると共に、水分含有量が４０パーセント未満であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
工程１において、窒素雰囲気が前記熱分解炉のバイオマス供給口に形成されることを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項４】
工程１において、前記熱分解炉の作動温度は５００〜６５０℃に制御され、前記熱分解炉の作動圧力は１０５〜１０９ｋＰａに制御され、
前記熱分解炉への前記低温過熱水蒸気の供給速度は３５〜５０ｍ／秒であり、
前記粗合成ガスの前記熱分解炉内保持時間は１５〜２０秒であり、前記粗合成ガスの前記熱分解炉からの排出速度は１５〜２０ｍ／秒である
ことを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項５】
工程３において、前記ガス化炉の作動温度は１２００〜１４００℃に制御され、前記ガス化炉の作動圧力は１０５〜１０９ｋＰａに制御され、
前記ガス化炉への前記高温過熱水蒸気の供給速度は３５〜５０ｍ／秒であり、
前記粗合成ガスの前記ガス化炉内保持時間は１５〜２０秒であり、前記一次合成ガスの前記ガス化炉からの排出速度は１５〜２０ｍ／秒である
ことを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項６】
工程４において、前記一次合成ガスは２６０〜３２０℃の温度に冷却されることを特徴とする請求項１または２の方法。
【請求項７】
請求項１の方法に係る低温熱分解および高温ガス化によるバイオマスからの合成ガス生成システムであって、
前記熱分解炉（５）と、
前記ガス化炉（９）と、
低温プラズマトーチヒータ（８）と、
高温プラズマトーチヒータ（１０）と、
貯水槽（１７）と、
水ポンプ（１６）と、
熱交換器（１１）とを含み、
前記貯水槽（１７）は前記水ポンプ（１６）を介して前記熱交換器（１１）の水入口と連結され、
前記熱交換器（１１）の蒸気出口は、前記低温プラズマトーチヒータ（８）の蒸気入口および前記高温プラズマトーチヒータ（１０）の蒸気入口と連結され、
前記低温プラズマトーチヒータ（８）の蒸気出口は前記熱分解炉（５）の蒸気ノズルと連結され、
前記高温プラズマトーチヒータ（１０）の蒸気出口は前記ガス化炉（９）の蒸気ノズルと連結され、
前記熱分解炉（５）のガス出口は前記ガス化炉（９）のガス入り口と連結され、前記熱分解炉（５）の灰出口は灰冷却装置（６）の灰入口と連結され、前記灰冷却装置（６）の灰出口は灰‐コークス分離装置（７）の供給口と連結され、
前記灰‐コークス分離装置（７）のコークス出口は、コークス搬送装置（１９）を介して、前記ガス化炉（９）のコークス入口と連結され、
前記ガス化炉（９）のガス出口は前記熱交換器（１１）のガス入口と連結され、
前記熱交換器（１１）のガス出口は、集塵機（１２）、脱酸塔（１３）、および乾燥機（１４）と直列に連結される
ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
窒素保護装置（４）が前記熱分解炉（５）のバイオマス供給口に連結されることを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項９】
前記熱分解炉（５）および前記ガス化炉（９）に配置される蒸気ノズルは夫々、２〜４個の高さのグループに分けられており、各々の高さの蒸気ノズルは、円周方向に沿って均一且つ接線方向に配置されることを特徴とする請求項７または８のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃材料をクリーン且つ高効率な合成ガスに変換する技術に関し、特に、低温熱分解および高温ガス化によりバイオマスから合成ガスを生成する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
可燃材料のガス化技術、特に可燃性の石炭のガス化技術は、２０世紀後半に驚くほどの発展を遂げており、大きく発達している。研究者達は、幅広く適用可能で、効率よくガス化を行い、且つ無公害である石炭のガス化方法の開発に成功した。小枝、わら、並びに他の農業および森林廃棄物といったバイオマスのガス化技術は、２１世紀の広範囲に亘るエネルギ利用のための新技術である。従来のバイオマスガス化技術には、固定床ガス化法、流動床ガス化法、および２段階ガス化法を含み、これらの全てが、直接ガス化技術である。直接ガス化技術方法では、バイオマスの一部によって生成される熱が、ガス化のためにエネルギ資源をもたらし、空気、酸化空気、および酸化空気と水蒸気の組み合わせが、ガス化反応の間の酸化剤として機能することを特徴とする。しかしながら、研究によれば、バイオマスの直接ガス化技術は、以下の点において不都合がある。
【０００３】
第１に、バイオマス燃料の成分および発熱量が不安定であり、バイオマスは燃焼点が低く燃焼反応が早いので、爆発が容易に起きてしまう。一部分が過熱されてコークス状態にされた時に、ガス化炉の作動温度は、制御が極めて困難である。
【０００４】
第２に、空気が酸化剤として作用し、Ｎ２の不活性ガスの含有量が顕著である時に、結果的にＮ２の含有量が高く、有効ガス（ＣＯ＋Ｈ２）の含有量が低く、且つＨ２／ＣＯの比率が小さくなり、加えて、合成ガスの発熱量が低く不安定であることから、５０００ＫＪ／Ｎｍ３以下に維持されるに過ぎず、また、工業的利用の要求を殆ど満たさない。
【０００５】
第３に、酸化空気が酸化剤として作用したときに、Ｎ２の含有量は相対的に低いが、付加的な空気分離装置が必要とされる。空気分離装置は容量が大きく、且つエネルギ消費が大きいので、このような処理により、製造コストが高くなってしまう。
【０００６】
第４に、酸化空気および水蒸気の両方ともが酸化剤として作用するときに、合成ガス中のＮ２含有量は減少すると共に、Ｈ２の含有量は増加するが、反応媒質として作用する水蒸気は、未だ多量の熱エネルギを消費し、空気分離でのエネルギ消費を加えて、本処理は製造コストが極めて高くなってしまう。
【０００７】
第５に、バイオマスの約１５〜２０パーセントが、ガス化のためのエネルギ資源を提供するために自然発火する必要があるが、同時に、多量のＣＯ２が燃焼中に生成され、それに応じて、有効ガス（ＣＯ＋Ｈ２）の含有量は減少してしまう。また、高温の合成ガスおよび混合空気は多量の顕熱を伝えるので、熱エネルギの化学的エネルギへの変換は極めて小さくなり、且つ、冷却されたガスの有効性も低下してしまい、概ね７０パーセント以下、例外的な状況でも８０パーセントに満たない。
【０００８】
第６に、ガス化炉の作動温度は概ね８００〜１２００℃に制御されるものであり、このような温度では、バイオマスのガス化により多量のタールが生成されてしまい、このタールは取り除くことが困難であり、また、装置や配管内で凝集した多量のタールは、配管の閉塞や装置の汚染を引き起こしがちである。
【０００９】
第７に、バイオマスのガス化で生成された灰は、ＫおよびＮａのようなアルカリ金属酸化物をかなり多く含み、概ね灰全体の２０〜４０ｗｔ．％である。しかしながら、８００℃よりも高い温度では、アルカリ金属酸化物はガス化されると共に合成ガスと混合される傾向にあり、これにより合成ガスの性質に影響を及ぼすだけでなく、タールと共に配管や装置に固着してしまい、装置や配管の深刻な腐食に至りかねない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の既存の問題に鑑み、バイオマスの直接ガス化技術は、実用的な生産に適用するのが困難である。従って、工業生産に適用できると共に、商業利益に変換可能なバイオマスのガス化方法が所望される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の問題に鑑み、本発明の目的の一つは、低温熱分解および高温ガス化により、バイオマスから合成ガスを生成する方法およびシステムを提供することにある。本方法は、制御が容易であり、エネルギを節約し、且つ低コストであることを特徴とする。生成された合成ガスは高効率であり、発熱量が高く、且つタールやアルカリ金属酸化物が存在しない。
【００１２】
上記の目的を達成するために、低温熱分解および高温ガス化により、バイオマスから合成ガスを生成する方法が提供される。本方法は、過熱水蒸気を酸化剤およびエネルギキャリアとして利用し、異なる温度範囲でバイオマスの熱分解およびガス化を行い、最終的にクリーンな合成ガスを生成する。本方法は以下の工程を含む。
【００１３】
１）バイオマスを粉砕し、そのバイオマスを熱分解炉へ送り込み、低温過熱水蒸気を熱分解炉へ噴霧し、熱分解炉を５００〜８００℃の作動温度に制御し、バイオマスに熱分解反応を行うためにバイオマスを低温過熱水蒸気と接触させて粗合成ガスおよびコークスを含む灰を生成する工程。熱分解炉の作動温度は、ＫおよびＮａを含むアルカリ金属酸化物の昇華点よりも低いので、アルカリ金属酸化物はコークスを含む灰に存在し、粗合成ガスはタールを全く含まず、或いは僅かに含むだけである。
【００１４】
２）コークスを含む灰を概ね１５０℃以下に冷却し、コークスを灰から分離する工程。コークスは、以下の工程において、合成ガスを生成するために使用され、アルカリ金属酸化物を含む灰は、灰貯蔵所に搬送される。
【００１５】
３）粗合成ガスおよびコークスをガス化炉へ搬送し、高温過熱水蒸気をガス化炉へ噴霧し、ガス化炉の作動温度を１２００〜１６００℃に制御し、バイオマスにガス化反応を行うために粗合成ガスおよびコークスを高温過熱水蒸気と接触させて一次合成ガスを得る工程。ガス化炉の作動温度はタール形成温度よりも高いので、粗合成ガスおよびコークスは完全にガス化され、得られる一次合成ガスはタールを含んでいない。
【００１６】
４）クリーンな合成ガスを生成するために、一次合成ガスに冷却、除塵、脱酸および乾燥を行う工程。冷却工程は、合成ガスの生成工程全体において必要なだけでなく、多量の顕熱を回収して広範囲に利用する。除塵工程は、塵を粗合成ガスから分離させると共に、ガスの塵濃度を５０ｍｇ／Ｎｍ３未満に低下させる。Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣＬ、ＮＨ３およびＨＣＮなどの有害成分は、脱酸工程で合成ガスから取り除かれる。乾燥後に、一次合成ガスはクリーンな合成ガスに変換されて、後の工業利用のために保管される。
【００１７】
工程１で粉砕されたバイオマスは、粒子寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍ以下、水分含有量が４０パーセント未満である。このような粒子寸法および水分含有量のバイオマスは、高温過熱水蒸気と十分に接触し、その結果、乾燥、揮発性物質の分離、熱分解、および蒸発の工程はいずれも安定して行われ、ガス化炉の作動温度は制御が容易であり、且つコークスが熱分解炉内で形成されない。
【００１８】
工程１において、熱分解炉からの粗合成ガスの漏出により生じる火災や爆発に備えて、熱分解炉のバイオマス供給口には窒素雰囲気が形成される。
【００１９】
工程１において、熱分解炉の好適な作動温度は５００〜６５０℃に制御され、且つ、熱分解炉の作動圧力は１０５〜１０９ｋＰａに制御される。熱分解炉への低温過熱水蒸気の供給速度は３５〜５０ｍ／秒であり、熱分解炉での粗合成ガスの保持時間は１５〜２０秒であり、熱分解炉からの粗合成ガスの排出速度は１５〜２０ｍ／秒である。従って、熱分解炉は常圧で作動し、特別な圧力装置は必要とされないので、製造コストが低下する。熱分解炉内のバイオマスは高速で乾燥され、揮発性物質から分離され、且つ、粗合成ガスおよび低温過熱水蒸気との接触の間に熱分解される。更に、熱分解炉の作動温度は、約８００度のアルカリ金属酸化物の昇華点よりもかなり低いので、アルカリ金属酸化物は粗合成ガスから取り除かれる。熱分解炉からの排出速度が相対的に低いので、灰が熱分解炉の出口やガス配管で凝集するのが阻止される。
【００２０】
工程３において、ガス化炉の好適な作動温度は１２００〜１４００℃に制御され、ガス化炉の好適な作動圧力は１０５〜１０９ｋＰａに制御される。ガス化炉への高温過熱水蒸気の供給速度は３５〜５０ｍ／秒であり、粗合成ガスのガス化炉内での保持時間は１５〜２０秒であり、ガス化炉からの一次合成ガスの排出速度は１５〜２０ｍ／秒である。従って、ガス化炉は常圧で作動し、特別な圧力装置を必要としないことから、製造コストが低下する。ガス化炉への高温過熱水蒸気の供給速度が高いので、粗合成ガスおよびコークスの接触並びに混合が改善される。ガス化炉の作動温度範囲は適切であり、高温過熱水蒸気との接触の間に、粗合成ガスおよびコークスの完全なガス化が確実に行われ、得られる一次合成ガスはタールを含まない。また同時に、エネルギ消費が可能な限り低減され、ガス化炉の性能が大幅に改善される。
【００２１】
工程４において、一次合成ガスは、２６０〜３２０℃の温度に冷却されてから洗浄される。ガス化炉から排出された一次合成ガスの温度は未だ高く、約１２００から１４００℃であるので、冷却工程は後の除塵、脱酸および乾燥に貢献するだけでなく、一次合成ガスの顕熱の回収にも役立ち、排熱が広範囲に利用される。
【００２２】
上記の方法に係る低温熱分解および高温ガス化によるバイオマスからの合成ガス生成システムは、熱分解炉と、ガス化炉と、低温プラズマトーチヒータと、高温プラズマトーチヒータと、貯水槽と、水ポンプと、熱交換器を含む。
【００２３】
貯水槽は水ポンプを介して、熱交換器の水入口と連結される。熱交換器の蒸気出口は低温プラズマトーチヒータの蒸気入口および高温プラズマトーチヒータの蒸気入口と同時に連結される。低温プラズマトーチヒータの蒸気出口は、熱分解炉の蒸気ノズルと連結される。高温プラズマトーチヒータの蒸気出口は、ガス化炉の蒸気ノズルと連結される。
【００２４】
熱分解炉のガス出口はガス化炉のガス入口と連結され、熱分解炉の灰出口は灰冷却装置の灰入口と連結され、灰冷却装置の灰出口は灰‐コークス分離装置の供給口と連結される。ガス化炉のガス出口は熱交換器のガス入口と連結され、熱交換器のガス出口は集塵機、脱酸塔および乾燥機と直列に連結される。
【００２５】
プラズマトーチヒータは、超高温加熱、高速熱・物質移動、高効率、および熱出力の調整という点で有利であり、貯水槽内の水を加熱するために使用されると、高温過熱水蒸気は、有効に、連続して、且つ安定的に生成される。高温過熱水蒸気は酸化剤としてだけでなく、エネルギキャリアとしても機能するので、ガス化炉は安定的に作用するように維持される。熱交換器は、一次合成ガスの多量の顕熱を効果的に回収する。貯水槽内の水は予熱されると共に、顕熱により飽和水蒸気に変換され、続いて、飽和水蒸気はプラズマトーチヒータに搬送されるので、プラズマトーチヒータのエネルギ消費は低下し、且つ、熱エネルギが総合的に利用される。
【００２６】
窒素保護装置は、熱分解炉のバイオマス供給口に連結される。窒素密封層は、粗合成ガスがガス化炉から漏出するのを阻止すると共に、空気をガス化炉の外に留めることにより、火災および爆発が阻止され、また、粗合成ガスの性質が確保される。
【００２７】
灰‐コークス分離装置のコークス出口は、コークス搬送装置を介して、ガス化炉のコークス入口と連結される。例えば、スクリューフィーダは、コークスをガス化炉へ直接的に搬送するために利用され、それにより、手動の中間搬送を省くことができ、ガス化炉の安定性および連続性が向上する。
【００２８】
熱分解炉およびガス化炉に配置される蒸気ノズルは、２〜４個の高さのグループに分けられ、且つ、各々の高さの蒸気ノズルは、円周方向に沿って均一に且つ接線方向に配置される。従って、過熱水蒸気は、様々な高さから熱分解炉およびガス化炉へ噴霧され、且つ、様々な高さで、均一で安定した温度場が保たれることから、結果的に、過熱水蒸気および反応物質間の十分な接触がもたらされる。
【００２９】
水、灰、揮発性物質およびバイオマスの灰溶融点に固有の特性に基づき、また、ガス化炉の作動機能を組み合わせて、本発明方法は、低温熱分解および高温ガス化により、バイオマスから合成ガスを生成するために、従来の酸化剤空気または酸化空気ではなく、過熱水蒸気を利用する。本発明の効果を、以下に要約する。
【発明の効果】
【００３０】
第１に、過熱水蒸気は、バイオマスの直接ガス化に利用される。過熱水蒸気は酸化剤であるだけでなく、エネルギキャリアでもあるので、酸化剤空気または酸化空気は不要であり、エネルギ消費が大きい空気分離装置が不要であり、且つ、工程全体におけるエネルギ消費および全体的な製造コストが極めて小さくなる。
【００３１】
第２に、熱分解およびガス化の間に、バイオマスに自然発火が生じないので、熱分解炉またはガス化炉内での燃料の爆発、部分的なコークス化、および各工程の制御困難など、従来のガス化工程における問題を効果的に解決する。空気または酸化空気が反応においてもはや必要とされないので、合成ガスはＨ２／ＣＯの比率が高く、また有効ガス（ＣＯ＋Ｈ２）の含有量が８５パーセント以上であるので、合成ガスの発熱量が大きく改善されると共に、合成ガスが一層幅広く使用される。
【００３２】
第３に、主要な反応装置は、熱分解炉およびガス化炉である。バイオマスは最初に、低温で粗合成ガスおよびコークスに熱分解され、それらの生成物は高温でガス化される。温度範囲が適切に設定されるので、生成される粗合成ガスはアルカリ金属酸化物を含んでおらず、タールおよびコークスは全て一次合成ガスに変換され、その結果、カーボン変換率が極めて高く、得られる一次合成ガスには、装置や配管を汚すと共に腐食させる不純物が存在せず、また、後の洗浄工程がかなり簡素化される。
【００３３】
第４に、プラズマトーチヒータは、ガス化炉の外で、過熱水蒸気によるバイオマスのガス化に必要な熱エネルギ全てを生成し、バイオマス燃料の熱エネルギは全て化学エネルギに変換され、且つ、冷却されたガスの効率は８８パーセント以上と、従来よりも８パーセントも高い。
【００３４】
第５に、プラズマトーチヒータは、熱効率が高く、また入力電力が調整可能であり、バイオマス燃料の成分が変化した時に、プラズマトーチヒータの電力を調整することができ、それにより、過熱水蒸気の温度を制御し、ガス化炉の作動を安定に保ち、且つ、一次合成ガスの安定した出力および安定した性質を確保するのにとても都合がよい。
【００３５】
試験によれば、本発明方法およびシステムは、様々な種類のバイオマス燃料に適用可能であり、また、一体化バイオマスガス化サイクルおよびバイオマス液体燃料の産業に特に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の低温熱分解および高温ガス化によるバイオマスからの合成ガス生成システムの構造図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
低温熱分解および高温ガス化によりバイオマスから合成ガスを生成する方法およびシステムを、添付の図面を使って具体的に説明する。
【００３８】
図１に示すように、低温熱分解および高温ガス化によるバイオマスからの合成ガス生成システムは、ベルトコンベア１と、ホッパ２と、スクリューフィーダ３と、バイオマスの熱分解およびガス化夫々のための熱分解炉５およびガス化炉９と、過熱水を熱分解炉５およびガス化炉９夫々へ供給するための低温プラズマトーチヒータ８および高温プラズマトーチヒータ１０と、貯水槽１７と、水を低温プラズマトーチヒータ８および高温プラズマトーチヒータ１０に供給するための水ポンプ１６と、熱エネルギの総合的な利用のための熱交換器１１と、合成ガスの後の洗浄のための集塵機１２、脱酸塔１３および乾燥機１４を含む。
【００３９】
ベルトコンベア１の出口端は、ホッパ２の入口の上方に配置され、ホッパ２の出口は、スクリューフィーダ３の供給口に連結され、スクリューフィーダ３の排出口は、熱分解炉５の供給口に連結される。
【００４０】
バイオマス処理の第１段階に重要な装置として、熱分解炉５は、空冷式カバーまたは水冷式カバーを備えたケーシングを含み、且つ常圧で断熱される。熱分解炉５の供給口は上側部分または上端に配置される。熱分解炉の内部で、均一なバイオマスの追加および安定した流動場を確保するために、供給口の数は２個または４個である。窒素保護装置４は、熱分解炉５の供給口に連結されることにより、粗合成ガスを空気から効果的に分離する窒素密封層が形成される。熱分解炉５のガス出口は、上側部分または下側部分に配置されると共に、配管を介してガス化炉９のガス入口と連結されることにより、粗合成ガスがガス化炉９へ搬送される。熱分解炉５は、底に配置される灰出口を含み、灰出口の数は１個または２個である。灰出口から排出された灰は、液体状態にある。灰出口は、コークスを含む灰を冷却する灰冷却装置６の灰入口に連結される。灰冷却装置の灰出口は、コークスを灰から分離する灰‐コークス分離装置７の供給口に連結される。好適には、灰‐コークス分離装置７のコークス出口は、コークス搬送装置１９を介して、ガス化炉９のコークス入口と連結されており、手動搬送に比べてエネルギを節約できると共に、ガス化炉９の安定且つ連続した作動が確保される。
【００４１】
バイオマス処理の第２段階に重要な装置として、ガス化炉９もまた、空冷式カバーまたは水冷式カバーを備えたケーシングを含み、且つ常圧で断熱される。ガス化炉９のコークス入口は、上側部分または上端に配置される。ガス化炉９の内部で、均一なコークスの追加および安定した流動場を確保するために、コークス入口の数は、容量に応じて１個または２個である。ガス化炉９の灰出口は底に配置されており、そこから灰が液体状態で排出される。灰出口の数は、容量に応じて、１個または２個である。ガス化炉９のガス出口は、上側部分または下端に配置されると共に、熱交換器１１のガス入口と連結され、熱交換器１１のガス出口は、集塵機１２、脱酸塔１３、および乾燥機１４と直列に連結され、乾燥機１４の出口は、ガス貯蔵所１５と連結される。
【００４２】
熱分解炉５およびガス化炉９に噴霧される過熱水蒸気は、加熱により貯水槽１７の軟水または脱塩水から変換される。貯水槽１７の出口は、水ポンプ１６を介して、熱交換器１１の水入口と連結される。熱交換器１１は通常、廃棄ボイラである。熱交換器１１の蒸気出口は、低温プラズマトーチヒータ８の蒸気入口および高温プラズマトーチヒータ１０の蒸気入口と同時に連結される。低温プラズマトーチヒータ８の蒸気出口は、配管を介して、熱分解炉５の蒸気ノズルと連結される。高温プラズマトーチヒータ１０の蒸気出口は、配管を介して、ガス化炉９の蒸気ノズルと連結される。好適には、熱分解炉５およびガス化炉９に配置される蒸気ノズルは夫々、２〜４個の高さのグループに分けられ、各々の高さの蒸気ノズルは、円周方向に沿って均一に且つ接線方向に配置される。従って、均一且つ安定した蒸気場が維持されると共に、過熱水蒸気および反応物質が十分に接触する。
【００４３】
本システムはまた灰貯蔵所１８を含み、灰‐コークス分離装置７からの固形灰およびガス化炉９からの液体灰は、手動または機械モードで、灰貯蔵所１８へ搬送される。
【００４４】
上記のシステムを使用する低温熱分解および高温ガス化によるバイオマスからの合成ガス生成方法を、以下に説明する。
【００４５】
Ａ）粉砕されたバイオマスは、ベルトコンベア１、ホッパ２およびスクリューフィーダ３を順に介して、熱分解炉５に搬送されると同時に、窒素が窒素保護装置４から、熱分解炉５の供給口に投入される。バイオマスが灰色のわら、例えば枝や根であるとき、バイオマスの粒子寸法は２０ｍｍ×２０ｍｍ以下に制御され、且つ、バイオマスの水分含有量は４０パーセント未満に制御される。バイオマスが黄色のわら、例えば脱穀された穀物の茎、草、とうもろこしの茎である時に、バイオマスの粒子寸法は相対的に大きくてもよい。
【００４６】
Ｂ）脱塩水が貯水槽１７から、水ポンプ１６を介して、熱交換器１１の水入口に排出され、且つ、脱塩水は、熱交換器１１のガス入口からの一次合成ガス投入と熱を交換し、また、顕熱が脱塩水によって抽出され、その間に、０．４〜０．６Ｍｐａの飽和蒸気が生成される。飽和蒸気は、熱交換器１１の蒸気出口から低温プラズマトーチヒータ８および高温プラズマトーチヒータ１０へ排出されると共に、異なる温度の過熱水蒸気に変換される。
【００４７】
Ｃ）低温プラズマトーチヒータ８から生成された低温過熱水蒸気は、５００〜８００℃の温度であり、蒸気ノズルを介して、熱分解炉５に供給される。熱分解炉５の作動パラメータは、温度が５００〜６５０℃であり、圧力が１０５〜１０９ｋＰａである。熱分解炉５への低温過熱水蒸気の供給速度は、３５〜５０ｍ／秒に制御されることにより、バイオマスは低温過熱水蒸気と十分に接触すると共に、粗合成ガスおよびコークスを含む灰に熱分解される。粗合成ガスは、熱分解炉５内に１５〜２０秒間維持され、熱分解炉５からの粗合成ガスの排出速度は、１５〜２０ｍ／秒に制御される。
【００４８】
Ｄ）５００〜６５０℃の温度の粗合成ガスは、熱分解炉５から配管を介してガス化炉９のガス入口へ排出され、且つ、５００〜６５０℃の温度のコークスを含む灰は、熱分解炉５の灰出口から灰冷却装置に搬送され、熱回収後に、コークスを含む灰の温度は１５０℃以下に冷却される。コークスは、灰‐コークス分離装置７によって、灰から分離される。次に、コークスはコークス搬送装置１９を介してガス化炉９のコークス入口に搬送され、且つ、灰‐コークス分離装置７からの灰は灰貯蔵所１８に搬送される。
【００４９】
Ｅ）高温プラズマトーチヒータ１０から生成された高温過熱水蒸気は、１２００〜１６００℃の温度であり、蒸気ノズルを介してガス化炉９に供給される。ガス化炉９の作動パラメータは、温度が１２００〜１４００℃であり、圧力が１０５〜１０９ｋＰａである。ガス化炉９への高温過熱水蒸気の供給速度は３５〜５０ｍ／秒に制御されることにより、粗合成ガスは高温過熱水蒸気と十分に接触して、一次合成ガスにガス化される。一次合成ガスはガス化炉内に１５〜２０秒間維持され、ガス化炉９からの一次合成ガスの排出速度は１５〜２０ｍ／秒に制御される。
【００５０】
Ｆ）１２００〜１４００℃の温度の液状灰は、ガス化炉９の灰出口から排出されると共に、灰貯蔵所１８に搬送されて広範囲に利用される。１２００〜１４００℃の温度の一次合成ガスはガス化炉９から配管を介して熱交換器１１のガス入り口へ搬送される。脱塩水によって２６０〜３２０℃の温度に冷却された後に、一次合成ガスは熱交換器１１のガス出口から集塵機１２に排出される。一次合成ガス中の塵は集塵機１２によって集められ、集塵機１２の出口における一次合成ガスの塵濃度は５０ｍｇ／Ｎｍ３未満である。
【００５１】
Ｇ）除塵後に、一次合成ガスは脱酸塔１３に搬送されて、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣＬ、ＮＨ３およびＨＣＮなどの有害成分が除去される。
【００５２】
Ｈ）脱酸後に、一次合成ガスは乾燥機１４に搬送されて、水分が除去され、クリーンな合成ガスが得られる。クリーンな合成ガスはガス貯蔵タンク１５に搬送されて、後の工業用途のために貯蔵される。
【００５３】
幾度かの試験およびデータ検出を行った後、クリーンな合成ガスの主成分および特性を表１に示す。表１に示すように、本方法により生成されたクリーンな合成ガスは、ＣＯおよびＨ２の合計含有量が９０パーセントであり、Ｈ２／ＣＯの比率が１よりも大きく、合成ガスの発熱量（ＬＨＶ）は１２．５〜１３．４ＭＪ／Ｎｍ３であり、冷却されたガスの効率は約８８パーセントである。従って、合成ガスは多大な商業的利益をもたらし得ると共に、一体化バイオマスガス化サイクルおよびバイオマス液体燃料の産業に特に適用可能である。
【００５４】
【表１】
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【符号の説明】
【００５５】
１    ベルトコンベア
２    ホッパ
３    スクリューフィーダ
４    窒素保護装置
５    熱分解炉
６    灰冷却装置
７    灰‐コークス分離装置
８    低温プラズマトーチヒータ
９    ガス化炉
１０  高温プラズマトーチヒータ
１１  熱交換器
１２  集塵機
１３  脱酸塔
１４  乾燥機
１５  ガス貯蔵所
１６  水ポンプ
１７  貯水槽
１８  灰貯蔵所
１９  コークス搬送装置
【図１】
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