(57)【要約】  【課題】含水有機物から効率的に外部利用可能な燃料ガスを多量に得るガス化装置を提供する。  【解決手段】有機物原料を順次加熱循環させる第一の加熱容器１０３と第二の加熱容器１０４とが、供給口を挟んで設けられ、前記第二の加熱容器１０４に排気口１０８、第一の加熱容器１０４の揮発物質発生源より上流に空気導入管が設置された構造であるので、原料の残留炭素を燃焼させて熱源として利用でき、揮発物質を改質、ガス化できるので、外部利用が容易なガスを効率的にかつ多量に得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を加熱する第一の加熱容器と、前記第一の加熱容器内に原料を供給する原料供給手段と、前記第一の加熱容器内で前記原料を加熱することにより発生する加熱物をさらに加熱する第二の加熱容器と、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器を連通する連通手段と、前記第二の加熱容器側に設けられ、かつ前記連通手段の端部開口と所定距離を介して前記第二の加熱容器内で開口した排気手段と、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器を連通する連通経路であって、一端が前記第二の加熱容器内において前記連通手段の端部開口と所定距離を介して開口し、他端が前記第一の加熱容器内において前記原料の少なくとも一部に埋没する位置に開口した残留物移送経路と、前記第一の加熱容器内において前記第一の加熱容器の内部にある原料の少なくとも一部に埋没し、かつ前記残留物移送経路の開口より離れた位置に開口する空気導入手段を備えたガス化装置。
【請求項２】
前記第一の加熱容器内部と前記第二の加熱容器内部を連通する連通手段を、一端開口が前記第一の加熱容器内において前記原料供給手段と前記残留物移送経路開口部の間にある前記原料の少なくとも一部に埋没し、他端開口が前記第二の加熱容器内において前記第二の加熱容器の内部にある加熱物の少なくとも一部に埋没するドラフトチューブを備えた請求項１に記載のガス化装置。
【請求項３】
前記原料供給手段の開口を、前記第一の加熱容器の上方に位置した請求項１または２に記載のガス化装置。
【請求項４】
前記第一の加熱容器を、前記第二の加熱容器の下方に位置させた請求項１から３のいずれか一項に記載のガス化装置。
【請求項５】
前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を、前記連通手段を介して隣接させた請求項１から４のいずれか一項に記載のガス化装置。
【請求項６】
前記第二の加熱容器の内部において前記排気手段側にある加熱物の温度を常温から６００℃の範囲に設定した請求項１から５のいずれか一項に記載のガス化装置。
【請求項７】
少なくとも前記第一の加熱容器内部と前記第二の加熱容器内部に、前記原料の加熱により発生する物質の一部を捕捉し、かつ前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を循環する捕捉材を設けた請求項１から６のいずれか一項に記載のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス等の有機物を効率的にガス化するためのガス化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭やバイオマス等の有機物を利用価値の高いガス、液体および固体に転換できる新利用技術として急速熱分解法が開発されており、石炭を例に説明すると、６００〜１０００℃の無酸化雰囲気で前記石炭を熱分解した場合、炭化水素、一酸化炭素、水素等からなる可燃性ガス、化学原料となるタールおよびチャーを生成することが知られている。これら熱分解生成物のうちのチャーをサイクロン等で高温可燃ガスから分離した後に、リサイクルしてガス化炉内で酸素およびスチームによりガス化し、その高温ガス中に石炭を吹き込み熱分解する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、サイクロン通過後の高温可燃性ガス中には、タール蒸気、残チャーやフライアッシュ等の固形粉が存在するが、ベンチュリースクラバーのようなオリフィスおよび水スプレー徐塵により、固形粉と一部凝縮されたタールの混合物が回収される。さらに、残ったタール蒸気は、水スプレーによる直接冷却または水冷管や水冷壁による間接冷却により凝縮され、沸点が数十℃から３００℃超の液体混合物として回収されることも知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００４】
このように、急速熱分解における生成物のうち、固体成分のチャーをサイクロン等で分離し、ガス化炉へリサイクルしてガス化し、石炭熱分解反応の熱源とする方法は、熱分解生成物を効率的に活用することにより、高い熱効率が得られる。しかし、通常、熱分解石炭の４０〜６０％はチャーとなるが、ガス化に必要なチャーの量は生成チャーの一部に過ぎず、残りは別の用途、例えば固体燃料等に活用される。
【０００５】
一方、前記チャーを分離した後のガス中には、タール蒸気およびサイクロンで未回収の微細なチャー、フライアッシュ等の固形粉が含まれており、ベンチュリースクラバー等により固形粉と一部凝縮されたタールとの混合物、即ちタールスラッジが回収される。この混合物は、可燃成分が高いために燃料として利用可能であるが、アッシュ成分が高いために、アッシュの処理が必要になること、および重質タールとの混合物であるために固化しやすく保存やハンドリングが難しいこと等の課題があり、これらは従来、産廃処理用燃料等の付加価値の低い利用先に限定されていた。また、ベンチュリースクラバー後に回収されたタールは、酸素含有量が多い若い石炭を急速熱分解する場合においては、石炭中の高分子物質の解離が十分に進まないために複雑な高沸点成分の割合が多く、しかも微細な固形分も混入するものである。そのために、従来、タール混合物から有効成分を蒸留により分離した残りは、化学原料とはなりえず、前述と同様な利用先に限定されていた。
【０００６】
このように、従来の方法は、熱分解生成物を必ずしも有効に活用されていないところがあり、この点から最近では、石炭の急速熱分解において生成したチャー、スラッジおよびタールの蒸留残さを効率的に利用するための方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。しかし、廃棄物系のバイオマスを原料とし、原料となるバイオマスの発生元でガスを発電用燃料として利用する分散型のガス化発電用のガス化方法としては、精製されたタールやチャーではなく、外部利用可能なガスとして排出することが求められ、このような場合、生成ガスを凝縮して得られるタールや固形粉のように、一度エネルギーが与えられ、低分子化された炭化水素を含んでいる物質は、外部利用可能なガスとしてガス化するのには一度エネルギーが与えられていることから、さらにガスまで低分子化するには低エネルギーでよく、利用可能な排出ガスを得る場合には必ずしも効率的ではない。
【０００７】
つまり、ガス化に適した物質をガス化し、熱源として燃焼用に適した物質を燃焼することで高効率に利用可能な排出ガスを得ることが求められており、その方法として、石炭のガス化による水素製造を目的として「新エネルギー産業技術総合開発機構」（略称ＮＥＤＯ）で開発しつつある微粉炭気流搬送一室二段旋回流方式のＨＹＣＯＬプロセスがある。しかし、このプロセスは、１５００〜１８００℃という高温で、１０〜３０気圧という高圧下で操作されるため、長期間にわたる連続運転での安全性を考えると解決すべき多くの問題点があり、実用化は極めて困難であることが予測される。
【０００８】
そこで、本発明者らは、比較的低温（７５０〜８００℃）でしかも常圧下で長期間安定に操業でき、炭素変換率１００％（すなわち、出口ガスは主に水素と一酸化炭素とからなりこれに少量の水、二酸化炭素が含まれている反応生成ガスのみである）を達成することを目的とし、さらには出口ガスとして水素と一酸化炭素からなる反応生成ガスのみを得ることを目的として研究を推進した結果、石炭を熱分解してタール等と分離されたチャーをガス化原料とし、かつ熱供給媒体として蓄熱性のセラミック粒子を使用したドラフトチューブ付噴流層型ガス化装置を開発し、先に特許文献６として特許出願を行った。
【０００９】
しかしながら、かかるガス化装置においては、石炭からチャーを分離するためのチャー化室を必要とするため、装置が大型化し、コストが高くなるという問題があり、かつチャー化のために多くの熱量を必要とする上に、生成したタールの処理や利用に問題を残していた。
【００１０】
この問題を解決するための最近の発明として、安全に長期間連続運転でき、炭素転化率１００％を維持することを目的とした実用的価値の高いガス化装置として石炭に特化した発明が開示されている（例えば、特許文献７参照）。
【００１１】
図２は、石炭に特化した従来のガス化装置の一実施例における概略断面を示す模式図である。
【００１２】
図２において、１は円筒状のガス化炉であり、その中心部にはドラフトチューブ２が収容されている。ガス化炉１の上部には石炭供給口３が設けられている。この石炭供給口３は、上部に位置するホッパー４の出口部に設けられたロータリーバルブの回転数を電動モーター５で制御して、所定量の石炭粒子６がガス化炉１内に供給されるようにしている。前記ガス化炉１の底部には燃料ガス供給口７が設けられ、ＬＰＧと空気の混合ガスが供給される。なお、ＬＰＧに代えてＬＮＧまたは生成ガスの一部を、また空気に代えて酸素を使用してもよい。前記ガス化炉１の下部周面には、保温を目的としてジャケットヒータ８が付設されている。さらに、ガス化炉１の底部にはスチーム供給口９が、また前記ガス化炉１の側部には、生成ガスを排出するための生成ガス排出口１０がそれぞれ設けられている。
【００１３】
前記ガス化炉１の内底部には、石炭粒子６が燃料ガス供給口７に向かって落下・堆積するように傾斜面１１が設けられ、この傾斜面１１上に堆積層１２が形成される。かかる傾斜面１１には、多数のスチーム通過孔が同心円状に複数列にわたって並設されており、ガス化炉１の底部のスチーム供給口９から供給されたスチームが均一に堆積層１２内の石炭粒子６と反応できるように構成されている。また、前記傾斜面１１は、メッシュ状の部材で構成してもよいものである。前記傾斜面１１は、円筒形のガス化炉１の内底部に逆円錐形で上面が曲面となった傾斜板を設置することによって構成される。ただし、ガス化炉１が四角形断面の角筒形である場合には、上面が平坦な傾斜板を使用することになる。
【００１４】
前記ガス化炉１内には、熱供給媒体としての蓄熱性固体粒子１３が収容され、この蓄熱性固体粒子１３は、炉内底部の堆積層１２で石炭粒子６と混合状態にある。かかる蓄熱性固体粒子１３は、燃料ガスと共にドラフトチューブ２内を吹き上げられ、その過程で燃料ガス１３から熱を受けて蓄熱し、ガス化炉１内に返送されて、ドラフトチューブ２と共に石炭粒子６を加熱し、ガス化反応させるように循環使用される。かかる蓄熱性固体粒子１３としては、例えば鉄などの金属粒子や、ジルコニアなどのセラミック粒子があげられ、平均粒径は約１００〜２０００μｍ（好ましくは５００μｍ程度）で、密度は１〜１０ｇ／ｃｍ３（好ましくは４．９ｇ／ｃｍ３  程度）である。なお、セラミック粒子等を使用する場合、ガス化の触媒作用も期待できる。このセラミック粒子の使用に際しては、セラミック粒子をそのまま使用することもできるが、セラミック粒子による被毒のためにガス化反応が阻害されるおそれがあるため、炭酸リチウムなどの触媒種でセラミック粒子の表面を被覆しておくのが好ましい。
【００１５】
前記ガス化炉１内のドラフトチューブ２は、その下端開口部２ａが燃料ガス供給口７の上方に位置するようにガス化炉１内に延設されている。前記ドラフトチューブ２の上端は、ガス化炉１の上部を通って第１のサイクロン１４に接続される。この第１のサイクロン１４では、廃ガスと蓄熱性固体粒子１３とが分離される。分離された蓄熱性固体粒子１３は、返送パイプ１５を経てガス化炉１内に返送され、循環使用される。
【００１６】
一方、廃ガスは、第１のサイクロン１４から第２のサイクロン１６に送られ、ここで灰分（石炭灰）を回収する。廃ガスは廃ガス排出口１７から排出される。なお、前記ドラフトチューブ２は、内部を高温の高速気固混相流が上昇するため、ニッケル合金などのアルカリ金属耐性材料で製作するのが長時間連続運転するうえで好ましい。また、この実施例では、ドラフトチューブ２の下端部と燃料ガス供給口７との間隙を調整可能とすることにより、蓄熱性固体粒子１３の循環速度を制御している。
【００１７】
次に、図２に示すガス化装置の動作について説明する。使用する原料石炭としては、例えば亜歴青炭が好適に使用されるが、これに限定されるものではなく、低揮発分炭から高揮発分炭までの種々の品質のものが使用可能である。また、石炭粒子６は平均粒径が約１００μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは約１〜２ｍｍであればよく、またこれに微粉炭が混入していても構わない。また、石炭粒子６は、あらかじめ触媒を担持させておくのが好ましい。前記触媒としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩もしくは塩化物、アルカリ土類金属の炭酸塩もしくは塩化物、並びに遷移金属の塩化物など、公知のものがいずれも使用可能であり、とくに炭酸カリウムを使用するのが好ましい。触媒の担持は、触媒水溶液を石炭粒子に含浸させ、乾燥させる方法や石炭粒子と触媒粉末とを混合する方法などで行う。また、触媒担持量（混合比率）は、石炭粒子１ｋｇ当たり０．１〜２．０モルであるのが好ましい。
【００１８】
まず、石炭粒子６をガス化炉１内に供給し、燃料ガス供給口７およびスチーム供給口９からそれぞれ燃料ガスおよびスチームをガス化炉１内に供給する。燃料ガスおよびスチームは、通常７００〜１０００℃、特に８００〜９００℃の温度で供給される。また、燃料ガスの供給速度はドラフトチューブ２内を通って蓄熱性固体粒子１３を第１のサイクロン１４にまで吹き上げることができるように調整される。スチームの供給速度は、ガス化反応が充分に行われるように調整される。
【００１９】
ガス化炉１内に供給された石炭粒子６は蓄熱性固体粒子１３と共に、ガス化炉１内の底部に堆積し、スチームと接触し、ガス化が行われ、水素、一酸化炭素を主体とする生成ガスを発生する。発生したガスは生成ガス排出口１０から排出される。反応中、ガス化炉１内は７００〜８５０℃の範囲に保持される。
【００２０】
一方、残渣は、燃料ガスおよび蓄熱性固体粒子１３と共にドラフトチューブ２内を上昇し、この間に燃焼が行われ、蓄熱性固体粒子１３に蓄熱される。蓄熱された蓄熱性固体粒子１３は、第１のサイクロン１４で廃ガスと分離され、返送パイプ１５を経てガス化炉１内に返送される。第１のサイクロン１４で分離された灰分は、第２のサイクロン１６にて廃ガスから分離され、回収される。この灰分（石炭灰）はカリ肥料として使用可能である。
【特許文献１】特開平４−１２２８９７号公報
【特許文献２】特開平７−８２５６４号公報
【特許文献３】特開平７−８２５６５号公報
【特許文献４】特開平７−２６８３５５号公報
【特許文献５】特開２０００−２３９６７１号公報
【特許文献６】特開平２−２８６７８８号公報
【特許文献７】特開平７−２０７２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記従来の装置では、生成ガスはそのまま生成ガス排出口１０から外部へ排出されるため、廃棄物系のバイオマスを原料とした場合等のようにタールが多量に発生する場合では、水素や一酸化炭素と共にタールが排出される可能性がある。
【００２２】
また、熱源としてはドラフトチューブ２を上昇する蓄熱性固体粒子１３により行われるが、熱を与えられた蓄熱性固体粒子１３はサイクロン１４、返送パイプ１５を経てガス化炉１に戻り、石炭粒子６に熱を与える。したがって、蓄熱性固体粒子１３は蓄熱してから石炭粒子６に熱を与えるまでのサイクロン１４及び返送パイプ１５において断熱を強固に行ったとしても外部設置されている関係上、少なからずとも一部が放熱してしまい、効率が低下する。
【００２３】
さらに、石炭等に比べて含水率の高いバイオマスなどを原料としてガス化する場合に、原料の乾燥に伴う水分蒸発にエネルギーを要するが、この水蒸気は生成ガスと共に外部に排出されてしまう。
【００２４】
このようなことから、タール発生の多いバイオマスなどから、水素等の外部利用可能なガスを多量に得るため、先にエネルギーを加えられて低分子化しているタールをガスに転換することで効率よく多量の利用可能なガスを得ることが望まれている。
【００２５】
また、熱源の生成は、熱を必要とする部分に近い所で生成し利用すると共に放熱、熱を搬送する場合に生じる放熱によるロスを低減し、効率を向上することが必要となる。
【００２６】
さらに、バイオマスなどのようにガス化するサンプル自身に水分を有している場合に、ガス化温度に至るまでの乾燥時に発生する水蒸気を有効的に利用することで、高含水有機物でも効率良くガス化して利用可能なガスを得ることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記従来の課題を解決するべく、本発明のガス化装置は、供給された原料を加熱する第一の加熱容器と、前記第一の加熱容器での原料の加熱により発生した加熱物をさらに加熱する第二の加熱容器と、前記第一の加熱容器内部と第二の加熱容器内部を連通する連通手段と、前記第一の加熱容器内部と第二の加熱容器内部を連通する残留物移送手段の一端を、前記第一の加熱容器内部にある原料の少なくとも一部に埋没させ、また前記残留物移送手段の他端を、前記第二の加熱容器内部に開口し、さらに、前記第一の加熱容器の内部にある原料の少なくとも一部に埋没した空気導入手段を備えたものである。
【００２８】
したがって、前記原料を加熱した場合に発生するタールや水蒸気を含むガスは、原料を加熱した場合に残留する加熱物を通過させて加熱することにより、残留物に捕捉されたタールが改質され、また、残留物に残留している炭化水素が低分子化されてガス化し、さらに、炭素分と水性ガス化反応により水素等を生成するため、タール発生が多い原料においても利用可能な発生ガスを効率的に多量に得ることができる。また、熱源は、加熱する原料や加熱物の上流側に位置するため、効率的な熱利用が行える。
【００２９】
また、本発明は、少なくとも前記第一の加熱容器内部と前記第二の加熱容器内部に、前記原料の加熱により発生する物質の一部を捕捉し、かつ前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を循環する捕捉材を設けたもので、タールなどの物質は、前記捕捉材にて捕捉するため、より外部への排出量が低減され、外部排出ガスを燃料等として利用する場合に、取扱いが容易なガスが得られる。また、前記捕捉材が蓄熱媒体の作用を果たし、前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器の熱を循環利用できるので、効率が向上する。さらに、前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器との加熱物の移動において、該加熱物の形状および寸法が個々に異なっていた場合でも前記捕捉材の循環移動に運ばれて移動できるので、移動が容易となり、その移動のための構成も簡素化できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、上記特許文献７に開示される構成と比較した場合、発生ガスは原料を加熱した場合に残留する残留物を通過するため、発生ガスに含まれるタールは残留物に捕捉され、そして、捕捉されたタールは加熱によりガス化されるため、タールの外部排出を抑制し、発生ガス量を増加させることができる。
【００３１】
また、熱源は、原料を加熱する部分の上流側や内部で行うため、熱の移動に逆らうことなく熱利用を行うので放熱を極力抑制することができる。
【００３２】
さらに、前記原料から蒸発した水蒸気は、前記原料を加熱した場合に残留する残留物に流通することから、残留物の炭素分や捕捉されたタールの改質や水性ガス化のガス化剤として利用でき、その結果、原料乾燥時のエネルギーの無駄が軽減されると共に外部からの水分供給量が低減でき、効率的、かつ経済的である。
【００３３】
以上のように、本発明によれば、効率良く多量の利用可能なガスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
請求項１に記載の発明は、原料を加熱する第一の加熱容器と、前記第一の加熱容器内に原料を供給する原料供給手段と、前記第一の加熱容器内で前記原料を加熱することにより発生する加熱物をさらに加熱する第二の加熱容器と、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器を連通する連通手段と、前記第二の加熱容器側に設けられ、かつ前記連通手段の端部開口と所定距離を介して前記第二の加熱容器内で開口した排気手段と、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器を連通する連通経路であって、一端が前記第二の加熱容器内において前記連通手段の端部開口と所定距離を介して開口し、他端が前記前記第一の加熱容器内において前記原料の少なくとも一部に埋没する位置に開口した残留物移送経路と、前記第一の加熱容器内において前記第一の加熱容器の内部にある原料の少なくとも一部に埋没し、かつ前記残留物移送経路の開口より離れた位置に開口する空気導入手段を備えたガス化装置である。
【００３５】
かかる構成により、原料を加熱した場合に発生するタールや水蒸気を含むガスは、前記原料を加熱した場合に残留する加熱物を通過させて加熱することで、残留物に捕捉されたタールが改質され、また、前記残留物に残留している炭化水素が低分子化されてガス化し、さらに、炭素分との水性ガス化反応により水素等を生成するので、タール発生が多い原料においても利用可能な発生ガスを効率的に、かつ多量に得ることができ、さらに、熱源は加熱する原料や加熱物の上流側となり、効率的な熱利用が行える。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明は、前記第一の加熱容器内部と前記第二の加熱容器内部を連通する連通手段を、一端開口が前記第一の加熱容器内において前記原料供給手段と前記残留物移送経路開口部の間にある前記原料の少なくとも一部に埋没し、他端開口が前記第二の加熱容器内において前記第二の加熱容器の内部にある加熱物の少なくとも一部に埋没するドラフトチューブを備えたガス化装置である。
【００３７】
かかる構成とすることにより、効率的な多量のガス発生が得られることに加えて、熱源にて生成した熱の一部が、前記第二の加熱容器にドラフトチューブを通って伝わるが、このとき、ドラフトチューブから外部へ放熱する熱は、一部が前記第一の加熱容器で利用され、一部は前記第二の加熱容器へ流通する発生ガスに伝熱して、この発生ガスを通じて第二の加熱容器にある加熱物に伝わる。したがって、これらの伝熱作用により、放熱によるロスが低減できる。
【００３８】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記原料供給手段の開口を、前記第一の加熱容器の上方に位置させたものである。
【００３９】
かかる構成とすることにより、効率的な多量のガス発生が得られることに加えて、前記第一の加熱容器に供給された原料は、その重力により第一の加熱容器内へ円滑に投入され、前記原料供給口付近及び前記第一の加熱容器内部における原料の流動不良が低減でき、円滑な原料供給による円滑なガス発生が行えるものである。
【００４０】
また、請求項４に記載の発明は、前記第一の加熱容器を、前記第二の加熱容器の下方に位置させたものである。
【００４１】
かかる構成とすることにより、前記第一の加熱容器内において加熱により発生した高温のガスなどの揮発物質は、円滑に前記第二の加熱容器内へ上昇し通過する。このため、発生ガスを円滑に第二の加熱容器に流通できると共に、前記第一の加熱容器の熱を、前記第二の発生ガスに利用できるので効率の向上がはかれるものである。
【００４２】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を、前記連通手段を介して隣接させたものである。
【００４３】
かかる構成とすることにより、前記第一の加熱容器の熱を第二の加熱容器へ一層効率良く伝えることができ、さらに、前記ガス連通手段や第一の加熱容器、第二の加熱容器内部の熱を外部へ放熱する放熱面積も低減でき、外部への放熱によるロスが低減できるものである。
【００４４】
また、請求項６に記載の発明は、前記第二の加熱容器の内部において前記排気手段側にある加熱物の温度を、常温から６００℃の範囲に設定したものである。
【００４５】
かかることにより、ガス発電機等の内燃機関用燃料として利用困難なタール等の物質を、沸点以下にして凝縮により捕捉できる。これにより、前記タール等の物質の外部への排出量を低減し、外部利用する場合に容易に扱えるガスを外部へ排気できると共に、捕捉したタール等からガスを得る機能を備えた第二の加熱容器は、排出するガス量が増加するものである。
【００４６】
さらに、請求項７に記載の発明は、少なくとも前記第一の加熱容器内部と前記第二の加熱容器内部に、前記原料の加熱により発生する物質の一部を捕捉し、かつ前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を循環する捕捉材を設けたものである。
【００４７】
かかる構成とすることにより、前記原料の加熱により発生する物質の一部を捕捉可能な捕捉材が、前記第一の加熱容器と前記第二の加熱容器を循環することから、よりタール等の物質の捕捉が効果的に行え、より一層外部への排出量が低減できる。その結果、燃料として外部利用する場合に、容易に扱えるガスを外部へ排気できる。また、前記捕捉材が蓄熱媒体となり、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器の熱を循環利用できるので、効率が向上する。さらに、前記第一の加熱容器と第二の加熱容器間における加熱物の移動においても、該加熱物の形状および寸法が個々に異なっていた場合でも捕捉材の循環移動に運ばれて移動できるので、移動が容易かつ円滑となる。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成及び差異がない部分については、詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１におけるガス化装置の概略断面を示す模式図である。
【００５０】
図１において、供給装置１０１は、原料を一時的にストックするホッパー、およびその下方に位置し、定期的に供給・停止動作する供給機構（図示せず）が備えられている。そして、前記供給装置１０１は、原料供給口１０２を通じて第一の加熱容器１０３に原料を定期的に供給する。前記原料供給口１０２は、前記第一の加熱容器１０３における上方の側部にその開口部が位置するように設置されており、さらに、前記第一の加熱容器１０３内の気体が、供給装置１０１を通じてホッパーへ流通しないような手段が講じられている。前記手段としては、一般的な電磁開閉機構で実現できる。
【００５１】
また、前記第一の加熱容器１０３の上方には第二の加熱容器１０４が隣接しており、また前記第一の加熱容器１０３と第二の加熱容器１０４は、本体がそれぞれ円柱状に形成され、特に前記第一の加熱容器１０３と前記第二の加熱容器１０４の連結部は、それぞれ直径を小さくして円錐台形状に形成されている。この円錐台形状によって前記第一の加熱容器１０３内における気体の第二の加熱容器１０４への流入をガイドする構成が得られ、第二の加熱器１０４の加熱作用が効果的に行えるものとなる。
【００５２】
そして、前記第一の加熱容器１０３と第二の加熱容器１０４の接合部には、多孔質板１０５が介在して設置されている。すなわち、前記第一の加熱容器１０３の上面と前記第二の加熱容器１０４の下面は、前記多孔質板１０５により連通し、気体の流通を可能にしている。この多孔質板１０５に代えて後述する捕捉材１１４が通過しない程度のものであれば、金属製不織布等を使用することも可能である。
【００５３】
また、前記第一の加熱容器１０３の底部には、配管構造からなる残留物移送経路１０６の一端が連結されており、前記第一の加熱容器１０３内の下端面で開口している。さらに、前記残留物移送経路１０６は、前記第一の加熱容器１０３の底部から一旦さらに傾斜状態で下方へ延び、そこから１８０度反転して前記第一の加熱容器１０３、第二の加熱容器１０４の脇を上方へ延出し、他端は、前記第二の加熱容器１０４内の上部において開口している。また、前記残留物移送経路１０６における傾斜経路１０６ａには、上方に向かって延出する直前に残留物移送用空気導入管１０７が設置されている。前記残留物移送用空気導入管１０７は、残留物移送経路１０６内に存在する残留物（後述する捕捉材１１４等）を前記第二の加熱容器１０４へ圧送するのに適度な圧力の空気を導入制御するもので、開閉制御弁１０７ａの開閉により、供給・停止が制御される。必要に応じて、前記開閉制御弁１０７ａの開度を段階的あるいは無段階に制御するようにしてもよい。
【００５４】
さらに、前記第一の加熱容器１０３の底部から延出する残留物移送経路１０６からは、斜め下方に分岐する排出配管１０８が設けられている。この排出配管１０８は、前記残留物を排出するもので、周知の機構からなる開閉手段１０８ａの開閉動作によって前記残留物の排出が制御される。
【００５５】
また、前記第一の加熱容器１０３の内部には、円筒状のドラフトチューブ１０９が設けられている。前記ドラフトチューブ１０９は、第一の加熱容器１０３の内部中心に位置し、下端開口１０９ａは開口端に向かうにつれて徐々に広がりをもつ漏斗状に形成され、上端は前記多孔質板１０４を貫いて前記第二の加熱容器１０５内の下方で開口している。
【００５６】
前記第二の加熱容器１０４の上部には、該第二の加熱容器１０４内のガスを排出する排気口１１０が設けられている。この排気口１１０は、前記第二の加熱容器１０４内のガスを発電機等の燃料として排出するもので、その開口位置は、前記第二の加熱容器１０４内における前記残留物移送経路１０６の開口部より上方に位置している。
【００５７】
また、前記第一の加熱容器１０３には、第一の空気導入管１１１が設けられている。前記第一の空気導入管１１１は、その先端開口部が前記ドラフトチューブ１０９の下端開口１０９ａの真下近辺に延出しており、前記ドラフトチューブ１０９内からの捕捉材１１４に捕捉されているタールなどの炭化水素の燃焼を促進するように空気を供給する。したがって、この第一の空気導入管１１１には、導入空気量を調整する流量調整機能付の弁装置１１１ａが設けられている。
【００５８】
同様に、前記第一の加熱容器１０３内には、第二の空気導入管１１２が設けられている。前記第二の空気導入管１１２は、その先端開口部が、前記第一の加熱容器１０３内部の下方で前記ドラフトチューブ１０９の下端開口１０９ａより上方に設けられ、前記第一の加熱容器１０３内にある残留物の燃焼を促進するように空気を供給する。したがって、この第二の空気導入管１１２についても、導入空気量を調整する流量調整機能付の弁装置１１２ａが設けられている。
【００５９】
さらに、前記第一の加熱容器１０３の底面部には、補助熱源供給管１１３が設けられており、この補助熱源供給管１１３の先端開口部は、前記第一の加熱容器１０３内の底部近辺であって、前記残留物移送経路１０６の開口位置より上方で、かつ前記第一の空気導入管１１１の先端開口部より下方に位置している。前記補助熱源供給管１１３は、前記第一の加熱容器１０３の内部へ高温ガスを供給するもので、弁装置１１３ａの開閉動作によって前記高温ガスの供給が制御される。
【００６０】
捕捉材１１４は、前記第一の加熱容器１０３から前記残留物移送経路１０６を通じて前記第二の加熱容器１０４に移動し、この第二の加熱容器１０４から前記ドラフトチューブ１０９を通って第一の加熱容器１０３に戻るように循環するものである。この捕捉材１１４は、例えば、多孔質アルミナを主成分とする粒状物質であり、比較的粒径を同一にし、残留物の成分である原料ガス化残留物、燃焼残留物、灰分より体積の大きいものを使用している。また、この捕捉材１１４は、予め前記第一の加熱容器１０３および第二の加熱容器１０４の内部に所定量充填されており、前記補助熱源供給管１１３の先端開口端はこの捕捉材１１４に埋没し、また前述の如く捕捉材１１４の循環により前記第一の空気導入管１１１の先端開口部、および前記ドラフトチューブ１０９の下端開口１０９ａも前記捕捉材１１４に埋没する量が好ましい。
【００６１】
以上のように構成されたガス化装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００６２】
供給装置１０１に原料が投入されると、供給装置１０１が作動して原料供給口１０２から原料が第一の加熱装置１０３に移送される。これと同時に、弁装置１１３ａが開動作を行い、補助熱源供給管１１３から、都市ガス等を酸化燃焼させた後の８００℃の高温ガスが、前記第一の加熱容器１０３に導入される。
【００６３】
そして、補助熱源供給管１１３から供給された高温ガスの一部は、原料を通過する際に原料を加熱して、原料の加熱に伴い発生する揮発物質と共に、第一の加熱容器１０３の上方へ流通し、多孔質板１０５を通じて第二の加熱容器１０４へ流入する。そして、前記第二の加熱容器１０４内部に供給されている捕捉材１１４を通過するとき、タール等の高分子成分が捕捉材１１４によって捕捉され、その他のガスは排気口１１０を通じて排気され、分散型電源やボイラ等の燃料として利用される。
【００６４】
そして、原料の加熱による揮発物質の発生が低下すると、すなわち、前述の加熱作用が所定時間経過すると、前記弁装置１１３ａを閉動作し、前記補助熱源供給管１１３からの熱源供給を停止すると同時に、開閉制御弁１０７ａを開動作して残留物移送用空気導入管１０７より残留物移送経路１０６内へ空気を導入し、導入した空気を残留物移送経路１０６から第二の加熱容器１０４を通じて排気口１１０へ排出する。このとき、予め第一の加熱容器１０３に投入されていた捕捉材１１４と、第一の加熱容器１０３に残留する加熱終了後の原料の一部が、前記残留物移送経路１０６において導入された空気によって運ばれ、前記第二の加熱容器１０４へ移送される。これは、運転前に前記第二の加熱容器１０４からドラフトチューブ１０９に充填されるよう前記捕捉材１１４を投入するので、前記第一の加熱容器１０３においては、ドラフトチューブ１０９の下に位置する部分だけに捕捉材１１４が存在し、それ以外には投入された原料が存在するため、残留物移送用空気導入管１０７から空気を導入した場合、捕捉材１１４と加熱終了後の原料とが混合状態で移送されることとなる。
【００６５】
そして、前記第一の加熱容器１０３から排出した量に相当する捕捉材１１４が、前記ドラフトチューブ１０９から流入すると共に、ドラフトチューブ１０９には第二の加熱容器１０４からタールを捕捉した捕捉材１１４が移送される。この時点で、前記第一の加熱容器１０３および前記第二の加熱容器１０４には、前記捕捉材１１４と第一の加熱容器１０３で加熱を終了した原料の残留物とが存在している。
【００６６】
そして、前記補助熱源供給管１１３から熱源（ガス）を供給した後、高温となった時点で弁装置１１１ａ、１１２ａをそれぞれ開動作し、第一の空気導入管１１１および第二の空気導入管１１２より空気を流入させ、弁装置１１３ａを閉動作して前記補助熱源供給管１１３からの熱源供給を停止する。その結果、前記第二の空気導入管１１２より流入した空気によって前記残留物は燃焼し、また、第一の空気導入管１１１より流入した空気によってドラフトチューブ１０９内の捕捉材１１４に捕捉されているタールなどの炭化水素が燃焼する。この燃焼途中に、前記供給装置１０１を作動し、再び原料を原料供給口１０２から第一の加熱容器１０３に供給する。
【００６７】
そして、供給された原料は、先に投入された原料の残留物の燃焼熱により、加熱されて水蒸気やタール、水素、炭化水素などの揮発物質を含むガスを発生し、燃焼時に発生するガスと共に、多孔質板１０５、第二の加熱容器１０４に存在する捕捉材１１４および残留物を通過して、排気口１１０から排気され前述と同様に利用される。
【００６８】
また、前記ドラフトチューブ１０９内で燃焼した高温の燃焼ガスは、前記第二の加熱容器１０４に流入し、ここで、内部に存在する捕捉材１１４や残留物を加熱し、自らは低温化する。その結果、前記ドラフトチューブ１０９に近い部分にある捕捉材１１４や残留物は８００℃に加熱され、排気口１１０付近では２００℃程度になり、排気口１１０から排気される。
【００６９】
このとき、前記第二の加熱容器１０４内では、ドラフトチューブ１０９の付近に存在する捕捉材１１４および残留物は、８００℃の温度で前記第一の加熱容器１０３から多孔質板１０５を通じて流入してきた水蒸気により、水性ガス化反応が起こり、残留炭素をガス化すると共に水素を生成する。また、前記排気口１１０付近では、前記第一の加熱容器１０３から多孔質板１０５を通じて流入してきた揮発物質の一部が凝縮を伴い、前記捕捉材１１４および残留物に捕捉され、ある程度浄化されて排気口１１０から排気され、前述と同様に有効利用される。
【００７０】
そして、前記第一の加熱容器１０３に投入された原料の揮発物質の発生が低下すると、前記弁装置１１１ａ、１１２ａをそれぞれ閉動作して前記第一の空気導入管１１１および第二の空気導入管１１２からの空気導入をそれぞれ停止し、再び弁装置１１３ａを開動作して残留物移送用空気導入管１１３から空気を流入させる。
【００７１】
したがって、前記残留物移送用空気導入管１１３からの空気圧により、前記第一の加熱容器１０３の捕捉材１１４と加熱後の原料の残留物が、前記残留物移送経路１０６を通じて第二の加熱容器１０４に移送される。略同時に、前記ドラフトチューブ１０９内の捕捉材１１４は、第一の加熱容器１０３に移動し、第二の加熱容器１０４内にある捕捉材１１４および残留物はドラフトチューブ１０９に移動する。
【００７２】
そして、再び前記補助熱源供給管１１３から熱源を供給して高温化した段階で、前記第一の空気導入管１１１および前記第二の空気導入管１１２の各弁装置１１１ａ、１１２ａを制御し、前記第一の加熱容器１０３内へ空気を供給する。
【００７３】
このように、捕捉材１１４を循環させると共に、原料を前記第一の加熱容器１０３で加熱し、加熱後の残留物の一部を燃焼させて熱源とし、残りを第二の加熱容器１０４で原料から発生する水蒸気を用いてガス化することができる。さらに、原料の加熱に伴い発生するタール等の揮発物質の一部は、前記捕捉材１１４や水性ガス化後の残留物を通過する時に捕捉し、原料から蒸発する水蒸気を利用して水性ガス化や炭化水素の改質を行うことができる。また、ガス化により残留した炭素は、前記捕捉材１１４と共に循環することで、酸素導入に伴う燃焼により、ガスに転換され、その燃焼熱を第一の加熱容器１０３および第二の加熱容器１０４の熱源として利用することになる。
【００７４】
以上のことから、原料の可燃性ガス等の揮発物質を揮発した後の炭素あるいは揮発物質中のタール等をガス化した後の炭素等を、外部から空気（酸素）を導入して第一の加熱容器１０３および第二の加熱容器１０４の下方で燃焼させることで、原料から発生する可燃ガスをほとんど燃焼させることなく第一の加熱容器１０３および第二の加熱容器１０４の加熱熱源として利用することができ、しかも、その利用は、放熱ロスが少なく効率的に熱利用できるものである。また、原料から発生する水蒸気を、炭化水素の水蒸気改質用の水蒸気や原料中の残留炭素との水性ガス化反応用の水蒸気として利用することができるので、バイオマス等の有機物質から燃料電池やガスエンジン発電機等の分散型電源の燃料として利用しやすい水素や炭化水素を高効率で、かつ多量に得ることができる。
【００７５】
なお、本発明の実施の形態では、残留物移送経路１０６を、前記第一の加熱容器１０３の外に設けた構成としたが、ドラフトチューブ１０９と同様に、第一の加熱容器１０３内部に設けても良い。
【００７６】
また、原料を連続的に投入して、捕捉材１１４や原料の加熱残渣やガス化残渣を連続的に循環させても良い。この場合は、原料が第一の加熱容器１０３に投入されてから残留物移送経路１０６に流入するまでの第一の加熱容器１０３内での移動中に、揮発物質がほぼ揮発を終了する移動速度か、または、第二の加熱容器１０４内において、前記第一の加熱容器１０３で加熱終了した残留物が第二の加熱容器１０４に投入されてから、ドラフトチューブ１０９に流入するまでに、ガス化が終了するような移動速度のどちらかの移動速度に合わせることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかるガス化装置は、バイオマスなどの水分を含有している有機物、特に、生ゴミ等の高含水率の有機物から、ガス発電機やボイラ等の燃料となるガスを多量に効率的に得るための方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施の形態１におけるガス化装置の概略断面を示す模式図
【図２】従来例を示すガス化装置の概略断面を示す模式図
【符号の説明】
【００７９】
１０１  供給装置
１０２  原料供給口
１０３  第一の加熱容器
１０４  第二の加熱容器
１０６  残留物移送経路
１０８  排気口
１０９  ドラフトチューブ
１１０  排気口
１１１  第一の空気導入路
１１２  第二の空気導入路
１１３  補助熱源供給管
１１４  捕捉材
【図１】
2006077195.tif 000003
【図２】
2006077195.tif 000004