(57)【要約】【課題】種々のバイオマス、廃プラスチック、石炭等を燃料として高い熱量を有する可燃性ガスを生成でき、且つ炉内温度を高く維持して高効率で可燃性ガスを生成できるようにする。【解決手段】流動用ガスによりガス化炉１の内部で流動層５を形成し燃料Ａをガス化して可燃性ガスを生成する流動層ガス化装置であって、ガス化炉１で生成した可燃性ガスと熱交換を行って蒸気を生成するボイラ１２と、ボイラ１２で生成した蒸気によりガス化炉１出口の可燃性ガスの一部を吸引し蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガス２１を流動用ガスとしてガス化炉１に供給するエゼクタ１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動用ガスによりガス化炉の内部で流動層を形成し燃料をガス化して可燃性ガスを生成する流動層ガス化方法であって、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスと水とを熱交換して蒸気を生成し、該蒸気をエゼクタに導いて前記ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引し蒸気と可燃性ガスとの混合ガスを流動用ガスとして前記ガス化炉に供給することを特徴とする流動層ガス化方法。
【請求項２】
前記燃料がバイオマス、廃プラスチック、石炭の少なくとも１つである請求項１記載の流動層ガス化方法。
【請求項３】
前記エゼクタに吸引される可燃性ガス中の煤塵を除去する請求項１又は２記載の流動層ガス化方法。
【請求項４】
流動用ガスによりガス化炉の内部で流動層を形成し燃料をガス化して可燃性ガスを生成する流動層ガス化装置であって、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスと熱交換を行って蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気により前記ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引し蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガスを流動用ガスとして前記ガス化炉に供給するエゼクタと、を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置。
【請求項５】
前記ガス化炉出口に、可燃性ガスに含有する煤塵を除去するセラミックフィルタを備えた請求項４記載の流動層ガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々のバイオマスや廃プラスチック、石炭等を燃料としてガス化することにより可燃性ガスを高効率で生成するようにした流動層ガス化方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ごみ等の各種廃棄物を減容するため、焼却処理、炭化処理、溶融処理等の熱処理を行い、この時に発生する廃熱を利用して蒸気を生成し発電等を行うことが実用化されている。
【０００３】
一方、これとは別に、各種の有機性廃棄物の炭化物を空気と水蒸気の供給により部分酸化または熱分解し、このとき得られた可燃性ガスをガスエンジン、ガスタービン等の内燃機関の燃料として用いることにより発電する方法が提案されている。上記したような熱分解を行うガス化炉では、炭化物を部分燃焼させて、水性ガス化反応［Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2＋ＣＯ］を起させるために水蒸気を供給している。
【０００４】
上記したガス化装置としては特許文献１に示されるものがある。このガス化装置は、乾燥粉砕したバイオマスと、水蒸気および酸素（一般には空気）を含むガス化剤とをガス化炉の内部で反応させてバイオマスから生成ガスを得るようにしたガス化炉を備えており、該ガス化炉の内部下方に、周面に孔を複数形成した円錐状の受部を有すると共に、上端側が受部に連結されて下端側がガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、漏斗の受部の外面側から受部の内面側へ向けて前記ガス化剤と同一組成の流動用ガスを流通させるように前記孔に流動用ガスを送給する供給管を備えて、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させないようにしている。
【特許文献１】特開２００４−９１５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１に示す如く、ガス化炉に水蒸気と空気によるガス化剤を供給してガス化するガス化装置では、ガス化剤に多くの不活性成分（Ｎ2が約７２％）を含有しているために、生成される可燃性ガスの可燃分の濃度が低下して熱量が低くなる問題がある。
【０００６】
また、水蒸気と空気によるガス化剤をガス化炉に供給する場合には、流動媒体を流動化させるのに必要な圧力になるように前記水蒸気及び空気の圧力を高める必要があり、よって加圧のための装置設備が必要となる。又、単に水蒸気と空気を流動用ガスとして供給したのではガス化炉の炉内温度が低下する傾向になり、炉内温度が低下すると水蒸気によるガス化反応に時間が掛るために可燃性ガスを高効率に生産できないという問題がある。又、この生産性の問題を解決するためには、前記水蒸気と空気を高温に加熱して供給することによりガス化炉内部の温度を高く維持することが必要になるが、この場合には水蒸気と空気の夫々を加熱するための装置設備が必要になって装置が大型化する問題がある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、種々のバイオマスや廃プラスチック、石炭等を燃料として高い熱量を有する可燃性ガスを生成でき、且つ炉内温度を高く維持して高効率で可燃性ガスを生成できるようにした流動層ガス化方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、流動用ガスによりガス化炉の内部で流動層を形成し燃料をガス化して可燃性ガスを生成する流動層ガス化方法であって、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスと水とを熱交換して蒸気を生成し、該蒸気をエゼクタに導いて前記ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引し蒸気と可燃性ガスとの混合ガスを流動用ガスとして前記ガス化炉に供給することを特徴とする流動層ガス化方法に係るものである。
【０００９】
前記流動層ガス化方法においては、前記燃料がバイオマス、廃プラスチック、石炭の少なくとも１つであってもよい。
【００１０】
又、前記流動層ガス化方法においては、前記エゼクタに吸引される可燃性ガス中の煤塵を除去することは好ましい。
【００１１】
一方、本発明は、流動用ガスによりガス化炉の内部で流動層を形成し燃料をガス化して可燃性ガスを生成する流動層ガス化装置であって、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスと熱交換を行って蒸気を生成するボイラと、該ボイラで生成した蒸気により前記ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引し蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガスを流動用ガスとして前記ガス化炉に供給するエゼクタと、を備えたことを特徴とする流動層ガス化装置に係るものである。
【００１２】
前記流動層ガス化装置においては、前記ガス化炉出口に、可燃性ガスに含有する煤塵を除去するセラミックフィルタを備えることは好ましい。
【００１３】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１４】
本発明の流動層ガス化方法及び装置では、ガス化炉にガス化用の燃料を供給してガス化を行い、ガス化炉内部で生成した可燃性ガスをボイラに導いて蒸気を生成し、ボイラで生成した蒸気をエゼクタに供給して前記ガス化炉出口の可燃性ガスの一部を吸引する。これにより、エゼクタでは蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガスが生成されることになり、この混合ガスを流動用ガスとしてガス化炉に供給する。
【００１５】
蒸気と可燃性ガスの混合ガスによる流動用ガスによりガス化炉内部に流動層が形成されると、ガス化炉内部における高温蒸気が存在する雰囲気により水性ガス化反応を受けて可燃性ガスを生成する。
【００１６】
このとき、エゼクタでは高温・高圧の蒸気に対して更に高温のガス化炉出口の可燃性ガスが混合されて高温の混合ガスとなり、この高温の混合ガスが流動用ガスとしてガス化炉に循環供給されるので、ガス化炉内部の温度を容易に高温に維持することができ、高温雰囲気ではガス化用の燃料のガス化が促進されるので、短い時間で高効率に可燃性ガスを生成できる。
【００１７】
更に、可燃性ガスの一部を流動用ガスとしてガス化炉に循環供給するので、従来のように流動用ガスとして空気を供給している場合に比して不活性成分の含有を著しく低減することができ、よって可燃性ガスの熱量が大幅に高まる。
【００１８】
又、前記ガス化炉から取り出される可燃性ガス内にはタール分が含まれているが、可燃性ガスの一部をガス化炉に循環供給することによりこのタール分もガス化することができて、生成される可燃性ガスの熱量が更に高まる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１〜５に記載の流動層ガス化方法及び装置によれば、種々のバイオマス、廃プラスチック、石炭等を燃料として可燃性ガスを生成させる際に、ガス化炉内の不活性成分の割合を低下して可燃性ガスの熱量を有意に高めることができ、且つ炉内温度を高く維持して可燃性ガスを高効率で生成できるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中１はガス化炉であり、ガス化炉１の内側下部に設けた散気板２の上側には砂等の流動媒体が装入されており、更に、散気板２の上部にはガス化用の燃料Ａを供給するための燃料供給装置３が設けられている。又、散気板２下部の風箱４には流動用ガスが供給されており、流動用ガスにより前記流動媒体を流動化させて流動層５を形成するようにしている。図中６は、ガス化炉１の起動時に例えば都市ガス、灯油、軽油、重油等の燃料を流動媒体内部に供給して燃焼を行うバーナ、７は起動時に風箱４に流動用ガスとして空気８を供給することにより流動層５を形成するための空気供給管である。尚、図１では散気板２を備えて流動用ガスをガス化炉１内部に散気する場合について例示したが、散気ノズルを備えて散気を行うようにしてもよい。
【００２２】
図１のガス化炉１では、前記散気板２からガス化炉１内部上方に向けて流動用ガスを噴出させると共に、前記燃料供給装置３によりガス化用の燃料Ａをガス化炉１内部に供給して部分燃焼させることにより流動媒体をバブリングさせて流動層５を形成し、これによりガス化炉１内部の散気板２の上部に高温のフリーボード９を形成している。フリーボード９では、後述する蒸気がガス化炉１に供給されることにより、ガス化用の燃料Ａのガス化を行ってＣＯやＨ2等の可燃性ガスを生成するようになっている。
【００２３】
ここで、前記ガス化用の燃料Ａとしては、種々のバイオマス、廃プラスチック、石炭等を用いることができ、バイオマスとしては、建設発生木材、製材工場残材、間伐材、被害木材等の廃棄木材、廃棄紙、稲わら、もみ殻等、菜種、でんぷん系作物等、食品廃棄物、工場排液汚泥、下水汚泥、及び家畜排泄物を含むし尿系汚泥等の有機性廃棄物を利用することができる。
【００２４】
尚、上記において、ガス化炉１に対してガス化用の燃料Ａを供給する燃料供給装置の配置位置は任意に選定することできる。即ち、水分含量が少ない燃料或いは熱量が大きい燃料等は流動層５の内部或いは近傍に供給しても部分燃焼、ガス化が良好に行われるが、前記工場排液汚泥、下水汚泥、家畜排泄物を含むし尿系汚泥等のように特に水分含量が多い（例えば約７０〜８０％）汚泥類については、図１中破線で示すようにガス化炉１の上部に供給装置３ａを設けて上部から供給することが好ましい。このように汚泥類をガス化炉１の上部から供給すると、高温のフリーボード９によって汚泥類の水分の蒸発が促進されて汚泥類が効果的に乾燥されることになるため、部分燃焼、ガス化が行われ易くなる。
【００２５】
前記ガス化炉１のフリーボード９で生成した高温の可燃性ガスは、出口管１０により外部に取り出され、セラミックフィルタ１１に導かれて煤塵が除去された後、ボイラ１２に導かれて水と熱交換することにより高温・高圧の蒸気を生成するようなっている。又、ボイラ１２での熱交換により冷却された可燃性ガスはクーラー１３で更に冷却された後、ガスタービンＧＴ、ガスエンジンＧＥ等の内燃機関に燃料として供給されるようになっている。
【００２６】
前記ボイラ１２で生成した高温・高圧の蒸気は、蒸気管１４を介してエゼクタ１５に供給されており、一方、エゼクタ１５は、前記セラミックフィルタ１１で煤塵を除去した後の可燃性ガスの一部を吸引管１６を介して吸引するようになっている。エゼクタ１５は、その構成の一例を図２に示す如く、テーパ孔１７ａを有するディフューザ１７の一端部の中心に近接したノズル１８を備えていると共に、吸引口１９を備えて前記ノズル１８の外周を包囲する吸引室２０を備えており、前記ノズル１８からディフューザ１７に向けて前記高温・高圧の蒸気を噴出すると、吸引室２０に真空が形成されることによって吸引口１９を介して前記可燃性ガスを吸引するようになっている。
【００２７】
エゼクタ１５は、前記した如く蒸気によって可燃性ガスを吸引しているので、エゼクタ１５からは蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガス２１が吐出されるので、この混合ガス２１を混合ガス管２２により流動用ガスとして前記風箱４に供給するようにしている。尚、図１では空気供給管７と混合ガス管２２を別々に備えた場合を例示したが、空気供給管７と混合ガス管２２を合流して風箱４或いは散気ノズルに接続するようにしてもよい。
【００２８】
又、図１ではガス化炉１の出口管１０にセラミックフィルタ１１を設置した場合を例示したが、エゼクタ１５に可燃性ガスを導く吸引管１６にセラミックフィルタ１１を設置するようにしてもよい。
【００２９】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００３０】
ガス化炉１を起動する際には、空気供給管７により空気８を風箱４に供給して散気板２から上部に空気（流動用ガス）を噴出すると共に、バーナ６により都市ガス、灯油、軽油、重油等の起動用の燃料を供給して燃焼させて流動媒体をバブリングさせることにより流動層５を形成し、これによりガス化炉１内部を昇温させる。ガス化炉１の内部温度が所定の高温（例えば７００〜９００℃）に達すると、燃料供給装置３によりガス化用の燃料Ａを供給し、一方、バーナ６による燃料の供給は減少させて停止させる。
【００３１】
ガス化炉１内に供給されたガス化用の燃料Ａは流動層５の高温の流動媒体に混合して流動し、一部は燃焼して高温を維持するために作用し、他は水性ガス化反応を受けて可燃性ガスとなる。このとき、ガス化炉１に供給するガス化用の燃料Ａは、バイオマス、廃プラスチック、石炭の１つであってもよく、又はその複数を同時に供給するようにしてもよい。又、このとき汚泥類の燃料についてはガス化炉１上部の供給装置３ａから供給することが好ましい。
【００３２】
前記ガス化炉１の内部で生成した可燃性ガスは、フリーボード９の上部から出口管１０にて外部に導出され、セラミックフィルタ１１により煤塵が除去された後、ボイラ１２に導かれてその熱（例えば７００〜９００℃）により水を加熱して高温・高圧の蒸気を生成させる。一方、ボイラ１２で熱交換により冷却された可燃性ガスはクーラー１３で更に冷却された後、ガスタービンＧＴ、ガスエンジンＧＥ等の内燃機関に燃料として供給される。
【００３３】
前記ボイラ１２で生成した高温・高圧の蒸気は、エゼクタ１５に供給される。エゼクタ１５は、前記蒸気の作用によって、セラミックフィルタ１１で煤塵を除去した後の可燃性ガスの一部を吸引管１６を介して吸引し、これによりエゼクタ１５からは蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガス２１が吐出され、この混合ガス２１が混合ガス管２２により流動用ガスとして前記風箱４に供給される。
【００３４】
前記ボイラ１２では、例えば７００〜９００℃のような高温の可燃性ガスと水を熱交換するので、高温・高圧の蒸気を容易に得ることができ、よって高圧の蒸気を導入するエゼクタ１５では前記ガス化炉１出口の可燃性ガスを安定して吸引することができると共に、エゼクタ１５から吐出される混合ガス２１の圧力も高く維持できる。従って、混合ガス２１により流動媒体を容易に流動化させて流動層５を形成することができる。上記したように、風箱４に混合ガス２１が供給されて流動層が安定して形成されるようになると、前記起動時に風箱４に供給していた空気８の供給は停止される。
【００３５】
前記エゼクタ１５に、７００〜９００℃の高温でしかも煤塵を含んだ可燃性ガスが供給された場合にはその過酷な条件によって短時間でエゼクタ１５が摩耗してしまう虞れがあるが、前記したようにエゼクタ１５に吸引される可燃性ガス中の煤塵をセラミックフィルタ１１で除去するようにしているので、エゼクタ１５の摩耗を低減してエゼクタ１５の寿命を延長することができる。又、図１に示す如くガス化炉１出口にセラミックフィルタ１１を備えた場合には、ボイラ１２における煤塵の堆積も減少できるのでボイラ１２の熱交換効率も高めることができる。
【００３６】
前記したように、蒸気と可燃性ガスが混合した混合ガス２１を流動用ガスとしてガス化炉１に供給して流動層５を形成すると、ガス化炉１内部における高温で蒸気が存在した雰囲気によってガス化用の燃料Ａは水性ガス化反応を受けて可燃性ガスを生成する。
【００３７】
このとき、エゼクタ１５では高温・高圧の蒸気に対して更に高温のガス化炉１出口の可燃性ガスが混合され、この高温の混合ガス２１が流動用ガスとしてガス化炉１に循環供給されるので、ガス化炉１内部は容易に高温を維持できるようになり、よってガス化用の燃料Ａはガス化が促進されて短い時間で高効率に可燃性ガスを生成するようになる。
【００３８】
更に、可燃性ガスの一部を流動用ガスとしてガス化炉１に循環供給しているので、従来のように流動用ガスとして空気を供給している場合に比して、不活性成分（Ｎ2）の含有を著しく低減することができ、よって生成される可燃性ガスのＣＯやＨ2の成分の割合が高められて（ＣＯ、Ｈ2リッチとなって）、熱量の高い可燃性ガスが生成できる。
【００３９】
更に又、前記ガス化炉１から取り出される可燃性ガス内にはタール分が含まれているが、可燃性ガスの一部を流動用ガスとしてガス化炉１に循環供給しているので、前記タール分もガス化されることによって可燃分の濃度が高められることになり、よって可燃性ガスの熱量が更に高められるようになる。
【００４０】
又、前記したようにガス化用の燃料Ａの供給によってガス化炉１内部の高温が維持されるようになると、バーナ６による都市ガス、灯油、重油等の助燃が不要になるので、バイオマスや廃プラスチック等の廃棄物の処理と可燃性ガスの生成とを低い運転経費用で達成することができる。
【００４１】
尚、本発明の流動層ガス化方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施する形態の一例としての流動層ガス化装置の全体概要構成図である。
【図２】エゼクタの一例を示す切断側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ガス化炉
３  燃料供給装置
３ａ        供給装置
５  流動層
１０  出口管
１１  セラミックフィルタ
１２  ボイラ
１４  蒸気管
１５  エゼクタ
１６  吸引管
２１  混合ガス（流動用ガス）
２２  混合ガス管
Ａ    ガス化用の燃料
【図１】
2006131820.tif 000003
【図２】
2006131820.tif 000004