(57)【要約】【課題】炭化水素系物（木質バイオマス、石炭）を原料として用いるガス化＋発電・熱利用方法であるが、木質バイオマス原料の入荷状況に応じて、石炭の比率を大幅に変更可能にする。【解決手段】ガス化の工程に用いる酸化性ガスとして、アルファ線発生物と接触させた空気を用い、生成したガスの温度を５００〜８００℃の範囲に保つ。ガス化工程で分離された固体分は、酸化カルシウム分を含むものを加えて、溶融・固化する。ガスを燃焼して発電に用いたあとの排ガス中の酸化窒素分を除去するために、アルファー線発生物と接触させた空気を排ガスに添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化の工程に用いる酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させた空気を用い、生成したガスの温度を５００〜８００℃の範囲に保つことを特徴とする、原料として用いる木質バイオマスと石炭の比率の変更が可能なガス化・発電・熱利用の方法。
【請求項２】
請求項１の方法にくわえて、ガス化工程で石炭の使用量に応じて、酸化カルシウム分を含むものを加えることを特徴とする、原料として用いる木質バイオマスと石炭の比率の変更が可能なガス化・発電・熱利用の方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２の方法に加えて、発電に用いた排ガス中に、アルファ線発生物と接触させた空気を添加することで排ガス中の酸化窒素分を除去することを特徴とする、原料として用いる木質バイオマスと石炭の比率の変更が可能なガス化・発電・熱利用の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系物を原料として用いるガス化＋発電・熱利用方法であるが、原料の一部として用いる石炭の比率の変更を可能にするためのものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭を原料とする従来型の発電法は、石炭を燃焼して発生した熱で水を蒸気化し、その水蒸気の力で発電機を回して発電する方法である。この方法では高圧水蒸気と、それが冷えた時の水の圧力差が動力源となるので、発電効率を上げるためには、発電機を通過した後の水蒸気の冷却を行って圧力差を大きくすることが重要であり、大型発電機では規模が大きい冷却源として海水が使われてきた。この方法では排熱が有効利用されているとは言えず、また海水の温度を上げることによる環境への悪影響を生じることもある。
【０００３】
石炭を原料とする発電方法で上記の問題を解決する方法として、石炭を空気などで部分酸化してガス化し、脈石分や硫黄などに起因するものを除去した後、生成ガスを燃焼し発電機を動かして発電し、さらに高温の排熱から熱回収して熱効率を上げる方法が示されている（先行技術文献１）。ただし、この方法では、安定操業のために石炭に含まれる脈石分を溶融して分離するためにガス化の温度が１５００℃前後という高温にすることが必要とされている。したがって、この方法の実用化のためには、その設備費、安定操業性などの点から大型化が前提になり、かつその排熱の熱利用を行えるという設置場所の条件から、適用は限定される。
【０００４】
地球温暖化の抑制という視点からは、木質バイオマスはもともと空気中のＣＯ2を吸収して成長した炭化水素物であるので、それを燃焼しても炭酸ガス発生量にはカウントされないという特典が認められている。そのエネルギー化の方法としては、中温（５００〜８００℃）でのガス化後、燃焼するなどの方法が開発されている（特許文献１など）が、原料となる木質バイオマスが量的に、またコスト的に安定して収集することが保証されない場合が多く、実用化の進展という点では量的に遅々たるものがある。
【０００５】
このように、地域分散型の発電方式としては、原料は、かさ比重の点から経済的な輸送距離が限られる木質バイオマスをフルに利用し、必要により輸送の点から安定供給しやすい石炭を組み合わせられること、さらに、ガス化の条件については、石炭の場合のような高温ではなく、木質の場合の中温に近い条件で操業できることが望ましいと思われるが、それを実用化する方法はこれまでが示されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９６２１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ｗｗｗ．ｎｅｄｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｅｘｔ／ＺＺ＿１００２７２．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
木質バイオマスを原料として用いる時には、ガス化温度として５００〜８００℃で安定操業ができる技術が確立されているが、原料として石炭を配合しようとすれば、ガス化温度の設定、など脈石分の分離とその後処理、排ガスに含まれるおそれがあるＮＯｘ分などへの配慮が必要になる。本発明は、木質バイオマスを用いる場合の設備、操業条件をできるだけ生かしながら、木質バイオマス原料の入荷が十分ではない時期に、搬入された木質バイオマス原料を最大限利用しながら、原料として必要な炭化水素系物として石炭を併用することが可能なガス化＋発電・熱利用方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題を解決するための具体的手段の第１は、原料として用いる炭化水素系物に石炭も加えることもあるガス化＋発電・熱利用方法において、ガス化の工程に用いる酸化性ガスとして、アルファ線発生物と接触させた空気を用い、ガスの温度を５００〜８００℃の範囲に保つことである。
【００１０】
具体的手段の第２は、ガス化工程で石炭の使用量に応じて、酸化カルシウム分を含むものを加えることである。
【００１１】
具体的手段の第３は、原料として石炭を含む炭化水素系物を用いるガス化＋発電・熱利用方法において、発電に用いた排ガス中に、アルファー線発生物と接触させた空気を添加することである。
【発明の効果】
【００１２】
０００９の方法によって、ガス化の工程としては、原料が木質バイオマスのみの場合と同じ温度条件で、原料の１部として石炭を加えた場合にも安定したガス化操業を行える。００１０の方法によって、原料の１部として石炭を加えた場合に石炭に含まれていた硫黄分と脈石分の悪影響を抑制できる。また、００１１の方法によって、排ガス中のＮＯｘの問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のプロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
地球温暖化の進行を抑制するために炭酸ガス発生量を減らすという地球全体の大きな課題に対して、山林に近い地域が貢献できることは、現在の森林の放置により樹木全体として炭酸ガス吸収力が低減している地域の森林資源を伐採して活用して、（１）山林の樹木の若返りによる炭酸ガスの吸収量の増加、（２）伐採した樹木を発電や熱の発生に利用して、エネルギーの自立度を高めることである。しかし、日本では、木質バイオマスを利用した発電や熱利用の普及が進んでいないのが現状である。その理由は、山林の樹木を年間を通して安定して伐採・搬出するためのインフラ整備、労働力の確保などが進んでいない。木質バイオマスはそのかさ比重が小さいことから長距離輸送が経済的には行いにくいため、原料の安定確保に不安があり、経済性を確保できる規模での発電・熱利用の設備の建設が進んでいない。本発明は、この問題を克服するために、（ａ）発電に伴い副生する熱は想定する地域の需要量に近いものとすることによって設備規模を考え、（ｂ）原料をガス化するための設備は、木質バイオマスを原料とするに適したものとし、（ｃ）原料としては、木質バイオマスは年間を通して利用可能なものを用い、量的、時期的に、木質バイオマスでは原料が不足する時期は、地域外から搬入することが行いやすい石炭を必要量、併用できるものにすることを目標にしている。
【００１５】
原料のうち、木質バイオマスは、原料置き場に運びこまれたものをチップ化して、ガス化装置に供給する。石炭は、木質バイオマス原料の供給状況を見て購入量を決め、原料置き場に運びこまれたものを、必要量を見ながら、５ｍｍ以下の粉砕したものをガス化装置に供給する。
【００１６】
本発明の技術課題の第１は、木質バイオマスのガス化に適した温度；５００〜８００℃で、石炭のガス化をいかにして安定して進めるかということである。本発明では、これをガス化の工程に用いる酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させた空気を用いることで可能にする。ガス化に用いる空気を活性化することによって、ガス化の工程でＣＯ，Ｈ2化を促進して、沸点の低い炭化水素（ＣｍＨｎにおいて、ｍが３以上のもの）の生成を抑制することである。そのために、酸化に用いる空気をアルファー線の照射によって活性化してからガス化装置に供給するである。このトリウムを含む成形体は次のように作られる。放射性物質は酸化トリウムを主とし、ラジウム、トリウム、アクチニウムなど酸化トリウム以外の放射性物資の含有量の合計がトリウムに対して１％以下にする。これはアルファー線以外の放射線である透過性の大きいベータ線やガンマ線の発生を抑制するためである。これを用いた成形物を作る第１の方法は、ステンレス鋼製などの金網の表面に、酸化トリウムの粉末にシリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００℃以上、１０００℃以下に加熱保持して、酸化トリウムと無機溶剤の混合物を焼結させ、ステンレス網製の網の表面に固定することである。この場合に、成形物全体の平均組成としてトリウム分が０．２〜５％の範囲、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にする。これによってアルファー線照射量が一定量以上（例えば、アルファー線用シンチレーション計数装置（Ａｌｏｋａ  ＴＤＳ−４５１型）により網より５ｍｍの距離での正味計数率が、９０〜１２０ｃｐｍ）であるが、一方、ベータ線、ガンマ線はバックグランドより、１５％以上多くならないようにすることができる。例えばベータ線、ガンマ線用シンチレーション式サーベイメータ（Ａｌｏｋａ  ＴＣＳ−１６１型）による測定値が０．０７±０．０１μ  Ｓｖ／ｈ以下；比較；自然計数率は０．０６±０．０１μＳｖ／ｈ）。トリウムを含む成形物を作る第２の方法は、シリカ、酸化カルシウム、酸化アルミニウムなどを含む無機質粉末を直径２〜５ｍｍの粒状体に成形して、その表面に酸化トリウムの粉末に、シリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００℃以上、１０００℃以下に加熱保持して焼結させた粒状物をステンレス鋼製金網で挟んで粒状体の中心間の距離が２０〜５０ｍｍになるように固定したものとすることである。第１の方法で述べたのと同じくこの場合も成形物全体の平均組成としてトリウムを０．２〜５重量％、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にすることもよって、アルファ線照射量確保と、ベータ線、ガンマ線の発生の抑制を両立させることができる。トリウムを含む成物をこのように作ることによって、流体との接触をスムースに行わせ、かつ、トリウム含有物の飛散を防止することができる。この金網を処理しようとするガス流れる場に置くことによって、ガス体にアルファー線照射を行って、イオン化などの活性化処理を行うことができる。また、この金網の枚数を増やすことによって、ガス体に与えるアルファー線照射量を増やすことができる。
【００１７】
上記のアルファー線を発生する成型物を、ガス化炉に供給する空気などのガス流と接触
させるには（１）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（２）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（３）成型物を波状の板金属板の上に固定する、（４）成型物を波状のメッシュ状の金属の表面に固定するなどの方法を取ることができる。
【００１８】
原料として木質バイオマスだけを用いた場合に比べて、石炭に置き換えていった場合には、ガス化した時に脈石分が石炭の場合には多くなる。本発明では、この脈石分をガス化の過程で溶融して分離する方法ではなく、木質バイオマスを原料とする時と同じく固体と分離する。このガス中にＣａＯを吹き込んで、石炭に起因する硫黄分の１部をＣａＳとして捕捉する。そして脈石分とともにカルシウム化合物もガス化ガスら分離し、廃棄物として、あるいは、別途、加熱して溶融・固化したものとして廃棄あるいは有効利用する。
【００１９】
ガス化されたガスは、燃焼して例えばガス・タービン法で発電を行い、その工程を通過した後の排ガスは、間接的に水と熱交換して、得られた熱水をパイプを通して地域の熱需要地に送って、水を循環利用する。なお、最終的に大気中に放散する排ガス中のＮＯｘ量を減らすためには、ガス・タービン法で発電を行った後のガスに、排ガス量の３〜１５％の空気を００１６で述べたのと同じ方法でアルファ線発生物と接触させて吹き込むことにと、排ガス中のＮＯXなどの不純物量を低減することができる。
【００２０】
上記の操業を、原料としての木質バイオマスの入荷状況によって、原則的には発熱量がほぼ等しくなるように石炭粒・粉の供給量を調整しながら行う。
【実施例１】
【００２１】
もともと地域の木質バイオマス資源を利用して、ガス化して、発電し、その排ガスで間接的に水を加熱して、得られた温水を地域の２ｋｍ以内の地域に供給する計画であった。しかし，必要な木質バイオマス原料の収集可能量が、年間を通して、約１／３の期間、最大４５％不足する可能性があることが分かり、設備化が進んでいなかった。それに対して、本発明に示したように、不足するエネルギー原料を石炭で補足することになった。そのために付け加えられた設備は、（１）石炭原料の置き場、（２）石炭をに運びこまれたものを、必要量を見ながら、５ｍｍ以下の粉砕し、得られた粒状物を木質バイオマス原料とともにガス化装置に供給する装置、（３）ガス化炉への石炭供給量の４重量％のＣａＯ粉粒をガス化炉に加える装置、（４）ガス化炉に加える空気を活性化するために通過されるアルファ線（５）燃焼して発電のためのガスタービンを回転させたあとのガスに容積として、４〜５％の、アルファ線発生装置を通過させた空気を供給する装置である。なお、質バイオマス原料だけを用いて操業する場合に比べて、加わった作業は、ガス化ガスから分離された石灰分の処理であるが、これに対しては、ガス化装置から発生する石灰分を含む除塵物であるが、これに対しては、木質バイオマスを原料とした時の除塵物と混合して、圧縮・成型・加熱してから埋め立てに用いた。この装置を用いて、年間を通して、石炭混用に起因する操業トラブルもなくほぼ安定した発電量、発熱量を安定して得ることができた。なお、ガス化炉に供給する空気、およびガス燃焼して発電機を通過したガスに吹き込む空気を活性化するためのアルファ線照射には、ガス化炉に供給する空気を、アルファー線発生物（酸化トリウム含有成形物（ステンレス鋼製の網の表面に焼結、網の目；間隔４ｍｍ）３枚を３０ｍｍ間隔で固定した状態のものを通過させて行った。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
木質バイオマスを原料として、ガス化、発電・熱利用を行う設備、操業法をベースとして、木質バイオマス原料が十分に入手できない時点では石炭のような他のエネルギー源も利用した操業も実施できるようにすることによって、木質バイオマスを原料として、ガス化、発電・熱利用の実用化を進め、地球温暖化の抑制に貢献する。
【図１】
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