(57)【要約】【課題】ガス化装置より生成したガス（合成ガス）中に含まれるタールおよび硫化水素を同時に高効率で除去することができる、コンパクトで設備コストのかからないガス化システムを提供することにある。【解決手段】ガス化装置で生成された合成ガスと粉状炭酸塩または炭酸水素塩を６００℃以上で且つ前記粉状炭酸塩または前記炭酸水素塩が熱分解して生成する該炭酸水素塩由来の炭酸塩の融点以下の温度で接触させて、硫化水素の除去（脱硫）とタールの分解除去を同時に高効率で行うガス化システム。【選択図】図１
2011202119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ガス化原料をガス化するガス化装置と、
前記ガス化装置を出た生成ガス中の固体成分を分離する分離装置と、
前記分離装置の上流側に設けられ、前記生成ガス中に粉状の炭酸塩または炭酸水素塩を供給する粉状物質供給部と、を備え、
前記粉状の炭酸塩または炭酸水素塩と前記生成ガスは、６００℃以上で且つ前記粉状の炭酸塩または前記炭酸水素塩が熱分解して生成する該炭酸水素塩由来の炭酸塩の融点以下の温度で接触するように構成されていることを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化システムにおいて、前記ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に集塵装置が設けられていることを特徴とするガス化システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス化システムにおいて、前記ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に前記生成ガス中のタール含有量を減らす一次タール処理部が設けられていることを特徴とするガス化システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載のガス化システムにおいて、前記ガス化装置を出た生成ガスは、該ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に設けられた前記構成部材による各処理が行われることで前記温度に降温されるように構成されていることを特徴とするガス化システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス化システムにおいて、前記粉状物質供給部と前記分離装置との間に前記生成ガスが前記分離装置に到達するまでの時間を長くするための反応流路部が設けられていることを特徴とするガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化システムに関するものであり、より詳しくは、被ガス化原料をガス化装置によりガス化して生成したガス中に含まれるタールおよび硫化水素を除去する部分を備えたガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物やバイオマス等の有機性廃棄物等の被ガス化原料を不完全燃焼または部分酸化して、生成ガス、すなわち合成ガス（水素と一酸化炭素を含む混合ガス）を生成する技術が知られている。ここで、被ガス化原料をガス化装置でガス化して生成したガス中（合成ガス中）には、生成ガスのほかに、スス、チャー、タールおよび硫化水素などの成分が含まれる。特にタールおよび硫化水素は、これら物質がガス化装置より後段（下流側）に設けられた合成ガスを精製するための装置内に入り込むと、装置を運転する際に運転を阻害する要因となるため、従来より、タールおよび硫化水素を除去する技術が知られている。
【０００３】
従来より知られている技術としては、湿式法と乾式法がある。  
湿式法は、ガス化装置により生成したガス（合成ガス）と洗浄液を気液接触させて、該ガス中に含まれるタールや硫化水素を洗浄液とともに除去する方法である。しかし、湿式法はタールや硫化水素が洗浄液とともに除去されるため、排水処理設備が必要となり、設備コストが上昇しコスト的にあまり優れているとはいえないのが現状である。
【０００４】
一方、乾式法としては、ガス化炉にタール分解機能を有する試剤を供給することにより、ガス化工程中に発生するタールを分解する方法（特許文献１）や熱分解炉で生成したガスに金属または金属化合物を触媒として用いて反応させ、タールを分解する方法（特許文献２）が知られている。さらに、ガス化炉で生成したガスを、９００〜１０００℃の装置内でバブリングしながら溶融炭酸塩と反応させて該ガス中に含まれるタールや硫化水素を分解除去する方法（非特許文献１）も知られている。
【０００５】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載されている技術は、ガス化炉または熱分解炉で生成したガス中に含まれるタールと硫化水素を同時に除去することが出来るような高効率の処理能力を有するものではない。  
また、非特許文献１に記載の技術では、ガス化炉で生成したガス中に含まれるタールと硫化水素を同時除去することはできるが以下のような問題点がある。
【０００６】
問題点としては、炭酸塩が溶融物であることから取り扱いが難しく、また、炭酸塩の融点以上まで装置内の温度を昇温しなければならないので効率が悪く装置にかかる負荷が大きくなる点、ガス化炉で生成したガスを、バブリングしながら溶融炭酸塩と反応させるような複雑な装置が必要となり、設備コストかかるため実用的でない点が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００６−２４１２２９号公報
【特許文献２】特開平２００８−１３２４５８号公報
【非特許文献１】電力中央研究所  研究報告：Ｍ０７０２０  同時脱硫・脱ハロゲン・タール分解を目指した高温ガス精製技術の可能性（平成２０年６月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的は、ガス化装置より生成したガス（合成ガス）中に含まれるタールおよび硫化水素を同時に高効率で除去することができる、コンパクトで設備コストのかからないガス化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係るガス化システムの第１の態様は、被ガス化原料をガス化するガス化装置と、前記ガス化装置を出た生成ガス中の固体成分を分離する分離装置と、前記分離装置の上流側に設けられ、前記生成ガス中に粉状の炭酸塩または炭酸水素塩を供給する粉状物質供給部と、を備え、前記粉状の炭酸塩または炭酸水素塩と前記生成ガスは、６００℃以上で且つ前記粉状の炭酸塩または前記炭酸水素塩が熱分解して生成する該炭酸水素塩由来の炭酸塩の融点以下の温度で接触するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本態様によれば、炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム）が６００℃以上の温度で生成ガスと接触するので、該生成ガス中に含まれる硫化水素（Ｈ２Ｓ）と以下の反応式によって反応する。この反応によって、気体の硫化水素が固体の硫化ナトリウムに変わり、生成ガス中から除かれる。即ち脱硫される。  
Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｓ  →  Ｎａ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
Ｎａ２Ｓ＋４Ｈ２Ｏ  →  Ｎａ２ＳＯ４＋４Ｈ２
【００１１】
炭酸水素塩（例えば炭酸水素ナトリウム）の場合は、熱分解して炭酸塩である炭酸ナトリウになり、その後上述した反応により脱硫が行われる。すなわち、以下のような反応を行う。  
２ＮａＨＣＯ３  →  Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｓ  →  Ｎａ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【００１２】
また、炭酸塩は、その触媒作用によって６００℃以上の高温度下でタールを分解することができる。例えばタールがベンゼンであるとした場合、生成ガス中の水素と以下のような反応が行われ、ベンゼンは分解される。  
Ｃ６Ｈ６＋９Ｈ２  →  ６ＣＨ４
【００１３】
更に、粉状の炭酸塩（例えば上述した炭酸ナトリウム）または前記炭酸水素塩（たとえば上述した炭酸水素ナトリウム）が熱分解して生成する該炭酸水素塩（炭酸水素ナトリウム）由来の炭酸塩（炭酸ナトリウム）がその融点以下の温度で生成ガスと接触するので、炭酸塩はその処理工程の全段階で粉状のままであり、その扱いが容易である。  
すなわち、本態様によれば、生成ガス中に含まれる硫化水素とタールを同時に処理して除くことができ、しかもその処理は炭酸塩が粉状状態のまま行われるので、装置構成をコンパクト化することができる。  
【００１４】
本発明に係るガス化システムの第２の態様は、第１の態様のガス化システムにおいて、前記ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に集塵装置が設けられていることを特徴とするガス化システム。
【００１５】
本態様によれば、生成ガスは集塵装置によって脱塵された状態で、前記炭酸塩等による前記脱硫及びタール分解の処理にかけられるので、加える炭酸塩等のロスを少なくし有効に使うことができる。
【００１６】
本発明に係るガス化システムの第３の態様は、第１または第２の態様のガス化システムにおいて、前記ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に前記生成ガス中のタール含有量を減らす一次タール処理部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
被ガス化原料の種類によって、生成される生成ガスの組成及び成分濃度は変わる。例えば木質系のバイオマスから生成される生成ガスには、タールは含まれているが、硫化水素はほとんど含まれていない。家畜糞尿等の生物由来の被ガス化原料から生成される生成ガスにはタールも硫化水素も含まれている。一般的に、生成ガス中の硫化水素の含有量は多くて５０００ｐｐｍ、タールの含有量は１００００〜１０００００ｐｐｍであり、タールの含有量が硫化水素に比べて非常に多い。そのため、硫化水素の処理とタールの分解処理を同時に行うと、それが高度処理である場合は炭酸塩等の供給量が多量となり、過大なロスが発生する。
【００１８】
本態様によれば、一次タール処理部でタールに対する粗い処理を行うことができるので、炭酸塩等による処理は、タールに対しては前記粗い処理が行われた後の二次処理になる。従って、硫化水素の処理とタールの分解処理を同時に、且つ高度処理のレベルで行うに当たり、炭酸塩等の供給量を大幅に低減して効果的に行うことができる。
【００１９】
本発明に係るガス化システムの第４の態様は、第２または第３の態様のガス化システムにおいて、前記ガス化装置を出た生成ガスは、該ガス化装置と前記粉状物質供給部との間に設けられた前記構成部材による各処理が行われることで前記温度に降温されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本態様によれば、集塵装置等の別の役割で設けられている装置に、生成ガスの温度を下げる役割を兼ねさせるので、ガス化装置を出た生成ガスの温度を下げるために、わざわざ専用の冷却手段を設ける必要がなく、効率的である。
【００２１】
本発明に係るガス化システムの第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか一のガス化システムにおいて、前記粉状物質供給部と前記分離装置との間に前記生成ガスが前記分離装置に到達するまでの時間を長くするための反応流路部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
本態様によれば、前記反応流路部によって粉状炭酸塩等による前記脱硫及びタールの分解のための反応時間を長く確保することができるので、前記脱硫及びタールの分解を確実に進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るガス化システムの第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係るガス化システムの第２の実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明に係るガス化システムの第３の実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明に係るガス化システムの第４の実施形態の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るガス化システムの実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１には、本発明に係るガス化システムの第１の実施形態の概略構成図が示されている。  
本態様は、被ガス化原料Ｍをガス化するためのガス化装置１、ガス化装置１により生成されたガス（以下「合成ガス」という）より熱回収を行って合成ガスの温度を降温するための熱交換器７、合成ガス中のタールおよび硫化水素を除去するために、合成ガスと反応させる粉状炭酸塩を供給するための粉状炭酸塩供給部３および合成ガス中の固体成分を分離するための分離装置２から構成されている。
【００２６】
被ガス化原料Ｍは、いわゆる産業廃棄物や有機性廃棄物と言われる物である。産業廃棄物としてはプラスチック等が挙げられる。また有機性廃棄物としてはバイオマス、例えば、稲わら、麦わら、籾殻、竹、笹、パーム椰子空果房、パーム椰子の幹、バガス等サトウキビ由来の廃材等の草本系バイオマス、製材所の残材、間伐材（杉、松、檜、ラワン、ブナ、ゴム、イチジク等）、街路樹剪定材、建築廃材、廃電柱、バーク、ダム流木等の木質系バイオマス、畜産系残渣の一例である鶏糞や牛・豚等の糞尿の畜産由来のバイオマス、更に、発酵残渣、食品残渣、黒液、海藻等が挙げられる。
【００２７】
ここで、木質系のバイオマスから生成される合成ガスには、タールは含まれているが、硫化水素はほとんど含まれていない。一方、家畜糞尿等の生物由来の被ガス化原料から生成される合成ガスにはタールも硫化水素も含まれている。ただ、一般的には、タールの含有量が硫化水素に比べて非常に多い。本態様では、合成ガス中に含まれるタールや硫化水素の割合が異なっていても、後述するように、合成ガス中からタールと硫化水素を同時に除去することができるので、被ガス化原料の種類を選ぶ必要がない。
【００２８】
ガス化装置１としては、公知のガス化装置を用いることが可能であり、例えば流動床式ガス化炉、ロータリーキルン等が挙げられる。ガス化装置１は、装置内を低酸素状態にして被ガス化原料Ｍを８００〜９００℃で燃焼させてガス化し合成ガスを生成させる。
【００２９】
熱交換器７は、ガス化装置によって生成した合成ガスから熱回収をすることにより合成ガスの温度を下げるためのものである。ガス化装置より出た合成ガスの温度は約８００〜９００程度であるが、この温度のままで粉状炭酸塩または粉状炭酸水素塩、例えば炭酸ナトリウムと反応させると、炭酸ナトリウムの融点が約８５０℃であるので、炭酸ナトリウムが溶融して溶融炭酸塩が生成する。溶融物が生成するとその扱いが難しくなる（例えば、装置内に張り付いてしまう等）ので好ましくない。また、６００℃に満たないと、前述した、ガス中に含まれるベンゼン（タールの一種）および硫化水素と炭酸ナトリウムとの反応が進みにくくなるので好ましくない。従って、合成ガスは６００℃以上で粉状炭酸塩または炭酸水素塩が熱分解して生成する該炭酸水素塩由来の炭酸塩の融点以下の範囲の温度で粉状炭酸塩または粉状炭酸水素塩と接触させるのが好ましい。そこで、熱交換器７によって、ガス化装置より出た合成ガスから熱回収をすることにより、合成ガスの温度を前述した範囲の温度まで下げるようにしている。
【００３０】
炭酸塩は公知のものを使用することができ、例えば炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸リチウム、炭酸ストロンチウム等、炭酸水素塩としては炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、等が挙げられる。勿論炭酸塩、炭酸水素塩であればこれらに限定されるものではない。  
ここで、粉状炭酸塩または炭酸水素塩の粒径は０．００１〜０．２ｍｍ、好ましくは０．０１〜０．０５ｍｍがよい。
【００３１】
粉状物質供給部３は、合成ガス中のタールおよび硫化水素を除去するために、合成ガスと反応させる前述した粉状炭酸塩等を供給するための装置である。当該装置は一般に粉状物質を供給する機能を有しているものでよく、例えば、ロータリーバルブ、スクリューフィーダー、テープルフィーダー等が挙げられる。
【００３２】
分離装置２は、合成ガス中の固体成分を分離するために設けられたものである。ここで、合成ガスに接触させる粉状炭酸塩の例として炭酸ナトリウムを使用した場合について説明すると、前述したように合成ガス中の硫化水素は、炭酸ナトリウムと反応して固体の硫化ナトリウムとなって合成ガスから分離除去（脱硫）される。ここで重要なのは、炭酸ナトリウムが溶融した状態で合成ガスと反応していないことである。すなわち粉状の状態で合成ガスと反応していることである。溶融状態で反応すれば、未反応の炭酸ナトリウムの溶融物は分離装置２内に付着し、分離装置２の性能を著しく低下させるからである。つまり、溶融物は非常に取り扱いが難しいという欠点を有している。
【００３３】
一方、合成ガス中に含まれるタール、例えばベンゼンは、炭酸ナトリウムの触媒作用により、合成ガス中の水素と反応してメタンガスに分解される。従って、合成ガス中からタール、すなわちベンゼンが分解除去される。タールとしては、ベンゼンの他に、トルエン、キシレン、ナフタレン、フェノール、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等が挙げられる。
【００３４】
このように本態様では、合成ガス中からタールと硫化水素を同時に除去することができる。なお、供給した粉状炭酸塩の中で、硫化水素との反応に使用されずに残った粉状炭酸塩も硫化ナトリウムとともに分離装置２で合成ガスと分離される。この分離された粉状炭酸塩は硫化ナトリウムと分離することにより、再利用が可能である。  
なお、分離装置としては、高温フィルター、サイクロン等の公知のものが使用可能である。  
以上にようにして、合成ガス中から硫化水素やタールが除去され、精製された合成ガスが得られる。
【００３５】
図２には、本発明に係るガス化システムの第２の実施形態の概略構成図が示されている。なお、第１の実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付してその説明は省略する。  
第２の実施形態は、第１の実施形態の構成中、熱交換器７に代えて集塵装置４をガス化装置１と粉状物質供給部３との間に設ける構成としたものである。
【００３６】
ガス化装置１で生成される合成ガス中には、タールおよび硫化水素のほかにチャー、スス等が含まれる。これらは分離装置２においても除去できないことはないが、集塵装置４を分離装置２の前段（上流側）に設けることで、あらかじめチャーやススをガス化装置１より出た合成ガスから除去することにより、合成ガスはチャー、スス等が除去された状態で、粉状炭酸塩等による硫化水素の除去（脱硫）およびタール分解の処理にかけられるので、加える炭酸塩等のロスを少なくし有効に使うことができる。
【００３７】
本態様で使用する集塵装置４はバグフィルター、サイクロン等の通常集塵に用いられているものでよい。なお、集塵装置４は、そこに合成ガスを通過させることで合成ガスの温度を下げる機能も果たしている。この機能により、わざわざ専用の冷却手段を設ける必要がなく効率的である。
【００３８】
なお、本態様では、第１の実施形態において、熱交換器７に代えて集塵装置４を設ける構成としているが、第１の実施態様において、集塵装置４をガス化装置１と熱交換器７との間に設ける構成としてもよいし、熱交換器７と粉状物質供給部３との間に設ける構成としてもよい。
【００３９】
図３には、本発明に係るガス化システムの第３の実施形態の概略構成図が示されている。なお、第２の実施形態同一の構成部分については同一の符号を付してその説明は省略する。  
第３の実施形態は、第２の実施形態の構成中、ガス化装置１と粉状物質供給部３との間に一次タール処理部５を設ける構成としたことである。本態様では、一例として、ガス化装置１と集塵装置４との間に一次タール処理部５を設ける構成としている。もちろん、ガス化装置１と粉状物質供給部３との間に一次タール処理部を設ける構成となっていれば、その構成は本態様に限定されるものではない。よって第１の実施形態のガス化装置１と熱交換器７との間に一次タール処理部を設ける構成としてもよい。
【００４０】
本態様では、ガス化装置１によって生成された合成ガス中に含まれるタールを、一次タール処理部５において大体取り除くこと（タールに対する粗い処理）により、後段の粉状炭酸塩等による合成ガス中の硫化水素除去およびタール除去の負荷を軽減させるような構成としている。
【００４１】
被ガス化原料の種類にもよるが、本発明で使用されるような被ガス化原料がガス化されて生成される合成ガス中には、一般的にタールの含有量が硫化水素に比べて非常に多い。そのため、硫化水素の処理とタールの分解処理を同時に行うと、それが高度処理である場合は粉状炭酸塩の供給量が多量となり、過大なロスが発生する。  
したがって、本態様のように一次タール処理部５でタールに対する粗い処理を行うことにより、粉状炭酸塩による処理は、タールに対しては粗い処理が行われた後の二次処理になる。このため、硫化水素の処理とタールの分解処理とを同時に、且つ高度処理のレベルで行うに当たり、粉状炭酸塩の供給量を大幅に低減して効果的に行うことができる。
【００４２】
一次タール処理部５での処理としては、例えば、ガス化装置１で生成された合成ガスの一部を１０００℃以上で部分燃焼する処理を挙げることができる。この処理により、合成ガス中に含まれるタールを分解、すなわちガス化して除去することができる。  
その他には、ガス化装置１で生成された合成ガスを５００〜８００℃程度の低温で金属含有触媒等と反応させて、合成ガス中のタールを分解除去する処理が挙げられる。
【００４３】
なお、ガス化装置１で生成された合成ガスを、該ガス中に含まれるタールを分解除去するため、部分燃焼により１０００℃以上まで昇温する場合であっても、後段において除塵装置４を通過する際に降温されるので、合成ガスの温度によって粉状炭酸塩が溶融するような問題は生じない。前記各実施の形態のように熱交換器７を更に設けても勿論よい。
【００４４】
図４には、本発明に係るガス化システムの第４の実施形態の概略構成図が示されている。なお、第３の実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付してその説明は省略する。  
第４の実施形態は、第３の実施形態の構成中、粉状物質供給部３と分離装置２との間に反応流路部６を設ける構成としたことである。本態様では、一例として、第３の実施形態の粉状物質供給部３と分離装置２との間に反応流路部６を設けているが、第１、第２の実施形態の粉状物質供給部３と分離装置２との間に反応流路６を設ける構成としても良い。
【００４５】
反応流路６の構成は、粉状炭酸塩等による硫化水素の除去およびタールの分解のための反応時間を長く確保することができるようになっている。従って、硫化水素の除去およびタールの分解を確実に進行させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
上述したように、本発明は、ガス化装置で生成された合成ガスと粉状炭酸塩等を反応させることにより、合成ガス中に含まれるタールおよび硫化水素を同時に高効率で除去することができる、コンパクトで設備コストのかからないガス化システムである。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガス化装置    ２  分離装置    ３  粉状物質供給部    ４  集塵装置    
５  一次タール処理部    ６  反応流路部
【図１】
2011202119.tif 000003
【図２】
2011202119.tif 000004
【図３】
2011202119.tif 000005
【図４】
2011202119.tif 000006