(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス合成ガスの冷却・洗浄方法であって、バイオマス合成ガスは温度が1000〜1100℃であり、ダスト含有量が20g/Nm3未満であり、タール含有量が3g/Nm3未満であって、前記方法は、
1)合成ガスを急冷塔に導入してスラグを凝集させる工程と、
2)スラグ凝集後の合成ガスを排熱ボイラに導入して排熱を回収するとともに合成ガス中の重タールを凝集させる工程と、
3)前記合成ガスを排熱ボイラからスクラブ冷却塔に導入してダストを除去するとともに合成ガスの温度を低下させる工程と、
4)ダストを除去し温度を低下させた後の合成ガスをスクラブ冷却塔から電気集塵装置に導入してダストとタールを更に除去する工程と
を含み、
工程１において、合成ガスは急冷塔に流入する前に水冷式煙道装置により予冷却され、急冷塔は水冷式急冷塔であり、
工程２において、排熱は高温部と低温部で回収され、
前記高温部は水管型排熱ボイラであり、その出口における合成ガスの温度は400〜450℃に制御され、
前記低温部は熱管型排熱ボイラであり、その出口における合成ガスの温度は200℃未満に制御され、
前記水冷式煙道装置と水冷式急冷塔により回収された排熱は熱管型排熱ボイラに送られて蒸気―水分離を行い、水は循環して使用される方法。
【請求項２】
工程１において、急冷塔により冷却された後の合成ガスの温度は780〜820℃である、請求項１の方法。
【請求項３】
前記高温部の排熱蒸気の圧力は1.6MPaよりも高い、請求項１の方法。
【請求項４】
前記低温部の排熱蒸気の圧力は0.5〜1.6MPaである、請求項１の方法。
【請求項５】
工程３において、スクラブ冷却塔内の合成ガス温度は40〜45℃に低下させられる、請求項１の方法。
【請求項６】
バイオマス合成ガスの冷却・洗浄システムであって、
前記システムは高温熱分解バイオマスガス化炉(10)と連結される急冷塔を含み、
前記急冷塔は排熱ボイラ、スクラブ冷却塔(5）、および電気集塵装置(6)と合成ガス配管を介して連結され、
前記高温熱分解バイオマスガス化炉(10)は、水冷式煙道装置(1)を介して急冷塔に連結され、
前記急冷塔は水冷式急冷塔(2)であり、
前記排熱ボイラは、直列連結される水管型排熱ボイラ(13)と熱管型排熱ボイラ(4)を含み、
前記熱管型排熱ボイラ(4)の水配管は、水冷式煙道装置(1) の水配管および水冷式急冷塔(2)の水配管と直列連結されて水循環システムを形成し、
前記電気集塵装置(6)は湿式電気集塵装置である、システム。
【請求項７】
前記水冷式煙道装置(1)は、水冷煙道と受熱管(1.7)を含み、
前記水冷煙道は入口水冷煙道(1.1)と、上側曲げ水冷煙道(1.2)と、直線状水冷煙道(1.3)と、下側曲げ水冷煙道(1.4)と、出口水冷煙道(1.5)を直列且つ密封状態で連結することにより形成され、
前記受熱管(1.7)は円周方向に配置され、隣接する受熱管(1.7)は鋼板細片(1.8)により一体的に連結されて環状水冷壁を形成し、
前記環状水冷壁の内腔は様々な部分の煙道を形成する
請求項６のシステム。
【請求項８】
前記入口水冷煙道(1.1)は入口環状ヘッダと、入口環状水冷壁を含み、
前記入口環状水冷壁は上側曲げ水冷煙道(1.2)と連結され、
前記入口環状ヘッダには冷却媒体を入力するための冷却媒体入口管と、受熱管にそれぞれ連結される複数のアダプタが設けられ、
前記出口水冷煙道(1.5)の構造は前記入口水冷煙道(1.1)と同様である
請求項７のシステム。
【請求項９】
前記水冷煙道の内壁には、60〜80mmの厚みを備えた耐火層(1.6)が設けられる
請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記水冷式急冷塔(2)は密封式水冷シリンダ(2.1)を含み、
前記水冷シリンダ(2.1)は複数の受熱管(2.9)により包囲されており、隣接する受熱管(2.9)は密封連結され、
全ての受熱管(2.9)の下端は冷却水を入力するための入口ヘッダ(2.7)と連結され、全ての受熱管(2.9)の上端は冷却水を出力するための出口ヘッダ(2.3)と連結され、
入口連結器(2.4)は冷水シリンダ(2.1)の壁の上側部分に配置されており、処理される合成ガスが入力され、
出口連結器(2.6)は冷水シリンダ(2.1)の壁の下側部分に配置されており、処理後の合成ガスが出力され、
前記冷水シリンダ(2.1)の下側部分は逆円錐形状をなしており、逆円錐形の底部にはスラグ出口(2.8)が設けられる
請求項６のシステム。
【請求項１１】
複数の噴水管(2.2)は冷水シリンダ(2.1)の上部に配置される、
請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記噴水管(2.2)の噴霧管システム(12)は、サージタンク(12.1)と噴霧ノズル(12.10)を含み、
前記噴水管はサージタンク(12.1)と噴霧ノズル(12.10)の間に配置され、
前記サージタンク(12.1)の水出口は、水出口弁(12.6)を介して噴水管と連結され、前記サージタンク(12.1)の水入口は水入口弁(12.2)と連結され、
前記サージタンク(12.1)にはガス入口およびガス出口が更に設けられ、ガス入口はガス入口弁(12.3)と連結され、サージタンク(12.1)のガス出口はガス出口弁(12.4)と連結される
請求項１１のシステム。。
【請求項１３】
前記水管型排熱ボイラ(3)は、ドラム(3.7)と、ドラム(3.7)の下方に配置されるボイラ本体を含み、前記ボイラ本体は水平構造をなし、入口連結器(3.12)および出口連結器(3.13)は、ボイラ本体の水平方向両端に配置され、
前記ボイラ本体は、ボイラ壁と長手方向に配置される複数の受熱管(3.1)を含み、全ての受熱管(3.1)の上端は上側連結管(3.3)を介して上側ヘッダ(3.4)と連結され、全ての受熱管(3.1)の下端は下側連結管(3.5)を介して下側ヘッダ(3.6)と連結され、
前記上側ヘッダ(3.4)は、蒸気を回収するために、蒸気出口管(3.8)を介してドラム(3.7)と連結され、前記下側ヘッダ(3.6)は、冷却水を供給するために、下降管(3.9)を介してドラム(3.7)の底部と連結され、
前記ボイラ本体の両側壁は膜式壁管パネル(3.2)であり、膜式壁管パネル(3.2)各々の上端および下端は、上側ヘッダ(3.4)および下側ヘッダ(3.6)それぞれと連結される
請求項６のシステム。
【請求項１４】
前記熱管型排熱ボイラ(4)は、受熱管(4.1)と、ドラム(4.2)と、保温壁(4.7)を含み、
前記受熱管(4.1)は熱管であり、各受熱管(4.1)の放熱部はドラム(4.2)に挿入され、各受熱管(4.1)の吸熱部は保温壁(4.7)内に配置され、前記保温壁(4.7)は溶接により入口連結器(4.5)および出口連結器(4.6)と連結され、保温壁(4.7)の下端は溶接によりアッシュホッパ(4.4)と連結される
請求項６のシステム。
【請求項１５】
前記スクラブ冷却塔(5)は充填式スクラブ冷却塔である、請求項６乃至１４のいずれか一項のシステム。
【請求項１６】
前記電気集塵装置(6)のガス出口は、ファン(7)によりガスホルダ(8)およびフレア(9)と連結される、請求項６乃至１４のいずれか一項のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新エネルギ分野でのバイオマスエネルギの利用に関し、特に、バイオマス合成ガスの冷却・洗浄方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の埋蔵量の減少に伴い、再生可能でクリーンなエネルギであるバイオマスは一層注目を集めており、急速に開発が進められている。バイオマスを使用するガスの製造および油の製造は、新エネルギの開発分野で重要な研究プロジェクトとなっている。
【０００３】
石炭ガスの製造と同様に、バイオマスガスの製造には冷却および洗浄を行う精製工程が必要とされる。現在では、バイオマスのガス化方法に関する研究では多くの結果が得られている一方、バイオマス合成ガスの冷却・洗浄に関する研究は相対的に少なく、主に従来型の石炭ガス冷却・洗浄方法に関するものである。
【０００４】
石炭ガスの冷却工程は概して、ガス化炉の内部で、ガス化炉の外部で、或いはそれらを組み合わせて行われる。
【０００５】
ガス化炉内で合成ガスを冷却するために水が使用される場合には、ガス化炉は構造が複雑になり、また大型化する。スラグはガス化炉の壁面に付着し易く、スケールがガス化炉の水面に形成し易く、配管の爆発や穿孔また漏水といった隠れた危険が存在する。ガス化炉内で合成ガスを冷却するためにガスが使用される場合、ガスの消費量が多く、混合ガスは容積が大きく増加するので、後に続く装置の寸法も対応して増大する。加えて、主要工程と循環石炭ガス工程では多くのエネルギ消費を必要とする。
【０００６】
ガス化炉の外部で合成ガスを冷却するために水が使用される場合、合成ガスの温度は200〜300℃に冷却されるが、本方法は特定の化学合成ガスにのみ適用可能なので、大きく制限される。
【０００７】
放射式排熱ボイラを使用することにより高温の合成ガスが冷却される場合、排熱ボイラは相対的に大きなスラグ受熱面を有することが要求されるとともに、特別なダスト除去装置を装備しなければならず、装置への投資が増大する。
【０００８】
石炭ガスからダストを除去する方法には、沈降、フィルタ、サイクロン集塵、電気集塵、水洗浄、ベンチュリスクラバによるダスト除去がある。ダスト除去方法が変わると、ダスト除去効果や抵抗消費も変わる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
様々な原料から、また様々なガス化方法により生成される様々な合成ガスの特性は、全てが同じではない。しかし、目標とする工程方法やシステム形態は、掲げられた精製目標や経済目標を達成するように採用されるべきである。システムが複雑であり、工程が長く、エネルギ消費が多く、効率や安定性が悪く、非経済的であるといったことを特徴として、従来の石炭ガス精製方法は、バイオマス合成ガスを処理するために適用された場合に実用的ではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題に鑑み、本発明の目的の一つは、バイオマス合成ガス冷却・洗浄方法およびシステムを提供することにある。本方法は円滑であり、また本システムは単純であると共に、エネルギ消費が少なく効率が良い。
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係り、バイオマス合成ガスの冷却・洗浄方法を提供する。バイオマス合成ガスは温度が1000〜1100℃であり、ダスト含有量が20g/Nm3未満であり、タール含有量が3g/Nm3未満である。本方法は以下の工程を含む。
【００１２】
1)  合成ガスを急冷塔に導入してスラグを凝集させる工程。
【００１３】
2)  スラグ凝集後の合成ガスを排熱ボイラに導入して排熱を回収するとともに合成ガス中の重タールを凝集させる工程。
【００１４】
3)  合成ガスを排熱ボイラからスクラブ冷却塔に導入してダストを除去するとともに合成ガスの温度を低下させる工程。
【００１５】
4)  ダストを除去し温度を低下させた後の合成ガスをスクラブ冷却塔から電気集塵装置に導入してダストとタールを更に除去する工程。
【００１６】
工程１において、急冷塔により冷却された後の合成ガスの温度は780〜820℃である。
【００１７】
工程１において、合成ガスは急冷塔に流入する前に水冷式煙道装置により予冷却される。
【００１８】
工程２において、排熱は高温部と低温部で回収される。高温部は水管型排熱ボイラであり、その出口における合成ガスの温度は400〜450℃に制御される。低温部は熱管型排熱ボイラであり、その出口における合成ガスの温度は200℃未満に制御される。
【００１９】
高温部の排熱蒸気の圧力は1.6MPaよりも高い。低温部の排熱蒸気の圧力は0.5〜1.6MPaである。
【００２０】
工程１において、急冷塔は水冷式急冷塔である。合成ガスは水冷式煙道装置により予冷却され、水冷式急冷塔に送られる。水冷式煙道装置と水冷式急冷塔により回収された排熱は熱管型排熱ボイラに送られて蒸気―水分離を行い、水は循環して使用される。
【００２１】
工程３において、スクラブ冷却塔内の合成ガスの温度は40〜45℃に低下させられる。
【００２２】
本発明の別の目的は、バイオマス合成ガスを冷却・洗浄するシステムを提供することにある。本システムは、高温熱分解バイオマスガス化炉と連結される急冷塔を含む。急冷塔は排熱ボイラ、スクラブ冷却塔、および電気集塵装置と合成ガス配管を介して連結される。
【００２３】
高温熱分解バイオマスガス化炉は、水冷式煙道装置を介して急冷塔に連結される。
【００２４】
水冷式煙道装置は、水冷煙道と受熱管を含む。水冷煙道は入口水冷煙道と、上側曲げ水冷煙道と、直線状水冷煙道と、下側曲げ水冷煙道と、出口水冷煙道を直列且つ密封状態で連結することにより形成される。受熱管は円周方向に配置され、隣接する受熱管は鋼板細片により一体的に連結されて管状水冷壁を形成する。環状水冷壁の内腔は様々な部分の煙道を形成する。
【００２５】
入口水冷煙道は、入口環状ヘッダと入口環状水冷壁を含む。入口環状水冷壁は上側曲げ水冷煙道と連結される。入口環状ヘッダには冷却媒体を入力するための冷却媒体入口管と、受熱管にそれぞれ連結される複数のアダプタが設けられる。出口水冷煙道の構造は、入口水冷煙道と同様である。水冷煙道の内壁には、60〜80mmの厚みを備えた耐火層が設けられる。
【００２６】
急冷塔は水冷式急冷塔である。
【００２７】
水冷式急冷塔は密封水冷シリンダを含む。水冷シリンダは複数の受熱管により包囲されており、隣接する受熱管は密封連結される。全ての受熱管の下端は冷却水を入力するための入口ヘッダと連結される。全ての受熱管の上端は冷却水を出力するための出口ヘッダと連結される。入口連結器は水冷シリンダ壁の上側部分に配置されており、処理される合成ガスが入力される。出口連結器は冷水シリンダ壁の下側部分に配置されており、処理後の合成ガスが出力される。冷水シリンダの下側部分は逆円錐形状をなしており、逆円錐形の底部にはスラグ出口が設けられる。
【００２８】
複数の噴水管は冷水シリンダの上部に配置される。噴水管の噴霧管システムは、サージタンクと噴霧ノズルを含む。噴水管はサージタンクと噴霧ノズルの間に配置される。サージタンクの水出口は、水出口弁を介して噴水管と連結される。サージタンクの水入口は水入口弁と連結される。サージタンクには更にガス入口およびガス出口が設けられる。サージタンクのガス入口はガス入口弁と連結され、サージタンクのガス出口はガス出口弁と連結される。
【００２９】
排熱ボイラは、直列連結される水管型排熱ボイラと熱管型排熱ボイラを含む。
【００３０】
水管型排熱ボイラは、ドラムと、ドラムの下方に配置されるボイラ本体を含む。ボイラ本体は水平形態をなす。入口連結器および出口連結器は、ボイラ本体の水平方向両端に配置される。ボイラ本体は、ボイラ壁と長手方向に配置される複数の受熱管を含む。全ての受熱管の上端は上側連結管を介して上側ヘッダと連結される。全ての受熱管の下端は下側連結管を介して下側ヘッダと連結される。上側ヘッダは、蒸気を回収するために、蒸気出口管を介してドラムと連結される。下側ヘッダは、冷却水を供給するために、下降管を介してドラム底部と連結される。ボイラ本体の両側壁は膜式壁管パネルである。膜式壁管パネル各々の上端および下端は、上側ヘッダおよび下側ヘッダそれぞれと連結される。
【００３１】
熱管型排熱ボイラは、受熱管と、ドラムと、保温壁を含む。受熱管は熱管である。各受熱管の放熱部はドラムに挿入され、各受熱管の吸熱部は保温壁内に配置される。保温壁は溶接により入口連結器および出口連結器と連結され、保温壁の下端は溶接によりアッシュホッパと連結される。
【００３２】
急冷塔は水冷式急冷塔である。高温熱分解バイオマスガス化炉は、水冷式煙道装置を介して水冷式急冷塔と連結される。熱管型排熱ボイラの水配管は、水冷式煙道装置の水配管および水冷式急冷塔の水配管と直列連結されて、水循環システムを形成する。
【００３３】
スクラブ冷却塔は充填式スクラブ冷却塔である。
【００３４】
電気集塵装置は湿式電気集塵装置である。
【００３５】
電気集塵装置のガス出口は、ファンによりガスホルダおよびフレアと連結される。
【００３６】
既存する石炭ガス精製処理と比べて、本発明の実施形態に係る効果は以下のとおりである。急冷工程はガス化炉の外部で水を噴霧することにより行われるので、ガス化工程は影響を受けることがない。スラグ凝集およびシステムの熱効率の両方の効果が、急冷の程度を制御することにより上がる。２つの圧力下での排熱ボイラの２部分形態により、重タールの集中回収、排熱の漸次回収、および装置の熱効率の改善が達成される。スクラブ冷却塔および電気集塵装置を利用して、ダストとタールの除去が可能であることから、合成ガスの漸次精製が可能となる。方法全体が円滑であり、またシステムの構造が単純である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のバイオマス合成ガス冷却・洗浄システムの構造図およびフロー工程図。
【図２】図１の水冷式煙道装置の構造図。
【図３】図２の方向Aに沿った上面図。
【図４】図２のB-B線視断面拡大図。
【図５】図１の水冷式急冷塔の構造図。
【図６】図５のC-C線視断面図。
【図７】図６の部分Iを示す拡大図。
【図８】図５の噴水管の噴霧管システムを示す図。
【図９】図１の水管型排熱ボイラの構造図。
【図１０】図９のD-D線視断面図。
【図１１】図１の熱管型排熱ボイラの構造図。
【図１２】図１１のE-E線視断面図。
【００３８】
図には以下の符号を用いる。1.水冷式煙道装置(1.1.入口水冷煙道；1.2.上側曲げ水冷煙道；1.3.直線状水冷煙道；1.4.下側曲げ水冷煙道；1.5.出口水冷煙道；1.6.耐火層；1.7.受熱管；1.8.鋼板細片)；2.水冷式急冷塔(2.1.水冷シリンダ；2.2.噴水管；2.3.出口ヘッダ；2.4.入口連結器；2.5.追加受熱構造体；2.6.出口連結器；2.7.入口ヘッダ；2.8.スラグ出口；2.9.受熱管；2.10.鋼板細片；2.11.断熱層；2.12.耐火層)；3.水管型排熱ボイラ(3.1.受熱管；3.2.膜式壁管パネル；3.3.上側連結管；3.4.上側ヘッダ；3.5.下側連結管；3.6.下側ヘッダ；3.7.ドラム；3.8.蒸気出口管；3.9.下降管；3.10.アッシュホッパ；3.11.断熱層；3.12.入口連結器；3.13.出口連結器)；4.熱管型排熱ボイラ(4.1.受熱管；4.2.ドラム；4.3.密封管スリーブ；4.4.アッシュホッパ；4.5.入口連結器；4.6.出口連結器；4.7.保温壁)；5.スクラブ冷却塔；6.電気集塵装置；7.ファン；8.ガスホルダ；9.フレア；10.高温熱分解バイオマスガス化炉；11.鋼板断熱煙道；12.噴水管の噴霧管システム(12.1.サージタンク；12.2.水入口弁；12.3.ガス入口弁；12.4.ガス出口弁；12.5.調整制御装置；12.6.水出口弁；12.7.スロットルオリフィス；12.8.遮断弁；12.9.圧力計；12.10.噴霧ノズル)
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の詳細な実施形態を、図面と組み合わせて詳細に説明する。
【００４０】
図１に示すように、本発明のバイオマス合成ガス冷却・洗浄システムは、水冷式煙道装置1を介して高温熱分解バイオマスガス化炉10と連結される水冷式急冷塔2を含む。水冷式急冷塔2は水管型排熱ボイラ3と、熱管型排熱ボイラ4と、スクラブ冷却塔5と、電気集塵装置6それぞれと、合成ガス配管を介して連結される。熱エネルギを回収し使用するために、熱管型排熱ボイラ4の水配管と、水冷式煙道装置1の水配管と、水冷式急冷塔2の水配管が直列連結されて水循環システムを形成することにより、水冷式煙道装置1および水冷式急冷塔2から回収された排熱が熱管型排熱ボイラ4に利用されるようにする。また、電気集塵装置6のガス出口は、ファン7を介して、ガスホルダ8およびフレア9それぞれと連結される。本実施例では、スクラブ冷却塔5は充填式スクラブ冷却塔を採用し、電気集塵装置6は湿式電気集塵装置を採用し、ガスホルダ8は湿式ガスホルダを採用する。
【００４１】
好適には、水冷式煙道装置1は高温熱分解バイオマスガス化炉10および水冷式急冷塔2と連結されることにより、一般的なガス煙道は、煙道ガスの冷却工程と関連してのみ作用するものであって、煙道ガスの冷却工程内では作用しない、という一般的なガス煙道の欠点がなくなる。通常の煙道は、鋼板により巻回され、或いは、径が大きい鋼管により形成される樽形構造をなしており、厚みが200〜300mmの不定形耐火物が樽形構造の内壁に成型される。このような構造の一般的な煙道は断熱性を有するので、後続の冷却装置に高い冷却性能要件を課するものである。一方で、煙道の重量は、厚みが200〜300mmの不定形耐火物が存在することから重く、不定形耐火物は落下し易いので、煙道の樽形構造の溶け落ちや排煙漏出に至り、或いは火災や爆発の危険が生じることさえある。図２〜４に示すように、水冷式煙道装置1は水冷煙道および受熱管1.7を含む。水冷煙道は直列密封連結される入口水冷煙道1.1と、上側曲げ水冷煙道1.2と、直線状水冷煙道1.3と、下側曲げ水冷煙道1.4と、出口水冷煙道1.5により形成される。受熱管1.7は円周方向に配置され、隣接する受熱管1.7は鋼板細片1.8を介して一体的に連結されて、環状水冷壁を形成する。環状水冷壁の内腔は、様々な部分の煙道を形成する。入口水冷煙道1.1は入口環状ヘッダおよび入口環状水冷壁を含む。入口環状水冷壁は上側曲げ水冷煙道1.2と連結される。入口環状ヘッダには、冷却媒体を入力するための冷却媒体入口管が設けられる。本実施例では、冷却媒体は熱管型排熱ボイラ4から導出された循環水である。入口環状ヘッダには更に、受熱管1.7とそれぞれ連結される複数のアダプタが設けられる。出口水冷煙道1.5の構造は入口水冷煙道1.1の構造と同様である。水冷煙道の内壁には、厚みが60〜80mm、好適には70mmの耐火層1.6が設けられており、高温耐熱性や耐磨耗性を改善するとともに耐用寿命を延ばす。従って、熱管型排熱ボイラ4から導出された冷却水は入口水冷煙道1.1の入口環状ヘッダに入り、水冷煙道の様々な部分を形成する受熱管1.7を均等に通過し、出口水冷煙道1.5の出口環状ヘッダに堆積し、最終的には急冷塔に流入する。冷却水は流動工程の間に、バイオマス合成ガスから熱エネルギを連続して吸収することにより、冷却水の温度は上昇する一方、バイオマス合成ガスの温度は低下し、それらの間で熱交換が行われる。水冷式煙道装置1は煙道ガスの搬送と、煙道ガスの冷却の両方の機能をなす。従って、煙道の内壁温度は低く、タールが凝集し難く、タールの凝集に起因するタールの付着やアッシュの詰まりが効果的に回避されて、装置の長期作動安定性が確実になる。加えて、煙道には厚みが大きい不定形耐火物が不要なので、不定形耐火物の破損や破壊による煙道の樽形構造の溶け落ちや煙道ガスの漏出が回避され、装置は長期に作動が確実に行われる。当然のことながら、一般的な煙道であっても、本発明の技術構想を達成することができるが効果は劣る。
【００４２】
好適には、急冷塔は、一般的な急冷塔に存在する問題、例えば高重量、緩慢な始動や停止、また相対的に厚みが大きい不定形耐火物の剥がれ落ち易さなどを解消するために、水冷式急冷塔2を採用する。図5〜7に示すように、水冷式急冷塔2は密封水冷シリンダ2.1を含む。水冷シリンダ2.1は膜構造であり、即ち、水冷シリンダ2.1は複数の受熱管2.9により囲まれており、水冷シリンダ2.1の上端は、全ての受熱管2.9を屈曲させることにより形成される円錐形状をなしており、隣り合う受熱管2.9は鋼板細片2.10を用いることにより密封連結される。全ての受熱管2.9の下端は入口ヘッダ2.7と連結され、全ての受熱管2.9の上端は出口ヘッダ2.3と連結される。冷却水は入口ヘッダ2.7、受熱管2.9、および出口ヘッダ2.3を通過して、合成ガスの排熱を吸収することにより、合成ガスの温度を低下させる。入口連結器2.4は処理される合成ガスを入力するために、水冷シリンダ2.1の壁上側に配置される。出口連結器2.6は、処理後の合成ガスを出力するために、水冷シリンダ2.1の壁下側に配置される。入口連結器2.4および出口連結器2.6は鋼製フランジから作られる。水冷シリンダ2.1の下側は逆円錐形状をなしており、逆円錐形の底部にはスラグ出口2.8が設けられる。加えて、水冷シリンダ2.1には、合成ガスの排熱吸収を高めるための工程や設計要件に応じて、追加受熱構造2.5が設けられる。本実施例において、図６に示すように、追加受熱構造2.5は、水冷シリンダ2.1の壁上部に配置される複数のU字形受熱管である。複数の噴水管2.2は水冷シリンダ2.1の上部に配置され、噴水管2.2の数は要件に応じて決められる。水冷シリンダ2.1の逆円錐部の内壁には、逆円錐部の内面を一定の温度に維持するために、50〜60mmの厚みを有する耐火層2.12が設けられることにより、合成ガスの温度を低下させつつ、凝集スラグやタールをスラグ出口2.8から排出するのに効率が良い。水冷シリンダ2.1の外面は、良好な保温性能と低密度を備えた保温コットンから作られる断熱層2.11により被覆されることにより、水冷式急冷塔の外面温度が40℃を超えないように維持されつつ、装置全体の重量が増えないようにする。水冷式急冷装置が作動する間に、噴水管2.2は受熱管2.9と併せて作用し、或いは閉鎖されて、合成ガスが受熱管2.9によって独立して冷却されるようにする。従って、水を噴霧することによる従来型の冷却方法は変わる。本実施例の水冷式急冷塔は構造が単純であり、軽量であり、装着や維持管理に都合がよく、合成ガスの排熱の一部を回収することができる。当然のことながら、一般的な急冷塔であっても本発明の技術構想を達成することができるが、その効果は劣る。
【００４３】
一般的な急冷塔または上記の水冷式急冷塔2が採用される場合には、噴水管2.2が用いられる。噴水管2.2のための噴霧管システム12が本実施例では設けられる。一般的な噴水霧化法には、空気圧式霧化法と機械式霧化法がある。空気圧式霧化法が採用される場合には、流れの安定した制御や噴水効果を容易に得ることができる。しかし、噴水環境に入るべく噴霧に圧縮ガスを必要とするので、噴水の使用は一定の程度に限定される。機械式霧化が採用される場合には、水管内の水圧は一定幅で変動することが頻繁にあるので、相対的に安定した水圧を維持することが困難であり、また、水圧調整が必要とされる時に、水圧を正確に調整することが困難であり、さらに、水圧を所定値に調整するために、長い期間と大きなエネルギ消費を必要とする。図８に示すように、噴水管の噴霧管システム12は、サージタンク12.1と、調整制御装置12.5と、水入口弁12.2と、ガス入口弁12.3と、水出口弁12.6と、噴霧ノズル12.10を含む。サージタンク12.1は鋼製の密封タンクである。サージタンク12.1の上側部分には圧縮ガスが貯留されており、サージタンク12.1の下側部分には水が貯留される。サージタンク12.1には水入口、水出口、ガス入口、およびガス出口が設けられており、それらは水入口弁12.2、水出口弁12.6、ガス入口弁12.3、ガス出口弁12.4それぞれと連結される。水入口弁12.2はサージタンク12.1の下側部分に配置されると共に、外部水源と連結されており、外部水源には工場域内にある一定圧力の水管により、或いは水ポンプより直接的に水が供給される。水冷式煙道装置1からの水はサージタンク12.1に流入する。水出口弁12.2はサージタンク12.1の底部に配置されると共に、複数の噴水分岐管と連結される。各噴水分岐管はスロットルオリフィス12.7、遮断弁12.8、圧力計12.9、噴霧ノズル12.10それぞれと連結される。ガス入口弁12.3はサージタンク12.1の上側部分に配置されると共に、工場域内にある圧縮ガス源と連結される。ガス出口弁12.4はサージタンク12.1の上部に配置されると共に、外部環境と連通可能である。調整制御装置12.5は制御モジュールであり、サージタンク12.1の内部圧力と作動プログラムに応じてガス入口弁12.3とガス出口弁12.4の始動および停止を制御し、サージタンク12.1の内部圧力を調整することにより、管システムの噴水圧力を更に制御し調整する。噴霧管システム12が作動する間に、外部水源は水入口弁12.2を介してサージタンク12.1に流入し、サージタンク12.1内の水は水出口弁12.6を通過して各噴水分岐管に分散させられ、そこで水はスロットルオリフィス12.7および遮断弁12.8を通過して噴霧ノズル12.10に流れて霧状にされ、最終的に霧状水は水の噴霧を必要とする環境に噴霧される。また本実施例において、水の噴霧を必要とする環境は急冷塔である。スロットルオリフィス12.7は各噴水分岐管の圧力を均等にして、各噴水分岐管の噴水効果を等しくするために使用される。遮断弁12.8は、配置された噴水分岐管のいずれが作用するかを決める。圧力計12.9は正確な噴水圧力を表示するために使用される。噴霧管システム12内部の圧力は、サージタンク12.1内の圧縮ガスにより制御され、システムにより正確且つ迅速に調整される。圧縮ガス源は広範な選択範囲を有するものである。機械式霧化法が使用され、圧縮ガスが噴水環境に入ることが回���され、適用範囲が広い。工程全体が調整制御装置12.5により制御されることにより、完全自動操作が実現される。当然のことながら、一般的な空気圧式霧化または機械式霧化の配管システムであっても、本発明の技術構成を達成することができるが、その効果は上述した欠点に起因して劣る。
【００４４】
図９〜１０に示すように、水管型排熱ボイラ3は、ドラム3.7と、ドラム3.7の下方に配置されるボイラ本体を含む。ボイラ本体は水平構造をなす。入口連結器3.12および出口連結器3.13はボイラ本体の２つの水平方向端部にそれぞれ配置される。高温合成ガスはボイラに水平方向に流入する。ボイラ本体は、ボイラ壁部および長手方向に配置される複数の受熱管3.1を含む。ボイラ本体の２つの側壁は吸熱と密封の機能を果たす膜式壁管パネル3.2である。高温合成ガスは受熱管3.1の間を流れる一方、受熱管3.1および膜式壁管パネル3.2内部の冷却水は合成ガスの排熱を吸収して合成ガスの温度を低下させる。全ての受熱管3.1の上端および下端は上側連結管3.3および下側連結管3.5と溶接によりそれぞれ連結される。上側連結管3.3および下側連結管3.5は上側ヘッダ3.4および下側ヘッダ3.6とそれぞれ連結される。各膜式壁管パネル3.2の上端および下端も上側ヘッダ3.4および下側ヘッダ3.6とそれぞれ連結される。上側ヘッダ3.4は蒸気出口管3.8を介してドラム3.7と連結され、連結部分はドラム3.7の液面上側部分に配置されることにより、合成ガスから排熱を吸収した後に冷却水から変換された蒸気が回収され、ドラム3.7上側部分から出力されて、他の目的で使用される。下側ヘッダ3.6は下降管3.9を介してドラム3.7の底部と連結される。ドラム3.7内の冷却水は下降管3.9、下側ヘッダ3.6、下側連結管3.5を通過し、受熱管3.1および膜式壁管パネル3.2に流入する。従って、蒸気および冷却水の間には密度差が存在するので、水の循環がドラム3.1と受熱管3.1と膜式壁管パネル3.2の間で形成される。バイオマス合成ガスが受熱管3.1の間を流れる時には、バイオマス合成ガスの熱エネルギが冷却水により連続吸収されるので、バイオマス合成ガスの温度は連続して低下する。合成ガス中のタールは連続して凝集されて、受熱管3.1と膜式壁管パネル3.2の表面に付着し、タールは液体状態である。受熱管3.1と膜式壁管パネル3.2は長手方向に配置されるので、タールは重力の作用下で受熱管3.1と膜式壁管パネル3.2に沿って下方に流れ、ボイラ本体の底面に配置されるアッシュホッパ3.10に落下することにより、アッシュ出口から排出される。入口連結器3.12および出口連結器3.13は円錐構造をなしており、その内壁は不定形耐火物から作られた耐火層により被覆され、或いは冷却コイル管により被覆される。また、断熱層3.11は膜式壁管パネル3.2とボイラ本体上壁の外面上に覆われる。断熱層3.11は好適には、保温特性に優れるとともに密度が小さい保温コットンから作られることにより、装置の重量は従来の排熱ボイラよりも著しく軽くなる。水管型排熱ボイラ3は、合成ガスの温度が相対的に高く、熱交換効率が良い工程部分に配置される。回収された高温蒸気は、他の工程部分で使用されてもよく、水管型排熱ボイラ3の自重は軽い。
【００４５】
熱管型排熱ボイラ4は水平構造をなしており、内部の合成ガスは水平方向に流れる。熱管型排熱ボイラ4は受熱管（熱管）4.1を含む。複数の受熱管4.1が順次長手方向に配置される。高温合成ガスは、平滑な管構造の受熱管4.1の下側部分の間を水平方向に流れる。受熱管4.1の上側部分はドラム4.2に挿入される。密封された管スリーブ4.3は、相対的に大きい温度差によって生じる金属の熱応力を回避するために、受熱管4.1とドラム4.2が連結される位置に配置される。ドラム4.2には冷却水入口と加熱水（または蒸気）出口が設けられる。受熱管4.1によって形成される管束の両側部には保温壁4.7が設けられる。各保温壁4.7と合成ガスの接触面には保温レンガが設けられる。保温壁4.7の外側には、一体的に締まるように鋼板が溶接される。断熱コットンは、設計要件に応じて、保温レンガと鋼板の間に配置される。熱管型排熱ボイラ4の入口連結器4.5および出口連結器4.6は、鋼板を巻回することにより形成される円錐構造において、四角形と円形の連結器である。入口連結器4.5の内壁は保温材または不定形耐火物により成型される。入口連結器4.5および出口連結器4.6は、保温壁4.7の外側に配置される密封鋼板と溶接により密封連結される。受熱管4.1の下側部分にはアッシュホッパ4.4が設けられており、鋼板により巻回された四角形と円形の連結タイプである。アッシュホッパ4.4はまた溶接により、保温壁4.7の外部に配置された密封鋼板と密封連結される。熱管型排熱ボイラ4が作動すると、受熱管4.1の下側部分は吸熱部となり、上側部分は放熱部となる。受熱管4.1の下側部分は合成ガスから熱エネルギを吸収し、合成ガスの温度を低下させる。ドラム4.2内の冷却水は受熱管4.1の上側部分から放出された熱エネルギを吸収して、温水または蒸気に変換され、さらにドラム4.2から導出されて他の工程に供給され、或いは生活で使用される。熱利用効率を高めるために、回収された温水は水冷式煙道装置1および水冷式急冷塔2に供給されて再利用される。熱管型排熱ボイラ4内を流れる合成ガスの温度が低下するにつれて、タールは連続的に凝集する。受熱管4.1の下側部分はドラム4.2内部の冷却水と直接接触しない。従って、受熱管4.1の下側部分表面は相対的に高い金属温度を維持し、表面に付着したタールの温度も対応して上昇するので、タールの流動粘度は低下する。一方、受熱管4.1の下側部分は垂直方向下方に平滑な構造であり、タールの流れ抵抗を増大させかねない付加的な付属物が存在しないので、受熱管4.1に付着し、特に表面に付着したタールは、重力によりアッシュホッパ4.4に落下し、最終的に外部に排出される。熱管型排熱ボイラ4の熱交換効率を改善するために、受熱管4.1の表面をきれいにすることが必要である。受熱管4.1の表面を相対的に高温に維持することにより、合成ガスによる金属の腐食を減少させるのに有利である。
【００４６】
上述の水管型排熱ボイラ3および熱管型排熱ボイラ4ではなく一般的な排熱ボイラであっても、システム全体の機能を実現することはできるが、一般的な排熱ボイラの熱交換効率や排熱回収効率は相対的に悪い。
【００４７】
上記冷却・洗浄システムを使用するバイオマス合成ガスの冷却・洗浄方法は、以下のとおりに実施される。
【００４８】
1)  バイオマスガス化炉10内で生成され、温度が1000〜1100℃、ダスト含有量が20g/Nm3未満、タール含有量が3g/Nm3未満のバイオマス合成ガスは、水冷式煙道装置1を介して水冷式急冷塔2に導入され、そこで合成ガスは予冷却され、水冷式急冷塔内に水が噴霧されて合成ガスの温度は780〜820℃に低下し、合成ガス中のスラグは凝集する。スラグは水冷式急冷塔の底部から排出される。従って、排熱ボイラの受熱面は後続の工程でスラグ汚染されることがなく、排熱ボイラの熱交換性能が保証される。
【００４９】
2)  次に、水冷式急冷塔2内でスラグ凝集後の合成ガスは排熱ボイラに送られる。本実施例では、排熱ボイラは高温部と低温部を含む。高温部は水管型排熱ボイラ3を採用する。排熱ボイラ高温部出口における合成ガスの温度は400〜450℃であり、重タールの凝固点よりも高いので、タールの凝集を回避することができる。水管型排熱ボイラの設計圧力は1.6MPaよりも高いので、蒸気の温度品質が改善されると共に、対応する化学工業用蒸気要件を満たす。低温部は熱管型排熱ボイラ4を採用して熱交換作用を高める。排熱ボイラ低温部出口における合成ガスの温度は200℃未満に制御されて、この部分で重タールを凝集させるとともに、シュートにより重タールを回収する。熱管型排熱ボイラの設計圧力は0.5〜1.6MPaであり、そこで生成される低圧蒸気は電気集塵装置に供給されて使用される。水冷式煙道装置1および水冷式急冷塔2により回収された排熱は熱管型排熱ボイラ4に送られて、蒸気―水分離が行われ、水は循環して使用される。
【００５０】
3)  石炭ガスと比べて、バイオマス合成ガスはダスト含有量とタール含有量が相対的に低い。予備ダスト除去ではサイクロン式ダスト回収装置またはベンチュリ式ダスト回収装置を必要としないので、熱管型排熱ボイラ4出口からの合成ガスは直接充填式スクラブ冷却塔に導入される。ダスト除去および温度低下の目的が実現されるだけでなく、H2S、NH3、HCNなどの有害なガスが洗浄により除去される。また、システム抵抗が低減し、ファン7の電力消費が節約される。洗浄後の合成ガスの温度は40〜45℃に低下する。
【００５１】
4)  合成ガスは最終的に湿式電気集塵装置に送られ、ダストおよびタールが更に除去されて、ダスト含有量およびタール含有量のいずれも10mg/Nm3未満とし、温度を45℃未満として、後続の工程でのガス要件を完全に満たす。顕熱回収は80％よりも高い。
【００５２】
次に適合合成ガスはファン7により湿式ガスホルダに汲み上げられて貯蔵され、或いは下流工程に供給されて使用される。フレア9は湿式ガスホルダと並列連結されており、システムが始動されて合成ガスの成分が過剰である時に、排煙を燃焼させる重要な装置である。
【００５３】
本発明の重要な点は、急冷塔と排熱ボイラを使用して合成ガスを冷却すると共に排熱と重タールを回収し、また、スクラブ冷却塔および電気集塵装置を用いてダストとタールを徐々に除去し、それによりバイオマス合成ガスの冷却・洗浄を、エネルギ消費が少なく且つ効率良く行うことができる。従って、本発明の保護範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。当該技術分野に属する者には、本発明の広範な態様から逸脱することなく、変更や変形を行い得ることは明白である。例えば、水冷式煙道装置１、水冷式急冷塔2、水管型排熱ボイラ3、熱管型排熱ボイラ4は上記に例証した特定の構造に限定されるものではなく、本発明の技術構成は、一般的な煙道、一般的な急冷塔、一般的な排熱ボイラの使用によっても達成できる。システム内の装置の構成は、上記実施形態に記載された特定の構成に限定されるものではなく、同等の変更や変形を行うことも可能である。熱管型排熱ボイラ4、水冷式煙道装置1、水冷式急冷塔2は上記実施形態の水循環型に限定されるものではなく、水冷式煙道装置１および水冷式急冷塔２に独立した水供給を使用し、熱管型排熱ボイラからの回収排熱を他の目的に供給することも可能である。様々な工程での温度や圧力を含むパラメータは、処理される合成ガスの温度、ダスト含有量、タール含有量に応じて、合理的に調整することができる。添付の請求の範囲の目的は、全ての変更や変形を本発明の真の趣旨や範囲に入るものとして含むことである。
【符号の説明】
【００５４】
１    水冷式煙道装置
1.1  入口水冷煙道
1.2  上側曲げ水冷煙道
1.3  直線状水冷煙道
1.4  下側曲げ水冷煙道
1.5  出口水冷煙道
1.6  耐火層
1.7  受熱管
1.8  鋼板細片
２    水冷式急冷塔
2.1  水冷シリンダ
2.2  噴水管
2.3  出口ヘッダ
2.4  入口連結器
2.5  追加受熱構造
2.6  出口連結器
2.7  入口ヘッダ
2.8  スラグ出口
2.9  受熱管
2.10  鋼板細片
2.11  断熱層
2.12  耐火層
3    水管型排熱ボイラ
3.1  受熱管
3.2  膜式壁管パネル
3.3  上側連結管
3.4  上側ヘッダ
3.5  下側連結管
3.6  下側ヘッダ
3.7  ドラム
3.8  蒸気出口管
3.9  下降管
3.10  アッシュホッパ
3.11  断熱層
3.12  入口連結器
3.13  出口連結器
4  熱管型排熱ボイラ
4.1  受熱管
4.2  ドラム
4.3  密封管スリーブ
4.4  アッシュホッパ
4.5  入口連結器
4.6  出口連結器
4.7  保温壁
5    スクラブ冷却塔
6    電気集塵装置
7    ファン
8    ガスホルダ
9    フレア
10    高温熱分解バイオマスガス化炉
11    鋼板断熱煙道
12    噴水管の噴霧管システム
12.1  サージタンク
12.2  水入口弁
12.3  ガス入口弁
12.4  ガス出口弁
12.5  調整制御装置
12.6  水出口弁
12.7  スロットルオリフィス
12.8  遮断弁
12.9  圧力測定器
12.10  アトマイズノズル
【図１】
0005829343.tif 000002
【図２】
0005829343.tif 000003
【図３】
0005829343.tif 000004
【図４】
0005829343.tif 000005
【図５】
0005829343.tif 000006
【図６】
0005829343.tif 000007
【図７】
0005829343.tif 000008
【図８】
0005829343.tif 000009
【図９】
0005829343.tif 000010
【図１０】
0005829343.tif 000011
【図１１】
0005829343.tif 000012
【図１２】
0005829343.tif 000013