(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス供給部と、
水蒸気供給部と、
前記水蒸気供給部から供給される水蒸気により形成される噴流床で前記バイオマス供給部から供給されたバイオマスを流動させる第１領域と、前記第１領域で生成されたガスが流入する第２領域とが、ガスの流れ方向に沿って形成される反応塔と、
前記反応塔の前記第１領域及び第２領域の夫々に酸素ガスを供給する複数の酸素ガス供給部と、
各酸素ガス供給部からのガス供給量を調整する供給量調整機構と、
を備えているガス化炉。
【請求項２】
前記第１領域では主に水性ガス反応が行なわれ、前記第２領域では主に水性ガスシフト反応が行なわれ、
前記供給量調整機構は水性ガス反応と水性ガスシフト反応とを調整することで反応塔から流出するガスの組成を調整するように構成されている請求項１記載のガス化炉。
【請求項３】
前記供給量調整機構は供給されるバイオマスの組成と供給量から各酸素ガス供給部への必要な酸素ガス供給量を演算し、酸素ガス供給量を調整するように構成されている請求項１または２記載のガス化炉
【請求項４】
前記供給量調整機構は前記反応塔から流出するガスの組成に基づいて酸素ガスの総供給量一定の下で各酸素ガス供給部からの酸素ガス供給量の比率を調整するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のガス化炉。
【請求項５】
前記供給量調整機構は、さらに水蒸気供給部からの水蒸気供給量を調整するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のガス化炉。
【請求項６】
前記水蒸気供給部は前記バイオマス供給部より上流に配置されている請求項１から５の何れかに記載のガス化炉。
【請求項７】
前記酸素ガス供給部のうち前記第１領域に対応する酸素ガス供給部は、少なくとも前記バイオマス供給部より上流側に配置されている請求項１から６の何れかに記載のガス化炉。
【請求項８】
前記酸素ガス供給部のうち前記第１領域に対応する酸素ガス供給部は、前記バイオマス供給部の下流側にさらに配置されている請求項７記載のガス化炉。
【請求項９】
前記水蒸気供給部は何れの酸素ガス供給部より上流側に配置されている請求項６または７記載のガス化炉。
【請求項１０】
前記第２領域のガス流速を前記第１領域のガス流速よりも低下させるガス流速調整部を備えている請求項１から９の何れかに記載のガス化炉。
【請求項１１】
前記ガス流速調整部は、内部のガス流に直交する平均断面積が前記第１領域より前記第２領域の方が大きくなるように形成された前記反応塔の形状により具現化されている請求項１０記載のガス化炉。
【請求項１２】
請求項１または２記載のガス化炉の運転方法であって、
前記反応塔から流出するガスの組成を測定し、
測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、前記酸素ガス供給部から前記第１領域及び第２領域の夫々に供給する酸素ガスの供給量を調整するガス化炉の運転方法。
【請求項１３】
測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、前記酸素ガス供給部から供給される酸素ガスの総量を一定に維持しながら、前記第１領域及び第２領域の夫々に供給する酸素ガス供給量の比率を調整する請求項１２記載のガス化炉の運転方法。
【請求項１４】
反応塔の上流側でバイオマスに水蒸気を供給して噴流床を形成し、主に水性ガス反応を促す水性ガス反応促進工程と、
前記水性ガス反応工程で生成された水性ガスに対して、前記反応塔の下流側で主に水性ガスシフト反応を促す水性ガスシフト反応促進工程と、
前記水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に酸素ガスを供給するとともに、夫々に供給する酸素ガスの比率を調整することにより、反応塔から流出するガスの組成を調整する酸素ガス供給工程と、
を含むバイオマスガス化処理方法。
【請求項１５】
前記酸素ガス供給工程は、前記水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に供給する酸素ガスの総量を一定に維持しながら酸素ガス供給量の比率を調整して、反応塔から流出するガスの組成を調整する工程である請求項１４記載のバイオマスガス化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスからエネルギーの原料となるガスを得るガス化炉、ガス化炉の運転方法、及びバイオマスガス化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは再生可能な生物由来の有機性資源で化石資源を除いたものをいう。バイオマスが燃焼することにより放出されるＣＯ２は、本来、生物の成長過程で光合成により大気中から吸収したＣＯ２であることから、地球温暖化の原因物質とはならないこともあり、再生可能なエネルギー源として注目されている。
【０００３】
従来、さとうきびやトウモロコシ等の可食原料を発酵、ろ過してアルコールに転換し、代替燃料として利用する技術が確立されていたが、そのために可食原料の不足や価格の高騰を招く等の虞のあることから、近年、稲わら、もみ殻、木くず等の非可食原料をガス化炉に投入して水性ガス反応によりガス化し、得られたガスをＦＴ合成により液体燃料化する技術が注目されている。
【０００４】
一般に、バイオマスと水蒸気から一酸化炭素と水素を生成する水性ガス反応は吸熱反応であり、当該反応を促進するためにガス化炉の炉内温度を５００℃〜１２００℃以上に維持する必要がある。
【０００５】
そのため、水蒸気を加熱して炉内に投入する構成、ガス化炉を電気ヒータ等の外部熱源で加熱する構成、加熱源として炉内に石炭等の化石燃料を投入する構成、或いは炉内に酸素を供給してバイオマスの一部の燃焼熱を加熱源に用いる等の様々な構成が採用されているが、エネルギー効率の良いガス化炉の実現という点で未だ多くの課題が残されている。
【０００６】
特許文献１には、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスガス化炉を提供することを目的とするバイオマスガス化炉が開示されている。
【０００７】
当該バイオマスガス化炉は、平均粒径が０．０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを備え、酸素［Ｏ２］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ２／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ２Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ２Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型のガス化炉で、燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように燃焼酸化剤供給手段が複数段設けられ、炉内圧力が１〜３０気圧で運転されるように構成されている。炉内圧力が３０気圧であれば、空塔速度が低くなり装置のコンパクト化が可能になる。
【０００８】
また、当該ガス化炉は、炉本体の下側部分で助燃部分を形成するように、化石燃料である石炭を供給して化石燃料の燃焼により高温場を形成し、そこにバイオマスを投入することで、バイオマスを燃焼させることなく熱分解ガス化を効率よく行うように構成された態様も開示されている。
【０００９】
特許文献２には、上述と同様の目的で、鉛直方向一方側から他方側へ向って内部でガスを流通させると共に内部の前記一方側に高温反応場が形成されて内部の前記一方側と前記他方側との間にガス化反応場が形成されるガス化炉本体と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へバイオマスを供給するバイオマス供給手段と、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場へ酸素を供給する燃焼酸化剤供給手段と、前記ガス化炉本体の内部へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備えているバイオマスガス化炉において、前記水蒸気供給手段が、前記ガス化炉本体の内部の前記高温反応場と前記ガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給するように構成され、炉内圧力が１〜３０気圧で運転されるバイオマスガス化炉が開示されている。
【００１０】
特許文献３には、流動床部及びフリーボード部に夫々酸素とスチームを含む酸化性ガスを供給する複数段のガス供給部を備え、流動床部でバイオマスを酸化して５００℃〜７５０℃の温度に加熱し、前段で酸化されたバイオマスの一部をフリーボード部上流側で８００℃〜８５０℃の温度に加熱し、さらに前段で酸化されたバイオマスの一部をフリーボード部下流側で９００℃〜１０００℃の温度に加熱して合成ガスを生成する炉内圧力が１０気圧程度で運転される流動床式のガス化炉が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４９３８９２０号公報
【特許文献２】特許第４３８８２４５号公報
【特許文献３】特許第５５７６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示されたガス化炉は、通常バイオマスを単にガス化した場合に水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯが２を超えることが無いとの認識の下で、水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯがメタノール合成に必要な２以上となるように、酸素と水蒸気を混合した燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段を炉の上流に設け、或いは上流側から下流側に向けて多段に設け、酸素［Ｏ２］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ２／Ｃ＜１．０の範囲に調整し、水蒸気［Ｈ２Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ２Ｏ／Ｃの範囲に調整する技術であり、燃焼酸化剤供給手段から供給される水蒸気により水性ガス反応を促進し、同時に供給される酸素により水性ガス反応でせられた一酸化炭素ガスを部分酸化して水性ガス反応に好適な温度７００〜１２００℃に維持するように構成されている。
【００１３】
つまり、炉内に燃焼酸化剤を投入して部分燃焼（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）させることで熱として利用し、後工程でＣＯ２を除去することで［Ｈ２Ｏ］／［ＣＯ］の比率を向上させる技術であり、ガス化炉の後段にガス中のＨ２とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置が別途設けられている。
【００１４】
特許文献２に開示されたガス化炉も特許文献１に開示されたガス化炉と同様に、水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯがメタノール合成に必要な２以上となることを目的としたガス化炉であり、ガス化炉本体の水性ガス反応が行なわれる高温反応場と、水性シフト反応が行なわれるガス化反応場とへそれぞれ別々に水蒸気を供給することで、高温反応場での温度低下を回避しながらガス化反応場で水素ガスの収量を上昇させるように構成されている。
【００１５】
しかし、水性ガス反応により得られたガスをＦＴ合成して得られる燃料はメタノールに限るものではなく、必ず水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯを２以上に調整しなければならないということはない。例えば、鉄系の触媒を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスから軽油を合成する場合、水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯを１に調整することが好ましいが、同じ軽油を合成する場合であっても触媒が異なれば好適な水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯが異なる値になる。そのような場合に、特許文献１，２に開示されたガス化炉では容易に対応できなかった。
【００１６】
また、原料となるバイオマスの種類や含水率を含む組成が異なると、水性ガス反応の好適な条件も異なり、生成される水素ガスと一酸化炭素ガスの比率Ｈ２／ＣＯも様々に変動するため、原料の変動や目標とする生成ガスの比率Ｈ２／ＣＯの変動に対応して容易に目標とする比率Ｈ２／ＣＯで生成ガスを得ることができる柔軟なガス化炉が望まれていた。
【００１７】
さらに、特許文献１，２に開示されたガス化炉は、多段に酸素ガス及び／または水蒸気を供給する構成であるため、下流側ほどガス流量が増して流速が上昇するため、十分な反応時間を確保するためにガス化炉が大きくなるという問題もあった。そのような観点では特許文献３に開示されたガス化炉も同様である。
【００１８】
上述した従来のガス化炉は何れも加圧化で運転される炉であるため、厳重なシール性を確保する必要があり、設備コストが嵩むという問題もあり、大気圧または負圧下で運転する場合にはさらに大型化するという問題もあった。
【００１９】
さらに、特許文献１，２，３には詳述されていないが、ガス化炉を７００〜１２００℃の高温に保つためにはヒータ等の外部熱源で加熱したり、石炭等の化石燃料の燃焼熱で加熱したりする必要があり、カーボンニュートラルなバイオマスと異なり地球温暖化への配慮が必要であるという問題もあった。
【００２０】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、外部熱源の利用を抑制しつつ所望の比率の合成ガスを得ることができる自由度の高いガス化炉、ガス化炉の運転方法、及びバイオマスガス化処理方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の目的を達成するため、本発明によるガス化炉の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、バイオマス供給部と、水蒸気供給部と、前記水蒸気供給部から供給される水蒸気により形成される噴流床で前記バイオマス供給部から供給されたバイオマスを流動させる第１領域と、前記第１領域で生成されたガスが流入する第２領域とが、ガスの流れ方向に沿って形成される反応塔と、前記反応塔の前記第１領域及び第２領域の夫々に酸素ガスを供給する複数の酸素ガス供給部と、各酸素ガス供給部からのガス供給量を調整する供給量調整機構と、を備えている点にある。
【００２２】
バイオマス供給部から供給されたバイオマスが水蒸気供給部から供給される水蒸気によって流動する噴流床が反応塔の第１領域に形成され、第１領域でバイオマスが流動しながらガス化され、反応塔のガスの流れ方向下流側の第２領域に流れる。第１領域及び第２領域の夫々に設けられた酸素ガス供給部から酸素ガスが供給されることによりバイオマスまたはガスの一部が燃焼し、その燃焼熱が各領域でガス化の反応に必要な温度の確保に用いられると同時に燃焼によりそのガスの成分が変化する。供給量調整機構によって第１領域への酸素ガス供給量及び第２領域への酸素ガス供給量が個別に調整されるので、それぞれの領域での温度及びガスの成分が調整され、その結果、外部熱源の利用を抑制することができ、各領域での生成ガスの成分調整もできるようになる。
【００２３】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記第１領域では主に水性ガス反応が行なわれ、前記第２領域では主に水性ガスシフト反応が行なわれ、前記供給量調整機構は水性ガス反応と水性ガスシフト反応とを調整することで反応塔から流出するガスの組成を調整するように構成されている点にある。
【００２４】
主に水性ガス反応が行なわれる第１領域では、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスによって主にカーボンからなるバイオマスの一部が燃焼して昇温され、その燃焼温度により吸熱反応である水性ガス反応、つまりカーボンと水蒸気から一酸化炭素ガスと水素ガスが生成される反応が促進される。第２領域では水蒸気供給部から供給された水蒸気のうち水性ガス反応に寄与しなかった水蒸気と一酸化炭素ガスとから水素ガスが生成される水性ガスシフト反応が進むとともに、酸素ガス供給部から供給される酸素ガスによって一部の一酸化炭素ガスが燃焼する。
【００２５】
しかし、第１領域に供給される酸素ガス量が増えるとバイオマスの燃焼反応が主反応となって相対的に一酸化炭素の収量が増えて水素ガスの収量が低下する。また、第２領域に供給される酸素ガス量が増えると一酸化炭素の燃焼熱で水性ガスシフト反応が促進される結果、相対的に水素ガスの収量が増えて一酸化炭素の収量が低下する。従って、第１領域及び第２領域への酸素ガス供給量を調整することによって最終的に生成される一酸化炭素ガスとから水素ガスの成分比率が自在に調整できるようになる。
【００２６】
さらに、第２領域に供給される酸素ガスが燃焼しても一酸化炭素が二酸化炭素となるだけなので、それによってガス量が増加することはない。よって、第１領域から第２領域にかけて流れるガスの流速が大きく変動することもなく、従って、水性ガスシフト反応の反応機会を確保するために反応塔のガス通流長さを長くしたり、流速を下げるためガス通過断面積を大きくするような必要がない。
【００２７】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記供給量調整機構は供給されるバイオマスの組成と供給量から各酸素ガス供給部への必要な酸素ガス供給量を演算し、酸素ガス供給量を調整するように構成されている点にある。
【００２８】
第１領域へ供給されるバイオマスの組成と供給量、すなわち反応塔内に供給されるカーボンＣ、水素Ｈ、酸素Ｏ及びバイオマスに含まれる水分Ｈ２Ｏに基づいて、第１領域での水性ガス反応の程度、第２領域での水性ガスシフト反応の程度、その時の領域内の温度を所望の温度に維持するために必要な酸素ガス量が、供給量調整機構によって化学量論的に演算され、その結果に基づいて各酸素ガス供給部から供給すべき酸素ガスの供給量が調整されるので、外部熱源の利用を抑制しながらも所望の組成のガスが高効率で得られるようになる。
【００２９】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記供給量調整機構は前記反応塔から流出するガスの組成に基づいて酸素ガスの総供給量一定の下で各酸素ガス供給部からの酸素ガス供給量の比率を調整するように構成されている点にある。
【００３０】
上述の構成によれば、反応塔から流出するガスの組成に基づいて、供給量調整機構により酸素ガスの総供給量一定の下で各酸素ガス供給部からの酸素ガス供給量の比率が調整されるため、バイオマスの組成等に変動が生じても所望の組成の合成ガスが精度よく得られるように柔軟に対応できるようになる。
【００３１】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記供給量調整機構は、さらに水蒸気供給部からの水蒸気供給量を調整するように構成されている点にある。
【００３２】
上述の構成によれば、供給量調整機構によって各酸素ガス供給部からのガス供給量に見合った適切な水蒸気供給量に調整されるので、水性ガス反応及び水性ガスシフト反応の程度を適正に調整でき、所望の組成の合成ガスを得やすくなる。
【００３３】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記水蒸気供給部は前記バイオマス供給部より上流に配置されている点にある。
【００３４】
上述の構成によれば、反応塔に投入され下方に落下するバイオマスに対して、水蒸気供給部から供給される水蒸気の上昇流が作用し、バイオマスが底部に落下することを抑制して効果的にバイオマスの噴流床が形成されるようになる。
【００３５】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記酸素ガス供給部のうち前記第１領域に対応する酸素ガス供給部は、少なくとも前記バイオマス供給部より上流側に配置されている点にある。
【００３６】
バイオマスと水蒸気との間に生じる水性ガス反応は吸熱反応であり、当該反応によって温度が低下すると水性ガス反応が抑制されるようになる。しかし、第１領域に対応する酸素ガス供給部が少なくともバイオマス供給部より上流側に配置されていれば、バイオマスと酸素ガスとの接触機会が増して燃焼反応が起きやすくなる。それにより、反応塔内部の発熱源として燃焼反応が利用されることになり、外部熱源の利用を効果的に抑制することができるようになる。
【００３７】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七の特徴構成に加えて、前記酸素ガス供給部のうち前記第１領域に対応する酸素ガス供給部は、前記バイオマス供給部の下流側にさらに配置されている点にある。
【００３８】
水性ガス反応で生じた一酸化炭素がバイオマス供給部の下流側から供給された酸素ガスによって燃焼するため、バイオマス供給部の下流側での温度低下が抑制され、さらに水性ガス反応が促進されるようになり、生成されたガスを十分な温度で第２領域に流下することができるようになる。
【００３９】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第六または第七の特徴構成に加えて、前記水蒸気供給部は何れの酸素ガス供給部より上流側に配置されている点にある。
【００４０】
上述の構成によれば、噴流床が形成された状態のバイオマスに酸素ガスが供給されるので、バイオマスと水蒸気や酸素ガスとの接触機会が増して、結果としてＨ２とＣＯのトータル量を増加させやすくなる。
【００４１】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一から第九の何れかの特徴構成に加えて、前記第２領域のガス流速を前記第１領域のガス流速よりも低下させるガス流速調整部を備えている点にある。
【００４２】
上述の構成によれば、第２領域のガス流速が第１領域のガス流速よりも低くなり、未だガス化していない比重の大きな未反応のバイオマスは第２領域に到達しても留まることはできず第１領域に戻される。第１領域に戻されたバイオマスは、再度水性ガス反応や燃焼反応等の機会を得ることになり、比重の小さなバイオマス灰になるまで第１領域に留まり続ける。また、第２領域での水性ガスシフト反応に要する時間が稼げるので、反応塔のガスの流れ方向サイズを小型にでき、結果としてバイオマスの水性ガス反応への変換率も向上する。
【００４３】
同第十一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第十の特徴構成に加えて、前記ガス流速調整部は、内部のガス流に直交する平均断面積が前記第１領域より前記第２領域の方が大きくなるように形成された前記反応塔の形状により具現化されている点にある。
【００４４】
本発明によるガス化炉の運転方法の第一の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成を備えたガス化炉の運転方法であって、前記反応塔から流出するガスの組成を測定し、測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、前記酸素ガス供給部から前記第１領域及び第２領域の夫々に供給する酸素ガスの供給量を調整する点にある。
【００４５】
同第二の特徴構成は、同請求項１３に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、上述の第一または第二の特徴構成を備えたガス化炉の運転方法であって、測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、前記酸素ガス供給部から供給される酸素ガスの総量を一定に維持しながら、前記第１領域及び第２領域の夫々に供給する酸素ガス供給量の比率を調整する点にある。
【００４６】
本発明によるバイオマスガス化処理方法の第一の特徴構成は、同請求項１４に記載した通り、反応塔の上流側でバイオマスに水蒸気を供給して噴流床を形成し、主に水性ガス反応を促す水性ガス反応促進工程と、前記水性ガス反応工程で生成されたガスに対して、前記反応塔の下流側で主に水性ガスシフト反応を促す水性ガスシフト反応促進工程と、前記水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に酸素ガスを供給するとともに、夫々に供給する酸素ガスの比率を調整することにより、反応塔から流出するガスの組成を調整する酸素ガス供給工程と、を含む点にある。
【００４７】
同第二の特徴構成は、同請求項１５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記酸素ガス供給工程は、前記水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に供給する酸素ガスの総量を一定に維持しながらる酸素ガス供給量の比率を調整して、反応塔から流出するガスの組成を調整する工程である点にある。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明した通り、本発明によれば、外部熱源の利用を抑制しつつ所望の比率の合成ガスを得ることができる自由度の高いガス化炉、ガス化炉の運転方法、及びバイオマスガス化処理方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明によるガス化炉の一部切欠き説明図
【図２】（ａ）は本発明によるガス化炉の要部説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図
【図３】供給量制御機構の説明図
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）はバイオマスのガス化反応の説明図、（ｄ）は実験結果を示す表
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は別実施形態を示す本発明によるガス化炉の要部説明図
【図６】本発明によるガス化炉が組み込まれたバイオマスの液体燃料化システムの説明図
【図７】本発明によるガス化炉が組み込まれたエネルギー生成システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明によるガス化炉、ガス化炉の運転方法、及びバイオマスガス化処理方法の実施形態を説明する。
図６に示すように、本発明によるガス化炉１０は、バイオマスを原料にして生成される合成ガスから液体燃料を生成する液体燃料化システム１００に組み込まれることが可能なガス化炉である。尚、当該ガス化炉１０で生成される合成ガスは、発電や他の熱源としても利用可能である。
【００５１】
液体燃料化システム（ＢＴＬシステム）１００は、バイオマスから液体燃料の原料となる合成ガスを生成するガス化炉１０、生成された合成ガスから灰分等の固形物、硫化水素ガスや塩化水素ガス、アンモニア等を除去するサイクロン、スクラバー、活性炭吸着塔等からなるガス精製装置２０４を経て精製された合成ガスから燃料を合成するＦＴ合成装置１０４を備えている。
【００５２】
ガス化炉１０は、炉温が５００℃以上１０００℃以下の高温下で、バイオマスを水蒸気或いは過熱水蒸気で還元加熱して合成ガス（Ｈ２、ＣＯ）を生成する反応塔を備えている。反応塔で得られた合成ガスが後段のガス精製装置２０４で精製され、不純物が除去された後にヒータ及び圧縮機を介して高温高圧に加熱及び加圧されてＦＴ合成装置１０４に投入される。
【００５３】
ＦＴ合成とは、Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈ合成の略で、一酸化炭素と水素から触媒反応を用いて液体炭化水素を合成する一連の合成反応プロセスを指す。ＦＴ合成装置１０４に投入された合成ガスは、触媒が分散された溶媒中に投入されて所望の炭化水素に合成される。触媒の種類や性状により変化するが、例えば、メタノールを合成する場合には、水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯは約２であることが好ましい場合もある。また本実施形態で軽油を合成する場合には水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯは約１であることが好ましい。
【００５４】
つまり、ＦＴ合成で所望の炭化水素を効率的に得るために、水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが調整されていることが好ましく、この比率は同じ種類の炭化水素を得る場合でもＦＴ合成で使用される触媒の種類にも依存する。
【００５５】
従って、様々な比率Ｈ２／ＣＯで合成ガスが得られる汎用性の高いガス化炉１０が望まれ、また合成ガスの収率が高くコンパクトなガス化炉１０が望まれている。
【００５６】
図１には、本発明によるガス化炉１０の一例が示されている。
ガス化炉１０は、フレームで支持され、耐食性の金属で構成された縦型円筒形状の反応塔４と、反応塔４にバイオマスを供給するバイオマス供給装置２と、水性ガス反応を生起するための水蒸気を反応塔４に供給する水蒸気供給部３と、反応塔４を所望の温度に加熱するとともに合成ガスである水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯを調整する酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）とが設けられている。
【００５７】
例えば高周波加熱等により常圧で約５００℃程度に加熱された水蒸気とバイオマスとが反応塔４の内部で水性ガス反応や、水性ガスシフト反応して、反応塔４上部の排気口４０から排気され、排気管４２を経て上述したガス精製装置２０４（図６参照）に導かれる。水性ガス反応は主に反応塔４の下部で、水性ガスシフト反応は主に反応塔４を上昇する過程で生じる。ガス精製装置２０４（図６参照）には誘引送風機が設けられ、反応塔４内部が負圧に維持され、反応塔４内で生成されたガスがガス精製装置２０４（図６参照）に誘引されて精製される。
【００５８】
バイオマス供給装置２は一端が反応塔４の下方にフランジ接続された筒状のケーシング２０と筒状のケーシング２０に収容されたスクリュー羽根２１とを備えたスクリューコンベア機構で構成され、筒状のケーシング２０（以下、単に「ケーシング」と記す。）の他端側にバイオマスの投入口２２が設けられている。投入口２２には略鉛直姿勢の搬送路７０が接続され、その搬送路７０の上端に定量供給機構７１を備えたホッパー７が設けられている。
【００５９】
原料となるバイオマスとして稲わら、もみ殻、麦わら、トウモロコシの茎葉等の乾燥系のバイオマスが好適に用いられる。数ｍｍ程度に破砕されたこれらの乾燥系のバイオマスがホッパー７に充填され、搬送路７０を介して投入口２２に搬送される。投入口２２に投入されたバイオマスはスクリュー羽根２１で圧密に搬送されて反応塔４に投入される。つまり、ケーシング２０内が充填され圧密化されたバイオマスで外気と反応塔４内部との間がシールされる。
【００６０】
バイオマス供給装置２の下方に第１酸素ガス供給部５（５ａ）が設けられ、第１酸素ガス供給部５（５ａ）の下方に水蒸気供給部３が設けられている。バイオマス供給装置２の上方にはさらに他の複数の酸素ガス供給部５（５ｂ，５ｃ）が上下方向位置を異ならせて設けられている。
【００６１】
反応塔４には、塔内温度を維持するために反応塔４を囲むように断熱壁Ｗが設置されている。断熱壁Ｗの内側、特に反応塔４の下方には反応塔４を所望の温度に維持するために複数のヒータＨが埋め込まれている（図２（ｂ）参照）。
【００６２】
図２（ａ）に示すように、バイオマス供給部２から反応塔４の内部に供給されたバイオマスＢは水蒸気供給部３の先端部に設けられたノズル３０から噴射される水蒸気により反応塔４の内部で流動する噴流床８が形成される。
【００６３】
ノズル３０の開口３０ａが反応塔４の底部４１に向かって噴射され、底部４１に向かって落下したまたは落下中のバイオマスを巻き上げながら上方に吹き上げる。反応塔４の下部の噴流床８が形成される領域が主に水性ガス反応が行なわれる第１領域Ｒ１となる。更に第１領域の上方に主に水性ガスシフト反応が行なわれる第２領域Ｒ２（図１参照）が形成される。
【００６４】
水性ガス反応とは、次式に示すように、５００℃以上の高温環境下でバイオマスである固体炭素Ｃと水蒸気Ｈ２Ｏとから一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ２が生成される吸熱反応をいう。
Ｃ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ＋Ｈ２
【００６５】
水性ガスシフト反応とは、次式に示すように、８００℃以上の高温環境下で一酸化炭素ＣＯと水蒸気Ｈ２Ｏとから二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２が生成される発熱反応をいう。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋Ｈ２
【００６６】
吸熱反応である水性ガス反応が５００℃以上の高温環境下で促進されるために加熱源が必要になる。そのため、上述したヒータＨ及び酸素ガス供給部５（５ａ）が設けられている。
【００６７】
図２（ｂ）に示すように、反応塔４が断熱壁Ｗで囲まれた状態でヒータＨに通電されることにより、反応塔４の内部が５００℃以上に加熱される。
【００６８】
図２（ａ）に戻り、その後、第１酸素ガス供給部５（５ａ）から供給される酸素ガスにより第１領域Ｒ１で流動しているバイオマスＢの一部が燃焼して二酸化炭素になる発熱反応によって高温の環境温度が維持されるようになる。図２（ａ）で黒く塗りつぶされた粒子が燃焼したバイオマスである。つまり、ヒータＨからの外部加熱やバイオマスＢの一部の燃焼による内部加熱により温度が維持される。
Ｃ＋Ｏ２  →  ＣＯ２ 
Ｃ＋１／２・Ｏ２  →  ＣＯ  
【００６９】
第１領域Ｒ１のうちバイオマス供給部２の上方にも第２酸素ガス供給部５（５ｂ）が設けられ、第２酸素ガス供給部５（５ｂ）から供給される酸素によってもバイオマスが部分燃焼して環境温度が維持される。もちろんこれらの酸素ガス供給部５から供給される酸素ガス量は安定した水性ガス反応が行なわれるために十分な量でありバイオマスの殆どが燃焼して消失するような量ではない。
【００７０】
バイオマス供給装置２から供給されたバイオマスＢは加熱されることなく反応塔４に供給され、反応塔４内の下方へ落下するので、噴流床の最下部近傍の温度が最も低くなる。そのため、この近傍に第１酸素ガス供給部５（５ａ）が配置されることが重要となる。また、第１領域の内バイオマス供給装置２の上方でも十分な環境温度を維持するため第２酸素ガス供給部５（５ｂ）の位置も重要となる。何故なら、基本的にヒータＨは立上げ時の熱源として用いられ、その後は酸素ガスとバイオマスＢの燃焼反応で環境温度が維持されるように構成されているからである。
【００７１】
つまり、水蒸気供給部３はガスの流れ方向に沿ってバイオマス供給装置２より上流（図２では下方）に配置され、酸素ガス供給部５のうち第１領域Ｒ１に対応する酸素ガス供給部５ａは、少なくともバイオマス供給装置２より上流側に配置されている。
【００７２】
さらに、酸素ガス供給部５のうち第１領域Ｒ１に対応する酸素ガス供給部５ｂは、バイオマス供給部２の下流側にさらに配置され、水蒸気供給部３は何れの酸素ガス供給部５より上流側に配置されている。
【００７３】
第１領域Ｒ１でバイオマスから生成された合成ガス及びチャーや灰はそのガス流れ方向下流側の第２領域Ｒ２に上昇して上述した水性ガスシフト反応が促進される。第２領域Ｒ２の入口部に先端が下方を向くように第３酸素ガス供給部５（５ｃ）が配置され、第３酸素ガス供給部５（５ｃ）から供給される酸素ガスにより水性ガス反応で生成された一酸化炭素の一部が燃焼する。
ＣＯ＋１／２・Ｏ２  →  ＣＯ２
【００７４】
第２領域で主に行われる水性ガスシフト反応は発熱反応であるため、第３酸素ガス供給部５（５ｃ）から供給される酸素ガスは環境温度の維持よりもむしろ水性ガス反応で生成される一酸化炭素と水素の比率の調整の意義が大きい。一酸化炭素の燃焼量が増せばそれだけ水素ガスの比率が大きくなるためである。
【００７５】
尚、水性ガスシフト反応に必要な水蒸気は水蒸気供給部３から供給され、第１領域で水性ガス反応に寄与しなかった水蒸気が消費される。また、第３酸素ガス供給部５（５ｃ）から供給される酸素ガスは燃焼して二酸化炭素になるだけであるため、反応塔４を上昇するガス流量は大きく変化することが無い。
【００７６】
第１領域で生成されたガスとバイオマスまたはチャーや灰は第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間で連通部４３を介して移動可能に構成されている。
【００７７】
上述したように水蒸気供給部３から供給される水蒸気により水性ガス反応と水性ガスシフト反応に必要な水が供給されるとともに、第１領域でバイオマスの噴流床が形成されるように水蒸気の流量が調整されている。
【００７８】
具体的に、第２領域Ｒ２のガス流速を第１領域Ｒ１のガス流速よりも低下させるガス流速調整部ｃが連通部４３に形成されている。ガス流速調整部ｃは、内部のガス流に直交する平均断面積（図１においては紙面に直交する平面の反応塔の面積）が第１領域Ｒ１より第２領域Ｒ２の方が大きくなるように拡径形成された反応塔４の形状により具現化されている。
【００７９】
この拡径は第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２へのガス流れを乱さないように、縮径することなく滑らかに拡径するとともに、拡径部にバイオマスや残渣が堆積しないように、鋭角に立ち上がるように形成されている。
【００８０】
第１領域Ｒ１で生成されたガスが第２領域に到達すると、拡径形成された反応塔４の形状により、その上昇速度が低下し、ガスに同伴した未反応のバイオマスがバイオマス自体の重量で第１領域に落下するように設定されている。つまり、未反応のバイオマスの殆どが第１領域Ｒ１で水性ガス反応の原料となり、或いは酸素ガスにより燃焼して灰化される。灰化されると比重が小さくなり、水蒸気供給部３からの水蒸気により生じる噴流床でこの灰化したバイオマスの残渣も巻き上げられ、ガスに同伴して第２領域Ｒ２に上昇して排気口４０からガスとともに排気される。従って、排気口４０以外に残渣を取り出す専用の残差排出部を設ける必要がない。
【００８１】
上述したガス流速調整部ｃにより第２領域Ｒ２を流れるガスの流速は十分に低下するため、水性ガスシフト反応のための時間は十分に確保できるようになる。従って、第２領域Ｒ２の長さをそれほど稼ぐ必要がなく、反応塔４がコンパクトに構成できるようになる。
【００８２】
このように、反応塔４内に主に水性ガス反応が行なわれる第１領域Ｒ１と、主に水性ガスシフト反応が行なわれる第２領域Ｒ２をガス流れに沿って形成し、ガス化された軽量の灰を第２領域から排出することで、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが別の装置でなく一体で構成され、コンパクトなガス化炉を得ることができる。
【００８３】
図３に示すように、上述したガス化炉１０で進行するバイオマスのガス化プロセスを管理して制御するプロセス制御部６０がさらに設けられている。プロセス制御部６０は汎用コンピュータと、汎用コンピュータにインストールされた制御プログラムと、拡張ボードを備えて構成されている。拡張ボードには第１領域Ｒ１に設置された第１温度センサＳ３、第２領域Ｒ２に設置された第２温度センサＳ４、排気管４２に設置された水素ガスセンサＳ１及び一酸化炭素ガスセンサＳ２からの検出信号が入力される入力回路、バイオマス供給部２のスクリュー羽根２１を回転制御するモータへの駆動信号、水蒸気源から水蒸気供給部３に供給される水蒸気流量を調整する制御バルブＶ１、酸素ガス源から各酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）へ供給される酸素ガス量を調整する制御バルブＶａ，Ｖｂ，Ｖｃの開度調整信号が出力される出力回路が設けられている。
【００８４】
プロセス制御部６０には、各酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガスの供給量を個別に調整制御する供給量調整機構５０が組み込まれている。供給量調整機構５０は、反応塔４から流出するガスの組成を測定する水素ガスセンサＳ１及び一酸化炭素ガスセンサＳ２からの検出信号に基づいて、ガス組成が目標ガス組成になるように、つまり水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが所望の比率になるように、酸素ガス供給部５から第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の夫々に供給する酸素ガスの供給量を調整するように構成されている。
【００８５】
図４（ａ）に示すように、第１領域Ｒ１に備えた第１酸素ガス供給部５ａから供給される酸素ガスは、水性ガス反応により低下する温度を補償するために主にバイオマスの燃焼つまり固体炭素の燃焼に費やされる。その結果発生する燃焼温度により環境温度が上昇して水性ガス反応が促進されるが、固体炭素の燃焼により発生する一酸化炭素ＣＯ及び二酸化炭素ＣＯ２濃度も上昇するため、相対的に水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが小さくなる。この傾向は第１酸素ガス供給部５ａからの酸素の供給量を増すほど強くなる。
【００８６】
第１領域Ｒ１の下流側に備えた第２酸素ガス供給部５ｂから供給される酸素ガスは、上流側で生じた水性ガス反応により低下する温度を補償するために供給される。第１酸素ガス供給部５ａから供給される酸素ガスと同様のメカニズムが働くが、既に水性ガス反応で生じた一酸化炭素と水蒸気との間で生じる水性ガスシフト反応もある程度促進される。つまり、第２酸素ガス供給部５ｂから供給される酸素ガス供給量により固体炭素の燃焼と水性ガスシフト反応との間のバランスが調整される。
【００８７】
図４（ｂ）に示すように、第２領域Ｒ２に備えた第３酸素ガス供給部５ｃから供給される酸素ガスは、主に第１領域Ｒ１で行われた水性ガス反応で生じた一酸化炭素ＣＯ、または燃焼反応で生じた一酸化炭素ＣＯの燃焼に費やされる。その結果発生する燃焼温度により水性ガスシフト反応が促進されて水素ガスＨ２濃度が上昇するため、相対的に水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが大きくなる。この傾向は酸素の供給量を増すほど強くなる。
【００８８】
図４（ｃ）に示すように、３系統の酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガス量を調整することにより、水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯを所望の比率に調整できるようになる。
【００８９】
尚、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すガス組成を囲み円の面積は、生成されるガスの概略の比率が示されている。
【００９０】
図４（ｄ）には、上述したガス化炉１０を用いて３系統の酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガス量を様々に調整して操炉した結果、生成されたガス種及びその量が示されている。
【００９１】
ＲｕｎＮｏ．１はガス化炉１０への供給酸素ガスの総量一定の下で、各ガス供給部へ均等比率で供給した結果が示され、ＲｕｎＮｏ．２は供給酸素ガスの総量一定の下で、第３ガス供給部５ｃへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示され、ＲｕｎＮｏ．３は供給酸素ガスの総量一定の下で、第２ガス供給部５ｂへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示され、ＲｕｎＮｏ．４は供給酸素ガスの総量一定の下で、第１ガス供給部５ａへの供給量を相対的に増加するように供給した結果が示されている。
【００９２】
水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯに注目すると、第３ガス供給部５ｃへの供給量を相対的に多くしたＲｕｎＮｏ．２では、均等に供給したＲｕｎＮｏ．１に比べて比率Ｈ２／ＣＯが大きくなり、第１ガス供給部５ａへの供給量を相対的に多くしたＲｕｎＮｏ．４では、均等に供給したＲｕｎＮｏ．１に比べて比率Ｈ２／ＣＯが小さくなることが確認され、第２ガス供給部５ｂへの供給量を相対的に多くしたＲｕｎＮｏ．３では、均等に供給したＲｕｎＮｏ．１に比べて比率Ｈ２／ＣＯが小さくなり、ＲｕｎＮｏ．４と同様の傾向が表れることが確認できる。
【００９３】
つまり、供給量調整機構５０は、測定されたガス組成が目標ガス組成になるように、酸素ガス供給部５から供給される酸素ガスの総量を一定に維持しながら、第１領域及び第２領域の夫々に供給する供給量の比率を調整するように構成されている。
【００９４】
具体的には、第２領域Ｒ２への酸素ガス供給量を増やすと水素を相対的に増やすことができ、第１領域Ｒ１への酸素ガス供給量、さらに言えば第１領域Ｒ１の上流側への酸素ガス供給量を増やすと一酸化炭素を相対的に増やすことができる。
【００９５】
例えば、バイオマスの組成や含水率に基づいて、反応塔４内を水性ガス反応及び水性ガスシフト反応を促進するために必要な環境温度に維持するために必要な入熱量を算出して、その入熱量が領域Ｒ１，Ｒ２毎にバイオマスの燃焼熱及び／または一酸化炭素の燃焼熱で得られるように酸素ガスの総量を定め、定めた総量を一定に維持しながら、第１領域及び第２領域の夫々に供給する供給量の比率を調整するのである。
【００９６】
本発明によるガス化炉１０に備えた供給量調整機構５０は、上述した制御態様以外に第１温度センサＳ３及び第２温度センサＳ４により検出される第１領域Ｒ１及び／または第２領域Ｒ２の温度が所定の環境温度になるように各酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガス量を調整することも可能である。この場合も、水素ガスセンサＳ１、一酸化炭素ガスセンサＳ２で測定されたガス組成が目標ガス組成になるように各酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガス量が調整されることが前提となる。
【００９７】
尚、温度センサやガスセンサは数を増やすことで、より精度良く酸素ガス量の調整が可能になり、温度や水素、一酸化炭素と比率の調整も精度良くできるようになる。
【００９８】
プロセス制御部６０は、供給量調整機構５０によりガス組成が目標ガス組成になるように制御できない場合や、ガス組成が目標ガス組成になってもガス量が低下するような場合に、バイオマス供給部２から供給されるバイオマスの供給量及び／または水蒸気供給部３から供給される水蒸気供給量を増減調整するように構成されている。
【００９９】
そして、供給量調整機構５０はバイオマスの供給量及び／または水蒸気供給量の変動に基づいて必要な酸素ガス供給量や供給量の比率を調整するように構成されている。
【０１００】
以上説明した通り、本発明のガス化炉１０を用いることにより、反応塔の上流側でバイオマスに水蒸気を供給して噴流床を形成し、主に水性ガス反応を促す水性ガス反応促進工程と、水性ガス反応工程で生成されたガスに対して、反応塔の下流側で主に水性ガスシフト反応を促す水性ガスシフト反応促進工程と、水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に酸素ガスを供給するとともに、夫々に供給する酸素ガスの比率を調整することにより、反応塔から流出するガスの組成を調整する酸素ガス供給工程と、を含むバイオマスガス化処理方法が実行される。
【０１０１】
尚、酸素ガス供給工程は、水性ガス反応促進工程及び水性ガスシフト反応促進工程の夫々に供給する酸素ガスの総量を一定に維持しながら供給量の比率を調整して、反応塔から流出するガスの組成を調整する工程が含まれる。
【０１０２】
本発明によるガス化炉を用いると、各酸素ガス供給部５（５ａ，５ｂ，５ｃ）から供給される酸素ガス量を調整することにより、水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが約２の合成ガスや、水素と一酸化炭素の比率Ｈ２／ＣＯが約１の合成ガスが得られるようになる。
【０１０３】
以下、本発明によるガス化炉の別実施形態を説明する。
上述した実施形態では反応塔４が縦型円筒形状に構成された例を説明したが、反応塔４が縦型であれば楕円筒状であっても角筒状であってもよい。
【０１０４】
上述した実施形態では連通部４３に形成されたガス流速調整部ｃとなる拡径部に、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に次第に拡径するテーパー部を形成しているが、テーパー部の角度は鈍角に形成されることが好ましい。急激に拡径すると剥離流が生じて段差部に灰等が蓄積されて流速の低下が妨げられる虞があるためである。
【０１０５】
上述した実施形態は、噴流床式のガス化炉について説明したが、流動床式のガス化炉に適用することも可能である。また、噴流床式のガス化炉であっても噴流床に僅かに珪砂やセラミック粒子を混入し、噴流床でバイオマスが破砕されるように構成することで水性ガス反応が促進されるようになる。
【０１０６】
上述した実施形態では、外部熱源であるヒータを炉の立上げ時に使用する例を説明したが、水性ガス反応を促進するために外部熱源であるヒータを使用してもよい。この場合でも酸素ガス供給部を備えることにより、ヒータに要する電力コストは大幅に低減できる。
【０１０７】
尚、外部熱源であるヒータ等外部から追加のエネルギー投入を無くし、バイオマスのみでガス化炉の運転ができるのがより良い形態である。
【０１０８】
上述した実施形態では、ガス供給機構５が３系統で構成された例を説明したが、図１に破線で示したように、さらに別系統のガス供給機構５ｄを備えてもよい。このようなガス供給機構５ｄは第１領域Ｒ１のみならず第２領域Ｒ２に備えてもよい。ガス供給機構を増やすことで、より細かな反応塔４内の温度調整と水素と一酸化炭素の成分比の制御が可能になる。
【０１０９】
上述した実施形態では、第１及び第２ガス供給機能５ａ，５ｂから酸素ガスが反応塔４の周壁の一か所から垂直に供給され、第３ガス供給機能５ｃから酸素ガスが反応塔４の周壁の一か所から斜め下方に供給される態様を説明したが、このような態様に限るものではない。
【０１１０】
例えば、図５（ａ）に示すように、ガス供給機構５に反応塔４を囲繞するようにヘッダー管５０を備え、ヘッダー管５０に形成された複数のガス供給管５１から反応塔４の内壁に沿って供給して旋回流を生起させる向きに供給するように構成してもよいし、図５（ｂ）に示すように、複数のガス供給管５１から反応塔４の中心に向けて衝突する向きに供給するように構成してもよい。
【０１１１】
また、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、反応塔４の軸心方向に対して下方または上方に向けて供給するように構成してもよい。図５（ｃ）の態様は、図１に示した第３ガス供給機能５ｃと同じであるが、これと図５（ａ），（ｂ）で示した態様とを組み合わせてもよい。図５（ｄ）の態様も同様であり、特に第１ガス供給機能５ａに好適な態様となる。
【０１１２】
ガス供給機構５から供給される酸素ガスは純度の高い酸素ガス以外に、例えば大気に酸素を加えた酸素富化ガスを用いることも可能である。
【０１１３】
上述した実施形態では、水蒸気は常圧での過熱水蒸気を用いる例を説明したが、加圧水蒸気でもよく、飽和水蒸気でもよい。尚、上述したような常圧の反応塔の場合は、常圧の過熱水蒸気が反応塔の内部での水蒸気の膨張や水蒸気製造のコストを考えると良い。
【０１１４】
上述した実施形態では、反応塔４の内部が一律に５００℃以上に維持される態様を説明したが、水性ガス反応と水性ガスシフト反応それぞれで必要な温度に合わせ、反応塔４内に温度分布を持たせるように、つまり主に水性ガス反応が行なわれる第１領域Ｒ１と主に水性ガスシフト反応が行なわれる第２領域Ｒ２で異なる温度分布になるように構成してもよい。このようにすると各反応に必要な温度が確保できるとともにエネルギーの消費を抑えることができる。
【０１１５】
上述した実施形態では、バイオマスを原料にして合成ガスを生成して液体燃料を合成するシステムを説明したが、ガス化炉で精製された合成ガスはガス燃料として発電等に利用でき、合成ガスの利用方法等はどのようなものであってもよい。
【０１１６】
上述した実施形態では、排気口４０を第２領域である反応塔４の上部の空間に繋がる反応塔４の頂部に備えた例を説明したが、排気口４０は第２領域に繋がっていればよく、例えば反応塔４の上部側方に設けてもよい。
【０１１７】
上述した実施形態では、原料となるバイオマスとして稲わら、もみ殻、麦わら、トウモロコシの茎葉等の乾燥系のバイオマスを用いる例を説明したが、木くず、バーク、竹等を用いることも可能である。ちなみに、もみ殻は比重約０．１、含水率約１０％、バークは比重約０．６、含水率約６０％、竹は比重約０．７、含水率約２５％であり、様々な性状のバイオマスに対応できる。
【０１１８】
上述した実施形態では、ガス化炉から発生するチャーはガス化炉内で水性ガス反応に利用されるのであるが、図７に示すように、ガス化１０炉から発生するチャーをサイクロン等からなるチャー分離装置２０１で分離し、分離したチャーを燃料に用いた燃焼炉２０２で温水を発生させ、その温水を合成ガスの保有熱で加熱して蒸気を生成する廃熱ボイラ２０３を設けて、得られた水蒸気をガス化炉１０に利用する等、システム全体としてエネルギー効率を向上するようにしてもよい。尚、符号２０４はガス精製装置であり、符号２０５は発電装置またはＦＴ合成装置等を示す。
【０１１９】
上述した様々な実施形態は、本発明によるガス化炉、ガス化炉の運転方法、及びバイオマスガス化処理方法の一具体例を説明したに過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１２０】
２：バイオマス供給部
３：水蒸気供給部
４：反応塔
５：酸素ガス供給部
５ａ：第１酸素ガス供給部
５ｂ：第２酸素ガス供給部
５ｃ：第３酸素ガス供給部
１０：ガス化炉
２０：筒状のケーシング
２１：スクリュー羽根
４０：排気口
４３：連通部
１０１：サイクロン
１０２：スクラバー
１０３：活性炭吸着塔
１０４：ＦＴ合成装置
ｃ：ガス流速調整部
Ｈ：ヒータ
Ｒ１：第１領域
Ｒ２：第２領域
【図１】
0006454582.tif 000002
【図２】
0006454582.tif 000003
【図３】
0006454582.tif 000004
【図４】
0006454582.tif 000005
【図５】
0006454582.tif 000006
【図６】
0006454582.tif 000007
【図７】
0006454582.tif 000008