(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体の側方から導入したタールを含有する生成ガスを上方へ向かわせる傾斜した冷却板と、生成ガスを冷却して凝縮した水を前記冷却板に落下させる凝縮器を有する凝縮部と、
充填物が充填されて前記凝縮部の上部に配置した充填層と、該充填層の前記充填物にオイルを噴霧する噴霧ノズルを有して、タールを吸収したオイルが下方へ落下する吸収部と、
前記凝縮部の冷却板の下方に配置して水とオイルとタールの比重分離を行うデカンタ部を備えた
ことを特徴とするタール除去装置。
【請求項２】
前記デカンタ部で分離したオイルを前記吸収部の前記噴霧ノズルに循環供給するオイル循環装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のタール除去装置。
【請求項３】
前記凝縮部の前記凝縮器は、前記容器本体を横切って配置される冷媒流通管に冷却器からの冷却媒体を循環供給する循環冷却装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタール除去装置。
【請求項４】
前記凝縮部の前記冷却板は、傾斜板に設けた冷媒流通管に空気を供給する空気冷却板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のタール除去装置。
【請求項５】
空気を供給して原料の燃焼を行うと共に水蒸気を供給して原料のガス化を行うことにより生成ガスを生成するガス化炉と、請求項１〜４のいずれか１つに記載のタール除去装置を備えたガス化設備であって、前記凝縮部の冷却板は空気冷却板であり、該空気冷却板により加熱した空気を前記ガス化炉に供給する空気供給流路と、前記デカンタ部で分離した水を前記ガス化炉からの生成ガスと熱交換し、得られた水蒸気を前記ガス化炉に供給する水蒸気供給流路を備えたことを特徴とするガス化設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タールを含有する生成ガスのタールを簡略且つ小型の構成により効果的に除去するタール除去装置及びガス化設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマスや一般廃棄物等を原料として水素や一酸化炭素の有用な生成ガスを製造する小型のガス化設備が研究されている。小型のガス化設備で得られた生成ガスは、小規模の発電を行う発電システムのガスタービン(デュアルフューエルエンジン)の燃料として用いることができる。
【０００３】
バイオマスはあらゆる地域において比較的容易に入手することができるため、バイオマスを原料とした小規模のガス化発電システムが実現できれば、大型の発電設備を持たない地域においても容易に発電を行って電気を供給できるため、小規模のガス化発電システムのための小型のガス化設備及び小型のタール除去装置の開発が望まれている。
【０００４】
小型のガス化設備としては、燃焼に必要な酸素の供給を制限した条件のもとでバイオマスを熱分解する部分燃焼方式によって比較的均一な生成ガスを製造するようにしたものがある。このような部分燃焼方式によるガス化設備においても、燃焼のように殆どが二酸化炭素と水蒸気になるものとは異なり、物質の酸化を途中段階で留めるために、生成ガス中にはタール(高分子炭化水素)が含まれる。
【０００５】
このタールは、生成ガスが高温の状態ではガス状を呈しているが、温度が降下すると粘りのある凝縮物となり、このタールは配管や装置内に付着して閉塞等のトラブルを起こす問題がある。従って、このタールをいかに処理するかが、ガス化設備の普及の鍵となっている。
【０００６】
生成ガスからタールを除去するためのタール除去装置としては、特許文献１に示されるタール含有ガス洗浄方法及び装置がある。特許文献１のタール除去装置は、循環洗浄油を噴射してタール含有ガスと接触させることにより、タール含有ガス中のタールのうち相対的に沸点の高い成分（重質タール）を除去する油スクラバーと、油スクラバーで浄化したガスに循環洗浄水を噴射してタール含有ガスと接触させることにより、タール含有ガス中に含まれる相対的に沸点の低い成分（軽質タール）を除去する水スクラバーとを有する。そして、油スクラバーには、処理液を重質タールと油に分離する固液分離装置と、固液分離装置からの油を貯留する洗浄油タンクと、該洗浄油タンクの油を冷却して前記油スクラバーに導く洗浄油冷却器を備えている。又、水スクラバーには、処理液を水と軽質タールに分離するための油水分離器を備え、更に、油水分離器で分離した水を冷却して前記水スクラバーに導く洗浄水冷却器を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５６６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示すタール除去装置は、ガス化炉からのタール含有ガスを洗浄するための油スクラバーと水スクラバーを独立して備え、更に、油スクラバーには、固液分離装置、洗浄油タンク、洗浄油冷却器を独立して備え、又、水スクラバーには油水分離器、洗浄水冷却器を独立して備えている。このように、多数の機器を独立して備えた特許文献１のタール除去装置においては、構成が非常に複雑になる問題があり、更に、メンテナンスも大変になるという問題がある。
【０００９】
従って、特許文献１のタール除去装置は、大型のガス化設備に適用することはできても、地域等に設けられる小型のガス化設備に適用することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなしたもので、タールを含有する生成ガスのタールを簡略且つ小型の構成により効果的に除去するようにしたタール除去装置及びガス化設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、容器本体の側方から導入したタールを含有する生成ガスを上方へ向かわせる傾斜した冷却板と、生成ガスを冷却して凝縮した水を前記冷却板に落下させる凝縮器を有する凝縮部と、
充填物が充填されて前記凝縮部の上部に配置した充填層と、該充填層の前記充填物にオイルを噴霧する噴霧ノズルを有して、タールを吸収したオイルが下方へ落下する吸収部と、
前記凝縮部の冷却板の下方に配置して水とオイルとタールの比重分離を行うデカンタ部を備えた
ことを特徴とするタール除去装置、に係るものである。
【００１２】
上記タール除去装置において、前記デカンタ部で分離したオイルを前記吸収部の前記噴霧ノズルに循環供給するオイル循環装置を備えることは好ましい。
【００１３】
又、上記タール除去装置において、前記凝縮部の前記凝縮器は、前記容器本体を横切って配置される冷媒流通管に冷却器からの冷却媒体を循環供給する循環冷却装置であってよい。
【００１４】
又、上記タール除去装置において、前記凝縮部の前記冷却板は、傾斜板に設けた冷媒流通管に空気を供給する空気冷却板であってよい。
【００１５】
本発明は、空気を供給して原料の燃焼を行うと共に水蒸気を供給して原料のガス化を行うことにより生成ガスを生成するガス化炉と、前記タール除去装置を備えたガス化設備であって、前記凝縮部の冷却板は空気冷却板であり、該空気冷却板により加熱した空気を前記ガス化炉に供給する空気供給流路と、前記デカンタ部で分離した水を前記ガス化炉からの生成ガスと熱交換し、得られた水蒸気を前記ガス化炉に供給する水蒸気供給流路を備えたことを特徴とするガス化設備、に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タールを含有する生成ガスのタールを簡略且つ小型のタール除去装置により効果的に除去できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のタール除去装置の一実施例を示す側断面図である。
【図２】図１をＩＩ方向から見た凝縮部の冷却板の平面図である。
【図３】図１をＩＩＩ方向から見た凝縮部の冷却器の平面図である。
【図４】図３の冷却器をＩＶ方向から見た断面図である。
【図５】図１のタール除去装置を備えたガス化設備の一実施例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１９】
図１は本発明のタール除去装置の一実施例を示すもので、図１中、１は本発明のタール除去装置であり、タール除去装置１は上下方向に延びる筒状の容器本体２を有しており、容器本体２の上下方向中間部の側面にはガス化設備等からのタールを含有する生成ガス３が側方から導入されるガス入口４を設けている。前記容器本体２の内部におけるガス入口４に対応する位置には、生成ガス３中の水を分離する凝縮部５を設け、該凝縮部５の上部には生成ガス３中のタールを吸収する吸収部６を設け、前記凝縮部５の下部には前記凝縮部５から落下した水と前記吸収部６から落下したタールを含むオイルを貯留して、水８とオイル９とタール１０(重質タール)の比重分離を行うデカンタ部７を設けている。
【００２０】
前記容器本体２内におけるガス入口４の前方には、ガス入口４側が低くガス入口４から離間するに従って高くなるように傾斜した傾斜板１１が設けてあり、この傾斜板１１により前記ガス入口４から導入した生成ガス３は上向きに偏向される。傾斜板１１のガス入口４に近い下端部分は、図１、図２に示すように傾斜板１１を切り欠いた開口１２となっている。前記傾斜板１１の裏面(下面)には、水或いは空気等の冷却媒体１３をジグザグ状の一筆書きとなるように曲がりくねって流通させる冷媒流通管１４が設けてあり、前記冷媒流通管１４を備えた傾斜板１１によって冷却板１５が構成されている。尚、冷媒流通管１４の配置構成は図２のジグザグ状に限定されることなく種々の配置とすることができる。又、前記ガス入口４は、図２に示すように容器本体２の中心に対して偏心して生成ガス３を導入するように設けてあり、これにより生成ガス３は容器本体２内で旋回して冷却板１５の全面に接触するようになっている。
【００２１】
前記冷却板１５の上方には生成ガス３を冷却するための第１の凝縮器１６を設けると共に、第１の凝縮器１６の上部には第２の凝縮器１７を設けている。上記凝縮器１６、１７は、図４に示すように所要長さのスリット１８を複数平行に備えて容器本体２の内側を覆う下部プレート１９と、該下部プレート１９の上部において前記スリット１８を跨ぐように両端を下方に曲げた略コの字形(凹形)を有し、コの字形の下端が前記下部プレート１９との間に隙間２０を備えた複数の上部プレート２１を有している。前記下部プレート１９と上部プレート２１の下面には水等の冷却媒体２２(図１参照)が流通する冷媒流通管２３、２４が設けてあり、この冷媒流通管２３、２４は図３に示すように前記スリット１８と平行にジグザグ状の一筆書きとなるように配置している。尚、図３では冷媒流通管２３のみを示して冷媒流通管２４については図示を省略している。前記冷媒流通管２３、２４の配置構成は図３のジグザグ状に限定されることなく種々の配置とすることができる。
【００２２】
図１、図３に示すように、前記冷媒流通管２３、２４には冷却器２５が接続してあり、冷却器２５で冷却した冷却媒体２２は前記冷媒流通管２３、２４を流動して生成ガス３の冷却を行った後タンク２６に取り出され、タンク２６の冷却媒体２２はポンプ２７により前記冷却器２５に供給するようにした循環冷却装置２８、２９を構成している。循環冷却装置２８、２９はガス入口４から導入される生成ガス３を冷却して生成ガス３に含まれる水を凝縮し、凝縮した水は前記冷却板１５に落下する。図１では２段の凝縮器１６、１７を設けた場合について示したが、凝縮器１６、１７の設置段数は任意に変更できる。
【００２３】
前記冷却板１５と前記凝縮器１６、１７により凝縮部５が構成される。
【００２４】
前記凝縮部５の上部には、多孔プレート３０の上部に充填物３１を充填した第１の充填層３２を設けると共に、該第１の充填層３２の上部には、多孔プレート３０の上部に充填物３１を充填した第２の充填層３３を設けている。第１及び第２の充填層３２、３３に充填する充填物３１には、セラミックボール、或いは直径と長さが略等しい中空の円筒形を有するセラミックのラシヒリング(Raschig ring)等を用いることができる。図１では、充填物３１にラシヒリング３４を用いた場合を示している。
【００２５】
前記第２の充填層３３の上部には第２の充填層３３の充填物３１にオイル９を噴霧する噴霧ノズル３５を設けている。前記噴霧ノズル３５は、第２の充填層３３の充填物３１にオイル９が均一に噴霧されるように設けられる。従って、噴霧ノズル３５により噴霧したオイル９は充填物３１を均一に濡らし、これにより下部から上昇してくる生成ガス３は充填物３１のオイル９と接触することによりタールが吸収され、タールを吸収したオイル９は下方へ落下する。図１では２段の充填層３２、３３を設けた場合について示したが、充填層３２、３３の設置段数は任意に変更できる。尚、前記オイル９には、コーンオイル、ヒマワリオイル、菜種オイル、ココナッツオイル、アーモンドオイル等の植物オイルを用いることができ、これらの植物オイルは生成ガス３と接触することによりタールを良好に吸収する。一方、前記オイル９は、前記植物オイルに限定されることなく、生成ガス３のタールを吸収することができ、しかも入手が容易なオイルであれば他の植物オイル或いは鉱物オイルなどの種々のものを用いることができる。
【００２６】
前記充填層３２、３３と噴霧ノズル３５により吸収部６が構成される。
【００２７】
前記凝縮部５の下部である冷却板１５の開口１２の下部には第１の分離槽３６が設けてあり、第１の分離槽３６の内部にはミョウバンなどの分離補助剤３７が充填されている。第１の分離槽３６の内部には、前記冷却板１５の下端から前記第１の分離槽３６の所要の深さまで延設された区画壁３８を設けている。前記凝縮部５により生成ガス３から分離した水と前記吸収部６により生成ガス３から分離したタールを含むオイルは混合物Ｓの状態で冷却板１５上を流下し、区画壁３８で区画された第１の分離槽の第１室ａに導入されて貯留される。第１の分離槽３６では、導入された混合物Ｓを上層のオイル及びタールと下層の水８とに比重分離する。
【００２８】
第１の分離槽３６で分離された上層のオイル及びタールは、前記区画壁３８の下端を潜り抜けて第２室ｂに導かれ、オーバーフローすることにより第２の分離槽３９に導入され、貯留される。第２の分離槽３９では、上層のオイル９と下層の重質タール１０とに比重分離される。第２の分離槽３９の底部に沈殿した重質タール１０は、取り出し管４０によって適宜取り出される。
【００２９】
前記第１の分離槽３６の下部における分離補助剤３７よりも上部には連通口４１を介して水槽４２が接続してあり、前記第１の分離槽３６で分離されて水槽４２に流入した水８は、ポンプ４３によって適宜取り出される。
【００３０】
前記第１の分離槽３６と第２の分離槽３９と水槽４２によってデカンタ部７が構成される。
【００３１】
前記デカンタ部７の第２の分離槽３９には、第２の分離槽３９で分離した上層のオイル９を、循環ポンプ４４を備えたオイル供給流路４５により前記噴霧ノズル３５に循環供給するようにしたオイル循環装置４６を設けている。
【００３２】
前記吸収部６の上部にはミストエリミネータ４７が設けてあり、このミストエリミネータ４７は、噴霧ノズル３５で噴霧したオイル９がガス出口４８へ向かうのを防止しており、これにより微細なオイルが生成ガス３と共に導出されることを防止している。
【００３３】
図１の実施例では、凝縮部５と、吸収部６と、デカンタ部７を容器本体２の内部に上下に一体に備えた場合について説明したが、凝縮部５と、吸収部６と、デカンタ部７を別個の構成としてそれらを配管等によって上下に連結した構成としてもよい。
【００３４】
次に、上記実施例の作動を説明する。
【００３５】
ガス化設備等により生成されたタールを含む生成ガス３は、図１、図２のガス入口４から容器本体２内の凝縮部５に導入される。この時、ガス入口４は図２に示す如く、容器本体２の中心に対して偏心していることから、生成ガス３は旋回しながら傾斜した冷却板１５に衝突するように接触して冷却されるため生成ガス３に含まれる水の一部は除去される。
【００３６】
冷却板１５により上向きに偏向された生成ガス３は、第１の凝縮器１６により冷却されることで水が除去され、更に、第２の凝縮器１７により冷却されることで全ての水が除去される。
【００３７】
凝縮部５で水が除去された生成ガス３は吸収部６に導かれ、噴霧ノズル３５から噴霧されたオイル９によって濡れた第１の充填層３２の充填物３１の相互間を上昇する間に、生成ガス３に含まれるタールがオイル９に吸収される。更に、生成ガス３は、第２の充填層３３の充填物３１の相互間を上昇する間に、生成ガス３に含まれるタールがオイル９に吸収される。吸収部６では、重質タールの殆どがオイル９に吸収されて除去される。
【００３８】
前記凝縮部５から落下した水と前記吸収部６から落下したタールを含むオイルの混合物Ｓは冷却板１５上に沿って流下した後、第１の分離槽３６の区画壁３８で区画された第１室ａに導入されて貯留される。第１の分離槽３６では、導入された混合物Ｓを上層のオイル及びタールと下層の水８とに比重分離する。
【００３９】
第１の分離槽３６で分離された上層のオイル及びタールは、前記区画壁３８の下端を潜り抜けて第２室ｂに導かれ、オーバーフローすることにより第２の分離槽３９に導入され、貯留される。第２の分離槽３９では、上層のオイル９と下層の重質タール１０とに比重分離される。
【００４０】
前記デカンタ部７の第２の分離槽３９で分離した上層のオイル９は、循環ポンプ４４を備えたオイル循環装置４６によって前記噴霧ノズル３５に循環供給される。
【００４１】
前記第１の分離槽３６内の分離補助剤３７よりも上部の水８は、連通口４１を介して水槽４２に導かれ、水槽４２の水８はポンプ４３により適宜取り出される。
【００４２】
タール除去装置１により水及びタールが除去されてガス出口４８から導出される生成ガス３は、発電システムのガスタービン等に燃料として供給される。
【００４３】
尚、前記吸収部６ではタールのうちの重質タールが主に吸収除去され、軽質タールについては除去されずに生成ガス３と共にガス出口４８から導出される。ここで、軽質タール(４環以下の多環芳香族類)は簡単な構造を有しており、ガスタービン等の燃焼として用いることに問題がないため、前記タール除去装置１によってタールを除去した生成ガス３は、ガスタービン等の燃焼として有効に利用することができる。
【００４４】
上記タール除去装置１によれば、凝縮部５と吸収部６とデカンタ部７を上下に配置した構成を有しているため、タールを含有する生成ガス３のタールを簡略且つ小型のタール除去装置１によって効果的に除去することができ、よって、ガスタービンの燃料として良好に用いられる生成ガス３を供給することができる。
【００４５】
又、上記タール除去装置１において、前記デカンタ部７で分離したオイル９を吸収部６の噴霧ノズル３５に循環供給するオイル循環装置４６を備えることにより、オイル９を有効に利用できる。
【００４６】
又、上記タール除去装置１において、凝縮部５の凝縮器１６、１７は、容器本体２を横切って配置される冷媒流通管２３、２４に冷却器２５で冷却した冷却媒体２２を循環供給する循環冷却装置２８、２９とすることにより、限られた水等の冷媒を有効に利用することができる。
【００４７】
図５は図１のタール除去装置１を備えたガス化設備４９の一実施例を示す側断面図である。図５に示すガス化設備４９は、空気５０を供給して原料５１(バイオマス等)の燃焼を行うと共に、ガス化用の水蒸気５２を供給して原料５１のガス化を行うことにより生成ガス３を生成するガス化炉５３を備えている。尚、前記原料５１にはバイオマス以外の有機性廃棄物、石炭等の種々のものを用いることができる。前記ガス化炉５３からの生成ガス３に含まれる粒子を分離するサイクロン５４の下流には、図１と同様のタール除去装置１を備えている。
【００４８】
タール除去装置１の凝縮部５に備えた傾斜板１１の下面には、空気供給ファン５５からの空気５０を供給する空気流通管５６を設けることにより、空気５０によって生成ガス３を冷却するようにした空気冷却板５７を構成している。更に、この空気冷却板５７によって加熱した空気５０は、空気供給流路５８を介して前記ガス化炉５３に供給するようにしている。
【００４９】
又、前記デカンタ部７の第１の分離槽３６で分離されて水槽４２に貯留した水８は、ポンプ４３により前記ガス化炉５３からの生成ガス３と熱交換する熱交換器５９に供給して水蒸気５２を生じさせ、熱交換器５９からの水蒸気５２は、水蒸気供給流路６０により前記ガス化炉５３に供給するようにしている。図５では水蒸気供給流路６０を前記空気供給流路５８に合流してガス化炉５３に導くようにしている。
【００５０】
図５のガス化設備４９においては、前記凝縮部５に備えた空気冷却板５７により生成ガス３を冷却したことによって加熱された空気５０は、空気供給流路５８によりガス化炉５３の燃焼用空気として導くようにしたので、熱エネルギ効率を高めることができる。
【００５１】
又、前記デカンタ部７の第１の分離槽３６で分離されて水槽４２に貯留した水８は、熱交換器５９に導入してガス化炉５３からの生成ガス３との熱交換により水蒸気５２を生じさせ、この水蒸気５２を水蒸気供給流路６０によりガス化炉５３に供給するようにしたので、タール除去装置１で分離した水８をガス化炉５３のガス化に有効に利用することができる。従って、上記ガス化設備４９は、小型で効率の良い設計が可能になる。
【００５２】
尚、前記デカンタ部７の第１の分離槽３６で分離された水８は、そのすべてを熱交換器５９により水蒸気５２に変換してガス化炉５３に供給しても、水蒸気５２の量が不足することが考えられる。従って、前記ポンプ４３の入口には追加の水６１を供給する給水管６２を設けることができる。
【００５３】
尚、本発明のタール除去装置及びガス化設備は、上述の実施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。
【符号の説明】
【００５４】
１    タール除去装置
２    容器本体
３    生成ガス
４    ガス入口
５    凝縮部
６    吸収部
７    デカンタ部
８    水
９    オイル
１０    タール(重質タール)
１４    冷媒流通管
１５    冷却板
１６    第１の凝縮器(凝縮器)
１７    第２の凝縮器(凝縮器)
２２    冷却媒体
２３    冷媒流通管
２４    冷媒流通管
２８    循環冷却装置
２９    循環冷却装置
３１    充填物
３２    第１の充填層(充填層)
３３    第２の充填層(充填層)
３５    噴霧ノズル
４６    オイル循環装置
４９    ガス化設備
５０    空気
５１    原料
５２    水蒸気
５３    ガス化炉
５７    空気冷却板
５８    空気供給流路
５９    熱交換器
６０    水蒸気供給流路
【図１】
0006520376.tif 000002
【図２】
0006520376.tif 000003
【図３】
0006520376.tif 000004
【図４】
0006520376.tif 000005
【図５】
0006520376.tif 000006