(57)【要約】【課題】軸の両端に配置された各ピストンでそれぞれ隔てられた２つのシリンダー内の２つの空間において圧力差が発生しても一方のシリンダーが動くのを防止することができ、ピストンの往復運動を継続して行うことができるとともに、ピストンやシリンダーの破損を防止することができる流体供給装置等を提供すること。【解決手段】  軸の両端に配置されたピストンをそれぞれ備える２つのシリンダーの一方に第１の流体を注入することにより第１の流体の圧力で２つのピストンを移動させ、他方のシリンダーに第２の流体を受け入れ、一方のシリンダーに注入した第１の流体を排出するとともに、他方のシリンダーに受け入れた第２の流体を外部に供給する流体供給装置において、２つのシリンダーを、シリンダーが通過できる大きさの空洞を内側に有し、各シリンダーの外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合する複数の突起を内側面に設けたシリンダー固定具で固定する。【選択図】図４
2008246341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体注入装置から第１の流体を注入する流体注入口と、注入した前記第１の流体を排出する流体排出口と、第２の流体を貯蔵する流体槽から前記第２の流体を受け入れる流体受入口と、受け入れた前記第２の流体を外部に供給する流体供給口と、を備える２つのシリンダーと、
各シリンダー内の前記第１の流体と前記第２の流体とを仕切るように配置されたピストンと、
各ピストンの両端に備える軸と、
前記シリンダーが通過できる大きさの空洞を内側に有し、各シリンダーの外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合する複数の突起を内側面に設けたシリンダー固定具と、
を備え、
前記流体注入装置から第１の前記シリンダーに前記第１の流体を注入することにより、前記流体槽から第２の前記シリンダーに前記第２の流体を受け入れて、前記流体注入装置から前記第２のシリンダーに注入した前記第１の流体を排出するとともに、前記流体槽から前記第１のシリンダーに受け入れた前記第２の流体を外部に供給する第１の工程と、
前記流体注入装置から前記第２のシリンダーに前記第１の流体を注入することにより、前記流体槽から前記第１のシリンダーに前記第２の流体を受け入れて、前記流体注入装置から前記第１のシリンダーに注入した前記第１の流体を排出するとともに、前記流体槽から前記第２のシリンダーに受け入れた前記第２の流体を外部に供給する第２の工程と、
を交互に行うことを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】
前記シリンダー固定具は円筒形状からなり、
前記突起は、前記シリンダー固定具の両端に設けられ、リング状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体供給装置。
【請求項３】
前記シリンダー固定具は、側面に窓を有することを特徴とする請求項１また２に記載の流体供給装置。
【請求項４】
前記第２の流体が混合液であり、
前記２つのシリンダーは、内部に前記混合液を攪拌する攪拌機を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項５】
前記混合液がスラリーであることを特徴とする請求項４に記載の流体供給装置。
【請求項６】
前記軸は、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流体供給装置。
【請求項７】
非金属系触媒の存在下において、バイオマスを１００〜２５０℃の範囲内の温度、及び０．１〜４ＭＰａの範囲内の圧力の条件下で熱水処理する前処理装置と、
前記前処理装置において熱水処理することにより得られた、前記非金属系触媒を含む前記バイオマスのスラリー体を、３７４℃以上の温度、及び２２．１ＭＰａ以上の圧力の条件下で水熱処理する反応器と、
前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れ、前記スラリー体を前記反応器に供給するスラリー供給装置と、
前記前処理装置と前記スラリー供給装置との間に配置され、前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体を蓄圧する第１の蓄圧器と、
前記スラリー供給装置と前記反応器との間に配置され、前記スラリー供給装置から供給される前記スラリー体を蓄圧する第２の蓄圧器と、
を備え、
前記スラリー供給装置は、
水を注入する注入口と、注入した前記水を排出する排出口と、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れる受入口と、受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給する供給口と、を備える２つのシリンダーと、
各シリンダー内の前記水と前記スラリー体とを仕切るように配置されたピストンと、
各ピストンを両端に備える軸と、
前記シリンダーが通過できる大きさの空洞を内側に有し、各シリンダーの外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合する複数の突起を内側面に設けたシリンダー固定具と、
各シリンダー内の前記スラリー体を攪拌する攪拌機と、
前記前処理装置から第２の前記シリンダーに前記スラリー体を受け入れて、前記第２のシリンダーに注入した前記水を排出するとともに、前記前処理装置から第１の前記シリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第１のシリンダーに前記水を注入する第１の工程と、前記前処理装置から前記第１のシリンダーに前記スラリー体を受け入れて、前記第１のシリンダーに注入した前記水を排出するとともに、前記前処理装置から前記第２のシリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第２のシリンダーに前記水を注入する第２の工程とを、交互に切り替えて行う水注入装置と、
を備えることを特徴とする超臨界水によるバイオマスガス化システム。
【請求項８】
前記シリンダー固定具は円筒形状からなり、
前記突起は、前記シリンダー固定具の両端に設けられ、リング状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記シリンダー固定具は、側面に窓を有することを特徴とする請求項７また８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記軸は、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記水注入装置は、各シリンダーに対して一定流量で水を注入することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記反応器は、
前記反応器内に前記スラリー体を下方から導入する導入口と、
前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガス及び灰分、並びに、前記非金属系触媒及び水を上方から前記反応器外に排出する排出口と、
前記スラリー体の導入により前記反応器内に流動層を形成する流動媒体と、
前記導入口から導入した前記スラリー体を、前記流動層の下方で分散させる分散部と、
を備え、
前記流動媒体は、前記スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記反応器から排出された、前記生成ガス、前記灰分、前記非金属系触媒、及び前記水を、前記生成ガスと、前記灰分、前記非金属系触媒、及び水を含む混合液とに分離する気液分離装置をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記混合液中の前記非金属系触媒を回収する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記流動媒体が、アルミナボールであることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記分散部を、アルミナボールを積み重ねることにより形成することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの一部を利用して前記反応器を加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記前処理装置で熱水処理する前記バイオマスをあらかじめ破砕する破砕機をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの熱を利用して、前記スラリー供給装置から前記反応器に供給される前記スラリー体を予熱する熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記前処理装置において熱水処理される前記バイオマスを前記前処理装置に供給する手段と、
前記前処理装置から前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体の熱を利用して、前記前処理装置に供給される前記バイオマスを予熱する熱交換器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
前記前処理装置において熱水処理される前記バイオマスを前記前処理装置に供給する手段と、
前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの熱を利用して、前記前処理装置に供給される前記バイオマスを予熱する熱交換器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７〜１８のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に流体を供給する装置およびそれを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸の両端に配置されたピストンをそれぞれ備える２つのシリンダーの一方に第１の流体を注入することにより第１の流体の圧力で２つのピストンを移動させ、他方のシリンダーに第２の流体を受け入れ、一方のシリンダーに注入した第１の流体を排出するとともに、他方のシリンダーに受け入れた第２の流体を外部に供給する流体供給装置が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２４７３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような流体供給装置においては、各シリンダーを架台上に載置したり、固定したりするだけでは、各ピストンでそれぞれ隔てられた各シリンダー内の２つの空間において圧力差が発生することにより、一方のシリンダーが架台上で動き、ピストンの往復運動が継続できなかったり、ピストンやシリンダーが破壊したりする場合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、軸の両端に配置された各ピストンでそれぞれ隔てられた２つのシリンダー内の２つの空間において圧力差が発生しても一方のシリンダーが動くのを防止することができ、ピストンの往復運動を継続して行うことができるとともに、ピストンやシリンダーの破損を防止することができる流体供給装置、およびそれを備えるシステム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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る流体供給装置は、流体注入装置から第１の流体を注入する流体注入口と、注入した前記第１の流体を排出する流体排出口と、第２の流体を貯蔵する流体槽から前記第２の流体を受け入れる流体受入口と、受け入れた前記第２の流体を外部に供給する流体供給口と、を備える２つのシリンダーと、各シリンダー内の前記第１の流体と前記第２の流体とを仕切るように配置されたピストンと、各ピストンの両端に備える軸と、前記シリンダーが通過できる大きさの空洞を内側に有し、各シリンダーの外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合する複数の突起を内側面に設けたシリンダー固定具と、を備え、前記流体注入装置から第１の前記シリンダーに前記第１の流体を注入することにより、前記流体槽から第２の前記シリンダーに前記第２の流体を受け入れて、前記流体注入装置から前記第２のシリンダーに注入した前記第１の流体を排出するとともに、前記流体槽から前記第１のシリンダーに受け入れた前記第２の流体を外部に供給する第１の工程と、前記流体注入装置から前記第２のシリンダーに前記第１の流体を注入することにより、前記流体槽から前記第１のシリンダーに前記第２の流体を受け入れて、前記流体注入装置から前記第１のシリンダーに注入した前記第１の流体を排出するとともに、前記流体槽から前記第２のシリンダーに受け入れた前記第２の流体を外部に供給する第２の工程と、を交互に行うことを特徴とする。
【０００６】
前記第２の流体が混合液である場合には、前記２つのシリンダーは、内部に前記混合液を攪拌する攪拌機を備えていてもよい。前記混合液は、例えば、スラリーなどである。
【０００７】
本発明に係るシステムは、超臨界水によるバイオマスガス化システムであって、非金属系触媒の存在下において、バイオマスを１００〜２５０℃の範囲内の温度、及び０．１〜４ＭＰａの範囲内の圧力の条件下で熱水処理する前処理装置と、前記前処理装置において熱水処理することにより得られた、前記非金属系触媒を含む前記バイオマスのスラリー体を、３７４℃以上の温度、及び２２．１ＭＰａ以上の圧力の条件下で水熱処理する反応器と、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れ、前記スラリー体を前記反応器に供給するスラリー供給装置と、前記前処理装置と前記スラリー供給装置との間に配置され、前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体を蓄圧する第１の蓄圧器と、前記スラリー供給装置と前記反応器との間に配置され、前記スラリー供給装置から供給される前記スラリー体を蓄圧する第２の蓄圧器と、を備え、前記スラリー供給装置は、水を注入する注入口と、注入した前記水を排出する排出口と、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れる受入口と、受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給する供給口と、を備える２つのシリンダーと、各シリンダー内の前記水と前記スラリー体とを仕切るように配置されたピストンと、各ピストンを両端に備える軸と、前記シリンダーが通過できる大きさの空洞を内側に有し、各シリンダーの外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合する複数の突起を内側面に設けたシリンダー固定具と、各シリンダー内の前記スラリー体を攪拌する攪拌機と、前記前処理装置から第２の前記シリンダーに前記スラリー体を受け入れて、前記第２のシリンダーに注入した前記水を排出するとともに、前記前処理装置から第１の前記シリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第１のシリンダーに前記水を注入する第１の工程と、前記前処理装置から前記第１のシリンダーに前記スラリー体を受け入れて、前記第１のシリンダーに注入した前記水を排出するとともに、前記前処理装置から前記第２のシリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第２のシリンダーに前記水を注入する第２の工程とを、交互に切り替えて行う水注入装置と、を備える。
【０００８】
前記水注入装置は、各シリンダーに対して一定流量で水を注入するのが好ましい。
【０００９】
前記反応器は、前記反応器内に前記スラリー体を下方から導入する導入口と、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガス及び灰分、並びに、前記非金属系触媒及び水を上方から前記反応器外に排出する排出口と、前記スラリー体の導入により前記反応器内に流動層を形成する流動媒体と、前記導入口から導入した前記スラリー体を、前記流動層の下方で分散させる分散部と、を備え、前記流動媒体は、前記スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されていてもよい。また、この反応器から排出された、前記生成ガス、前記灰分、前記非金属系触媒、及び前記水を、前記生成ガスと、前記灰分、前記非金属系触媒、及び水を含む混合液とに分離する気液分離装置をさらに備えてもよい。また、前記混合液中の前記非金属系触媒を回収する手段をさらに備えてもよい。前記流動媒体は、例えば、アルミナボールなどである。前記分散部は、例えば、アルミナボールを積み重ねることにより形成してもよい。
【００１０】
本発明に係るシステムは、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの一部を利用して前記反応器を加熱する加熱装置をさらに備えてもよい。また、本発明に係るシステムは、前記前処理装置で熱水処理する前記バイオマスをあらかじめ破砕する破砕機をさらに備えてもよい。
【００１１】
さらに、本発明に係るシステムは、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの熱を利用して、前記スラリー供給装置から前記反応器に供給される前記スラリー体を予熱する熱交換器をさらに備えてもよい。また、本発明に係るシステムは、前記前処理装置において熱水処理される前記バイオマスを前記前処理装置に供給する手段と、前記前処理装置から前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体の熱を利用して、前記前処理装置に供給される前記バイオマスを予熱する熱交換器、あるいは、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスの熱を利用して、前記前処理装置に供給される前記バイオマスを予熱する熱交換器と、をさらに備えてもよい。
【００１２】
なお、上述のシリンダー固定具は円筒形状からなり、上述の突起は、前記シリンダー固定具の両端に設けられ、リング状に形成されていてもよい。また、上述のシリンダー固定具は側面に窓を有していてもよい。
【００１３】
上述の軸は、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、軸の両端に配置された各ピストンでそれぞれ隔てられた２つのシリンダー内の２つの空間において圧力差が発生しても一方のシリンダーが動くのを防止することができ、ピストンの往復運動を継続して行うことができるとともに、ピストンやシリンダーの破損を防止することができる流体供給装置、およびそれを備えるシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
＝＝本発明の超臨界水によるバイオマスガス化システムの全体構成＝＝
図１は、本発明の一実施形態として説明する超臨界水によるバイオマスガス化システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本発明に係る超臨界水によるバイオマスガス化システム（以下、単に「システム」と称する。）１００は、破砕ポンプ１０、水タンク１１、モーノポンプ２０、第一熱交換器３０、第二熱交換器３１、前処理装置４０、スラリー供給装置５０、反応器６０、クーラー７０、減圧器７１、気液分離器８０、ガスタンク８１、固液分離器８２、バーナー９０などを備える。
【００１７】
前処理装置４０は、バイオマスのスラリー体を形成させる装置である。バイオマスのスラリー体の形成は、非金属系触媒の存在下において、バイオマスを１００〜２５０℃の範囲内の温度、及び０．１〜４ＭＰａの範囲内の圧力の条件下で熱水処理することにより行われる。
【００１８】
モーノポンプ２０は、バイオマスの種類、量、含水率などに応じて水や非金属系触媒の混合量を調整しながら、非金属系触媒、バイオマス、及び水などを混合した混合液を前処理装置４０に移送する装置である。
【００１９】
破砕ポンプ１０は、前処理装置４０で熱水処理されるバイオマスをあらかじめ均一な大きさ（好ましくは平均粒径が５００μｍ以下、より好ましくは平均粒径が３００μｍ以下）に破砕しながら、モーノポンプ２０へ移送する装置である。破砕ポンプ１０によって破砕されたバイオマスは、非金属系触媒とともにモーノポンプ２０に移送される。
【００２０】
水タンク１１は、破砕ポンプ１０によって破砕されたバイオマスと非金属系触媒との混合物に混合させる水を貯水する容器である。この水タンク１１から供給された水は、破砕ポンプ１０によって破砕されたバイオマスと非金属系触媒との混合物に混合され、混合液が作製される。
【００２１】
反応器６０は、超臨界水によりバイオマスをガス化する装置である。この超臨界水によるバイオマスのガス化は、前処理装置４０において熱水処理された、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を、前記非金属系触媒を利用して、３７４℃以上の温度、及び２２．１ＭＰａ以上の圧力の条件下で水熱処理することにより行われる。このようにスラリー体を超臨界水により処理することにより、バイオマスが分解し、水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスを生成することができる。
【００２２】
上述の反応器６０としては、非金属系触媒の存在下で、上述の条件下でバイオマスのスラリー体を水熱処理することができる装置であれば特に制限されるものではなく、例えば、長い配管で構成された反応器、流動層反応器などを用いることができる。なお、本実施の形態においては、反応器１６０が、連続運転が可能な流動層反応器である場合について説明する。
【００２３】
図２に、本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器１６０の概略構成を示す。図２に示すような反応器６０は、反応器６０内に非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を下方から導入する導入口２１０と、反応器６０内で前記スラリー体を、３７４℃以上の温度、及び２２．１ＭＰａ以上の圧力の条件下で水熱処理することにより生成された燃料ガスを含む生成ガス及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水（超臨界水）を上方から反応器６０外に排出する排出口２２０と、スラリー体の導入により反応器６０内に流動層を形成する流動媒体２３０と、導入口２１０から導入したスラリー体を流動層の下方で分散させる分散部２４０と、を備えている。
【００２４】
前記流動媒体２３０は、スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されている。すなわち、導入口２１０からスラリー体を導入する速度では流動層を形成するが、排出口２２０から排出できない重さで構成されている。なお、排出口２２０にメッシュ状のプレートが設置されている場合には、流動媒体２３０は当該プレートの網目より大きさサイズで構成されていてもよい。前記流動媒体２３０としては、超臨界状態でも粒径に変化を及ぼさない、すなわち、流動媒体が壊れにくいものであれば特に制限されるものではないが、例えば、アルミナボール、ジルコニアボール、シリカボールなどの媒体を挙げることができる。
【００２５】
分散部２４０は、例えば、流動層反応器などで用いられる既知の分散板（例えば、メッシュ状のプレートなど）であってもよいが、スラリー体の目詰まりによって圧力が増加するのを防ぐために、スラリー体を導入する速度では流動しない形状（例えば、スラリー体を導入する速度では流動できない重さ）で構成された球状媒体（例えば、アルミナボールなどの球状媒体）を積み重ねて形成した層であることが好ましい。
【００２６】
以上のような反応器６０を用いることにより、導入口２１０から導入したスラリー体に対して非金属系触媒の存在下で超臨界水によるガス化反応を行うことができ、これにより生成された生成ガス（燃料ガスを含む）及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水（超臨界水）などの流動媒体２３０より軽く、径が小さな物質を排出口２２０から排出することができるようになる。また、このような反応器６０は、上述のような構成により、反応器内６０に灰分や非金属系触媒などが堆積するのを抑制することができるので、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を連続的に導入し、超臨界水によるガス化反応を継続して行うことが可能となる。
【００２７】
スラリー供給装置５０は、前処理装置４０において熱水処理を行うことにより得られた、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を前処理装置４０から受け入れ、反応器６０に供給する装置である。図３に本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置５０の概略構成図を示す。また、図４に本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置のピストン、シリンダー、および軸の周辺部の拡大図を示す。なお、図４Ａは流体供給装置のピストン、シリンダー、および軸周辺部の正面図を、図４Ｂはピストンの外観構造を、図４Ｃは図４Ａ中のａ→ａ’における断面図をそれぞれ示す。さらに、図５に本発明の一実施形態として説明するシリンダー固定具の概略構成図を示す。
【００２８】
図３に示すように、スラリー供給装置５０は、２つのシリンダー３１０，３２０、軸３３０、２つのピストン３３１，３３２、シリンダー固定具３３４、２つの攪拌機３４０，３５０、水注入装置３６０、バルブ３６１，３６２，３６３，３６４，３７３，３７４，３７５，３７６、三方弁３７１，３７２などを備える。
【００２９】
水注入装置３６０は、水を注入するシリンダー３１０，３２０を交互に切り替えて各シリンダー３１０，３２０に水を注入する装置である。水注入装置３６０は、例えば、ポンプ、高圧ポンプ、背圧ポンプなどである。
【００３０】
図４に示すように、同軸上で対向して配置されたシリンダー３１０，３２０には、水注入装置３６０から水を注入し、注入した水を排出する注入／排出口３１１，３２１が設けられている。また、シリンダー３１０，３２０には、前処理装置４０からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器６０に供給する受入／供給口３１２，３２２が設けられている。
【００３１】
シリンダー３１０，３２０内には、水注入装置３６０から注入された水と、前処理装置４０から受け入れたスラリー体とを仕切るようにピストン３３１，３３２が配置されている。
【００３２】
軸３３０の両端にはピストン３３１，３３２が備えられている。ピストン３３１，３３２は、水注入装置３６０からシリンダー３１０，３２０内に水が注入されることによりシリンダー３１０，３２０内を移動し、シリンダー３１０，３２０内のスラリー体を押圧して反応器６０にスラリー体を供給する。また、一方のピストン３３１，３３２の移動に伴い、他方のピストン３３２，３３１が一方のピストン３３１，３３２と同軸方向に移動し、前処理装置４０からスラリー体を受け入れるとともに、シリンダー３２０，３１０内の水を排出する。
【００３３】
なお、シリンダー３１０，３２０内の水とスラリー体が混ざらないようにするために、ピストン３３１，３３２にピストンリングを設け、ピストン３３１，３３２とシリンダー３１０，３２０との気密性を高めることとしてもよい。
【００３４】
本実施の形態においては、軸３３０の中央部にストッパー３３３が設けられている。ストッパー３３３は、ピストン３３１，３３２と攪拌機３４０，３５０との接触を防止する装置である。ストッパー３３３がシリンダー３１０，３２０に接触すると、ピストン３３１，３３２が攪拌機３４０，３５０の方へ移動できなくなるような仕組みとなっている。
【００３５】
シリンダー固定具３３４は、２つのシリンダー３１０，３２０を固定する器具であり、多角柱状あるいは円柱状の形状で構成されている。シリンダー固定具３３４は、２つのシリンダー３１０，３２０が通過できる大きさの空洞を内側に有する。シリンダー固定具３３４は、２つのシリンダー３１０，３２０の外周上に設けた溝３１３，３２３にそれぞれ嵌合する複数の突起４１１，４２１を内側面に有する。
【００３６】
本実施の形態においては、図５に示すように、２つの突起４１１，４２１は、円筒形状からなるシリンダー固定具３３４の両端に設けられ、それぞれの断面の中心方向に向かって形成されており、リング状の形状をしている。このように形成したシリンダー固定具３３４で各シリンダー３１０，３２０を固定することにより、各シリンダー３１０，３２０の軸に対する回転を許しても軸方向への移動を防止することができるようになる。また、上述のように形成したシリンダー固定具３３４は、各シリンダー３１０，３２０の外周上にランダムに設けた１または２以上の溝に対して嵌合する複数の突起を形成したシリンダー固定具に比べ、施工が容易であるため安価に製造することができる点で有用である。
【００３７】
また、本実施の形態においては、図５に示すように、シリンダー固定具３３４は、側面に１または複数の窓４００を有する。これにより、目盛りや目印が付された軸３３０を見ることができるようになり、各シリンダー３１０，３２０内におけるピストン３３１，３３２の位置を把握することが可能となる。従って、このようなシリンダー固定具３３４を設けたスラリー供給装置５０は、パイロット試験装置として有用である。
【００３８】
上述のようなシリンダー固定具３３４は、例えば、図５に示すように、横断面の中心角度が略１８０°になるようにシリンダー固定具３３４を長手方向に沿って２分割した部品４１０，４２０にそれぞれ設けたフランジ部４１２，４２２を重ね合わせて、溶接又は留め具（例えば、螺子やボルトなど）などによって固定することにより製造することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、シリンダー固定具３３４に突起４１１，４２１を２つ設けているが、各シリンダー３１０，３２０の外周上に設けた１または２以上の溝にそれぞれ嵌合できるように３以上の突起を設けてもよい。また、本実施の形態においては、２つの突起４１１，４２１をシリンダー固定具３３４の両端に設けているが、各シリンダー３１０，３２０の外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合できるのであれば、シリンダー固定具３３４の内側面のどの位置に設けてもよい。さらに、本実施の形態においては、突起４１１，４２１の形状をリング状としているが、各シリンダー３１０，３２０の外周上に設けた溝にそれぞれ嵌合できるのであれば、どのような形状であってもよい。
【００４０】
バルブ３６１，３６２，３６３，３６４は、水を水注入装置３６０からシリンダー３１０，３２０に流れるように切り替えたり、シリンダー３１０，３２０内の水を排出するように切り替えたりする装置である。バルブ３６１，３６２，３６３，３６４は、例えば、電磁バルブなどである。
【００４１】
本実施の形態においては、バルブ３６１，３６２，３６３，３６４は、水注入装置３６０の注水により、水がシリンダー３１０，３２０に流れるように切り替える。また、バルブ３６１，３６２，３６３，３６４は、シリンダー３１０，３２０からの排水により、水が排出されるように切り替える。このような切り替えは、例えば、水注入装置３６０からの注水やシリンダー３１０，３２０からの排水に伴い、電気的に行うことができる。具体的には、軸３３０に設けられたストッパー３３３が一方のシリンダー３１０，３２０に接触したのを検知すると、水注入装置３６０は水の注入先を当該シリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替え、バルブ３６３，３６１は水が水注入装置３６０からシリンダー３２０，３１０に流れるように開放し、バルブ３６４，３６２は水注入装置３６０からシリンダー３２０，３１０に注入される水が排出されないように閉鎖し、バルブ３６２，３６４はシリンダー３１０，３２０から水が排出されるように開放し、バルブ３６１，３６３はシリンダー３１０，３２０から排出される水が水注入装置３６０に流れないように閉鎖する制御をそれぞれ行えばよい。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、スラリー供給装置５０にバルブ３６１，３６２，３６３，３６４を設けているが、これらのバルブ３６１，３６２，３６３，３６４の代わりに２つの三方弁を設けて、水注入装置３６０の注水により水がシリンダー３１０，３２０に流れるように切り替えたり、シリンダー３２０，３１０からの排水により水が排出されるように切り替えたりしてもよい。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁などによって機械的に行うこともできるが、水注入装置３６０からの注水やシリンダー３１０，３２０からの排水に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸３３０に設けられたストッパー３３３が一方のシリンダー３１０，３２０に接触したのを検知すると、水注入装置３６０は水の注入先を当該シリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替え、一方の三方弁は水が水注入装置３６０からシリンダー３２０，３１０に流れるように切り替え、他方の三方弁はシリンダー３１０，３２０から水が排出されるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。
【００４３】
三方弁３７１，３７２は、ピストン３３１，３３２の往復運動により、スラリー体を前処理装置４０からシリンダー３１０，３２０に流れるように切り替えたり、シリンダー３１０，３２０内に受け入れたスラリー体をシリンダー３１０，３２０から反応器６０に流れるように切り替えたりする装置である。
【００４４】
本実施の形態においては、三方弁３７１，３７２は、前処理装置４０からスラリー体を受け入れる際に、スラリー体が前処理装置４０からシリンダー３１０，３２０に流れるように切り替える。また、三方弁３７１，３７２は、シリンダー３１０，３２０からのスラリー体供給により、スラリー体がシリンダー３１０，３２０から反応器６０に流れるように切り替える。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁などによって機械的に行うこともできるが、シリンダー３１０，３２０からのスラリー体供給や前処理装置４０からのスラリー体供給に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸３３０に設けられたストッパー３３３が一方のシリンダー３１０，３２０に接触したのを検知すると、三方弁３７１，３７２は、スラリー体が前処理装置４０から当該シリンダー３１０，３２０に流れるように切り替え、他方の三方弁３７２，３７１は、スラリー体が他方のシリンダー３２０，３１０から反応器６０に流れるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。
【００４５】
なお、上述のストッパー３３３とシリンダー３１０，３２０との接触の検知は、例えば、ストッパー３３３とシリンダー３１０，３２０とが接触する領域の一部にスイッチを設け、当該スイッチが押圧されたことにより行ってもよい。
【００４６】
バルブ３７３，３７４は、スラリー体を反応器６０に供給するシリンダーを、一方のシリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替える際、すなわち、水注入装置３６０が水を注入するシリンダー３１０，３２０を、一方のシリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替える際に、シリンダー３１０，３２０から反応器６０にスラリー体が流れる（供給される）のを一時的に遮断する装置である。バルブ３７５，３７６は、水注入装置３６０が水を注入するシリンダー３１０，３２０を、一方のシリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替える際に、前処理装置４０からシリンダー３１０，３２０にスラリー体が流れる（うけいれられる）のを一時的に遮断する装置である。バルブ３７３，３７４，３７５，３７６は、例えば、電磁バルブなどである。
【００４７】
上述のバルブ３７３，３７４，３７５，３７６による遮断は、例えば、水注入装置３６０からの注水やシリンダー３１０，３２０からの排水に伴い、電気的に行ってもよい。具体的には、軸３３０に設けられたストッパー３３３が一方のシリンダー３１０，３２０に接触したのを検知すると、バルブ３７３，３７４はシリンダー３１０，３２０から反応器６０へのスラリー体の流れ（供給）を遮断するように閉鎖し、バルブ３７６，３７５は前処理装置４０からシリンダー３２０，３１０へのスラリー体の流れ（受入）を遮断するように閉鎖し、水注入装置３６０が水の注入先を当該シリンダー３１０，３２０から他方のシリンダー３２０，３１０に切り替えた後に、バルブ３７３，３７４のうち１のバルブ３７４，３７３が三方弁３７２，３７１を介してスラリー体をシリンダー３２０，３１０から反応器６０に流れるように開放し、バルブ３７５，３７６のうち１のバルブ３７５，３７６がスラリー体を前処理装置４０からシリンダー３１０，３２０に流れるように開放する制御をそれぞれ行えばよい。
【００４８】
攪拌機３４０，３５０は、バルブ３７５，３７６及び三方弁３７１，３７２を介して前処理装置４０からシリンダー３１０，３２０内に受け入れるスラリー体を攪拌する装置である。このように、シリンダー３１０，３２０内に攪拌機３４０，３５０を備えてスラリー体を攪拌することにより、スラリー体に含まれる非金属系触媒やバイオマスの粒子などの固形物の沈殿を防止することができ、一定濃度のスラリー体を反応器６０に供給することができるようになる。
【００４９】
本実施の形態においては、スラリー供給装置５０と反応器６０との間に、スラリー供給装置５０から供給されるスラリー体を蓄圧する蓄圧器３８０と、前処理装置４０とスラリー供給装置５０との間に、スラリー供給装置５０に受け入れられるスラリー体を蓄圧する蓄圧器３８１と、を備える。これらを備えることにより、スラリー供給装置５０と反応器６０とを接続する配管内の圧力や、前処理装置４０とスラリー供給装置５０とを接続する配管内の圧力を一定に保つことができ、脈動やウォーターハンマー（水撃）などの発生を防止することが可能となる。
【００５０】
なお、上述の水注入装置３６０が行う水の注入先の切り替えは、軸３３０に設けたストッパー３３３がシリンダー３１０，３２０に接触したタイミングで電気的に行ってもよいし、各シリンダー３１０，３２０内の圧力が上昇したのを検知して行ってもよい。また、水注入装置３６０がシリンダー３１０，３２０に注入する水は、シリンダー３１０，３２０に受け入れられるスラリー体の温度と同じ温度の水であることが好ましい。これにより、シリンダー３１０，３２０に注入された水によってシリンダー３１０，３２０が冷やされ、シリンダー３１０，３２０に受け入れられたスラリー体の温度が低下するのを抑制することができるようになる。なお、水注入装置３６０によるシリンダー３１０，３２０への注水は、反応器６０にスラリー体が一定流量で供給されるように、一定流量で行うことが好ましい。
【００５１】
また、上述においては、スラリー供給装置５０の軸３３０にストッパー３３３を設けてピストン３３１，３３２と攪拌機３４０，３５０との接触を防止しているが、シリンダー３１０，３２０の長手方向の長さと軸３３０の長さとを調節して、ピストン３３１，３３２が攪拌機３４０，３５０と接触するのを防止してもよいし、ピストン３３１，３３２と攪拌機３４０，３５０とが接触しない量の水を、水注入装置３６０が各シリンダー３１０，３２０に交互に注入するようにして、ピストン３３１，３３２が攪拌機３４０，３５０と接触するのを防止してもよい。また、ピストン３３１，３３２と攪拌機３４０，３５０とが接触しないように、シリンダー３１０，３２０内にピストン３３１，３３２の移動を制御するストッパー（例えば、凹凸など）を設けてもよい。
【００５２】
さらに、上述においては、水注入装置３６０から水を注入し、注入した水を排出する口（注入／排出口）３１１，３２１をシリンダー３１０，３２０に１つ設けているが、水注入装置３６０から水を注入する注入口と、注入した水を排出する排出口との２つの口をシリンダー３１０，３２０に設けてもよい。
【００５３】
また、上述においては、前処理装置４０からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器６０に供給する口（受入／供給口）３１２，３２２をシリンダー３１０，３２０に１つ設けているが、前処理装置４０からスラリー体を受け入れる受入口と、受け入れたスラリー体を反応器６０に供給する供給口との２つの口をシリンダー３１０，３２０に設けてもよい。
【００５４】
上述のようなスラリー供給装置５０を本発明に係るシステム１００に備えることにより、固体成分と液体成分とに分離しやすい上述のスラリー体を一定濃度で反応器６０に連続供給することができるので、超臨界水のガス化効率が最も高い濃度条件で非金属系触媒やバイオマスなどが含まれるスラリー体を反応器６０に連続供給でき、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。
【００５５】
なお、上述のようなスラリー供給装置５０は、本発明に係るシステム１００で利用できるばかりではなく、スラリー以外の液体や気体などの流体を外部に供給する流体供給装置として単独で利用することもできる。スラリー供給装置５０を流体供給装置として使用する場合には、外部に供給する流体を貯蔵する流体槽から流体を受け入れたり、受け入れた流体を外部に供給したりするために、水注入装置３６０の代わりに水以外の液体や気体などの流体を各シリンダー３１０，３２０に対して交互に注入する装置を用いて、ピストン３３１，３３２の往復運動を行ってもよい。
【００５６】
以上のように、軸の両端に配置されたピストンをそれぞれ備える２つのシリンダーの一方に第１の流体を注入することにより第１の流体の圧力で２つのピストンを移動させ、他方のシリンダーに第２の流体を受け入れ、一方のシリンダーに注入した第１の流体を抽出するとともに、他方のシリンダーに受け入れた第２の流体を外部に供給する流体供給装置において、２つのシリンダー３１０，３２０をシリンダー固定具３３４で固定することにより、各ピストン３３１，３３２でそれぞれ隔てられた２つのシリンダー３１０，３２０内の２つの空間において圧力差が発生しても一方のシリンダー３１０，３２０が動くのを防止することができ、ピストン３３１，３３２の往復運動を継続して行うことができるとともに、ピストン３３１，３３２やシリンダー３１０，３２０の破損を防止することができるようになる。また、各シリンダー３１０，３２０を架台に固定しなくても載置するだけでシリンダー３１０，３２０が動くのを防止することが可能となる。
【００５７】
クーラー７０は、反応器６０から排出される排出物を冷却する装置である。反応器６０から排出される排出物には、爆発性の燃料ガス（例えば、水素、メタン、エタン、エチレンなど）や水蒸気（超臨界水）等の生成ガスが含まれているので、危険性を低減させたり、水蒸気を水に変換させたりする目的でクーラー７０を本発明のシステム１００に設けている。なお、本実施の形態においては、反応器６０から排出された排出物を冷却する装置としてクーラー７０を例に挙げて説明したが、反応器６０から排出された排出物を冷却することができる装置であればどのような装置を用いてもよい。
【００５８】
減圧器７１は、反応器６０から排出される排出物の圧力を減圧する装置である。これにより、高圧状態の燃料ガスによる危険性を未然に防止することができるようになる。
【００５９】
気液分離器８０は、反応器６０から排出された排出物を気体成分（例えば、燃料ガス等の生成ガス）と液体成分（水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒などを含む混合液）とに分離する装置である。気液分離器８０は、例えば、セパレーター等の既存の気液分離器を用いることができる。
【００６０】
ガスタンク８１は、気液分離器８０によって分離された気体成分（生成ガス）を貯える容器（好ましくは耐圧容器）である。バーナー９０は、ガスタンク８１に貯えられた生成ガス（燃料ガス）の一部を利用して反応器６０を加熱する装置である。なお、本実施の形態においては、反応器６０を加熱する装置としてバーナー９０を例に挙げて説明したが、反応器６０を加熱することができる装置であればどのような装置を用いてもよい。
【００６１】
固液分離器８２は、気液分離器８０によって分離された液体成分に、水以外の灰分や非金属系触媒などが含まれている場合に、灰分や非金属系触媒などの固形分と水とを分離する装置である。固液分離器８２は、例えば、既存の固液分離装置であってもよいし、混合液中の灰分、非金属系触媒、及び水をそれぞれ分離する装置であってもよい。図６に、本発明の一実施形態として説明する、混合液中の灰分、非金属系触媒、及び水をそれぞれ分離する固液分離器８２の概略構成図を示す。なお、本実施の形態においては、非金属系触媒が、灰より沈降速度（終端速度）が遅い活性炭である場合について説明する。
【００６２】
図６に示すように、固液分離器８２は、混合液注入部５１０、水槽５２０、循環ポンプ５３０、供給管５４０、灰受入部５５０、バルブ５６０，５６１，５７０などを備える。
【００６３】
混合液注入部５１０は、気液分離器８０によって分離された液体成分（灰分、活性炭、水等を含む混合液）を注入する管である。水槽５２０は、混合液注入部５１０から注入した混合液中の灰分や活性炭をゆっくりと沈降させるための水を入れておく円柱形状の容器である。水槽５２０は、混合液注入部５１０から注入した混合液中の灰分を沈降させて水槽５２０から排出させる排出口５２１、混合液中の活性炭を受け入れる活性炭受部５２２，５２３、水槽５２０において浮遊した灰や活性炭などの浮遊物を水とともに排出する排水口５２４などを備える。
【００６４】
灰受入部５５０は、排出口５２１から沈降した灰分を受け入れる容器である。循環ポンプ５３０は、水槽５２０中の水を循環させるポンプである。供給管５４０は、循環ポンプ５３０によって循環される水を排出口５２１を介して水槽５２０に導入する配管である。なお、循環ポンプ５３０によって循環される水は、活性炭の沈降速度より速く、灰の沈降速度より遅い流速で排出口５２１から水槽５２０に供給される。これにより、混合液注入部５１０から注入された混合液中の灰分は、排出口５２１を通って灰受入部５５０に沈降するが、混合液注入部５１０から注入された混合液中の活性炭は、排出口５２１を通過することなく活性炭受部５２２，５２３に移動する。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、活性炭受部５２２，５２３には、当該受部５２２，５２３に溜まった活性炭を回収できるように、活性炭の粒子より細かいメッシュで構成された籠５２５，５２６が設けられており、灰受入部５５０には、当該受入部５５０に溜まった灰を回収できるように、灰の粒子より細かいメッシュで構成された籠５５１が設けられている。
【００６６】
バルブ５６０，５６１は、水槽５２０の水を排出する弁である。気液分離器８０から注入された混合液中の灰分と活性炭とを分離した後に、当該バルブ５６０，５６１によって水槽５２０の水を排水することにより、籠５２５，５２６に溜まった活性炭を回収することができる。また、バルブ５７０は、灰受入部５５０の水を排水する弁である。気液分離器８０から注入された混合液中の灰分と活性炭とを分離した後に、当該バルブ５７０によって灰受入部５５０の水を排水することにより、籠５５１に溜まった灰を回収することができる。
【００６７】
以上のような固液分離器８２を本発明のシステム１００に備えることにより、混合液を固体成分と液体成分とに分離するだけでなく、固体成分である灰分と非金属系触媒とを分離することができ、非金属系触媒を回収することが可能となる。これにより、回収した非金属系触媒を再利用することが可能となる。
【００６８】
なお、本発明に係るシステム１００に、気液分離器８０によって分離された、灰分、非金属系触媒、及び水を含む混合液を固体成分と液体成分とに分離する既存の固液分離器８２を備える場合には、分離した固体成分中の灰分と非金属系触媒とを分離する装置（例えば、篩分け装置など）を本発明に係るシステム１００にさらに備えてもよい。これにより、各反応に利用した非金属系触媒を回収して再利用することが可能となる。
【００６９】
第一熱交換器３０は、前処理装置４０において熱水処理することにより得られ、反応器６０で水熱処理される非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体の熱を利用して、モーノポンプ２０から前処理装置４０に供給されて熱水処理されるバイオマス等を予熱する装置である。
【００７０】
第二熱交換器３１は、反応器６０において水熱処理することにより生成された生成ガスなどを含む、反応器６０から排出される排出物の熱を利用して、スラリー供給装置５０から反応器６０に供給されて水熱処理される、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を予熱する装置である。
【００７１】
これらのように、本発明のシステム１００に熱交換器３０，３１を設けることにより、エネルギーを有効に利用することができるので、低エネルギー・低コストでバイオマスから燃料ガスを生成することができるようになる。また、各装置４０，６０での加熱時間が短縮されるのでバイオマスから燃料ガスの生成を効率的に行うことができるようになる。従って、熱交換器３０，３１を備えたシステム１００は、経済性に優れているといえる。
【００７２】
なお、本実施の形態においては、反応器６０から排出される排出物の熱を利用して上記スラリー体を予熱する第二熱交換器３１を本発明のシステム１００に備えているが、反応器６０において水熱処理することにより生成された生成ガスなどを含む、反応器１６０から排出される排出物の熱を利用して、モーノポンプ２０から前処理装置４０に供給されて熱水処理されるバイオマス等を予熱する熱交換器を本発明のシステム１００に備えてもよい。
【００７３】
また、本発明に係るシステム１００にあらかじめバイオマスを熱水処理する前処理装置４０を備えることにより、バイオマスを高分子から低分子に分解することができるので、反応器６０において処理されるバイオマスと水や非金属系触媒との接触効率を高め、チャーやタールの発生を防止するとともにバイオマスから燃料ガスを効率よく生成することができるようになる。
【００７４】
さらに、前処理装置４０においてバイオマスを熱水処理することにより流動性に優れたバイオマスのスラリー体を形成させることができるので、このスラリー体をスラリー供給装置５０によって反応器６０にスムーズに供給することができるようになり、反応器６０への供給においてバイオマスによる機器や配管等の目詰まりを防止することが可能となる。
【００７５】
また、本発明に係るシステム１００により、前処理装置４０での熱水処理において用いた非金属系触媒を、反応器６０での水熱反応においても利用することができるので、触媒の消費量を削減することが可能になる。
【００７６】
さらに、本発明に係るシステム１００に図２に示すような反応器６０を備えることにより、バイオマスを超臨界水によってガス化することにより得られる灰分（残渣）が反応器６０内に溜まることがなくなり、バイオマスの超臨界水によるガス化処理を連続的に行うことができ、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。
【００７７】
また、本発明に係るシステム１００に、クーラー７０、減圧器７１、気液分離器８０などを備えることにより、反応器６０から排出される排出物から燃料ガスを含む生成ガスを安全に回収することができるようになる。
【００７８】
さらに、本発明に係るシステム１００にバイオマスを破砕する装置（破砕ポンプ１０）を備えることによりバイオマスをあらかじめ破砕することができるので、バイオマスのスラリー化やガス化の効率を高めることができるようになる。
【００７９】
また、本発明に係るシステム１００により得られた燃料ガスを用いて、ガスエンジンによる発電を行うことで電力と排熱を得ることができるので、石炭、石油等の化石燃料の省資源化を図ることが可能になる。
【００８０】
なお、本実施の形態においては、非金属系触媒とバイオマスとを最初から混合した混合物を破砕ポンプ１０によって処理し、モーノポンプ２０により前処理装置４０に供給しているが、非金属系触媒はバイオマスとは別に前処理装置４０に直接供給してもよいし、バイオマスを破砕ポンプ１０で処理した後に非金属系触媒を混合し、前処理装置４０に供給してもよい。
【００８１】
また、本実施の形態においては、前処理装置４０において熱水処理された、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を、スラリー供給装置５０を用いて反応器６０に直接供給することとしているが、反応器６０に供給する前に前記スラリー体を加熱装置（例えば、ヒーター等）によって予熱してもよい。
【００８２】
＝＝超臨界水によるバイオマスガス化方法＝＝
次に、本実施の一形態として、超臨界水によるガス化反応によりバイオマスから燃料ガスを生成する方法について説明する。
【００８３】
まず、バイオマスと非金属系触媒とを混合した混合物中のバイオマスを、破砕ポンプ１０によって破砕しながら、非金属系触媒とともにモーノポンプ２０に移送する。破砕ポンプ１０により破砕したバイオマスと非金属系触媒との混合物は、水タンク１１から供給される水と混合され、モーノポンプ２０によって移送される。なお、混合物と混合される水の量は、バイオマスの含水率が７０〜９５ｗｔ％となるように調整することが好ましい。これにより、バイオマスの超臨界水によるガス化効率を高めることができる。
【００８４】
上述のように、非金属系触媒、バイオマス、及び水を混合した混合液は、モーノポンプ２０により第一熱交換器３０を介して前処理装置４０に移送される。前処理装置４０に供給されたバイオマスは、バイオマスとともに供給された非金属系触媒の存在下で、所定の圧力及び所定の温度の条件下で熱水処理される。
【００８５】
なお、熱水処理の条件としては、１００〜２５０℃の範囲内の温度であって、０．１〜４ＭＰａの範囲内の圧力下であれば特に制限されるものではないが、バイオマスを高分子から低分子へと分解する処理の効率の観点から、これらの範囲内の圧力下における水の飽和温度であることが好ましく、さらに省エネルギーの観点から、１７９．８℃の温度及び１．０ＭＰａの圧力下であることが特に好ましい。ここで、熱水処理を１００℃〜２５０℃の範囲内の温度で行うのは、１００℃未満ではバイオマスの分解反応率が低く、２５０℃を超えるとタールやチャーの発生が懸念されるからである。また、熱水処理を０．１〜４ＭＰａの範囲内の圧力で行うのは、０．１ＭＰａ未満ではバイオマスの分解反応率が低く、４ＭＰａより高い圧力をかけても分解反応率に与える影響はそれ程ないのではないかと考えたためである。
【００８６】
このようにバイオマスを非金属系触媒の存在下で熱水処理することにより、バイオマスを高分子から低分子に効率よく分解することができるようになる。
【００８７】
上述のようにして得られた、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体は、第一熱交換器３０でモーノポンプ２０から前処理装置４０に供給される混合液に熱を提供し、スラリー供給装置５０により第二熱交換器３１を介して反応器６０に移送される。
【００８８】
反応器６０に供給されたバイオマスのスラリー体は、反応器６０に導入され、バイオマスとともに供給された非金属系触媒の存在下で、所定の圧力及び所定の温度の条件下で水熱処理される。水熱処理の条件としては、３７４℃以上の温度で、かつ、２２．１ＭＰａ以上の圧力下であれば特に制限されるものではないが、タールやチャーの発生を抑制するとともに反応効率を高めることができる温度（６００℃）及び圧力（２５〜３５ＭＰａの範囲内）下で行うことが好ましく、機器の負担や劣化防止、さらには省エネルギーの観点から、６００℃，２５ＭＰａで行うことが特に好ましい。なお、バイオマスから変換された燃料ガス中の成分の比を制御したい場合には、これらの温度及び圧力の条件を調節するとともに、流体密度や反応時間（反応器６０内でのバイオマスの滞留時間）を制御することにより可能となる。
【００８９】
このようにバイオマスのスラリー体を超臨界水で反応させることにより、バイオマスのスラリー体から燃焼ガスを生成することが可能になる。また、バイオマスを予め高分子から低分子化させることにより、水や非金属系触媒との接触効率を高めることができ、さらには、バイオマスのガス化反応時間を短縮させることができるので、バイオマスのスラリー体から水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスをより効率的に生成することができるようになる。
【００９０】
反応器６０内でバイオマスのスラリー体を水熱処理することにより生成された生成ガスなどは、反応器６０から排出される。この排出物は、第二熱交換器３１において、スラリー供給装置５０から反応器６０に供給される、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体に熱を提供した後、クーラー７０及び減圧器７１によって冷却・減圧され、気液分離器８０へと移送される。気液分離器８０に供給された上記排出物は、燃料ガスを含む生成ガス（気体成分）と、水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒等を含む混合液（液体成分）とに分離され、生成ガスはガスタンク８１に貯えられる。なお、気液分離器８０によって分離された混合液に、水以外の灰分や非金属系触媒などが含まれている場合には、混合液を固液分離器８２によって灰分、非金属系触媒、及び水にそれぞれ分離し、非金属系触媒を回収してもよい。これにより、非金属系触媒を再利用することができるようになる。
【００９１】
なお、本実施の形態において用いられる非金属系触媒としては、例えば、活性炭、ゼオライト、これらの混合物などを挙げることができる。このように、アルカリ金属系触媒ではなく、非金属系触媒を用いることにより、アルカリ金属系触媒が引き起こす機器や配管等の腐食による劣化を防止することができ、システム１００の長期使用が実現可能となる。また、アルカリ金属系触媒を中和する処理工程も不要となり、作業性の効率を高めることができるようになる。上記非金属系触媒としては、平均粒径２００μｍ以下の粉末を用いることが好ましく、多孔質であることがより好ましい。このような非金属系触媒を用いることにより、表面積を増やして反応効率を高めるとともに、非金属系触媒によるシステム１００内の機器、配管等の目詰まりを防止することができる。なお、本実施の形態において用いられる非金属系触媒は、乾燥状態のバイオマスとの質量比（非金属系触媒：バイオマス）で１：５〜２０：１の範囲内であることが好ましく、バイオマスのガス化効率が高い１：２〜２０：１の範囲内であることが特に好ましい。
【００９２】
また、本実施の形態において処理されるバイオマスが砂等の異物を含む排水汚泥や糞尿等である場合には、前処理装置４０においてバイオマスを熱水処理する前後に、公知の分離技術（例えば、ストレイナーを用いた分離法、沈殿層を用いた分離法）によってバイオマスに含まれる砂等の異物を取り除くこととしてもよい。これにより、砂等の異物によって生じるトラブルを防止することができるようになる。
【実施例】
【００９３】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００９４】
図２に示すように、導入口２１０及び排出口２２０を設けた流動層反応器６０（φ１２．３mm×２４００mm）の下方に分散板（網）を備え、平均粒径が１ｍｍのアルミナボールを流動媒体として設置した。この流動層反応器６０に、バイオマス（灰）や非金属系触媒の代わりにアルミナ粒子（平均粒径が１８０〜２５０μｍ、あるいは、平均粒径が２５０〜３００μｍ）を水に混合した混合液を、アルミナ粒子が飛び出し、流動媒体であるアルミナボールが飛び出さない流量（０．１９m/s〜０．６０m/s）で導入口２１０から導入し、排出口２２０から排出されたアルミナ粒子を回収した。
【００９５】
その結果、平均粒径が１８０〜２５０μｍのアルミナ粒子を流動層反応器６０に導入した場合には９７．５％のアルミナ粒子を回収することができ、平均粒径が２５０〜３００μｍのアルミナ粒子を流動層反応器６０に導入した場合には９８．９％のアルミナ粒子を回収することができることがわかった。このことから、上述のような流動層反応器６０に、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体（平均粒径が３００μｍ以下）を所定の流量（例えば、流動媒体が排出口から飛び出さない最大流量）で導入口２１０から導入しながら、所定の温度及び所定の圧力下で水熱反応を行うことにより、生成された生成ガスや灰分、並びに、非金属系触媒や水（超臨界水）を排出口２２０から排出できることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態として説明する超臨界水によるバイオマスガス化システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置のピストン、シリンダー、および軸の周辺部を拡大した図である。
【図５】本発明の一実施形態として説明するシリンダー固定具の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態として説明する固液分離器の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  破砕ポンプ                    １１  水タンク
２０  モーノポンプ                  ３０  第一熱交換器
３１  第二熱交換器                  ４０  前処理装置
５０  スラリー供給装置              ６０  反応器
７０  クーラー                      ７１  減圧器
８０  気液分離器                    ８１  ガスタンク
８２  固液分離器                    ９０  バーナー
１００  超臨界水によるバイオマスガス化システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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