(57)【要約】【課題】ガス発生量を増加させる。【解決手段】木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉に投入しガス化するにあたり、木質バイオマスを圧縮加工した原料を用いる等により、ガス化炉６内のガス化領域における固形物の嵩比重を０．５以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉に投入しガス化する方法において、
前記ガス化炉内のガス化領域における固形物の嵩比重を０．５以上とすることを特徴とする木質バイオマスのガス化方法。
【請求項２】
木質バイオマスを圧縮加工した原料を用いる、請求項１記載の木質バイオマスのガス化方法。
【請求項３】
木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉に投入しガス化するガス化設備において、
前記固定床ガス化炉は、炉上部に前記原料を投入する原料供給口を有するとともに、この原料供給口より下方に前記原料のガス化により発生するガスを炉外に排出する排出口を有するものであり、
この固定床ガス化炉の原料供給口に、嵩比重が０．５以上の原料を供給するように構成したことを特徴とする木質バイオマスのガス化設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマスのガス化方法に関し、特にガス発生量を改善するガス化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、樹皮、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等といった木質バイオマスをガス化し、燃料等として使用することが行われている。
この場合におけるガス化炉の形式として、流動床式や固定床式のものが広く用いられている。特に固定床式は比較的小規模の設備として設計し得ることから山間部の製材所等、中小規模の設備への適用が可能である（例えば特許文献１参照）。両形式ともガス化される木質バイオマスはガス化炉投入前に細かく破砕された後、投入されることが一般的である。（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭５９−３８２８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３８１６３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、固定床式のガス化炉を用いてガス化を行う場合、従来の方法では、原料使用量の割にはガス発生量が少ない、つまりガス発生効率が悪いという問題点があった。
特に木質バイオマスとしてバーク（樹皮）を多く含む場合はガス発生効率の悪化が顕著であった。
そこで、本発明の主たる課題は、ガス発生効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、鋭意研究の結果、次のような知見を得た。すなわち、木質バイオマスを固定床ガス化炉に投入しガス化する場合、固形物が堆積状態でガス化される。よって、ガス化領域における固形物の嵩比重が低いと、
（１）ガス化領域内におけるガス化可能な成分量がそもそも少ないこと、および
（２）空隙に入り込む酸素量が多くなり燃焼が進行し易くなること、
に起因して、ガス発生量が少なくなるのである。
本発明はかかる知見に基づくものであり、木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉に投入しガス化する方法において、
前記ガス化炉内のガス化領域における固形物の嵩比重を０．５以上とすることを特徴とするものである。
本発明者らの研究によれば、炉内のガス化領域における固形物の嵩比重が０．５未満であると、ガス発生量が比較的顕著に減少することが判明しており、本発明に従って嵩比重を０．５以上とすることによりガスの発生量を増加させることができる（実施例参照）。  本発明では、「炉内のガス化領域における固形物の嵩比重を０．５以上とする」ために、木質バイオマスを圧縮加工した原料を用いることができる。
一方、本発明では、木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉に投入しガス化するガス化設備も提案される。すなわち、本発明のガス化設備は、炉上部に前記原料を投入する原料供給口を有するとともに、この原料供給口より下方に前記原料のガス化により発生するガスを炉外に排出する排出口を有する固定床ガス化炉を備えており、この固定床ガス化炉の原料供給口に嵩比重が０．５以上の原料を供給するように構成したことを特徴とするものである。
なお、本発明の「ガス化領域」とは、ガス化炉内で高温に加熱された木質バイオマスに空気または水蒸気が作用しておこる下記（１）〜（６）式の反応のうち、少なくとも一つの反応が発生している領域を意味するものである。
Ｃ  ＋  Ｏ2  →  ＣＯ2        ・・・（１）
Ｃ  ＋  ＣＯ2  →  ２ＣＯ        ・・・（２）
２Ｃ  ＋  Ｏ2  →  ２ＣＯ        ・・・（３）
Ｃ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ  ＋  Ｈ2      ・・・（４）
Ｃ  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2    ・・・（５）
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2        ・・・（６）
また、本発明の「嵩比重」とは、固形物の寸法から体積を計算するとともに、その質量を測定し、測定質量を算出体積で除して求まる比重を意味するものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上のとおり、本発明によればガス発生量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、ガス化発電設備例のフローシートを示している。バーク（樹皮）等の木質バイオマス原料Ｂは原料ピット１に貯留されており、順次ピットクレーン２により取り出され、投入ホッパー３に投入される。木質バイオマス原料としては、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、バーク（樹皮）、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等を用いることができる。
【０００７】
ホッパー３に投入された原料はコンベヤ４によって移送され、固定床ガス化炉６に対して供給される。図示形態では、ガス化炉の入側に、上下に離間配置された投入ダンパー５Ａ，５Ｂが設けられており、下側のダンパー５Ｂが閉じられかつ上側のダンパー５Ａが開けられた状態で両ダンパー５Ａ，５Ｂ間にコンベヤ４からの原料が順次投入され、次いで上側のダンパー５Ａが閉じられた後、下側のダンパー５Ｂが開けられることにより、ダンパー５Ａ，５Ｂ間に保持された原料がガス化炉６上部に投入されるようになっている。以降は、この繰り返しにより順次原料がガス化炉６内に供給される。ガス化炉６としては、固定床である限り、上向流式であっても下向流式（ダウンドラフト式）であっても良い。ダウンドラフト式の方が、タールや油分の発生が少ない利点がある。
【０００８】
ダウンドラフト式ガス化炉６の具体例が図２に示されている。すなわち、このガス化炉６は、ホッパーとしての役割を担う上部筒状部６１と、この上部筒状部６１の底部開口から連続する下部筒状部６２と、下部筒状部６２を隙間をもって取り囲む筒状ケーシング６３とを備えている。これら上部筒状部等６１，６２，６３はそれぞれ縦向き且つ相互に同軸的に配置されている。下部筒状部６２の底部開口には火格子６４が設けられている。下部筒状部６２の高さ方向中間部には、炉内を上下に仕切る仕切り板６５が設けられており、この仕切り板６５の幅方向中央部には上下に貫通する通過孔６６が形成されている。さらに、下部筒状部６２内における仕切り板６５よりも上側の内周壁には、酸化剤の吹込口６７が炉内の幅方向中央を臨むように突出されている。吹込口６７の先端は通過孔６６の縁よりも外側の位置、つまり仕切り板６５における通過孔６６を有しない周囲部の上方に位置している。この吹込口６７は下部筒状部６２の内周方向に沿って適宜の間隔（例えば等間隔）で複数設けるのが好ましい。また、吹込口６７は下部筒状部６２の内周方向に沿って連続するスリット状に形成することもできる。
【０００９】
吹込口６７に対する供給路は適宜形成することができるが、図示形態では、下部筒状部６２が内筒部６２Ａおよび外筒部６２Ｂからなる二重筒状に形成されており、内筒部６２Ａと外筒部６２Ｂとの間の円筒状空間６２Ｓの上部に吹込口６７が連通され、吹込口６７よりも下側の部分に外側ケーシング６３を貫通する供給管７０が連通されることによって、供給路が構成されている。
【００１０】
この供給管７０に対しては、図示しない空気供給ポンプ等の酸化剤供給手段が接続されており、供給管７０を介して燃焼のための空気や酸素等の酸化剤が供給される。
【００１１】
ガス化炉６内に供給された原料は、上部筒状部６１及び下部筒状部６２を下降・通過する過程でガス化される。すなわち、上部筒状部６１から順次供給される原料は、吹込口６７よりも若干上側の熱分解ゾーンに到達すると、熱分解が開始され、ガス（ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）、チャー、炭化水素に分解される。この熱分解ステップの熱源は、次述の燃焼ステップにより発生する熱である。
【００１２】
次いで、この熱分解ステップで生成したガス、チャー、炭化水素は吹込口６７から仕切り板６５に至る燃焼・ガス化ゾーンに到達し、吹込口６７から供給される酸化剤によって燃焼されるとともに、生成したチャーが、温度約７００〜１２００℃で、主にＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応と水生ガス反応によりＣＯとＨ2に変換され、ガス化が達成される。発生したガスは、火格子６４を通過し、下部筒状部６２の外面と外側ケーシング６３の内周面との間を通り、外側ケーシング６３に設けられた排出口７１を介して、外部に取り出される。
【００１３】
ガス化に際して、炉６内には熱分解領域、燃焼領域およびガス化領域が形成される。本発明では、少なくともガス化領域における固形物の嵩比重が０．５以上、好ましくは０．５〜２．０とされる。このため、ガス化炉６内にピストン等の圧縮装置（図示しない）を設け、炉６内の固形物を圧縮することもできるが、予め、木質バイオマスをペレット化、ブリケット化、押出成形、撹拌成形等により、嵩比重が０．５以上となるように圧縮加工しておき、これを原料として炉６内に投入する方が、容易であり好ましい。この場合、原料のサイズは直径６〜１２ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍとするのが好ましい。原料のサイズが小さすぎると、圧損増大やクリンカ（焼塊）の生成を引き起こすおそれがあり、反対に原料サイズが大きすぎると炉内にブリッジを発生するおそれがある。特にバークを多く含む場合には圧縮加工を行い、形状を一定に整えることでガス化炉内におけるブリッジ（炉内閉塞）を防止することができ、好適である。
【００１４】
また、クリンカの発生を防止するために、ガス化炉６内に融点を上昇させる作用を有する物質を存在させた状態でガス化を図ることもできる。このために、予め原料に融点上昇物質を混入させる等により、原料とともに融点上昇物質をガス化炉６内に供給することができる。吹込口６７の近傍（特に、下向流式の場合には吹込口６７の下側、上向流式の場合には吹込口の上側）はクリンカが発生し易いため、吹込口６７を介して空気とともに融点上昇物質を炉６内に投入したり、吹込口６７近傍の高さ位置（特に、下向流式の場合には吹込口６７の下側、上向流式の場合には吹込口の上側）に専用の投入口を設け、この投入口を介して空気とは別に融点上昇物質を炉６内に投入したりするのは好ましい形態である。これらの融点上昇物質の供給位置は適宜組み合わせて使用できる。融点上昇物質としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、燐酸カルシウム、ドロマイト等を用いることができ、粉状や粒子状の形態で用いることができる。融点上昇物質の添加量は、適宜定めることができるが、木質バイオマス原料に対して０．５〜２０重量％とするのが好ましい。
【００１５】
他方、図示形態の設備では、ガス化炉６内の灰は底部の抜出口を介して排出される一方、ガス化炉６内で発生したガスは炉側部から抜き出され、サイクロン等からなる集塵機７に供給されてガス内に混入する灰が除去され、次いで燃料ガス冷却装置８において冷却された後、ガスエンジン９に供給され、燃料として使用される。ガスエンジン９には発電機１０が接続されており、発電がなされる。ガスエンジン９の排ガスは排ガス冷却装置１１で冷却され、大気に放出される。図示形態では、各冷却装置８，１１は間接熱交換器により構成されており、水等の冷却液が燃料ガス冷却装置８で燃料ガスの冷却に使用された後、ガスエンジン９の冷却液として用いられ、さらにその後、排ガス冷却装置１１で排ガスの冷却に使用されるようになっている。
【実施例】
【００１６】
嵩比重の異なる複数のバイオマス原料についてガス化試験を行い、ガス発生量を計測した。なお、実施例１〜３および比較例２の原料はバーク材をペレット化したものであり、比較例１の原料はバーク材をそのまま使用したものである。試験の結果は、表１に示すとおりであり、本発明に従って嵩比重を０．５以上とすることによりガス発生量が顕著に増加することが判明した。
【００１７】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、木質バイオマスをガス化する限り、そのガスの用途に限定されるものではなく、上記例のような発電利用の他、燃料利用など、広範な用途に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガス化発電設備例のフロー図である。
【図２】ガス化炉を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…原料ピット、２…ピットクレーン、３…ホッパー、４…コンベヤ、５Ａ，５Ｂ…ダンパー、６…固定床ガス化炉、７…集塵装置、８…燃料ガス冷却装置、９…ガスエンジン、１０…発電機、１１…排ガス冷却装置。
【図１】
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【図２】
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