(57)【要約】【課題】有機物又はごみの熱分解ガス化システムにより得られる低カロリーガスを燃料としたガスエンジンを安定して確実に作動させることができるガスエンジンシステムを提供すること。【解決手段】熱分解ガス化改質または熱分解ガス化溶融等の熱分解ガス化システム１１から得られる、水素、一酸化炭素、メタンなどを主成分とし、少なくとも水素を１０〜３０％含む低カロリーガスを燃料としてガスエンジン２１を駆動する。【選択図】　図１
2004092611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解ガス化改質または熱分解ガス化溶融等の熱分解ガス化システムから得られ、水素、一酸化炭素、メタンなどを主成分とし、少なくとも水素を１０〜３０％含む低カロリーガスを燃料としてガスエンジンを駆動することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項２】
ガスエンジンに燃料ガスを供給するラインに、保護フィルターを複数個並列に設け、切換え使用可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項３】
ガスエンジンはオイルタンクを独立させて別置きにし、オイルタンクとガスエンジン間にオイルフィルターを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項４】
燃料となる低カロリーガスの供給圧力を±５％の範囲に制御し、ガスカロリーの変動率を±１０％の範囲に制御することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項５】
熱分解ガス化システムからガスエンジンまでのガス供給ラインにたまるガスや空気を熱分解ガス化システムに戻すガス戻しラインを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項６】
保護フィルターは、内部に滞留しているガスを、窒素又は空気で強制的に排出させるガスパージ装置を有することを特徴とする請求項２に記載のガスエンジンシステム。
【請求項７】
ガスエンジン起動時に、都市ガスなどの高カロリーガスを１０％以下混入させ、起動を容易にすることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項８】
熱分解ガス化システムとガスエンジンとの間に、低カロリーガス中の水分ミストを除去するデミスターと、このデミスターにより水分ミストを除去されたガスから油分や塩化水素を除去する活性炭フィルターとを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【請求項９】
ガスエンジンを複数台設け、そのいずれかを選択使用可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材、石炭、石油など燃料や工業化学原料として利用される有機物や、有機物を含む家庭から出る都市ごみ（一般廃棄物）、廃自動車シュレッダーダスト・廃プラスチックなどの産業廃棄物を、熱分解ガス化改質、又は熱分解ガス化溶融することにより得られる低カロリーガスを燃料としてガスエンジンを駆動するガスエンジンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、新エネルギー利用の一環としてごみのエネルギーを利用することが考えられている。例えば、ごみを焼却して、その熱エネルギーにより発電を行なう、所謂、ごみ焼却発電システムがある。このごみ焼却発電システムは、ごみを焼却し、発生した燃焼排ガスをボイラに導いて焼却排熱を回収し、蒸気を発生させ、その蒸気を利用して蒸気タービン発電機で発電を行うシステムである。
また、このごみ焼却発電システムを改良したスーパーごみごみ発電システムも考えられている。このスーパーごみ発電システムは、ごみ焼却発電システムに、ガスタービンを組合せて、その排ガスの熱を加えたり、或いは追焚きボイラを組合せて熱量を高め、全体として発電効率を約５〜１０％高めたものである。
【０００３】
これらのごみ焼却発電システムは、発電端効率が、国内において平均１０％程度であり、スーパーごみ発電システムで発電端効率が２０％を越えるものが見られる程度である。これは処理能力が２００ｔ／日から５００ｔ／日程度の場合であり、大都市圏の集中処理場のように１０００ｔ／日を越える場合、発電端効率はさらに向上する。
【０００４】
しかしながら、処理量が１０００ｔ／日を越える施設は少なく、地方自治体などにおける処理場は、ごみ処理量１００ｔ／日程度以下のものが多い。この程度の小規模施設（ごみ処理量１００ｔ／日程度以下）の焼却炉では、蒸気発生量の変動が大きく発電が不安定になることや、建設費が割高になることなどから、ごみ発電が困難であった。
【０００５】
また、スーパーごみ発電システムでは、ガスタービンや追焚きボイラの燃料として、都市ガスや灯油などの化石燃料を使用するため、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生があることと、燃料価格と売電価格によっては経済性が悪くなるなどの短所がある。
【０００６】
さらに、これらのシステムではごみを燃焼させるため、燃焼排ガスが発生し、システムからのダイオキシン、ＮＯｘ、ＳＯｘ、二酸化炭素などの環境汚染物質の排出が想定され、これらの排出量を低減化するための対策が必要となる。
【０００７】
そこで、最近では、ごみを燃焼させるのではなく、空気を遮断した状態でごみをじっくりと蒸し焼きして熱分解させる、熱分解ガス化改質又は熱分解ガス化溶融システム（以下、これらを熱分解ガス化システムと呼ぶ）が採用されるようになってきている。
【０００８】
この熱分解ガス化システムからは、水素、一酸化炭素、メタンなどを主成分とする低カロリーガスが得られる。そこで、この低カロリーガスを燃料としてガスエンジンを作動させ、発電機を駆動する、ガスエンジンシステムが考えられ、特開２００１−５５９３０又は特開２００１−５５９５７公報などにより提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなガスエンジンシステムは、燃料ガスが熱分解ガス化システムから得られたガスであり、しかも低カロリーであることから、実際の運転に際しては種々改良すべき問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、有機物又はごみの熱分解ガス化システムにより得られる低カロリーガスを燃料としたガスエンジンを安定して確実に作動させることができるガスエンジンシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によるガスエンジンシステムは、熱分解ガス化改質または熱分解ガス化溶融等の熱分解ガス化システムから得られる、水素、一酸化炭素、メタンなどを主成分とし、少なくとも水素を１０〜３０％含む低カロリーガスを燃料としてガスエンジンを駆動することを特徴とする。
【００１２】
ここで、一酸化炭素やメタン等は燃焼速度が遅いため、エンジンを作動させるためには水素が重要であり、水素が上記範囲で含まれていればガスエンジンを確実に作動させることができる。
【００１３】
請求項２に記載のガスエンジンシステムは、ガスエンジンに燃料ガスを供給するラインに、保護フィルターを複数個並列に設け、切換え使用可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
このように構成すると、燃料の性質上、比較的頻繁な保護フィルターの交換時においても、ガスエンジンを停止させることなく運用することができる。
【００１５】
請求項３に記載のガスエンジンシステムは、ガスエンジンに対してオイルタンクを独立させて別置きにし、オイルタンクとガスエンジン間にオイルフィルターを設けたことを特徴とする。
【００１６】
このように構成すると、オイル及びオイルフィルターの交換が容易であり、燃料ガスの関係から、オイルやオイルフィルターの交換周期が頻繁になっても容易に対処することができる。
【００１７】
請求項４に記載のガスエンジンシステムは、燃料となる低カロリーガスの供給圧力を±５％の範囲に制御し、ガスカロリーの変動率を±１０％の範囲に制御することを特徴とする。
【００１８】
上記範囲を維持することにより、低カロリーガスを燃料としても、ガスエンジンを確実に作動させることができる。
【００１９】
請求項５に記載のガスエンジンシステムは、熱分解ガス化システムからガスエンジンまでのガス供給ラインにたまるガスや空気を熱分解ガス化システムに戻すガス戻しラインを設けたことを特徴とする。
【００２０】
燃料ガスが低カロリーガスであるためガス供給ラインには太い配管を用いており、エンジン起動前には、この配管内に多量の空気を含むガスが滞留し、これがエンジン起動に支障をきたすことがある。そこで、このガス供給ラインにたまったガスを戻しガスラインにより熱分解ガスシステムに戻すことにより、滞留ガスを無駄にすることなく除去し、エンジン起動を確実にする。
【００２１】
請求項６に記載のガスエンジンシステムは、保護フィルターが、内部に滞留しているガスを、窒素又は空気で強制的に排出させるガスパージ装置を有することを特徴とする。
【００２２】
保護フィルター内にはシステム停止後においても多量のガスが滞留しており、保護フィルターの交換時、これを取外すと滞留していた一酸化炭素を含むガスが周囲に漏れ出す。そこで、事前にガスパージを行えば、このようなことはなく安全性が向上する。
【００２３】
請求項７に記載のガスエンジンシステムは、ガスエンジン起動時に、都市ガスなどの高カロリーガスを１０％以下混入させ、起動を容易にすることを特徴とする。
【００２４】
燃料ガスは低カロリーガスであり、しかも熱分解されるごみなどによってはカロリー変動することがあり、起動に支障をきたすことが考えられる。そこで、起動時に高カロリーガスを上記範囲で混入させることにより、確実な起動を行なうことができる。
【００２５】
請求項８に記載のガスエンジンシステムは、熱分解ガス化システムとガスエンジンとの間に、低カロリーガス中の水分ミストを除去するデミスターと、このデミスターにより水分ミストを除去されたガスから油分や塩化水素を除去する活性炭フィルターとを設けたことを特徴とする。
【００２６】
上記構成とすることにより燃料ガスをより良好な状態にして供給することができる。
【００２７】
請求項９に記載のガスエンジンシステムは、ガスエンジンを複数台設け、そのいずれかを選択使用可能に構成したことを特徴とする。
【００２８】
このように構成すれば、ガスエンジンの故障時や点検時においても他のガスエンジンにより運転を継続できるので、システムとしての信頼性が向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガスエンジンシステムの一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は全体システムを説明するブロック図である。図１において、１１は熱分解ガス化改質システム又は熱分解ガス化溶融システム等の熱分解ガス化システムで、図示しないが、熱分解ガス化炉、ガス改質器、ガス洗浄システム等で構成される。この熱分解ガス化システム１１は、木材、石炭、石油など燃料や工業化学原料として利用される有機物や、有機物を含む家庭から出る都市ごみ（一般廃棄物）、廃自動車シュレッダーダスト・廃プラスチックなどの産業廃棄物等を、熱分解ガス化炉において空気を遮断した状態でじっくりと蒸し焼きすることにより、主に有機物から、水素、一酸化炭素、メタンなどを主成分とする低カロリーガス（７００〜２０００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎ程度）を製造する。このほか、熱分解ガス化炉で製造されたガス中には窒素が６０％程度含まれる。
熱分解ガス化システム１１で製造された低カロリーガスは、クーラ１２、デミスター１３、活性炭吸着塔１４、ヒータ１５を直列に連結したガストレインに流れる。
ガストレインに流れる低カロリーガスは、クーラ１２により冷却され、ガス中に含まれる水分を凝縮する。凝縮した水分は、デミスター（気体中微粒子状水分除去器）によって除去される。その後、低カロリーガスは、活性炭吸着等１４によってガス中の油分や塩化水素（ＨＣｌ）が除去され、さらに、ヒータ１５により加熱され、湿度は約８０％以下に下げられる。
【００３０】
１６は保護フィルターで、上記ガストレインの後段に複数台（図の例では２台）並列に設けられ、互いに切換え使用可能なように連結されている。この保護フィルター１６は、例えば、濾紙状のエレメントを有するもので、低カロリーガス中に混入している粉塵など、後述するガスエンジンの燃料とならない異物を除去する。
【００３１】
また、これら各保護フィルター１６の両側には、図示しない開閉弁を設けると共にガスパージ装置１７を設けている。ガスパージ装置１７は、保護フィルター１６の両側の弁を閉じた時に、管路１７ａからＮ２（窒素）ガス又はエアー（空気）を保護フィルター１６内に注入して、その内部に溜まった低カロリーガスを管路１７ｂから排出させ、Ｎ２又はエアーに置換する。
【００３２】
ここで、保護フィルター１６は、切り換え使用することにより、システムを停止することなく、保護フィルター１６を交換することができる。また、この保護フィルター１６を交換のため取り外すと、内部に溜まった一酸化炭素など有害な成分を含む低カロリーガスが漏れ出すことが予想される。このため、事前にガスパージ装置１７によってＮ２ガスや空気によるガスパージを行なっておけば、有害ガスの漏れだしが生じることはなく、安全にフィルターの交換作業を行うことができる。
【００３３】
これら保護フィルター１６の後段は、ガス戻しライン１８及び圧力調整ライン１９にそれぞれ連結している。
【００３４】
ガス戻しライン１８は、その入口部分にガスパージ管１８ａを連結しており、システムの起動時に、ガスラインに溜まった空気を、ガスパージ管１８ａからのＮ２ガスまたは空気により、熱分解ガス化システム１１へ戻すものである。このガスパージを行なうことにより、後続するガスエンジンの、空気の影響による起動障害を防ぐことができる。
【００３５】
圧力調整ライン１９は、後続するガスエンジンへの燃料ガス供給圧力を調整するもので、圧力調整器（ゼロガバナ１）１９ａと、ソレノイド（電磁弁）１９ｂ，１９ｃと、圧力調整器（ゼロガバナ２）１９ｄとからなる。
【００３６】
圧力調整器（ゼロガバナ１）１９ａは粗圧調整用のものであり、ソレノイド（電磁弁）１９ｂ，１９ｃは後続するガスエンジンを停止したい時に低カロリーガスの供給を確実に停止するものである。圧力調整器（ゼロガバナ２）１９ｄは低カロリーガスを最終的に大気圧と同圧に調整しガスエンジン２１に燃料として供給する。
【００３７】
ガスエンジン２１は、上述した低カロリーガスを燃料として作動し、発電機を駆動して電力を得るものである。このガスエンジン２１は、ガスエンジン本体から独立したガスエンジン発電機用オイルタンク２２と、同じくガスエンジン本体から独立し、本体横に隣接して設けられたオイルパン２３と、この間に連結されたオイルエレメント２４とを有する。
【００３８】
また、このガスエンジン２１の本体には、ガスエンジンから排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための脱硝装置２５と、排気ガス排出騒音を緩和するサイレンサー（消音機）２６と、ＮＯｘが除去され排気ガス中の大気汚染物質が問題ないレベルにされた排気ガスを大気に放出するための煙突２７とを連結している。
【００３９】
この実施の形態では、ガスエンジン２１本体及びその関連装置を複数台用意し、そのいずれかを選択使用可能に構成している。これは、故障や設備点検により１台が休止していても、他のガスエンジンにより運用可能とするためである。
【００４０】
上記構成において、有機物又はごみは熱分解ガス化システム１１に供給され、その熱分解ガス化炉より処理されて低カロリーガスを発生する。この発生ガスのカロリーは、内蔵されたガス改質器やガス洗浄装置などにより改質・洗浄される。その結果、処理される有機物やごみによって異なるが７００〜２０００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎ程度の低カロリーガスとして出力される。いずれにしても、都市ガス１３Ａ等の高カロリーガス（１１０００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎ程度）に比べれば低カロリーである。この低カロリーガスは６０％程度の窒素を含むが、カロリー源としては、水素、一酸化炭素、メタンが主成分となる。
【００４１】
この低カロリーガスは、後続するガストレインを構成するクーラ１２で冷却され、水分が凝縮される。凝縮された水分はデミスター１３で除去される。水分除去後、低カロリーガスは活性炭吸着塔１４で油分や塩化水素が除去され、さらにヒータ１５で湿度が８０％以下に下げられる。
【００４２】
この後、保護フィルター１６によって、ガスエンジン２１の燃料とならない粉塵などの異物が除去される。この保護フィルター１６は複数台が、切換え使用可能に構成されているため、メンテナンス中のものがあっても、他のメンテナンス中でないものを使用すればシステムを停止させることはない。
【００４３】
すなわち、燃料ガスが、有機物やごみなどの熱分解により製造されるものであるから、粉塵などの異物が混入している可能性は比較的高く、フィルター交換などのメンテナンスが比較的頻繁に行なわれる可能性がある。このように、頻繁なメンテナンスが行なわれても、上述のように複数台の保護フィルター１６を切換え可能に構成しているので、システム運用に支障をきたすことはなく、長期間にわたる連続運転が可能となる。
【００４４】
また、保護フィルター１６の交換作業に当っては、ガスパージ装置１７により、保護フィルター１６内に滞留している有害物質を含むガスをパージして、その内部を窒素や空気に置き換えておくので、安全に作業を行なうことができる。
【００４５】
保護フィルター１６を経たガスは圧力調整ライン１９で適正な圧力に調整された後ガスエンジン２１に供給され、ガスエンジン２１を作動させる。
【００４６】
なお、ガスエンジン２１の起動に当っては、前もってガス戻しライン１８により、ガスライン内部に滞留している空気を含んだガスを熱分解ガス化システム１１に戻しておくとよい。すなわち、ガスエンジン２１へのガス供給ラインは、燃料ガスが低カロリーガスであるため管径が太く、エンジン起動前には多量の空気を含むガスが滞留しており、これをそのままガスエンジン２１に供給すると起動障害を生じることがある。そこで、ガスパージ管１８ａから窒素や空気を吹き込んでガスラインにたまったガスを熱分解ガス化システム１１に戻しておく。このようにすると、空気の影響によるガスエンジンの起動障害を未然に防止することができる。
【００４７】
ここで、ガスエンジンに供給される低カロリーガスの主成分は、前述のように水素、一酸化炭素、メタンであるが、少なくとも水素を１０〜３０％含むことを条件とする。すなわち、一酸化炭素やメタン等は燃焼速度が遅いため、エンジンを作動させるためには水素が重要である。水素が上記範囲で含まれていればガスエンジンを確実に作動させることができる。
【００４８】
また、燃料が低カロリーであるため、ガスエンジン２１を確実に作動させるためには、次のような制御を行なう必要がある。すなわち、燃料となる低カロリーガスの供給圧力を±５％の範囲に制御し、ガスカロリーの変動率を±１０％の範囲に制御する。
【００４９】
ここで、供給圧力の範囲は狭いほど好ましいが、実際上は±２．５％程度で良好な運転が可能であり、±５％まで拡大しても運転は可能である。±５％を越えると不安定となり、実質的な運転は困難になる。±１０％以上になるとガスエンジンは確実に停止してしまう。
【００５０】
ガスカロリーの変動率についても少ないほど好ましいが、±１０％の範囲内であれば運転可能であり、それを越えると不安定になり、±２０％以上になるとガスエンジンは停止してしまう。
【００５１】
このような条件を維持することにより、７００〜２０００ｋｃａｌ／ｍ３Ｎ程度の低カロリーガスによってガスエンジンを確実に作動させ、発電等に供することができる。
【００５２】
なお、低カロリーガスの場合、ガスの状態によっては、ガスエンジン２１が起動し難い場合も生じるので、このような場合には、低カロリーガスに、都市ガス１３Ａ等の高カロリーガスを混入させる。例えば、図１における圧力調整器１９ａの前段から混入させればよい。
【００５３】
これによりガスエンジン２１は容易に起動する。この場合、混入する高カロリーガスは１０％以下とする。すなわち、ガスエンジン自体が低カロリー用に設定されているため、高カロリーガスが多量に混入されると不安定状態となるので、混入する高カロリーガスは上記範囲以内に設定する。
【００５４】
本実施の形態におけるガスエンジン２１は、オイルタンク２２とオイルエレメント２４をガスエンジン本体から独立させ、オイルパン２３も本体横に隣接して設けているが、これは、比較的頻繁に行なわれるオイルやオイルフィルターの交換作業を容易にするためである。すなわち、ガスエンジン２１の燃料は、熱分解ガス化システムで製造されているため、燃料に含まれる不純物も多いものと予想され、オイルやオイルフィルタの交換周期は、一般的なエンジンより短くなるものと考えられる。オイルタンク２２、オイルパン２３、オイルエレメント２４をガスエンジン２１の本体に対し、上述のように配置構成することにより、点検及び交換作業が容易になる。したがって、交換作業が頻繁に行なわれても、作業者に対する負担は軽減される。
このような構成の低カロリーガスを利用したガスエンジンシステムによれば、木材、石炭、石油などの有機物、又はごみを原料とした低カロリーガスによってエンジンを作動させ、発電を行なうことができる。また、原料がごみの場合、従来のごみ燃焼発電では困難であった処理量１００ｔ／日以下の小規模処理場でも発電が可能となる。さらに、直接有機物又はごみを焼却せずに、有機物又はごみから熱分解ガス化改質又は熱分解ガス化溶融により製造した低カロリーガスを燃料として発電している。このため、燃焼排ガスが発生せず、システムからのダイオキシン、ＮＯｘ、ＳＯｘ、二酸化炭素などの環境汚染物質の排出量を約１／１０程度低減でき、環境負荷の小さいごみ処理発電を行うことができる。
【００５５】
また、低カロリーガスを利用したガスエンジン発電機を、１システムに２台以上設置すると、万が一、１台のガスエンジン発電機が故障したり、保守点検を行う場合でも、もう１台のガスエンジン発電機を使用することにより、システムを停止することなく、連続稼動することができる。
【００５６】
【発明の効果】
熱分解ガス化処理によって製造された低カロリーガスによりガスエンジンを確実に運転することができ、発電システムに適用すれば、従来のごみ焼却発電に比べ、効率的に実施が難しかった処理量１００ｔ／日以下の小規模処理場でも発電可能となり、また環境汚染物質の排出量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスエンジンシステムの一実施の形態を示すシステムブロック図である。
【符号の説明】
１１　　熱分解ガス化システム
１６　　保護フィルター
１７　　ガスパージ装置
１８　　ガス戻しライン
２１　　ガスエンジン
２２　　オイルタンク
２３　　オイルパン
２４　　オイルフィルター
【図１】
2004092611.tif 000003