(57)【要約】【課題】ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることのないガス化装置を提供する。【解決手段】乾燥粉砕したバイオマス１を供給するホッパ１１及びスクリュフィーダ１１ａ等と、水蒸気および酸素（または空気）を含むガス化剤２を供給する供給ノズル１３等と、バイオマス１とガス化剤２とを内部で反応させてバイオマス１から生成ガス４を得るガス化炉１２とを備えたガス化装置１０において、ガス化炉１２の内部下方に配設され、周面に孔１４ａａを複数形成された円錐状の受部１４ａを有すると共に、上端側が受部１４ａに連結して下端側がガス化炉１２の下部を貫通する管部１４ｂを有する漏斗１４と、漏斗１４の受部１４ａの外面側から受部１４ａの内面側へ向けて上記ガス化剤２と同一組成の流動ガス３を流通させるように孔１４ａａに流動ガス３を送給する供給管１６等とを備えてガス化装置１０を構成した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、
水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、
前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉と
を備えたガス化装置において、
前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、
前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段と
を備えていることを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されている
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記粉粒体がバイオマスである
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものである
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかである
ことを特徴とするガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を粉砕した粉粒体からガスを生成させるガス化装置に関し、特に、バイオマスをガス化させる場合に適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境保全等の観点から、化石燃料使用による二酸化炭素排出の抑制が検討されている。特に、草木等のバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するようにすれば、当該液体燃料の使用によって生成する二酸化炭素を消費して成長する植物から当該液体燃料を製造することができるので、循環型のエネルギサイクルを確立することができると共に、有機物系の廃棄物の発生量を著しく減少させることができる。
【０００３】
このようなバイオマスを原料に用いてメタノール等のような液体燃料を製造するには、乾燥して粉砕したバイオマスと、水蒸気および酸素（または空気）を含有するガス化剤とをガス化装置のガス化炉内に送給して、当該バイオマスを部分燃焼または水蒸気ガス化させることにより生成ガス（主に一酸化炭素と水素ガスとの混合ガス）を生じさせ、この生成ガスをガス化炉内から送出して冷却塔で冷却した後、メタノール等の液体燃料の合成塔に送給して当該生成ガス中の一酸化炭素と水素ガスとを反応させてメタノール等の液体燃料を生成させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなバイオマスは、均一な細かいサイズに粉砕することが難しく、比較的大きなサイズのものがわずかながらも混在してしまう。このような比較的大きなサイズのバイオマスは、ガス化炉内で十分に反応できずにガス化炉内に落下しやすいだけでなく、流動性も悪いため、ガス化炉の下部に堆積してタール等を発生してガス化炉を劣化させてしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題は、バイオマスをガス化する場合に限らず、例えば、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、上述と同様にして起こり得ることである。
【０００６】
このようなことから、本発明は、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることのないガス化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されていることを特徴とする。
【０００９】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであることを特徴とする。
【００１０】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明において、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであることを特徴とする。
【００１１】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、　前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によるガス化装置の実施の形態を図面を用いて以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
［第一番目の実施の形態］
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態を図１，２を用いて説明する。図１は、ガス化装置の概略構成図、図２は、図１の要部の抽出拡大平面図である。
【００１４】
図１に示すように、乾燥粉砕された草木等の粉粒体であるバイオマス（ＣＨ２　Ｏ）１を貯蔵するホッパ１１の下部には、当該バイオマス１を送り出すスクリュフィーダ１１ａの受入側が連絡している。スクリュフィーダ１１ａの送出側は、下方側に高温燃焼部１２ａを有すると共に上方側にガス化反応部１２ｂを有するガス化炉１２の当該高温燃焼部１２ａの高さ方向中程に連結している。
【００１５】
前記ガス化炉１２は、高温燃焼部１２ａの水平方向の断面積がガス化反応部１２ｂの水平方向の断面積よりも小さくなると共に、高温燃焼部１２ａのガス化反応部１２ｂ側が円錐状をなしている。ガス化炉１２は、高温燃焼部１２ａの内部を９００〜１４００℃の温度に保持することができると共に、ガス化反応部１２ｂの内部を９００〜１２００℃程度の温度に保持することができるようになっている。
【００１６】
図１，２に示すように、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの内部下方には、周面に孔（直径０．５〜１ｍｍ程度）１４ａａを複数形成された円錐状の受部１４ａを有する漏斗１４が配設されている。漏斗１４の受部１４ａに上端が連結した管部１４ｂは、下端側がガス化炉１２の下部を貫通して、当該ガス化炉１２の外部に配設された回収チャンバ１５に連絡している。
【００１７】
前記ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの高さ方向中程には、水蒸気および酸素（または空気）を含むガス化剤２を供給する供給ノズル１３が連結されている。ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下部には、水蒸気および酸素（または空気）を含む流動ガス３（ガス化剤２と同一）を送給する供給管１６が連結されている。ガス化炉１２のガス化反応部１２ｂの上方寄りには、生成ガス４を送出する送出管１７が連結されており、当該生成ガス４は、冷却塔等を介してメタノール等のような液体燃料の合成塔へ送給されるようになっている。
【００１８】
なお、本実施の形態では、ホッパ１１、スクリュフィーダ１１ａ等により粉粒体供給手段を構成し、供給ノズル１３等によりガス化剤供給手段を構成し、供給管１６等により流動ガス送給手段を構成している。
【００１９】
このようにして構成された本実施の形態にかかるガス化装置１０を使用したバイオマスのガス化方法を次に説明する。
【００２０】
前記供給ノズル１３からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内にガス化剤２を供給すると共に、ホッパ１１内からバイオマス１をスクリュフィーダ１１ａを介してガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内に供給すると、バイオマス（ＣＨ２　Ｏ）１は、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内で下記の化学式（１），（２）に示すような反応を主に生じた後、ガス化反応部１２ｂ内に送給されて、下記の化学式（３）に示すような反応を主に生じて生成ガス（ＣＯ，Ｈ２　）４となる。
【００２１】
ＣＨ２　Ｏ＋Ｏ２　→ＣＯ２　＋Ｈ２　Ｏ　　（１）
ＣＨ２　Ｏ　　　→ＣＯ　＋Ｈ２　　　　（２）
ＣＯ＋Ｈ２　Ｏ←→ＣＯ２　＋Ｈ２　　　　（３）
【００２２】
ここで、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａのガス化反応部１２ｂ側が円錐状をなしていることから、高温燃焼部１２ａの上方側のガス化剤２の流速が高温燃焼部１２ａの下方側のガス化剤２の流速よりも遅くなるので、バイオマス１は、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内を上下方向に効率よく循環するように移動する。このため、バイオマス１を高温空間（９００〜１４００℃）中でまんべんなく分散させることができるので、バイオマス１を効率よくガス化させてタール（Ｃｎ　Ｈｍ　）の発生を抑制することができ、生成ガス４中の水素ガス濃度を高めることができる。
【００２３】
このようにしてガス化炉１２内で発生した生成ガス４は、ガス化反応部１２ｂを介して前記送出管１７から送出され、冷却塔等を介して前記合成塔へ送給されてメタノール等のような液体燃料の原料等として利用される。
【００２４】
ところで、ホッパ１１からガス化炉１２内に供給されたバイオマス１中にわずかながらも含まれている比較的大きなサイズの粗粒体１ａは、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内で上下方向に十分に循環できずに落下して、前記漏斗１４の受部１４ａに受け止められる。この粗粒体１ａは、流動性が悪いため、一部が管部１４ｂを介して回収チャンバ１５に直接回収されるものの、残りが前記受部１４ａにそのまま堆積してしまう。
【００２５】
このため、所定時間ごとに、前記供給管１６からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下方に流動ガス３を供給すると、当該流動ガス３は、漏斗１４の受部１４ａの外面側から当該受部１４ａの内面側へ向けて噴き上がるように前記孔１４ａａを通過するので、当該漏斗１４の受部１４ａに堆積した前記粗粒体１ａは、当該受部１４ａ上を流動して、前記管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収される。
【００２６】
したがって、本実施の形態によれば、ガス化炉１２の下部に粗粒体１ａを残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができるので、ガス化炉１２の下部へのタール等の発生を防止することができ、ガス化炉１２の劣化を防止することができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、所定時間ごとに、供給管１６からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下方に流動ガス３を供給することにより、漏斗１４の受部１４ａに堆積した粗粒体１ａを流動させて管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収するようにしたが、例えば、常時、供給管１６からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下方に流動ガス３を供給することにより、漏斗１４の受部１４ａに堆積した粗粒体１ａを流動させて管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に即時に回収することも可能である。
【００２８】
さらに、供給管１６から流動ガス３を常時少量だけ供給することにより、漏斗１４の受部１４ａに堆積した粗粒体１ａを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに供給管１６からの流動ガス３の供給量を多くすることにより、当該灰を流動させて管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収するようにすることも可能である。
【００２９】
なお、本発明で用いられるバイオマス１としては、エネルギ源または工業原料として利用できる生物資源（例えば、農業生産物やこの副産物、木材、植物等）が挙げられ、具体的には、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が挙げられる。また、糠、木屑、間伐材等のような農林系廃棄物も挙げられる。因みに、煩雑さを避けるためにバイオマス１の組成をＣＨ２　Ｏとして説明したが、バイオマス１の組成は、一般的に（Ｃｘ　Ｈ２　Ｏｙ　）ｎ　（但し、ｘは１．１〜１．２、ｙは０．８〜０．９）として表されている。
【００３０】
［第二番目の実施の形態］
本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は、ガス化装置の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を図面に付すことにより、第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、本実施の形態によるガス化装置２０は、前記漏斗１４の前記管部１４ｂの途中にガス化剤２を供給する供給ノズル２３が連結されている。
【００３２】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの高さ方向中程に、ガス化剤２を供給する供給ノズル１３を連結したが、本実施の形態では、漏斗１４の管部１４ｂの途中に、ガス化剤２を供給する供給ノズル２３を連結したのである。
【００３３】
なお、本実施の形態では、供給ノズル２３等によりガス化剤供給手段を構成している。
【００３４】
このような本実施の形態のガス化装置２０においては、バイオマス１をホッパ１１内からスクリュフィーダ１１ａを介してガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内に供給すると共に、前記供給ノズル２３から漏斗１４の管部１４ｂ内にガス化剤２を供給すると、バイオマス１は、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様にしてガス化炉１２内で反応を生じて生成ガス４となる。
【００３５】
このとき、ガス化剤２が当該漏斗１４の受部１４ｂからガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内に噴き上がるので、バイオマス１は、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内を上下方向に効率よく循環するように移動し、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもバイオマス１をさらに効率よくガス化させてタール（Ｃｎ　Ｈｍ　）の発生を抑制することができ、生成ガス４中の水素ガス濃度をさらに高めることができる。
【００３６】
また、ガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内で上下方向に十分に循環できずに落下する比較的大きなサイズの粗粒体１ａは、ガス化剤２が漏斗１４の受部１４ａからガス化炉１２の高温燃焼部１２ａ内に噴き上がっていることから、当該漏斗１４の受部１４ａで流動しやすくなり、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも漏斗１４の受部１４ａ上に堆積しにくくなる。
【００３７】
しかしながら、本装置２０をある程度運転すれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、漏斗１４の受部１４ａに粗粒体１ａが次第に堆積してくるので、所定時間ごとに、前記供給ノズル２３からのガス化剤２の供給を一時的に停止すると同時に、前記供給管１６からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下方に流動ガス３を供給し、漏斗１４の受部１４ａの外面側から当該受部１４ａの内面側へ向けて流動ガス３を噴き上げるように前記孔１４ａａを通過させることにより、当該漏斗１４の受部１４ａに堆積した前記粗粒体１ａを流動させて、前記管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収した後、前記供給管１６からのガス化剤２の供給を停止すると同時に、前記供給ノズル２３からガス化剤２を再び供給する。
【００３８】
これにより、粉粒体１ａをガス化炉１２の下部に残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【００３９】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、所定時間ごとに、供給管１６からガス化炉１２の高温燃焼部１２ａの下方に流動ガス３を供給することにより、漏斗１４の受部１４ａに堆積した粗粒体１ａを流動させて管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収するようにしたが、例えば、流動ガス３を常時少量だけ供給管１６から供給することにより、漏斗１４の受部１４ａに堆積した粗粒体１ａを流動させるのではなく燃焼灰化させ、所定時間経過ごとに、前記供給ノズル２３からのガス化剤２の供給を一時的に停止すると同時に、供給管１６からの流動ガス３の供給量を多くして、当該灰を流動させて管部１４ｂを介して回収チャンバ１５内に回収した後、前記供給ノズル２３からガス化剤２を再び供給すると同時に、前記供給管１６からのガス化剤２の供給を少量に戻すようにすることも可能である。
【００４１】
［他の実施の形態］
前述した第一，二番目の実施の形態では、前記ガス化炉１２の下側の高温燃焼部１２ａの水平方向の断面積を上側のガス化反応部１２ｂの水平方向の断面積よりも小さくすると共に、高温燃焼部１２ａのガス化反応部１２ｂ側を円錐状に形成したが、下側の高温燃焼部と上側のガス化反応部との水平方向の断面積を共に等しくしておくことも可能である。しかしながら、本実施の形態の場合のように構成すれば、先に説明したように、バイオマス１の上下方向への循環移動を効率よく行うことができるので、好ましい結果を得ることができる。
【００４２】
また、前述した第一，二番目の実施の形態では、バイオマス１を前記高温燃焼部１２ａ内にホッパ１１からスクリュフィーダ１１ａにより直接押し込んで供給するようにしたが、他の実施の形態として、例えば、上記スクリュフィーダ１１ａの送出口を前記供給ノズル１３，２３の基端寄りに接続し、当該スクリュフィーダ１１ａから押出供給されたバイオマス１を前記ガス化剤２と共に高温燃焼部１２ａ内に供給する（気流搬送）するようにすることも可能である。
【００４３】
また、流動ガス３としては、本実施の形態のように、水蒸気および酸素（または空気）を含むガス化剤２と同一のもの以外に、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのようなバイオマス１のガス化反応時に生成するガス成分のうちの少なくとも一つを主成分とするガスであればよく、例えば、生成ガス４を使用してメタノール等のような液体燃料を製造した際に生じるオフガス（ＣＯやＨ２　やＣＨ４　等の混合ガス）や、ガスタービン等の各種の機器から排出される燃焼ガス（ＣＯ２　や水蒸気等の混合ガス）等を挙げることができる。ここで、上記オフガスや燃焼ガスを使用すれば、当該ガス中の各種成分を有効利用することができると共に、当該ガスの熱エネルギも有効利用することができ、さらに低コスト化を図ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、バイオマス１をガス化炉１２に供給するガス化装置１０，２０の場合について説明したが、これに限らず、廃プラスチックス等のように均一な細かいサイズに粉砕することが難しく流動性の悪い有機物の粉粒体をガス化するガス化装置であれば、本実施の形態の場合と同様に適用して、本実施の形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
第一番目の発明によるガス化装置は、有機物を粉砕した粉粒体を供給する粉粒体供給手段と、水蒸気および酸素を含むガス化剤を供給するガス化剤供給手段と、前記粉粒体と前記ガス化剤とを内部で反応させて当該粉粒体から生成ガスを得るガス化炉とを備えたガス化装置において、前記ガス化炉の内部下方に配設され、周面に孔を複数形成された円錐状の受部を有すると共に、上端側が当該受部に連結して下端側が当該ガス化炉の下部を貫通する管部を有する漏斗と、前記漏斗の前記受部の外面側から当該受部の内面側へ向けて流動ガスを流通させるように前記孔に流動ガスを送給する流動ガス送給手段とを備えていることから、ガス化炉の下部に粉粒体を残留堆積させることなく簡単かつ確実に回収することができる。
【００４６】
第二番目の発明によるガス化装置は、第一番目の発明において、前記ガス化剤供給手段が、前記漏斗の前記管部の途中に連結されているので、ガス化炉内で落下した比較的大きなサイズの粉粒体が漏斗の受部でさらに流動しやすくなり、漏斗の受部上にさらに堆積しにくくなる。
【００４７】
第三番目の発明によるガス化装置は、第一番目または第二番目の発明において、前記粉粒体がバイオマスであるので、上述した効果を顕著に発現することができる。
【００４８】
第四番目の発明によるガス化装置は、第三番目の発明のにおいて、前記流動ガスが、水蒸気、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガスのうちの少なくとも一つを主成分とするものであるので、ガス化効率の低下を防止することができる。
【００４９】
第五番目の発明によるガス化装置は、第四番目の発明において、前記流動ガスが、前記ガス化剤、前記生成ガスをメタノール等の液体燃料製造の原料に使用した際のオフガス、機器から排出される燃焼ガスのうちのいずれかであるので、上記ガス中の成分を有効に利用することができると共に、当該ガス中の熱エネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の要部の抽出拡大平面図である。
【図３】本発明によるガス化装置をバイオマスのガス化に適用した場合の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１　バイオマス
１ａ　粗粒体
２　ガス化剤
３　流動ガス
４　生成ガス
１０，２０　ガス化装置
１１　ホッパ
１１ａ　スクリュフィーダ
１２　ガス化炉
１２ａ　高温燃焼部
１２ｂ　ガス化反応部
１３，２３　供給ノズル
１４　漏斗
１４ａ　受部
１４ａａ　孔
１４ｂ　管部
１５　回収チャンバ
１６　供給管
１７　送出管
【図１】
2004091568.tif 000003
【図２】
2004091568.tif 000004
【図３】
2004091568.tif 000005