(57)【要約】【課題】有機質固形物であるバイオマスの焼却処理の過程からエネルギーを可燃ガスの形態で回収できるガス化方法およびガス化装置を提供する。【解決手段】循環流動加熱炉２と、ガス改質炉３とを主要な装置とし、循環流動加熱炉２では、ライザー部２１において、空気または酸素を供給しつつ高速拡散による下水汚泥ｂを、空気比０．３〜０．７の条件下で、好ましくは４５０℃超え、８５０℃未満の温度範囲に設定し、大気圧下、好ましくは０．３〜２．５ＭＰａの加圧下で、熱分解して熱分解ガスｄを得る。次いで、この熱分解ガスｄを実質的に冷却することなくチャー回収サイクロン部３２でチャーを分離し、ガス改質炉３１に送給して、酸素の存在下で、好ましくは、反応温度を１０００℃以上、１２００℃未満の範囲に設定して改質する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを循環流動加熱炉において空気比０．３〜０．７で熱分解し、得た熱分解ガスからチャーを回収した後、その熱分解ガスをガス改質炉において、前記循環流動加熱炉の熱分解温度より高い温度で酸素と反応、改質させ可燃ガスを製造することを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項２】
前記循環流動加熱炉の熱分解温度を４５０℃超え、８５０℃未満の範囲に設定し、前記ガス改質炉の反応温度を１０００℃以上、１２００℃未満の範囲に設定した請求項１に記載のバイオマスのガス化方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のバイオマスのガス化方法を実施するためのガス化装置であって、バイオマスを熱分解する循環流動加熱炉と、その循環流動加熱炉から得た熱分解ガスを改質し可燃ガスを得る縦型円筒形状のガス改質炉とを具備したことを特徴とするバイオマスのガス化装置。
【請求項４】
循環流動加熱炉から得た熱分解ガスからチャーを回収して循環流動加熱炉へ返送するチャー回収サイクロンを前記ガス改質炉の下側に連結するとともに、そのチャー回収サイクロンに温度低下防止手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のバイオマスのガス化装置。
【請求項５】
前記ガス改質炉の後段に、得られた可燃ガスの顕熱によって流動用空気を３００〜６００℃に加熱する予熱装置と、予熱装置を経た可燃ガスを２００℃以下に急冷するガスクーラーを設けた請求項４に記載のバイオマスのガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機質固形物であるバイオマスから可燃ガスを製造するガス化方法およびガス化装置などのガス化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機質固形物であるバイオマスの発生量は年々増加しており、下水汚泥を例にすると、その発生量は１９９７年度で約３５０００万ｍ３に達している。これらは脱水・焼却などの処理が行われた後、最終的に約２４０万トンが埋立てなどで処分されている。この焼却処理には、多段炉や流動床炉を用いた燃焼処理によって行われている。
【０００３】
このような燃焼処理では、燃焼ガスから熱エネルギーの回収が行われているが、図２に示すように、流動床炉１１の燃焼ガスは熱交換器１２によって燃焼処理用空気ａの予熱に利用したり、煙突の白煙防止に利用するほか、事例は多くないが、廃熱ボイラ１３で得た蒸気によって蒸気タービン１４を駆動し発電機１５を運転するなどして、発電に利用する場合もあった。
【０００４】
ところがこのような蒸気タービン方式の発電設備は、小規模な場合には廃熱ボイラや蒸気タービンの特性上、熱損失が大きくなり効率が著しく低下する傾向があることから、下水処理施設では普及しないという事情があった。また、下水処理施設では前記の通り焼却処理が広く利用されているものの、多くは将来の環境規制強化や老朽化による設備更新に対応するため、高効率かつ環境負荷の少ない設備が要望されており、特に下水汚泥は廃棄物の中でも発生量が多いことから、下水汚泥からエネルギーを回収する技術の開発が特に期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、有機質固形物であるバイオマスの焼却処理の過程からエネルギーを可燃ガスの形態で回収できるガス化方法およびガス化装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、本願第１発明である、バイオマスを循環流動加熱炉において空気比０．３〜０．７で熱分解し、得た熱分解ガスからチャーを回収した後、その熱分解ガスをガス改質炉において、前記循環流動加熱炉の熱分解温度より高い温度で酸素と反応、改質させ可燃ガスを製造することを特徴とするバイオマスのガス化方法によって、解決することができ、本発明は、前記循環流動加熱炉の熱分解温度を４５０℃超え、８５０℃未満の範囲に設定し、前記ガス改質炉の反応温度を１０００℃以上、１２００℃未満の範囲に設定した形態に好ましく具体化される。
【０００７】
また、上記の問題は、本願第２発明であるところの、前記第１発明を実施するためのガス化装置であって、バイオマスを熱分解する循環流動加熱炉と、その循環流動加熱炉から得た熱分解ガスを改質し可燃ガスを得る縦型円筒形状のガス改質炉とを具備したことを特徴とするバイオマスのガス化装置によって、解決することができ、さらに本発明は、循環流動加熱炉から得た熱分解ガスからチャーを回収して循環流動加熱炉へ返送するチャー回収サイクロンを前記ガス改質炉の下側に連結するとともに、そのチャー回収サイクロンに温度低下防止手段を設けた形態に具体化される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のバイオマスのガス化システムに係る実施形態とその作用効果について、構成図である図１を参照しながら、ガス化装置（第２発明）、ガス化方法（第１発明）の順に説明する。
本発明のガス化装置は、バイオマスを熱分解する循環流動加熱炉２と、その循環流動加熱炉２から得た熱分解ガスｄを改質し可燃ガスｅを得る縦型円筒形状のガス改質炉３とを主要な装置としている点に特徴がある。
【０００９】
この循環流動加熱炉２は、原料ホッパ２４を経由して原料であるバイオマス、例えば下水汚泥ｂ（脱水または乾燥汚泥）を受け入れ、加熱し、熱分解するライザー部２１、熱分解ガスｄと珪砂など流動媒体を分離する高温サイクロン部２２、および分離された流動媒体をライザー部２１に返送するダウンカマー２３などのいずれも横幅より縦長形状の装置をその要部として構成されている。
【００１０】
この循環流動加熱炉２では、ライザー部２１において、空気または酸素を供給しつつ高速拡散による下水汚泥ｂを、空気比０．３〜０．７の条件下で後記改質炉の温度より低い熱分解温度、好ましくは４５０℃超え、８５０℃未満の温度範囲に設定し、大気圧下、好ましくは０．３〜２．５ＭＰａの加圧下で、熱分解して熱分解ガスｄを得る。この目的のため、供給される熱分解用空気ａ（または酸素）を、改質炉３の後段に設けられた予熱装置４によって３００〜６００℃の温度に予熱するのが効果的である。
【００１１】
本発明の縦型の循環流動加熱炉２は、従来の横型のロータリ炉に比較して設置面積は１／２以下となり、また従来の完全燃焼タイプの循環流動加熱炉と比較しても発生ガス量が少なくなるので、設置面積は１／２〜１／３になりよりコンパクト化される。さらに、加圧下で運転すれば実ガス容積が少なくなるのでさらにコンパクト化が可能となる利点が得られる。
【００１２】
また、本発明の循環流動加熱炉２で得られる熱分解ガスｄは、可燃性ガス成分（炭化水素、一酸化炭素、水素の他、不燃性の窒素、炭酸ガスを含む）、タール成分（重質油分）、チャー（未燃カーボン粒子、無機粒子）からなるが、本発明での前記した熱分解温度は、従来行われている熱分解温度より低温に設定しているので、可燃分が比較的多く得られる利点がある。
【００１３】
なお、本発明では下水汚泥を例に説明しているが、これに限定されずいわゆるバイオマス全体に適用可能である。ここでバイオマスとは、下水汚泥、パルプスラッジなど産業廃棄物や家庭ごみ、し尿などの生活廃棄物、農産物の廃材、家畜類の糞尿、あるいは間伐材、材木端材など有機質固体物質を総称する意味で用いている。
【００１４】
次に、本発明の改質炉３は、前記循環流動加熱炉２から送給される熱分解ガスｄからチャーを分離、回収して循環流動加熱炉２へ返送するチャー回収サイクロン部３２と、チャーを分離した熱分解ガス（タール分を含む）を酸素ｃで改質し可燃ガスｅを生成する縦型円筒形状のガス改質炉３１を要部として構成されている。
【００１５】
本発明では、高温度の熱分解ガスｄを実質的に冷却することなくチャー回収サイクロン部３２でチャーを分離し、ガス改質炉３１に送給して、酸素の存在下で前記循環流動加熱炉２の熱分解温度より高い温度、好ましくは、反応温度を１０００℃以上、１２００℃未満の範囲に設定して改質する点に特徴がある。
【００１６】
かくして、熱分解ガスｄと一緒に排出されるタール分がチャー回収サイクロン部３２内で捕捉され固着するのを防止でき、かつガス改質炉３１における比較的高温、高速（例えば、滞留時間：２〜４秒）の改質反応によって、熱分解ガスｄ中のタール分が炭化水素、一酸化炭素あるいは水素に熱分解するとともに、同時に送給される熱分解ガスｄ中の可燃性ガス成分と併せて酸素との反応が進行して、水素と一酸化炭素を主可燃ガス分とする可燃ガスｅ（ガス成分＝ＣＯ：２５〜４５％、Ｈ２：１５〜３５％、ＣＨ４：０〜２％、ＣＯ２：１０〜１５％、Ｎ２：５〜４５％）を得ることができるのである。
【００１７】
このような改質炉３として、前記ガス改質炉３１の下部のガス入口に前記チャー回収サイクロン３２のガス出口を近接させて連結するとともに、そのチャー回収サイクロン３２を保温耐火物で構成する、あるいは加熱用ジャケットを付設して熱風加熱可能として、熱分解ガスｄを実質的に冷却することなく導入し、分離操作できるようにした温度低下防止手段を設けるのが特に好ましい。
【００１８】
以上詳細に説明した、前記循環流動加熱炉２および改質炉３で得られた可燃ガスｅは、後段に設置された予熱装置４、ガスクーラー５、集塵機６、ガス精製装置７などを経て、精製可燃ガスｆとして取り出されるのである。
【００１９】
前記予熱装置４は、前述のように循環流動加熱炉２に供給される熱分解用空気ａ（酸素を使用する場合もある）を粗可燃ガスｅの顕熱で３００〜６００℃に加熱する熱交換機であり、さらに次段に設けられたガスクーラー５は、予熱装置４を経た粗可燃ガスを２００℃以下に急冷するものであり、このように急冷操作を行うことにより排気ガス中のダイオキシンの再合成を最小限に押さえることができるのである。
【００２０】
冷却された可燃ガスは、次のバグフィルタなどを備えた集塵機６によって無機微粒子が飛灰ｇとして分離され、次いでガス精製装置７によってガス中の微量有害成分（硫化水素、シアン化水素、アンモニアなど）が廃水ｈとして除去され、精製可燃ガスｆとして取り出される。かくして、精製可燃ガスｆは、ガスエンジン、ガスタービン蒸気タービン複合発電、燃料電池、ボイラなどのガス発電装置や熱利用機器の燃料として提供される。また、メタノールやアンモニアなど化学原料の合成用原料として利用することもできるのである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のバイオマスのガス化システムは、以上説明したように構成されているので、縦型の循環流動加熱炉および改質炉を要部とするガス化装置をよりコンパクト化された形態で設置面積が少なく設置できるうえ、有機質固形物であるバイオマス、特に下水汚泥の未利用エネルギーを可燃ガスの形態で効果的に回収でき、ガスエンジンなど高効率発電に利用できるので環境負荷低減に寄与できるという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消したバイオマスのガス化方法およびそのガス化装置として、実用的価値はきわめて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可燃ガス製造設備を示す要部構成図。
【図２】従来の蒸気タービン発電装置の要部構成図。
【符号の説明】
２　循環流動加熱炉、２１　ライザー部、２２　高温サイクロン部、２３　ダウンカマー、２４　原料ホッパ、３　ガス改質炉、３１　ガス改質炉、３２　チャー回収サイクロン部、４　予熱装置、５　ガスクーラー、６　集塵機、７　ガス精製装置、ａ　空気、ｂ　下水汚泥、ｃ　酸素、ｄ　熱分解ガス、ｅ　可燃ガス、ｆ　精製可燃ガス、ｇ　飛灰、ｈ　廃水。
【図１】
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【図２】
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