(57)【要約】【課題】木質系バイオマスの部分燃焼によるガス化の場合、ガス化生成ガスに燃焼排ガスを含むため、生成ガスの単位熱量が低くなる。【解決手段】バイオマスと触媒の混合した移動層を形成し、バイオマスの部分燃焼による燃焼ガスは、移動層内の上昇過程において、バイオマスの熱分解ガス化、チャー分の吸収及び予熱に利用し、生成ガス中に燃焼排ガスを含むため、生成ガスの単位発熱量が　９００〜１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　と低下するが、高濃度酸素製造装置を併用し、単位発熱量を２０００〜３０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　に向上させる。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉（５）の上部にある外気と、炉内のガスをシールする、原料触媒供給弁（４）より破砕したバイオマス原料と、ガス化触媒の混合材を炉内に供給し、そのガス化触媒は、酸化アルミニウム（　Ａｌ２Ｏ３）及び酸化硅素（　ＳｉＯ２　）を供給し得る天然ゼオライト、粘土、カオリン、ベントナイト、ポーキサイトなどの天然鉱物を粒状化してガス化触媒として用い、ガス化炉（５）内にはバイオマス及びガス化触媒の混合材の移動層（６）を形成し、移動層下部には火炉格子（８）があり、火炉格子（８）上部のバイオマスを燃焼用空気により部分燃焼させ、その燃焼ガスは移動層（６）内を上昇し、上昇過程でバイオマスを加熱ガス化し、移動層（６）内のバイオマスを触媒の混在によりバイオマスガス化時のチャー分による粘結を防止し、また移動層（６）内のバイオマスを予熱し、また火炉格子（８）に揺動を与えてガス化触媒を落下させ、その触媒排出ホッパー（９）において、バイオマス部分燃焼用空気と対向流接触により燃焼用空気を予熱することで、バイオマスと、天然に産するゼオライト、粘土などを触媒として、その両者の混合材を移動層によるガス化反応させることを特徴とする部分燃焼式バイオマスガス化装置。
【請求項２】
部分燃焼空気の供給において、空気中より窒素を除去するため、高濃度酸素製造装置を併用し、空気中の酸素を高濃度化して、生成ガスの単位熱量を大きくするようにした請求項１記載の部分燃焼式バイオマスガス化装置。
【請求項３】
火炉格子（８）の断面は、３角形状の複数個より構成し、底辺部の中心を支点として、頂点を円弧状に火炉格子揺動ロッド（８ａ）により揺動させ、被燃焼物の粘結性を破断し、斜辺部には燃焼用空気の流通孔を有しており、火炉格子の揺動時に斜辺部の傾斜角が偏位することより、未燃焼の灰分、触媒等の固形分が落下するよう構成した請求項１記載の部分燃焼式バイオマスガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木質系及び植物質繊維系などの未利用資源をガス化して電気・熱供給用分散型電源の燃料などに高度利用を図るための部分燃焼式バイオマスガス化装置である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術は、下記のような構成となっている。
木質系及び植物質繊維系などを部分燃焼させてガス化利用する場合、タール及びチャーなどガス化未反応残渣が残ると、ガス化転換率が大きくならない。
ガス化転換率を大きくするには、いかにガス化未反応残渣を少なくするかが重要である。
木質系バイオマスをガス化する技術は、１９４０年代、我が国ではガソリン代替燃料として、車輌搭載型のバッチ方式により車輌用エンジンのガス燃料供給用として実績がある。
当時は、木炭または硬質な木材の塊状のものを使用し、間伐材、剪定枝及び樹皮などはガス化には不適であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べたものにあっては、下記のような問題点を有していた。
バイオマスのガス化に当っては、次の課題の解決が実用化への必須となる。
バイオマスの種類は、木質（樹皮を含む）、植物性繊維及び食品残渣など、広範囲なものであること。
低温下でのガス化転換率が大きく、タール分の生成が少ないこと。
バイオマスガス化において、触媒を使用するとき、その触媒がローコストであること。
バイオマスの一部を部分燃焼し、その燃焼ガスでバイオマスの未燃部分をガス化する方式では、生成ガスには、部分燃焼の排ガスを含有し、単位熱量が低くなってしまうという欠点がある。
以上の課題の解決が求められる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的及び課題を解決するため、本発明は以下のようになるものである。
バイオマスのガス化において、触媒として安価で、我が国で容易に入手できる、天然の白色粘土、硅砂を用いた。流動層によるガス化及び移動層によるガス化の試験を実施し、その試験データにより、本発明を具体化するものとした。
引用文献
「流動層によるバイオマス接触分解ガス化」流動層シンポジウム２００１．１２（淡路）　野田、栗田、伊藤、田中、堀尾
「粘土触媒を用いたバイオマスの流動層接触分解ガス化」化学工学会春季大会２００２．３　（福岡）　伊藤、栗田、野田、堀尾、田中
「バイオマスガス化装置」特願２００２−１９１２５４　（株）セテック
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図５を参照する。
本装置は、ガス化反応部は、上部はバイオマス及び触媒の混合材の移動層、中間部は部分燃焼部、下部は触媒、灰の排出部より構成するタテ型構造である。
図５において、バイオマス原料ホッパー（１）よりホッパー排出弁（２）で定量供給され、バイオマス原料と触媒を混合機（３）により混合し、ガス化炉（５）の上部に外気と炉内をシールする原料触媒供給弁（４）により、炉内上部よりバイオマス原料（６ａ）と触媒（６ｂ）の混合材の移動層（６）を形成し、その移動層（６）は火炉格子（８）により支持され、その火炉格子（８）の断面は、図７に示す３角形状の複数個より構成し、底辺部の中心を支点として、頂点を円弧状に火炉格子揺動ロッド（８ａ）により揺動させ、被燃焼物の粘結性を破断し、斜辺部には燃焼用空気の流通孔を有しており、火炉格子の揺動時に斜辺部の傾斜角が偏位することにより未燃焼の灰分、触媒等の固形分が落下する構造としている。
バイオマス原料（６ａ）の部分燃焼のために、燃料空気供給部（１０）よりの空気により部分燃焼ゾーン（７）を形成し、触媒は火炉格子（８）の揺動により、触媒とバイオマスの灰分が落下し、触媒排出ホッパー（９）において燃焼用空気は触媒と対向流接触により予熱され、部分燃焼ゾーン（７）に供給される。
部分燃焼ゾーン（７）では９００　℃〜１０００℃で燃焼し、発生した燃焼ガスは、移動層（６）を上昇過程においてバイオマス原料をガス化し、また、バイオマス原料の予熱に利用され、生成ガスは、ガス化炉上部にある生成ガス排出部（１１）より排出される。
ガス化炉下部にある外気と炉内をシールする触媒排出弁（１２）より、触媒及び灰分はガス化炉より排出され、分級機（１３）により灰分は分離され、触媒は混合機（３）に搬送される。
以上の木質バイオマスガス化装置においては、加熱源としてバイオマスの部分燃焼によるものとしているため、生成ガスの単位熱量は燃焼排ガスと混合し、９００　〜１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　に低くなる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　その生成ガスの単位熱量を多くするため、部分燃焼用空気の前処理として、供給空気中より窒素除去をゼオライトの圧力スウィングにより吸着−脱離（ＰＳＡ方式）をする高濃度酸素製造装置で、酸素濃度７０％以上として、生成ガスの単位発熱量を２０００〜３０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　に向上させ、バイオガスの多目的利用を容易にする。
高濃度酸素製造装置（２０）は、ゼオライトを封入した吸収塔（２１ａ）及び脱離塔（２１ｂ）を有していて、空気供給ブロワー（２２）より供給される空気より吸収塔において空気中の窒素分を吸収し、高濃度酸素としてガス化装置へ供給する。
脱離塔においては、吸収工程の後、真空ポンプ（２３）によりゼオライトより窒素分を脱離する。
以上、空気中の窒素除去は、吸収塔（２１ａ）、脱離塔（２１ｂ）を弁操作により交互動作して連続化し、部分燃焼用として高濃度酸素を供給する。
【０００６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
（１）　流動層による木質系バイオのガス化試験例
試料は、セルロース製のカプセルにセルロース微結晶粉末を充填したものを試料Ａとし、セルロース製カプセルにセルロース微結晶粉末と鋼球（　２ｍｍφ）を充填して、カプセルの見掛け比重を大きくしたものを試料Ｂとした。
バイオマスガス化反応の実験装置は、内径４３ｍｍφ、高さ２５０ｍｍ　の流動層反応器を管状電気炉で加熱し、粒状化した触媒の粒径を９０〜１２０　μｍ　に調整して、触媒を流動層媒体として、水蒸気とＮ２を流動層下部より流通させて、所定の温度を保持した状態において、試料を流動層内に上部より投入して、流動層接触分解ガス化特性を測定評価した。
【０００７】
図１に、ガス化温度とガス、チャー（液成分）及び残渣物への転化率を示す。
温度条件として　５５０℃、６５０　℃、７５０　℃とした場合、ガス化転換率は、触媒機能としては粘土、硅砂とも差異はなく、ガス化転換率は温度依存性が顕著であった。
チャー（液成分）は硅砂では上記の温度領域において、５５０　℃のとき３０％（ｗｔ）程度に低温になると増加するが、粘土においては上記の温度領域では２％（ｗｔ）以下であった。
残渣率については、５５０℃において粘土では４０％（ｗｔ）、硅砂では２０％（ｗｔ）であり、７５０　℃においてはいずれも１０％（ｗｔ）程度であり差異は生じない。
試料Ａ、Ｂを比較すると、層内滞留時間を長くさせるため、試料Ｂの見掛け比重を大きくしたものがガス化転換率が大きくなる。
図２に　６５０℃において、触媒に活性白土、ゼオライト及び硅砂を使用したときの生成ガスの成分を示す。
【０００８】
（２）　移動層による木質系バイオマスのガス化試験例
試料は木材破砕チップ（１０×１０×５ｍ／ｍ　）を、移動層反応器（内径　１００φ×高さ１０００）の円筒管状に、木質破砕チップと触媒（天然ゼオライト粒径　３〜１ｍ／ｍ　）の混合比、木質破砕チップ７０％、触媒３０％（重量比）にて移動層反応器に充填し、移動層下部は火炉格子（ロストル）で支持されるものとして、点火時はロストル上に木炭の燃焼物を投入し、その上部に木材破砕チップと触媒混合物を充填し、ロストル下部より部分燃焼空気を供給した。
図３に、移動層内の温度分布を示す。燃焼開始後（　１．５　時間経過）安定状態となり、その時点における反応器内の温度分布を示す。
ロストル上部　１５０〜２００ｍ／ｍ　は部分燃焼ゾーンとなり、燃焼ガスは移動層内を上昇し、部分燃焼ゾーンの上部　８００〜７００　℃でガス化が進行し、移動層上部は　２００℃程度まで予熱される。
図４に生成ガスの成分を示す。
チャー（液成分）は、　８００〜７００　℃のガス化ゾーンにおいて気化するが、移動層内の上昇過程において冷却され、液化するが移動層内の触媒に吸収されている。
また、触媒に吸収されたチャー成分は、部分燃焼ゾーンで燃焼される。
【０００９】
以上のバイオマスガス化反応試験より、次の結果を得た。
バイオマス原料を微粉砕することは、経済性が得られないことにより、２０×１０×３ｍ／ｍ　程度のチップ状の破砕品とする。
原料をチップ状の破砕物とした場合、ガス化炉内において、バイオマス原料は連続操作に適合させるため、移動層を形成してガス化反応させる。
触媒としては天然白色粘土、または天然ゼオライトが適する。
以上の結果より、本発明の部分燃焼式バイオマスガス化装置は以下のようなものである。
【００１０】
タテ型のガス化炉において、炉上部より木質バイオマス原料と粒状化した触媒を混合して供給する。
バイオマス原料及び触媒の混合材は炉内で移動層を形成し、移動層は炉下部の火炉格子（ロストル）により支持されている。
移動層下部は、火炉格子下部より供給される空気により、バイオマスの部分燃焼領域となる。バイオマスの部分燃焼による燃焼ガスは、移動層下部より上昇過程において、バイオマスの熱分解ガス化と、バイオマスの予熱に利用される。
【００１１】
被ガス化原料として木質系、植物系繊維、廃棄物硬化燃料（ＲＤＦ）などをチップ状（２０×１０×３ｍｍ　）に破砕した原料と、酸化アルミニウム（　Ａｌ２Ｏ３）及び酸化硅素（ＳｉＯ２）を供給し得る天然ゼオライト、粘土、カオリン、ベントナイト、ポーキサイトなどの天然鉱物を、ガス化触媒として混合しガス化反応部へ供給する。
【００１２】
ガス化反応部は加熱炉で部分燃焼するが、その燃焼ガスによりガス化反応部は９００〜１０００℃に加熱され、また、焼成された触媒及び灰分は火炉格子の揺動により火炉格子より落下し、その保有熱量は燃焼用空気と対向流接触して、燃焼用空気の予熱に利用される。
触媒及びバイオマス灰分は、冷却されてガス化炉より排出し、灰分はふるい分けして、触媒はバイオ原料供給部に搬送して混合され、再循環使用される。
【００１３】
以上をまとめて整理すると、本発明はバイオ資源をチップ状の破砕物と、天然ゼオライト、白色粘土、カオリン、ベントナイト、ポーキサイトなどの天然鉱物を触媒にして混合し、ガス化反応部に供給し、ガス化反応部はバイオマス原料の部分燃焼による燃焼ガスによる熱分解ガス化と、触媒はバイオマス原料のガス化反応を促進させ、タール及びチャーの生成を抑制し、移動層の閉塞を防止する部分燃焼式バイオマスガス化装置である。
以上の木質バイオマス化においては、その生成ガスの単位発熱量は　９００〜１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　と低いため、生成ガスの多目的利用を容易にするため、部分燃焼用空気には、高濃度酸素製造装置を併用することにより、生成ガスの単位発熱量は２０００〜３０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　に向上させる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、上述の通り構成されているので次に記載する効果を奏する。
従来の技術では、木質系及び植物質繊維系などの資源を部分燃焼させてガス化利用する場合、タール及びチャーなどガス化未反応残渣が残ると、ガス化転換率が大きくならない。
ガス化転換率を大きくするには、いかにガス化未反応残渣を少なくするかが重要である。
本発明においては、安価な白色粘土、天然ゼオライト、カオリン、ベントナイト、ポーキサイトなどの天然鉱物を触媒として用い、バイオマス原料及び触媒の混合材は炉内で移動層を形成し、移動層は炉下部の火炉格子（ロストル）により支持されている。
移動層と火炉格子の接触部分は、火炉格子下部より供給される空気によりバイオマスの燃焼領域となり、バイオマスの部分燃焼による燃焼ガスは、移動層下部より上昇過程において、バイオマスの熱分解ガス化とバイオマスの予熱に利用される。
触媒はバイオマス原料のガス化反応を促進させ、タール及びチャーの生成を抑制し、また、移動層の閉塞を防止する。
さらに生成ガスの単位熱量を大きくするため、部分燃焼用空気の供給において、空気中より窒素分を除去した高濃度酸素空気を部分燃焼用に使用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動層によるバイオマスガス化生成物と温度の関係を示すグラフである。
【図２】流動層によるバイオマスガス化の生成ガス成分を示すグラフである。
【図３】移動層によるバイオマスガス化炉の層内温度分布を示すグラフである。
【図４】移動層によるバイオマスガス化炉の生成ガス成分を示すグラフである。
【図５】バイオマスガス化炉の縦断面図である。
【図６】Ａ−Ａ線断面図である。
【図７】Ｂ−Ｂ線断面図である。
【図８】Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図９】火炉格子の平面図である。
【図１０】Ｄ−Ｄ線からみた要部断面図である。
【符号の説明】
１　バイオマス原料ホッパー　　　１０　燃焼空気供給部
２　ホッパー排出弁　　　　　　　１１　生成ガス排出部
３　混合機　　　　　　　　　　　１２　触媒排出弁
４　原料触　供給弁　　　　　　　１３　分級機
５　ガス化炉　　　　　　　　　　２０　高濃度酸素製造装置
６　移動層　　　　　　　　　　　２１ａ　吸収塔
６ａ　バイオマス原料　　　　　　２１ｂ　脱離塔
６ｂ　触媒　　　　　　　　　　　２２　空気供給ブロワー
７　部分燃焼ゾーン　　　　　　　２３　真空ポンプ
８　火炉格子
８ａ　火炉格子揺動ロッド
９　触媒排出ホッパー
【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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【図７】
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【図８】
2004143296.tif 000010
【図９】
2004143296.tif 000011
【図１０】
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