(57)【要約】【課題】爆発の危険性がなく、高い発熱量の改質ガスが得られる、簡単な操作で安価であるガス化された固形燃料の改質装置及びその改質方法を提供する。【解決手段】改質器本体１の底部に設けられ、加熱用ガスバーナ１９により加熱された回転自在な蓄熱体２を通過することにより、低温水蒸気ＬＳと混合された熱分解ガスＴＧを改質し、改質された燃料ガスＨＧ／ＦＧ／ＵＧは有効利用する。【選択図】図１
2004168872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形燃料を熱分解炉によりガス化し、得られた熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質装置において、
上記改質装置は、熱分解ガスを導入する導入室と、導入室に連接され熱分解ガスを間接加熱して改質する改質室と、該改質室に併設された下記燃焼室との底部に跨って回転自在に配設された蓄熱体と、加熱用燃料の燃焼により該蓄熱体を昇温させる燃焼室と、燃焼室に連接される排ガス室とにより主体が構成されてなることを特徴とするガス化された固体燃料の改質装置。
【請求項２】
固形燃料を熱分解炉によりガス化し、得られた熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質装置において、
上記改質装置は、熱分解ガスを導入または排出するガス室と、該ガス室に連接され熱分解ガスを間接加熱して改質または加熱用燃料の燃焼により下記蓄熱体を昇温させる改質・燃焼室と、この改質・燃焼室の底部に配設される固定式の蓄熱体とで主体が構成される改質・燃焼塔が少なくとも２基併設されてなり、
これら改質・燃焼塔が、蓄熱体の昇温と熱分解ガスの改質とを交互に切替え使用されるように構成されたことを特徴とするガス化された固形燃料の改質装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガス化された固形燃料の改質装置により、熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質方法であって、
熱分解ガスは蓄熱体を介して間接加熱されるものであり、蓄熱体を昇温させるための改質室又は改質・燃焼室内の温度は、８００℃以上であることを特徴とするガス化された固形燃料の改質方法。
【請求項４】
前記改質室又は改質・燃焼室内の温度は、１２００〜１３００℃であることを特徴とする請求項３記載のガス化された固形燃料の改質方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載のガス化された固形燃料の改質装置により、熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質方法であって、
前記加熱用燃料は、外部燃料もしくは取得した改質ガスまたは、該改質ガスと外部燃料とを混合使用するものであることを特徴とするガス化された固形燃料の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固形燃料を熱分解して得られた熱分解ガスを改質する改質装置とその改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃プラスチック、汚泥、シュレッダダストや都市ごみ等の廃棄物の単独または混合物、あるいは石炭等の固体燃料を熱分解して得られた熱分解ガスを、比較的良質の燃料ガスに改質する方法が各種提案されているが、ここでは特許文献１に開示された「有形燃料のガス化装置及びガス化方法」を、その代表的な例として説明する。
【０００３】
図４は、上述の有形燃料ガス化装置の全体構成の一例を示すシステム・フロー図である。
【０００４】
図４において、Ａは、廃棄物ＲＦを熱分解する熱分解ガス化炉ｂと、該熱分解ガス化炉ｂで発生した熱分解ガスＴＧを改質する改質器ｃとによって主体が構成されるガス化設備であり、ｄは改質された高温の粗燃料ガスＨＧを冷却する廃熱ボイラの如き冷却器で、ｅは冷却器ｄにより冷却された低温の粗燃料ガスＬＧを洗浄するスクラバやバグフィルタ等のガス洗浄・浄化装置である。
【０００５】
Ｆ１  ，Ｆ２  は水蒸気・空気加熱装置であり、各水蒸気・空気加熱装置Ｆ１  ，Ｆ２  はハニカム構造のセラミック製または金属製の２個の蓄熱体ｇを備え燃焼域と分流域からなる熱交換器ｈと、混合制御弁ｉと排気ファンｊと燃料供給弁ｋ及び、図示しない切換制御弁等によって構成されている。
【０００６】
このように構成されたガス化システムの作動について説明する。
【０００７】
熱分解ガス化炉ｂ内に送入された廃棄物ＲＦは、供給された燃料ＷＴ及び、後述の水蒸気・空気加熱装置Ｆ１  から供給される７００℃以上の高温混合気ＭＧ１  によって熱分解され、発生した熱分解ガスＴＧは改質器ｃに送入され、廃棄物ＲＦ中の灰分や金属類は溶融されずに、固体残渣ＲＳとして炉外に排出される。
【０００８】
改質器ｃに送入された上記熱分解ガスＴＧには、ＣＯやＨ２  等の可燃ガスに加えて、重質炭化水素であるタール分や煤等の可燃分が含まれることが多く、特にタール分は冷却すると凝固するので、熱分解ガスＴＧをそのまま冷却・洗浄することは困難である。
【０００９】
そのため、冷却器ｄでの熱交換により加熱された低温の水蒸気ＬＳと常温の低温空気ＬＡとを、混合制御弁ｉで混合して低温混合気ＳＡとし、加熱と蓄熱の工程を一定時間間隔で交互切換える蓄熱体ｇにおいて加熱して高温混合気ＭＧ１  及びＭＧ２  として、それぞれ加熱熱分解ガス化炉ｂと改質炉ｃとに送気する。
【００１０】
改質器ｃに送気された熱分解ガスＴＧは、水蒸気・空気加熱装置Ｆ２  から供給される７００℃以上の高温混合気ＭＧ２  と混合され、上述の重質炭化水素と高温空気との発熱反応が進行するとともに、同時に重質炭化水素と高温水蒸気との吸熱改質反応が進行してＨ２  、ＣＯ、メタン等に改質され、高温の粗燃料ガスＨＧとなって冷却器ｄに送入される。
【００１１】
冷却器ｄにおいて給水ＷＳとの熱交換により冷却された低温の粗燃料ガスＬＧは、ガス洗浄・浄化装置ｅに導入されて除塵、脱硫、脱塩及び重金属除去等の洗浄・浄化処理を受けることにより精製利用燃料ガスＦＧとなって図示しないエネルギ利用設備に供給されるとともに、精製加熱燃料ガスＲＧとなって各熱交換器ｈに送られて燃焼し、下述の低温混合気ＳＡを加熱する。
【００１２】
一方、冷却器ｄの熱交換により加熱された給水ＷＳは低温水蒸気ＬＳとなり、低温空気ＬＡと混合されて低温混合気ＳＡとなり、精製加熱燃料ガスＲＧにより７００〜８００℃以上に加熱された蓄熱体ｇを通過して高温化されたのち、一部は高温混合気ＭＧ１  ，ＭＧ２  となって熱分解ガス化炉ｂまたは改質器ｃに送られ、残余は排気フアンｊによって排ガスＥＧとして系外に排出される。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１５８８８５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のガス化装置は、水蒸気改質反応を利用して炭化水素を改質した高温混合気ＭＧ１  をガス化設備Ａで利用することにより、ガス洗浄・浄化装置ｅで低下する熱効率を向上させるとともに、熱分解ガス化炉ｂでの煤の発生を抑制する効果を上げている。
【００１５】
しかし、従来形式の改質器ｃでは温度を維持するために、燃料である熱分解ガスＴＧと高温混合気ＭＧ２  を噴射して燃焼させているが、装置の構造が複雑なために、例えば水蒸気・空気加熱装置Ｆ１  の切換え操作でのトラブルや、熱分解ガス化炉ｂからの熱分解過程の不調等で改質器ｃ内の燃焼が中断して失火した場合は、改質器ｃの再点火時には爆発を起こす危険性がある。
【００１６】
また、水蒸気・空気加熱装置Ｆ１  ，Ｆ２  において、精製加熱燃料ガスＲＧを高温混合気ＭＧ１  ，ＭＧ２  とする目的で、低温水蒸気ＬＳと低温空気ＬＡを混合しているために、空気中に含有される窒素がそのまま改質ガス中に残留して、元の熱分解ガスＴＧに比べてその発熱量を低下させるという問題がある。
【００１７】
一方、必要に応じて供給される補助燃料ＡＦに純酸素を使用した場合には、高温混合気ＭＧ１  ，ＭＧ２  の窒素比率が低下して熱分解ガスＴＧのガス量が低減され、比較的良好な改質ガスすなわち高温の粗燃料ガスＨＧを得ることができるが、純酸素製造のための設備費用または酸素購入の費用が嵩む。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のガス化された固体燃料の改質装置は、固形燃料を熱分解炉によりガス化し、得られた熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質装置において、上記改質装置は、熱分解ガスを導入する導入室と、導入室に連接され熱分解ガスを間接加熱して改質する改質室と、該改質室に併設された下記燃焼室との底部に跨って回転自在に配設された蓄熱体と、加熱用燃料の燃焼により該蓄熱体を昇温させる燃焼室と、燃焼室に連接される排ガス室とにより主体が構成されてなるものである。
【００１９】
請求項２に係る発明のガス化された固体燃料の改質装置は、固形燃料を熱分解炉によりガス化し、得られた熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質装置において、上記改質装置は、熱分解ガスを導入または排出するガス室と、該ガス室に連接され熱分解ガスを間接加熱して改質または加熱用燃料の燃焼により下記蓄熱体を昇温させる改質・燃焼室と、この改質・燃焼室の底部に配設される固定式の蓄熱体とで主体が構成される改質・燃焼塔が少なくとも２基併設されてなり、これら改質・燃焼塔が、蓄熱体の昇温と熱分解ガスの改質とを交互に切替え使用されるように構成されたものである。
【００２０】
請求項３に係る発明のガス化された固体燃料の改質方法は、請求項１又は２記載のガス化された固形燃料の改質装置により、熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質方法であって、熱分解ガスは蓄熱体を介して間接加熱されるものであり、蓄熱体を昇温させるための改質室又は改質・燃焼室内の温度は、８００℃以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る発明のガス化された固体燃料の改質方法は、前記改質室又は改質・燃焼室内の温度が、１２００〜１３００℃であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明のガス化された固体燃料の改質方法は、請求項１又は２記載のガス化された固形燃料の改質装置により、熱分解ガスを改質して改質ガスを得る改質方法であって、前記加熱用燃料は、外部燃料もしくは取得した改質ガスまたは、該改質ガスと外部燃料とを混合使用するものであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、請求項１に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の全体構成を示す概略ブロックフロー図であり、図２は、請求項１に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の一例を示す縦断面図である。
【００２５】
なお、図４で説明した物質や部材と同一な物質や部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２６】
図１及び図２において、１は改質器本体であり、セラミックス等の耐火性材料で構築された外壁１１と、該外壁１１内部を耐火性隔壁１２によって改質室１３と燃焼室１４とに左右に分割されており、改質室１３下部には熱分解ガスＴＧが導入される導入室１５が、上部には改質ガス排出口１６が配設され、燃焼室１４下部には排ガス室１７が、上部には燃料噴射口１８とガスバーナ１９とがそれぞれ配設されている。
【００２７】
上記改質室１３と燃焼室１４との底部に跨って蓄熱体２が回転自在に配設され、該蓄熱体２は例えばセラミックス製でハニカム形状の頂部２１と、該頂部２１の外周を囲繞する耐熱性の周囲部２２と、頂部２１を保持し隔壁１２の中央下部に接する耐熱性の中心部２３及び、該中心部２３の下方に連結される駆動軸２４と、駆動軸２４を通じて頂部２１及び中心部２３を回転させる駆動手段２５によって主体が構成されている。
【００２８】
次に、このように構成された蓄熱体２を備えた改質器本体１を使用したガス化された固形燃料の改質方法について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２９】
まず、外部燃料としての補助燃料ＡＦをガスバーナ１９に供給して燃焼させ、予熱された燃焼室１４内温度が燃焼室内温度計１４ｔで測定された規定値を超えた状態で、上記予熱により昇温された蓄熱体２の回転を始め、蓄熱体２を加熱して温度低下した排ガスＥＧは、ガス洗浄・浄化装置ｅまたは冷却器ｄに排出する。
【００３０】
一方、熱分解ガス化炉ｂで発生した熱分解ガスＴＧは導入室１５に送入され、改質室１３への上昇時に通過する蓄熱体２の高温により加熱されて低温粗燃料ガスＬＧとなり、改質ガス排出口１６から冷却器ｄを経てガス洗浄・浄化装置ｅにより無害化されて排気筒ｍから大気中に放出される。
【００３１】
このように蓄熱体２を回転させながら運転を継続することにより、改質室内温度計１３ｔの測定値が設定値を超えてくれば、冷却器ｄにより発生した低温水蒸気ＬＳを熱分解ガスＴＧと混合させて中温混合気ＳＧとなし、高温化した蓄熱体２との熱交換により昇温させることで、熱分解ガスＴＧ中に残存する高温空気と重炭化水素とが発熱反応するとともに、低温水蒸気ＬＳも高温化することにより同じく重炭化水素と吸熱改質反応を起し、さらに該吸熱改質に必要な熱が供給されることにより改質されて、タール分が除去された高温の粗燃料ガスＨＧとなる。
【００３２】
なお、上記設定値としては、８００℃以上であり、好ましくは１２００℃〜１３００℃がよい。
【００３３】
そして、上記粗燃料ガスＨＧは、冷却器ｄを経てガス洗浄・浄化装置ｅに送られて精製利用燃料ガスＦＧとなってエネルギ利用設備ｎで有効利用されるとともに、精製昇温燃料ガスＵＧとして補助燃料ＡＦの代わりに、又はこれら混合物がガスバーナ１９に送られて燃焼室１４の昇温に用いられる。
【００３４】
図３は、請求項２に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の一例を示す概略フロー図である。
【００３５】
図３において、３は第１工程において改質を行う改質塔であり、下方から熱分解ガスＴＧを導入される第１ガス室３１と、該第１ガス室３１の上方に設置された固定式の第１蓄熱体３２及び、その上部に連接される第１加熱バーナ３３を設置した改質室３４とで主体が構成されている。
【００３６】
４は同第１工程において第２蓄熱体４２を加熱するための燃焼塔であり、上述の改質塔３と同様に第２ガス室４１、  第２蓄熱体４２、  第２加熱バーナ４３及び、燃焼室４４とで主体が構成されている。
【００３７】
上述の第１工程における改質塔３と燃焼塔４とは、第２工程においてはその役割を変えて改質塔３が蓄熱体の加熱を行う燃焼塔となり、燃焼塔４が熱分解ガスＴＧの改質を行うという切替操作を行う。つまり、改質塔３と燃焼塔４とは構成が同様で併設された２基の改質・燃焼塔を構成している。
【００３８】
詳しくは、熱分解ガスＴＧの改質運転を行うにあたり、まず改質塔３及び燃焼塔４の第１、第２加熱バーナ３３、４３を燃焼させて改質室３４及び燃焼室４４内を予熱する。そして、改質室３４が設定値に達すると燃焼を停止して当該改良室３４に熱分解ガスＴＧを導入して改質を行う。
【００３９】
この熱分解ガスＴＧの改質に伴って改質室３４内が降温して上記設定値よりも低くなると、当該改質室３４への熱分解ガスＴＧの導入を停止して第１加熱バーナ３３による第１蓄熱体３２の加熱を行うとともに、第２加熱バーナ４３による第２蓄熱体４２の加熱により設定値に達している燃焼室４４に熱分解ガスＴＧを導入して改質を行う。そして、燃焼室４４内が降温して上記設定値よりも低くなると、今度は前述した改質室３４による熱分解ガスＴＧの改質に移行し、これを順次繰り替えすことで、熱分解ガスＴＧの改質を行う。
【００４０】
なお、上記設定値としては、８００℃以上であり、好ましくは１２００℃〜１３００℃がよい。
【００４１】
なお、本実施の形態では、低温水蒸気ＬＳを熱分解ガスＴＧと配管上で混合するように説明したが、低温水蒸気ＬＳを熱分解ガス化炉ｂに直接送入してもよく、燃焼室内と改質室内の各ガスの流れは、並流・向流の何れでもよい。
【００４２】
また、排ガスＥＧは、ガス洗浄・浄化装置ｅまたは冷却器ｄに排出すると説明したが、簡単なガス洗浄装置を介して直接排気筒ｍに排出してもよい。
【００４３】
さらに、蓄熱体２は、セラミックス製のハニカム形状と例示したが、その材質を特定するものではなく、形状は球状など何れでもよく、操業条件に合せて選択すればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のガス化された固形燃料の改質装置及びその改質方法によれば、熱分解ガスの加熱は、改質装置内のみで行うために装置が簡単になり設備費が節減できるだけでなく、改質装置内での蓄熱体との間接加熱方式であるために、装置の簡単化による誤操作の防止と合せて、停止／再点火時の爆発事故を防止できる。
【００４５】
また、空気を用いての直接燃焼ではないために、空気中の窒素が残留することにより発熱量が大幅に低下することがなく、高い発熱量の改質ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の全体構成を示す概略ブロックフロー図である。
【図２】請求項１に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の一例を示す縦断面図である。
【図３】請求項２に係る発明のガス化された固形燃料の改質装置の一例を示す概略フロー図である。
【図４】従来のガス化装置の全体構成の一例を示すシステム・フロー図である。
【符号の説明】
１  改質装置本体
１３  改質室
１４  燃焼室
１５  導入室
１７  排ガス室
２  蓄熱体
３  改質塔（改質・燃焼塔）
４  燃焼塔（改質・燃焼塔）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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