(57)【要約】【課題】  ベット材の循環制御を容易に行うことができる循環型流動層ガス化システムを提供する。【解決手段】  燃料とベット材とが投入される燃焼炉１の上部より、上記燃焼炉１の底部８にかけて延び、かつ下端が開口した筒状のガス化炉２を設け、上記燃焼炉１の中段に、投入された燃料とベット材とを流動化させて流動層１４を形成するための空気供給用散気管１５を設け、上記燃焼炉１の底部８に、上記流動層１４から流下し、上記ガス化炉２の開口部６に移動した上記ベット材と未燃燃料とを、上記ガス化炉２内で上昇移動させその間に上記未燃燃料あるいは必要に応じて上記ガス化炉２内に投入される燃料のガス化を行う水蒸気供給用噴射ノズル２０を設けたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料とベット材とが投入される燃焼炉の上部より、上記燃焼炉の底部にかけて延び、かつ下端が開口した筒状のガス化炉を設け、上記燃焼炉の中段に、投入された燃料とベット材とを流動化させて流動層を形成するための空気供給用散気管を設け、上記燃焼炉の底部に、上記流動層から流下し、上記ガス化炉の開口部に移動した上記ベット材と未燃燃料とを、上記ガス化炉内で上昇移動させその間に上記未燃燃料あるいは必要に応じて上記ガス化炉内に投入される燃料のガス化を行う水蒸気供給用噴射ノズルを設けたことを特徴とする循環型流動層ガス化システム。
【請求項２】
上記ガス化炉の下流側には、生成したガス化ガスとベット材とを分離するベット材分離用サイクロンが接続され、上記分離されたベット材が上記燃焼炉に投入される請求項１記載の循環型流動層ガス化システム。
【請求項３】
上記空気供給用散気管は、その上方で上記燃料と上記ベット材の上記流動層を形成し、その下方から上記燃焼炉の底部にかけて、上記未燃燃料とベット材との移動層を形成すると共に、その移動層により上記空気供給用散気管から供給される空気が上記ガス化炉へ、上記ガス化炉で生成したガス化ガスが上記燃焼炉へ流れないようにマテリアルシールが形成される請求項１または２記載の循環型流動層ガス化システム。
【請求項４】
上記水蒸気供給用噴射ノズルから供給される水蒸気は、上記燃焼炉などから抽気された排ガスからの熱回収により製造される請求項１〜３いずれかに記載の循環型流動層ガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料のガス化を行う循環型流動層ガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体燃料のガス化は、燃料を燃焼し、その熱を用いて水蒸気の存在下で燃料を熱分解（還元反応）して、水素、一酸化炭素などのガス化ガスを生成することで行われる。このガス化過程において、燃料を空気で燃焼させると同時に、ガス化反応を行うと、ガス化ガス中に大量の窒素が含まれてしまう。そのため、このガス化ガスをガスエンジン、ガスタービンもしくは燃料電池などに供給して発電に用いる場合には、十分な熱量を得ることができず、発電効率が悪化する。そこで、特許文献１に示されるように、燃料を空気で流動化、燃焼させる燃焼部と、燃料を熱分解するガス化部とを分離して形成し、未燃燃料と燃焼部で加熱されたベット材とをガス化部に導入し、この加熱されたベット材をガス化部の熱源として用い、かつガス化部に水蒸気を供給し流動化させることで、ガス化反応を行うことが提案されている。
【０００３】
この特許文献１に記載されたガス発生装置においては、燃焼部とガス化部とが分離しているため、窒素を含まない濃度の高いガス化ガスを得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたガス発生装置では、空気の流入を防止するために、ベット材が燃焼部からガス化部へ移動する際の経路が複雑に構成されており、ベット材を燃焼部からガス化部へと容易に移動させることができず、ベット材の循環量制御が困難であり、効率が低い。また、燃焼部とガス化部とを横に並べて配置するため、広い設置面積を必要とする。
【０００６】
そこで、特願２００３−２０１８２６号（発明の名称；流動層ガス化システム）に示すような外部循環型流動層ガス化システムが提案されている。この外部循環型流動層ガス化システムでは、燃焼部を高速流動層として、ガス化部と別体で構成し、燃焼部でベット材を燃料とともに上昇させかつ燃焼部から排出し、燃焼部下流側に設けたサイクロンにより回収し、ベット材をガス化部に落下させて移動させることが示されている。この外部循環型流動層ガス化システムでは、ベット材をサイクロンで回収するため、ベット材を排ガスから分離し、燃焼部からガス化部へと重力にて確実に移動可能であり、ベット材の循環制御量が容易である。しかしながら、燃焼部が高速流動層であるため、燃焼によりベット材へ十分な熱量を与えるためには、燃焼部の高さを十分高く取らなければならず装置が大型化し、小規模な施設には適さない。また、ベット材が燃焼部からサイクロンを経てガス化部へと移動する際に、熱ロスが生じ効率が低下する懸念がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ベット材の循環制御を容易に行うことができ、かつ高効率で小型化可能なガス化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明は、燃料とベット材とが投入される燃焼炉の上部より、上記燃焼炉の底部にかけて延び、かつ下端が開口した筒状のガス化炉を設け、上記燃焼炉の中段に、投入された燃料とベット材とを流動化させて流動層を形成するための空気供給用散気管を設け、上記燃焼炉の底部に、上記流動層から流下し、上記ガス化炉の開口部に移動した上記ベット材と未燃燃料とを、上記ガス化炉内で上昇移動させその間に上記未燃燃料あるいは必要に応じて上記ガス化炉内に投入される燃料のガス化を行う水蒸気供給用噴射ノズルを設けたものである。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項２に係る本発明は、上記ガス化炉の下流側には、生成したガス化ガスとベット材とを分離するベット材分離用サイクロンが接続され、上記分離されたベット材が上記燃焼炉に投入されるものである。
【００１０】
上記目的を達成するための請求項３に係る本発明は、上記空気供給用散気管は、その上方で上記燃料と上記ベット材の上記流動層を形成し、その下方から上記燃焼炉の底部にかけて、上記未燃燃料とベット材との移動層を形成すると共に、その移動層により上記空気供給用散気管から供給される空気が上記ガス化炉へ、上記ガス化炉で生成したガス化ガスが上記燃焼炉へ流れないようにマテリアルシールが形成されるものである。
【００１１】
上記目的を達成するための請求項４に係る本発明は、上記水蒸気供給用噴射ノズルから供給される水蒸気は、上記燃焼炉などから抽気された排ガスからの熱回収により製造されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮するものである。
【００１３】
（１）ベット材の加熱を行う流動層より下方にガス化炉の開口部を設けることで、ベット材を重力により自然に移動させることができる。
【００１４】
（２）流動層よりベット材を流下させることで、流動層とガス化炉開口部との間にマテリアルシールが形成され、燃焼炉とガス化炉との間のガスの流れを遮断することができる。
【００１５】
（３）ガス化炉への排気ガスなどの流入を遮断することで、窒素濃度が低く、発熱量が高い生成ガスを得ることができ、生成ガス用途先において利用効率を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、実施形態の循環型流動層ガス化システムの構成図を示す。
【００１８】
本実施形態の循環型流動層ガス化システムは、コーヒーかすなどのバイオマス、石炭などを燃料として用い、燃料の燃焼を行う燃焼炉１と燃料のガス化を行うガス化炉２とを各々分離して形成される。また、燃焼炉１の熱をガス化炉２へ伝える媒体として硅砂などのベット材を用い、これを循環させるように構成されたものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の循環型流動層ガス化システムは、燃焼炉１と、ガス化炉２とを備える。
【００２０】
燃焼炉１は、断面が略正方形の胴部４と、この胴部４の下方に形成された下向きに狭まる収集部５とからなっている。
【００２１】
ガス化炉２は、下端において下向きに広がる開口部６を有する筒状に形成され、燃焼炉１内へ配置される。
【００２２】
ガス化炉２下端の開口部６は、燃焼炉１の底部８と対向するように配置され、上部は、燃焼炉１の頂部を越えて延出するように設けられる。
【００２３】
燃焼炉１の頂部には、燃料を投入するための燃焼用燃料供給ライン９が設けられると共に燃焼排ガスを排出するための排気路１０が接続される。排気路１０には、排ガスよりチャー（固形分）を分離した後、そのチャーを再び燃焼炉１へと戻すためのチャー分離用サイクロン１１が接続され、そのチャー分離用サイクロン１１には、排ガスより微粉（灰）を分離するための微粉分離サイクロン１２が接続される。
【００２４】
燃焼炉１の中段には、投入された燃料とベット材とを流動化させて流動層１４（燃焼部）を形成するための空気供給用散気管１５が設けられる。空気供給用散気管１５は、外部の空気供給用装置（図示せず）に接続された、燃焼炉１の壁面を貫通する空気供給パイプ１６と、この空気供給パイプ１６に接続され、燃焼炉１の水平断面にくまなく配置された散気パイプ１８と、この散気パイプ１８の上部に接続され、複数の微小な空気供給口（図示せず）が形成された複数のノズル１９とから構成される。
【００２５】
燃焼炉１の底部８の中心には、ガス化炉２の開口部６に位置し、そのガス化炉２内へ水蒸気を上向きに噴出する水蒸気供給用噴射ノズル２０が設けられ、その水蒸気供給用噴射ノズル２０の周辺には、水蒸気供給用散気管２１が設けられる。水蒸気供給用散気管２１は、外部の水蒸気供給用装置（図示せず）に接続された水蒸気供給パイプ２２と、この水蒸気供給パイプ２２の上部に接続された、環状の水蒸気散気パイプ２４と、水蒸気散気パイプ２４に接続された複数のノズル２５とから構成される。
【００２６】
水蒸気供給用噴射ノズル２０から噴射される水蒸気は、燃料とベット材とを高速流動化させつつ、ガス化炉２内を上昇させることができるように供給され、また水蒸気供給用散気管２１から供給される水蒸気は、ベット材と燃料とを浮遊化させてガス化炉２の開口部６に導くことができるように供給される。
【００２７】
ガス化炉２の中段には、ガス化炉２に燃料を必要に応じて投下するためのガス化用燃料供給路３０が設けられる。
【００２８】
ガス化炉２の下流端には、生成されたガス化ガスよりベット材を分離するためのベット材分離用サイクロン３１が接続される。このベット材分離用サイクロン３１には、燃焼炉１上部と連通するベット材戻し路３２と、ベット材が分離されたガス化ガスよりさらに、微粉（灰）を分離するための微粉分離用サイクロン３４が接続される。
【００２９】
次に、本実施形態に係る循環型流動層ガス化システムの作用を説明する。
【００３０】
燃焼炉１には予め空気供給用散気管１５の上方までベット材が充填され、その後燃焼炉１の上部の燃焼用燃料供給路９より、バイオマスなどの燃料が投入される。燃料とベット材とは、空気供給用散気管１５より供給される空気により流動化されて、流動層１４が形成され、燃料が燃焼される。燃焼排ガスは、排気路１０より排出され、チャー分離用サイクロン１１で排ガスに含まれる固形分（チャー）が分離され、燃焼炉１へ戻され、固形分が分離された燃焼排ガスは、後段の微粉分離サイクロン１２で微粉（灰）が分離されて排出される。
【００３１】
流動層１４では、燃料が約８００℃で燃焼されると共にベット材が加熱される。このベット材と未燃燃料とは、空気供給用散気管１５の下方に流下し、燃焼炉１の収集部５、底部８にかけて、移動層３５を形成する。
【００３２】
底部８に収集されたベット材と未燃燃料とは、水蒸気供給用散気管２１により浮遊化され、水蒸気供給用噴射ノズル２０から噴出する水蒸気（約４００℃）のジェットによりガス化炉２へ導かれる。
【００３３】
ガス化炉２内に導かれたベット材と未燃燃料とに加え、ガス化炉２へガス化用燃料供給路３０よりさらに燃料が投入される。これら燃料とベット材とは、水蒸気供給用噴射ノズル２０より噴出される水蒸気のジェットにより、ガス化炉２内にて高速流動化されながら上昇し、その間に、熱分解（還元）反応（約８００℃）および水蒸気ガス化（還元）（約８００℃）が行われる。これらの反応により、燃料から水素、一酸化炭素、メタンなどの水性ガスからなるガス化ガス（可燃性ガス）が生成される。この熱分解反応と水蒸気ガス化反応（水性ガス反応）は、吸熱反応であり、ガス化炉２内に導入されたベット材の熱量で反応が行われると共に、ガス化炉２を取り巻く流動層１４、移動層３５から伝わる熱量でも反応が行われる。
【００３４】
熱分解反応および水蒸気ガス化反応により生成されたガス化ガスは、ベット材分離用サイクロン３１へ流入して、ベット材が分離され、微粉分離用サイクロン３４で微粉（灰）が取り除かれ、さらに図示していないが、水蒸気分が取り除かれた後、ガスタービンなどに供給され発電利用される他、有効成分（一酸化炭素、水素、メタン）が抽出され合成ガス利用される。
【００３５】
ベット材分離用サイクロン３１で分離されたベット材は、ベット材戻し路３２を通り、再び燃焼炉１へと戻される。
【００３６】
このように、燃焼炉１内にガス化炉２を設け、燃焼炉１の中段の上方に流動層１４を形成し、その下方にベット材（一部未燃燃料を含む）からなる移動層３５を形成することで、流動層１５で熱せられたベット材を、重力の力のみで移動層３５からガス化炉２へ自然に導入できるので、熱の移動が確実に行えると共にその移動循環量を容易に制御することができる。さらに、ベット材を流動層１５から直接的にガス化炉２へ流入させることができるので、熱ロスが少なく高効率である。また、移動層３５はマテリアルシールとなるため、燃焼炉１の排ガスのガス化炉２への流入を遮断できると共にガス化炉２で生成したガス化ガスや水蒸気が流動層１４側へ移動することを抑制できる。  
従って、ガス化炉２内への空気の流入が遮断されることで、窒素濃度が低く発熱量やカロリーの高いガス化ガスを得ることができ、ガス化炉２の冷ガス効率の向上と発電利用や合成ガス利用などの生成ガス用途においての利用効率の向上とを図ることができるという効果がある。
【００３７】
加えて、ガス化炉２を燃焼炉１内に配置することで、ガス化炉２を効率よく冷却できるという効果と、設置面積が小さくなるという効果がある。
【００３８】
なお、水蒸気供給用噴射ノズル２０および水蒸気供給用散気管２１から供給されるガス化のための水蒸気を、燃焼炉１などから抽気した排ガスの熱回収により製造してもよく、そうすれば、循環型流動層ガス化システムの熱効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の循環型流動層ガス化システムの構成図を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃焼炉
２  ガス化炉
６  開口部
１４  流動層
１５  空気供給用散気管
２０  水蒸気供給用噴射ノズル
３１  ベット材分離用サイクロン
３５  移動層
【図１】
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