(57)【要約】 【課題】反応容器の材料の消耗を低減することおよびエネルギ効率の向上を図ることにある。【解決手段】ノズル（供給口）２から供給される原料の周囲を、原料と酸化剤（例えば酸素）との反応による発熱により、原料中の有機物のガス化反応に適する最低温度以上で、かつ反応容器１の少なくとも内壁に設けられる耐熱材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度に加熱し、ノズル２と生成ガス流出口（排出口）３との間の途中に設けた第２のノズル（第２の供給口）４から反応容器１内に酸化剤を供給することにより、生成ガス流出口３に向かう途中の上記原料の周囲を、上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下の温度に再加熱するように構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する原料と酸化剤とを供給口から反応容器内に供給して、上記原料を上記酸化剤との反応により発熱させることにより、上記原料の周囲を上記有機物のガス化反応に適する温度に加熱し、上記ガス化反応により得られた生成ガスを排出口から上記反応容器外に取り出す有機物のガス化処理方法において、
上記供給口から供給された上記原料の周囲を、上記発熱により、上記ガス化反応に適する最低温度以上で、かつ上記反応容器の少なくとも内壁に設けられる材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度に加熱し、
上記供給口と上記排出口との間の途中に設けた第２の供給口から上記反応容器内に酸化剤を供給することにより、上記排出口に向かう途中の上記原料の周囲を、上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下の温度に再加熱することを特徴とする有機物のガス化処理方法。
【請求項２】
上記最低温度として７００℃を適用し、上記最高温度として１２００℃を適用したことを特徴とする請求項１に記載の有機物のガス化処理方法。
【請求項３】
上記反応容器内を、超臨界水の雰囲気に維持することを特徴とする請求項１または２に記載の有機物のガス化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油、天然タール、石炭等の化石燃料、廃プラスチック、下水汚泥、バイオマスなどの有機物を含む原料の一部を燃焼させることによって、高温高圧の雰囲気下で原料中の有機物のガス化処理を行う有機物のガス化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の有機物のガス化処理方法としては、反応容器内に、有機物を含有する原料を酸化剤としての酸素とともに供給することによって、その有機物の一部を燃焼させ、これにより反応容器内を高温高圧の状態にして、原料に含まれる有機物のガス化を行う方法が知られている。
ただし、上記燃焼による酸化反応は発熱反応であるのに対して、ガス化反応は吸熱反応であるので、反応が進行するにしたがって、原料の周囲温度が低下し、当該有機物のガス化反応に適する最低温度未満の温度になることがある。
【０００３】
この場合には、有機物をガス化する効率が下がるので、例えば酸素の供給量を多くすることによって、当該上部における原料の周囲温度をより高温（例えば１５００℃）にし、反応容器の排出口においてもなおガス化反応に適する温度が維持できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３２２３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記有機物のガス化処理方法を用いた場合には、原料の周囲温度が高いため、当該反応容器の反応部の例えば内壁の材料として耐火物を用いる必要がある。しかし、ガス化温度や雰囲気条件により、耐火物の消耗が著しく、使用に耐えないことがあった。また、高温とするのに必要な酸化剤の量が多くなり、かつ高温部からの放熱によるロス等も大きくなるため、必ずしもエネルギ効率の高いガス化条件で運転することができなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反応容器の少なくとも内壁に設けられる材料の消耗を低減することができ、かつエネルギ効率の向上を図ることのできる有機物のガス化処理方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、有機物を含有する原料と酸化剤とを供給口から反応容器内に供給して、上記原料を上記酸化剤との反応により発熱させることにより、上記原料の周囲を上記有機物のガス化反応に適する温度に加熱し、上記ガス化反応により得られた生成ガスを排出口から上記反応容器外に取り出す有機物のガス化処理方法において、上記供給口から供給された上記原料の周囲を、上記発熱により、上記ガス化反応に適する最低温度以上で、かつ上記反応容器の少なくとも内壁に設けられる材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度に加熱し、上記供給口と上記排出口との間の途中に設けた第２の供給口から上記反応容器内に酸化剤を供給することにより、上記排出口に向かう途中の上記原料の周囲を、上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下の温度に再加熱することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記最低温度として７００℃を適用し、上記最高温度として１２００℃を適用したことを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記反応容器内を、超臨界水の雰囲気に維持することを特徴としている。
【０００９】
請求項１〜３に記載の発明においては、供給口から反応容器内に原料および酸化剤を供給することになるから、この反応容器内の供給口付近において、有機物が部分的に燃焼反応を起こして発熱し、有機物のガス化反応に適する最低温度以上で、かつ反応容器の少なくとも内壁に設けられる材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度雰囲気になる。このため、この部分において、有機物が活発にガス化することになる。
【００１０】
そして、ガス化による吸熱反応が進行し、排出口に向かって原料の周囲温度が低下しても、供給口と排出口との間の途中に設けた第２の供給口から反応容器内に酸化剤を供給することにより、排出口に向かう途中の原料の周囲温度を上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下となるように再加熱することができる。
【００１１】
したがって、供給口から排出口に至る反応容器内のほぼ全体の雰囲気温度を、上記最低温度から上記最高温度の範囲に保持することができるので、有機物のガス化効率が低下するのを防止することができるとともに、上記材料の腐食等による消耗の低減を図ることができる。
しかも、反応容器内を上記最高温度を超えて過度に加熱することがないので、発熱に必要な酸化剤の供給量の低減および高温部からの放熱量の低減等を図ることができる。よって、エネルギ効率の向上を図ることができる。
さらに、上記最高温度を従来に比べて低く抑えることができるので、上記材料として安価な材料を使用することができるとともに、金属などの強度面等において信頼性の高い材料を使用することが可能になるという利点がある。
【００１２】
請求項２に記載の発明においては、上記最低温度として７００℃を適用し、上記最高温度として１２００℃を適用しているので、反応容器内のほぼ全体の雰囲気温度を７００〜１２００℃に維持することができる。したがって、上記材料の耐久性、エネルギ効率の向上等々を確実に図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明においては、反応容器内を、超臨界水の雰囲気に維持するようになっているので、ガス化反応速度の増進を図ることができる。
また、反応容器内の雰囲気温度を従来に比べて低く抑えることができ、上記材料としてシリカなどの超臨界水に溶出しやすい物質や損耗しやすい物質を含む耐火材料や耐熱材料を使用する必要がなくなるので、超臨界水の使用によって上記材料の耐久性が低下するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、供給口から反応容器内に原料および酸化剤を供給することになるから、この反応容器内の供給口付近において、有機物が部分的に燃焼反応を起こして発熱し、有機物のガス化反応に適する最低温度以上で、かつ反応容器の少なくとも内壁に設けられる材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度雰囲気になる。このため、この部分において、有機物が活発にガス化することになる。
【００１５】
そして、ガス化による吸熱反応が進行し、排出口に向かって原料の周囲温度が低下しても、供給口と排出口との間の途中に設けた第２の供給口から反応容器内に酸化剤を供給することにより、排出口に向かう途中の原料の周囲温度を上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下となるように再加熱することができる。
【００１６】
したがって、供給口から排出口に至る反応容器内のほぼ全体の雰囲気温度を、上記最低温度から上記最高温度の範囲に保持することができるので、有機物のガス化効率が低下するのを防止することができるとともに、上記材料の腐食等による消耗の低減を図ることができる。
しかも、反応容器内を上記最高温度を超えて過度に加熱することがないので、発熱に必要な酸化剤の供給量の低減および高温部からの放熱量の低減等を図ることができる。よって、エネルギ効率の向上を図ることができる。
さらに、上記最高温度を従来に比べて低く抑えることができるので、上記材料として安価な材料を使用することができるとともに、金属などの強度面等において信頼性の高い材料を使用することが可能になるという利点がある。
【００１７】
請求項２に記載の発明においては、上記最低温度として７００℃を適用し、上記最高温度として１２００℃を適用しているので、反応容器内のほぼ全体の雰囲気温度を７００〜１２００℃に維持することができる。したがって、上記材料の耐久性、エネルギ効率の向上等々を確実に図ることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明においては、反応容器内を、超臨界水の雰囲気に維持するようになっているので、ガス化反応速度の増進を図ることができる。
また、反応容器内の雰囲気温度を従来に比べて低く抑えることができ、上記材料としてシリカなどの超臨界水に溶出しやすい物質や損耗しやすい物質を含む耐火材料や耐熱材料を使用する必要がなくなるので、超臨界水の使用によって上記材料の耐久性が低下するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
この実施の形態で示す有機物のガス化処理方法を、図１に示す有機物のガス化処理装置を参照しながら説明する。すなわち、有機物のガス化処理方法は、有機物を含有する原料と、酸化剤（例えば酸素）とをノズル（供給口）２から反応容器１内の上部に供給することによって、原料を燃焼させ、これにより原料の周囲を当該原料に含まれる有機物のガス化反応に適する温度に加熱し、このガス化反応によって生成されたガスを反応容器１の下部の生成ガス流出口（排出口）３から取り出すようになっている。
【００２１】
そして、上記反応容器１内の上部における燃焼によって、ガス化反応に適する最低温度以上で、かつ反応容器の少なくとも内壁に設けられる耐熱材料（材料）に過度の熱負荷を与えない最高温度以下の温度に加熱するようになっている。さらに、反応容器１内におけるノズル２と生成ガス流出口３との間の途中に設けた第２のノズル（第２の供給口）４から反応容器１内に酸化剤を供給することにより、生成ガス流出口３に向かう途中の上記原料の周囲温度を、上記最低温度以上でかつ上記最高温度以下の温度に再加熱するようになっている。
【００２２】
また、上記最低温度として７００℃を適用し、上記最高温度として１２００℃を適用している。そして、反応容器１内を、超臨界水の雰囲気に維持するようになっている。
【００２３】
反応容器１は、円筒部１１と、この円筒部１１の軸方向の下端部を閉塞するように配置され、下方に向かって円錐状に縮径する円錐底板部１２と、円筒部１１その軸方向の上端部を閉塞するように配置された頂板部１３とによって一体的に形成されている。また、反応容器１をステンレス鋼やニッケル合金等の耐熱金属で構成することにより、当該反応容器１の少なくとも内壁に上記耐熱金属からなる耐熱材料が設けられたものとなっている。なお、上記耐熱材料は、反応容器１の内壁に別途設けられる耐熱煉瓦等の材料であってもよい。
【００２４】
ノズル２は、反応容器１の頂板部１３の中央部を垂直に貫通し、その先端部が反応容器１内の上部に下方に向けて突出するように設けられている。このノズル２は、二重管状になっており、中央に配置された原料供給ノズル（原料供給手段）と、この原料供給ノズルの周囲に環状に形成された酸化剤供給ノズル（酸化剤供給手段）とを備えたものとなっている。また、酸化剤供給ノズルには、水供給口２ａが設けられている。
【００２５】
したがって、ノズル２は、水供給口２ａから供給される水を酸化剤とともに反応容器１内に噴出する水供給ノズル（水供給手段）を兼ねたものともなっている。この場合、水は噴霧状になって、反応容器１内に供給されることになる。また、水供給口２ａから供給される水の量は、上記原料および酸化剤の量との関係において、反応容器１内を７００〜１２００℃で、２２．１ＭＰａ以上の超臨界水の状態を維持すべく、その量が制御されるようになっている。
【００２６】
また、ノズル２は、原料が液体状のものであれば、原料および水を噴霧状にして酸化剤とともに、反応容器１内に供給することになる。
【００２７】
上記原料としては、化石燃料としての石油、天然タール、石炭や、有機廃棄物として廃プラスチック、下水汚泥、バイオマス等を供給することができる。
【００２８】
そして、ノズル２から噴出された原料と酸化剤と水は、当該原料と酸化剤との燃焼反応による発熱によって、反応容器１内の上部を上記超臨界水の状態に維持することになる。そして、上記燃焼による発熱反応に対して、上記ガス化反応は吸熱反応であるので、原料および生成物が流動するとともに、ガス化反応が進行することによって、当該原料の周囲温度が低下してくることになる。すなわち、酸化反応として例えば下記（化１）の反応が生じ、ガス化反応として例えば下記（化２）の反応が生じる。また、例えば可逆反応として下記（化３）の反応が生じることになる。
【００２９】
（化１）
Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2
【００３０】
（化２）
Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2
【００３１】
（化３）
ＣＯ＋Ｈ2ＯaＣＯ2＋Ｈ2
【００３２】
図２は、反応容器１内におけるノズル２の下端から生成ガス流出口３の中心までの鉛直方向の長さを１としたときの、ノズル２の下端から鉛直方向の下方への距離を相対値で示した温度測定位置と、反応容器１内の反応部の温度（原料の周囲温度）との関係を実験により調べた結果である。なお、原料として重油を用いている。この図に示す通り、第２のノズル４から酸化剤を噴出しない場合には、△印で示したごとく、反応容器１内を下方（生成ガス流出口３側）に向かうほど漸次温度が低下し、温度測定位置が０．４５より下方の位置では７００℃未満になることがわかる。すなわち、０．４５の温度測定位置より低い位置では、反応容器１内の雰囲気温度が７００℃未満になって、ガス化反応速度が低下することになる。
【００３３】
ただし、本実施の形態では、ノズル２と生成ガス流出口３との間の途中の位置であって、０．４の温度測定位置に第２のノズル４を設け、この第２のノズル４から酸化剤を再供給している。このため、原料中の有機物の一部やガス化反応によって生じたＣＯやＨ2の一部と、再供給された酸化剤とが反応して発熱することになる。この結果、反応容器１内の雰囲気温度を、図２に示すように、７００℃より十分高い温度に維持することができる。この実験例の場合には、１．０の温度測定位置においても、約８００℃の高温を維持することができた。
また、第２のノズル４から噴出する酸化剤の量は、反応容器１内の雰囲気温度が１２００℃以下となるような量に制限されることになる。
【００３４】
なお、図２においては、上記０．４の温度測定位置で酸化剤を再供給した結果、０．７の温度測定位置の高さまでは、温度が９００〜１０００℃で一定した状態になった。したがって、例えば０．８の温度測定位置にさらに第３のノズル（図示せず）を設けることによって、１．０の温度測定位置に達する位置まで温度が一定になるようにしてもよい。すなわち、酸化剤を再供給するノズルを第２のノズル４の他に、順次下側（生成ガス流出口３側）となる位置に複数設けることによって、反応容器１内の上下方向の間（ノズル２と生成ガス流出口３との間）において、温度が急激に変化することなくほぼ一定になるようにしてもよい。
【００３５】
そして、上記第２のノズル４から酸化剤を噴出することによって、反応容器１内の上から下までの間（ノズル２から生成ガス流出口３までの間）において、原料の周囲温度を大きなガス化反応速度が得られる温度に維持することができる。
【００３６】
反応容器１内でガス化反応によって得られた有用なＣＯやＨ2等の生成ガスは、図１に示すように、生成ガス流出口３から取り出され、バルブ５を介して固体分離器６に供給される。
生成ガス流出口３は、円筒部１１の下端部であって、後述する残渣ポット１２の上方に設けられている。また、円筒部１１内には、生成ガスおよび上述した微細な灰分以外で比較的大きな未燃焼の固形物が生成ガス流出口３に入るのを防止するためのカバー３１が設けられている。カバー３１は、生成ガス流出口３の上方および側方を覆うことにより、下方から生成ガス及び灰分を生成ガス流出口３に導くようになっている。
また、固体分離器６は、生成ガスとともに運ばれてきた灰分を分離して、固体残渣として回収するようになっている。さらに、灰分が除かれた生成ガスは、例えばＣＯ、Ｈ2、Ｈ2Ｏ等に分離されて回収されることになる。
【００３７】
また、未反応の原料であって比較的大きな固形分は、残渣ポット１２に落下することになる。この残渣ポット１２に落下した残渣は、定期的に下部のバルブ１２１から排出されることになる。
【００３８】
なお、反応容器１の周囲には、当該反応容器１を囲むように圧力容器７が設けられている。この圧力容器７は、当該圧力容器７内に供給された水を反応容器１の外面から放出される熱等を利用して高温高圧の水蒸気（超臨界水）とすることにより、内部がより高温高圧となる反応容器１を外側からバックアップするようになっている。
【００３９】
上記のように構成された有機物のガス化処理方法においては、反応容器１内の上部に原料、酸化剤、水が供給されることから、有機物が部分的に燃焼することによって、反応容器１内が上述した超臨界水の状態に維持されるとともに、原料の周囲温度が有機物のガス化反応に適する最低温度であって、大きなガス化反応速度が得られる７００℃以上になる。このため、反応容器１内の上部において、有機物が活発にガス化することになる。ただし、ノズル２から供給される原料および酸化剤の少なくとも一方の量を制御（この実施の形態では酸化剤の量を制御）することにより、反応容器１の耐熱材料に過度の熱負荷を与えない最高温度としての１２００℃以下となるように、当該原料の周囲温度が制限されることになる。
【００４０】
そして、反応容器１内における原料および生成物が流動し排出されるまでの途中の高さ位置に設けた第２のノズル４から酸化剤を供給することにより、原料の周囲温度が７００℃以上でかつ１２００℃以下に加熱されることになる。このため、反応容器１内での流動とともにガス化反応が進行しても、ガス化反応に適する最低温度以上であって、大きなガス化反応速度が得られる温度に、原料の周囲温度を維持することができるので、有機物のガス化効率が低下するのを防止することができる。しかも、反応容器１の耐熱材料に過度の熱負荷を与えない最高温度以下に維持することができるので、反応容器１の耐久性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、反応容器１内を上記最高温度を超えて過度に加熱することがないので、発熱に必要な酸化剤の供給量の低減および高温部からの放熱量の低減等を図ることができる。よって、エネルギ効率の向上を図ることができる。
さらに、上記最高温度を従来に比べて低く抑えることができるので、上記反応容器１の少なくとも内壁に設ける耐熱材料として、当該反応容器１を構成するより安価でかつ強度面等において信頼性の高い金属材料を使用することができるという利点がある。
【００４２】
また、反応容器１内における超臨界水の雰囲気内ではガス化反応速度が増大するので、最高温度として１２００℃以下に制限した場合でも、ガス化効率の向上を図ることができる。
さらに、残渣を残渣ポット１２を介して取り出すことができ、生成ガス流出口３からは残渣を含まない生成ガスを回収することができるので、その生成ガスの回収ラインに設けたバルブ５に残渣が噛み込んで作動不良を起こす等といった不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の一実施の形態として示した有機物のガス化処理方法を適用した有    機物のガス化処理装置の概念図である。
【図２】同有機物のガス化処理装置を用いて実験を行った結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  反応容器
２  ノズル（供給口）
３  生成ガス流出口（排出口）
４  第２のノズル（第２の供給口）
【図１】
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【図２】
2005290310.tif 000004