(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながらも、有機物を効率良く加熱できる改質装置を提供することにある。【解決手段】固形状の有機物を３００〜４００℃まで予熱する予熱器１１０と、予熱器１１０で予熱された前記有機物が内部に充填される縦型の充填反応器１２０と、充填反応器１２０内に、酸素を含有する処理ガス１３を供給する処理ガス供給装置１３０と、充填反応器１２０の下部に設けれ、当該充填反応器１２０内にて前記有機物が前記処理ガス１３と反応し４５０〜７００℃まで昇温し乾留されることにより改質された固形状の改質物と前記充填反応器１２０内のガス１４を排出する定量排出機１４１とを備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形状の有機物を３００〜４００℃まで予熱する予熱手段と、
前記予熱手段で予熱された前記有機物が内部に充填される縦型の充填反応器本体と、
前記充填反応器本体内に、酸素を含有する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記充填反応器本体の下部に設けられ、当該充填反応器本体内にて前記有機物が前記処理ガスと反応し４５０〜７００℃まで昇温し乾留されることにより改質された固形状の改質物を排出する排出手段と、
前記充填反応器本体内のガスを排出するガス排出手段と、
を備える
ことを特徴とする改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載された改質装置であって、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層よりも上方へ前記処理ガスを供給するように前記充填反応器本体に設けられる
ことを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項１に記載された改質装置であって、
前記処理ガス供給手段は、前記予熱手段に設けられる
ことを特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載された改質装置であって、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層内に前記処理ガスを供給する供給ノズルを有する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項５】
請求項４に記載された改質装置であって、
前記供給ノズルは、前記充填反応器本体の下方側に配置され、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体の上部に接続して設けられる
ことを特徴とする改質装置。
【請求項６】
請求項４に記載された改質装置であって、
前記供給ノズルは複数あり、
前記複数の供給ノズルは、上下方向で隣接して配置される
ことを特徴とする改質装置。
【請求項７】
請求項６に記載された改質装置であって、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体内のガスを排出する排出ノズルを複数有し、
前記複数の排出ノズルは、前記複数の供給ノズルと組みをなすと共に、組をなす前記複数の供給ノズルの下方側に配置される
ことを特徴とする改質装置。
【請求項８】
請求項７に記載された改質装置であって、
組みをなす前記供給ノズルと前記排出ノズルとの距離は、上下方向で隣接する前記複数の供給ノズルの距離に対して１倍〜１０倍である
ことを特徴とする改質装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載された改質装置であって、
前記複数の排出ノズルの大きさ（Ｄ）に対する前記複数の供給ノズルの大きさ（Ｌ）であるＬ／Ｄが０．１〜１である
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記複数の供給ノズルおよび前記複数の排出ノズルは、水平に延在し、
前記複数の供給ノズルと前記複数の排出ノズルは、平面視で直交している
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項９の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記複数の供給ノズルは、上下方向で少なくとも３つ配置され、
上段の前記供給ノズルと組みをなす前記排出ノズルは、下段の前記供給ノズルと連絡している
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記複数の供給ノズルと前記複数の排出ノズルとを備えるヘッダを有する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１３】
請求項１に記載された改質装置であって、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層内に前記処理ガスを供給する供給ヘッダを有し、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体内のガスを排出するガス排出ヘッダを有し、
前記供給ヘッダおよび前記ガス排出ヘッダは、前記充填反応器本体内にて上下方向に延在し、
前記供給ヘッダおよび前記排出ヘッダは、上下方向で同じ高さに設けられた穴を有する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記処理ガスの酸素含有量を調整する酸素含有量調整手段と、
前記処理ガス供給手段により供給される前記処理ガスの供給量を調整する処理ガス供給量調整手段と、
前記充填反応器本体内の前記固形状の改質物の温度を計測する温度計測手段と、
前記ガス排出手段により排出される前記ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記温度計測手段および前記酸素濃度計測手段で得られた計測結果に基づき、前記酸素含有量調整手段および前記処理ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、
をさらに備える
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載された改質装置であって、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記酸素濃度計測手段で計測された計測酸素濃度が所定値より低い場合、前記処理ガス中の酸素濃度を増やすように前記酸素濃度調整手段を制御する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載された改質装置であって、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記酸素濃度計測手段で計測された計測酸素濃度が所定値以上である場合、前記処理ガスの供給量を減らすように前記処理ガス供給量調整手段を制御する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載された改質装置であって、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より高温である第２の所定温度よりも高い場合、前記処理ガス中の酸素濃度を減らすように前記酸素濃度調整手段を制御する
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記予熱手段は、外熱式キルンである
ことを特徴とする改質装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８の何れか一項に記載された改質装置であって、
前記有機物は、低品位石炭である
ことを特徴とする改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形状の有機物を加熱して連続的に乾留することにより改質する改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような改質装置は種々開発されており、例えば、有機物を内筒内に供給し、内筒の回転に伴い、有機物を当該内筒の一端から他端に流通させつつ、内筒を覆う外筒内に供給される加熱ガスで間接加熱する外熱式キルンなどのロータリーキルンを用いることが検討されている。このような外熱式キルンでは、有機物を４５０℃〜７００℃まで加熱しようとすると、内筒の他端側では加熱源である前記加熱ガスの温度（例えば、１０００℃）との差が当該内筒の一端側と比べて小さく伝熱効率が低下することから、ロータリーキルンのサイズが大きくなってしまうという課題があった。そのため、小型化する技術が種々検討されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、内筒と外筒の２重筒構造の回転炉と、この外周を覆う外熱炉と、内筒に設けられた羽根とを備え、内筒に供給された原料を内筒の一端から他端へさらに外筒の他端から一端へ流通させつつ、外熱炉に供給される熱気で間接加熱するロータリーキルンが開示されている。
【０００４】
下記特許文献２には、回転胴と、回転胴内に配置される燃焼式中波長赤外線発光筒とを備え、回転胴内を酸欠状態にし、燃焼式中波長赤外線発光筒を８５０℃近辺に恒温制御して、燃焼式中波長赤外線発光筒から放散される４μｍ前後の波長を有する熱線により回転胴内に供給された原料を乾燥炭化焼成するロータリーキルン型炭化焼成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３８２６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１３５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載のロータリーキルンでは、前記原料が前記内筒内および前記外筒内を通過することで加熱することができるものの、この内部構造が複雑であることから、その分装置コスト増を招いてしまう可能性があった。
【０００７】
前記特許文献２に記載のロータリーキルン型炭化焼成装置では、原料の炭化焼成によりタールが生成し燃焼式中波長赤外線発光筒に付着しコーキングが生じると、燃焼式中波長赤外線発光筒からの熱線の放散が妨げられて当該原料の乾燥石炭化焼成を行うことができなくなってしまう可能性があった。
【０００８】
このようなことから、本発明は、前述した課題を解決するために為されたものであって、簡易な構成でありながらも、有機物を効率良く加熱することができる改質装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決する本発明に係る改質装置は、
固形状の有機物を３００〜４００℃まで予熱する予熱手段と、
前記予熱手段で予熱された前記有機物が内部に充填される縦型の充填反応器本体と、
前記充填反応器本体内に、酸素を含有する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記充填反応器本体の下部に設けられ、当該充填反応器本体内にて前記有機物が前記処理ガスと反応し４５０〜７００℃まで昇温し乾留されることにより改質された固形状の改質物を排出する排出手段と、
前記充填反応器本体内のガスを排出するガス排出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層よりも上方へ前記処理ガスを供給するように前記充填反応器本体に設けられることを特徴とする。
【００１１】
また、
前記処理ガス供給手段は、前記予熱手段に設けられることを特徴とする。
【００１２】
また、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層内に前記処理ガスを供給する供給ノズルを有することを特徴とする。
【００１３】
また、
前記供給ノズルは、前記充填反応器本体の下方側に配置され、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体の上部に接続して設けられる
ことを特徴とする。
【００１４】
また、
前記供給ノズルは複数あり、
前記複数の供給ノズルは、上下方向で隣接して配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体内のガスを排出する排出ノズルを複数有し、
前記複数の排出ノズルは、前記複数の供給ノズルと組みをなすと共に、組をなす前記複数の供給ノズルの下方側に配置されることを特徴とする。
【００１６】
また、
組みをなす前記供給ノズルと前記排出ノズルとの距離は、上下方向で隣接する前記複数の供給ノズルの距離に対して１倍〜１０倍であることを特徴とする。
【００１７】
また、
前記複数の排出ノズルの大きさ（Ｄ）に対する前記複数の供給ノズルの大きさ（Ｌ）であるＬ／Ｄが０．１〜１であることを特徴とする。
【００１８】
また、
前記複数の供給ノズルおよび前記複数の排出ノズルは、水平に延在し、
前記複数の供給ノズルと前記複数の排出ノズルは、平面視で直交していることを特徴とする。
【００１９】
また、
前記複数の供給ノズルは、上下方向で少なくとも３つ配置され、
上段の前記供給ノズルと組みをなす前記排出ノズルは、下段の前記供給ノズルと連絡していることを特徴とする。
【００２０】
また、
前記複数の供給ノズルと前記複数の排出ノズルとを備えるヘッダを有することを特徴とする。
【００２１】
また、
前記処理ガス供給手段は、前記有機物の充填層内に前記処理ガスを供給する供給ヘッダを有し、
前記ガス排出手段は、前記充填反応器本体内のガスを排出するガス排出ヘッダを有し、
前記供給ヘッダおよび前記ガス排出ヘッダは、前記充填反応器本体内にて上下方向に延在し、
前記供給ヘッダおよび前記排出ヘッダは、上下方向で同じ高さに設けられた穴を有することを特徴とする。
【００２２】
また、
前記処理ガスの酸素含有量を調整する酸素含有量調整手段と、
前記処理ガス供給手段により供給される前記処理ガスの供給量を調整する処理ガス供給量調整手段と、
前記充填反応器本体内の前記固形状の改質物の温度を計測する温度計測手段と、
前記ガス排出手段により排出される前記ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記温度計測手段および前記酸素濃度計測手段で得られた計測結果に基づき、前記酸素含有量調整手段および前記処理ガス供給量調整手段を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
また、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記酸素濃度計測手段で計測された計測酸素濃度が所定値より低い場合、前記処理ガス中の酸素濃度を増やすように前記酸素濃度調整手段を制御することを特徴とする。
【００２４】
また、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より低く、かつ、前記酸素濃度計測手段で計測された計測酸素濃度が所定値以上である場合、前記処理ガスの供給量を減らすように前記処理ガス供給量調整手段を制御する
ことを特徴とする。
【００２５】
また、
前記制御手段は、前記温度計測手段で計測された計測温度が第１の所定温度より高温である第２の所定温度よりも高い場合、前記処理ガス中の酸素濃度を減らすように前記酸素濃度調整手段を制御することを特徴とする。
【００２６】
また、
前記予熱手段は、外熱式キルンであることを特徴とする。
【００２７】
また、
前記有機物は、低品位石炭であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、３００〜４００℃まで予熱された固形状の有機物が充填される縦型の充填反応器本体内にて、予熱された固形状の有機物が処理ガス中の酸素と接触し発熱反応して昇温し、これに隣接する固形状の有機物に伝熱して昇温すると共に、生成したタールも燃焼して昇温することから、前記固形状の有機物を間接加熱する場合と比べて、固形状の有機物を短時間で昇温することができる。すなわち、有機物を効率良く加熱することができる。これにより、装置自体を小型化できる。また、固形状の有機物を予熱器と縦型の充填反応器本体で処理するだけであり、装置構成が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図２】前記改質装置の制御フローを示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第三の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第四の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図６】前記改質装置が備えるヘッダの拡大図である。
【図７】本発明の第五の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第六の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第七の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図１０】前記改質装置が備える充填反応器本体内におけるガス流れを説明するための図である。
【図１１】本発明の第八の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図１２】前記改質装置が備える充填反応器本体内における充填層の高さと石炭温度との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第九の実施形態に係る改質装置の概略構成図である。
【図１４】図１３におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係る改質装置の各実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００３１】
［第一の実施形態］
本発明の第一の実施形態に係る改質装置について、図１および図２に基づいて説明する。
【００３２】
本実施形態に係る改質装置１００は、図１に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０と、処理ガス供給装置１３０と、排出装置１４０と、制御装置１６０とを備える。
【００３３】
予熱器１１０は、外熱式キルンである。予熱器１１０は、回転可能に支持される内筒（炉本体）１１１と、内筒１１１の外周を覆い固定支持された外筒１１２とを備える。内筒１１１の基端側には、固形状の有機物である乾燥された褐炭や亜瀝青炭等のような低品位石炭（乾燥石炭）１を供給する供給フィーダ１１３が当該内筒１１１の回転を可能としつつ連結される。
【００３４】
供給フィーダ１１３の基端側には、前記乾燥石炭１が入れられる供給ホッパ１１４が設けられる。供給ホッパ１１４は、搬送ライン１１５の先端側と連絡しており、搬送ライン１１５により搬送された前記乾燥石炭１を受け入れ可能になっている。なお、搬送ライン１１５は、窒素ガスなどの不活性化ガスでシールされており、当該不活性ガスが前記乾燥石炭１と共に供給ホッパ１１４および供給フィーダ１１３を介して内筒１１１内に供給される。
【００３５】
内筒１１１の先端側には、当該内筒１１１の回転を可能としつつ前記縦型の充填反応器１２０が連結される。
【００３６】
外筒１１２には、当該外筒１１２内に加熱ガス２１（温度：９００〜１２００℃）を供給する加熱ガス供給ライン１１６の先端側が連結され、前記内筒１１１を加熱した後の加熱ガス２２を排出する加熱ガス排出ライン１１７の基端側が連結される。前記乾燥石炭１は、内筒１１１内にて当該内筒１１１の一端側から他端側まで流通する間に、３００〜４００℃まで予熱されて予熱石炭２となり、前記予熱石炭２は、前記内筒１１１の回転に伴い、当該内筒１１１の排出口１１１ａから縦型の充填反応器１２０内に供給される。
【００３７】
縦型の充填反応器１２０は、予熱石炭２が充填される充填反応器本体（処理塔）１２１を備える。縦型の充填反応器１２０は、充填反応器本体１２１内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３内に処理ガス（酸素含有ガス）１３を直接吹き込み可能な処理ガス供給装置１３０をさらに備える。充填反応器本体１２１の下方には、排出装置１４０が設けられる。
【００３８】
排出装置１４０は、充填反応器本体１２１の下方に接続して設けられ、当該充填反応器本体１２１内で処理されて改質した改質石炭４（固形状の改質物）を定量で排出する定量排出機１４１を備える。定量排出機１４１は、送給ライン１４２を介して固気分離機１４３と接続している。予熱石炭２を処理ガス１３で処理したときに生成したガス、処理ガス１３および前記不活性ガスなどの充填反応器本体１２１内のガス１４も、定量排出機１４１により、改質石炭４と共に充填反応器本体１２１内から排出される。定量排出機１４１として、例えば、テーブルフィーダなどを用いることが可能である。
【００３９】
固気分離機１４３は、前記改質石炭４と前記ガス１４とを分離する機器である。前記固気分離機１４３として、例えば、ホッパおよび排気管などで構成される機器や、サイクロンなどを用いることが可能である。固気分離機１４３には、当該固気分離機１４３で分離された改質石炭４を系外へ排出する改質石炭排出ライン１４４が接続されると共に、当該固気分離機１４３で分離されたガス１４を系外へ排出するガス排出ライン１４５が接続される。ガス排出ライン１４５にはブロア１４５ａが設けられる。
【００４０】
処理ガス供給装置１３０は、先端側に複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６が設けられた導入管１３５を備える。複数の供給ノズル１３６は、充填層３内における上面３ａ近傍に配置される。導入管１３５の基端側には、加熱器１３４を介して送給管１３３の先端側が接続される。送給管１３３の基端側には、空気１１を供給する空気供給管１３１の先端側が接続されると共に、不活性ガス１２を供給する不活性ガス供給管１３２の先端側が接続される。空気供給管１３１の基端側には、ブロア１３１ａが接続される。不活性ガス供給管１３２の基端側には、不活性ガスタンクなどの不活性ガス供給源１３２ａが接続される。空気供給管１３１および不活性ガス供給管１３２には流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂがそれぞれ設けられる。なお、不活性ガスとして、予熱石炭２や空気との反応性の無い、窒素ガスなどを用いることが可能である。よって、前記処理ガス供給装置１３０は、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂやブロア１３１ａなどにより酸素濃度が調整され、加熱器１３４により充填反応器本体１２１内の予熱石炭２と同じ温度（例えば、４００℃）に加熱された処理ガス１３を充填層３内に供給することができる。
【００４１】
充填反応器本体１２１の下方側には、充填層３（改質石炭４）の温度を計測する温度計測手段である温度センサ１６１が設けられる。ガス排出ライン１４５には、ガス排出ライン１４５内を流通するガス１４中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素センサ１６２が設けられる。前記センサ１６１，１６２は、制御手段である制御装置１６０の入力部とそれぞれ電気的に接続している。制御装置１６０の出力部は、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、前記ブロア１３１ａ，１４５ａおよび前記定量排出機１４１などとそれぞれ電気的に接続している。制御装置１６０は、センサ１６１，１６２などから入力された情報に基づき、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、前記ブロア１３１ａ，１４５ａおよび前記定量排出機１４１の作動を制御できるようになっている。
【００４２】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０などにより処理ガス供給手段を構成している。流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよびブロア１３１ａなどにより酸素含有量調整手段を構成している。ブロア１３１ａ、不活性ガス供給源１３２ａ、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂなどにより処理ガス供給量調整手段を構成している。
【００４３】
このような本実施形態に係る改質装置１００の作動を次に説明する。
【００４４】
先ず、加熱ガス供給ライン１１６により外筒１１２内に加熱ガス２１（温度：９００〜１２００℃）を供給し、外筒１１２内の加熱ガス２１により内筒１１１を加熱する。なお、前記乾燥石炭１を内筒１１１内にて熱処理している際、加熱ガス２１は、加熱ガス供給ライン１１６を介して外筒１１２内に供給され、内筒１１１を加熱した後の加熱ガス２２は、加熱ガス排出ライン１１７を介して系外へ排出される。
【００４５】
前記乾燥石炭１は、搬送ライン１１５により搬送されて供給ホッパ１１４に入れられる。供給ホッパ１１４に入れられた前記乾燥石炭１は、供給フィーダ１１３により前記内筒１１１の基端側へ供給される。内筒１１１内に供給された前記乾燥石炭１は、内筒１１１の回転に伴い、加熱ガス２１により間接加熱されつつ内筒１１１の基端側から先端側へ撹拌されながら流通（移動）する。前記乾燥石炭１は、内筒１１１の先端側（内筒１１１の排出口１１１ａ側）にあっては、前記加熱ガス２１により間接加熱されて所定の温度（例えば、３００℃〜４００℃）まで予熱されて予熱石炭２となる。
【００４６】
予熱石炭２は、内筒１１１の回転に伴い、内筒１１１の排出口１１１ａから排出されて充填反応器本体１２１内に充填される。充填反応器本体１２１内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３の内部における上面３ａ近傍には、供給ノズル１３６を介して処理ガス１３が直接供給される。定量排出機１４１により充填反応器本体１２１内の固体および気体を充填反応器本体１２１の下方から排出することから、充填層３内に直接供給された処理ガス１３は、充填層３内にて上方側から下方側へ予熱石炭２と共に流通し、充填層３全体と直接接触することになる。このとき、充填層３の予熱石炭２は、処理ガス１３および発生したタールにより昇温される。これは、予熱石炭２が前記所定の温度まで高められると、酸素との反応性が高くなり、処理ガス１３中の酸素と反応して発熱する一方、発生したタールが燃焼するからである。このように充填反応器本体１２１内に供給された予熱石炭２は、処理ガス１３との発熱反応および前記タールの燃焼により直接加熱されることになる。また、これに隣接する予熱石炭２に伝熱してこの予熱石炭２も昇温される。その結果、前記加熱ガス２１による間接加熱だけの場合と比べて、前記乾燥石炭１の処理時間を短くできると共に、改質装置１００自体を小型化することができる。
【００４７】
予熱石炭２を例えば４５０〜７００℃まで加熱し乾留して改質した改質石炭４と、充填反応器本体１２１内のガス１４とは、定量排出機１４１により充填反応器本体１２１の下方から送給ライン１４２を通じて排出されて固気分離機１４３に送給される。固気分離機１４３により改質石炭４およびガス１４が分離される。改質石炭４は、改質石炭排出ライン１４４を介して系外へ排出される。ガス１４は、ガス排出ライン１４５を介して系外へ排出される。
【００４８】
上述した改質装置１００は、改質石炭４をさらに効率良く製造するために、制御装置１６０により各機器を以下のように制御することが好ましい。
【００４９】
図２に示すように、温度センサ１６１により計測された温度（計測温度）Ｔが第１の所定温度Ｔ１（例えば、５００℃）よりも低いか否かを判定する（第１のステップＳ１）。前記計測温度Ｔが前記第１の所定温度Ｔ１よりも低い場合には、酸素センサ１６２により計測された酸素濃度（計測酸素濃度）Ｘが所定の酸素濃度（所定値）Ｘ１（例えば、１％）よりも低いか否かを判定する（第２のステップＳ２）。他方、前記計測温度Ｔが前記第１の所定温度Ｔ１以上である場合には、当該計測温度Ｔが前記第１の所定温度Ｔ１より高温である第２の所定温度Ｔ２（例えば、５１０℃）よりも高いか否かを判定する（第５のステップＳ５）。
【００５０】
第２のステップＳ２にて、前記計測酸素濃度Ｘが前記所定値Ｘ１よりも低いと判定した場合には、酸素供給量を増やす（酸素濃度を上げる）ように、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよび前記ブロア１３１ａを制御する。（第３のステップＳ３）。すなわち、前記ブロア１３１ａの動作と前記流量調整弁１３２ｂの開度とを一定に保つ一方、前記流量調整弁１３１ｂの開度のみが大きくなるように制御する。または、前記ブロア１３１ａの動作と前記流量調整弁１３１ｂの開度とを一定に保つ一方、前記流量調整弁１３２ｂの開度のみが小さくなるように制御する。または、前記ブロア１３１ａの動作を一定に保つ一方、前記流量調整弁１３１ｂの開度が大きく、前記流量調整弁１３２ｂの開度が小さくなるように制御する。
【００５１】
他方、第２のステップＳ２にて、前記計測酸素濃度Ｘが前記所定値Ｘ１以上であると判定した場合には、ガス量を下げる（減らす）ように、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよび前記ブロア１３１ａを制御する（第４のステップＳ４）。すなわち、前記ブロア１３１ａの動作を一定に保つ一方、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂの開度を小さくなるように制御する。
【００５２】
第５のステップＳ５にて、前記計測温度Ｔが前記第２の所定温度Ｔ２よりも高いと判定した場合には、酸素供給量を減らす（酸素濃度を下げる）ように、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよび前記ブロア１３１ａを制御する（第６のステップＳ６）。すなわち、前記ブロア１３１ａの動作と前記流量調整弁１３２ｂの開度とを一定に保つ一方、前記流量調整弁１３１ｂの開度のみが小さくなるように制御する。または、前記ブロア１３１ａの動作と前記流量調整弁１３１ｂの開度とを一定に保つ一方、前記流量調整弁１３２ｂの開度のみが大きくなるように制御する。または、前記ブロア１３１ａの動作を一定に保つ一方、前記流量調整弁１３１ｂの開度が小さく、前記流量調整弁１３２ｂの開度が大きくなるように制御する。
【００５３】
他方、第５のステップＳ５にて、前記計測温度Ｔが前記第２の所定温度Ｔ２以下であると判定した場合には、酸素供給量およびガス量を調整せずに、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂの開度と前記ブロア１３１ａの動作を一定に保つことになる。
【００５４】
そして、制御装置１６０による前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよび前記ブロア１３１ａの制御は、乾燥石炭１を加熱して連続的に乾留することによる改質が終了するまで継続される。
【００５５】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００によれば、予熱器１１０と縦型の充填反応器１２０とを備え、予熱器１１０により３００〜４００℃まで予熱された予熱石炭２が充填される縦型の充填反応器１２０内にて、予熱石炭２が供給された処理ガス１３中の酸素と接触し発熱反応して昇温し、これに隣接する予熱石炭２に伝熱して昇温すると共に、生成したタールも燃焼して昇温することから、乾燥石炭１を間接加熱する場合と比べて、乾燥石炭１を短時間で昇温することができる。すなわち、乾燥石炭１を効率良く加熱することができる。これにより、装置自体を小型化できる。また、乾燥石炭１を予熱器１１０と縦型の充填反応器１２０で処理するだけであり、装置構成が簡易である。発熱すると共に発生するタールが燃焼して４５０〜７００℃まで昇温することから、前記予熱石炭２が乾留して改質した改質石炭４となる。すなわち、改質石炭４を効率良く得ることができる。
【００５６】
縦型の充填反応器１２０で得られる改質石炭４の温度（縦型の充填反応器１２０から排出される直前の石炭の温度）と、縦型の充填反応器１２０から排出されるガス１４中の酸素濃度とに基づき、縦型の充填反応器１２０に供給する処理ガス１３の供給量および処理ガス１３中の酸素濃度を調整するようにしたことにより、予熱石炭２と処理ガス１３中の酸素との反応を効率良く行うことでき、改質石炭４の品質を向上させることができる。
【００５７】
縦型の充填反応器１２０に供給する処理ガス１３を加熱器１３４により加熱しておくことにより、予熱石炭２と処理ガス１３中の酸素とが反応するときの熱エネルギの損失を防ぐことができ、改質石炭４を効率良く製造することができる。
【００５８】
なお、内筒１１１は当該内筒１１１を回転駆動する駆動機構（図示せず）を備えており、内筒１１１の回転速度を例えば１ｒｐｍ〜３ｒｐｍとなるように調整することが好ましい。これは、１ｒｐｍより遅いと処理量自体が少なく、３ｒｐｍより速いと乾燥石炭１を効率良く加熱できず、生産効率の低下を招いてしまう可能性があるからである。
【００５９】
内筒１１１での乾燥石炭１の充填率は、１０％〜３０％であることが好ましい。これは、１０％より少ないと処理量自体が少なく、３０％より多いと乾燥石炭１を効率良く加熱できず、生産効率の低下を招いてしまう可能性があるからである。
【００６０】
充填層３内への処理ガス１３の供給量は、例えば、０．０１（ｋｇ−Ｏ2／ｋｇ−前記乾燥石炭２）以上０．２（ｋｇ−Ｏ2／ｋｇ−前記乾燥石炭２）以下となるように調整されると好ましい。これは、前記処理ガス１３の前記充填層３内への供給量が０．０１（ｋｇ−Ｏ2／ｋｇ−前記乾燥石炭２）よりも少ないと、充填層３内に十分に酸素を供給できない可能性があるからであり、前記処理ガス１３の前記充填層３内への供給量が０．２（ｋｇ−Ｏ2／ｋｇ−前記乾燥石炭２）よりも多いと、酸素が過多となり反応が進行しすぎてしまう可能性があるからである。さらには、充填層３内への処理ガス１３の供給量は、０．０３〜０．１（ｋｇ−Ｏ2／ｋｇ−前記乾燥石炭２）であるとより好ましい。
【００６１】
処理ガス１３の酸素濃度は、１〜２１％であることが好ましい。これは、処理ガス１３の酸素濃度が１％より低いと、充填層３（乾燥石炭２）を十分に昇温できない可能性を高めてしまうからであり、処理ガス１３の酸素濃度が２１％より高いと、酸素濃度を高くするための装置が必要となり、設備コストが上昇してしまうからである。
【００６２】
供給ノズル１３６は、処理ガス１３を供給する開口部を有し、予熱石炭２の流通を阻害しない形状であれば良く、縦断面にて逆Ｖ字形状であり下方側に開口部が設けられていることが好ましい。これは、予熱石炭２による閉塞を抑制できるからである。
【００６３】
［第二の実施形態］
本発明の第二の実施形態に係る改質装置について、図３に基づいて説明する。
本実施形態は、図１に示し上述した第一の実施形態が備える充填反応器および処理ガス供給装置および排出装置および制御装置を変更し、ガス排出装置を追加した構成となっている。その他の構成は、図１に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【００６４】
本実施形態に係る改質装置１００Ａは、図３に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０Ａと、処理ガス供給装置１３０Ａと、排出装置１４０Ａと、制御装置１６０Ａと、ガス排出装置１５０とを備える。
【００６５】
縦型の充填反応器１２０Ａは、上述した縦型の充填反応器１２０が備える充填反応器本体１２１の代わりに、天井部１２１ａに設けられた排気口１２３を有する充填反応器本体１２１Ａを備える。充填反応器本体１２１Ａの下方側には、上述した縦型の充填反応器１２０と同様、充填層３（改質石炭４）の温度を計測する温度計測手段である温度センサ１６１が設けられる。
【００６６】
処理ガス供給装置１３０Ａは、空気供給管１３１，不活性ガス供給管１３２，送給管１３３，加熱器１３４，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０が備える導入管１３５および供給ノズル１３６の代わりに、先端側が充填反応器本体１２１Ａ内における下方側（定量排出機１４１近傍）に位置付けられ、先端側に複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ａが設けられた供給管１３５Ａを備える。すなわち、処理ガス供給装置１３０Ａは、充填層３における下方側へ処理ガス１３を供給可能になっている。
【００６７】
排出装置１４０Ａは、上述した排出装置１４０とは異なり、充填反応器本体１２１Ａの下部に設けられた定量排出機１４１と、定量排出機１４１に基端側が接続する改質石炭排出ライン１４４とを備える。充填反応器本体１２１Ａ内で処理されて改質した改質石炭４（固形状の改質物）は、定量排出機１４１により充填反応器本体１２１Ａ内から定量で排出され、改質石炭排出ライン１４４を介して系外へ排出される。
【００６８】
ガス排出装置１５０は、充填反応器本体１２１Ａの排気口１２３に基端側が連結して設けられた排気管１５１を備える。排気管１５１にブロア１５１ａが設けられる。これにより、充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４は、排気管１５１を通じて系外へ排出される。
【００６９】
排気管１５１には、排気管１５１内を流通するガス１４中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素センサ１６２Ａが設けられる。前記センサ１６１，１６２Ａは、制御手段である制御装置１６０Ａの入力部とそれぞれ電気的に接続している。制御装置１６０Ａの出力部は、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、前記ブロア１３１ａ，１５１ａおよび前記定量排出機１４１とそれぞれ電気的に接続している。制御装置１６０Ａは、センサ１６１，１６２Ａなどから入力された情報に基づき、前記流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、前記ブロア１３１ａ，１５１ａおよび前記定量排出機１４１の作動を制御できるようになっている。
【００７０】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ａなどにより処理ガス供給手段を構成している。
【００７１】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ａの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ａの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動は、上述の第一の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【００７２】
改質装置１００Ａの予熱器１１０で所定の温度（例えば、３００℃〜４００℃）まで予熱されてなる予熱石炭２は、内筒１１１の回転に伴い、内筒１１１の排出口１１１ａから排出されて縦型の充填反応器１２０Ａの充填反応器本体１２１Ａ内に充填される。充填反応器本体１２１Ａ内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３の内部における下方側には、供給ノズル１３６Ａを介して処理ガス１３が直接供給される。充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４は、排気口１２３およびガス排出装置１５０によって充填反応器本体１２１Ａ内の充填層３よりも上方から排出される。他方、充填反応器本体１２１Ａ内の石炭（改質石炭４）は、定量排出機１４１により充填反応器本体１２１Ａの下方から排出される。よって、予熱石炭２は、供給ノズル１３６Ａから供給される処理ガス１３と接触して当該処理ガス１３中の酸素と反応し、発生するタールが燃焼しながら上方から下方へ移動していく。また、これに隣接する予熱石炭２に伝熱してこの予熱石炭２も昇温される。このような反応および燃焼は、充填層３の上方から下方に移動しているときに継続的に生じ、予熱石炭２は、４５０〜７００℃まで昇温される。これにより、予熱石炭２は、乾留して改質した改質石炭４となる。その結果、前記加熱ガス２１による間接加熱だけの場合と比べて、前記乾燥石炭１の処理時間を短くできると共に、改質装置１００Ａ自体を小型化することができる。
【００７３】
改質装置１００Ａの制御装置１６０Ａは、改質装置１００の制御装置１６０と同様、センサ１６１，１６２Ａなどからの情報に基づき、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよびブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御することにより、改質石炭４をさらに効率良く製造することができる。
【００７４】
改質石炭４は、定量排出機１４１により充填反応器本体１２１Ａの下方から改質石炭排出ライン１４４を通じて系外へ排出される。充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４は、ブロア１５１ａにより充填反応器本体１２１Ａの排気口１２３および排気管１５１を介して系外へ排出される。
【００７５】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ａによれば、上述の第一の実施形態に係る改質装置１００と同様な作用効果を奏することに加え、充填反応器本体１２１Ａ内にて、当該充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４と予熱石炭２（改質石炭４）とが対向して流通することから、充填反応器本体１２１Ａ内にて予熱石炭２の昇温が開始される充填層３の上方側に対して、処理ガス１３を常に供給することになり、予熱石炭２を処理ガス１３中の酸素と効率良く反応させることができる。充填反応器本体１２１Ａ内の充填層３よりも上方に設けられた排気口１２３を介して、充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４を排出するようにしたことで、固気分離機が不要となり、その分装置コストを低減することができる。充填反応器本体１２１Ａ内のガス１４を定量排出機１４１と異なる箇所から排出することにより、タールに起因した、改質石炭４の排出経路を閉塞する可能性を抑制できる。
【００７６】
［第三の実施形態］
本発明の第三の実施形態に係る改質装置について、図４に基づいて説明する。
本実施形態は、図１に示し上述した第一の実施形態が備える処理ガス供給装置および制御装置を変更した構成となっている。その他の構成は図１に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【００７７】
本実施形態に係る改質装置１００Ｂは、図４に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０と、処理ガス供給装置１３０Ｂと、排出装置１４０と、制御装置１６０Ｂとを備える。
【００７８】
処理ガス供給装置１３０Ｂは、上述した処理ガス供給装置１３０とは異なり、先端側が３つに分岐した空気供給管１３１Ｂと、先端側が３つに分岐した不活性ガス供給管１３２Ｂとを備える。空気供給管１３１Ｂおよび不活性ガス供給管１３２Ｂの先端は、送給管１３３Ｂａ，１３３Ｂｂ，１３３Ｂｃおよび加熱器１３４Ｂａ，１３４Ｂｂ，１３４Ｂｃを介して、導入管１３５Ｂａ，１３５Ｂｂ，１３５Ｂｃの基端と接続している。導入管１３５Ｂａ，１３５Ｂｂ，１３５Ｂｃは、先端側に設けられた複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃを備える。供給ノズル１３６Ｂａは、高さ方向で充填層３内の上方側に位置づけられる。供給ノズル１３６Ｂｃは、高さ方向で充填層３内の下方側に位置づけられる。供給ノズル１３６Ｂｂは、高さ方向で供給ノズル１３６Ｂａと供給ノズル１３６Ｂｃの間であって、充填層３内の中央に位置づけられる。なお、空気供給管１３１Ｂの基端側は、ブロア１３１ａと接続している。不活性ガス供給管１３２Ｂの基端側は、不活性ガス供給源１３２ａと接続している。空気供給管１３１Ｂおよび不活性ガス供給管１３２Ｂにおける分岐した箇所には流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂがそれぞれ設けられる。
【００７９】
すなわち、処理ガス供給装置１３０Ｂは、高さ方向で、充填層３内の上方側，中央，下方側へ酸素濃度をそれぞれ調整した処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃを供給可能になっている。
【００８０】
制御装置１６０Ｂは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２などから入力された情報に基づき、各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などの作動を制御できるようなっている。よって、制御装置１６０Ｂが各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃが供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃへそれぞれ供給される。
【００８１】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｂなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｂなどにより制御手段を構成している。
【００８２】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｂの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｂの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｂの充填反応器１２０により予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動と、改質装置１００Ｂの排出装置１４０により改質石炭４およびガス１４を分離し排出する作動とは、上述の第一の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【００８３】
上述した改質装置１００Ｂは、改質石炭４をさらに効率良く製造するために、制御装置１６０Ｂにより、センサ１６１，１６２などからの情報に基づき、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよびブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを以下のように制御することが好ましい。
【００８４】
制御装置１６０Ｂは、例えば、上段の供給ノズル１３６Ｂａから供給される処理ガス１３ａの酸素濃度を中段および下段の供給ノズル１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃから供給される処理ガス１３ｂ，１３ｃよりも高濃度に調整し、中段の供給ノズル１３６Ｂｂから供給される処理ガス１３ｂの酸素濃度を下段の供給ノズル１３６Ｂｃから供給される処理ガス１３ｃよりも高濃度に調整するように、各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂおよびブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１を制御する。これにより、１段の供給ノズルのみで処理ガスを供給する場合と比べて充填層３内の層方向（上下方向）にて予熱石炭２の温度をより適切に調整することができ、得られる改質石炭４の品質を向上させることができる。
【００８５】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｂによれば、上述の第一の実施形態に係る改質装置１００と同様な作用効果を奏することに加え、充填層３における層方向（上下方向）にて複数段に配置された供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃを備え、制御装置１６０Ｂが各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂなどを制御して、各段の供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃから供給される処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの酸素濃度を上段側から下段側に向けて低くなるように調整することにより、充填層３内の層方向（上下方向）にて石炭の温度分布をより適切に制御することができる。また、比熱や発熱量などの石炭物性や石炭粒径に応じて処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃ中の酸素濃度を調整できる。これにより、改質石炭４の品質が向上し、処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。また、先端側が分岐した空気供給管１３１Ｂおよび不活性ガス供給管１３２Ｂを設けると共に、分岐している箇所に流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂをそれぞれ設けたことにより、各供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃに対応して処理ガスを供給する供給ラインを設ける場合と比べて装置コストを低減することができる。
【００８６】
［第四の実施形態］
本発明の第四の実施形態に係る改質装置について、図５および図６に基づいて説明する。
本実施形態は、図４に示し上述した第三の実施形態が備える充填反応器および処理ガス供給装置および制御装置を変更し、ガス排出装置を追加した構成となっている。その他の構成は図４に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【００８７】
本実施形態に係る改質装置１００Ｃは、図５に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０Ａと、処理ガス供給装置１３０Ｃと、排出装置１４０Ａと、制御装置１６０Ｃと、ガス排出装置１５０Ｃとを備える。
【００８８】
縦型の充填反応器１２０Ａは、上述した縦型の充填反応器１２０が備える充填反応器本体１２１の代わりに、上述した第二の実施形態と同様、天井部１２１ａに設けられた排気口１２３を有する充填反応器本体１２１Ａを備える。
【００８９】
処理ガス供給装置１３０Ｃは、空気供給管１３１Ｂ，不活性ガス供給管１３２Ｂ，送給管１３３Ｂａ，１３３Ｂｂ，１３３Ｂｃ，加熱器１３４Ｂａ，１３４Ｂｂ，１３４Ｂｃ，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０Ｂが備える導入管１３５Ｂａ，１３５Ｂｂ，１３５Ｂｃおよび供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃの代わりに、先端側がヘッダ１３７の供給ヘッダ（供給ノズル）１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃと接続する導入管１３５Ｃａ，１３５Ｃｂ，１３５Ｃｃを備える。ヘッダ１３７は、充填層３内に配置される。ヘッダ１３７は、供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃと、供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃの下方側に設けられた排出ヘッダ（排出ノズル）１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとを備える。なお、導入管１３５Ｃａ，１３５Ｃｂ，１３５Ｃｃの基端側は、加熱器１３４Ｂａ，１３４Ｂｂ，１３４Ｂｃと接続している。
【００９０】
排出装置１４０Ａは、上述した排出装置１４０とは異なり、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの下部に設けられた定量排出機１４１と、定量排出機１４１に基端側が接続する改質石炭排出ライン１４４とを備える。
【００９１】
ガス排出装置１５０Ｃは、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの排気口１２３に基端側が連結して設けられた排気管１５１を備える。ガス排出装置１５０Ｃは、ヘッダ１３７の排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃおよび排気管１５１と接続する連結管１５３をさらに備える。なお、排気管１５１には、排気管１５１内を流通するガス１４中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素センサ１６２Ａが設けられる。
【００９２】
制御装置１６０Ｃは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２Ａなどから入力された情報に基づき、各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようになっている。よって、制御装置１６０Ｃが各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃが供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃへそれぞれ供給される。
【００９３】
上述したヘッダ１３７は、例えば、図６に示すように、前側板１３７ａおよび後側板１３７ｂと左側板１３７ｃおよび右側板１３７ｄとを備え、上方および下方が開放した箱型形状をなしている。ヘッダ１３７は、上段の供給ヘッダ１３６Ｃａと、中段の供給ヘッダ１３６Ｃｂと、下段の供給ヘッダ１３６Ｃｃとを備える。供給ヘッダ１３６Ｃｂは、供給ヘッダ１３６Ｃａと上下方向で重ならないように配置される。供給ヘッダ１３６Ｃｃは、供給ヘッダ１３６Ｃｂと上下方向で重ならないように配置される。供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂの間と供給ヘッダ１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃの間と供給ヘッダ１３６Ｃｃの下方には、ガス１４を排出する排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃがそれぞれ設けられる。排出ヘッダ１５２ｂは、排出ヘッダ１５２ａと上下方向で重ならないように配置される。排出ヘッダ１５２ｃは、排出ヘッダ１５２ｂと上下方向で重ならないように配置される。すなわち、供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃは、充填層３の層方向（上下方向）で隣接して配置される。排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、連結管１５３を介して排気管１５１と連結される。これにより、上方から充填された予熱石炭２は、充填層３の下方側の石炭（改質石炭４）が充填反応器本体１２１の下方から定量排出機１４１により排出されることに伴い、前記供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃおよび前記排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの間を円滑に流通しつつ、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃと効率良く接触する一方、ガス１４が効率良く排出される。
【００９４】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｃなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｃなどにより制御手段を構成している。
【００９５】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｃの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｃの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｃの排出装置１４０Ａにより改質石炭４を排出する作動とは、上述の第二の実施形態の場合と同じであり、改質装置１００Ｃの充填反応器１２０Ａにより予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動は、上述の第三の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【００９６】
予熱石炭２を処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃで処理したときに生成したガス、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび前記不活性ガスなどの充填反応器本体１２１内のガス１４は、ブロア１５１ａにより排気口１２３および排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃおよび連結管１５３および排気管１５２を介して系外へ排出される。
【００９７】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｃによれば、上述の第二および第三の実施形態に係る改質装置１００Ａ，１００Ｂと同様な作用効果を奏することに加え、ヘッダ１３７と導入管１３５Ｃａ，１３５Ｃｂ，１３５Ｃｃと連結管１５３を設けることにより、高さ方向で充填層３内における石炭の温度分布をより適切に制御することができる。これにより、改質石炭４の品質が向上し、処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。
【００９８】
なお、供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃおよび排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、水平に延在し、供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃと排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとは、平面視にて直交していることが好ましい。これにより、予熱石炭２が供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃと排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとの間に詰まることによる閉塞を抑制することができる。予熱石炭２の下方への移動が円滑になり、予熱石炭２を処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃで適切に処理して、改質石炭４の品質を向上させることができる。
【００９９】
各供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃへ供給する処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの供給流速は、２０ｍ／秒以下であることが好ましい。これにより、予熱石炭２に含まれる微粉が充填反応器本体１２１Ａなどの壁面に衝突することによるエロージョンの発生を抑制することができる。
【０１００】
供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃと排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとは、排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの大きさ（Ｄ）に対する供給ヘッダ１３６Ｃａ，１３６Ｃｂ，１３６Ｃｃの大きさ（Ｌ）であるＬ／Ｄが０．１〜１であることが好ましい。これにより、ガス１４が排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃおよび排気口１２３を介して排出されるときの流速を抑えることができ、予熱石炭２に含まれる微粉が充填反応器本体１２１Ａなどの壁面に衝突することによるエロージョンの発生を抑制することができる。
【０１０１】
排出ヘッダ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、ガス１４を排出する開口部を有し、予熱石炭２の流通を阻害しない形状であれば良く、縦断面にて逆Ｖ字形状であり下方側に開口部が設けられていることが好ましい。これは、予熱石炭２の排出を抑制できるからである。
【０１０２】
［第五の実施形態］
本発明の第五の実施形態に係る改質装置について、図７に基づいて説明する。
本実施形態は、図１に示し上述した第一の実施形態が備える処理ガス供給装置および制御装置を変更した構成となっている。その他の構成は図１に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【０１０３】
本実施形態に係る改質装置１００Ｄは、図７に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０と、処理ガス供給装置１３０Ｄと、排出装置１４０と、制御装置１６０Ｄとを備える。
【０１０４】
処理ガス供給装置１３０Ｄは、空気供給管１３１，不活性ガス供給管１３２，送給管１３３，加熱器１３４，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０が備える導入管１３５および供給ノズル１３６の代わりに、先端側が充填反応器本体１２１内における上方側（天井部１２１ａ近傍）に位置付けられ、先端側に複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ｄが設けられた供給管１３５Ｄを備える。すなわち、処理ガス供給装置１３０Ｄは、充填層３の上方側へ処理ガス１３を供給可能になっている。これにより、充填層３の上方（上面３ａ近傍）にあっては、処理ガス１３が分散して酸素濃度が均一になる。
【０１０５】
制御装置１６０Ｄは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２などから入力された情報に基づき、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようなっている。よって、制御装置１６０Ｄが流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３が供給ノズル１３６Ｄへ供給される。
【０１０６】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｄなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｄなどにより制御手段を構成している。
【０１０７】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｄの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｄの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｄの充填反応器１２０により予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動と、改質装置１００Ｄの排出装置１４０により改質石炭４およびガス１４を分離し排出する作動とは、上述の第一の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【０１０８】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｄによれば、上述の第一の実施形態に係る改質装置１００と同様な作用効果を奏することに加え、充填反応器本体１２１の上方に設けられた供給ノズル１３６Ｄから供給された処理ガス１３が充填層３の上面３ａに到達するまでに、均一に拡散することから、水平方向にて処理ガス１３の酸素濃度の濃淡の分布がなくなり、処理ガス１３が充填層３の水平方向で均一に接触することから、予熱石炭２を処理ガス１３で処理して生成する改質石炭４の品質が向上する。処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。
【０１０９】
［第六の実施形態］
本発明の第六の実施形態に係る改質装置について、図８に基づいて説明する。
本実施形態は、図７に示し上述した第五の実施形態が備える処理ガス供給装置および制御装置を変更した構成となっている。その他の構成は図７に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【０１１０】
本実施形態に係る改質装置１００Ｅは、図８に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０と、処理ガス供給装置１３０Ｅと、排出装置１４０と、制御装置１６０Ｅとを備える。
【０１１１】
処理ガス供給装置１３０Ｅは、空気供給管１３１，不活性ガス供給管１３２，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０Ｄが備える送給管１３３および加熱器１３４および導入管１３５Ｄおよび供給ノズル１３６Ｄの代わりに、先端側が供給フィーダ１１３の基端側に接続される送給管１３３Ｅを備える。これにより、処理ガス１３は予熱器１１０により乾燥石炭１と共に３００〜４００℃まで加熱され、加熱された処理ガス１３が充填反応器１２０の充填反応器本体１２１内に供給されることになる。
【０１１２】
制御装置１６０Ｅは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２などから入力された情報に基づき、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようなっている。よって、制御装置１６０Ｅが流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１４５ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３が供給フィーダ１１３および内筒１１１を介して充填反応器本体１２１内へ供給される。
【０１１３】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｅなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｅなどにより制御手段を構成している。
【０１１４】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｅの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｅの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｅの充填反応器１２０により予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動と、改質装置１００Ｅの排出装置１４０により改質石炭４およびガス１４を分離し排出する作動は、上述の第五の実施形態の場合と概ね同じであり、その説明を省略する。
【０１１５】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｅによれば、上述の第五の実施形態に係る改質装置１００Ｄと同様な作用効果を奏することに加え、処理ガス供給装置１３０Ｅを予熱器１１０の供給フィーダ１１３に設けることにより、供給フィーダ１１３に供給された処理ガス１３が充填層３の上面３ａに到達するまでに、均一に拡散すると共に加熱されることから、水平方向にて処理ガス１３の酸素濃度の濃淡の分布がなくなり、処理ガス１３が充填層３の水平方向で均一に接触することから、予熱石炭２を処理ガス１３で処理して生成する改質石炭４の品質が向上する。処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。
【０１１６】
［第七の実施形態］
本発明の第七の実施形態に係る改質装置について、図９および図１０に基づいて説明する。
本実施形態は、図４に示し上述した第三の実施形態が備える充填反応器および処理ガス供給装置および排出装置および制御装置を変更し、ガス排出装置を追加した構成となっている。その他の構成は図４に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【０１１７】
本実施形態に係る改質装置１００Ｆは、図９に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０Ａと、処理ガス供給装置１３０Ｆと、排出装置１４０Ａと、制御装置１６０Ｆと、ガス排出装置１５０Ｆとを備える。
【０１１８】
縦型の充填反応器１２０Ａは、上述した縦型の充填反応器１２０が備える充填反応器本体１２１の代わりに、上述した第二の実施形態と同様、天井部１２１ａに設けられた排気口１２３を有する充填反応器本体１２１Ａを備える。
【０１１９】
処理ガス供給装置１３０Ｆは、空気供給管１３１Ｂ，不活性ガス供給管１３２Ｂ，送給管１３３Ｂａ，１３３Ｂｂ，１３３Ｂｃ，加熱器１３４Ｂａ，１３４Ｂｂ，１３４Ｂｃ，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０Ｂが備える導入管１３５Ｂａ，１３５Ｂｂ，１３５Ｂｃおよび供給ノズル１３６Ｂａ，１３６Ｂｂ，１３６Ｂｃの代わりに、先端側に複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃが設けられた導入管１３５Ｆａ，１３５Ｆｂ，１３５Ｆｃを備える。供給ノズル１３６Ｆａは、高さ方向で充填層３内の上方側に位置づけられる。供給ノズル１３６Ｆｃは、高さ方向で充填層３内の下方側に位置づけられる。供給ノズル１３６Ｆｂは、高さ方向で供給ノズル１３６Ｆａと供給ノズル１３６Ｆｃの間であって、充填層３内の中央に位置づけられる。なお、導入管１３５Ｆａ，１３５Ｆｂ，１３５Ｆｃの基端側は、加熱器１３４Ｂａ，１３４Ｂｂ，１３４Ｂｃと接続している。
【０１２０】
排出装置１４０Ａは、上述した排出装置１４０とは異なり、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの下部に設けられた定量排出機１４１と、定量排出機１４１に基端側が接続する改質石炭排出ライン１４４とを備える。
【０１２１】
ガス排出装置１５０Ｆは、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの排気口１２３に基端側が連結して設けられた排気管１５１を備える。ガス排出装置１５０Ｆは、供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃの下方側に隣接して設けられた排出ノズル（排出ヘッダ）１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃを備える。ガス排出装置１５０Ｆは、排出ノズル１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃおよび排気管１５１と接続する連結管１５３Ｆをさらに備える。なお、排気管１５１には、排気管１５１内を流通するガス１４中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素センサ１６２Ａが設けられる。
【０１２２】
制御装置１６０Ｆは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２Ａなどから入力された情報に基づき、各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようになっている。よって、制御装置１６０Ｆが各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃが供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃへそれぞれ供給される。
【０１２３】
上述した供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃおよび排出ノズル１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃは、充填層３内にて、ガスの流通を抑制するシール層と、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃと反応する反応層とをなすように配置される。図１０に示すように、上段の供給ノズル１３６Ｆａは、当該供給ノズル１３６Ｆａと充填層３の上面３ａの最下部との間でシール層３ｂａをなすように配置される。上段の排出ノズル１５２Ｆａは、上段の供給ノズル１３６Ｆａから充填層３内に供給される処理ガス１３ａを排出でき、当該処理ガス１３ａの挙動範囲で反応層３ｂｂをなすように上段の供給ノズル１３６Ｆａの下方側に配置される。
【０１２４】
中段の供給ノズル１３６Ｆｂは、当該供給ノズル１３６Ｆｂと上方の反応層３ｂｂとの間でシール層３ｂａをなすように配置される。中段の排出ノズル１５２Ｆｂは、中段の供給ノズル１３６Ｆｂから充填層３内に供給される処理ガス１３ｂを排出でき、当該処理ガス１３ｂの挙動範囲で反応層３ｂｂをなすように中段の供給ノズル１３６Ｆｂの下方側に配置される。
【０１２５】
下段の供給ノズル１３６Ｆｃは、当該供給ノズル１３６Ｆｃと上方の反応層３ｂｂとの間でシール層３ｂａをなすように配置される。下段の排出ノズル１５２Ｆｃは、下段の供給ノズル１３６Ｆｃから充填層３内に供給される処理ガス１３ｃを排出でき、当該処理ガス１３ｃの挙動範囲で反応層３ｂｂをなすように下段の供給ノズル１３６Ｆｃの下方側に配置される。
【０１２６】
上述したように供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃおよび排出ノズル１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃを配置することにより、予熱石炭２が下方へ円滑に移動し、予熱石炭２を処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃで適切に処理することができ、改質石炭４の品質が向上する。
【０１２７】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｆなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｆなどにより制御手段を構成している。
【０１２８】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｆの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｆの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｆの排出装置１４０Ａにより改質石炭４を排出する作動とは、上述の第二の実施形態の場合と同じであり、改質装置１００Ｆの充填反応器１２０Ａにより予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動は、上述の第三の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【０１２９】
改質装置１００Ｆの予熱器１１０で所定の温度（例えば、３００℃〜４００℃）まで予熱されてなる予熱石炭２は、内筒１１１の回転に伴い、内筒１１１の排出口１１１ａから排出されて縦型の充填反応器１２０Ａの充填反応器本体１２１Ａ内に充填される。充填反応器本体１２１Ａ内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３の内部には、上方側および中央および下方側にて、供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃを介して処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ直接供給される。処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃが予熱石炭２と反応し生成するガス、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび前記不活性ガスなどのガス１４は、ブロア１５１ａにより、供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃと組みをなす排出ノズル１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃおよび連結管１５３Ｆおよび排気口１２３および排気管１５１を介して系外へ排出される。
【０１３０】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｆによれば、上述の第二および第三の実施形態に係る改質装置１００Ａ，１００Ｂと同様な作用効果を奏することに加え、組をなす供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃおよび排出ノズル１５２Ｆａ，１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃと導入管１３５Ｆａ，１３５Ｆｂ，１３５Ｆｃと連結管１５３Ｆとを備えることにより、充填層３内の高さ方向にて、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃと予熱石炭２とが反応する反応層３ｂｂと処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの流れを制御するシール層３ｂａとを交互に複数設けることができ、高さ方向で充填層３内における石炭の温度分布をより適切に制御することができる。これにより、改質石炭４の品質が向上し、処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。
【０１３１】
上述したように、供給ノズル１３６Ｆａと排出ノズル１５２Ｆａ、供給ノズル１３６Ｆｂと排出ノズル１５２Ｆｂ、供給ノズル１３６Ｆｃと排出ノズル１５２Ｆｃとをそれぞれ上下方向で隣接し、組をなして配置したことにより、充填層３内にて処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの通過距離が短く、圧力損失が小さくなり、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃを供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃへ供給するブロア１３１ａの駆動力を低減できる。
【０１３２】
なお、反応層３ｂｂの高さＨ２および充填層３内における反応層３ｂｂの数は、供給ノズル１３６Ｆａ，１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃ内へ供給する処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの流速が２０ｍ／秒以下であることが好ましい。これは、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの流れに起因し予熱石炭２に含まれる微粉が充填反応器本体１２１Ａなどの壁面に衝突することによるエロージョンの発生を抑制できるからである。
【０１３３】
シール層３ｂａの高さＨ１は、反応層３ｂｂの高さＨ２の１倍〜１０倍であることが好ましく、反応層３ｂｂの高さＨ２の２倍〜５倍であることがより好ましい。これは、シール層３ｂａへ流れる処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの割合を１／６〜１／３に抑制し、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１３ｃの使用量に起因する製造コスト増を抑制できるからである。
【０１３４】
［第八の実施形態］
本発明の第八の実施形態に係る改質装置について、図１１および図１２に基づいて説明する。
本実施形態は、図９に示し上述した第七の実施形態が備える処理ガス供給装置および制御装置およびガス排出装置を変更した構成となっている。その他の構成は図９に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【０１３５】
本実施形態に係る改質装置１００Ｇは、図９に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０Ａと、処理ガス供給装置１３０Ｇと、排出装置１４０Ａと、制御装置１６０Ｇと、ガス排出装置１５０Ｇとを備える。
【０１３６】
処理ガス供給装置１３０Ｇは、上述した処理ガス供給装置１３０Ｆと異なり、先端側が２つに分岐した空気供給管１３１Ｇと、先端側が２つに分岐した不活性ガス供給管１３２Ｇとを備える。空気供給管１３１Ｇおよび不活性ガス供給管１３２Ｇの先端は、送給管１３３Ｇａ，１３３Ｇｂおよび加熱器１３４Ｇａ，１３４Ｇｂを介して、導入管１３５Ｇａ，１３５Ｇｂの基端と接続している。導入管１３５Ｇａ，１３５Ｇｂは、先端側に設けられた複数（図示例では左右方向にて４つ）の供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ｇａ，１３６Ｇｂを備える。供給ノズル１３６Ｇａは、高さ方向で充填層３内の上方側に位置づけられる。供給ノズル１３６Ｇｂは、高さ方向で充填層３の中央であり、供給ノズル１３６Ｇａの下方側に位置づけられる。処理ガス供給装置１３０Ｇは、高さ方向で充填層３の下方側に位置づけられる供給ノズル（供給ヘッダ）１３６Ｇｃを備える。供給ノズル１３６Ｇｃは、連絡管１３９の先端側に設けられる。連絡管１３９は、基端側にて、上段の供給ノズル１３６Ｇａの下方で隣接して設けられた排出ノズル（排出ヘッダ）１３８を備える。なお、空気供給管１３１Ｇの基端側は、ブロア１３１ａと接続している。不活性ガス供給管１３２Ｇの基端側は、不活性ガス供給源１３２ａと接続している。空気供給管１３１Ｇおよび不活性ガス供給管１３２Ｇにおける分岐した箇所には流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂがそれぞれ設けられる。
【０１３７】
すなわち、処理ガス供給装置１３０Ｇは、高さ方向で、充填層３内の上方側および中央へ酸素濃度をそれぞれ調整した処理ガス１３ａ，１３ｂを供給可能になっていると共に、処理ガス１３ａが予熱石炭２と反応した後のガス（下段用処理ガス）１４ａを排出ノズル１３８および連絡管１３９および供給ノズル１３６Ｇｃを介して充填層３の下方側へ供給可能になっている。
【０１３８】
制御装置１６０Ｇは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２Ａなどから入力された情報に基づき、各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようなっている。よって、制御装置１６０Ｇが各流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３ａ，１３ｂ，１４ａが供給ノズル１３６Ｇａ，１３６Ｇｂ，１３６Ｇｃへそれぞれ供給される。
【０１３９】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｇなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｇなどにより制御手段を構成している。
【０１４０】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｇの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｇの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｇの排出装置１４０Ａにより改質石炭４を排出する作動と、改質装置１００Ｇの充填反応器１２０Ａにより予熱石炭２を昇温し乾留して改質する作動は、上述の第七の実施形態の場合と同じであり、その説明を省略する。
【０１４１】
改質装置１００Ｇの予熱器１１０で所定の温度（例えば、３００℃〜４００℃）まで予熱されてなる予熱石炭２は、内筒１１１の回転に伴い、内筒１１１の排出口１１１ａから排出されて縦型の充填反応器１２０Ａの充填反応器本体１２１Ａ内に充填される。充填反応器本体１２１Ａ内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３の内部には、上方側および中央にて、供給ノズル１３６Ｇａ，１３６Ｇｂを介して処理ガス１３ａ，１３ｂがそれぞれ直接供給される。処理ガス１３ａが予熱石炭２と反応し生成するガス、処理ガス１３ａおよび前記不活性ガスなどのガス（下段用処理ガス）１４ａは、排出ノズル１３８および連絡管１３９および供給ノズル１３６Ｇｃを介して充填層３内部の下方側へ供給される。処理ガス１３ｂ，１４ａが予熱石炭２と反応し生成するガス、処理ガス１３ｂ，１４ａおよび前記不活性ガスなどのガス１４は、ブロア１５１ａにより、供給ノズル１３６Ｆｂ，１３６Ｆｃと組みをなす排出ノズル１５２Ｆｂ，１５２Ｆｃおよび連結管１５３Ｇおよび排気管１５１などを介して系外へ排出される。
【０１４２】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｇによれば、上述の第七の実施形態に係る改質装置１００Ｆと同様な作用効果を奏することに加え、上段の供給ノズル１３６Ｇａと組みをなす排出ノズル１３８と下段の供給ノズル１３６Ｇｃとを連絡管１３９で接続したことにより、ガス１４ａを有効活用することができ、装置の簡易化を図ることができる。また、図１２に示すように、高温となった石炭が低酸素濃度の処理ガスと低速で反応が進むことから、安全性を高めることができる。
【０１４３】
［第九の実施形態］
本発明の第九の実施形態に係る改質装置について、図１３および図１４に基づいて説明する。
本実施形態は、図１に示し上述した第一の実施形態が備える処理ガス供給装置および制御装置およびガス排出装置を変更した構成となっている。その他の構成は図１に示し上述した装置と概ね同様であり、同一機器には同一符号を付記し重複する説明を適宜省略する。
【０１４４】
本実施形態に係る改質装置１００Ｈは、図１３に示すように、予熱器１１０と、縦型の充填反応器１２０Ａと、処理ガス供給装置１３０Ｈと、排出装置１４０Ａと、制御装置１６０Ｈと、ガス排出装置１５０Ｈとを備える。
【０１４５】
充填反応器１２０Ａは、上述した縦型の充填反応器１２０が備える充填反応器本体１２１の代わりに、上述した第二の実施形態と同様、天井部１２１ａに設けられた排気口１２３を有する充填反応器本体１２１Ａを備える。
【０１４６】
処理ガス供給装置１３０Ｈは、空気供給管１３１，不活性ガス供給管１３２，送給管１３３，加熱器１３４，ブロア１３１ａ，不活性ガス供給源１３２ａ，流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂを備えると共に、上述した処理ガス供給装置１３０が備える導入管１３５および供給ノズル１３６の代わりに、供給ヘッダ（供給ノズル）１３６Ｈおよび導入管１３５Ｈを備える。供給ヘッダ１３６Ｈは、充填反応器本体１２１Ａ内にて上下方向に延在する。供給ヘッダ１３６Ｈは、図１３および図１４に示すように、先端が閉塞された円管であり、高さ方向にて、充填層３内における上方側および中央および下方側に設けられた複数の穴１３６Ｈａを有する。これにより、充填層３内における上方側および中央および下方側のそれぞれに処理ガス１３を供給することができる。なお、導入管１３５Ｈの基端側は、加熱器１３４と接続している。
【０１４７】
排出装置１４０Ａは、上述した排出装置１４０とは異なり、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの下部に設けられた定量排出機１４１と、定量排出機１４１に基端側が接続する改質石炭排出ライン１４４とを備える。
【０１４８】
ガス排出装置１５０Ｈは、上述した第二の実施形態と同様、充填反応器本体１２１Ａの排気口１２３に基端側が連結して設けられた排気管１５１と、排気管１５１に設けられたブロア１５１ａとを備える。ガス排出装置１５０Ｈは、充填反応器本体１２１Ａ内に設けられた排出ヘッダ（排出ノズル）１５２Ｈと、排出ヘッダ１５２Ｈおよび排気管１５３Ｈに接続する連結管１５３Ｈとを備える。排出ヘッダ１５２Ｈは、図１３および図１４に示すように、先端が閉塞された円管であり、高さ方向にて、充填層３内における上方側および中央および下方側に設けられた複数の穴１５２Ｈａを有する。すなわち、排出ヘッダ１５２Ｈは、供給ヘッダ１３６Ｈの穴１３６Ｈａとほぼ同じ高さに位置づけられる穴１５２Ｈａを有する。これにより、第七の実施形態と同様、充填層３の高さ方向にて、シール層と反応層とを交互に複数なすことができる。
【０１４９】
制御装置１６０Ｈは、温度センサ１６１および酸素センサ１６２Ａなどから入力された情報に基づき、流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御できるようになっている。よって、制御装置１６０Ｈが流量調整弁１３１ｂ，１３２ｂ、ブロア１３１ａ，１５１ａおよび定量排出機１４１などを制御することで、処理ガス１３が供給ヘッダ１３６Ｈへ供給される。
【０１５０】
なお、本実施形態においては、処理ガス供給装置１３０Ｈなどにより処理ガス供給手段を構成している。制御装置１６０Ｈなどにより制御手段を構成している。
【０１５１】
このような本実施形態に係る改質装置１００Ｈの作動を次に説明する。なお、改質装置１００Ｈの予熱器１１０により乾燥石炭１を予熱する作動と、改質装置１００Ｈの排出装置１４０Ａにより改質石炭４を排出する作動は、上述の第二の実施形態の場合と概ね同じであり、その説明を省略する。
【０１５２】
改質装置１００Ｈの予熱器１１０で所定の温度（例えば、３００℃〜４００℃）まで予熱されてなる予熱石炭２は、内筒１１１の回転に伴い、内筒１１１の排出口１１１ａから排出されて縦型の充填反応器１２０Ａの充填反応器本体１２１Ａ内に充填される。充填反応器本体１２１Ａ内にて予熱石炭２が充填してなる充填層３の内部には、上方側および中央および下方側にて、供給ヘッダ１３６Ｈの開口部１３６Ｈａを介して処理ガス１３がそれぞれ直接供給される。処理ガス１３が予熱石炭２と反応し生成するガス、処理ガス１３および前記不活性ガスなどのガス１４は、ブロア１５１ａにより、排出ヘッダ１５２Ｈの開口部１５２Ｈａおよび連結管１５３Ｈおよび排気口１２３および排気管１５１を介して系外へ排出される。
【０１５３】
したがって、本実施形態に係る改質装置１００Ｈによれば、上述の第一の実施形態に係る改質装置１００と同様な作用効果を奏することに加え、供給ヘッダ１３６Ｈおよび排出ヘッダ１５２Ｈが充填層３内にて上下方向に延在していることから、予熱石炭２の反応および移動が円滑になり、改質石炭４の品質が向上し、処理時間の短縮や装置の小型化を行うことができる。
【０１５４】
供給ヘッダ１３６Ｈおよび排出ヘッダ１５２Ｈは、ほぼ同じ高さとなる箇所に設けられた複数の穴１３６Ｈａ，１５２Ｈａを有することにより、充填層３の高さ方向にて、処理ガス１３と予熱石炭２とが反応する反応層を形成することができると共に、穴１３６Ｈａ，１５２Ｈａから離れた箇所にシール層を形成することできる。これにより、予熱石炭２が下方へ円滑に移動することができると共に、予熱石炭２と処理ガス１３とが効率良く接触することができ、改質石炭４の品質を向上させることができる。
【０１５５】
［他の実施形態］
なお、上記では、空気１１と不活性ガス１２とを混合してなる処理ガス１３を用いて予熱石炭２を処理する場合について説明したが、空気と燃焼排ガス（例えば、酸素含有量１〜３％）とを混合してなる処理ガスを用いることも可能である。このような場合であっても、上述の実施形態と同様な作用効果を奏する。
【０１５６】
上記では、乾燥された低品位石炭（乾燥石炭）１を予熱し処理ガス１３との接触により反応させて昇温（加熱）することで乾留して改質する場合について説明したが、固形状の有機物を加熱し乾留して改質する場合であれば、上述の実施形態を適用することも可能である。このような場合であっても、上述の実施形態と同様な作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明に係る改質装置は、簡易な構成でありながらも、有機物を効率良く加熱できるので、発電産業などにおいて、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１      乾燥石炭
２      予熱石炭
３      充填層
４      改質石炭（乾留石炭）
１１    空気
１２    不活性ガス（窒素ガス）
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  処理ガス（酸素含有ガス）
１４    ガス
１００，１００Ａ〜Ｈ  改質装置
１１０  予熱器
１２０，１２０Ａ  縦型の充填反応器
１２１，１２１Ａ  充填反応器本体（処理塔）
１３０，１３０Ａ〜Ｈ  処理ガス供給装置
１４０，１４０Ａ  排出装置
１４１  定量排出機
１４２  送給ライン
１４３  固気分離機
１４４  改質石炭排出ライン
１４５  ガス排出ライン
１５０，１５０Ｃ，１５０Ｆ，１５０Ｇ，１５０Ｈ  ガス排出装置
１６０，１６０Ａ〜Ｈ  制御装置
１６１  温度センサ
１６２，１６２Ａ  酸素センサ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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