(57)【要約】【課題】木質バイオマスを原料としガス化して使いやすいエネルギーを得る方法において、タール生成に伴う操業トラブルを回避して、安定した操業を行えるようにする。【解決手段】（１）木質バイオマスを酸化性ガスと反応させてガス化する工程で、酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させて活性化した空気を用いる。（２）木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに、アルファー線発生物と接触させて活性化酸化性ガスを吹き込む。（３）（２）において木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに吹き込む酸化性ガスとして炭酸ガスを５０％以上含むガスをアルファー線発生物と接触させて活性化させたものを用いる。（４）（１）〜（３）のうちの２つ以上を合わせて実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスを酸化性ガスと反応させてガス化する工程で、酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させて活性化した空気を用いることを特徴とする木質バイオマスのガス化時のタール発生の問題を回避するための方法。
【請求項２】
木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに、アルファー線発生物と接触させて活性化させた酸化性ガスを吹き込むこと特徴とする木質バイオマスのガス化時のタール発生の問題を回避するための方法。
【請求項３】
請求項２において、木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに吹き込む酸化性ガスとして炭酸ガスを１０％以上含むガスをアルファー線発生物と接触させて活性化させたものを用いることを特徴とする木質バイオマスのガス化時のタール発生の問題を回避するための方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちの２つ以上を合わせて実施すること特徴とする木質バイオマスのガス化時のタール発生の問題を回避するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマスを原料としてガス化し燃料ガスを得るプロセスにおいて、タール生成に伴う問題を回避して安定した操業を行うための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素、水素を含む固体状可燃物の１つに木質などのバイオマスがある。固体状可燃物は、含まれている炭素および水素分を燃焼すれば、熱エネルギーを発生するのでエネルギー源になりうるが、固体状のものを直接燃焼する方法のほかに、固体状のものを一旦ガス化することによって以後の燃焼、発熱を効率的に行うことができるので、炭素、水素の１部を燃焼してガス化することが行われる。しかし、この部分燃焼の程度が低すぎると、タールや煤、ダストなどのガス状でない可燃物の生成量が増える。一方、部分燃焼の程度を上げすぎると、生成ガスの炭酸ガス（ＣＯ２）含有量が増える。したがって、タールや煤、ダストなどのガス状でない可燃物の生成量を減らすとともに、生成ガスの炭酸ガス（ＣＯ２）含有量をできるだけ減らす方法が望まれる。特許文献１には、ガス化の温度を高めるとタールの分解は進むが、プロセスを必要以上に高温化させず、生成ガスに含まれる気相状態のタール分を除去できる方法として、粒子を充填しガスを流通させる容器と冷却部を備えて、タールを凝縮させて粒子に付着させてその粒子を取り出すことによるタール除去方法が示されている。ただし、この方法では粒子などを移動させる工程が複雑になるという問題がある。特許文献２には、有機物を熱分解してガスおよび残渣に分離した後、ガス中のタールは熱分解し、一方、熱分解残渣は堆積させ、この堆積層の中にタール分を熱分解した後のガスを通してガス化する方法が示されている。この方法では、特別な堆積層を作って反応させることが必要で工程が複雑になるという問題がある。このように、燃焼によって生成した炭酸ガス分と、固体炭素を含む煤やダスト、あるいは炭素と水素を含むタール分を反応させて、炭酸ガス発生量を少なくするとともに、可燃ガス分を生成させることが考えられるが、それに対して実用的に有効な方法は示されていない。
これとは別の見地から各種燃料の燃焼効率改良法として放射性物質を使用する方式がいくつか知られている。とくにアルファー線による電離作用による燃焼改善効果は広く認められているが、その使用に際しては人体に対する有害性および公害の発生を防ぐことが課題である。特許文献３には、液体燃料を移送しつつ、これに放射線を賦与し、液体燃料の物理化学的変換を行う方法が示されている。液体燃料を構成する原子が励起現象あるいはイオン化現象を起こして燃焼効率の向上という効果を有するが、放射線の漏洩による人体などの被害防止のために装置の外周を完全な遮蔽構造としなければならないことが明記されている。また、放射線を付与するものとしてモナズ石やモナズ粉末などラジウム、酸化トリウムなど複数の放射性物質を含むものを、非吸収合成樹脂で加工したものを気化器本体の内壁に接着剤その他で張設したもの（特許文献４）などにより、照射されるアルファー線、ベータ線、ガンマ線によるエネルギーによって空気などの流体を活性化したり、石油を分解、改質したりして燃焼効率を上げる方法（特許文献５）が示されている。しかし、放射線の漏洩により人体などに被害を及ぼすおそれがあることは特許文献３と同じである。
【０００３】
それに対して古谷は、必要量のアルファー線は照射するがベータ線、ガンマ線はほとんど出さず、アルファー線についても外部には漏洩しないようにするという観点から、タングステンが主成分で残り２％が酸化トリウムの混合物を焼結して棒状にしたもの（特許文献６）、無水珪酸を主成分とし、セシウム、カリウムを含有する多孔質セラミックに酸化トリウムを２％以下混合したものをエポキシ樹脂でアルミ箔シート表面に層状に接着させた板状物（特許文献７）、純アルミニウムに対して１〜５％の酸化トリウムを型枠に撒いてから溶融アルミを注入し、脱型後、圧延したもの（特許文献８）などを開発し、それらを流体燃料燃焼装置や内燃機関の液体燃料、空気の管路や装置の内面に接着剤、リベット等の機機械結合により装着することによって、アルファー線照射の効果として燃焼改善による低燃比費、有害廃棄ガス物低減が可能になることを示している。特に安全性を高められる理由として、モナズ粉末のように純度が一定でなく、また酸化トリウム以外の放射性物質を含むものと異なり、高純度の酸化トリウムを２％以下にすることによって、一定量のアルファー線は得られるが、ベータ線、ガンマ線はほとんど発生しないようにすることを示している。なお、燃焼改善効果が生じる理由としては、アルファー線照射により、空気は電離作用を有するアルファー線によってＯ３に変化したり、活性酸素Ｏが発生すること、また炭化水素系燃料の炭素共有結合が切断されて分子量が小さい炭化水素となって燃焼が活発化することなどを挙げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６１６４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７４６５４号公報
【特許文献３】特開昭５２−１３２２１９号公報
【特許文献４】特開昭４８−８８１０２号公報
【特許文献５】特開昭５３−１６１１８号公報
【特許文献６】特開平７−１１９５６５号公報
【特許文献７】特開平８−２１９４１０号公報
【特許文献８】特開平１１−１４１４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、木質バイオマスを原料としガス化して使いやすいエネルギーを得る方法において、タール生成に伴う操業トラブルを回避して、安定した操業を行うための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題を解決するための具体的手段の第１は、木質バイオマスを酸化性ガスと反応させてガス化する工程で、酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させて活性化した空気を用いることである。
【０００７】
具体的手段の第２は、木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに、アルファー線発生物と接触させて活性化した酸化性ガスを吹き込むことである。
【０００８】
具体的手段の第３は、０００７において、木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに吹き込む酸化性ガスとして炭酸ガスを１０％以上含むガスをアルファー線発生物と接触させて活性化させたものを用いることである。
【０００９】
具体的手段の第４は、０００６〜０００８のうちの２つ以上を合わせて実施することである。
【発明の効果】
【００１０】
０００６の方法によって、原料である木質バイオマスに含まれる炭化水素の分解を促進することで冷却時のタール生成を抑制して操業の安定化に結び付けることができる。０００７の方法によって、ガス化によって生成したガス中の炭化水素分の分解を促進することで冷却時のタール生成を抑制して操業の安定化に結び付けることができる。０００８の方法によって、０００７の効果に加えて、ガスの顕熱を有効利用して、生成ガスの発熱量を上げることができる。０００９の方法によって、上記の諸効果が組み合わさった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のシステム図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明で原料とする木質バイオマスとは、たとえば、樹木、竹、草などの未利用系、木材の廃棄物、茸類の栽培に用いた廃菌床などの廃棄物系などのバイオマス原料である。本発明はこの炭素、水素を含む固体可燃物に酸化性を反応させて部分酸化してガス化して、後続の工程でエネルギーとして用いるシステムにおいて、その安定操業を妨げる可能性のあるタール生成による操業不安定の問題を解決するための方法である。このシステムにおいて、原料である木質バイオマスは、空気のような酸化性ガスと反応させでガス化し、そのガスを一旦、冷却して塵や水分の分離を行って燃料用ガスとし、この生成ガスを、次工程で燃焼して発電などのエネルギー源と使用する。この生成ガスの冷却時に、ガス中に沸点の低い炭化水素分が含まれていると、タールが生成して、それにガス中の灰分などの塵が付着、堆積して安定操業を阻害する。したがって、生成ガス中の、タール生成につながるおそれがある炭化水素分の分解促進が重要な課題である。
【００１３】
本発明でこの課題を解決する第１の方法は、ガス化に用いる空気を活性化することによって、ガス化の工程でＣＯ，Ｈ２化を促進して、沸点の低い炭化水素（ＣｍＨｎにおいて、ｍが３以上のもの）の生成を抑制することである。そのために、酸化に用いる空気をアルファー線の照射によって活性化してからガス化装置に供給することである。ガス化に用いる空気のような酸化性ガスの活性化は、アルファー線の照射、例えばトリウムを含む成形体と接触させることによって行われる。このトリウムを含む成形体は次のように作られる。放射性物質は酸化トリウムを主とし、ラジウム、トリウム、アクチニウムなど酸化トリウム以外の放射性物資の含有量の合計がトリウムに対して１％以下にする。これはアルファー線以外の放射線である透過性の大きいベータ線やガンマ線の発生を抑制するためである。これを用いた成形物を作る第１の方法は、ステンレス鋼製などの金網の表面に、酸化トリウムの粉末にシリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００  ℃以上、１０００℃以下に加熱保持して、酸化トリウムと無機溶剤の混合物を焼結させ、ステンレス網製の網の表面に固定することである。この場合に、成形物全体の平均組成としてトリウム分が０．２〜５％の範囲、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にする。これによってアルファー線照射量が一定量以上（例えば、アルファー線用シンチレーション計数装置（Ａｌｏｋａ  ＴＤＳ−４５１型）により網より５ｍｍの距離での正味計数率が、９０〜１２０ｃｐｍ）であるが、一方、ベータ線、ガンマ線はバックグランドより、１５％以上多くならないようにすることができる（例えばβ、ガンマ線用シンチレーション式サーベイメータ（Ａｌｏｋａ  ＴＣＳ−１６１型）による測定値が０．０７±０．０１μ  Ｓｖ／ｈ以下；比較；自然計数率は０．０６±０．０１μＳｖ／ｈ）。トリウムを含む成形物を作る第２の方法は、シリカ、酸化カルシウム、酸化アルミニウムなどを含む無機質粉末を直径２〜５ｍｍの粒状体に成形して、その表面に酸化トリウムの粉末に、シリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００℃以上、１０００℃以下に加熱保持して焼結させた粒状物をステンレス鋼製金網で挟んで粒状体の中心間の距離が２０〜５０ｍｍになるように固定したものとすることである。第１の方法で述べたのと同じくこの場合も成形物全体の平均組成としてトリウムを０．２〜５重量％、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にすることもよって、アルファー線照射量確保と、ベータ線、ガンマ線の発生の抑制を両立させることができる。トリウムを含む成物をこのように作ることによって、流体との接触をスムースに行わせ、かつ、トリウム含有物の飛散を防止することができる。この金網を処理しようとするガス流れる場に置くことによって、ガス体にアルファー線照射を行って、イオン化などの活性化処理を行うことができる。また、この金網の枚数を増やすことによって、ガス体に与えるアルファー線照射量を増やすことができる。
【００１４】
上記のアルファー線を発生する成型物を、ガス化炉に供給する空気などのガス流と接触させるには（１）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（２）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（３）成型物を波状の板金属板の上に固定する、（４）成型物を波状のメッシュ状の金属の表面に固定するなどの方法を取ることができる。
【００１５】
本発明で原料として使用の対象とする木質バイオマスとは炭素、水素を含む固体可燃物で、通常、水分を３０〜７０％含んでいる。これを、ガス化炉に入れる前に、チップ化あるいはブリケット化して、サイズを例えば長さが７０ｍｍ以下、幅が７０ｍｍ以下、厚さを１０ｍｍ以下に加工する。その加工の前あるいは後で、加熱、乾燥して水分含有量を調整する。バイオマス原料に含まれてガス化炉に持ち込まれる水分は、ガス化炉の温度を下げる作用をするので多すぎることは好ましくはないが、生成ガス中の水素ガス濃度を上げる作用もするので、本発明では、乾燥の程度によって２０〜５５％の範囲内の値に調整される。
【００１６】
この炭素、水素を含む固体可燃物の１部を酸化してガス化する工程には、固定床型、循環床型、噴流型あるいは内熱および外熱ロータリーキルン型など各種形態の炉が用いられる。その中で本発明で用いるのはとくに固定床型が適している。固定床型はロータリーキルン型に比べて装置の動き部分が少ないこと、循環床型、噴流型に比べて、原料サイズの幅が広くとれて操業しやすいためである。固定床型ガス化炉は、筒状の槽の中に、バイオマス原料と酸化性ガスを供給して、バイオマス原料（炭素、水素および酸素を含有する）に対して
２Ｃ（固体中）  ＋  Ｏ２  ＝  ２ＣＯ                      （１）
２ＣＯ  ＋Ｏ２  ＝  ２ＣＯ２                              （２）
Ｈ２Ｏ  ＋  Ｃ  ＝  ＣＯ  ＋  Ｈ２                        （３）
２Ｈ（固体中）  ＝  Ｈ２                                  （４）
２Ｈ２  ＋  Ｏ２  ＝  ２Ｈ２Ｏ                            （５）
ＣｍＨｎ（固体中）＋Ｏ２＝ＣｐＨｑ（液体あるいはガス）＋ＣＯ＋Ｈ２    （６）
などによるガス化反応を行い、ＣＯ，Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ，ＣＨ４などのガスを発生させる。なお、（６）式のｐは３以上、ｑが５以上になると、冷却した時、タールとなって付着し、ガス化設備の操業安定性を阻害するので、できるだけその量を下げることが望まれる。
そのために、本発明では、酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させて活性化した空気を用いる。この処理によって活性化された酸素は炭化水素ＣｐＨｑと反応しやすくなり、
生成ガスのタールの生成原因になるものを減少させることができる。
【００１７】
このようにして生成したガスがガス化炉から流れ出すが、本発明では、この高温ガスに、
アルファー線発生物と接触させて活性化した酸化性ガスを吹き込む。その量は、酸素ガス含有量として５ガス化の工程で生成したガスの中の炭化水素分をＣＯとＨ２に変化させるに必要な酸化成分量の７０〜２００％の範囲のものを含むものとする。そのガスの成分としては、Ｏ２を含むもの（例えば空気）であってもいいが、とくに好ましくはＣＯ２を５０％以上含むものである。いずれの場合も、吹き込む前に、００１３，００１４で述べたようにアルファー緯発生物と接触させて活性されたものである。このガスとしては、Ｏ２を含むものであってもよいが、特に好ましいのは、炭酸ガスを３０％以上含むものである。この場合次のような反応が起こる。
ＣＯ２＋Ｃ  ＝  ２ＣＯ                                      （６）
ＣＯ２＋ＣｐＨｑ  ＝  ｎＣＯ  ＋ｍＨ２  ＋  ｋＨ２Ｏ        （７）
Ｈ２Ｏ＋Ｃ  ＝  ２ＣＯ  ＋  Ｈ２                            （８）
炭酸ガスは放散すれば地球温暖化につながるが、本発明で燃焼排出ガスなどを利用すれば、その排出量低減に役立つという効果もある。
【００１８】
本発明の目的である、木質バイオマスのガス化時のタール発生による操業トラブルを抑制するためには、ガス化装置などの条件に応じて、（１）木質バイオマスを酸化性ガスと反応させてガス化する工程で、酸化性ガスとして、アルファー線発生物と接触させて活性化した空気を用いること、（２）木質バイオマスを酸化性ガスと反応させて得られた高温ガスに、アルファー線発生物と接触させて活性化した酸化性ガスを吹き込むことをそれぞれ単独で実施することもできるが、これを合わせて実施することによって、さらに安定した効果を上げることができる。
【実施例１】
【００１９】
ガス化炉は、１ＭＷ規模の固定床型である。植物系バイオマス原料は木質のチップである。原料のチップは、５０〜６５％の水分を含有していたが、これをシステム内の余熱を利用した１２０〜１４０℃の空気を用いて乾燥して水分含有量を２０〜４０％にした。このチップを約４００ｋｇ／ｈの割合でガス化炉に供給した。この装置での本発明での操業条件と、比較になる従来型の操業条件は次の通りである。
・比較となる操業条件；ガス化炉に供給するガスは、通常の空気であるが、これをシステム内の余熱を利用して８０〜１２０℃に予熱してガス化炉に吹き込んだ。ガス化炉内のガス温度を連続して測定し、その値が７４０〜７７０℃の範囲になるようにした。
・本発明での操業条件；上記の操業条件に加えて、ガス化炉に供給する空気を、酸化トリウム含有成形物（ステンレス鋼製の網の表面に焼結、網の目；間隔４ｍｍ）３枚を３０ｍｍ間隔で固定した状態のものを通過させてアルファー線照射を行った。
・生成ガス中のＣｐＨｑ  （ｐが３以上）のガスの濃度は
比較の場合；０．８〜３．２％
本発明の場合；０．０１〜０．２％
であり、比較の場合には、月１〜２回のタールトラブルがあったのに比べて、本発明の条件の場合には、タールによる操業トラブルは起こらなかった。
【実施例２】
【００２０】
ガス化炉の設備、およびその基本的な操業条件は００１８に記載したものと同じである。これに加えて、ガス化後の生成ガスの６２０℃以上の温度帯に空気を、生成ガスの６ｖｏｌ％吹き込んだ。その吹込む空気の事前処理条件は次の通りである。
比較の場合；アルファー線処理なし
本発明の場合：実施例と同じ方法でアルファー線処理
生成ガス中のＣｐＨｑ  （ｐが３以上）のガスの濃度は
比較の場合；０．５〜２．５％
本発明の場合；０．０１〜０．２％
であり、比較の場合には、月１〜２回のタールトラブルがあったのに比べて、本発明の条件の場合には、タールによる操業トラブルは起こらなかった。
【実施例３】
【００２１】
ガス化炉の設備、およびその基本的な操業条件は００１８に記載したものと同じである。これに加えて、ガス化後の生成ガスの６２０℃以上の温度帯に他の燃焼設備から発生した排気ガス（ＣＯ２含有量；１４〜２０％）を生成ガスの８ｖｏｌ％吹き込んだ。
その燃焼排気ガスの事前処理条件は次の通りである。
比較の場合；アルファー線処理なし
本発明の場合：実施例と同じ方法でアルファー線処理
生成ガス中のＣｐＨｑ  （ｐが３以上）のガスの濃度は
比較の場合；０．７〜３．２％
本発明の場合；０．０１〜０．１％
であり、比較の場合には、月１〜２回のタールトラブルがあったのに比べて、本発明の条件の場合には、タールによる操業トラブルは起こらなかった。なお、燃焼排気ガス吹込みの場合には、生成ガスのＣＯ％を１．３〜２．１％増加した。
【実施例４】
【００２２】
ガス化炉の設備、およびその基本的な操業条件は００１８に記載したものと同じである。
これにガス処理の条件として、実施例１と実施例３で示したアルファー線処理を行った。
生成ガス中のＣｐＨｑ  （ｐが３以上）のガスの濃度は
比較の場合；０．８〜３．２％
本発明の場合；０．０１〜０．１％
であり、比較の場合には、月１〜２回のタールトラブルがあったのに比べて、本発明の条件の場合には、タールによる操業トラブルは起こらなかった。なお、燃焼排気ガス吹込みの場合には、生成ガスのＣＯ％を１．３〜２．１％増加した。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の方法は、各種バイオマスの原料としてそれをガス化してエネルギーとして用いるシステムにおいて、安定操業を実施するための方法として利用することができる。
【図１】
2017193676.tif 000003