(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び該部分ガス化反応と同時の反応若しくは該部分ガス化反応に連続する反応で生成したガス中の炭化水素成分を分解させてガス化ガスを生成させる有機物のガス化装置であって、ガス化炉本体が内筒下部に噴流用ガス供給手段として水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを駆動ガスとするエゼクタが設けられ上部に内筒内で生成されたガスが内筒と外筒との間の空間部に供給される隙間を有する二重管構造であり、原料と支燃ガス及び水蒸気を内筒内に供給する原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段が設けられており、内筒内で生成された高温ガスの一部を内筒と外筒との間の空間部を通して内筒下部のエゼクタから水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとともに噴流用ガスとして内筒内に噴出させるように構成してなることを特徴とする有機物のガス化装置。
【請求項２】
有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び該部分ガス化反応と同時の反応若しくは該部分ガス化反応に連続する反応で生成したガス中の炭化水素成分を分解させてガス化ガスを生成させる有機物のガス化装置であって、原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段と噴流用ガス供給手段とを設けた第１段ガス化炉と、この第１段ガス化炉の後流に配置した支燃ガス及び水蒸気供給手段を設けた第２段ガス化炉と、この第１段ガス化炉と第２段ガス化炉との間に配置されたサイクロンとからなり、前記第１段のガス化炉が内筒下部に噴流用ガス供給手段として水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを駆動ガスとするエゼクタが設けられ上部に内筒内で生成されたガスが内筒と外筒との間の空間部に供給される隙間を有する二重管構造であり、前記原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段は原料と支燃ガス及び水蒸気を内筒内に供給するように設けられており、内筒内で生成された高温ガスの一部を内筒と外筒との間の空間部を通して内筒下部のエゼクタから水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとともに噴流用ガスとして内筒内に噴出させるように構成してなることを特徴とする有機物のガス化装置。
【請求項３】
前記エゼクタを駆動する水蒸気が、ガス化炉の後流に設置される熱回収装置で得られる水蒸気であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機物のガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重質油、残渣油、プラスチックなどの有機物を部分ガス化及び分解反応させてガス化ガスを生成する有機物のガス化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の有機物のガス化装置の一例についてその概念を示す説明図である。図５の装置において、装置の始動時にはガス化炉５１を予熱装置５２によって約７００℃に予熱し、このガス化炉５１に水封タンク５６によってシールされた噴流用ガス供給ライン５５から、例えば窒素、炭酸ガスなどのイナートガスである噴流用ガスを常温で供給するとともに、原料供給装置５４及び水蒸気・支燃ガス供給ライン５３から、水蒸気と支燃ガスの混合ガス及び例えばプラスチック廃棄物を粉砕した有機物原料を供給し、噴流用ガスのガス化炉５１内での噴流によって有機物原料と水蒸気及び酸素とを反応させてガス化し、ガス化ガスを生成させる。定常運転中のガス化炉５１内は、この反応熱によって７００℃前後の温度が維持される。
【０００３】
このガス化ガスを熱回収装置５７によって所要の温度に冷却し、ガス化炉５１で副生したフライアッシュ、タールなどの重質分ミスト、未反応の固体有機物等をガス洗浄装置５８によって除去し工業用燃料、都市ガス、発電用燃料、メタノール合成原料などに用いられる精製ガスが得られる。
【０００４】
前述した従来の装置では、ガス化炉５１で副生されるフライアッシュ及びタールなどの重質分ミスト、未反応の固体有機物等が多いと、それら固体有機物等が熱回収装置５７及びガス洗浄装置５８に付着及び残留し、これらの装置５７、５８の安全運転に悪影響を与える。また、供給された原料がガス化炉内の燃焼（反応９帯域に滞留する時間が短く、反応が完了する前に炉底に落下して堆積し、ガス化反応が十分に進行しない場合がある。
【０００５】
本発明者らは前記装置における問題点を解決する技術として図４に示す構成の装置を提案した（特願平７−１０５１８０号）。図４の装置では第２段ガス化炉２が、第１段ガス化炉１の後流にサイクロン３を介して配置され、第２段ガス化炉２の入側には水蒸気・支燃ガス供給ライン４が設けられている。このサイクロン３の下部にはダスト排出ライン５が設けられている。第１段ガス化炉１には、従来の装置と同様に、予熱装置５２、水蒸気・支燃ガス供給ライン５３、原料供給装置５４及び水封タンク５６でシールされた噴流用ガス供給ライン５５が設けられている。第２段ガス化炉２の後流には、従来の装置と同様に熱回収装置５７、ガス洗浄装置５８が配置されている。
【０００６】
装置の始動時には、第１段ガス化炉１を予熱装置５２によって約７００℃に予熱する。次に、噴流用ガス供給ライン５５からこの第１段ガス化炉１に、例えば窒素、炭酸ガスなどのイナートガスである常温の噴流用ガスを供給するとともに、原料供給装置５４及び水蒸気・支燃ガス供給ライン５３から水蒸気と酸素の混合ガス及び例えばプラスチック廃棄物を粉砕した有機物原料を供給し、予熱された熱によって有機物原料と水蒸気及び酸素とを反応させてガス化し、ガス化ガスを生成する。定常反応時には第１段ガス化炉１内は、この反応熱によって７００℃前後の温度に維持される。第１段ガス化炉１内では、有機物原料の中のフライアッシュ、タールなどの重質分が副生し、未反応の固体有機物が残留する。
【０００７】
この副生物及び残留物を含有した原料ガスをサイクロン３に供給してフライアッシュ、固体有機物等の固体物を除去し、ダスト排出ライン５によって排出する。この重質分が残留したガス化ガスを第２段ガス化炉２に供給し、水蒸気と酸素の混合ガスを水蒸気・支燃ガス供給ライン４から供給して重質分と反応させ、水素ガス、一酸化炭素、炭酸ガスに分解する。第２段ガス化炉２において、酸素とガス化ガスの一部を反応させ、その発熱反応によって約９００〜１０００℃に昇温させるようにすれば重質分の分解がアレニウス則に従って促進される。熱回収装置５７以降の流れについては図５の場合と同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４の構成の装置によれば有機物の部分ガス化によるガス化ガスからフライアッシュ、固体有機物を除去するとともに、重質分を完全に分解することができ、クリーンなガス化が可能になり、第２段ガス化炉の後流の装置への悪影響、いわゆるタールトラブルを完全に防止することができる。ところが、この装置の場合でも第１段ガス化炉中で、前記図５の装置におけるガス化炉の場合と同様に供給された原料がガス化炉内の燃焼（反応）帯域に滞留する時間が短く炉底に落下して堆積し、ガス化反応が十分に進行しない場合がある。このような堆積を防ぐためには噴流用のガスを増加させればよいが、この噴流用ガスとしては窒素などの常温のイナートガスが使用されており、反応温度の維持が難しくなる、合成ガスが希釈されるなどの問題があり無制限に増加させることはできない。本発明はこのような問題点を解決し、反応温度の低下や合成ガスの濃度低下をきたすことなく、原料の反応帯域への滞留時間を長くすることができる噴流層を形成させ、円滑な反応を行わせることができる有機物のガス化装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の（１）〜（３）の発明を含むものである。
（１）有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び該部分ガス化反応と同時の反応若しくは該部分ガス化反応に連続する反応で生成したガス中の炭化水素成分を分解させてガス化ガスを生成させる有機物のガス化装置であって、ガス化炉本体が内筒下部に噴流用ガス供給手段として水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを駆動ガスとするエゼクタが設けられ上部に内筒内で生成されたガスが内筒と外筒との間の空間部に供給される隙間を有する二重管構造であり、原料と支燃ガス及び水蒸気を内筒内に供給する原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段が設けられており、内筒内で生成された高温ガスの一部を内筒と外筒との間の空間部を通して内筒下部のエゼクタから水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとともに噴流用ガスとして内筒内に噴出させるように構成してなることを特徴とする有機物のガス化装置。
【００１０】
（２）有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び該部分ガス化反応と同時の反応若しくは該部分ガス化反応に連続する反応で生成したガス中の炭化水素成分を分解させてガス化ガスを生成させる有機物のガス化装置であって、原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段と噴流用ガス供給手段とを設けた第１段ガス化炉と、この第１段ガス化炉の後流に配置した支燃ガス及び水蒸気供給手段を設けた第２段ガス化炉と、この第１段ガス化炉と第２段ガス化炉との間に配置されたサイクロンとからなり、前記第１段のガス化炉が内筒下部に噴流用ガス供給手段として水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを駆動ガスとするエゼクタが設けられ上部に内筒内で生成されたガスが内筒と外筒との間の空間部に供給される隙間を有する二重管構造であり、前記原料供給手段と支燃ガス及び水蒸気供給手段は原料と支燃ガス及び水蒸気を内筒内に供給するように設けられており、内筒内で生成された高温ガスの一部を内筒と外筒との間の空間部を通して内筒下部のエゼクタから水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとともに噴流用ガスとして内筒内に噴出させるように構成してなることを特徴とする有機物のガス化装置。
【００１１】
（３）前記エゼクタを駆動する水蒸気が、ガス化炉の後流に設置される熱回収装置で得られる水蒸気であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の有機物のガス化装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明ではガス化炉における噴流用ガス（２段のガス化炉を設ける場合にはその第１段ガス化炉における噴流用ガス、以下同じ）として、炉内で生成される高温のガス化ガスに水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを添加混合したガスを使用する。本発明においてはガス化炉で生成されるガスの一部又はこれに水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスが添加されてガス循環ラインを介して第１段ガス化炉（第１段ガス化炉のみの場合を含む）の噴流用ガス供給手段に送られ、噴流用ガスとして使用される。このガスはガス化ガスとガス化反応に必要な水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとの混合物であり、温度も５００℃以上の高温を確保できるので流量を増加させても支障はなく、第１段ガス化炉内において未燃原料が噴流層を形成して十分な攪拌を行うことができ、燃焼（反応）帯域での滞留時間が十分確保できる程度に増量させることができる。
【００１３】
これにより第１段ガス化炉（第１段ガス化炉のみの場合を含む）内で水性ガス化温度の７００℃を保つことができる。反応が進むと反応熱により温度が上昇するので原料供給量を増加させることができ、また、予熱装置の作動を制限することもできる。なお、反応中の第１段ガス化炉内の温度は６００〜１０００℃に保持することが必要である。通常、循環させるガス化ガスの量は生成するガス全体の４０〜１５０％、好ましくは５０〜６０％程度であり、循環ガスに添加する水蒸気の量は反応に必要な水蒸気量の３０〜８０％、好ましくは５０〜６０％程度である。また、循環ガスに添加する支燃ガスの量は反応に必要な支燃ガスの量の０〜５０％程度である。
【００１４】
本発明の装置においては前記ガス循環ラインに水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスにより駆動されるエゼクタを設置し、ガス化ガス及び水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスの送気を行うようにしている。送気手段としてブロワ等の機械的手段を用いてもよいが、高温下での回転機器としてのトラブル発生のおそれがあり、また、駆動動力の増加をきたす。さらに、水蒸気として第２段ガス化炉の後流に設けられた熱回収装置で得られる水蒸気を使用すれば一層効率的である。
【００１５】
前記（２）の発明においてはガス化炉の噴流用ガスとして第１段ガス化炉（第１段ガス化炉のみの場合を含む）で生成されるガス化ガスの一部と水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを使用する。この場合は第１段ガス化炉（第１段ガス化炉のみの場合を含む）を二重管構造としておき、内筒内でガス化反応を行わせる。そして内筒上部から内筒と外筒との間の空間部にガス化ガスの一部が流れ込むようにし、このガスが内筒下部に設けられたエゼクタにより水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスとともに噴流用ガスとして内筒内に噴射される。この場合の循環させるガス化ガスの量は全体の４０〜１５０％、好ましくは５０〜１００％程度であり、エゼクタを通して添加する水蒸気の量は反応に必要な水蒸気量の３０〜８０％、好ましくは５０〜６０％程度である。また、エゼクタを通して添加する支燃ガスの量は反応に必要な支燃ガスの量の０〜５０％程度である。これにより前記（１）の発明の場合と同様の結果が得られる。
【００１６】
なお、本発明の装置により有機物のガス化を行う場合、支燃ガス及び水蒸気供給手段からはガス化炉での反応及び温度維持に必要な量と噴流用ガスとして供給した量との差に相当する量の支燃ガス及び水蒸気を供給すればよい。循環ガスの温度と反応熱により十分な炉内温度が維持できる場合には支燃ガスの供給を止めることもできる。
【００１７】
【実施例】
（参考例１）
図１は本発明の参考例として例示した２段のガス化炉を設けた有機物の部分ガス化装置の概念を示す説明図である。図１において、第２段ガス化炉２は第１段ガス化炉１の後流にサイクロン３を介して配置され、第２段ガス化炉２の入側には水蒸気・支燃ガス供給ライン４が設けられている。このサイクロン３の下部にはダスト排出ライン５が設けられている。第１段ガス化炉１には、予熱装置５２、水蒸気・支燃ガス供給ライン５３、原料供給装置５４及び水封タンク５６でシールされた循環ガス導入ライン２２が設けられている。この循環ガス導入ライン２２にはガス循環ライン２１が接続されており、サイクロン３の上部あるいは第２段のガス化炉から抜き出されたガス化ガス２０がエゼクタ１０において熱回収装置５７からの水蒸気６２と混合された循環ガスが導入される。第２段ガス化炉２の後流には、従来の装置と同様に熱回収装置５７、ガス洗浄装置５８が配置されている。
【００１８】
装置の始動時には、第１段ガス化炉１を予熱装置５２によって約７００℃に予熱する。次に、原料供給装置５４及び水蒸気・支燃ガス供給ライン５３から微細に粉砕したプラスチック廃棄物などの有機物原料及び水蒸気支燃ガス混合ガスを供給する。予熱された熱によって有機物原料と水蒸気及び酸素とが反応してガス化し、ガス化ガスが生成する。この反応を維持するためには、７００℃以上の温度を維持することと、供給される原料を反応帯域中に保持する噴流層を形成させることが必要である。
【００１９】
この例の装置では第１段ガス化炉１の噴流用ガスとして高温（約６００〜１０００℃）のガス化ガス２０と熱回収装置５７からの高圧力の水蒸気６２（約５〜１５気圧、約２００〜３５０℃）をエゼクタ１０で混合した高温（約５００〜７００℃）の循環ガスを使用しているので、十分な反応温度の確保と未燃原料を長時間反応帯域に滞留させる噴流層の形成ができ、ガス化反応を円滑に行わせることができる。
【００２０】
なお、図１ではガス循環ライン２１が循環ガス導入ライン２２に接続した形を示してあるが、図３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ模式的に示すように第１段ガス化炉１の底部につながる直管部２３あるいは第１段ガス化炉１のコーン部２４に接続して循環ガスを噴出させるようにするのが好ましい。図３（ａ）は原料中にガス化しない成分が含まれておらず炉底に落下する物があってはならない場合に使用され、図３（ｂ）は原料中にガス化しないものが含まれていてそのまま炉底へ落す場合に好都合である。この場合、図３（ｃ）に示すように直管部２３あるいはコーン部２４の中心部に向かって噴出させてもよいが、中心部をずらせて偏心させた形で噴出させ、旋回流を生じさせるようにするとガスが原料を巻き込んだ形で吹き上げられ、原料のガス化炉１内での滞留時間が長くなりガス化率が向上するので一層効果的である。
【００２１】
また、原料の炉内への装入位置も図１に示したように水蒸気・支燃ガス供給ライン５３からガス化炉炉壁へ供給する場合のほか、ガス循環ライン２１の末端部分に供給し、噴流用ガスとともに装入するようにするなど適宜変更してもよい。
【００２２】
（実施例１）
図２は本発明の実施例である有機物のガス化装置について、第１段ガス化炉及びサイクロンの部分を示す説明図である。なお、第２段ガス化炉以降の装置構成については図示していないが図１の装置と同様である。図２の装置では、第１段ガス化炉１が内筒１３と外筒１４の二重管構造となっており、内筒１３の下部に噴流用ガス供給手段としてのエゼクタ１５が設けられ上部に内筒１３内で生成されたガスが内筒１３と外筒１４との間の空間部に供給される隙間１６を有している。原料供給装置５４及び水蒸気・支燃ガス供給ライン５３から原料と水蒸気及び酸素が内筒１３内に供給される。装置の始動時には、内筒１３内は予熱装置５２により７００℃前後に加熱されてガス化が行われる。
【００２３】
内筒１３の下部には後続の熱回収装置５７からの水蒸気を駆動ガスとするエゼクタ１５が設けられている。内筒１３内で生成されたガス化ガスの一部はサイクロン３へオーバーフローし、残りの一部が隙間１６から内筒１３と外筒１４との間の空間部を通して循環ガス２３として内筒下部のエゼクタ１５によって熱回収装置５７からの水蒸気６２と混合され、内筒１３内に循環される。この混合ガスはエゼクタ１５を通って噴流用ガス１１として、第１段ガス化炉の炉床に堆積した未燃原料１２を内筒１３内に巻き上げ撹拌する。第１段ガス化炉１の底部には堆積するダストを排出するためのダスト排出ライン５０が設けられている。
【００２４】
この例の装置では第１段ガス化炉１の噴流用ガスとして第１段ガス化炉１で生成される高温（約６００〜１０００℃）のガス化ガスの一部を循環ガス２３として循環させ、エゼクタ１５で熱回収装置５７からの高圧力の水蒸気６２（約５〜１５気圧、約１００〜３５０℃）と混合して噴流用ガス１１としている。このようにすることにより十分な反応温度の確保と未燃原料を長時間反応帯域に滞留させる噴流層の形成ができ、ガス化反応を円滑に行わせることができる。
【００２５】
（参考例２）
従来法である図４の構成の装置と参考例の図１の構成の装置を用いてプラスチックを原料としてガス化試験を行った。その結果、従来法における反応用酸素量、水蒸気量及び生成ガス量は原料１ｋｇ当たりそれぞれ約０．８ｋｇ、約２．１ｋｇ及び約２Ｎｍ3 であり、噴流用ガスとして原料１ｋｇ当たり約０．３ｋｇのイナートガス（ＣＯ2 ）の供給が必要であった。これに対し、本発明の装置による運転例では噴流用のイナートガスは不要であり、原料１ｋｇ当たり約１．０ｋｇのエゼクタ用水蒸気を使用し、約４Ｎｍ3 の生成ガスを循環させることにより、支燃ガスを添加することなく水封タンクへ落下する未燃分を含む残渣の量を１／２〜１／３に低減することができ、その結果、ガス化率を従来方式の装置の場合に比較して５０〜７０％向上させることができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明では、ガス化炉における噴流用ガス（２段のガス化炉を設ける場合にはその第１段ガス化炉における噴流用ガス、以下同じ）として、炉内で生成される高温のガス化ガスと高温、高圧の水蒸気又は水蒸気と支燃ガスとの混合ガスを使用するので、噴流用ガスでガス化ガスが希釈されることもなく、反応温度の保持、原料の反応帯域への滞留時間の確保が可能となり、円滑なガス化反応を行わせることができ、ガス化率を向上させることができる。また、第１段ガス化炉（第１段ガス化炉のみの場合を含む）を二重管構造とし、内筒内で噴流層を形成させる構成とすることにより、より簡単な設備で前記の効果を達成することができる。さらに、噴流用ガスの送気手段として、ブロワ等の機械的手段を用いていないので、高温下での回転機器としてのトラブルを生じるおそれがなく、駆動動力の増加も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例である有機物のガス化装置の概念を示す説明図。
【図２】本発明の実施例である有機物のガス化装置について、第１段ガス化炉及びサイクロンの部分を示す説明図。
【図３】ガス循環ラインのガス化炉への接続様式の例を模式的に示す説明図。
【図４】特願平７−１０５１８０号による有機物のガス化装置の概念を示す説明図。
【図５】従来の装置の一例である有機物のガス化装置の概念を示す説明図。
【図１】
0004114962.tif 000002
【図２】
0004114962.tif 000003
【図３】
0004114962.tif 000004
【図４】
0004114962.tif 000005
【図５】
0004114962.tif 000006