(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを炭化させ、炭化物を得る炭化炉と、
前記炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉と、を備え、
前記改質炉は、上下方向に延在する筒状の本体部と、
自身の内部に高温の気体を導入し前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、
前記内部空間は、負圧に制御され、
前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を投入する投入部と、
前記内部空間に前記過熱蒸気を導入する蒸気導入部と、
前記内部空間に、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有し、
前記炭化炉は、高温の排ガスを排出し、
前記加熱部は、前記本体部の側壁と離間し、前記側壁を前記本体部の外側から覆う外筒体と、
前記外筒体と前記側壁との間の空間に前記排ガスを導入する導入部と、
前記空間から前記排ガスを排出する排出部と、を有し、
前記二酸化炭素導入部は、前記本体部に設けられ前記内部空間と前記空間を連通する貫通孔であるガス化システム。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記本体部の周方向に複数設けられている請求項１に記載のガス化システム。
【請求項３】
バイオマスを炭化させ、炭化物を得る炭化炉と、
前記炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉と、を備え、
前記改質炉は、上下方向に延在する筒状の本体部と、
自身の内部に高温の気体を導入し前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、
前記内部空間は、負圧に制御され、
前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を投入する投入部と、
前記内部空間に前記過熱蒸気を導入する蒸気導入部と、
前記内部空間に、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有し、
前記水性ガスから、水素と、前記水性ガスから前記水素を除いた残部であるオフガスとを精製する精製装置と、
前記オフガスを加熱する熱交換器と、を有し、
前記オフガスは、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含み、
前記二酸化炭素導入部は、前記熱交換器において前記オフガスを加熱して生じた前記高温気体を、前記内部空間に導入するガス化システム。
【請求項４】
バイオマスを炭化させ、炭化物を得る炭化炉と、
前記炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉と、を備え、
前記改質炉は、上下方向に延在する筒状の本体部と、
自身の内部に高温の気体を導入し前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、
前記内部空間は、負圧に制御され、
前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を投入する投入部と、
前記内部空間に前記過熱蒸気を導入する蒸気導入部と、
前記内部空間に、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有し、
前記炭化炉は、高温の排ガスを排出し、
前記改質炉の下流側において、前記高温の排ガスを冷却する過熱器と、
冷却された前記排ガスから固形分を集塵する集塵機と、
集塵された前記排ガスを加熱する熱交換器と、を有し、
前記二酸化炭素導入部は、前記熱交換器において集塵された前記排ガスを加熱して生じた前記高温気体を、前記内部空間に導入し、
前記過熱器は、水蒸気を前記高温の排ガスと熱交換させて、前記過熱蒸気を生成するとともに、前記高温の排ガスを冷却するガス化システム。
【請求項５】
前記炭化炉は、高温の排ガスを排出し、
前記熱交換器は、前記高温の排ガスを熱源とする請求項３又は４に記載のガス化システム。
【請求項６】
前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、
前記二酸化炭素導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項７】
前記改質炉は、前記本体部の内部空間の下部において前記内部空間の中心側に収容され、前記内部空間の容積を減少させる減容部材を有し、
前記二酸化炭素導入部は、前記減容部材の最上部よりも下方に設けられている請求項６に記載のガス化システム。
【請求項８】
前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、
前記蒸気導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項９】
前記本体部は、前記内部空間に酸素を導入する酸素導入部を有する請求項１から８のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項１０】
前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、
前記酸素導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている請求項９に記載のガス化システム。
【請求項１１】
前記酸素導入部は、空気を導入可能に設けられている請求項９又は１０に記載のガス化システム。
【請求項１２】
前記蒸気導入部が前記酸素導入部を兼ねており、
前記蒸気導入部は、前記内部空間に前記過熱蒸気と前記酸素との混合気体を導入する請求項９から１１のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項１３】
前記蒸気導入部が前記二酸化炭素導入部を兼ねており、
前記蒸気導入部は、前記内部空間に前記過熱蒸気と前記高温気体との混合気体を導入する請求項１から１２のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項１４】
前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を供給する供給部を備え、
前記供給部は、前記投入部に接続された供給路と、前記供給路の一部に設けられ、前記炭化物と水とを接触させる接触部と、を有する請求項１から１３のいずれか１項に記載のガス化システム。
【請求項１５】
炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉であって、
上下方向に延在する筒状の本体部と、
前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、
前記内部空間は、負圧に制御され、
前記本体部は、前記内部空間に空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有し、
前記加熱部は、前記本体部の側壁と離間し、前記側壁を前記本体部の外側から覆う外筒体と、
前記外筒体と前記側壁との間の空間に高温の排ガスを導入する導入部と、
前記空間から前記排ガスを排出する排出部と、を有し、
前記二酸化炭素導入部は、前記本体部に設けられ前記内部空間と前記空間を連通する貫通孔である改質炉。
【請求項１６】
前記貫通孔は、前記本体部の周方向に複数設けられている請求項１５に記載の改質炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化システム及び改質炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭や産業分野から排出される有機物を改質炉により処理して、水性ガスとして発電などに再利用するガス化システムが検討されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６００６４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のガス化システムにおいては、水性ガスの生産効率の向上が求められていた。本明細書において、「生産効率」とは、単位生産時間あたりの生産量を意味する。また、得られる水性ガスは、単位体積当たりのガスから得られる熱量の向上が求められていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上可能なガス化システムを提供することを目的とする。また、本発明は、ガス化システムに用いられる改質炉を提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、以下の態様を包含する。
【０００７】
［１］バイオマスを炭化させ、炭化物を得る炭化炉と、前記炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉と、を備え、前記改質炉は、上下方向に延在する筒状の本体部と、自身の内部に高温の気体を導入し前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、前記内部空間は、負圧に制御され、前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を投入する投入部と、前記内部空間に前記過熱蒸気を導入する蒸気導入部と、前記内部空間に、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有するガス化システム。
【０００８】
［２］前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、前記二酸化炭素導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている［１］に記載のガス化システム。
【０００９】
［３］前記改質炉は、前記本体部の内部空間の下部において前記内部空間の中心側に収容され、前記内部空間の容積を減少させる減容部材を有し、前記二酸化炭素導入部は、前記減容部材の最上部よりも下方に設けられている［２］に記載のガス化システム。
【００１０】
［４］前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、前記蒸気導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている［１］から［３］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１１】
［５］前記本体部は、前記内部空間に酸素を導入する酸素導入部を有する［１］から［４］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１２】
［６］前記投入部は、前記本体部の側壁に設けられた投入口に接続されており、前記酸素導入部は、前記投入口よりも下方に設けられている［５］に記載のガス化システム。
【００１３】
［７］前記酸素導入部は、空気を導入可能に設けられている［５］又は［６］に記載のガス化システム。
【００１４】
［８］前記蒸気導入部が前記酸素導入部を兼ねており、前記蒸気導入部は、前記内部空間に前記過熱蒸気と前記酸素との混合気体を導入する［５］から［７］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１５】
［９］前記蒸気導入部が前記二酸化炭素導入部を兼ねており、前記蒸気導入部は、前記内部空間に前記過熱蒸気と前記高温気体との混合気体を導入する［１］から［８］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１６】
［１０］前記炭化炉は、高温の排ガスを排出し、前記加熱部は、前記本体部の側壁と離間し、前記側壁を前記本体部の外側から覆う外筒体と、前記外筒体と前記側壁との間の空間に前記排ガスを導入する導入部と、前記空間から前記排ガスを排出する排出部と、を有し、前記二酸化炭素導入部は、前記本体部に設けられ前記内部空間と前記空間を連通する貫通孔である［１］から［８］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１７】
［１１］前記貫通孔は、前記本体部の周方向に複数設けられている［１０］に記載のガス化システム。
【００１８】
［１２］前記水性ガスから、水素と、前記水性ガスから前記水素を除いた残部であるオフガスとを精製する精製装置と、前記オフガスを加熱する熱交換器と、を有し、前記オフガスは、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含み、前記二酸化炭素導入部は、前記熱交換器において前記オフガスを加熱して生じた前記高温気体を、前記内部空間に導入する［１］から［１１］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００１９】
［１３］前記炭化炉は、高温の排ガスを排出し、前記改質炉の下流側において、冷却された前記排ガスから固形分を集塵する集塵機と、集塵された前記排ガスを加熱する熱交換器と、を有し、前記二酸化炭素導入部は、前記熱交換器において集塵された前記排ガスを加熱して生じた前記高温気体を、前記内部空間に導入する［１］から［１２］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００２０】
［１４］前記本体部は、前記内部空間に前記炭化物を供給する供給部を備え、前記供給部は、前記投入部に接続された供給路と、前記供給路の一部に設けられ、前記炭化物と水とを接触させる接触部と、を有する［１］から［１３］のいずれか１項に記載のガス化システム。
【００２１】
［１５］前記熱交換器は、前記高温の排ガスを熱源とする［１２］又は［１３］に記載のガス化システム。
【００２２】
［１６］炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉であって、上下方向に延在する筒状の本体部と、前記本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、前記内部空間は、負圧に制御され、前記本体部は、前記内部空間に空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有する改質炉。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一態様によれば、水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上可能なガス化システム、及びガス化システムに用いられる改質炉が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１実施形態のガス化システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の改質炉１００の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、改質炉１００の下方の一部拡大図である。
【図４】図４は、第２実施形態の改質炉１０５の構成を示す模式図である。
【図５】図１は、第３実施形態のガス化システムを示すブロック図である。
【図６】図２は、第３実施形態の改質炉１０６の構成を示す模式図である。
【図７】図１は、第４実施形態のガス化システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、第１実施形態のガス化システム及び改質炉について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２６】
＜ガス化システム＞
図１は、第１実施形態のガス化システムを示すブロック図である。図１に示す矢印は、各工程での物質の流れを表している。図１に示すように、本実施形態のガス化システム３００は、第１実施形態の改質炉１００と、乾燥機３０１と、炭化炉３０２と、第一サイクロン３０３と、第二サイクロン３０４と、過熱器３０５と、第一熱交換器３０６と、第二熱交換器３０７と、バグフィルタ３０８と、ガスタンク３０９と、第三熱交換器３１０と、を備える。
【００２７】
乾燥機３０１は、高温の空気Ａ１を乾燥用熱源として用い、バイオマス原料Ｃ０から水分を除去する。これにより、乾燥機３０１は、炭化炉３０２での炭化に適した水分率に調整されたバイオマス原料Ｃ１を得る。乾燥機３０１の具体的な構造については特に限定されず、例えば、回転シェルの内部に高温の空気Ａ１を送る乾燥機を用いることができる。
【００２８】
炭化炉３０２は、バイオマス原料Ｃ１を炭化させて炭化物Ｃ２を生成する。炭化炉３０２の具体的な構造については特に限定されず、例えば、炉内の低酸素雰囲気の箇所でバイオマス原料Ｃ１を４００℃〜６００℃に加熱して炭化させる炭化炉を用いることができる。「炉内の低酸素雰囲気の箇所」とは、例えば、炉内の下方である。
【００２９】
また、炭化炉３０２は、副生物として排ガスＥ１を生成する。排ガスＥ１は、１０００℃を超える高温の気体である。排ガスＥ１は、空気よりも高濃度で二酸化炭素（ＣＯ２）を含む。排ガスＥ１は、本発明における「空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体」に該当する。以下の説明では、「空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体」を単に「高温気体」と略称することがある。
【００３０】
炭化炉３０２の内部では、バイオマス原料Ｃ１を熱分解する際、炭化物Ｃ２と共に揮発性のガスが生じる。生じるガスは、炉内の酸素を多く含む雰囲気の箇所において燃焼することで、バイオマス原料Ｃ１を熱分解させる温度（４００℃〜６００℃）よりも高温の排ガスＥ１を生じる。「炉内の酸素を多く含む雰囲気の箇所」とは、例えば、炉内の上方である。
【００３１】
改質炉１００は、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２とを反応させて、水性ガスＧ１および改質炭Ｃ３を生成する。また、改質炉１００は、炭化炉３０２から排ガスＥ１を導入し、排ガスＥ１から温度が低下した排ガスＥ２を排出する。改質炉１００については、後に詳述する。
【００３２】
なお、本明細書において「改質炭」とは、活性炭製造における水蒸気賦活と同様の原理により、炭化物を高温の水蒸気で反応させ、微細孔の発達した炭化物を意味する。
【００３３】
第一サイクロン３０３は、水性ガスＧ１に含まれる微粉炭や塵を除去し、水性ガスＧ２を得る。第一サイクロン３０３の具体的な構造については特に限定されず、公知のサイクロンを用いることができる。なお、第一サイクロン３０３は、省略してもよい。
【００３４】
第二サイクロン３０４は、改質炉１００から排出された排ガスＥ２に含まれる不純物を除去し、排ガスＥ３を得る。第二サイクロン３０４の具体的な構造については特に限定されず、公知のサイクロンを用いることができる。なお、第二サイクロン３０４は、省略してもよい。
【００３５】
過熱器３０５は、水蒸気Ｖ１を、排ガスＥ３と熱交換させて加熱し、過熱蒸気Ｖ２を生成する。一方、排ガスＥ３は、水蒸気Ｖ１を加熱することにより熱交換されて排ガスＥ４となる。過熱器３０５の具体的な構造については特に限定されず、公知の過熱器を用いることができる。
【００３６】
第一熱交換器３０６は、水性ガスＧ２から水性ガスＧ３を得る。第一熱交換器３０６は、水性ガスＧ２と水とが直接接することなく、水性ガスＧ２よりも温度の低い流体へ熱を移動させることにより水性ガスＧ２を冷却する、いわゆる乾式の熱交換器である。熱交換機としては、シェル＆チューブ式、フィンチューブ式等、公知の構成を採用することができる。
【００３７】
第一熱交換器３０６がシェル＆チューブ式である場合、チューブ内を流動する冷媒として水を用いると、低温の水Ｗ２は、チューブを介して水性ガスＧ２と熱交換され水Ｗ３となる。また、冷媒としては空気を用いてもよい。寒冷地においては、冷媒に空気を用いることにより、冷媒が凍結するおそれがなく、運転管理が容易となるという利点が得られる。
【００３８】
第二熱交換器３０７は、空気Ａ０を、排ガスＥ４と熱交換させて加熱し、高温の空気Ａ１を生成する。一方、排ガスＥ４は、空気Ａ０を加熱することにより熱交換されて排ガスＥ５となり、バグフィルタ等の公知の集塵機（不図示）で集塵した後に、大気中に排出される。第二熱交換器３０７の具体的な構造については特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。
【００３９】
バグフィルタ３０８は、水性ガスＧ３に含まれる微細な改質炭を捕集し、水性ガスＧ４とする。水性ガスＧ４は、水素および一酸化炭素以外にも二酸化炭素やメタンを含む。第一熱交換器３０６の運転条件を制御することで、水性ガスＧ３の温度を例えば１２０℃程度に維持した状態で、水性ガスＧ３をバグフィルタ３０８に供給することができる。これにより、水性ガスＧ３がバグフィルタ３０８を通過した際に、水性ガスＧ３に含まれる水蒸気が水に戻るほど冷却されにくく、バグフィルタ３０８において改質炭と水とが混ざり合った高粘度の固形分が発生し難い。
【００４０】
第三熱交換器３１０は、水Ｗ１を、高温の空気Ａ１の一部と熱交換させて加熱し、水蒸気Ｖ１を生成する。第三熱交換器３１０の具体的な構造については特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。
【００４１】
ガスタンク３０９は、水性ガスＧ４を貯蔵する。ガスタンク３０９の具体的な構造については特に限定されず、公知のガスタンクを用いることができる。
【００４２】
＜改質炉＞
図２は、第１実施形態の改質炉１００の構成を示す模式図である。以下の説明では、必要に応じて適宜図１のブロック図で示した符号を用いて構成を説明する。
【００４３】
本実施形態の改質炉１００は、高温負圧下で炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２とを反応させていわゆる水蒸気改質を行い、水性ガスＧ１を得る装置である。なお、「過熱蒸気」とは、「飽和蒸気を更に加熱した高温（例えば、約６５０℃）の水蒸気」を意味する。
【００４４】
水性ガスＧ１は、炭化物Ｃ２を水蒸気改質することによって生成されたガスであり、主に水素および一酸化炭素で構成される混合ガスをいう。水性ガスＧ１は、水素および一酸化炭素以外にも二酸化炭素やメタンを含む。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態の改質炉１００は、本体部１０１と、加熱部１０２と、回転体１０３と、ターンテーブル１０４と、を備える。回転体１０３は、本発明における「減容部材」に該当する。
【００４６】
［本体部］
本体部１０１は長尺の筒状部材である。本体部１０１の中心軸の軸方向は、上下方向である。
【００４７】
本体部１０１は、内部空間Ｓ１を有する。内部空間Ｓ１は、負圧に制御されている。
【００４８】
本体部１０１は、排出部１２２と、改質炭排出部１２３と、投入部１２４と、バッフル１２６と、を有する。
【００４９】
本体部１０１の上部には、排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、改質炉１００の外部に少なくとも水性ガスＧ１を排出する。
【００５０】
本体部１０１の高さ方向の中間部には、投入部１２４が設けられている。投入部１２４は、本体部１０１の側壁１０１ａに設けられた投入口１２４ａに接続されており、内部空間Ｓ１に炭化物Ｃ２を投入する。投入部１２４には、炭化物Ｃ２を内部空間Ｓ１に自動投入するためのスクリューコンベアやベルトコンベアが設けられていてもよい。
【００５１】
なお、本実施形態においては、投入部１２４を本体部１０１の高さ方向の中間部に設けることとしたが、これに限らない。内部空間Ｓ１に炭化物Ｃ２を投入することができれば、投入部１２４は、本体部１０１の側壁の高さ方向上方や、本体部１０１の天井部に設けられていてもよい。
【００５２】
内部空間Ｓ１の下方では、投入される炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２とが反応して、水性ガスＧ１と改質炭Ｃ３とが生じる。
【００５３】
上述の反応は、気相（過熱蒸気Ｖ２）と固相（炭化物Ｃ２）との界面で生じる反応であるため、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との接触面積が広い程、反応効率が高いと考えられる。このことから、炭化物Ｃ２の粒子径は小さいほうが好ましい。例えば、炭化物Ｃ２は、粉末状のものから、直径５０ｍｍ程度の粒状物であると好ましい。
【００５４】
一方、改質炉１００においては、内部空間Ｓ１を負圧に制御するため、常に内部空間Ｓ１から本体部１０１の外部に気体が排出されている。このような運転条件の改質炉に投入する炭化物Ｃ２が粉末状であると、内部空間Ｓ１における気流に乗って炭化物Ｃ２が舞い上がり、上述の炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との反応が生じ難いおそれがある。
【００５５】
したがって、炭化物Ｃ２の粒子径は、改質炉１００の運転条件に応じ、適切に所望の反応が生じる粒子径に制御するとよい。一例として、本実施形態の改質炉１００において用いられる炭化物Ｃ２の粒子径は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であると好ましい。
【００５６】
炭化物Ｃ２の粒子径は、炭化炉３０２に投入されるバイオマス原料Ｃ１の大きさを調製することで制御可能である。
【００５７】
本体部１０１の下部には、改質炭排出部１２３が設けられている。改質炭排出部１２３は、改質炉１００の外部に少なくとも改質炭Ｃ３を排出する。
【００５８】
本体部１０１の内壁には、本体部１０１の中心軸の軸方向に延びる長尺のバッフル１２６を設けてもよい。バッフル１２６は、後述する回転体１０３と共に用いることで、炭化物Ｃ２の撹拌効率を向上させることができる。
【００５９】
バッフル１２６の長尺方向の長さは、特に制限されない。バッフル１２６は、例えば本体部１０１の内壁の回転体１０３に対向する範囲に設けられていることが好ましい。
【００６０】
バッフル１２６の枚数は、特に制限されないが、複数であることが好ましく、例えば３枚であることが好ましい。また、バッフル１２６の配列方法は、特に制限されないが、本体部１０１の中心軸を中心とする相対角度が等しくなるように配列されていることが好ましい。例えば、３枚のバッフル１２６が設けられている場合、本体部１０１の中心軸を中心とする相対角度が１２０°となるように配列されていることが好ましい。
【００６１】
［加熱部］
加熱部１０２は、自身の内部に高温の気体を導入し、高温の気体の熱を利用して内部空間Ｓ１を加熱する機能を有する。本実施形態においては、高温の気体として、排ガスＥ１を利用する。なお、「高温の気体」は、バイオマス原料Ｃ１を熱分解させる温度（４００℃〜６００℃）よりも高温であればよく、加熱部１０２への供給前に高温になるまで加熱した気体でもよい。高温の気体としては、排ガスＥ１の他、地熱蒸気を用いることもできる。
なお、地熱蒸気は、過熱蒸気Ｖ２として使用してもよい。
【００６２】
加熱部１０２は、外筒体１４１と、導入部１４４と、排出部１４５とを有する。
【００６３】
外筒体１４１は、本体部１０１の側壁１０１ａと離間し、側壁１０１ａを本体部１０１の外側から覆っている。外筒体１４１は、側壁１０１ａの全部を覆っていてもよく、一部を覆っていてもよい。外筒体１４１と側壁１０１ａとの間の空間は、前述の炭化炉３０２から排出された排ガスＥ１が導入されて流動する空間Ｓ２である。
【００６４】
加熱部１０２の下部には、導入部１４４が設けられている。導入部１４４は、空間Ｓ２に高温の排ガスＥ１を導入する。加熱部１０２は、空間Ｓ２に導入された高温の排ガスＥ１によって、側壁１０１ａを介して内部空間Ｓ１を加熱する。
【００６５】
加熱部１０２の上部には、排出部１４５が設けられている。排出部１４５は、空間Ｓ２の排ガスＥ１を排出する。
【００６６】
排ガスＥ１の熱は、本体部１０１を加熱することで奪われる。そのため、空間Ｓ２の内部の排ガスＥ１は、導入部１４４から導入された直後が最も高温である。導入部１４４を加熱部１０２の下部、排出部１４５を加熱部１０２の上部に設けると、炭化炉から供給される高温の排ガスＥ１が、本体部１０１の下部をまず加熱することになる。
【００６７】
本体部１０１の内部空間Ｓ１の下方は、炭化物Ｃ２と水蒸気とが反応することから、内部空間Ｓ１では上方よりも下方で熱を必要としている。そのため、高温の排ガスＥ１を加熱部１０２の下部から導入することにより、効果的に内部空間Ｓ１を加熱し、炭化物Ｃ２と水蒸気との反応を促進することができる。
【００６８】
［回転体、ターンテーブル］
図２に示すように、回転体１０３は、長尺の筒状部材である。図３では、回転体１０３は、下方から上方に向けて直径が漸減する錘状となっているが、形状はこれに限らず、筒状であってもよい。回転体１０３は、内部空間Ｓ１の下部において、側壁１０１ａと離間し、内部空間Ｓ１の中心側に収容されている。
【００６９】
ターンテーブル１０４は、円盤状の部材である。ターンテーブル１０４は、上面において回転体１０３を支持する。ターンテーブル１０４の下方には、ターンテーブル１０４の下方中心から回転体１０３の長尺方向に延在する回転軸１０４ａが設けられている。
【００７０】
回転体１０３及びターンテーブル１０４は、回転軸１０４ａを中心として回転可能に設けられている。
【００７１】
回転体１０３は、回転軸１０４ａを中心として回転することで、内部空間Ｓ１の炭化物Ｃ２を撹拌する。これにより、回転体１０３は、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との反応を促進する。
【００７２】
ターンテーブル１０４は、回転軸１０４ａを中心として回転することで、内部空間Ｓ１で生じた改質炭Ｃ３を、内部空間Ｓ１から改質炭排出部１２３に供給し、改質炭Ｃ３の排出を補助する。
【００７３】
回転軸１０４ａの内側は流路１２１が形成されている。この流路１２１は、回転体１０３の内部空間Ｓ１と連通している。
【００７４】
回転体１０３は、複数の羽根１６０と、複数の孔１６１と、を有する。
【００７５】
流路１２１は、回転体１０３の内部に過熱蒸気Ｖ２および酸素を導入可能に設けられている。酸素は、酸素を含む混合ガスの形で導入することが好ましい。混合ガスとしては、酸素を含んでいれば種々のガスを用いることができるが、工業的には空気（大気）を用いるとよい。空気中の酸素濃度は約２０％であることから、混合ガスとして空気を用いると、酸素の導入量を制御しやすい。
また、混合ガスは、空気に酸素を追加混合し、酸素濃度を高めたガスであってもよい。
【００７６】
流路１２１は、過熱蒸気Ｖ２と酸素との混合気体を導入してもよい。
【００７７】
改質炉１００においては、流路１２１、流路１２１と連通する筒状の回転体１０３、回転体１０３に設けられた複数の孔１６１を介して、内部空間Ｓ１に過熱蒸気Ｖ２及び酸素を導入する。すなわち、本実施形態の流路１２１、回転体１０３及び孔１６１は、一体として特許請求の範囲における蒸気導入部および酸素導入部に相当する。流路１２１、回転体１０３及び孔１６１は、蒸気導入部と酸素導入部とを兼ねている。本実施形態の改質炉１００は、複数の孔１６１に対応する複数の蒸気導入部、及び複数の酸素導入部を有する。
【００７８】
流路１２１が過熱蒸気Ｖ２および酸素との混合気体を導入することにより、過熱蒸気Ｖ２および酸素とが別々に導入される場合と比べて、炭化物Ｃ２の改質効率が向上する。また、改質炉１００の構成が簡素化される。
【００７９】
なお、本実施形態の改質炉１００においては、流路１２１から過熱蒸気Ｖ２および酸素を導入することとしたが、これに限定されない。例えば、改質炉１００は、過熱蒸気Ｖ２を導入可能に設けられた蒸気導入部と、酸素を導入可能に設けられた酸素導入部とを別の構成として有してもよい。この場合、蒸気導入部は、本体部１０１に設けられていれば、位置は特定されない。また、酸素導入部は、本体部１０１の下部に設けられていることが好ましい。
【００８０】
流路１２１における酸素の導入量は、排出部１２２の近傍、及び回転体１０３と本体部１０１との間の空間の酸素濃度が水素ガスの爆発下限界未満となるように調整される。具体的には、酸素の導入量は、排出部１２２の近傍、及び回転体１０３と本体部１０１との間の空間の酸素濃度が５％未満となるように調整される。
【００８１】
複数の羽根１６０は、回転体１０３の外周面に設けられている。バッフル１２６が設けられた内部空間Ｓ１において、複数の羽根１６０を有する回転体１０３が回転することによって、内部空間Ｓ１の炭化物Ｃ２を効率的に撹拌することができる。複数の羽根１６０の配列方法は、特に制限されないが、回転軸１０４ａと同軸の仮装軸を中心とするらせん状であることが好ましい。
【００８２】
複数の孔１６１は、回転体１０３の外周面に設けられている。流路１２１が回転体１０３の内部に導入した過熱蒸気Ｖ２および酸素は、複数の孔１６１を介して、回転体１０３の内部から本体部１０１の内部空間Ｓ１へ導入される。
【００８３】
孔１６１の開口径は、例えば５ｍｍ〜２５ｍｍである。孔１６１の開口径は、投入する炭化物Ｃ２の大きさに対して大きくてもよく、小さくてもよい。内部空間Ｓ１が負圧であることから、炭化物Ｃ２が孔１６１の開口径に対して小さいとしても、炭化物Ｃ２及び生じる改質炭が、孔１６１から回転体１０３の内部に零れ落ちる不具合を抑制できる。
【００８４】
図３は、改質炉１００の下方の一部拡大図である。図３では、バッフル１２６の図示を省略している。図３に示すように、本実施形態の改質炉１００は、本体部１０１の側壁１０１ａに複数の貫通孔１０１ｘを有する。複数の貫通孔１０１ｘは、図３に示すように、本体部１０１の軸方向（本体部１０１の高さ方向）に複数設けられていてもよい。また、複数の貫通孔１０１ｘは、本体部１０１の周方向に複数設けられているとよい。すなわち、複数の貫通孔１０１ｘは、本体部１０１の軸方向と周方向との両方に複数設けられているとよい。
【００８５】
貫通孔１０１ｘは、空間Ｓ２を流動する排ガスＥ１（高温気体）を内部空間Ｓ１に導入する。複数の貫通孔１０１ｘは、それぞれが本発明における二酸化炭素導入部に該当する。本実施形態の改質炉１００は、複数の貫通孔１０１ｘ、すなわち複数の二酸化炭素導入部を有する。
【００８６】
貫通孔１０１ｘは、例えば回転体１０３に対向して、本体部１０１の周方向に４〜１６個設けられている。
【００８７】
貫通孔１０１ｘの開口径は、投入する炭化物Ｃ２の大きさに対して大きくてもよく、小さくてもよい。内部空間Ｓ１が負圧であることから、炭化物Ｃ２が貫通孔１０１ｘの開口径に対して小さいとしても、炭化物Ｃ２及び生じる改質炭が、孔１６１から回転体１０３の内部に零れ落ちる不具合を抑制できる。貫通孔１０１ｘの開口径は、例えば５ｍｍ〜２５ｍｍである。
【００８８】
貫通孔１０１ｘは、内部空間Ｓ１と空間Ｓ２とを連通する。本実施形態の改質炉１００においては、貫通孔１０１ｘは、投入口１２４ａよりも高さ方向下方に設けられている。さらに詳しくは、複数の貫通孔１０１ｘのうち少なくとも一つは、内部空間Ｓ１に収容されている回転体１０３の最上部１０３ａよりも下方に設けられている。また、改質炉１００の運転時には、貫通孔１０１ｘは、内部空間Ｓ１に堆積した炭化物の最上部よりも下方に設けられている。
【００８９】
なお、本実施形態の改質炉１００においては、貫通孔１０１ｘが複数設けられていることとしたが、貫通孔１０１ｘは１つであっても後述する発明の効果を奏することができる。貫通孔１０１ｘが複数設けられていると、内部空間Ｓ１に対して複数個所から同時に排ガスＥ１を導入することができる。貫通孔１０１ｘが1つの場合、貫通孔１０１ｘは回転体１０３の最上部１０３ａよりも下方に設けるとよい。
【００９０】
［動作］
本実施形態のガス化システム３００及び改質炉１００は、以下のように動作する。以下、図１から３を参照して説明する。
【００９１】
まず、炭化炉３０２は、バイオマス原料Ｃ１を炭化させて炭化物Ｃ２と排ガスＥ１とを生成する。
【００９２】
改質炉１００の導入部１４４は、加熱部１０２の空間Ｓ２に、炭化炉３０２から排出される排ガスＥ１を導入する。加熱部１０２は、排ガスＥ１によって空間Ｓ２に隣接する本体部１０１を加熱し、本体部１０１の内部空間Ｓ１を加熱する。
【００９３】
流路１２１は、過熱蒸気Ｖ２および酸素を回転体１０３の内部に導入する。回転体１０３の内部の過熱蒸気Ｖ２および酸素は、複数の孔１６１を介して、回転体１０３の内部から本体部１０１の内部空間Ｓ１へと移動する。投入部１２４は、加熱された内部空間Ｓ１に炭化物Ｃ２を投入する。
【００９４】
内部空間Ｓ１に投入された炭化物Ｃ２は、内部空間Ｓ１の熱および過熱蒸気Ｖ２の熱によって加熱され、過熱蒸気Ｖ２と反応する。この反応により、水性ガスＧ１および副生物である改質炭Ｃ３が生成する。
【００９５】
排出部１２２は、生成した水性ガスＧ１を改質炉１００の外部に排出する。一方、改質炭排出部１２３は、生成した改質炭を改質炉１００の外部に排出する。
【００９６】
排出部１４５は、空間Ｓ２に導入され、内部空間Ｓ１を加熱することにより熱交換された排ガスＥ１を、改質炉１００の外部に排出する。
【００９７】
一般に、改質炉の内部空間の温度は、８００℃以上に保持されることが好ましい。空間Ｓ２に導入される排ガスにより、本体部１０１の内部空間Ｓ１の温度は８００℃以上に保持されることが可能となる。さらに、発明者らの検討により、改質炉１００の内部空間Ｓ１の温度、すなわち改質炉内の反応温度が高いほど、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との反応が生じやすいことが分かった。そのため、改質炉１００の内部空間Ｓ１は、９００℃〜１２００℃に保持されることがより好ましく、９５０℃〜１１５０℃に保持されることがより好ましい。
【００９８】
しかし、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）は吸熱反応であるため、改質炉の内部空間の温度が一時的に６００℃前半まで低下することがある。この場合、排ガスを用いて内部空間Ｓ１を昇温させる時間が長くなり、生産効率が低下してしまう。
【００９９】
対して、本実施形態の改質炉１００では、図３に示すように、本体部１０１に貫通孔１０１ｘが設けられている。これにより、空間Ｓ２を流動する排ガスＥ１（高温気体）は、貫通孔１０１ｘから、負圧に制御されている内部空間Ｓ１に引き込まれる。
【０１００】
排ガスＥ１は、１０００℃を超える高温の気体である。排ガスＥ１の温度の上限値は、炭化炉３０２の運転条件によって適宜調整することが可能である。例えば、排ガスＥ１の上限値は、１４００℃以下である。排ガスＥ１の温度は、１０００℃を超え１２００℃以下としてもよい。
【０１０１】
内部空間Ｓ１は、引き込まれた排ガスＥ１により直接加熱される。加熱部１０２の輻射熱により内部空間Ｓ１を加熱する場合、内部空間Ｓ１の外側（側壁１０１ａ側）から内部空間Ｓ１の内側に向けて、温度が低下する温度分布が生じやすいと考えられる。これに対し、内部空間Ｓ１に引き込まれた排ガスＥ１は、内部空間Ｓ１を偏りなく加熱すると考えられるため、内部空間Ｓ１の内側と外側とで温度差を生じにくい。これにより、改質炉１００では、効率よく内部空間Ｓ１を加熱することができる。
【０１０２】
上記観点からは、高温気体は、排ガスＥ１のように１０００℃を超えるほどの高温でなくてもよい。改質炉の内部空間の温度は、８００℃以上に保持されることが好ましいことから、内部空間Ｓ１に導入する高温気体の温度は、８００℃以上であってもよく、９００℃以上であってもよい。高温気体の温度は、内部空間Ｓ１の目標温度と同等であることが好ましく、９００℃〜１２００℃がより好ましく、９５０℃〜１１５０℃がさらに好ましい。
【０１０３】
また、排ガスＥ１は、二酸化炭素（ＣＯ２）を多く含む。内部空間Ｓ１に二酸化炭素を導入すると、ブードア反応（Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ）により一酸化炭素が生じる。一酸化炭素は、可燃性の気体であり水素よりも体積当たりの熱量が高い。そのため、内部空間Ｓ１に排ガスＥ１を導入すると、生じる水性ガスＧ１中の一酸化炭素の比率が上昇し、水性ガス全体の熱量を向上させることができる。
【０１０４】
本実施形態の改質炉１００においては、本体部１０１に複数の貫通孔１０１ｘが設けられており、複数の貫通孔１０１ｘから同時に内部空間Ｓ１に排ガスＥ１を導入する。そのため、内部空間Ｓ１において、上述したブードア反応を偏りなく効率的に生じさせることができる。
【０１０５】
なお、改質炉１００は、本体部１０１において貫通孔１０１ｘを複数有することとしているが、これに限らない。本体部１０１が有する貫通孔１０１ｘが１つであるとしても、改質炉１００は本発明の効果を奏する。
【０１０６】
さらに、図３に示すように、本実施形態の改質炉１００においては、内部空間Ｓ１の下部に収容された回転体１０３は、内部空間Ｓ１の容積を減少させる減容部材として機能している。
【０１０７】
改質炉１００において、加熱部１０２の輻射熱は、内部空間Ｓ１の外側（側壁１０１ａ側）を加熱しやすく、内部空間Ｓ１の内側（中心側）を加熱しにくい。これに対し、改質炉１００においては、内部空間Ｓ１の中心側を回転体１０３が占め、内部空間Ｓ１の容積を減少させている。そのため、投入口１２４ａから投入された炭化物Ｃ２は、内部空間Ｓ１の下方であって、回転体１０３と本体部１０１との間の空間に蓄積する。これにより、内部空間Ｓ１に投入された炭化物Ｃ２は、加熱部１０２の近傍に位置し、加熱部１０２から得られる輻射熱で加熱されやすい。
【０１０８】
加えて、図３に示すように、炭化物Ｃ２が蓄積する回転体１０３と本体部１０１との間の空間は、炭化物Ｃ２が改質されて水性ガスＧ１を生じる反応の反応場となっている。貫通孔１０１ｘは、投入口１２４ａよりも下方、さらに回転体１０３の最上部１０３ａよりも下方に設けられているため、内部空間Ｓ１に引き込まれた排ガスＥ１は、炭化物Ｃ２と内部空間Ｓ１の下部とを直接加熱する。
【０１０９】
これらにより、改質炉１００においては、内部空間Ｓ１を昇温させる時間が短くなる。また、吸熱反応である水性ガスの反応による内部空間Ｓ１の温度低下を抑制することができる。これらにより、上記改質炉１００では、生産効率を向上させることができる。
【０１１０】
また、改質炉１００においては、次の効果も期待できる。
【０１１１】
改質炉１００においては、酸素存在下で炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２とを反応させることにより、生成した水性ガスＧ１に含まれる水素の一部又は炭化物Ｃ２を燃焼させる。水素の燃焼反応は発熱反応であるため、内部空間Ｓ１の温度低下を抑制できる。
【０１１２】
また、加熱部１０２の輻射熱のみで内部空間Ｓ１を加熱する場合、上述したように、内部空間Ｓ１の外側（側壁１０１ａ側）から内部空間Ｓ１の内側に向けて、温度が低下する温度分布が生じやすいと考えられる。これに対し、水素の燃焼により生じる熱は、内部空間Ｓ１を偏りなく加熱すると考えられるため、内部空間Ｓ１の内外で温度差を生じにくい。
【０１１３】
これらの結果、内部空間Ｓ１を昇温させる時間が短くなり、生産効率を向上させることができる。
【０１１４】
特に、投入部１２４の下方では、本体部１０１の内部空間Ｓ１の温度が低下しやすい。これは、内部空間Ｓ１における投入部１２４の下方で炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との反応が行われやすく、吸熱反応が起こりやすいためであると考えられる。また、内部空間Ｓ１に投入される炭化物Ｃ２の温度は内部空間Ｓ１の温度よりも低いためであると考えられる。
【０１１５】
本実施形態の改質炉１００において、投入部１２４の下方に、酸素を導入する流路１２１が設けられている。そのため、本実施形態の改質炉１００においては、内部空間Ｓ１における投入部１２４の下方で炭化物Ｃ２又は水素との燃焼反応を生じやすく、効果的に内部空間Ｓ１の温度低下を抑制できる。その結果、内部空間Ｓ１を昇温させる時間が短くなり、生産効率を向上させることができる。
【０１１６】
回転体１０３は、バッフル１２６が設けられた内部空間Ｓ１において、回転することにより炭化物Ｃ２を効率的に撹拌することができる。これにより、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との接触回数が増え、炭化物Ｃ２と水蒸気との反応が促進される。
【０１１７】
以上の構成を有するガス化システム３００によれば、従来よりも水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上させることができる。
【０１１８】
また、以上の構成を有する改質炉１００によれば、ガス化システム３００に適用されることにより、従来よりも水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上させることができる。
【０１１９】
なお、本実施形態の改質炉１００は、導入部１４４を加熱部１０２の下部、排出部１４５を加熱部１０２の上部に設けることとしたが、この位置関係は逆にしてもよい。すなわち、導入部１４４を加熱部１０２の上部、排出部１４５を加熱部１０２の下部に設けることとしてもよい。
【０１２０】
導入部１４４と排出部１４５とがこのような位置関係にあると、排ガスＥ１に含まれる灰分が加熱部１０２の外部に排出されやすく、灰分が加熱部１０２の下部に堆積しにくい。
【０１２１】
また、本実施形態の改質炉１００においては、貫通孔１０１ｘが回転体１０３の最上部１０３ａよりも下方に設けられていることとしたが、これに限らない。本体部１０１に貫通孔１０１ｘが設けられていると、高温の排ガスＥ１によって内部空間Ｓ１を直接加熱するという効果が得られるため、従来よりも水性ガスＧ１の生産効率を高めることができる。さらに、排ガスＥ１には空気よりも高濃度で二酸化炭素が含まれるため、ブードア反応により一酸化炭素が生じ、水性ガス全体の熱量を向上させることが期待できる。
【０１２２】
また、本実施形態の改質炉１００においては、二酸化炭素導入部として貫通孔１０１ｘを設けることとしたが、これに限らない。例えば、蒸気導入部が二酸化炭素導入部を兼ねており、蒸気導入部が内部空間Ｓ１に過熱蒸気Ｖ２と二酸化炭素との混合気体を導入する構成としてもよい。
【０１２３】
改質炉１００では、流路１２１、回転体１０３及び孔１６１が一体となって蒸気導入部として機能するが、流路１２１から、過熱蒸気Ｖ２の他、高温気体を導入してもよい。すなわち、流路１２１は、過熱蒸気Ｖ２、酸素（空気）、高温気体、の３つの混合気体を導入することとしてもよい。
【０１２４】
また、改質炉１００が、過熱蒸気Ｖ２を導入可能に設けられた蒸気導入部と、酸素を導入可能に設けられた酸素導入部とを別の構成として有する場合、蒸気導入部が二酸化炭素導入部を兼ねてもよく、酸素導入部が二酸化炭素導入部を兼ねてもよい。
【０１２５】
また、本実施形態の改質炉１００は、減容部材として上述した回転体１０３を有することとしたが、減容部材の構成は回転体１０３に限らない。回転体１０３は、内部空間Ｓ１において炭化物Ｃ２に接し、自身が動く（姿勢が変わる）ことで炭化物Ｃ２を撹拌する機能を有するため、同機能を有する構成であれば、種々の構成を採用可能である。
【０１２６】
また、本実施形態の改質炉１００は、減容部材である回転体１０３がターンテーブル１０４の上面で支持され、回転軸１０４ａを中心軸として回転可能であることとしたが、これに限らない。減容部材は、内部空間Ｓ１内において静止していてもよい。減容部材は、回転することなく内部空間Ｓ１で静止していたとしても、内部空間Ｓ１の容積を減少させる効果が得られ、炭化物Ｃ２の加熱が容易となる。
【０１２７】
このような改質炉では、回転体１０３により内部空間Ｓに投入された炭化物Ｃ２を撹拌しなくても、ターンテーブル１０４の回転によって内部空間Ｓ１で生じた改質炭Ｃ３を改質炭排出部１２３に供給し、排出することができる。
【０１２８】
なお、減容部材が内部空間Ｓ１の中心側で静止する構成の場合、減容部材はターンテーブル１０４から独立しているとよい。この場合、例えば減容部材は、側壁１０１ａから伸びる支持部材で支持されていてもよい。
【０１２９】
また、本実施形態の改質炉１００は、減容部材（回転体１０３）を有することとしたが、減容部材は無くてもよい。改質炉１００は、改質炉１００の内部空間に気体（蒸気、二酸化炭素）を導入する際、気体の吹込みの圧力により炭化物Ｃ２を撹拌する、いわゆる流動層の構成を採用してもよい。
【０１３０】
また、炭化物Ｃ２を効率的に過熱蒸気Ｖ２と接触させることができれば、減容部材（回転体１０３）を省略し、本体部１０１の内部に加熱部１０２を配置してもよい。すなわち、本体部１０１としている筒状部材に導入部１４４および排出部１４５を設けて加熱部とし、加熱部１０２としている外筒体１４１に流路１２１、投入部１２４、排出部１２２、改質炭排出部１２３および投入された炭化物Ｃ２を流動させる手段を設けて本体部としてもよい。その場合においても、加熱部に排ガスＥ１を導入し、本体部である外筒体１４１の空間Ｓ２に二酸化炭素を導入して、空間Ｓ２で炭化物Ｃ２の改質を行うことができる。
【０１３１】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の改質炉１０５の構成を示す模式図である。図４に示すように、改質炉１０５は、本体部１０１と、加熱部１０２と、回転体１０３と、供給部２００と、を備える。本体部１０１は、第１実施形態の改質炉１００と同様に貫通孔１０１ｘを有する。以下、本実施形態において既出の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３２】
（供給部）
供給部２００は、本体部１０１の内部空間Ｓ１に炭化物Ｃ２を供給する。供給部２００は、供給路２０１と、接触部２０２と、を有する。
【０１３３】
供給路２０１の一端は、投入部１２４に接続されている。供給路２０１の他端は、炭化物Ｃ２を貯蔵する貯蔵部２０３に接続されている。供給路２０１には、炭化物Ｃ２を内部空間Ｓ１に自動投入するためのスクリューコンベアやベルトコンベアが設けられていてもよい。
【０１３４】
供給路２０１の一部には、炭化物Ｃ２と水とを接触させる接触部２０２が設けられている。接触部２０２は、供給路２０１の内部に水を噴霧するスプレーノズル２０４を備える。スプレーノズル２０４は、改質炉１００の外部の用水Ｗに接続されている。なお、接触部２０２の構成は、炭化物Ｃ２と水とを接触させることができる限り、本実施形態の構成に限定されない。
【０１３５】
［動作］
以上、説明した本実施形態の改質炉１０５の動作について説明する。
【０１３６】
まず、改質炉１０５においても、第１実施形態の改質炉１００と同様に、本体部１０１に設けられた貫通孔（図３参照）を介して、空間Ｓ２から内部空間Ｓ１に排ガスＥ１を引き込む。これにより、内部空間Ｓ１は、排ガスＥ１により直接加熱され、改質炉１００においては、内部空間Ｓ１を昇温させる時間が短くなる。その結果、生産効率を向上させることができる。
【０１３７】
また、改質炉１０５においては、次の効果も期待できる。
【０１３８】
接触部２０２は、スプレーノズル２０４を用いて、貯蔵部２０３から供給路２０１に運搬された炭化物Ｃ２に水を接触させる。
【０１３９】
用いる炭化物Ｃ２には、多数の孔が形成されている。このような炭化物Ｃ２に水を接触させると、炭化物Ｃ２の多数の孔に水が入り込み、炭化物Ｃ２の内部に水を含有させることができる。改質炉１０５に原料として水を含有させた炭化物Ｃ２を用いると、本体部１０１の内部空間Ｓ１で炭化物Ｃ２と、内部の水とが加熱され、過熱蒸気Ｖ２が発生し、炭化物Ｃ２の内部から過熱蒸気Ｖ２と反応する。
【０１４０】
これにより、炭化物Ｃ２に水を含有させない場合と比べて、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との接触面積が増大する。そのため、本実施形態の改質炉１０５では、反応の進行が速くなる。また、炭化物Ｃ２に水を含有させない場合と比べて、流路１２１における過熱蒸気Ｖ２の導入量が抑えられる。さらに、炭化物Ｃ２と過熱蒸気Ｖ２との接触面積が増大した結果、得られる改質炭の表面積が広くなり、高品質なものとなる。
【０１４１】
投入部１２４が本体部１０１の内部空間Ｓ１に炭化物Ｃ２を投入する以降の動作は第１実施形態と同様である。
【０１４２】
以上の構成を有する改質炉１０５によれば、ガス化システム３００に適用されることにより、従来よりも水性ガスの生産効率を高めることができる。
【０１４３】
なお、第２実施形態の改質炉１０５においては、流路１２１は、過熱蒸気Ｖ２のみ導入し、酸素は導入しなくてもよい。また、改質炉１０５は、流路１２１の代わりに過熱蒸気Ｖ２を導入可能に設けられた蒸気導入部と、酸素を導入可能に設けられた酸素導入部とを有してもよい。これにより、第２実施形態の改質炉１０５は、さらに生産効率を向上させることができる。
【０１４４】
以上の構成によれば、本実施形態のガス化システムは、水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上させることができる。
【０１４５】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のガス化システム４００を示すブロック図である。以下の説明では、必要に応じて適宜図１のブロック図で示した符号を用い、図１で示したガス化システム３００との構成の違いについて説明する。
【０１４６】
ガス化システム４００は、精製装置３１５と、熱交換器３２０とを有する。
【０１４７】
精製装置３１５は、配管を介してガスタンク３０９に接続されている。精製装置３１５は、ガスタンク３０９から水性ガスＧ４の供給を受け、水性ガスＧ４から、水素（Ｈ２）を分離し、水素とオフガスＧ５とを精製する。精製した水素は、例えば、燃料電池自動車や半導体製造等に用いられる。
【０１４８】
精製装置３１５としては、代表的には圧力変動吸着（Pressure Swing Adsorption、PSA）法によるガス分離技術を採用した公知の水素精製装置を採用することができる。精製装置３１５では、水性ガスＧ４中の一酸化炭素と過熱蒸気（Ｈ２０）との反応により水素濃度を高め、水素を分離精製する。
【０１４９】
オフガスＧ５は、水性ガスＧ４から水素を精製した残部である。上述のように水性ガスＧ４は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンを含んでいる。そのため、水性ガスＧ４から水素を分離精製した残部であるオフガスＧ５は、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン及び分離しきれなかった少量の水素を含む。オフガスＧ５は、水性ガスＧ４とオフガスＧ５とを比べると、相対的に水性ガスＧ４よりも二酸化炭素濃度が高いと言え、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む。
【０１５０】
熱交換器３２０は、オフガスＧ５が流動する配管の経路内に設けられている。熱交換器３２０は、オフガスＧ５を排ガスＥ１と同等の温度にまで加熱する。熱交換器３２０で加熱されたオフガスＧ５は、本発明における高温気体に該当する。
【０１５１】
加熱されたオフガスＧ５は、配管を介して改質炉１０６に供給される。
【０１５２】
図６は、ガス化システム４００が備える改質炉１０６の構成を示す模式図である。改質炉１０６では、本体部１０１が有する貫通孔１０２ｘに配管３２１が接続されている。
【０１５３】
配管３２１の経路内には熱交換器３２０が接続されている。さらに、配管３２１の一部及び熱交換器３２０は、導入部１４４を構成する配管の内部に設けられている。そのため、導入部１４４では、熱交換器３２０が設けられた箇所において二重管構造となっている。
【０１５４】
熱交換器３２０は、高温の排ガスＥ１を熱源とする。熱交換器３２０では、導入部１４４の内部を流動する排ガスＥ１と、熱交換器３２０の内部を流動するオフガスＧ５との間で熱交換され、排ガスＥ１と同等の温度にまで加熱される。熱交換器３２０で加熱されたオフガスＧ５は、本発明における高温気体に該当する。
【０１５５】
熱交換器３２０が接続された貫通孔１０２ｘは、熱交換器３２０においてオフガスＧ５を加熱して生じた高温気体を、本体部１０１の内部空間に導入する。貫通孔１０２ｘは、本発明における二酸化炭素導入部に該当する。
【０１５６】
内部空間Ｓ１は、引き込まれたオフガスＧ５により直接加熱される。また、オフガスＧ５の温度に依存するが、加熱したオフガスＧ５を内部空間Ｓ１に供給する場合、少なくとも常温のオフガスＧ５を内部空間Ｓ１に供給する場合と比べ、内部空間Ｓ１において内部空間Ｓ１の内側と外側とで温度差を生じにくい。これにより、改質炉１００では、効率よく内部空間Ｓ１を加熱することができる。
【０１５７】
また、オフガスＧ５は、二酸化炭素（ＣＯ２）を多く含む。そのため、内部空間Ｓ１にオフガスＧ５を導入すると、ブードア反応により一酸化炭素が生じ、水性ガス全体の熱量を向上させることができる。
【０１５８】
以上の構成を有するガス化システム４００であっても、従来よりも水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上させることができる。
【０１５９】
なお、本実施形態においては、オフガスＧ５を精製する精製装置３１５がガスタンク３０９に接続され、ガスタンク３０９から水性ガスＧ４が供給されることとしたが、これに限らない。
【０１６０】
精製装置３１５は、水性ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ３のいずれを原料としてオフガスＧ５を精製してもよい。その場合、水性ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ３に含まれる微粉炭や塵を除去する集塵機を精製装置３１５の上流側に備え、精製装置３１５に微粉炭や塵が供給されないようにしておくと良い。
【０１６１】
同様に、水性ガスＧ１又はＧ２を冷却する冷却装置を精製装置３１５の上流側に備え、精製装置３１５に供給される水性ガスの温度を適切に下げておくと良い。
【０１６２】
［第４実施形態］
図７は、第４実施形態のガス化システム５００を示すブロック図である。ガス化システム５００は、集塵機３３０と、熱交換器３２０とを有する。
【０１６３】
集塵機３３０は、排ガスＥ５に含まれる微粉炭や塵等の固形分を集塵し、除去する。集塵機３３０の具体的な構造については特に限定されず、バグフィルタ等、公知の集塵機を用いることができる。排ガスＥ５は、微粉炭や塵が除去された排ガスＥ６となる。
【０１６４】
排ガスＥ６の一部は、煙突（図示なし）などから排出される。また、排ガスＥ６の一部は、熱交換器３２０を介して改質炉１０６に供給される。
【０１６５】
熱交換器３２０では、排ガスＥ１と、熱交換器３２０の内部を流動する排ガスＥ６との間で熱交換され、排ガスＥ１と同等の温度にまで加熱される。熱交換器３２０で加熱された排ガスＥ６は、本発明における高温気体に該当する。
【０１６６】
熱交換器３２０が接続された貫通孔１０２ｘは、熱交換器３２０において排ガスＥ６を加熱して生じた高温気体を、本体部１０１の内部空間に導入する。
【０１６７】
ガス化システム５００が備える改質炉１０６において、本体部１０１は、高温気体として配管３２１が接続された貫通孔１０２ｘから排ガスＥ６を導入し、図３に示す貫通孔１０１ｘを有さないことが好ましい（図６参照）。このような構成の改質炉１０６では、高温気体として集塵後の排ガスＥ６を用いるため、改質炉１０６において生じる水性ガスＧ１に、排ガスＥ１に含まれる焼却灰が混入し難い。そのため、ガス化システム５００では、水性ガスＧ１から塵等を除去する第一サイクロン３０３や、下流側に配置されたバグフィルタ３０８に負担をかけにくく、安定的に連続運転しやすくなる。
【０１６８】
以上の構成を有するガス化システム５００であっても、従来よりも水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上させることができる。
【０１６９】
なお、ガス化システム５００においては、オフガスＧ５を加熱した高温気体と、排ガスＥ６を加熱した高温気体との両方を改質炉に供給する構成としてもよい。
【０１７０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１７１】
１００，１０５…改質炉、１０１…本体部、１０１ａ…側壁、１０１ｘ…貫通孔（二酸化炭素導入部）、１０２…加熱部、１０３…回転体（減容部材）、１０３ａ…最上部、１２０…酸素導入部、１２２，１４５…排出部、１２３…改質炭排出部、１２４…投入部、１２４ａ…投入口、１４１…外筒体、１４４…導入部、１６１…孔、２００…供給部、２０１…供給路、２０２…接触部、３００，４００，５００…ガス化システム、３０２…炭化炉、３２０…熱交換器、Ａ０，Ａ１…空気、Ｃ２…炭化物、Ｃ３…改質炭、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６…排ガス、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…水性ガス、Ｇ５…オフガス、Ｓ１…内部空間、Ｓ２…空間、Ｖ２…過熱蒸気、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…水
【要約】
【課題】水性ガスの生産効率を高め、さらに得られる水性ガスの熱量を向上可能なガス化システムを提供する。また、ガス化システムに用いられる改質炉を提供する。
【解決手段】バイオマスを炭化させ、炭化物を得る炭化炉と、炭化物と過熱蒸気とを反応させて水性ガスを得る改質炉と、を備え、改質炉は、上下方向に延在する筒状の本体部と、自身の内部に高温の気体を導入し本体部の内部空間を加熱する加熱部と、を備え、内部空間は、負圧に制御され、本体部は、内部空間に炭化物を投入する投入部と、内部空間に過熱蒸気を導入する蒸気導入部と、内部空間に、空気よりも高濃度で二酸化炭素を含む高温気体を導入する二酸化炭素導入部を有するガス化システム。
【選択図】図１【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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