(57)【要約】【課題】幅広い粒度分布の粒子が混在する低動力破砕で得られたバイオマス原料でも、効率よくガス化（部分酸化）可能な木質系または農業系バイオマスのガス化方法を提供する。【解決手段】木質系または農業系バイオマスのガス化方法において、破砕した木質系または農業系バイオマス原料を篩い分けし、篩上を一つの噴流床ガス化炉でガス化して可燃性ガスとチャーを生成し、篩下を別の噴流床ガス化炉で前記一つの噴流床ガス化よりも低い温度でガス化して可燃性ガスとチャーを生成することを特徴とする。【選択図】図１
2009235189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕した木質系または農業系バイオマス原料を篩い分けし、篩上を一つの噴流床ガス化炉でガス化して可燃性ガスとチャーを生成し、篩下を別の噴流床ガス化炉で前記一つの噴流床ガス化よりも低い温度でガス化して可燃性ガスとチャーを生成することを特徴とする木質系または農業系バイオマスのガス化方法。
【請求項２】
前記篩上のガス化温度を１０５０℃〜１５００℃とし、かつ前記篩下のガス化温度を１０００℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法。
【請求項３】
前記篩上をガス化して生成したチャーを、前記篩下と共に前記別のガス化炉でガス化することを特徴とする請求項１または２記載の木質系または農業系バイオマスガス化方法。
【請求項４】
前記篩い分けの際に使用する篩の目ひらきサイズの短径を、１ｍｍから３ｍｍの間とすることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法。
【請求項５】
前記篩い分け、前記一つの噴流床ガス化炉によるガス化、および前記別の噴流床ガス化炉によるガス化を、一連のプロセスとして連続して行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系または農業系バイオマスを効率よく原燃料ガス等の可燃性ガスに転換するための、木質系または農業系バイオマスのガス化方法に関するものである。特には、噴流床ガス化炉を使用する木質系または農業系バイオマスのガス化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明では、噴流床ガス化という技術を使用している。この技術は、石炭を微粉砕し、気流搬送した上で酸化剤（酸素や空気、水蒸気が主）と共に、噴流床ガス化炉内で急速に高温反応（部分酸化）させて、一酸化炭素と水素を中心とした可燃性ガスを製造する技術から始まり、近年、バイオマスに応用されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、重質油、プラスチックなどの有機物を噴流床ガス化炉でガス化して発生したガスからメタノールを合成する新規ガス化方法が、また特許文献２には、ガス化と熱分解を組み合わせてバイオマスをガス化し、熱分解で生成したチャーをガス化炉でバイオマスと一緒にガス化することで高効率（潜熱への高転換率）を得る方法が提案されている。
【０００４】
さて、木質系または農業系バイオマスを噴流床ガス化炉で使用するためには、気流搬送可能な粒径（およそ１０ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下）まで原料を破砕する。例えばハンマーミル、カッターミル、グラインドミル等を使用し、生じた木質系または農業系バイオマス破砕物で噴流床ガス化（部分酸化）を実行する場合、起こる反応は次の通り。
【０００５】
まず揮発分を放出する熱分解反応（下記(i)）が生じ、次に酸素による生成ガス燃焼（下記(ii)）の後、二次反応（主に下記(iii)から(v)）がおこる。このとき、１１００℃以下の温度範囲では(iii)(iv)の反応が遅いため、全体の反応時間がこの二つ、特に(iii)に支配される（律速）。ガス化（部分酸化）の一つの指標である炭素のガスへの転換率で言うと、９５％程度を達成する為には数秒（２〜４秒）の滞留時間が必要であり、この滞留時間で炉容（ガス化炉容積）の基本的な前提条件が決まる。(iii)(iv)では固体のＣにＣＯ2やＨ2Ｏガスが接触して反応が進行することから、粒子表面から中心に向かって反応が進むため、表面積が大きいほど単位時間の反応量が多くなる。従って総量が同じ場合、原料平均粒径が小さい方が短時間で反応が終了する（狙った炭素転換率に達する）。
【０００６】
(i)  原料＋熱→Ｃ（固体）＋タール＋生成ガス  ＜熱分解＞
(ii) 生成ガス＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ  ＜燃焼＞
(iii)Ｃ（固体）＋ＣＯ2→２ＣＯ  ＜ソリューションロス＞
(iv) Ｃ（固体）＋Ｈ2Ｏ（ガス）→ＣＯ＋Ｈ2  ＜水性ガス化＞
(v)  タール＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2  ＜水蒸気改質＞
このとき、平均粒径を小さくするためにはどのような方式の破砕にせよ小さいほど破砕動力が大きくなり、特に木材や稲藁に例を見る、繊維構造を持つバイオマス原料では、繊維方向と繊維と垂直方向で強度差、靱性差があることから細長い粒子になりやすく、篩の通過を想定した場合にはさらに余分の動力や破砕時間が必要となる（石炭と比較した場合）。
【０００７】
また、いずれの破砕方式であっても、破砕された粒子はある範囲の粒度分布を生じ、特に木材等の木質系バイオマスでは幅広な粒度分布が生じる。破砕物中には反応時間を決める（律速する）大きい粒子（数ｍｍ以上）があると同時に充分小さい粒子（例えば１００μｍ未満）もできているのであるが、噴流床ガス化炉の設計上は、大きい粒子の反応時間に合わせた設計を実施せざるを得ない。
【０００８】
現時点では木質系または農業系バイオマスのような繊維構造を持つバイオマス原料に対し、低動力で一定の微粉に粉砕可能な方法は存在せず、収集量の少なさ（賦存密度の低さ）や、発熱量の低さ（水分が高い、酸素が多い）と相まって経済性の点で厳しいのが現状である。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２９６９７５号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
背景技術の説明で示したように、ハンマータイプのミル、カッタータイプのミル、グラインドタイプのミル等により石炭並みに破砕を実施すると（バイオマスとしては低動力破砕）、破砕物中には大きい粒子から小さい粒子まで混在してしまうことから、ガス化操業としては一般的には未燃物発生を防ぐ意味で大きい粒子の反応を充分に進めることを優先させ、小さい粒子にとっては必要以上の反応時間、反応温度がかかる点（過剰なエネルギー投入）が課題である。
【００１１】
一方、全量気流搬送に適する小さい粒子を製造する破砕を想定した場合には、破砕時間を長くする必要があり、結果として多大な動力の投入が必要な点が主要な課題である。後者では、生木等原料によっては目的の破砕粒度に達しない場合もある。
【００１２】
本発明は、これら従来技術の課題点を解決し、幅広い粒度分布の粒子が混在する低動力破砕で得られたバイオマス原料でも、効率よくガス化（部分酸化）可能な木質系または農業系バイオマスのガス化方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、別の観点からは、木質系または農業系バイオマスのガス化で、プロセス上、経済性上大きな負担となる前処理系の破砕に関わる設備・プロセスを、簡略化することを目的とする、とも言い換えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、以上の課題を解決するに有効な方法であり、
（１）破砕した木質系または農業系バイオマス原料を篩い分けし、篩上を一つの噴流床ガス化炉でガス化して可燃性ガスとチャーを生成し、篩下を別の噴流床ガス化炉で前記一つの噴流床ガス化よりも低い温度でガス化して可燃性ガスとチャーを生成することを特徴とする、木質系または農業系バイオマスのガス化方法、
（２）前記篩上のガス化温度を１０５０℃〜１５００℃とし、かつ前記篩下のガス化温度を１０００℃以下とすることを特徴とする（１）記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法、
（３）前記篩上をガス化して生成したチャーを、前記篩下と共に前記別のガス化炉でガス化することを特徴とする（１）または（２）記載の木質系または農業系バイオマスガス化方法、
（４）前記篩い分けの際に使用する篩の目ひらきサイズの短径を、１ｍｍから３ｍｍの間とすることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法、
（５）前記篩い分け、前記一つの噴流床ガス化炉によるガス化、および前記別の噴流床ガス化炉によるガス化を、一連のプロセスとして連続して行なうことを特徴とする、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の木質系または農業系バイオマスのガス化方法、
からなる。
【００１５】
尚、バイオマスとは、具体的には、農業系バイオマス（麦わら、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系バイオマス（製紙廃棄物、製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系バイオマス（家畜廃棄物）、水産系バイオマス（水産加工残滓）、廃棄物系バイオマス（生ゴミ、ＲＤＦ：ゴミ固形化燃料;Refused Derived Fuel、庭木、建設廃材、下水汚泥）、等を指すが、本発明における木質系または農業系バイオマスとは、上記の中で、木質系バイオマス（林業系バイオマス及び廃棄物バイオマス中の庭木と建設廃材）または農業系バイオマスを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を適用することで、木質系または農業系バイオマス利用時に一般的、経済的（低動力）な破砕方式を採用しても、総合的に高効率なガス化（部分酸化）をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明では、一般的な破砕により低動力で経済的に破砕された原料に対し、粒度を大きいものと小さいものに分けて、各々必要な分のみのエネルギーでガス化させることで、総合的な効率向上を可能とする。主眼は、充分に小さな粒子は、反応進行の目安である炭素転換率で同等の値を達成するのに、大きい粒子ほど滞留時間を必要としないことから、充分に小さな粒子専用のガス化炉を大きい粒子用とは別に準備し、短滞留時間または低温ガス化を実施し、一炉で実施したときより高効率、具体的には、生成する可燃性ガスにおいて高いガス発熱量を得ることにある。
【００１８】
本発明（１）に関する説明として、具体的な実施形態を図１に示す。原料の木質系または農業系バイオマス１は、破砕機２に送られ、破砕された後、篩３で篩い分けられる。破砕機２としては、ハンマータイプのミル（打撃系）、カッタータイプのミル（剪断系）、グラインドタイプのミル（磨りつぶし系）等が代表的である。
【００１９】
石炭、鉱物や食物破砕等に使われる通常の破砕であれば特に破砕方式の制限はないが、木質系または農業系バイオマスに関しては、破砕が細かくなるほどに急激に必要動力が増大し、コスト負担が急増するため、低動力でメンテナンス性にも優れるハンマーミルが最も好ましい。高効率なガス化を狙う本発明の主旨から、低動力での破砕が可能な破砕機が望ましい。篩３は、ワイヤー類を網目状に編んだものやパンチングメタルなどを分級に使用した、例えば振動篩などが代表的であるが、ある篩の目開きで破砕物を分級できるものであれば特に制限しない。ここでいう目開きとは、ワイヤー類を網目状に編んだ篩の場合は、ワイヤーで区切られたいわゆる篩目のサイズであり、形状が正方形の場合はその一辺の長さを、長方形の場合はその短辺や長辺の長さを、ひし形の場合は対頂角の長さを指す。パンチングメタルの場合は、くりぬかれた孔の形状が円や楕円が代表的な形であり、円の場合は直径を、楕円の場合は長径又は短径を指す。
【００２０】
破砕後のバイオマスは、篩３で篩上４と篩下５に分別され、篩上４、即ち大きい粒子はガス化原料供給器（Ａ）６に送られた後、気流搬送（窒素や空気を搬送ガスとして使用）され、噴流床タイプのガス化炉（Ａ）７で酸化剤８（酸素、空気、水蒸気等）によりガス化（部分酸化、部分燃焼）が行われる。
【００２１】
ここでいう噴流床ガス化炉とは、微粉の固体燃料（ここではバイオマス）を窒素や空気による気流搬送で断熱された空間（ガス化炉）に供給し、酸素等の酸化剤で不完全燃焼させ、一酸化炭素と水素を中心としたガスに転換する部分燃焼炉を指す。粒子が微粒子で、粒子濃度が固定床や流動床より希薄（噴流床）であるため、ガス移動が律速にならず反応が早いこと、気流搬送による供給を行うことで、生産性（処理速度）が早く、また制御性がよいことを特徴とする。
【００２２】
一方篩下５、即ち小さい粒子はガス化原料供給器（Ｂ）９に送られ、噴流床タイプのガス化炉（Ｂ）１０で酸化剤８（酸素、空気、水蒸気等）によりガス化（部分酸化）される。
【００２３】
ガス化炉（Ａ）７から発生したガス化（部分酸化）ガスには、粒子が大きい故に残る加熱不十分な固形物（チャー１１とする：未燃分、熱分解不十分な炭化物、少量の炭化物、飛灰の混合物）が相当量含まれるため、サイクロンを代表とする除塵装置１２でガスとチャー１１に概略分離する。除塵装置１２で除塵されたガス１は、ガス化炉（Ｂ）１０から発生したガス化(部分酸化)ガスと混合し、ガス精製装置１３でクリーンアップされた後、精製ガス１４になる。ガス精製装置１３は、ガス冷却、高度除塵（主に飛灰サイズ）、除害（アンモニア、塩酸等の中和処理。必要に応じ脱硫処理）を行う設備の総称であり、場合によっては前段にボイラ等熱回収装置を備える。
【００２４】
精製ガス１４は、一酸化炭素、水素、少量のメタン等を中心とした、1000〜3000 kcal/Nm3程度の発熱量のガスであり、発電用ガス燃料、加熱炉用燃料、化学合成用原料、水素製造用原料等の幅広い複数の用途を持つ。
【００２５】
本発明により、単独の炉でのガス化より高効率になる理由は、ガス化炉のトータル放散熱が減ることが主因であり、結果として精製ガス１４のガス発熱量が増加することになる。これは、一炉で全量ガス化する場合には、どの粒度の粒子も同じ雰囲気ガス温度に曝されるため、小粒子が反応終了しても大粒子は反応中であり、大粒子の反応完了を目安としてガス化炉設計（ガス化炉容積）がなされることを原因とする。
【００２６】
通常、噴流床ガス化炉の反応時間の目安として、ガス化炉内のガス滞留時間で２秒前後を確保する設計とする。この計算には、ガス化反応で生成した一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水、少量の炭化水素（メタン他）に搬送ガス由来の窒素流量を加えたものを総ガス流量とし、ガス化温度、圧力で補正してその条件で二秒となる体積を算出し、ガス化炉体積とするものである。
【００２７】
例えば同重量の原料で篩上平均粒径を５ｍｍ、篩下平均粒径１ｍｍとし、形状が単純で均一な球状、真比重は全て同一と仮定すると、全原料の表面積は篩下が５倍となる。
【００２８】
固体表面反応だけ見ると、充分な反応ガスが周辺にある場合、反応量は表面積に比例するため、篩下ガス化に必要な時間は篩上に比べ短くて済み（篩上が２秒ならば篩下は単純計算で０．４秒で同量消費する）、例えば同じ反応量を達成するガス化炉容積はこの場合最大１／５倍の差が見込まれる。体積比１／５時の半径比は（１／５）の三乗根であり、またこのときガス化炉の表面積比は半径比の二乗であるため、体積比と表面積比の関係は１／５の（２／３）乗、即ち最大１／２．９倍の差となり、ガス化炉表面積に比例する放散熱の大幅な低減が可能である。
【００２９】
実際の反応では、反応ガス、生成ガスの移動速度や、ミクロ形状（細孔形状、量）、反応後の残渣（灰分）の影響、原料の均一分散性（反応ガスとの接触性や温度分布への影響）等が加味され、さらに二つの炉に分けることによる放散熱の増加（一つの炉での処理に比べ）が効果を相殺する部分があるため、上記の最大値よりは小さい値となる。
【００３０】
放散熱を低減することによる高効率化であることから、噴流床ガス化炉を使用する本発明では、系の加圧により炉のコンパクト化の方法も可能であり、本発明の効果に追加しての効率向上が期待できる。これは特に、加圧化が設備的に難しいキルンによるガス化方法、充填層、移動層での反応が主であり、加圧の効果がほとんど得られないシャフト炉や固定床炉によるガス化方法、ガスボリュームが多く、噴流床ガス化炉に比較して設備大型化が避けられない流動床炉によるガス化方法と比べ、優位となる。
【００３１】
本発明（２）に関する内容について説明する。小さい粒子の反応性を考えた場合、前述の方法は、短い滞留時間で大粒子と同じ反応性が期待できるとしたものだが、それとは別にガス化炉（Ａ）７、ガス化炉（Ｂ）１０とも同じ滞留時間（即ち同じ単位処理量あたりのガス化炉容積）でガス化炉（Ｂ）１０側のガス化温度を低減する方法がある。反応速度を下げてトータル反応時間（滞留時間）を合わせるのだが、このことにより、ガス化炉（Ｂ）１０での放散熱の低下、生成ガス顕熱が低くなることでの熱的なロスの低減が可能である。というのも、ガス生成装置１３でガス処理をする場合、水循環系の中和処理に必要な１００℃以下への冷却が必要であるが、水を利用したベンチュリースクラバ等で下げた場合には、下げた分の効率よい熱回収・利用は困難であり（お湯からの熱回収は非効率的）、それを避けるためにガス生成装置１３の前半にボイラ等の熱回収装置を付けたりする場合もある。この熱回収装置にも回収効率があり、その分のロスは避けられない。従って、プロセス内に高温反応部がある場合には、反応制約上許す限り高温反応部の温度を低くすることが重要となる。
【００３２】
本発明の木質系または農業系バイオマスのガス化方法におけるガス化温度は、大きい粒子のガス化炉（Ａ）７においては、全てを一炉でガス化する従来技術を用いた場合と同様に、１０５０℃〜１５００℃の範囲でガス化を実施する。この温度（ガス化温度）は、ガス化炉内に差し込まれた保護管付きの熱電対で測定し、通常はスラグの影響が少なく、ガス化反応がほぼ完了して温度が落ち着いたガス出口近くの炉肩口に設置される。反応温度的には１０５０℃〜１３００℃で大粒子でも２秒程度でガス化反応は進むが、その中でも、原料中灰分を、灰として系外に排出する場合には１０５０℃〜１２００℃の低温側で、灰分を溶融させてスラグとして系外に排出する場合には、１２００℃〜１５００℃の高温側を目安として操業する（灰の溶流点以上。一般的には溶流点は１１００〜１２００℃であり、良好な流動性を保つため、溶流点より１００℃から３００℃上の温度で操業する）。
【００３３】
このとき、低温ほど放散熱が低くなる替わりに、ガス化（部分酸化）の一つの指標である炭素のガスへの転換率が低くなる傾向があり、また高温ほど炭素のガスへの転換率が高くなる替わりに、放散熱が大きくなって熱効率が下がるため、転換率を可能な限り９５％以上に維持しつつ可能な限り低温操業を行う前提で、好ましくは１１００℃〜１３００℃でのガス化炉操業がよい。
【００３４】
なお、原料灰分中の成分（シリカ、アルミナ、カルシア等）構成により溶流点には差が生じるため、灰で排出するか、スラグで排出するかを問題とする場合には、使用原料変更毎の溶流点測定・推定を実施して、それに合わせてガス化炉温を変動させることが望ましい。
【００３５】
また、ガス化炉底からの排出物を冷却・水砕する水冷ポットと水冷ポット沈降物（灰やスラグ）の掻き出し装置を具備し、更にまたガスに同伴する飛散灰の回収が除塵装置１２やガス生成装置１３で可能であれば、特に灰、スラグの形態と回収場所にこだわらず実施可能であるため、ガス化炉温度への厳密性が低下する等、スラグ排出温度の制限を受けにくいプロセスとして、汎用性が高くなる。
【００３６】
一方小さい粒子のガス化炉（Ｂ）１０では、ガス化温度は、上記大きい粒子のガス化温度よりも低温とすることで、全てを一炉でガス化する従来技術を用いた場合よりも効率良くガス化することができる。更に、小さい粒子のガス化では、１０００℃以下の低温で高温ガス化相当の反応時間で実施することが可能で、例えば同一バイオマスを原料とした場合には、ガス化炉（Ａ）７が１１００℃、ガス化炉（Ｂ）１０が９５０℃でほぼ同一の反応性となる。低温ほど放散熱は低くなりガス化の効率は良くなるが、８５０℃を下回ると未反応物が急増するため、小さい粒子のガス化炉（Ｂ）１０でのガス化温度は、８５０℃〜１０００℃が好ましい。なお、当然ではあるが１０００℃を超えるガス化温度でもガス化反応性には問題ないが、炭素転換率の向上効果も小さく（もともと９５％程度もあるため、高温側で反応性が増しても向上代が小さい）、無駄に熱を加えることになるため、１０００℃以下が好ましい。
【００３７】
本発明（３）に関する内容について説明する。ガス化炉（Ａ）７で生成し、除塵装置１２で分離されたチャー１１は、ガス化炉（Ａ）の高温場で熱を受けており、揮発分を放出する熱分解反応（既出（ｉ）式）の結果、幅広い分布を持った細孔が数多く存在する、いわゆる活性炭のような構造に変化する。その場合、粒度の差で不利であった表面積の差が改善され、小粒子に近い反応時間が期待できるようになる。ただし、細孔を多く持ついわゆるポーラスな構造の場合、全ての表面積が同時に反応できるのではなく、反応ガス、生成ガスの移動経路、移動速度が影響を持つため（孔の奥の表面は移動速度が律速の場合、それに従う）、大粒子より反応性が大きく小粒子以上のものとなる。
【００３８】
この性状変化を利用し、篩上４である大粒子から生成し、除塵装置１２で分離されたチャー１１を、ガス化原料供給器（Ｂ）９経由でガス化炉（Ｂ）１０に供給することで、より効率的にガス化できることを見出して本発明を為すに至った。特に、元々の篩上の原料割合に比べて、篩下の原料割合が少ない場合には、篩下側の原料割合を増やすことができるため、効率向上の面からより好ましい形態である。一つの炉の場合には、再度ガス化する時には、同じ温度でガス化する以外には方法はないが、本発明のように二つ炉を用意した場合、より低温のガス化温度でチャー１１を反応できるため、無駄な熱の投入が必要なくなる。プロセス上は、図２に示したとおり、除塵装置１２から直接ガス化原料供給装置（Ｂ）９に投入することになる。
【００３９】
本発明（４）に関する内容について説明する。篩上４と篩下５の粒度を決める篩３であるが、発明者らは、この篩の目開きサイズの短径を、１ｍｍから３ｍｍが最適であることをつきとめた。本発明での目開きに関する定義は前述の通りだが、本発明では目開きの短径のサイズを基準とした（正方形や円の場合は長さに差がないので一辺、直径とする）。これは、ガス化反応自体が、表面から内部へ進行する反応を前提としており、反応の終了時間が短径で決まるためである。木質系バイオマスでよく発生する、ストロー状の、長さが直径より長い粒子の場合、両端からとストロー側面からの反応が同じ速度と仮定すると、ストロー側面から中心軸に到達した時点で全反応が終了することは容易に思慮可能である。これらの特徴から、木質系バイオマスまたは農業系バイオマスの中でも、繊維状の構造をしており、繊維方向と繊維と垂直方向で強度や靱性に差が生じる原料に対し、粒度の影響が顕著となる。たとえば木質系では、製材廃材、助間伐材、薪炭林、庭木、建設廃材等、農業系では、稲藁、麦わら、サトウキビ、草本類等がそれにあたる。逆に、製紙廃棄物や籾殻等、長径と短径の差が小さいまたは出ない原料もあり、これらに関しては本発明の効果は小さくなる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
図１に示すプロセスフローを用いて２つのガス化炉でガス化した実施例１について以下に示す。
【００４１】
原料は水分１４質量％、炭素：４８質量％−ｄｒｙ、水素：６質量％−ｄｒｙ、酸素：４４質量％−ｄｒｙを含む建設廃木材（主に杉材）であり、総処理量は４．２トン／日（湿重量）である。図１に示した主要設備以外に、木質系または農業系バイオマス１を貯留するピット及び移動のためのクレーン、気流搬送用の窒素供給システム、酸素製造装置（ＰＳＡ）、排出されたチャー１１、灰またはスラグ１５の排出、貯留設備、精製ガスのホルダ等の付帯設備を含む。破砕機２は、ハンマータイプを選択し（スクリーン篩目１０ｍｍ×１０ｍｍ）、その直後に篩目２ｍｍ×２ｍｍの篩を使用した。このとき篩上は２．５トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は１．７トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００４２】
ガス化炉（Ａ）では、酸素４５Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１０９５℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９５％、ガス滞留時間は１．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１６体積％、ＣＯ：２５体積％、ＣＯ2：２２体積％、ＣＨ4：０．６体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２１８ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素１２Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度８９０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９７％、ガス滞留時間は０．６秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２０体積％、ＣＯ：２９体積％、ＣＯ2：１５体積％、ＣＨ4：１．１体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成した可燃性ガスの発熱量は、１４８５ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製後の可燃性ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１３２６ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。
（比較例１）
従来技術である一炉タイプとの比較のために、同じ原料を同じ量（４．２トン／日）、一つの炉でガス化した。この場合、酸素６１Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１０９５℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は１．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１７体積％、ＣＯ：２６体積％、ＣＯ2：１９体積％、ＣＨ4：０．７体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、精製ガス１４の発熱量は、１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。
【００４３】
実施例１におけるガス化炉（Ａ）７での発熱量は比較例１と比べ処理規模が下がるため下がったが、低温ガス化のガス化炉（Ｂ）側の高効率が奏功して、トータルでは３％以上の発熱量改善が見られた。なお、酸素使用量に注目しても、実施例１ではトータル５７Ｎｍ3／ｈ、比較例１では６１Ｎｍ3／ｈと実施例１の方が少なく、ガスへの転換に有利であることがわかる。
（比較例２）
比較例１の条件において、原料をカッタータイプのミルで破砕し、全量２ｍｍ以下まで破砕した原料でガス化を実施した。この場合、酸素４９Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で９０５℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９９％、ガス滞留時間は０．５秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２３体積％、ＣＯ：３２体積％、ＣＯ2：９体積％、ＣＨ4：１．４体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、精製ガス１４の発熱量は、１６７９ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。ガス化温度低減の効果と滞留時間短縮の効果が相乗的に影響し、非常に高いガス化ガス発熱量となった。ただし、前提である２ｍｍ以下の全量破砕に関しては、例えばハンマータイプやグラインドタイプではほぼ実現不可能であり（繊維状の破砕残渣が多く残る）、カッタータイプでも、柱材を繊維と垂直方向に丹念に切断する必要があるため、不適物（柱以外；繊維方向を見極めて固定することが困難な細い木、曲がった生木、草本類等）は除く必要があったり、破砕に長時間かかることから極端に操業コストが増加して経済的ではないことなど、比較例２の方法は、現実的な手法ではない。
（比較例３）
また、２つのガス化炉を使用したが、ガス化炉（Ｂ）をガス化炉（Ａ）と同じ温度で操業した場合の比較も実施した。この場合、ガス化炉（Ａ）は実施例１と同じであるが、ガス化炉（Ｂ）１０では、酸素１６Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度１１００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９９％、ガス滞留時間は０．５秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１７体積％、ＣＯ：２４体積％、ＣＯ2：２３体積％、ＣＨ4：０．６体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２１４ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１２１７ｋｃａｌ／Ｎｍ3となり、比較例１に比べ、ガス化炉（Ｂ）の滞留時間では短いものの、同じ温度で炉を分割するスケールダウンのデメリットが出て、比較例３は、発熱量ベースで５％の悪化であった。
（実施例２）
図１に示すプロセスフローを用いて２つのガス化炉でガス化した実施例２について以下に示す。
【００４４】
実施例１との比較原料として、農業系バイオマスの稲藁を使用した。原料は水分８質量％、炭素：３８質量％−ｄｒｙ、水素：５質量％−ｄｒｙ、酸素：３７質量％−ｄｒｙを含む稲藁であり、総処理量は４．３トン／日（湿重量）である。設備は実施例１と同じであり、破砕機２も、同じハンマータイプを選択し（スクリーン篩目１０ｍｍ×１０ｍｍ）、その直後に篩目２ｍｍ×２ｍｍの篩を使用した。このとき篩上は０．３トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は４トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）と、元の粒度が小さい分、実施例１に比べ、篩下が多くなった。
【００４５】
ガス化炉（Ａ）では、酸素８Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１１０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９５％、ガス滞留時間は２．１秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１１体積％、ＣＯ：２１体積％、ＣＯ2：３２体積％、ＣＨ4：０．５体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、９６０ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素５３Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９７％、ガス滞留時間は０．８秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１８体積％、ＣＯ：２４体積％、ＣＯ2：２２体積％、ＣＨ4：１．１体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２８２ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。
【００４６】
このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１２６０ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。なお、比較のために、同じ原料を同じ量（４．３トン／日）、一つの炉でガス化した。この場合、酸素７０Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は２．０秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１６体積％、ＣＯ：２２体積％、ＣＯ2：２５体積％、ＣＨ4：０．９体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、精製ガス１４の発熱量は、１１５３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。ガス化炉（Ａ）７での発熱量は比較例と比べ処理規模が下がるため下がったが、低温ガス化のガス化炉（Ｂ）側の高効率が奏功して、トータルでは９％の発熱量改善が見られた。なお、酸素使用量に注目しても、本発明ではトータル６１Ｎｍ3／ｈ、比較例では７０Ｎｍ3／ｈと本発明の方が少なく、実施例１と同様、ガスへの転換に有利であることがわかる。
（実施例３）
図２に示すプロセスフローを用いて２つのガス化炉でガス化した実施例３について以下に示す。
【００４７】
原料は実施例１と同じく、水分１４質量％、炭素：４８質量％−ｄｒｙ、水素：６質量％−ｄｒｙ、酸素：４４質量％−ｄｒｙを含む建設廃木材（主に杉材）であり、総処理量は４．２トン／日（湿重量）である。設備としては、実施例１で示した主要設備以外の設備に、さらに集塵装置１２からガス化原料供給器（Ｂ）９への搬送設備が新たに加わる。なお、チャー１１を回収した段階でチャー１１は約７００〜９００℃の温度を持っており、篩下５原料と接触する場合に、その熱でガス化原料供給設備（Ｂ）内で熱分解反応が生じる可能性があるため、本実施例では冷却装置を付けて３００℃以下にしてからガス化原料供給器（Ｂ）に入れている。応用プロセスとして、顕熱ロスを防ぐ目的で、可能な限りチャー１１を冷やさずにガス化炉（Ｂ）１０に投入する方法、例えばガス化原料供給器（Ｂ）をチャー専用に持ち、ガス化炉（Ｂ）へ投入する等が考えられる。このとき篩上は２．５トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は１．７トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。本発明では、この篩下に０．１トン／日のチャー１１が加わる（合計１．８トン／日）。
【００４８】
ガス化炉（Ａ）では、酸素４５Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９５％、ガス滞留時間は１．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１６体積％、ＣＯ：２５体積％、ＣＯ2：２３体積％、ＣＨ4：０．６体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２１８ｋｃａｌ／Ｎｍ3と実施例１とほぼ同等であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素１３Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９１０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９８％、ガス滞留時間は０．６秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２１体積％、ＣＯ：３０体積％、ＣＯ2：１３体積％、ＣＨ4：１．１体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１５４１ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１３４９ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。実施例１に比べ、２％弱の発熱量増加であった。
（実施例４）
図１に示すプロセスフローを用いて２つのガス化炉でガス化した実施例４−１〜４−５について以下に示す。
【００４９】
長方形の篩目２ｍｍ×２ｍｍの実施例１で示した試験条件にあわせ、篩目０．５ｍｍ×０．５ｍｍ（実施例４−１）、１ｍｍ×１ｍｍ（実施例４−２）、３ｍｍ×３ｍｍ（実施例４−３）、５ｍｍ×５ｍｍ（実施例４−４）と、篩目形態の比較用に、２ｍｍ×５ｍｍ（実施例４−５）を実施した。
【００５０】
共通試験条件としては、原料は実施例１と同じく、水分１４質量％、炭素：４８質量％−ｄｒｙ、水素：６質量％−ｄｒｙ、酸素：４４質量％−ｄｒｙを含む建設廃木材（主に杉材）であり、総処理量は４．２トン／日（湿重量）である。破砕機２は、ハンマータイプを選択し（スクリーン篩目１０ｍｍ×１０ｍｍ）、その直後に各篩目の篩を使用した。ガス化温度は、ガス化炉（Ａ）で１１００℃狙い、ガス化炉（Ｂ）で９００℃狙いとした。操業上、５から１０℃狙いとずれる場合があるが、ガス発熱量等の結果への影響はほとんどない。
【００５１】
（実施例４−１）
（篩目０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）：篩上は４．０トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は０．２トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００５２】
ガス化炉（Ａ）では、酸素６０Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１０５℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は２．０秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１７体積％、ＣＯ：２５体積％、ＣＯ2：２２体積％、ＣＨ4：０．７体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２５３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素０．８Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度８７０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は８５％、ガス滞留時間は０．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１２体積％、ＣＯ：１５体積％、ＣＯ2：３７体積％、ＣＨ4：０．２体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、７７９ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１２３０ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。比較例（１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3）と比べ、炉を２つにしたことにより、特にガス化炉（Ｂ）での熱効率が悪化し、トータルでは逆に低くなった。
【００５３】
（実施例４−２）
（篩目１ｍｍ×１ｍｍ）：篩上は３．３トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は０．９トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００５４】
ガス化炉（Ａ）では、酸素４９Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１０９０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９５％、ガス滞留時間は１．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１７体積％、ＣＯ：２５体積％、ＣＯ2：２３体積％、ＣＨ4：０．７体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１２５３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素１０Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９１０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９７％、ガス滞留時間は０．７秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２０体積％、ＣＯ：２９体積％、ＣＯ2：１４体積％、ＣＨ4：１．２体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１４９４ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１３０４ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。比較例（１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3）より１．６％高い発熱量となった。
【００５５】
（実施例４−３）
（篩目３ｍｍ×３ｍｍ）：篩上は１．９トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は２．３トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００５６】
ガス化炉（Ａ）では、酸素３２Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１１０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は１．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１５体積％、ＣＯ：２２体積％、ＣＯ2：２７体積％、ＣＨ4：０．６体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１１０２ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素２５Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９７％、ガス滞留時間は０．６秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２１体積％、ＣＯ：３０体積％、ＣＯ2：１２体積％、ＣＨ4：１．２体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１５４９ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１３４７ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。比較例１（１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3）より５％の発熱量向上となった。
【００５７】
（実施例４−４）
（篩目５ｍｍ×５ｍｍ）：篩上は０．８トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は３．４トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００５８】
ガス化炉（Ａ）では、酸素８Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１０９０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は２．０秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１３体積％、ＣＯ：１８体積％、ＣＯ2：３３体積％、ＣＨ4：０．４体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、９１３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素５２Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９４％、ガス滞留時間は０．９秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１８体積％、ＣＯ：２７体積％、ＣＯ2：１８体積％、ＣＨ4：１．１体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１３７３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１２８５ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。比較例１（１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3）とほぼ同等である。
【００５９】
（実施例４−５）
（篩目２ｍｍ×５ｍｍ）：篩上は２．２トン／日（ガス化炉（Ａ）７で処理）、篩下は２トン／日（ガス化炉（Ｂ）１０で処理）のバランスとなった。
【００６０】
ガス化炉（Ａ）では、酸素４３Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度で１１００℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９６％、ガス滞留時間は２．０秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：１５体積％、ＣＯ：２５体積％、ＣＯ2：２５体積％、ＣＨ4：０．６体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１１９３ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。またガス化炉（Ｂ）１０では、酸素１３Ｎｍ3／ｈを使用し、ガス化温度９１０℃とした。このときの炭素のガスへの転換率は９７％、ガス滞留時間は０．６秒で、精製ガス１４の組成は、Ｈ2：２０体積％、ＣＯ：２９体積％、ＣＯ2：１６体積％、ＣＨ4：１．１体積％であり（他はほぼ搬送ガスで使用される窒素）、生成ガスの発熱量は、１４８５ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。このときの精製ガス１４（混合、ガス処理後）の発熱量は１３３２ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。比較例１（１２８３ｋｃａｌ／Ｎｍ3）より４％弱高い発熱量だが、２ｍｍ×２ｍｍの実施例１（１３２６ｋｃａｌ／Ｎｍ3）とほぼ同等であり、５ｍｍ×５ｍｍの実施例４−４（１３０１ｋｃａｌ／Ｎｍ3）とは差が大きいことから、短径（２ｍｍ）にほぼ支配されていることがわかる。
【００６１】
篩目による実施例４結果を下記表にまとめる。
【００６２】
【表１】
2009235189.tif 000003
【００６３】
明確に比較例より可燃性ガスとなる精製ガスの発熱量が上がる篩い分けの値としては、短辺が１ｍｍ〜５ｍｍの篩目時であった。特には、短辺が１〜３ｍｍの篩目時に、最も効果が高かった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】木質系または農業系バイオマスのガス化に適用したプロセスフロー図である。
【図２】大粒子ガス化で生成したチャーを小粒子と混合してガス化した場合のプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    木質系または農業系バイオマス
２    破砕機 
３    篩
４    篩上
５    篩下
６    ガス化原料供給器（Ａ）
７    ガス化炉（Ａ）
８    酸化剤
９    ガス化原料供給器（Ｂ）
１０    ガス化炉（Ｂ）
１１    チャー
１２    除塵装置
１３    ガス精製装置
１４    精製ガス
１５    灰またはスラグ
【図１】
2009235189.tif 000004
【図２】
2009235189.tif 000005