JP2006036999A

JP2006036999A - 有機物のガス化方法

Info

Publication number: JP2006036999A
Application number: JP2004221353A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tanaka; 正昭田中; Hitoshi Ozaki; 仁尾崎; Masatoshi Inatani; 正敏稲谷; Hiroshi Moritomi; 寛守富
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】含水有機物から効率的に外部利用可能な燃料ガスを多量に得る有機物のガス化方法を提供する。
【解決手段】有機物を含有する原料１０２を熱分解または水性ガス化によりガスを生成する一次ガス化を行い、さらに、この一次ガス化時に発生する揮発物質１０４と一次ガス化後の残留物である原料ガス化残留物１０５との少なくとも一つを、原料１０２に含まれている水分を利用して改質またはガス化する二次ガス化を行い、二次ガス化後の残留物であるガス化残留物１１３を燃焼させ、一次ガス化または二次ガス化の熱源とする有機物のガス化方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス等の有機物を効率的にガス化するためのガス化方法に関するものである。

石炭やバイオマス等の有機物を利用価値の高いガス、液体および固体に転換できる新利用技術として急速熱分解法が開発されており、石炭を例にとると、６００〜１０００℃の無酸化雰囲気で熱分解すると、炭化水素、一酸化炭素、水素等からなる可燃性ガス、あるいは化学原料となるタールおよびチャーが生成することが知られている。

中でも、これら熱分解生成物のうちのチャーをサイクロン等で高温可燃ガスから分離した後に、リサイクルしてガス化炉内で酸素およびスチームによりガス化し、その高温ガス中に石炭を吹き込み、熱分解する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、サイクロン通過後の高温可燃性ガス中には、タール蒸気、残チャーやフライアッシュ等の固形粉が存在するが、ベンチュリースクラバーのようなオリフィスおよび水スプレー徐塵により、固形粉と一部凝縮されたタールの混合物が回収される。更に、残ったタール蒸気は、水スプレーによる直接冷却または水冷管や水冷壁による間接冷却により凝縮され、沸点が数十℃から３００℃超の液体混合物として回収することも知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

このように、急速熱分解の生成物のうち、固体成分のチャーをサイクロン等で分離してガス化炉へリサイクルし、ガス化して石炭熱分解反応の熱源とする方法は、熱分解生成物を効率的に活用することにより、高い熱効率が得られる。

しかし、通常、熱分解石炭の４０〜６０％はチャーとなるが、ガス化に必要なチャーの量は生成チャーの一部に過ぎず、残りは別の用途、例えば固体燃料等に活用される。一方、チャーを分離した後のガス中には、タール蒸気およびサイクロンで未回収の微細なチャー、フライアッシュ等の固形粉が含まれており、ベンチュリースクラバー等により固形粉と一部凝縮されたタールとの混合物、即ちタールスラッジが回収される。この混合物は、可燃成分が高いために燃料として利用可能であるが、アッシュ成分が高いためにアッシュの処理が必要になること、重質タールとの混合物であるために固化しやすく保存やハンドリングが難しいこと等の課題があり、従来、その再利用は、産廃処理用燃料等の付加価値の低い利用先に限定されていた。また、ベンチュリースクラバー後に回収されたタールは、酸素含有量が多い若い石炭を急速熱分解する場合においては、石炭中の高分子物質の解離が十分に進まないために複雑な高沸点成分の割合が多く、しかも微細な固形分も混入するために、従来、タール混合物から有効成分を蒸留により分離した残りは、化学原料とはなり得ず、前述と同様な利用先に限定されていた。

以上の理由から、従来の方法は熱分解生成物を必ずしも有効に活用されていないところがある。そこで、最近では、石炭の急速熱分解において生成したチャー、スラッジおよびタールの蒸留残さを効率的に利用するための方法が開発された（例えば、特許文献５参照）。

図３は、特許文献５に記載された従来のガス化方法の中でも熱分解ガス化に特化した方法のプロセスフロー図である。

図３において、炉本体は、石炭熱分解炉２とガス化炉１の二室に分かれている。ガス化炉１では、炭素含有物質を、酸素３と部分燃焼させ、１４００〜１７００℃の高温還元ガスを得る。前記石炭熱分解炉２では、この高温ガスを熱源として吹き込まれた微粉炭４を急速加熱して熱分解させる。ここでの微粉炭４は、平均粒径５０μｍ程度の微粒子が好ましい。また、熱分解温度は高温ガス熱量と熱分解炉２への吹き込み微粉炭量で決まるが、通常、６００〜１０００℃に制御される。この温度で微粉炭４はチャー、タール、ガスに分解されるが、前記熱分解温度が高温になると、タールが発生しない場合もある。前記チャーはサイクロン５等で分離回収され、水冷等の冷却装置６で冷却され、チャーホッパー７に蓄えられた後に、一部はリサイクルされてガス化燃料１６に利用され、またその他は製品１８として回収される。前記チャーが除去された、タール蒸気を含む高温ガスは、熱回収装置８で３００℃以下に抜熱された後、例えばオリフィス状のスプレー冷却からなる除塵冷却装置９により３００℃から１００℃程度まで冷却されると同時に除塵され、除塵冷却装置９と直結したデカンター１０において、固形物と一部凝縮されたタールとの混合物、いわゆるスラッジが分離回収される。更に冷却装置１１により３０℃程度まで冷却され、製品ガス２０として回収される。一方、ガス中のタール分は凝縮され、デカンター１２で水と分離される。

前記除塵冷却装置９およびデカンター１０で回収されたスラッジは、スラッジタンク１３に蓄えられる。一方、後工程で回収されたタールは、利用目的に応じて蒸留装置１５で分離され、製品タール１９として回収される。最終的に化学原料として利用できないタール蒸留残さが発生するが、このタール蒸留残さはスラッジタンク１３に持ち込んでも、独立に処理しても良い。スラッジタンク１３ではスラッジやタール蒸留残さの搬送性を改善するために軽質油を添加したり、蒸気で昇温した後にガス化スラッジ１７としてポンプ１４等でガス化炉へ吹き込まれる。そして、スラッジの発熱量と供給量は測定され、その値に基づきガス化炉へリサイクルさせるチャーの量と必要な酸素の量が算出され、それらがガス化炉へ供給される。ガス化炉では、スラッジ中のタールやチャーが部分燃焼されて約１５５０℃の高温雰囲気下で一酸化炭素や水素等の還元ガスに転換されるとともに、スラッジ中の灰分は溶融分離されてスラグとして回収される。

その結果、付加価値の低いスラッジおよびタール蒸留残さを自プロセス内で消費し、より付加価値の高いチャーを増産することが可能となる。
特開平４−１２２８９７号公報特開平７−８２５６４号公報特開平７−８２５６５号公報特開平７−２６８３５５号公報特開２０００−２３９６７１号公報

上述の如く廃棄物系のバイオマスを原料とし、原料となるバイオマスの発生元でガスを発電用燃料として利用する分散型のガス化発電用のガス化方法は、精製されたタールやチャーよりガスを多く得ることが必要であり、生成ガスを凝縮して得られるタールや固形粉は、十分に熱分解を行われる前に熱分解炉から排出されてきたものであることから炭化水素を含んでおり、熱分解や水性ガス化により発電の燃料となる可燃性ガスが得られる。

しかしながら、従来ではガス化炉へ導入して燃焼することで熱源として利用してしまうので、外部で利用できる可燃性ガスの量が低下してしまうものであった。

さらに、従来の方法は、石炭等に比べて含水率の高いバイオマスなどを原料としてガス化する場合に、原料の乾燥に伴う水分蒸発にエネルギーを要するため、効率が低下してしまうものである。

したがって、この水蒸気を有効に利用すれば、さらに効率の向上が図れ、より高効率のガス化効果が得られることになる。

上記課題を解決するために本発明は、有機物を含有する原料を、熱分解または水性ガス化によりガスを生成する一次ガス化を行い、前記一次ガス化時に発生する揮発物質と前記一次ガス化後の残留物である原料ガス化残留物との少なくとも一つを、前記原料に含まれている水分を利用して改質またはガス化する二次ガス化を行い、前記二次ガス化後の残留物であるガス化残留物を燃焼させ、該燃焼時の発生熱を、前記一次ガス化または前記二次ガス化の熱源に利用するものである。

したがって、二次ガス化により熱源として利用可能なガスを多量に得ることができ、比較的ガス転換効率の悪いものを燃焼させて熱源として利用することで、高効率に多量の利用可能なガスを得ることができる。

また、本発明は、前記一次ガス化で発生する揮発物質の適量を捕捉材で捕捉するようにしたものである。

また、本発明は、炭化物を捕捉材で捕捉してガス化を行うもので、この捕捉により炭化物の加熱炉内での滞留時間を長くでき、十分に熱分解やガス化が可能となり、コンパクトな構成において、より効率的に可燃ガスを得ることができる。

これにより、揮発物質を加熱部分内において長時間滞留させることができ、反応するに十分な時間を与えることにより、十分に熱分解やガス化が可能となり、より効率的に可燃ガスを得ることができる。

本発明によれば、タール等の発電用の燃料ガスとしては比較的高分子であり、そのまま利用不可能な炭化水素を従来のように熱源用の燃料として利用するのではなく、熱分解や水性ガス化を行うことで、発電用の燃料ガスを得ることができ、その残留物を熱源として用いる点で従来と大きく異なる。これは、熱分解チャーを水性ガス化したり、原料を熱分解したりして発電用の燃料ガスを得る場合に比べて、タール等は発生時点でエネルギーを消費されていることに起因してある程度低分子化されており、低エネルギーかつ効率的に目的とするガスを得ることができるものである。

また、熱分解後の残留物の固定炭素を水性ガス化する場合の反応時間より、タール等の揮発成分を改質、熱分解、ガス化した方が有効ガス発生に要する時間が短く、この点においても有利である。これは、時間が長ければ、他の部分での処理は完了しているにも関わらず、次の動作に移れないことから、各反応や処理時間を同等とすることが望ましい。つまりは、律速となる反応部分を速くすることで、全体の処理時間を短縮でき、放熱ロスを低減でき、同一時間内でも処理量が増加できると共に、省エネルギーにもなる。この律速となる反応は、燃焼、熱分解、水性ガス化でみると、水性ガス化がそれにあたる。仮に、水性ガス化を行う部分だけについて、温度を非常に高温にしたり、高圧にしたりすることで、反応時間は短縮できるが、非常に高価な材料を必要としたり放熱ロスが増加し、非経済的であったり、安全性が低下したりする問題が生じるので好ましくない。

更に、原料の乾燥に伴い発生する水蒸気を有機物中の炭素と反応させて水性ガス化を行うガス化剤や、炭化水素のリフォーム用の水蒸気として利用することで、より効率良く揮発物質の浄化ができる。

このように、従来に比べ、ガスとしての外部利用を多くするために、効率的に外部へのガス生成量を増加させ、ガス変換として比較的効率の悪いものを熱源用の燃焼に利用することにより、従来と比べ、同等のエネルギーもしくは低エネルギーで発電機等の燃料ガスとなる可燃性ガスを多く得ることができる。

請求項１に記載の発明は、有機物を含有する原料を、熱分解または水性ガス化によりガスを生成する一次ガス化を行い、前記一次ガス化時に発生する揮発物質と前記一次ガス化後の残留物である原料ガス化残留物との少なくとも一つを、前記原料に含まれている水分を利用して改質またはガス化する二次ガス化を行い、前記二次ガス化後の残留物であるガス化残留物を燃焼させ、該燃焼時の発生熱を、前記一次ガス化または前記二次ガス化の熱源とするものである。

これにより、前記一次ガス化で発生するガスを効率的に浄化ができると共に、二次ガス化により多量の利用可能なガスを得ることができ、比較的ガス転換効率の悪いものを燃焼させて熱源として利用することで、高効率で多量の利用可能なガスを得ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記一次ガス化で発生する揮発物質を捕捉材にて適量捕捉するようにしたものである。

これにより、前記一次ガス化で発生する揮発物質の一部を捕捉材で捕捉することから、前記加熱部分に存在する揮発物質の滞留時間を長くでき、揮発物質が熱と反応するに十分な時間を与える事ができる。つまり、十分に熱分解やガス化が可能となり、より効率的に可燃ガスを得ることができる。例えば、ガス発生に加熱が必要である条件下において、捕捉材がない場合は、揮発物質中の炭化水素が可燃性ガスを発生するだけの時間をかせぐために、バッファタンクのような大容量のタンクを設けて流速を落として加熱するか、あるいはその時間で炭化水素が移動する距離分に加熱体を設けなければならず、このことは、放熱ロスが増加するだけではなく、システム全体が非常に大型となる。しかし、本発明ではシステムを小型化、かつ高効率化できるものである。

さらに、前記揮発物質を前記捕捉材で捕捉することで、配管等の表面に付着するタール等の量を低減でき、これに起因する配管閉塞などのトラブルが低減できる。

また、請求項３に記載の発明は、前記捕捉材を、前記原料の加熱により発生した原料ガス化残留物と、前記原料ガス化残留物の熱分解後のガス化残留物と、前記ガス化残留物を燃焼させた後の燃焼残留物の少なくとも一つを含む物質としたものである。

これにより、原料のガス化で可燃性ガスを生成しきれない分も、再度揮発物質と共に可燃ガスを生成でき、しかも残留している無機物の効果により、タール等を捕捉分解しやすいことから、可燃性ガスを効率よく多量に得ることができる。つまり、原料ガス化残留物は、炭化水素を揮発した後のものや水性ガス化により炭素を抜かれたものであり、また、揮発物質ガス化残留物は、炭素を燃焼により抜かれたものであることから、これらは無機物を多く含んでいると共に、原料内部から炭化水素が揮発する場合や水性ガス化で炭素が反応する場合、炭素を燃焼により抜かれた場合に生成された細孔により、タール等の捕捉分解が促進でき、加えて、原料ガス化残留物や揮発物質ガス化残留物をリサイクル使用することができる。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記捕捉材を、無機物を主成分とした混合物質としたものである。

これにより、前記原料ガス化残留物や揮発物質ガス化残留物で捕捉しきれないものも捕捉できることから、より効率的に多量の可燃性ガスを得ることができる。

また、請求項５に記載の発明は、前記捕捉材を、任意のサイクルで循環利用を行うようにしたものである。

これにより、効率的に多量の可燃性ガスが得られることに加えて、捕捉材を投入するコストや手間を低減できる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記原料ガス化残留物を、前記一次ガス化熱源または前記二次ガス化熱源とするものである。

これにより、外部熱源を低減させることができ、より効率的に多量の可燃性ガスを得ることができる。

また、請求項７に記載の発明は、前記無機物を、アルミナを主成分とする粒状の多孔体とし、原料由来の残留物より体積を大きくしたものである。

これにより、前記原料ガス化残留物や揮発物質ガス化残留物で捕捉しきれないものも捕捉できることから、より効率的に多量の可燃性ガスを得ることができ、加えて循環利用する場合に、量が増加する原料ガス化残留物や揮発物質ガス化残留物のみを外部へ排出し易くなり、無機物の補充が低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成及び差異がない部分については、詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における有機物のガス化方法のプロセスフロー図、図２は同有機物のガス化方法のステップ図である。

図１及び図２において、原料１０２は木質等の有機物であり、熱分解炉１０３内に供給されるものである。前記熱分解炉１０３は、その内部が周知の技術により極低酸素状態もしくは無酸素状態に維持される構成を備えている。本実施の形態１では、前記熱分解炉１０３は、極低酸素状態で前記原料１０２を加熱する場合として説明する。したがって、前記熱分解炉１０３は、前記原料１０２を極低酸素状態で加熱し、前記原料１０２から揮発物質１０４を揮発させる。前記揮発物質１０４は、水素、炭化水素ガス、タールなどの炭化水素を主成分とする物質、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気等が該当する。原料ガス化残留物１０５は、前記原料１０２を熱分解炉１０３で揮発物質を揮発させた後の残留物であり、炭素、炭化水素、無機物を主成分とする。燃焼器１０６は主として炭素を酸素と反応させて二酸化炭素とするものである。捕捉器１０７は熱分解炉１０３において前記原料１０２から発生した揮発物質中のタールを主に捕捉するものである。空気１０８は、前記燃焼器１０６の酸素源となり、外部から適量導入される。

燃焼排ガス１０９は、前記燃焼器１０６において燃焼により発生した二酸化炭素を主成分とする気体（ガス）である。ガス化炉１１０は、前記原料１０２の残留炭素を水性ガス化反応などによりガス化したり、前記熱分解炉１０３で低分子化できなかったタールなどを更に加熱して低分子の炭化水素や水素を発生させるものである。捕捉材１１１は、前記熱分解炉１０３において原料１０２から発生した揮発物質１０４の中でも主としてタールを効率よく前記捕捉器１０７内で捕捉するための材料である。この捕捉材１１１は、例えば、多孔質アルミナを主成分とする粒状物質であり、比較的粒径を同一にし、原料ガス化残留物１０５、燃焼残留物１１２、灰分１１４より体積の大きいものを使用している。

前記燃焼残留物１１２は、前記原料ガス化残留物１０５の一部を燃焼器１０６で燃焼を終了した灰分を主成分とする燃焼灰である。ガス化残留物１１３は、前記捕捉器１０７から送られてきた原料ガス化残留物１０５を前記ガス化炉１１０でガス化した後の残留物である。また、前記灰分１１４は、前記ガス化残留物１１３を、前記燃焼器１０６で酸化燃焼させた後の灰分を主成分とする燃焼灰である。捕捉器排ガス１１５は、前記捕捉器１０７から排出される揮発物質１０４の一部と、捕捉された後のガスと燃焼器１０６から熱分解炉１０３、ガス化炉１１０をそれぞれ経た揮発物質１０４とガス化炉１１０でガス化発生したガスと共に流通してきた燃焼排ガス１０９を混合した混合ガスである。

また、図１中の実線はガスを主成分とする物質の流れであり、点線は固体を主成分とする物質の流れを示している。

以上のように構成されたガス化装置において、以下、その動作、作用を含め有機物のガス化方法の工程について説明する。

先ず、予め燃焼器１０６、捕捉器１０７、ガス化炉１１０それぞれの内部に捕捉材１１１を入れておき、ＳＴＥＰ１を開始する。ここで、説明の便宜上、原料ガス化残留物１０５、燃焼排ガス１０９、捕捉材１１１および燃焼残留物１１２については、前記燃焼器１０６、捕捉器１０７、ガス化炉１１０それぞれに関連する揮発物質１０４、原料ガス化残留物１０５、燃焼排ガス１０９、捕捉材１１１、燃焼残留物１１２として識別する意味で異なる符号を付して説明する。

ＳＴＥＰ１では、原料１０２を熱分解炉１０３への投入し、加熱により原料１０２の熱分解を行い、揮発物質１０４を発生させる。そして、この揮発物質１０４は、ガス化炉１１０から揮発物質１０４ａとして示すように捕捉器１０７へ順次流れ、前記捕捉器１０７から外部へ排気されて後述するように有効利用され、ＳＴＥＰ１を終了する。

前記ＳＴＥＰ１の終了後、ＳＴＥＰ２に移行する。このＳＴＥＰ２では、前記熱分解炉１０３で熱分解を終了した原料ガス化残留物１０５の一部１０５ａを燃焼器１０６へ、残り１０５ｂを捕捉器１０７へそれぞれ送る。その後、燃焼器１０６では空気１０８を導入し、前記燃焼器１０６内の原料ガス化残留物１０５ａと反応させ、発生するガスである燃焼排ガス１０９を前記熱分解炉１０３に供給すると同時に、新たに原料１０２を前記熱分解炉１０３に投入し、この熱分解炉１０３内において燃焼排ガス１０９を熱源として前記原料１０２の熱分解を行う。このとき、前記熱分解炉１０３内は、前記燃焼器１０６からの燃焼排ガス１０９により、低酸素状態の環境となっている。また、必要に応じて外部燃料を燃焼器１０６に導入しても良い。

そして、前記熱分解炉１０３の加熱により発生した水蒸気と、熱分解により発生した揮発物質１０４は、燃焼排ガス１０９ａと共にガス化炉１１０へ流入し、ここから、燃焼排ガス１０９ｂと共に揮発物質１０４ａとして捕捉器１０７に流入する。前記捕捉器１０７内に流入した揮発物質１０４ａは、該捕捉器１０７にある捕捉材１１１ａと原料ガス化残留物１０５ｂとにより高分子成分の一部、例えば、タールや粉塵が捕捉ざれ、それ以外のガスは燃焼排ガス１０９ｂと共に捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、発電機やボイラ等の燃料として有効利用される。

そして、前記原料１０２の熱分解と燃焼器１０６での原料ガス化残留物１０５ａの燃焼が終了すると、ＳＴＥＰ３に移行する。

ＳＴＥＰ３では、ＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の物質としては、燃焼器１０６で燃焼された原料ガス化残留物１０５ａが燃焼残留物１１２ａとなり、捕捉材１１１ｂと共に燃焼器１０６から捕捉器１０７へ流入する。そして、この捕捉器１０７にてタールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが捕捉材１１１ａと共に捕捉器１０７からガス化炉１１０へ送られる。同時に前記ガス化炉１１０内では、その捕捉材１１１ｃが燃焼器１０６へ送られると同時に、このＳＴＥＰ３で投入した原料１０２は原料ガス化残留物１０５となり一部１０５ａが燃焼器１０６に、残り１０５ｂが捕捉器１０７に送られる。

そして、ＳＴＥＰ２と同様に前記燃焼器１０６に空気１０８を導入し、ＳＴＥＰ２で燃焼器１０６に移動した原料ガス化残留物１０５ａを燃焼させ、燃焼排ガス１０９を熱分解炉１０３に送ると同時に、新たに原料１０２を熱分解炉１０３に投入し、この熱分解炉１０３内で前記燃焼排ガス１０９を熱源として熱分解を行う。そして、熱分解炉１０３で発生した水蒸気及び揮発物質１０４は、ＳＴＥＰ２と同様に前記燃焼排ガス１０９ａと共に前記ガス化炉１１０に流通し、このガス化炉１１０内にあるタールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃや捕捉材１１１ａに前記水蒸気が流入することで、水性ガス化反応等を生じ、水素や炭化水素ガス等の生成ガスを発生させ、前記捕捉器１０７に流入する。

前記捕捉器１０７に流入した揮発物質１０４ａや生成ガスは、該捕捉器１０７にある捕捉材１１１ａと原料ガス化残留物１０５ｃと燃焼残留物１１２ｂにより、高分子成分の一部（例えば、タールや粉塵等）が捕捉され、それ以外のガスは前記ガス化炉１１０からの燃焼排ガス１０９ｂと共に捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、発電機やボイラ等の燃料として有効利用される。

これらの処理が終了すると、ＳＴＥＰ４に移行する。

ＳＴＥＰ４では、先のＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが捕捉材１１１ａと共に前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へ、また原料ガス化残留物１０５ｃの熱分解残留物であるガス化残留物１１３が前記捕捉材１１１ｃと共にガス化炉１１０から燃焼器１０６へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ２に投入した原料１０２由来の物質としては、燃焼器１０６で燃焼された原料ガス化残留物１０５ａが燃焼残留物１１２ａとなって前記捕捉材１１１ｂと共に燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、また、前記捕捉器１０７にてタールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが捕捉材１１１ａと共に捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。さらに、このＳＴＥＰ４で投入された原料１０２は、原料ガス化残留物１０５となり、前述と同様に一部１０５ａが燃焼器１０６に、残り１０５ｂが捕捉器１０７にそれぞれ送られる。

そして、燃焼器１０６内において、ＳＴＥＰ３投入原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ａの一部、ＳＴＥＰ１での投入原料１０２由来のガス化残留物１１３、捕捉材１１１ｂを酸化燃焼により燃焼し、燃焼排ガス１０９を熱分解炉１０３に流通させて該熱分解炉１０３での熱源とし、新たに原料１０２を熱分解炉１０３に投入し、発生した揮発物質１０４を燃焼排ガス１０９ａと共に前記ガス化炉１１０へ供給し、さらに揮発物質１０４ａ、燃焼排ガス１０９ｂとして前記捕捉器１０７に流入させる。

ガス化炉１１０では、内部においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ｃとに残留している炭素分が、前記熱分解炉１０３を経て揮発物質１０４と水蒸気を同伴して流通してきた燃焼排ガス１０９ａを熱源とし、また水蒸気をガス化剤として水性ガス化反応によりガス化され、発生した生成ガスは、前記揮発物質１０４ａと燃焼排ガス１０９ｂと共に前記捕捉器１０７へ流通する。

また、前記捕捉器１０７では、その内部においてＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂ、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ｃにより、揮発物質１０４がその成分の一部を捕捉され浄化される。そして、前記ガス化炉１１０で生成された生成ガスと燃焼排ガス１０９ｂと共に、捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、前述と同様に有効利用される。

ＳＴＥＰ５では、ＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｃがガス化炉１１０から燃焼器１０６へ、ガス化残留物１１３が燃焼した後の燃焼灰である灰分１１４が前記燃焼器１０６から捕捉器１０７へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが捕捉器１０７からガス化炉１１０へ、原料ガス化残量物１０５の熱分解残留物であるガス化残留物１１３が前記ガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ａの燃焼後における残留物である燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、また、タールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へそれぞれ送られる。

また、同時に前記燃焼器１０６の捕捉材１１１ｂは前記捕捉器１０７へ、前記捕捉器１０７の捕捉材１１１ａは前記ガス化炉１１０へ、前記ガス化炉１１０の捕捉材１１１ｃは前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。

さらに、このＳＴＥＰ５で前記熱分解炉１０３に投入された原料１０２は、前述と同様に原料ガス化残留物１０５となり、一部１０５ａが前記燃焼器１０６に、残り１０５ｂが前記捕捉器１０７に送られる。

そして、前記燃焼器１０６内においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａと、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来のガス化残留物１１３と、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ａと、捕捉材１１１ｂとを酸化燃焼により燃焼する。そして、これにより発生した燃焼排ガス１０９を熱分解炉１０３に流入させて該熱分解炉１０３において熱分解を行う熱源とし、先のＳＴＥＰと同様新たに原料１０２を熱分解炉１０３に投入し、発生した揮発物質１０４を燃焼排ガス１０９ｂと共にガス化炉１１０を経て捕捉器１０７に流入させる。

前記ガス化炉１１０では、内部においてＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の原料ガス化残量物１０５ｃと捕捉材１１１ａとに残留している炭素分が、前記熱分解炉１０３を経て揮発物質１０４と水蒸気を同伴して流通してきた燃焼排ガス１０９を熱源とし、また水蒸気をガス化剤として水性ガス化反応によりガス化され、生成ガスを発生する。そして、発生した生成ガスは、前記揮発物質１０４ａと燃焼排ガス１０９ｂと共に前記捕捉器１０７へ流通する。

また、前記捕捉器１０７では、その内部においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の灰分１１４と、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ４で投入された原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ｃとにより、揮発物質１０４ａがその成分の一部を捕捉され浄化される。そして、前記ガス化炉１１０で生成された生成ガスと燃焼排ガス１０９ｂと共に、捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、前述と同様に有効利用される。

ＳＴＥＰ６では、ＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａが燃焼器１０６から捕捉器１０７へ、灰分１１４ａが前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｃがガス化炉１１０から燃焼器１０６へ、前記ガス化残留物１１３が燃焼した後の燃焼灰である灰分１１４が、前記燃焼器１０６から捕捉器１０７へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へ、原料ガス化残量物１０５の熱分解残留物であるガス化残留物１１３が、前記ガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ａの燃焼後における残留物である燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から捕捉器１０７へ、さらに、タールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。

さらに、このＳＴＥＰ６で前記熱分解炉１０３に投入された原料１０２は、前述と同様に原料ガス化残留物１０５となり、一部１０５ａが前記燃焼器１０６に、残り１０５ｂが前記捕捉器１０７に送られる。

そして、前記燃焼器１０６内においてＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａと、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来のガス化残留物１１３と、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ａと、捕捉材１１１ｂとを酸化燃焼により高温化する。そして、これにより発生した燃焼排ガス１０９を前記熱分解炉１０３に流入させて該熱分解炉１０３において熱分解を行う熱源とし、先のＳＴＥＰと同様新たに原料１０２を熱分解炉１０３に投入し、発生した揮発物質１０４を燃焼排ガス１０９ｂと共にガス化炉１１０を経て捕捉器１０７に流入させる。

前記ガス化炉１１０では、内部においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の灰分１１４ａと、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の原料ガス化残量物１０５ｃと、捕捉材１１１ａとに残留している炭素分が、前記熱分解炉１０３を経た揮発物質１０４と水蒸気を同伴して流通してきた燃焼排ガス１０９ａを熱源とし、また水蒸気をガス化剤として水性ガス化反応によりガス化され、生成ガスを発生する。そして、発生した生成ガスは、前記揮発物質１０４ａと燃焼排ガス１０９ｂと共に前記捕捉器１０７へ流通する。

また、捕捉器１０７では、その内部においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａと、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の灰分１１４ａと、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ｃと、捕捉材１１１ｂとにより、揮発物質１０４ａがその成分の一部を捕捉され浄化される。そして、前記ガス化炉１１０で生成された生成ガスと燃焼排ガス１０９ｂと共に、捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、前述と同様に有効利用される。

ＳＴＥＰ７では、ＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａが捕捉器１０７から燃焼残留物１１２ｂとなってガス化炉１１０へ、灰分１１４ｂが前記ガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、灰分１１４ａが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｃが前記ガス化炉１１０から燃焼器１０６へ、ガス化残留物１１３が燃焼した後の燃焼灰である灰分１１４が前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へ、原料ガス化残量物１０５の熱分解残留物であるガス化残留物１１３が前記ガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５の燃焼後における残留物である燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、タールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。

さらに、このＳＴＥＰ７で前記熱分解炉１０３に投入された原料１０２は、前述と同様に原料ガス化残留物１０５となり、その一部１０５ａが燃焼器１０６に、残り１０５ｂが捕捉器１０７に送られる。

そして、燃焼器１０６内においてＳＴＥＰ１で投入した原料１０２由来の灰分１１４と、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａと、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来のガス化残留物１１３と、ＳＴＥＰ６で投入した原料１０２由来の原料ガス化残量物１０５ａと、捕捉材１１１ｃとを酸化燃焼により高温化する。そして、これにより発生した燃焼排ガス１０９を前記熱分解炉１０３に流入させて該熱分解炉１０３において熱分解を行う熱源とし、先のＳＴＥＰと同様新たに原料１０２を熱分解炉１０３に投入し、発生した揮発物質１０４を燃焼排ガス１０９ｂと共にガス化炉１１０を経て捕捉器１０７に流入させる。

前記ガス化炉１１０では、内部においてＳＴＥＰ１に投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ２に投入した原料１０２由来の灰分１１４ａと、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｃと、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の原料ガス化残量物１０５ｃと、捕捉材１１１ａとに残留している炭素分が、前記熱分解炉１０３を経た揮発物質１０４と水蒸気を同伴して流通してきた燃焼排ガス１０９ａを熱源とし、また水蒸気をガス化剤として水性ガス化反応によりガス化され、生成ガスを発生する。そして、発生した生成ガスは、前記揮発物質１０４ａと燃焼排ガス１０９ｂと共に前記捕捉器１０７へ流通する。

また、捕捉器１０７では、その内部においてＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａと、ＳＴＥＰ３ｄｅ投入した原料１０２由来の灰分１１４ａと、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂと、ＳＴＥＰ６で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５ｃと、捕捉材１１１ｂとにより、揮発物質１０４がその成分の一部を捕捉され浄化される。そして、前記ガス化炉１１０で生成された生成ガスと燃焼排ガス１０９ｂと共に、捕捉器排ガス１１５として外部に排気され、前述と同様に有効利用される。

ＳＴＥＰ７が終了すると、ＳＴＥＰ２で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へ、灰分１１４ｂが前記ガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ３で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、灰分１１４ａが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ４で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｃが前記ガス化炉１１０から燃焼器１０６へ、ガス化残留物１１３が燃焼した後の燃焼灰である灰分１１４が前記燃焼器１０６から捕捉器１０７へそれぞれ送られる。また、ＳＴＥＰ５で投入した原料１０２由来の燃焼残留物１１２ｂが前記捕捉器１０７からガス化炉１１０へ、原料ガス化残量物１０５の熱分解残留物であるガス化残留物１１３がガス化炉１１０から前記燃焼器１０６へそれぞれ送られる。さらに、ＳＴＥＰ６で投入した原料１０２由来の原料ガス化残留物１０５の燃焼後における残留物である燃焼残留物１１２ａが前記燃焼器１０６から前記捕捉器１０７へ、タールや粉塵を捕捉した原料ガス化残量物１０５ｃが前記捕捉器１０７から前記ガス化炉１１０へそれぞれ送られる。

そして、ＳＴＥＰ１で投入された原料１０２由来の燃焼残留物１１２と灰分１１４はＳＴＥＰ５へ戻り、それぞれ燃焼器１０６、捕捉器１０７、ガス化炉１１０を順次循環する。

このように、ＳＴＥＰが進むと新たに原料１０２を投入し、直前に投入した原料１０２と同じＳＴＥＰを踏みながらガス化を行い、最終的に残留する残留物を循環利用する。

また、捕捉器１０７での捕捉は、熱分解により発生した揮発物質１０４を浄化し、ガス化炉１１０でのガス化は、原料の未抽出可燃ガスを再度抽出する役割を果たし、また、燃焼器１０６での燃焼により、ガス転換されなかった炭素をガスに変換することができ、結果的に捕捉材１１１は燃焼器１０６で再生され循環利用が可能となる。

さらに、適宜前記燃焼器１０６より燃焼終了後の燃焼残留物１１２と灰分１１４を外部へ排出したり、捕捉材１１１の交換を行うことにより、その効率を維持することができる。

尚、捕捉器排ガス１１５及びガス化炉排ガス１１６は外部機器のエネルギーとして利用しているが、前記熱分解炉１０３あるいは、前記ガス化炉１１０の熱源用の燃料として利用しても良い。

また、熱分解炉１０３やガス化炉１１０に外部から水蒸気を流入して熱分解または水性ガス化を行っても良い。

また、前記熱分解炉１０３や前記ガス化炉１１０の熱源として、燃焼排ガス１０９を用いているが、必要に応じて外部燃料を燃焼器１０６に追加したり、外部加熱による補助熱源を用いても良い。

さらに、前記燃焼排ガス１０９は、前記熱分解炉１０３を経てガス化炉１１０へ流入させているが、分配して一部を熱分解炉１０３へ、残りをガス化炉１１０へ流入させる構成としても良い。これは、例えば、熱分解温度に対して水性ガス化温度が高温を必要とするような場合のように、前記熱分解炉１０３より前記ガス化炉１１０を高温にしたいときに有効である。

以上のように、本実施の形態によれば、原料１０２において、可燃性ガスなどの有効利用可能なガス成分を比較的容易、かつ多量にガス発生させることができ、またガス化困難な物質を前記ガス発生に必要な熱源として利用することができ、さらに、原料１０２の水分を熱分解で発生した揮発物質１０４の改質（リフォームなど）や残留炭素の水性ガス化に利用するため、高効率で多量の有効ガスを得ることができる。

以上のように、本発明にかかる有機物のガス化方法は、バイオマスなどの水分を含有している有機物、特に、生ゴミ等の高含水率の有機物から、ガス発電機やボイラ等の燃料となるガスを多量、かつ効率的に得るための方法として利用できる。

本発明の実施の形態１における有機物のガス化方法のプロセスフロー図同実施の形態１における有機物のガス化方法のステップ図従来例を示すガス化方法のプロセスフロー図

符号の説明

１０２原料
１０４揮発物質
１０５原料ガス化残留物
１１１捕捉材
１１２燃焼残留物
１１３ガス化残留物

Claims

有機物を含有する原料を、熱分解または水性ガス化によりガスを生成する一次ガス化を行い、前記一次ガス化時に発生する揮発物質と前記一次ガス化後の残留物である原料ガス化残留物との少なくとも一つを、前記原料に含まれている水分を利用して改質またはガス化する二次ガス化を行い、前記二次ガス化後の残留物であるガス化残留物を燃焼させ、該燃焼時の発生熱を、前記一次ガス化または前記二次ガス化の熱源とする有機物のガス化方法。
前記一次ガス化で発生する揮発物質を捕捉材にて適量捕捉する請求項１に記載の有機物のガス化方法。
前記捕捉材は、前記原料の加熱により発生した原料ガス化残留物と、前記原料ガス化残留物の熱分解後のガス化残留物と、前記ガス化残留物を燃焼させた後の燃焼残留物の少なくとも一つを含むものとした請求項２に記載の有機物のガス化方法。
前記捕捉材は、無機物を主成分とした混合物質である請求項２または請求項３に記載の有機物のガス化方法。
前記捕捉材は、任意のサイクルで循環利用を行う請求項２から４のいずれか一項に記載の有機物のガス化方法。
前記原料ガス化残留物を、前記一次ガス化熱源または前記二次ガス化熱源とする請求項１から５のいずれか一項に記載の有機物のガス化方法。
前記無機物は、アルミナを主成分とする粒状の多孔体であり、原料由来の残留物より体積が大きいものである請求項４から６のいずれか一項に記載の有機物のガス化方法。