JP2008081638A

JP2008081638A - 木質バイオマスのガス化方法

Info

Publication number: JP2008081638A
Application number: JP2006264313A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yokomaku; 宏幸横幕; Keizo Takegami; 敬三竹上; Takafumi Yamamoto; 隆文山本
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】クリンカの発生を抑制する。
【解決手段】木質バイオマスからなる原料を固定床ガス化炉６に投入しガス化するにあたり、融点上昇物質をガス化炉６内に存在させた状態でガス化を行う。融点上昇物質は、原料とともにガス化炉６内に供給したり、酸化剤吹込口６７を介して空気とともに炉６内に投入したり、吹込口６７近傍の高さ位置に専用の投入口を設け、この投入口を介して空気とは別に炉６内に供給したりすることができる。融点上昇物質としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、燐酸カルシウム、ドロマイト等を用いることができ、粉状や粒子状の形態で用いることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質バイオマスのガス化方法に関し、特にクリンカの発生を抑制するガス化方法に関する。

従来から、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、樹皮、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等といった木質バイオマスをガス化し、燃料等として使用することが行われている。
この場合におけるガス化炉の形式として、流動床式や固定床式のものが広く用いられている。特に固定床式は比較的小規模の設備として設計し得ることから山間部の製材所等、中小規模の設備への適用が可能である（例えば特許文献１参照）。両形式ともガス化される木質バイオマスはガス化炉投入前に細かく破砕された後、投入されることが一般的である。（例えば特許文献２参照）。
特開昭５９−３８２８４号公報特開２００２−３８１６３号公報

しかしながら、従来の方法では、バーク（樹皮）のような融点の低い木質バイオマスの場合、炉内にクリンカ（焼塊）が発生するという問題点があった。
そこで、本発明の主たる課題は、クリンカの発生を抑制することにある。

上記課題を解決した本発明は、木質バイオマスからなる原料をガス化炉に投入しガス化する方法において、
前記原料の融点を上昇させる作用を有する融点上昇物質をガス化炉内に存在させた状態でガス化を行うことを特徴とする木質バイオマスのガス化方法である。
このように、ガス化に際して、炉内に融点上昇物質を存在させることにより、原料の融点が上昇し、クリンカが発生し難くなる。
融点上昇物質は、原料とともに炉内に投入することができる。また、通常のガス化炉のように炉内に空気等の酸化剤を供給する吹込口を有している場合、特に吹込口の近傍にクリンカが発生し易いため（実験により確認済み）、吹込口を介して空気とともに融点上昇物質を炉内に投入するか、あるいはこの吹込口の近傍の高さ位置に設けた投入口を介して空気とは別に融点上昇物質を炉内に投入するのは好ましい。

以上のとおり、本発明によればクリンカの発生を効果的に防止できる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、ガス化発電設備例のフローシートを示している。バーク（樹皮）等の木質バイオマス原料Ｂは原料ピット１に貯留されており、順次ピットクレーン２により取り出され、投入ホッパー３に投入される。木質バイオマス原料としては、森林から得られる枝、葉、梢、根株等の林地残材、製材工場から出るオガ粉、バーク（樹皮）、端材、背板等の残廃材、建築廃材・解体材などの産業廃棄物等を用いることができる。

ホッパー３に投入された原料はコンベヤ４によって移送され、固定床ガス化炉６に対して供給される。図示形態では、ガス化炉の入側に、上下に離間配置された投入ダンパー５Ａ，５Ｂが設けられており、下側のダンパー５Ｂが閉じられかつ上側のダンパー５Ａが開けられた状態で両ダンパー５Ａ，５Ｂ間にコンベヤ４からの原料が順次投入され、次いで上側のダンパー５Ａが閉じられた後、下側のダンパー５Ｂが開けられることにより、ダンパー５Ａ，５Ｂ間に保持された原料がガス化炉６上部に投入されるようになっている。以降は、この繰り返しにより順次原料がガス化炉６内に供給される。ガス化炉６としては、固定床である限り、上向流式であっても下向流式（ダウンドラフト式）であっても良い。ダウンドラフト式の方が、タールや油分の発生が少ない利点がある。

ダウンドラフト式ガス化炉６の具体例が図２に示されている。すなわち、このガス化炉６は、ホッパーとしての役割を担う上部筒状部６１と、この上部筒状部６１の底部開口から連続する下部筒状部６２と、下部筒状部６２を隙間をもって取り囲む筒状ケーシング６３とを備えている。これら上部筒状部等６１，６２，６３はそれぞれ縦向き且つ相互に同軸的に配置されている。下部筒状部６２の底部開口には火格子６４が設けられている。下部筒状部６２の高さ方向中間部には、炉内を上下に仕切る仕切り板６５が設けられており、この仕切り板６５の幅方向中央部には上下に貫通する通過孔６６が形成されている。さらに、下部筒状部６２内における仕切り板６５よりも上側の内周壁には、酸化剤の吹込口６７が炉内の幅方向中央を臨むように突出されている。吹込口６７の先端は通過孔６６の縁よりも外側の位置、つまり仕切り板６５における通過孔６６を有しない周囲部の上方に位置している。この吹込口６７は下部筒状部６２の内周方向に沿って適宜の間隔（例えば等間隔）で複数設けるのが好ましい。また、吹込口６７は下部筒状部６２の内周方向に沿って連続するスリット状に形成することもできる。

吹込口６７に対する供給路は適宜形成することができるが、図示形態では、下部筒状部６２が内筒部６２Ａおよび外筒部６２Ｂからなる二重筒状に形成されており、内筒部６２Ａと外筒部６２Ｂとの間の円筒状空間６２Ｓの上部に吹込口６７が連通され、吹込口６７よりも下側の部分に外側ケーシング６３を貫通する供給管７０が連通されることによって、供給路が構成されている。

この供給管７０に対しては、図示しない空気供給ポンプ等の酸化剤供給手段が接続されており、供給管７０を介して燃焼のための空気や酸素等の酸化剤が供給される。

ガス化炉６内に供給された原料は、上部筒状部６１及び下部筒状部６２を下降・通過する過程でガス化される。すなわち、上部筒状部６１から順次供給される原料は、吹込口６７よりも若干上側の熱分解ゾーンに到達すると、熱分解が開始され、ガス（ＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ）、チャー、炭化水素に分解される。この熱分解ステップの熱源は、次述の燃焼ステップにより発生する熱である。

次いで、この熱分解ステップで生成したガス、チャー、炭化水素は吹込口６７から仕切り板６５に至る燃焼・ガス化ゾーンに到達し、吹込口６７から供給される酸化剤によって燃焼されるとともに、生成したチャーが、温度約７００〜１２００℃で、主にＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応と水生ガス反応によりＣＯとＨ₂に変換され、ガス化が達成される。発生したガスは、火格子６４を通過し、下部筒状部６２の外面と外側ケーシング６３の内周面との間を通り、外側ケーシング６３に設けられた排出口７１を介して、外部に取り出される。

本発明では、ガス化に際して、ガス化炉６内に原料の融点を上昇させる作用を持つ融点上昇物質を存在させる。このために、予め原料に融点上昇物質を混入させる等により、原料とともに融点上昇物質をガス化炉６内に供給することができる。吹込口６７の近傍（特に、下向流式の場合には吹込口６７の下側、上向流式の場合には吹込口の上側）はクリンカが発生し易いため、吹込口６７を介して空気とともに融点上昇物質を炉６内に投入したり、吹込口６７近傍の高さ位置（特に、下向流式の場合には吹込口６７の下側、上向流式の場合には吹込口の上側）に専用の投入口を設け、この投入口を介して空気とは別に融点上昇物質を炉６内に投入したりするのは好ましい形態である。これらの融点上昇物質の供給位置は適宜組み合わせて使用できる。融点上昇物質としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、燐酸カルシウム、ドロマイト等を用いることができ、粉状や粒子状の形態で用いることができる。融点上昇物質の添加量は、適宜定めることができるが、木質バイオマス原料に対して０．５〜２０重量％とするのが好ましい。

また、ガス化に際しては、炉６内に熱分解領域、燃焼領域およびガス化領域が形成される。そして、ガス化領域における固形物の嵩比重が低いと、（１）ガス化領域内におけるガス化可能な成分量がそもそも少ないこと、および（２）空隙に入り込む酸素量が多くなり燃焼が進行し易くなることに起因して、ガス発生量が少なくなる。よって、少なくともガス化領域における固形物の嵩比重が０．５以上、好ましくは０．５〜２．０となるようにするのも好ましい形態である。嵩比重を０．５以上とするために、ガス化炉６内にピストン等の圧縮装置（図示しない）を設け、炉６内の固形物を圧縮することもできるが、予め、木質バイオマスをペレット化、ブリケット化、押出成形、撹拌成形等により、嵩比重が０．５以上となるように圧縮加工しておき、これを原料として炉６内に投入する方が、容易であり好ましい。この場合、原料のサイズは直径６〜１２ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍとするのが好ましい。原料のサイズが小さすぎると、圧損増大やクリンカ（焼塊）の生成を引き起こすおそれがあり、反対に原料サイズが大きすぎると炉内にブリッジを発生するおそれがある。なお、このことからも明らかなように、本発明は、他のクリンカ発生防止技術と組み合わせて適用することができる。

他方、図示形態の設備では、ガス化炉６内の灰は底部の抜出口を介して排出される一方、ガス化炉６内で発生したガスは炉側部から抜き出され、サイクロン等からなる集塵機７に供給されてガス内に混入する灰が除去され、次いで燃料ガス冷却装置８において冷却された後、ガスエンジン９に供給され、燃料として使用される。ガスエンジン９には発電機１０が接続されており、発電がなされる。ガスエンジン９の排ガスは排ガス冷却装置１１で冷却され、大気に放出される。図示形態では、各冷却装置８，１１は間接熱交換器により構成されており、水等の冷却液が燃料ガス冷却装置８で燃料ガスの冷却に使用された後、ガスエンジン９の冷却液として用いられ、さらにその後、排ガス冷却装置１１で排ガスの冷却に使用されるようになっている。

ダウンドラフト式固定床ガス化炉を用い、融点上昇物質の添加量及び添加位置を変化させてクリンカの発生を調べた。試験の結果は、表１に示すとおりであり、本発明に従って融点上昇物質を添加することにより、クリンカの発生を効果的に抑制できることが判明した。

本発明は、木質バイオマスをガス化する限り、そのガスの用途に限定されるものではなく、上記例のような発電利用の他、燃料利用など、広範な用途に適用できるものである。

ガス化発電設備例のフロー図である。ガス化炉を概略的に示す縦断面図である。

符号の説明

１…原料ピット、２…ピットクレーン、３…ホッパー、４…コンベヤ、５Ａ，５Ｂ…ダンパー、６…固定床ガス化炉、７…集塵装置、８…燃料ガス冷却装置、９…ガスエンジン、１０…発電機、１１…排ガス冷却装置。

Claims

木質バイオマスからなる原料をガス化炉に投入しガス化する方法において、
前記原料の融点を上昇させる作用を有する融点上昇物質をガス化炉内に存在させた状態でガス化を行うことを特徴とする木質バイオマスのガス化方法。
前記融点上昇物質を前記原料とともに炉内に投入する、請求項１記載の木質バイオマスのガス化方法。
前記ガス化炉は炉内に酸化剤を供給する吹込口を有するものであり、この吹込口を介して酸化剤とともに前記融点上昇物質を炉内に投入するか、あるいはこの吹込口近傍の高さ位置に設けた投入口を介して前記酸化剤とは別に前記融点上昇物質を炉内に投入する、請求項１または２記載の木質バイオマスのガス化方法。