JP4194086B2

JP4194086B2 - Gasifier

Info

Publication number: JP4194086B2
Application number: JP2003084727A
Authority: JP
Inventors: 英和長沢; 正樹片岡
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004292540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を熱分解して可燃性ガスを得るガス化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ごみや、下水汚泥等の有機物を含む廃棄物など（以下、単に被処理物という。ただし、本明細書において、被処理物を廃棄物に限定する趣旨ではない。）のもつ熱エネルギーを有効利用しようと、様々な方法が提案されている。その１つとして、ガス化装置によって被処理物を熱分解し、可燃性ガスを得る方法がある。
【０００３】
このガス化装置を利用して可燃性ガスを得る従来の方法としては、（１）流動層炉、シャフト炉、内熱式ロータリーキルン等のガス化装置に被処理物を供給し、部分燃焼して、可燃性ガスを得る方法、（２）燃焼炉と熱分解炉とからなるガス化装置に被処理物を供給して、可燃性ガスを得る方法（例えば、特許文献１参照。）、（３）外熱式キルン等の間接加熱型ガス化装置に被処理物を供給し、熱分解して、可燃性ガスを得る方法がある。
【特許文献１】
特開平６−１３４２８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の方法には、以下のような問題があった。
まず、（１）の方法は、熱分解による可燃性ガスと部分燃焼による燃焼排ガスとが混合してしまうため、得られるガスの発熱量が低くなるとの問題を有する。また、（２）の方法は、塔が２本になるため、設備が大きくなるとの問題を有する。さらに、（３）の方法は、被処理物の熱分解により可燃性ガスとともに未燃物であるチャー（炭素分）が発生するが、このチャーのもつ熱エネルギーを有効利用することができないとの問題を有する。
【０００５】
そこで、本発明の主たる課題は、得られるガスの発熱量が高く、被処理物のもつ熱エネルギーの利用効率が高いうえに、設備が大きくならないガス化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
【０００７】
＜請求項１記載の発明＞
有機物を含む被処理物を熱分解して可燃性ガスを得るガス化装置であって、
流動媒体を保持する流動層炉を有し、この流動層炉内は炉底部においては連通する熱分解室と燃焼室とに隔壁により分割され、前記熱分解室には被処理物の供給口とこの被処理物の熱分解により発生する可燃性ガスの排気口とが設けられ、前記燃焼室の上端部には前記熱分解室と連通する返送路が設けられ、この返送路には固気分離手段が備えられ、
前記熱分解室の炉底部には、この熱分解室内の流動媒体及び被処理物を流動化するとともに、前記熱分解室炉底部の流動媒体並びにこの流動媒体に付着するタール分及びチャーの少なくとも一方を含む混合物を、前記熱分解室と燃焼室との連通部を通して前記燃焼室内に移動する、蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を使用した流動化ガスの吹き込み手段が設けられ、
前記燃焼室の炉底部には、前記熱分解室からの混合物を上昇させる、空気を使用した流動化ガスの吹き込み手段が設けられ、
前記混合物中の流動媒体は、前記燃焼室内において、前記タール分及びチャーの少なくとも一方の燃焼により加熱され、前記返送路を通して、前記固気分離手段において燃焼排ガスと分離された後、前記熱分解室に戻る循環が生じる構成とされている、ことを特徴とするガス化装置。
【０００８】
＜請求項２記載の発明＞
熱分解室の流動化ガス吹き込み手段は、蒸気及び二酸化炭素のいずれか一種を切り替えて、流動化ガスとして、吹き込む、請求項１記載のガス化装置。
【０００９】
＜請求項３記載の発明＞
流動媒体が、珪砂、活性白土、ゼオライト及び多孔質アルミナのいずれか一種からなり、又は二種以上の混合物からなる、請求項１又は請求項２記載のガス化装置。
【００１０】
（主な作用効果）
Ａ．本発明においては、塔（流動層炉）を２本とせず、１本の流動層炉内を熱分解室と燃焼室とに、例えば、隔壁により分割したので、設備が大きくならない。
【００１１】
Ｂ．流動層炉を熱分解室と燃焼室とに分割し、熱分解室に可燃性ガスの排気口を設け、燃焼は燃焼室で行うようにしたので、可燃性ガスと排気ガスとが混合せず、したがって発熱量の高い可燃性ガスを回収することができる。
【００１２】
Ｃ．流動層炉内への流動化ガスの吹き込みにより、熱分解室炉底部の混合物は、熱分解室と燃焼室との連通部を通って燃焼室内に移動する。また、混合物中の流動媒体は、燃焼室内において、同じく混合物中のタール分及びチャーの少なくとも一方の燃焼により、加熱される。そして、加熱された流動媒体は、燃焼室の上端部に設けられた返送路を通って熱分解室内に戻る。したがって、タール分及びチャーの熱量が有効利用されることになる。
【００１３】
Ｄ．タール分の付着性は、流動媒体の種類によって異なる。したがって、被処理物に応じて流動媒体の種類を変えることにより、より好ましくは流動媒体を珪砂、活性白土、ゼオライト及び多孔質アルミナのいずれか一種に、又は二種以上の混合物に変えることにより、補助燃料を削減し、あるいは熱分解・ガス化を安定化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態のガス化装置１は、図１に示すように、流動媒体Ｓを保持する流動層炉２を有する。この流動層炉２は、１本の塔からなり、その内部は、炉底部においては連通する熱分解室３と燃焼室４とに分割されている。
【００１５】
熱分解室３及び燃焼室４を、いかなる容積となるように分割するか、いかなる形状となるように分割するかなどは、特に限定されない（熱分解室３及び燃焼室４の形状は、分割の仕方のみによって決まるものではなく、流動層炉２自体の形状によっても左右される。）。ただし、本実施の形態のように、熱分解室３が、燃焼室４の下端部側方に位置し、かつ熱分解室３が気泡流動層として、燃焼室４が高速流動層として運転可能となるように、流動層炉２の形状を決定し、かつ分割するのが好ましい。
【００１６】
以上の熱分解室３及び燃焼室４の分割は、本実施の形態では、流動層炉２と別形成された、例えば、金属製（ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２（ＪＩＳ）など）、不定形耐火物製、レンガ製などの隔壁５を、熱分解室３の燃焼室４側天板３ａに、下方に延在するように、取り付けることによって行った。ただし、これに限定する趣旨ではなく、流動層炉２と一体形成することもできる。
【００１７】
さらに、本実施の形態のガス化装置１は、熱分解室３の天板３ａに被処理物Ｐの供給口６、可燃性ガスＧ１の排気口７が設けられている。処理の対象となる被処理物Ｐは、供給口６から、熱分解室３内に供給し、流動媒体Ｓとともに流動化しつつ、乾燥、昇温して、熱分解する。
【００１８】
本発明において、処理の対象となる被処理物としては、その種類が特に限定されず、有機物（可燃物）を含むものであればよい。例えば、都市ごみや、下水汚泥、廃液、バイオマスなどの廃棄物を挙げることができる。廃棄物に限定する趣旨ではないが、廃棄物を対象とすると、資源の有効利用となり、好ましい。
【００１９】
熱分解室３内においては、被処理物Ｐの熱分解により、未燃物であるチャー（炭素を主成分とする）、不燃物であるアッシュ（灰分）、可燃性ガスＧ１、タール分などが発生する。このうち、可燃性ガスＧ１は、後述する流動化ガスＲ１とともに、排気口７から装置１外に排気され、回収される。
【００２０】
本発明においては、熱分解室３では、燃焼を行わず、熱分解室３とは分割された燃焼室４で燃焼を行う構成としているので、熱分解室３では、燃焼排ガスがほとんど発生しない。したがって、排気口７から排気されるガスは、ほとんどが可燃性ガスＧ１となり、熱量が大きなものとなる。
【００２１】
本実施の形態において、熱分解室３内の流動媒体Ｓなどの流動化は、熱分解室３の炉底部に設けた、流動化ガスＲ１の吹き込み手段１０で行う。
この吹き込み手段１０は、流動化ガスＲ１の噴射ノズル１３の備えられた複数の噴射台１２，１２…から主になる。この噴射台１２，１２…は、燃焼室４に遠い側から燃焼室４側に向かって下方に階段状となっている。流動層炉２の側壁３ｂに設けた流動化ガス取り込み口１５から、流動層炉２内に流動化ガスＲ１を吹き込むと、この流動化ガスＲ１は、各噴射台１２，１２…内に流入し、各噴射台１２ごとに備わる噴射ノズル１３から熱分解室３内に吹き込まれる。
【００２２】
この吹き込みにより、熱分解室３内の流動媒体Ｓ及び被処理物Ｐを流動化するとともに、熱分解室３炉底部の流動媒体Ｓ（この流動媒体Ｓは、被処理物Ｐの熱分解（吸熱反応）によって、温度低下している。）並びにこの流動媒体Ｓに付着するタール分及びチャーの少なくとも一方を含む混合物（この混合物は、噴射台１２，１２…上に堆積し、あるいはその近傍で流動化している。）を、熱分解室３と燃焼室４との連通部８を通して燃焼室３内に移動する。
【００２３】
燃焼室４内に移動した混合物は、一時的には燃焼室４の底部４Ａに堆積するが、流動化ガスＲ２の吹き込み手段１６（以下、先の吹き込み手段１０と区別するために、第２の吹き込み手段１６という。）からの流動化ガスＲ２の吹き込みにより、流動化され、燃焼室４内を上昇する。
【００２４】
第２の吹き込み手段１６は、燃焼室４の側壁４ａ下端部から燃焼室４内に挿入された管体からなっている。この管体は、先端部が閉じており、下側周壁には、複数の孔１６ａ，１６ａ…が設けられている。
【００２５】
流動媒体Ｓの性質や量によっては、以上の第２の吹き込み手段１６によって、流動媒体Ｓを十分に流動化、上昇させることができるが、本実施の形態では、更に第２の吹き込み手段１６の上方の燃焼室４の側壁４ａに、流動化ガスＲ３を斜め下方に向けて吹き込む第３の吹き込み手段１７を設け、流動媒体Ｓの流動化・上昇の促進を図っている。この第３の吹き込み手段１７の上方には、更に１つ又は複数の吹き込み手段を設けることができ、流動媒体Ｓの流動化を促進することができる。
【００２６】
燃焼室４の底部４Ａには、不燃物たるアッシュや、流動媒体Ｓなどを抜き出すための、抜き出し口１８を設けてある。
【００２７】
流動化ガスＲ２及びＲ３の吹き込みにより上昇する流動媒体Ｓに付着するタール分及びチャーは、燃焼し、流動媒体Ｓを加熱する。したがって、タール分及びチャーは、流動媒体Ｓの加熱源として、有効利用されることになる。
【００２８】
加熱された流動媒体Ｓは、燃焼室４の上端部に一端部２０Ａが接続された返送路２０に送られる。この返送路２０の途中には、固気分離手段２１を設けてあり、この固気分離手段２１において、燃焼排ガスＧ２と流動媒体Ｓやアッシュ（灰分）を含む固形分とを分離する。分離した燃焼排ガスＧ２は、排気筒２２を通して、装置外に排気され、他方、固形分は、返送路２０の他端部２０Ｂを通して、熱分解室３内に戻される。返送路２０の他端部２０Ｂは、固気分離手段２１の下端部から延在しており、固形分の固気分離手段２１から熱分解室３への移動には、重量が利用される。戻された流動媒体Ｓは、先述したように、燃焼室４において、加熱（昇温）されているので、被処理物Ｐを熱分解するための、熱源となる。
【００２９】
本実施の形態では、固気分離手段２１を返送炉２０の途中に設けたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、燃焼室４の上端部と返送路２０の一端部２０Ａとの間に介在させることもできる。
【００３０】
また、本実施の形態において、使用することができる固気分離手段２１は、その種類が特に限定されない。例えば、サイクロン、沈降室、ろ過式集塵装置などの公知の集塵装置を使用することができる。本実施の形態では、いわゆるホットサイクロンを使用した。
【００３１】
本発明においては、流動媒体Ｓをどのように循環するかにより、熱エネルギーの有効利用度も変わる。そこで、流動媒体Ｓの循環方法について説明するに、まず、かかる循環は、流動化ガスＲ１，Ｒ２，Ｒ３の吹き込みを調節することにより、行うことができる。より具体的には、燃焼室４においては、流動媒体Ｓの空塔速度（流動媒体Ｓの実際の速度）が、流動媒体Ｓの流動化開始速度に比して高速となるように、他方、熱分解室３においては、流動媒体Ｓの空塔速度が、流動媒体Ｓの流動化開始速度以上、かつ燃焼室４における流動媒体Ｓの空塔速度未満となるように、するのが好ましく、燃焼室４においては、流動媒体Ｓのフルード数（Ｆｒ）が０．８〜１４となるように、他方、熱分解室３においては、流動媒体Ｓのフルード数（Ｆｒ）が１以下となるようにするのが、より好ましい。このような調節により、燃焼室４及び熱分解室３は、それぞれ、いわゆる高速流動層又は気泡流動層となる。
【００３２】
燃焼室４を高速流動層とすることにより、燃焼室４内の流動媒体Ｓは、燃焼室４内を上昇し、返送路２０を介して、熱分解室３内に戻るようになる。他方、熱分解室３を気泡流動層とすることにより、熱分解室３内の流動媒体Ｓは、熱分解室３下側で流動化し、この部分において流動媒体Ｓの濃度が高くなるため、被処理物Ｐの熱分解が効率的に行われることになり、また、熱分解室３内の流動媒体Ｓの一部は、噴射台１２，１２…上に堆積し、あるいはこの近傍で流動化することになるため、吹き込み手段１０からの流動化ガスＲ１の吹込みにより、混合物が効率的に燃焼室３へ移動することになる。
【００３３】
ところで、被処理物Ｐの熱分解による可燃性ガスＧ１及びチャーの発生割合は、被処理物Ｐの種類や、水分量などによって異なる。したがって、熱分解室３や燃焼室４に必要な熱量は、例えば、化石燃料や、発生した可燃性ガスＧ１などの補助燃料を助燃して補い、熱分解及び燃焼を安定化させることになる。
しかしながら、これでは経済性が悪くなる。そこで、本発明においては、被処理物Ｐの種類に応じて、流動媒体Ｓを選定することを推奨する。
本発明者等の知見したところによると、被処理物Ｐの熱分解に際して発生するタール分（タール質を含む可燃性ガス）は、流動媒体Ｓに付着して、熱分解室３から燃焼室４に移動する。そして、本発明者等が実験したところによると、流動媒体に付着するタール分の解離速度は、流動媒体ごとに異なり、例えば、珪砂、活性白土、多孔質アルミナ、ゼオライトの順で遅くなる。したがって、解離速度の速い流動媒体を使用すれば、タール分は、その多くが熱分解室３で燃料として利用されることになり、他方、解離速度の遅い流動媒体を使用すれば、タール分は、燃焼室４に移動する割合が多くなるため、そのより多くが燃焼室４で燃料として利用されることになる。つまり、被処理物Ｐの種類に応じて、流動媒体Ｓを選定することにより、補助燃料を使用することなく、熱分解及び燃焼を安定化させることができる。そして、その際には、以上で挙げた珪砂、活性白土、多孔質アルミナ、ゼオライトのいずれか一種からなり、又は二種以上の混合物からなるものを流動媒体Ｓとして選定すれば、様々な被処理物Ｐに対応することができるので、好ましい。
【００３４】
また、燃焼室４へのタール分の移動量が若干多くなっても、その分燃焼室４における燃焼が盛んになり、流動媒体Ｓがより昇温することになるため、熱分解室３の温度も上昇する。そして、熱分解室３の温度が上昇すれば、被処理物Ｐの熱分解によるチャーの発生量が減少するので、燃焼室４へのチャーの移動量も減少する。つまり、本方法には、自己制御作用があるため、熱分解及び燃焼の安定化は、より優れたものといえる。
【００３５】
例えば、被処理物Ｐの水分量が多い場合や、下水汚泥のようにチャーの生成量が少ない場合には、燃焼室４の熱量が不足するため、熱分解室３の温度を下げてチャーの生成割合を増加させることがある。そして、この温度操作だけでは対応できない場合には、流動媒体Ｓとしてゼオライトや、多孔質アルミナ、活性白土などを使用し、タール分の燃焼室４への移動量を増加させることにより、熱量不足の解消を図ることができる。
【００３６】
（その他）
（１）本実施の形態では、熱分解室３が、燃焼室４の下端部一側方に位置する形態を説明したが、例えば、熱分解室３を２つとし、燃焼室４の下端部両側方に位置する形態とすることもできる。
【００３７】
（２）本発明において、流動化ガスＲ１、Ｒ２及びＲ３は、流動媒体Ｓを流動化することを主目的とするものであり、その種類は、特に限定されない。従来の流動層炉で使用されていた、蒸気、二酸化炭素、空気などを使用することができる。ただし、流動化ガスＲ１としては、熱分解促進のために、蒸気や二酸化炭素の割合を多くして使用するのが好ましく（熱分解室３の温度によっては、空気を併用する。）、流動化ガスＲ２及びＲ３としては、空気を使用するのが好ましい。
【００３８】
【実施例】
本発明の効果を明らかにするために、以下の試験を行った。
以下の試験例においては、実施の形態で説明したガス化装置１を使用した。また、流動層炉２には、真比重２．６〜２．８、平均粒径３００〜４００μｍの流動媒体Ｓを保持させた。流動化ガスＲ１としては、蒸気を、流動化ガスＲ２及びＲ３としては、空気を使用した。流動化ガスＲ１、Ｒ２及びＲ３は、熱分解室３における流動媒体Ｓのフルード数が０．４〜０．６となるように、燃焼室４における流動媒体Ｓのフルード数が１．０〜２．０となるように、制御した。
【００３９】
〔試験例１〕
流動媒体Ｓとして、珪砂を使用し、水分１２質量％の廃建材を、被処理物Ｐの供給口６から供給した。廃建材の発熱量は、１８．３ＭＪ／ｋｇ−ＤＳであった。本試験例では、熱分解室３の温度を７４０〜７６０℃としたときに、燃焼室４の温度が安定した。熱分解室３からの可燃性ガスＧ１を含む排ガスは、図示しないガス冷却装置で冷却・除湿した。冷却・除湿後の排ガスの発熱量は、２６．４ＭＪ／ｍ³Ｎであり、冷ガス効率（回収排ガスの発熱量／被処理物Ｐの発熱量）は、６６％であった。
【００４０】
〔試験例２〕
流動媒体Ｓとしては、試験例１同様、珪砂を使用し、水分５１質量％のおがくずとバークとの混合物を、被処理物Ｐの供給口６から供給した。混合物の発熱量は、２０．６ＭＪ／ｋｇ−ＤＳであった。本試験例では、熱分解室３の温度を５４０〜５６０℃としたときに、燃焼室４の温度が安定した。熱分解室３からの可燃性ガスＧ１を含む排ガスは、図示しないガス冷却装置で冷却・除湿した。冷却・除湿後の排ガスの発熱量は、２０．４ＭＪ／ｍ³Ｎであり、冷ガス効率（回収排ガスの発熱量／被処理物Ｐの発熱量）は、４８％であった。
【００４１】
〔試験例３〕
流動媒体Ｓとしては、試験例１同様、珪砂を使用し、水分４８質量％の下水汚泥を、被処理物Ｐの供給口６から供給した。下水汚泥の発熱量は、１７．６ＭＪ／ｋｇ−ＤＳであった。本試験例では、熱分解室３の温度を低下させても、流動層炉２全体の温度が低下してしまった。
【００４２】
〔試験例４〕
流動媒体Ｓとして、ＢＥＴ比表面積８６ｍ²／ｇのゼオライトを使用し、水分４８質量％の下水汚泥を、被処理物Ｐの供給口６から供給した。本試験例では、熱分解室３の温度を４６０〜４８０℃としたときに、燃焼室４の温度が安定した。熱分解室３からの可燃性ガスＧ１を含む排ガスは、図示しないガス冷却装置で冷却・除湿した。冷却・除湿後の排ガスの発熱量は、１３．４ＭＪ／ｍ³Ｎであり、冷ガス効率（回収排ガスの発熱量／被処理物Ｐの発熱量）は、２１％であった。
【００４３】
〔試験例５〕
流動媒体Ｓとして、試験例４で用いたゼオライトと試験例１で用いた珪砂とを質量比１：１で混合したものを用い、試験例４で用いた下水汚泥と試験例２で用いたおがくず及びバークの混合物とを質量比１：１で混合したものを、被処理物Ｐの供給口６から供給した。本試験例では、熱分解室３の温度を５６０〜５８０℃としたときに、燃焼室４の温度が安定した。熱分解室３からの可燃性ガスＧ１を含む排ガスは、図示しないガス冷却装置で冷却・除湿した。冷却・除湿後の排ガスの発熱量は、１７．５ＭＪ／ｍ³Ｎであり、冷ガス効率（回収排ガスの発熱量／被処理物Ｐの発熱量）は、３６％であった。
【００４４】
〔試験例６〕
流動媒体Ｓとして、ＢＥＴ比表面積７２ｍ²／ｇの活性白土を使用し、水分４８質量％の下水汚泥を、被処理物Ｐの供給口６から供給した。本試験例では、熱分解室３の温度を５３０〜５５０℃としたときに、燃焼室４の温度が安定した。熱分解室３からの可燃性ガスＧ１を含む排ガスは、図示しないガス冷却装置で冷却・除湿した。冷却・除湿後の排ガスの発熱量は、１８．２ＭＪ／ｍ³Ｎであり、冷ガス効率（回収排ガスの発熱量／被処理物Ｐの発熱量）は、２６％であった。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、得られるガスの発熱量が高く、被処理物のもつ熱エネルギーの利用効率が高いうえに、設備が大きくならないガス化装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るガス化装置の断面模式図である。
【符号の説明】
１…ガス化装置、２…流動層炉、３…熱分解室、４…燃焼室、５…隔壁、６…供給口、７…排気口、８…連通部、Ｐ…被処理物、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…流動化ガス、Ｇ１，Ｇ２…ガス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gasifier that thermally decomposes an object to be processed to obtain a combustible gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the heat of municipal waste, waste containing organic matter such as sewage sludge, etc. (hereinafter simply referred to as an object to be treated. However, in this specification, the heat to be treated is not limited to waste). Various methods have been proposed to make effective use of energy. As one of them, there is a method of obtaining a combustible gas by thermally decomposing an object to be processed by a gasifier.
[0003]
As a conventional method for obtaining a combustible gas by using this gasifier, (1) to-be-processed material is supplied to a gasifier such as a fluidized bed furnace, a shaft furnace, an internal heat type rotary kiln, and a partial combustion is performed. (2) A method for obtaining a combustible gas, (2) A method for obtaining a combustible gas by supplying an object to be processed to a gasifier comprising a combustion furnace and a pyrolysis furnace (see, for example, Patent Document 1), (3) ) There is a method in which an object to be processed is supplied to an indirect heating type gasifier such as an external heating kiln and thermally decomposed to obtain a combustible gas.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-134287 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, this conventional method has the following problems.
First, the method (1) has a problem that the calorific value of the obtained gas is reduced because the combustible gas by thermal decomposition and the combustion exhaust gas by partial combustion are mixed. Moreover, since the method of (2) has two towers, it has the problem that an installation becomes large. Furthermore, in the method (3), unburnt char (carbon content) is generated together with combustible gas due to thermal decomposition of the object to be treated, but the thermal energy of this char cannot be used effectively. Have a problem.
[0005]
Therefore, a main problem of the present invention is to provide a gasifier that has a high calorific value of the gas to be obtained, has high efficiency of using heat energy of the object to be processed, and does not have large equipment.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that has solved the above problems is as follows.
[0007]
<Invention of Claim 1>
A gasification device for obtaining a combustible gas by thermally decomposing an object to be processed including organic matter,
The fluidized bed furnace has a fluidized bed furnace for holding a fluidized medium. The inside of the fluidized bed furnace is divided into a pyrolysis chamber and a combustion chamber communicating with each other at the bottom of the furnace. An exhaust port for combustible gas generated by thermal decomposition of the object to be treated is provided, and a return path communicating with the thermal decomposition chamber is provided at the upper end portion of the combustion chamber. Means are provided,
At the furnace bottom of the pyrolysis chamber, the fluid medium and the object to be processed in the pyrolysis chamber are fluidized, and at least one of the fluid medium at the bottom of the pyrolysis chamber and the tar and char attached to the fluid medium. A fluidized gas blowing means using at least one of steam and carbon dioxide is provided for moving the mixture containing the thermal decomposition chamber and the combustion chamber into the combustion chamber.
At the bottom of the furnace of the combustion chamber is provided fluidized gas blowing means using air for raising the mixture from the pyrolysis chamber,
The fluid medium in the mixture is heated by combustion of at least one of the tar and char in the combustion chamber, separated from the combustion exhaust gas in the solid gas separation means through the return path, and then the pyrolysis chamber. The gasifier is characterized in that a circulation to return to is generated.
[0008]
<Invention of Claim 2>
The gasification apparatus according to claim 1, wherein the fluidizing gas blowing means in the pyrolysis chamber is switched as a fluidizing gas by switching either one of steam and carbon dioxide.
[0009]
<Invention of Claim 3>
The gasifier according to claim 1 or 2, wherein the fluid medium is composed of any one of quartz sand, activated clay, zeolite, and porous alumina, or a mixture of two or more.
[0010]
(Main effects)
A. In the present invention, since the number of towers (fluidized bed furnaces) is not two and the inside of one fluidized bed furnace is divided into a pyrolysis chamber and a combustion chamber by, for example, partition walls, the equipment does not become large.
[0011]
B. The fluidized bed furnace is divided into a pyrolysis chamber and a combustion chamber, and an exhaust port for combustible gas is provided in the pyrolysis chamber so that combustion is performed in the combustion chamber, so that combustible gas and exhaust gas do not mix. Therefore, the combustible gas having a high calorific value can be recovered.
[0012]
C. When the fluidizing gas is blown into the fluidized bed furnace, the mixture at the bottom of the pyrolysis chamber moves through the communication portion between the pyrolysis chamber and the combustion chamber into the combustion chamber. In addition, the fluid medium in the mixture is heated in the combustion chamber by the combustion of at least one of the tar content and char in the mixture. The heated fluid medium returns to the pyrolysis chamber through a return path provided at the upper end of the combustion chamber. Therefore, the tar content and the heat quantity of char are effectively used.
[0013]
D. The adhesion of tar content varies depending on the type of fluid medium. Therefore, by changing the type of fluidized medium according to the object to be treated, more preferably by changing the fluidized medium to any one of silica sand, activated clay, zeolite and porous alumina, or a mixture of two or more. Auxiliary fuel can be reduced, or thermal decomposition and gasification can be stabilized.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
The gasifier 1 of the present embodiment has a fluidized bed furnace 2 that holds a fluidized medium S as shown in FIG. The fluidized bed furnace 2 is composed of a single tower, and the interior thereof is divided into a pyrolysis chamber 3 and a combustion chamber 4 that communicate with each other at the bottom of the furnace.
[0015]
There are no particular limitations on the volume of the pyrolysis chamber 3 and the combustion chamber 4 and the shape of the pyrolysis chamber 3 and the combustion chamber 4 that are divided. It depends not only on the way but also on the shape of the fluidized bed furnace 2 itself). However, as in the present embodiment, the pyrolysis chamber 3 is located on the side of the lower end portion of the combustion chamber 4, the pyrolysis chamber 3 can be operated as a bubble fluidized bed, and the combustion chamber 4 can be operated as a high-speed fluidized bed. It is preferable that the shape of the fluidized bed furnace 2 is determined and divided.
[0016]
In the present embodiment, the division of the pyrolysis chamber 3 and the combustion chamber 4 described above is formed separately from the fluidized bed furnace 2, for example, made of metal (SUS201, SUS202 (JIS), etc.), made of amorphous refractory, A partition wall 5 made of brick or the like was attached to the combustion chamber 4 side top plate 3a of the thermal decomposition chamber 3 so as to extend downward. However, the present invention is not limited to this and can be formed integrally with the fluidized bed furnace 2.
[0017]
Furthermore, in the gasification apparatus 1 of the present embodiment, the top plate 3a of the thermal decomposition chamber 3 is provided with a supply port 6 for the workpiece P and an exhaust port 7 for the combustible gas G1. The object P to be processed is supplied from the supply port 6 into the thermal decomposition chamber 3 and is fluidized with the fluid medium S, dried, heated and thermally decomposed.
[0018]
In the present invention, the type of an object to be processed is not particularly limited, and any material that contains an organic substance (combustible substance) may be used. For example, waste such as municipal waste, sewage sludge, waste liquid, and biomass can be cited. Although not intended to limit to waste, it is preferable to use waste as a target because it effectively uses resources.
[0019]
In the pyrolysis chamber 3, unburnt char (carbon as a main component), incombustible ash (ash), combustible gas G1, tar content, etc. are obtained by thermal decomposition of the workpiece P. appear. Among these, the combustible gas G1 is exhausted from the exhaust port 7 to the outside of the apparatus 1 and collected together with the fluidizing gas R1 described later.
[0020]
In the present invention, combustion is not performed in the pyrolysis chamber 3 and combustion is performed in the combustion chamber 4 divided from the pyrolysis chamber 3, so that combustion exhaust gas is hardly generated in the pyrolysis chamber 3. Therefore, most of the gas exhausted from the exhaust port 7 becomes the combustible gas G1, and the amount of heat becomes large.
[0021]
In the present embodiment, fluidization of the fluid medium S and the like in the pyrolysis chamber 3 is performed by the fluidizing gas R1 blowing means 10 provided at the furnace bottom of the pyrolysis chamber 3.
This blowing means 10 is mainly composed of a plurality of injection tables 12, 12,... Provided with injection nozzles 13 for fluidizing gas R1. The injection tables 12, 12... Are stepped downward from the side far from the combustion chamber 4 toward the combustion chamber 4 side. When the fluidized gas R1 is blown into the fluidized bed furnace 2 from the fluidized gas intake port 15 provided on the side wall 3b of the fluidized bed furnace 2, the fluidized gas R1 flows into the injection tables 12, 12,. Then, it is blown into the thermal decomposition chamber 3 from the injection nozzle 13 provided for each injection table 12.
[0022]
By this blowing, the fluidized medium S and the workpiece P in the thermal decomposition chamber 3 are fluidized and the fluidized medium S at the bottom of the thermal decomposition chamber 3 (this fluidized medium S is thermally decomposed (endothermic) of the workpiece P). Due to the reaction))) and a mixture containing at least one of tar and char adhering to the fluid medium S (this mixture is deposited on the spray table 12, 12,. Is moved into the combustion chamber 3 through the communication portion 8 between the thermal decomposition chamber 3 and the combustion chamber 4.
[0023]
The mixture that has moved into the combustion chamber 4 temporarily accumulates on the bottom 4A of the combustion chamber 4, but the fluidizing gas R2 blowing means 16 (hereinafter referred to as the second blowing means 10 in order to be distinguished from the second blowing means 10). The fluidized gas R2 from the blowing means 16) is fluidized and rises in the combustion chamber 4.
[0024]
The second blowing means 16 is composed of a tubular body inserted into the combustion chamber 4 from the lower end of the side wall 4 a of the combustion chamber 4. The tubular body has a closed end, and a plurality of holes 16a, 16a,... Are provided in the lower peripheral wall.
[0025]
Depending on the nature and amount of the fluid medium S, the fluid medium S can be sufficiently fluidized and raised by the second blowing means 16 described above. A third blowing means 17 for blowing the fluidizing gas R3 obliquely downward is provided on the side wall 4a of the upper combustion chamber 4 to promote fluidization / rise of the fluid medium S. One or more blowing means can be further provided above the third blowing means 17, and fluidization of the fluid medium S can be promoted.
[0026]
The bottom 4A of the combustion chamber 4 is provided with an extraction port 18 for extracting ash as a non-combustible material, fluid medium S and the like.
[0027]
The tar and char adhering to the fluid medium S that rises as the fluidized gases R2 and R3 are blown are combusted and heat the fluid medium S. Therefore, the tar content and char are effectively used as a heating source for the fluidized medium S.
[0028]
The heated fluid medium S is sent to a return path 20 having one end 20 </ b> A connected to the upper end of the combustion chamber 4. In the middle of the return path 20, solid-gas separation means 21 is provided. In this solid-gas separation means 21, the combustion exhaust gas G2 and the solid content including the fluid medium S and ash (ash) are separated. The separated combustion exhaust gas G2 is exhausted to the outside of the apparatus through the exhaust tube 22, while the solid content is returned into the thermal decomposition chamber 3 through the other end portion 20B of the return path 20. The other end 20 </ b> B of the return path 20 extends from the lower end of the solid / gas separation means 21, and weight is used to move the solid content from the solid / gas separation means 21 to the thermal decomposition chamber 3. Since the returned fluid medium S is heated (heated up) in the combustion chamber 4 as described above, it becomes a heat source for thermally decomposing the workpiece P.
[0029]
In the present embodiment, the solid-gas separation means 21 is provided in the middle of the return furnace 20, but the present invention is not limited to this. For example, it can be interposed between the upper end of the combustion chamber 4 and one end 20 </ b> A of the return path 20.
[0030]
In the present embodiment, the type of solid-gas separation means 21 that can be used is not particularly limited. For example, a known dust collector such as a cyclone, a sedimentation chamber, or a filtration dust collector can be used. In this embodiment, a so-called hot cyclone is used.
[0031]
In the present invention, the effective utilization of heat energy also changes depending on how the fluid medium S is circulated. Therefore, to explain the circulation method of the fluidized medium S, first, such circulation can be performed by adjusting the blowing of the fluidizing gases R1, R2, and R3. More specifically, in the combustion chamber 4, the superficial speed of the fluid medium S (actual speed of the fluid medium S) is higher than the fluidization start speed of the fluid medium S, In the pyrolysis chamber 3, it is preferable that the superficial velocity of the fluid medium S is equal to or higher than the fluidization start speed of the fluid medium S and less than the superficial velocity of the fluid medium S in the combustion chamber 4. In the chamber 4, the fluid number (Fr) of the fluid medium S is 0.8 to 14, while in the pyrolysis chamber 3, the fluid number (Fr) of the fluid medium S is 1 or less. More preferably. By such adjustment, the combustion chamber 4 and the pyrolysis chamber 3 become so-called high-speed fluidized beds or bubble fluidized beds, respectively.
[0032]
By making the combustion chamber 4 a high-speed fluidized bed, the fluid medium S in the combustion chamber 4 rises in the combustion chamber 4 and returns to the thermal decomposition chamber 3 through the return path 20. On the other hand, by making the pyrolysis chamber 3 into a bubble fluidized bed, the fluid medium S in the pyrolysis chamber 3 is fluidized below the pyrolysis chamber 3, and the concentration of the fluid medium S increases in this portion. The thermal decomposition of the processed material P is efficiently performed, and a part of the fluid medium S in the thermal decomposition chamber 3 is deposited on the injection tables 12, 12,. Therefore, the mixture efficiently moves to the combustion chamber 3 by blowing the fluidizing gas R1 from the blowing means 10.
[0033]
By the way, the generation ratio of the combustible gas G1 and char due to the thermal decomposition of the workpiece P varies depending on the type of the workpiece P, the amount of moisture, and the like. Therefore, the amount of heat necessary for the pyrolysis chamber 3 and the combustion chamber 4 is supplemented by supplementing auxiliary fuel such as fossil fuel and generated combustible gas G1, for example, to stabilize thermal decomposition and combustion.
However, this is not economical. Therefore, in the present invention, it is recommended to select the fluid medium S according to the type of the workpiece P.
According to the knowledge of the present inventors, the tar content (combustible gas containing tar substance) generated during the thermal decomposition of the workpiece P adheres to the fluid medium S and is transferred from the thermal decomposition chamber 3 to the combustion chamber 4. Move to. According to experiments conducted by the present inventors, the dissociation rate of the tar adhering to the fluidized medium is different for each fluidized medium, and becomes slower in the order of, for example, silica sand, activated clay, porous alumina, and zeolite. Therefore, if a fluid medium having a high dissociation rate is used, much of the tar content is used as fuel in the thermal decomposition chamber 3, whereas if a fluid medium having a low dissociation rate is used, the tar content is Since the rate of movement to the combustion chamber 4 increases, more of that is used as fuel in the combustion chamber 4. That is, by selecting the fluid medium S according to the type of the workpiece P, it is possible to stabilize thermal decomposition and combustion without using auxiliary fuel. And in that case, if what consists of any one of the above mentioned silica sand, activated clay, porous alumina, and zeolite, or what consists of a mixture of 2 or more types is selected as the fluid medium S, various treatments will be made. Since it can respond to the thing P, it is preferable.
[0034]
Further, even if the amount of tar transferred to the combustion chamber 4 is slightly increased, the combustion in the combustion chamber 4 is increased accordingly, and the temperature of the fluid medium S is further increased. Also rises. And if the temperature of the thermal decomposition chamber 3 rises, the amount of char generated by the thermal decomposition of the workpiece P will decrease, so the amount of char movement to the combustion chamber 4 will also decrease. That is, since this method has a self-control action, it can be said that the thermal decomposition and the stabilization of combustion are more excellent.
[0035]
For example, when the moisture content of the workpiece P is large, or when the amount of char generated is small, such as sewage sludge, the amount of heat in the combustion chamber 4 is insufficient. May increase production rate. If this temperature operation alone cannot be used, zeolite, porous alumina, activated clay, or the like is used as the fluid medium S, and the amount of tar transferred to the combustion chamber 4 is increased, so that the amount of heat is insufficient. It can be solved.
[0036]
(Other)
(1) In the present embodiment, the pyrolysis chamber 3 has been described as being located on one side of the lower end portion of the combustion chamber 4. For example, two pyrolysis chambers 3 are provided, and the lower end portion of the combustion chamber 4 is provided. It can also be a form located on both sides.
[0037]
(2) In the present invention, the fluidizing gases R1, R2, and R3 are mainly intended to fluidize the fluid medium S, and the types thereof are not particularly limited. Steam, carbon dioxide, air and the like used in conventional fluidized bed furnaces can be used. However, as the fluidizing gas R1, it is preferable to increase the proportion of steam or carbon dioxide in order to promote thermal decomposition (air is used in combination depending on the temperature of the thermal decomposition chamber 3). Air is preferably used as the gases R2 and R3.
[0038]
【Example】
In order to clarify the effects of the present invention, the following tests were conducted.
In the following test examples, the gasifier 1 described in the embodiment was used. In the fluidized bed furnace 2, a fluid medium S having a true specific gravity of 2.6 to 2.8 and an average particle size of 300 to 400 μm was held. Steam was used as the fluidizing gas R1, and air was used as the fluidizing gases R2 and R3. The fluidizing gases R1, R2 and R3 have a fluid number of the fluid medium S in the combustion chamber 4 of 1.0 to 2 so that the fluid number of the fluid medium S in the pyrolysis chamber 3 is 0.4 to 0.6. Control was made to be 0.0.
[0039]
[Test Example 1]
Silica sand was used as the fluid medium S, and a waste building material having a water content of 12% by mass was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. The calorific value of the waste building material was 18.3 MJ / kg-DS. In this test example, when the temperature of the thermal decomposition chamber 3 was 740 to 760 ° C., the temperature of the combustion chamber 4 was stabilized. The exhaust gas containing the combustible gas G1 from the pyrolysis chamber 3 was cooled and dehumidified by a gas cooling device (not shown). The calorific value of the exhaust gas after cooling and dehumidification was 26.4 MJ / m ³ N, and the cold gas efficiency (the calorific value of the recovered exhaust gas / the calorific value of the workpiece P) was 66%.
[0040]
[Test Example 2]
As the fluid medium S, silica sand was used as in Test Example 1, and a mixture of sawdust and bark having a moisture content of 51 mass% was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. The calorific value of the mixture was 20.6 MJ / kg-DS. In this test example, when the temperature of the thermal decomposition chamber 3 was 540 to 560 ° C., the temperature of the combustion chamber 4 was stabilized. The exhaust gas containing the combustible gas G1 from the pyrolysis chamber 3 was cooled and dehumidified by a gas cooling device (not shown). The calorific value of the exhaust gas after cooling and dehumidification was 20.4 MJ / m ³ N, and the cold gas efficiency (the calorific value of the recovered exhaust gas / the calorific value of the workpiece P) was 48%.
[0041]
[Test Example 3]
As the fluid medium S, silica sand was used as in Test Example 1, and sewage sludge with a water content of 48 mass% was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. The calorific value of sewage sludge was 17.6 MJ / kg-DS. In this test example, even if the temperature of the thermal decomposition chamber 3 was lowered, the temperature of the fluidized bed furnace 2 as a whole was lowered.
[0042]
[Test Example 4]
Zeolite having a BET specific surface area of 86 m ² / g was used as the fluid medium S, and sewage sludge with a water content of 48 mass% was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. In this test example, when the temperature of the thermal decomposition chamber 3 was set to 460 to 480 ° C., the temperature of the combustion chamber 4 was stabilized. The exhaust gas containing the combustible gas G1 from the pyrolysis chamber 3 was cooled and dehumidified by a gas cooling device (not shown). The calorific value of the exhaust gas after cooling and dehumidification was 13.4 MJ / m ³ N, and the cold gas efficiency (the calorific value of the recovered exhaust gas / the calorific value of the workpiece P) was 21%.
[0043]
[Test Example 5]
As the fluidized medium S, a mixture of the zeolite used in Test Example 4 and the silica sand used in Test Example 1 at a mass ratio of 1: 1 is used, and the sewage sludge used in Test Example 4 and the sawdust used in Test Example 2 are used. And the mixture of the bark mixture at a mass ratio of 1: 1 was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. In this test example, when the temperature of the pyrolysis chamber 3 was 560 to 580 ° C., the temperature of the combustion chamber 4 was stabilized. The exhaust gas containing the combustible gas G1 from the pyrolysis chamber 3 was cooled and dehumidified by a gas cooling device (not shown). The calorific value of the exhaust gas after cooling and dehumidification was 17.5 MJ / m ³ N, and the cold gas efficiency (the calorific value of the recovered exhaust gas / the calorific value of the object P) was 36%.
[0044]
[Test Example 6]
An activated clay having a BET specific surface area of 72 m ² / g was used as the fluid medium S, and sewage sludge with a water content of 48 mass% was supplied from the supply port 6 of the workpiece P. In this test example, when the temperature of the thermal decomposition chamber 3 was set to 530 to 550 ° C., the temperature of the combustion chamber 4 was stabilized. The exhaust gas containing the combustible gas G1 from the pyrolysis chamber 3 was cooled and dehumidified by a gas cooling device (not shown). The calorific value of the exhaust gas after cooling and dehumidification was 18.2 MJ / m ³ N, and the cold gas efficiency (the calorific value of the recovered exhaust gas / the calorific value of the workpiece P) was 26%.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a gasifier is provided in which the amount of heat generated from the gas is high, the utilization efficiency of the thermal energy of the object to be processed is high, and the equipment does not become large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a gasifier according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gasifier, 2 ... Fluidized bed furnace, 3 ... Pyrolysis chamber, 4 ... Combustion chamber, 5 ... Partition, 6 ... Supply port, 7 ... Exhaust port, 8 ... Communication part, P ... To-be-processed object, R1, R2, R3 ... fluidizing gas, G1, G2 ... gas.

Claims

A gasification device for obtaining a combustible gas by thermally decomposing an object to be processed including organic matter,
The fluidized bed furnace has a fluidized bed furnace for holding a fluidized medium. The inside of the fluidized bed furnace is divided into a pyrolysis chamber and a combustion chamber communicating with each other at the bottom of the furnace. An exhaust port for combustible gas generated by thermal decomposition of the object to be treated is provided, and a return path communicating with the thermal decomposition chamber is provided at the upper end portion of the combustion chamber. Means are provided,
At the furnace bottom of the pyrolysis chamber, the fluid medium and the object to be processed in the pyrolysis chamber are fluidized, and at least one of the fluid medium at the bottom of the pyrolysis chamber and the tar and char attached to the fluid medium. A fluidized gas blowing means using at least one of steam and carbon dioxide is provided for moving the mixture containing the thermal decomposition chamber and the combustion chamber into the combustion chamber.
At the bottom of the furnace of the combustion chamber is provided fluidized gas blowing means using air for raising the mixture from the pyrolysis chamber,
The fluid medium in the mixture is heated by combustion of at least one of the tar and char in the combustion chamber, separated from the combustion exhaust gas in the solid gas separation means through the return path, and then the pyrolysis chamber. The gasifier is characterized in that a circulation to return to is generated.

The gasification apparatus according to claim 1, wherein the fluidizing gas blowing means in the pyrolysis chamber is switched as a fluidizing gas by switching either one of steam and carbon dioxide.

The gasifier according to claim 1 or 2, wherein the fluid medium is composed of any one of quartz sand, activated clay, zeolite, and porous alumina, or a mixture of two or more.