JP2007269905A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化ガスの精製を容易化する。
【解決手段】有機性廃棄物を含む燃料Ｘを酸化させることによって発生する熱で所定の伝熱媒体Ｓを加熱し、上記有機性廃棄物の酸化によって発生する不要成分を除外した状態の上記伝熱媒体Ｓを排出する伝熱媒体加熱手段１，１５，２と、上記伝熱媒体加熱手段１，１５，２から排出された上記伝熱媒体Ｓの熱によって所定の原料をガス化させるガス化炉３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料をガス化することによってガス化ガスを得るガス化装置に関するものである。

石炭やバイオマス等の原料をガス化することによって高カロリーのガス化ガスを得るガス化装置としては、例えば特許文献１に記載されているような、ガス化炉と燃焼炉（酸化炉）とを備えるものが提案されている。
具体的には、特許文献１には、ガス化炉において原料を流動媒体とともに流動化してガス化させ、発生したガス化ガス、流動媒体及びチャーをサイクロン（分離手段）で分離し、ガス化炉で発生したチャーを燃焼炉で燃焼処理する技術が開示されている。
このようなガス化装置によれば、サイクロンからガス化ガスが排出され、これによってガス化ガスが得られる。

また、原料のガス化は吸熱反応であるため、燃焼炉において発生する熱をガス化炉に伝熱することによって、エネルギーの利用効率を高めることができる。そこで、特許文献１に記載されたガス化装置においては、燃焼炉の内部において流動媒体（伝熱媒体）を加熱し、この加熱された流動媒体をガス化炉に供給することによって、燃焼炉において発生した熱をガス化炉に伝熱している。
特開２００５−４１９５９号公報

ところで、近年、上述のようなガス化装置において、都市ゴミ等の有機性廃棄物を処理する提案が成されている。具体的には、ガス化炉に有機性廃棄物を含む原料を投入し、有機性廃棄物を処理することが提案されている。
このように有機性廃棄物をガス化炉に投入することによって、有機性廃棄物を処理することができるため、ガス化装置を有効に活用することができる。

しかしながら、ガス化炉に有機性廃棄物を投入した場合には、有機性廃棄物の処理に伴ってダイオキシンや重金属ガスが発生し、これらのダイオキシンや重金属ガスがガス化炉から排出される。このため、ガス化炉において生成されるガス化ガス中にダイオキシンや重金属ガスが含まれることなる。
このため、ガス化炉から排出されたガス化ガスからダイオキシンや重金属ガスを除去する処理が必要となり、ガス化ガスを精製するための手間が増加してしまう。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ガス化ガスの精製を容易化することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、有機性廃棄物を含む燃料を酸化させることによって発生する熱で所定の伝熱媒体を加熱し、上記有機性廃棄物の酸化によって発生する不要成分を除外した状態の上記伝熱媒体を排出する伝熱媒体加熱手段と、上記伝熱媒体加熱手段から排出された上記伝熱媒体の熱によって所定の原料をガス化させるガス化炉と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のガス化装置においては、上記伝熱媒体加熱手段が、上記燃料を酸化させることによって発生する熱で上記伝熱媒体を加熱するとともに上記伝熱媒体を上記不要成分とともに排出する酸化炉と、上記酸化炉から排出された上記伝熱媒体を上記不要成分と分離して排出する分離手段と、を備えるという構成を採用することができる。
具体的には、上記酸化炉が、流動媒体とともに上記燃料を流動化させながら上記燃料を酸化させる流動層酸化炉であり、上記分離手段が、サイクロンであり、上記ガス化炉が、上記流動媒体とともに上記原料を流動化させながら上記原料をガス化させ、上記伝熱媒体が、上記流動媒体であるという構成を採用することができる。

また、本発明のガス化装置においては、上記伝熱媒体加熱手段が、上記燃料を酸化させることによって熱を発生する酸化炉と、上記酸化炉の熱を上記伝熱媒体に間接的に伝熱して排出する熱交換手段と、を備えるという構成を採用することもできる。
具体的には、上記熱交換手段は、上記酸化炉内に設置されるとともに上記酸化炉の熱を上記伝熱媒体に伝熱する熱交換器を備えるという構成を採用することができる。

また、本発明のガス化装置においては、ガス化された上記原料であるガス化ガス中に含まれるタール成分を上記ガス化ガス中から除去するとともに除去した上記タール成分を排出するタール成分除去手段を備え、上記伝熱媒体加熱手段が、上記タール成分を上記燃料の一部として用いるという構成を採用することができるという構成を採用することができる。

また、本発明のガス化装置においては、上記不要成分が、ダイオキシンあるいは／及び重金属ガスであるという構成を採用することができる。

本発明のガス化装置によれば、有機性廃棄物を含む燃料を酸化させることによって発生する熱で伝熱媒体が加熱され、上記有機性廃棄物の酸化によって発生する不要成分を除外した状態の上記伝熱媒体が排出され、この伝熱媒体の熱によって原料がガス化される。このため、酸化炉に有機性廃棄物を含む燃料を投入することによって燃焼ガス中にダイオキシンや重金属ガス等の不要成分が含まれることとなり、これらのダイオキシンや重金属ガスがガス化炉内に入り込むことが防止される。よって、ガス化炉から排出されるガス化ガスに対してダイオキシンや重金属ガスを除去する処理を行う必要がなくなる。
したがって、本発明のガス化装置によれば、ガス化ガスの精製を容易化することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るガス化装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態のガス化装置１０を模式的に示した概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のガス化装置１０は、流動層燃焼炉１（酸化炉）、サイクロン２（分離手段）、ガス化炉３及び排ガスクリーニング装置４を備えている。

流動層燃焼炉１は、縦型筒状の炉体１１と、この炉体１１の底部に設置される風箱１２とを備えている。
炉体１１は、内部に流動媒体Ｓを貯留している。また、炉体１１の側部には、投入口１４が形成されており、この投入口１４を介して有機性廃棄物を含んだ燃料Ｘが炉体１１の内部に投入される。
風箱１２は、炉体１１の内部に空気を供給するものであり、空気供給管１３が接続されている。
このような流動層燃焼炉１では、風箱１２から炉体１１の内部に空気が供給されることによって、炉体１１に貯留された流動媒体Ｓが流動化されて流動層Ｒが形成される。そして、炉体１１に投入口１４から燃料Ｘが投入されることによって、燃料Ｘが流動層Ｒにおいて流動媒体Ｓとともに流動化されながら燃焼（酸化）される。
なお、流動層燃焼炉１に投入される燃料Ｘは、都市ゴミや産業廃棄物、汚泥等であり、流動媒体Ｓは、砂やセラミックボール等である。

流動層燃焼炉１の上部には移送管１５が接続されており、この移送管１５によって流動層燃焼炉１とサイクロン２とが接続されている。
そして、流動層燃焼炉１で燃料Ｘが燃焼されることによって発生した燃焼ガスＹや、燃焼ガスＹの上昇流に伴って排出される流動媒体Ｓとが移送管１５を介してサイクロン２に供給される。

サイクロン２は、流動層燃焼炉１からの排出物（燃焼ガスＹ及び流動媒体Ｓ）を燃焼ガスＹを含む気相成分と流動媒体Ｓを含む固相成分とに分離して排出する遠心分離機であり、移送管２１によってガス化炉３と接続されており、移送管２２によって排ガスクリーニング装置４と接続されている。
そして、サイクロン２は、分離した固相成分を移送管２１を介してガス化炉３に供給し、分離した気相成分を移送管２２を介して排ガスクリーニング装置４に供給する。

ガス化炉３の上部には、原料供給ライン３１から原料Ｍが投入される投入口３５が形成され、また、ガス化ガスＧを排出するための排気管３３が接続されている。また、ガス化炉３の下部には、ガス化炉３と流動層燃焼炉１とを接続するオーバーフロー管３４が接続され、また、水蒸気供給管３２が接続されている。なお、水蒸気供給管３２は、水蒸気供給装置７と接続されている。
そして、ガス化炉３においては、投入口３１から投入される原料Ｍが、水蒸気供給管３２から供給される水蒸気Ｗで流動化され、移送管２１を介して供給される流動媒体Ｓの熱でによって原料Ｍがガス化され、これによってガス化ガスＧとチャーＣとに分解される。

排ガスクリーニング装置４は、サイクロン２から供給される排ガスＹを含む気相成分からダイオキシンや重金属ガスを除去して排出するものである。

なお、本実施形態のガス化装置１０では、本発明の伝熱媒体加熱手段が、流動層燃焼炉１、移送管１５及びサイクロン２によって構成されている。

次に、本実施形態のガス化装置１０の動作を図１と、図２のフロー図とを参照して説明する。

有機性廃棄物Ｘが含まれる燃料Ｘは、投入口１４から燃焼炉１の炉体１１に投入されると、炉体１１内に形成された流動層Ｒによって流動化されながら燃焼される。なお、流動層Ｒは、空気供給管１３から風箱１２を介して炉体１１内に空気が供給され、これによって炉体１１内に貯留された流動媒体Ｓが流動化されることで形成される。
そして、燃料Ｘの燃焼によって燃焼ガスＹが生成され、この燃焼ガスＹと、燃焼ガスＹの上昇流に乗った流動媒体Ｓとが、流動層燃焼炉１の排出物として移送管１５を介してサイクロン２に供給される。
なお、本実施形態のガス化装置１０では、有機性廃棄物を含む燃料Ｘを燃焼しているため、有機性廃棄物を燃焼することによって発生するダイオキシンや重金属ガス等の不要成分が燃焼ガスＹ中に含まれている。
また、流動媒体Ｓは、燃料Ｘの燃焼によって発生する熱で高熱に加熱されている。

流動層燃焼炉１からの排出物は、サイクロン２によって燃焼ガスＹを含む気相成分と流動媒体Ｓを含む固相成分とに分離されて排出される。つまり、不要成分を含む燃焼ガスＹと不要成分を含まない流動媒体Ｓとが分離して排出される。
そして、流動媒体Ｓは移送管２１によってガス化炉３に供給され、燃焼ガスＹは移送管２２によって排ガスクリーニング装置４に供給される。

排ガスクリーニング装置４に供給された燃焼ガスＹは、排ガスクリーニング装置４によってダイオキシンや重金属ガス等の不要成分を除去された後、例えば大気に放出される。

一方、サイクロン２によって分離された流動媒体Ｓが供給されるガス化炉３には、原料供給ライン３１から投入口３５を介して原料Ｍが供給される。原料Ｍは、水蒸気供給装置７から水蒸気供給管３２を介してガス化剤として供給される水蒸気Ｗによって流動化されるとともに、流動媒体Ｓの熱を与えられることによって、還元反応（吸熱反応）によってガス化される。このように原料Ｍがガス化されることによって、ガス化ガスＧ（Ｈ_２，ＣＯ，ＣＨ_４等）とチャーＣとが生成される。
そして、ガス化ガスＧは、排気管３３を介してガス化炉３から排出される。また、チャーＣ及び流動媒体Ｓは、オーバーフロー管３４を介して流動層燃焼炉１に戻される。
なお、チャーＣは、流動層燃焼炉１に戻されることによって、燃料Ｘとともに燃焼される。

このような本実施形態のガス化装置１０によれば、図２に示すように、流動層燃焼炉１において直接的に加熱された流動媒体Ｓがガス化炉３に供給されることによって、流動層燃焼炉１における燃料Ｘの燃焼による熱がガス化炉３に伝熱される。すなわち、本実施形態のガス化装置１０では、流動層燃焼炉１の燃焼による熱をガス化炉３に伝熱する伝熱媒体として、流動媒体Ｓを用いている。
そして、流動層燃焼炉１から排出された流動媒体Ｓは、サイクロン２によって燃焼ガスＹと分離された後にガス化炉３に供給される。すなわち、流動媒体Ｓが有機性廃棄物を燃焼することによって発生する不要成分を除外した状態でガス化炉３に供給される。
このため、本実施形態のガス化装置１０のように、流動層燃焼炉１に燃料Ｘを投入することによって燃焼ガスＹ中にダイオキシンや重金属ガスが含まれることとなり、これらのダイオキシンや重金属がガス化炉３内に入り込むことが防止される。よって、ガス化ガスＧに対してダイオキシンや重金属ガスを除去する処理を行う必要がなくなる。
したがって、本実施形態のガス化装置１０によれば、有機性廃棄物を燃焼処理することができるとともに、ガス化ガスの精製を容易化することが可能となる。

また、燃料Ｘを燃焼処理することによって得られる熱を用いて原料のガス化を行っているため、燃料Ｘのエネルギーを有効利用することができ、環境に優しいガス化装置とされる。

また、燃料Ｘを燃焼処理することによって発生する燃焼ガスの流量は、燃料Ｘを流動層燃焼炉１に投入しない場合（チャーＣと補助燃料のみを燃焼炉に投入する場合）と比較して多くなる。このため、燃焼ガスＹの上昇流が強くなり、流動層燃焼炉１から排出される流動媒体Ｓの量を増加させることができ、流動層燃焼炉１の熱をガス化炉３に効率的に伝熱することが可能となる。

なお、ガス化炉３内には、水蒸気Ｗが供給されるため、ガス化炉３から排出されるガス化ガスＧ中には水蒸気Ｗが含まれているが、この水蒸気Ｗは、凝縮処理によって容易に除去することが可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態のガス化装置２０を模式的に示した概略構成図である。
図３に示すように、本実施形態のガス化装置２０は、流動層燃焼炉１及びガス化炉３を備えている。そして、流動層燃焼炉１内に熱交換器５が設置されており、ガス化炉３に水蒸気Ｗを供給する水蒸気供給管３２が熱交換器５を介してガス化炉３と接続されている。なお、図３に示すように、本実施形態のガス化装置２０においては、流動層燃焼炉１とガス化炉３とを接続する移送管やオーバーフロー管が設置されておらず、流動媒体Ｓが流動層燃焼炉１とガス化炉３との間を移動しない構成とされている。

このような構成を有する本実施形態のガス化装置２０においては、水蒸気Ｗが熱交換器５において加熱され、この加熱された水蒸気Ｗがガス化炉３に供給される。すなわち、流動層燃焼炉１において燃料Ｘが燃焼されることによる熱によって水蒸気Ｗが間接的に加熱され、この水蒸気Ｗがガス化炉３に供給される。

このような本実施形態のガス化装置２０によれば、図４に示すように、水蒸気Ｗによって、流動層燃焼炉１において燃料Ｘが燃焼されることによる熱がガス化炉３に伝熱される。すなわち、本実施形態のガス化装置１０においては、流動層燃焼炉１の燃焼による熱をガス化炉３に伝熱する伝熱媒体として、水蒸気Ｗを用いている。

そして、本実施形態のガス化装置２０においては、流動層燃焼炉１において発生した燃焼ガスＹがガス化炉３に侵入できる経路は存在していないため、燃焼ガスＹがガス化炉３に供給されることを防止し、ガス化ガスＧ中にダイオキシンや重金属ガスが含まれることを防止することができる。
したがって、本実施形態のガス化装置２０においても、ガス化ガスの精製を容易化することが可能となる。

なお、本実施形態のガス化装置２０では、本発明の熱交換手段が、熱交換器５、水蒸気供給管３２及び水蒸気供給装置７によって構成されている。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図５は、本実施形態のガス化装置３０を模式的に示した概略構成図である。
この図に示すように、本実施形態のガス化装置３０は、ガス化ガスＧの排気管３３の途中部位にタール成分除去装置６が設置されている。

タール成分除去装置６は、タール除去剤供給管６１を介してタール除去剤Ｚをガス化ガスＧに噴霧することによって、ガス化ガスＧに含まれるタール成分を除去するものである。具体的には、噴霧されるタール除去剤Ｚによってガス化ガスＧ中に含まれるタール成分が吸着されることで、ガス化ガスＧ中のタール成分が除去される。
なお、タール除去剤Ｚとしては、廃溶媒、廃油あるいは水等を用いることができる。

このような構成を有する本実施形態のガス化装置３０によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、ガス化ガスＧ中からタール成分を除去することが可能となる。

なお、タール成分を吸着したタール除去剤Ｚは、移送管６２を介して流動層燃焼炉１に供給され、流動層燃焼炉１において燃焼処理される。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係るガス化装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態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。

例えば、上記実施形態においては、流動層燃焼炉１を用いて燃料Ｘを燃焼処理し、この燃料Ｘを燃焼した際に発生する熱をガス化炉３において利用した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、流動層燃焼炉１の替わりに部分酸化炉を用いることもできる。なお、この場合には、流動層燃焼炉１から排出される燃焼ガスに替わって、部分酸化炉から部分酸化ガスが排出される。

また、上記実施形態においては、ガス化剤として水蒸気Ｗを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガス化剤として二酸化炭素を用いることもできる。

また、上記実施形態においては、燃焼ガスＹ中に含まれる不要成分をダイオキシン及び重金属ガスとして説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、燃焼ガスＹ中に含まれる不要成分が、ダイオキシンあるいは重金属ガスのいずれか一方のみであったり、硫黄成分や塩素成分を含むものであっても良い。
このような場合であっても、本発明のガス化装置によれば、燃焼ガスＹがガス化炉３内に入り込むことがないため、ガス化ガスＧ中に上記不要成分が含まれることを防止することができる。

本発明の第１実施形態であるガス化装置を模式的に示した概略構成図である。 本発明の第１実施形態であるガス化装置のフロー図である。 本発明の第２実施形態であるガス化装置を模式的に示した概略構成図である。 本発明の第２実施形態であるガス化装置のフロー図である。 本発明の第３実施形態であるガス化装置を模式的に示した概略構成図である。

符号の説明

１０，２０，３０……ガス化装置、１……流動層燃焼炉（酸化炉）、２……サイクロン（分離手段）、３……ガス化炉、４……排ガスクリーニング装置、５……熱交換器、６……タール成分除去装置（タール成分除去手段）、Ｃ……チャー、Ｇ……ガス化ガス、Ｍ……原料、Ｓ……流動媒体、Ｗ……水蒸気（ガス化剤）、Ｘ……燃料、Ｙ……燃焼ガス、Ｚ……タール除去剤

Claims (7)

1. 有機性廃棄物を含む燃料を酸化させることによって発生する熱で所定の伝熱媒体を加熱し、前記有機性廃棄物の酸化によって発生する不要成分を除外した状態の前記伝熱媒体を排出する伝熱媒体加熱手段と、
   前記伝熱媒体加熱手段から排出された前記伝熱媒体の熱によって所定の原料をガス化させるガス化炉と、
   を備えることを特徴とするガス化装置。
2. 前記伝熱媒体加熱手段は、
   前記燃料を酸化させることによって発生する熱で前記伝熱媒体を加熱するとともに前記伝熱媒体を前記不要成分とともに排出する酸化炉と、
   前記酸化炉から排出された前記伝熱媒体を前記不要成分と分離して排出する分離手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のガス化装置。
3. 前記酸化炉は、流動媒体とともに前記燃料を流動化させながら前記燃料を酸化させる流動層酸化炉であり、
   前記分離手段は、サイクロンであり、
   前記ガス化炉は、前記流動媒体とともに前記原料を流動化させながら前記原料をガス化させ、
   前記伝熱媒体は、前記流動媒体である
   ことを特徴とする請求項２記載のガス化装置。
4. 前記伝熱媒体加熱手段は、
   前記燃料を酸化させることによって熱を発生する酸化炉と、
   前記酸化炉の熱を前記伝熱媒体に間接的に伝熱して排出する熱交換手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のガス化装置。
5. 前記熱交換手段は、前記酸化炉内に設置されるとともに前記酸化炉の熱を前記伝熱媒体に伝熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項４記載のガス化装置。
6. ガス化された前記原料であるガス化ガス中に含まれるタール成分を前記ガス化ガス中から除去するとともに除去した前記タール成分を排出するタール成分除去手段を備え、
   前記伝熱媒体加熱手段は、前記タール成分を前記燃料の一部として用いることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のガス化装置。
7. 前記不要成分は、ダイオキシンあるいは／及び重金属ガスであることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のガス化装置。
   
   
   
   

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